新型增效復(fù)合肥料對水稻養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量的影響

周麗平，趙 秋，張新建，寧曉光，袁 亮，李燕婷，趙秉強(qiáng)

(1.天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，天津 300384；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物營養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

水稻是我國第二大糧食作物，產(chǎn)量21 186.00萬t，占我國糧食總產(chǎn)量的1/3以上，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活保障中具有舉足輕重的地位，因此，水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對于保障我國糧食安全意義重大。為了追求高產(chǎn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料施用存在高投入的現(xiàn)象，這帶來了資源浪費(fèi)、環(huán)境污染、土壤板結(jié)等問題[1-5]。此外，水稻播種面積從2010年的3 009.7萬hm2變?yōu)?020年的3 007.6萬hm2，基本處于穩(wěn)步水平，因此，通過增加耕地面積來提高產(chǎn)量是不現(xiàn)實(shí)的。在這種背景下，從肥料的角度助推常規(guī)肥料增效，提高水稻單產(chǎn)對于農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義，肥料增值技術(shù)或發(fā)展增值肥料成為國內(nèi)外新型肥料研究的重要方向之一。

肥料增效物質(zhì)與化肥協(xié)同配伍是提高肥效、改善土壤環(huán)境、降低肥料投入的重要方式，如氨基酸、海藻酸、腐植酸、脲酶抑制劑、硝化抑制劑等物質(zhì)的應(yīng)用能夠顯著地提高肥料效率[6-15]。前人研究了增值肥料對作物生長發(fā)育的影響，袁亮等[7]利用同位素15N尿素，采用尿素熔融工藝分別制備了普通尿素、海藻酸增值尿素、腐植酸增值尿素和谷氨酸增值尿素試驗(yàn)產(chǎn)品，探究其對小麥產(chǎn)量、氮肥利用率和肥料氮在土壤剖面中分布的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，海藻酸尿素、腐植酸尿素和谷氨酸尿素處理均可顯著提高小麥籽粒產(chǎn)量，從產(chǎn)量構(gòu)成因素看，增值尿素主要通過增加小麥的穗數(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的提高。李杰等[16]研究發(fā)現(xiàn)，新型聚氨酸增效肥料使小白菜產(chǎn)量增加15.7%，提高了植株中碳、氮、磷、鉀等各養(yǎng)分含量。桑衛(wèi)民等[17]研究表明，腐植酸和海藻酸增效復(fù)混肥均能顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量，改善薯塊品質(zhì)，促進(jìn)氮素的吸收利用，氮肥利用率、農(nóng)學(xué)效率和肥料偏生產(chǎn)力顯著提高。2012年底，由中國氮肥工業(yè)協(xié)會和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所牽頭，聯(lián)合我國16家大型尿素生產(chǎn)企業(yè)和15家技術(shù)推廣單位成立了化肥增值產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，成為推動我國增值肥料發(fā)展的重要力量，但我國的肥料增值技術(shù)仍具有較大的發(fā)展空間。

水稻作為我國的重要糧食產(chǎn)物，前人關(guān)于海藻酸復(fù)合肥料對水稻產(chǎn)量和生長發(fā)育的研究相對較少，本試驗(yàn)基于新型增效復(fù)合肥料的增效潛力和海藻酸復(fù)合肥料的環(huán)保性，通過開展新型增效復(fù)合肥料新產(chǎn)品試驗(yàn)示范，選取不同農(nóng)戶的土地，開展大區(qū)試驗(yàn)，通過研究新型增效復(fù)合肥料和常規(guī)復(fù)合肥料以及減量處理對水稻不同生育期的生長指標(biāo)、莖葉和籽粒的氮素、磷素和鉀素吸收狀況、產(chǎn)量和構(gòu)成因子的影響，研究新型增效復(fù)合肥料產(chǎn)品的減肥增產(chǎn)效果，建立增效復(fù)合肥料新產(chǎn)品的水稻施用技術(shù)，為新型增效復(fù)合肥料產(chǎn)品的改進(jìn)和推廣應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和理論支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于山東省濟(jì)寧市試驗(yàn)基地(N35.01°，E116.65°)，種植制度為水稻與小麥輪作，試驗(yàn)在水稻上進(jìn)行，于2020年5月初育苗，6月中旬移栽，10月中旬收獲。供試土壤類型為潮土，0～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量12.34 g/kg、土壤全氮1.15 g/kg、土壤全磷0.79 g/kg、土壤全鉀1.45 g/kg、速效氮45.76 mg/kg、土壤有效磷 23.37 mg/kg、速效鉀226.64 mg/kg，pH值8.12。

1.2 試驗(yàn)材料

供試水稻品種為津稻263。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

采用單因素設(shè)計，試驗(yàn)設(shè)置4個處理：常規(guī)復(fù)合肥料(CG)、增效復(fù)合肥料(ZZ)、常規(guī)復(fù)合肥料減量20%(80%CG)和增效復(fù)合肥料減量20%(80%ZZ)，每個處理4次重復(fù)，大區(qū)面積為25 m×30 m，共16個大區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列。供試增效復(fù)合肥料為海藻酸復(fù)合肥料 13-17-15 硫型，供試常規(guī)復(fù)合肥料為白俄羅20-8-12氯型?；食Ｒ?guī)用量按照氮磷鉀(以N-P2O5-K2O計)120，90，70 kg/hm2，以復(fù)合肥供給，不足養(yǎng)分部分用尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀補(bǔ)充，尿素(含N 46%)600 kg/hm2分別按返青肥、分蘗肥(分2次)和抽穗肥施用量各占總施氮量的20%，50%，30%，其他田間管理按照常規(guī)方式進(jìn)行。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

在水稻生長的不同生育階段：分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期分別選擇3株有代表性的水稻植株，裝入網(wǎng)袋帶回實(shí)驗(yàn)室，測定鮮質(zhì)量、株高、SPAD值和根體積，烘干后全部粉碎，采用H2SO4-H2O2消煮提取，測定植株和籽粒全氮、全磷、全鉀含量[18]。在水稻成熟期，將選取的3株代表性的植株進(jìn)行考種，考種指標(biāo)包括穗長、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和結(jié)實(shí)率，測產(chǎn)采用實(shí)打?qū)嵤沼嫯a(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2013軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和作圖，采用SAS 9.1統(tǒng)計軟件LSD方法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 新型增效復(fù)合肥料對水稻各生育期生長指標(biāo)的影響

2.1.1 新型增效復(fù)合肥料對水稻各生育期鮮質(zhì)量的影響 各施肥處理的水稻分蘗期的單株鮮質(zhì)量介于4.20～5.70 g/株，拔節(jié)期的單株鮮質(zhì)量介于29.21～33.65 g/株，抽穗期的單株鮮質(zhì)量介于34.97～43.48 g/株，灌漿期的單株鮮質(zhì)量介于39.11～46.99 g/株，成熟期的單株鮮質(zhì)量介于53.19～62.34 g/株。與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增效復(fù)合肥料處理增加水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期單株鮮質(zhì)量分別為21.93%，10.75%，20.34%，13.99%，11.71%；增效復(fù)合肥料減量20%處理與常規(guī)復(fù)合肥料減量20%處理相比增加水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期單株鮮質(zhì)量分別為9.29%，4.54%，4.09%，7.03%，7.33%；增效復(fù)合肥料減量20%處理與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增加水稻拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期單株鮮質(zhì)量分別為0.49%，0.75%，1.54%，2.29%，降低水稻分蘗期單株鮮質(zhì)量為1.82%(圖1)。

不同小寫字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平。圖2—4同。Different letters mean significant difference at the 5% level.The same as Fig.2—4.

2.1.2 新型增效復(fù)合肥料對水稻各生育期株高的影響 由圖2可知，常規(guī)復(fù)合肥料處理的水稻在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期的株高分別為34.48，72.00，86.39，87.40，85.98 cm。與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增效復(fù)合肥料處理增加水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期株高分別為5.40%，2.78%，1.75%，0.52%，1.29%，增效復(fù)合肥減量20%處理增加水稻拔節(jié)期、抽穗期和成熟期株高分別為0.35%，0.48%，0.31%。常規(guī)復(fù)合肥料減量20%處理的水稻在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期的株高分別為33.30，72.50，86.48，87.27，86.08 cm。與常規(guī)復(fù)合肥料減量20%處理相比，增效復(fù)合肥料減量20%處理增加水稻分蘗期、抽穗期和成熟期株高分別為2.89%，0.37%，0.19%。

圖2 新型增效復(fù)合肥料對水稻各生育期株高的影響Fig.2 Effect of new synergistic compound fertilizer on plant height of rice at each growth stage

2.1.3 新型增效復(fù)合肥料對水稻各生育期SPAD值的影響 常規(guī)復(fù)合肥料處理的水稻在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期的SPAD值分別為41.00，43.00，44.50，40.75，40.50。與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增效復(fù)合肥料處理能夠增加水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期SPAD值分別為12.20%，9.88%，6.74%，12.88%，8.02%，增效復(fù)合肥料減量20%處理能夠增加水稻分蘗期、拔節(jié)期、灌漿期和成熟期SPAD值分別為2.44%，1.16%，1.84%，3.70%。常規(guī)復(fù)合肥料減量20%處理的水稻在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期的SPAD值分別為39.75，41.25，42.00，39.50，40.25。與常規(guī)復(fù)合肥料減量20%處理相比，增效復(fù)合肥料減量20%處理能夠增加水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和收獲期SPAD值分別為5.66%，5.45%，4.76%，5.06%，4.35%(圖3)。

圖3 新型增效復(fù)合肥料對水稻各生育期SPAD值的影響Fig.3 Effect of new synergistic compound fertilizer on SPAD value of rice at each growth stage

2.1.4 新型增效復(fù)合肥料對水稻各生育期根體積的影響 由圖4可知，各施肥處理的水稻分蘗期的根體積為1.48～1.90 cm3/株，拔節(jié)期的根體積為2.34～3.09 cm3/株，抽穗期的根體積為2.79～3.75 cm3/株，灌漿期的根體積為2.34～3.47 cm3/株，成熟期的根體積為2.09～3.22 cm3/株。與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增效復(fù)合肥處理能夠增加水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期根體積分別為21.60%，21.74%，22.63%，30.14%，46.48%。增效復(fù)合肥減量20%處理增加水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期根體積分別為3.84%，2.90%，1.39%，4.41%，4.09%。與常規(guī)復(fù)合肥料減量20%處理相比，增效復(fù)合肥減量20%處理增加水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期根體積分別為9.81%，11.81%，11.20%，19.06%，9.44%。

2.2 新型增效復(fù)合肥料對水稻收獲期干物質(zhì)量的影響

各施肥處理的莖葉干物質(zhì)量為25.55～41.31 g/株，籽粒干物質(zhì)量為32.21～51.41 g/株。與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增效復(fù)合肥料處理能夠增加莖葉干物質(zhì)量和籽粒干物質(zhì)量分別為24.46%，21.39%；增效復(fù)合肥減量20%處理增加水稻莖葉干物質(zhì)量和籽粒干物質(zhì)量的比例分別為6.07%，8.15%。與常規(guī)復(fù)合肥減量20%處理相比，增效復(fù)合肥料減量20%處理增加水稻莖葉干物質(zhì)量和籽粒干物質(zhì)量分別為37.79%，42.19%(表1)。

表1 新型增效復(fù)合肥料對水稻收獲期干物質(zhì)量的影響Tab.1 Effect of new synergistic compound fertilizer on dry matter quality of rice at harvest stage g/株

2.3 新型增效復(fù)合肥料對水稻收獲期養(yǎng)分吸收的影響

增效復(fù)合肥料、常規(guī)復(fù)合肥料、增效復(fù)合肥料減量20%、常規(guī)復(fù)合肥料減量20%處理的水稻莖葉氮含量分別為13.97，12.62，11.14，8.76 g/kg，其水稻籽粒氮含量分別為11.79，8.61，9.70，6.91 g/kg。與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增效復(fù)合肥料處理的水稻莖葉氮含量和籽粒氮含量分別顯著增加了10.68%，36.96%(P<0.05)，增效復(fù)合肥料減量20%處理的水稻莖葉氮含量顯著減少了11.73%(P<0.05)，籽粒氮含量顯著增加了12.73%(P<0.05)。常規(guī)復(fù)合肥料處理的水稻莖葉磷含量和籽粒磷含量分別為1.25，2.36 g/kg，與之相比，增效復(fù)合肥料和增效復(fù)合肥料減量20%處理的水稻莖葉磷含量分別增加了26.51%，11.24%，增效復(fù)合肥料處理的水稻籽粒磷含量增加了10.39%，增效復(fù)合肥料減量20%處理的水稻籽粒磷含量降低了5.41%，且差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。常規(guī)復(fù)合肥料處理的水稻莖葉鉀含量和籽粒鉀含量分別為26.32，3.24 g/kg，與之相比，增效復(fù)合肥料處理的水稻莖葉鉀含量顯著增加了19.91%，籽粒鉀含量顯著降低了15.83%，增效復(fù)合肥料減量20%處理的莖葉鉀含量顯著降低了6.56%(P<0.05)，籽粒鉀含量增加了0.62%(表2)。

表2 新型增效復(fù)合肥料對水稻收獲期養(yǎng)分吸收的影響Tab.2 Effects of new synergistic compound fertilizers on nutrient absorption during rice harvest stage g/kg

2.4 新型增效復(fù)合肥料對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3可知，增效復(fù)合肥料、增效復(fù)合肥料減量20%、常規(guī)復(fù)合肥料和常規(guī)復(fù)合肥料減量20%處理的水稻產(chǎn)量分別為13 575.00，11 250.00，11 125.00，9 700.00 kg/hm2。與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增效復(fù)合肥料處理的水稻產(chǎn)量提高了22.02%且差異性顯著(P<0.05)，增效復(fù)合肥料減量20%處理的水稻產(chǎn)量提高了1.12%，但差異不顯著。增效復(fù)合肥料減量20%與常規(guī)復(fù)合肥料減量20%相比，其產(chǎn)量增加了15.98%。增效復(fù)合肥料減量20%處理的水稻穗長、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和結(jié)實(shí)率在各處理中為最高，與其他各處理之間呈顯著性差異(P<0.05)，常規(guī)復(fù)合肥料減量20%處理的水稻穗長、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和結(jié)實(shí)率在各處理中為最低。

表3 新型增效復(fù)合肥料對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Tab.3 The effect of new synergistic compound fertilizer on rice yield and its components

3 結(jié)論與討論

3.1 新型增效復(fù)合肥料對水稻生長性狀和干物質(zhì)積累的影響

在本研究中，增效復(fù)合肥料處理能夠改善水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期的地上部鮮質(zhì)量、株高、SPAD值和根體積，增效復(fù)合肥料減量20%與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，對水稻拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期的鮮質(zhì)量，對水稻拔節(jié)期、抽穗期和成熟期的株高，對水稻分蘗期、拔節(jié)期、灌漿期和成熟期的SPAD值以及對水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期的根體積具有一定的改善作用，而水稻前期形成旺盛穩(wěn)健的分蘗勢，是高產(chǎn)水稻栽培的關(guān)鍵因素[15]。王海標(biāo)等[19]研究發(fā)現(xiàn)，施用海藻酸復(fù)混肥顯著增加了夏玉米地上部生物量，與本研究結(jié)果有相似之處，這是因?yàn)楹Ｔ逅崾谴嬖谟诤衷逯杏蓡翁侨┧峋€性聚合合成的一種天然多糖，易與陽離子形成凝膠，經(jīng)過包裹后的肥料可以有效延緩溶解速度，具有增產(chǎn)、抗逆、減少肥料流失的優(yōu)勢特點(diǎn)，從而有利于作物干物質(zhì)的積累。與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增效復(fù)合肥料處理能夠增加莖葉干物質(zhì)量和籽粒干物質(zhì)量分別為24.46%，21.39%。增效復(fù)合肥減量20%處理增加水稻莖葉干物質(zhì)量和籽粒干物質(zhì)量例分別為6.07%，8.15%。而作物產(chǎn)量形成的過程實(shí)質(zhì)上是干物質(zhì)積累與分配的過程，作物的干物質(zhì)積累可為實(shí)現(xiàn)水稻的高產(chǎn)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)[20-24]。

3.2 新型增效復(fù)合肥料對水稻產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收的影響

海藻酸類物質(zhì)主要包括多糖類、甜菜堿、蛋白類以及萜類等天然生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)微量高效，它可以通過提高作物對養(yǎng)分的吸收能力，活化土壤氮素和磷素，提高氮磷養(yǎng)分利用效率，從而實(shí)現(xiàn)減肥增效[15，20]。在本研究中，與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增效復(fù)合肥料處理的水稻莖葉氮含量和籽粒氮含量分別增加了10.68%，36.96%，增效復(fù)合肥料減量20%處理的水稻莖葉氮含量減少了11.73%，籽粒氮含量增加了12.73%。增效復(fù)合肥料和增效復(fù)合肥料減量20%處理的水稻莖葉磷含量分別增加了26.51%，11.24%，增效復(fù)合肥料處理的水稻籽粒磷含量增加了10.39%，增效復(fù)合肥料減量20%處理的水稻籽粒磷含量降低了5.41%。增效復(fù)合肥料處理的水稻莖葉鉀含量增加了19.91%，籽粒鉀含量降低了15.83%，增效復(fù)合肥料減量20%處理的莖葉鉀含量降低了6.56%，籽粒鉀含量增加了0.62%。增效復(fù)合肥料處理的水稻產(chǎn)量提高了22.02%且差異顯著，增效復(fù)合肥料減量20%處理的水稻產(chǎn)量提高了1.12%。王偉濤等[25]研究也發(fā)現(xiàn)，海藻酸與常量控釋尿素配施處理使玉米顯著增產(chǎn)，海藻酸可能通過影響植物的蒸騰速率，加速植物體內(nèi)的生理活動，通過葉面積指數(shù)提高小麥玉米光合能力，進(jìn)而提高小麥玉米的產(chǎn)量和氮素利用率。王海標(biāo)等[19]研究了海藻酸包膜BB肥、常規(guī)BB肥、海藻酸包膜復(fù)合肥、常規(guī)復(fù)合肥4種肥料對夏玉米產(chǎn)量、地上部生物量、養(yǎng)分積累量、SPAD 值等的影響，綜合考慮產(chǎn)量、肥料投入成本、養(yǎng)分吸收利用及環(huán)境壓力，夏玉米施用海藻酸包膜復(fù)合肥能維持葉片較高葉綠素含量，促進(jìn)夏玉米對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收利用，協(xié)同提高了穗粒數(shù)和干粒質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)，這與本研究結(jié)果類似。此外，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，海藻酸與常量控釋尿素配施與未加海藻酸的處理相比，顯著增加小麥拔節(jié)期和玉米大喇叭口期的土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，顯著提高玉米大喇叭口期土壤速效鉀含量，顯著提高了土壤速效氮和鉀的供應(yīng)強(qiáng)度和容量。這是因?yàn)楹Ｔ逅猁}具有很強(qiáng)的吸附性能，可以減輕耕地的養(yǎng)分徑流損失，改善土壤養(yǎng)分的供應(yīng)強(qiáng)度，提高土壤養(yǎng)分供應(yīng)的容量和穩(wěn)定性[25]。這也可能是本研究中海藻酸肥料具有較好的生物學(xué)效應(yīng)的重要原因，后續(xù)值得進(jìn)一步加強(qiáng)研究。

增效復(fù)合肥料處理能夠改善水稻各生育期的地上部鮮質(zhì)量、株高、SPAD值和根體積，通過改善水稻收獲期的氮磷鉀含量，從而改善玉米的氮素吸收、磷素吸收和鉀素吸收狀況，此外，增效復(fù)合肥料處理能夠通過增加水稻穗長、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和結(jié)實(shí)率來增加水稻產(chǎn)量，并且增效復(fù)合肥料減量20%處理與常規(guī)尿素相比在產(chǎn)量上無顯著性差異，這說明，增效復(fù)合肥料減量處理能夠保證水稻穩(wěn)產(chǎn)，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。