緩釋肥占基肥比例對單季晚稻分蘗和氮素吸收利用的影響

張金萍，陳照明，王 強(qiáng)，*，馬軍偉，俞巧鋼，葉 靜，馬進(jìn)川，孫萬春

(1.浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 311300； 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

合理施用氮肥是實(shí)現(xiàn)水稻穩(wěn)產(chǎn)、保障糧食安全的重要措施之一。受到規(guī)?；N植和勞動力成本增加等因素的影響，水稻生產(chǎn)中不合理施肥的現(xiàn)象仍普遍存在，不僅降低肥料利用率，而且?guī)淼貜搅鲹p失、氣態(tài)損失等環(huán)境污染風(fēng)險。緩釋肥具有養(yǎng)分釋放緩慢、養(yǎng)分損失少的特點(diǎn)，近年來在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用逐漸增加，在節(jié)省追肥勞動力成本和提高氮肥利用率方面發(fā)揮了積極作用。劉兆輝等研究表明，一次性基施緩控釋肥可以顯著提高玉米、小麥和水稻三大糧食作物的產(chǎn)量和氮肥利用率，其增幅分別在3.1%～31.7%和6.2%～86.6%。

基于緩釋氮肥的輕簡化施肥技術(shù)能促進(jìn)水稻生長，增加水稻有效穗數(shù)，提高氮肥利用效率，是一類實(shí)用性較強(qiáng)的氮肥管理技術(shù)。緩釋肥一次性施肥技術(shù)在減少追肥次數(shù)、實(shí)現(xiàn)輕簡化施肥的同時，還能有效供給水稻生長后期的氮素供應(yīng)，保證水稻產(chǎn)量。傅麗青等研究表明，緩釋肥處理的水稻成穗率比常規(guī)處理增加5.93%～6.19%。張敬昇等研究表明，與常規(guī)尿素處理相比，40%控釋氮肥與60%尿素?fù)交煲淮涡曰┑乃井a(chǎn)量、穗粒數(shù)與千粒重分別提高11.00%、13.79%和8.43%。田昌等研究表明，與常規(guī)處理相比，緩釋肥處理的氮肥利用率可提高10.8%～20.5%。Ke等研究表明，與常規(guī)處理相比，緩釋肥一次施用的水稻產(chǎn)量和氮素回收率分別提高了3.4%～8.5%和6.0%～24.5%。

在緩釋肥一次性施肥或者類似的輕簡化施肥模式中，通常會增加基肥的用量和比例，通過提高基肥養(yǎng)分利用效率來保證水稻生長后期的養(yǎng)分供應(yīng)，從而減少后期追肥次數(shù)。但基于水稻氮肥運(yùn)籌的研究結(jié)果表明，前期氮肥的過量投入會造成水稻無效分蘗數(shù)增加，從而降低養(yǎng)分利用率。目前，涉及一次性施肥對水稻分蘗動態(tài)影響的研究較少，一次性施肥是否增加了水稻的無效分蘗數(shù)也無一致結(jié)論。侯均昊等研究表明，控釋天數(shù)為80 d的緩釋肥一次性基施，能夠穩(wěn)定生育期穗數(shù)；而魏海燕等研究認(rèn)為，緩釋肥一次性施肥處理的水稻成穗率低于常規(guī)施肥?；诖耍疚耐ㄟ^盆栽試驗(yàn)，研究緩釋氮肥施用對水稻分蘗、成穗率和氮素吸收的影響，以期為水稻輕簡化施肥技術(shù)探索和農(nóng)業(yè)面源污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

盆栽試驗(yàn)于浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境資源與土壤肥料研究所溫室進(jìn)行。供試水稻土采自浙江省長興縣，土壤類型為水稻土，基本理化性狀如下：pH值6.09，有機(jī)質(zhì)17.3 g·kg，全氮0.99 g·kg，堿解氮63.00 mg·kg，有效磷10.31 mg·kg，速效鉀113.50 mg·kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)共設(shè)5個處理：N0，不施氮；CF，常規(guī)施肥，氮肥在基肥、分蘗肥、穗肥中的施用比例為4∶3∶3；20%SRN，氮肥全部基施，其中，20%的氮用緩釋氮肥提供；40%SRN，氮肥全部基施，其中，40%的氮用緩釋氮肥提供；60%SRN，氮肥全部基施，其中，60%的氮用緩釋氮肥提供。各處理的磷肥和鉀肥施用量相同，分別為60 kg·hm和90 kg·hm，經(jīng)換算后，在試驗(yàn)條件下，每盆的實(shí)際肥料投入量分別為6.76 g和2.01 g，全部基施。各處理的氮肥運(yùn)籌方式詳見表1。

表1 各處理的氮肥運(yùn)籌

試驗(yàn)于2020年6月30日—11月8日進(jìn)行。試驗(yàn)容器采用封底的長方形框體，長、高約0.3 m，寬0.2 m。各處理按隨機(jī)區(qū)組排列，每個處理設(shè)3次重復(fù)。

將野外采集的水稻土自然風(fēng)干后過2 mm篩，根據(jù)稻田土壤自然容重，每框裝23.15 kg土壤，填土高度為21.5 cm。在填土過程中，摻入各處理相應(yīng)的肥料。填土結(jié)束后，對框體持續(xù)灌水，保持土壤表面4～5 cm的水層，靜置36 h后，若水面無明顯下降，視為土壤已達(dá)水分飽和狀態(tài)。于分蘗末期，進(jìn)行1周的曬田處理。其他時期均定期補(bǔ)水，保持土壤表面有4～5 cm的水層。為使各處理的水分和株數(shù)一致，每框均選用長勢基本一致的6株水稻秧苗進(jìn)行移栽定植。

供試水稻品種為單季雜交稻品種甬優(yōu)1540。

供試緩釋氮肥為包膜尿素緩釋肥，商品名為母粒，用樹脂材料包膜，膜上有微孔，吸收水分后壓力變大，然后養(yǎng)分緩慢釋放，釋放周期為90 d，緩釋氮含量為43%。

除緩釋氮肥外，試驗(yàn)所用的氮、磷、鉀肥分別為普通尿素、過磷酸鈣和氯化鉀，均為市售產(chǎn)品，生產(chǎn)廠家分別為靈谷化工集團(tuán)有限公司、金華市江南化肥廠和中化化肥有限公司，有效養(yǎng)分(N、PO、KO)含量分別為46%、12%和60%。

分別于6月30日、7月7日和8月13日施基肥、分蘗肥和穗肥，于10月29日收獲。

1.3 調(diào)查與取樣

1.3.1 水稻分蘗數(shù)

從移栽后第7天開始，對每一盆栽種的6株水稻苗進(jìn)行調(diào)查。自移栽后第10天開始調(diào)查分蘗數(shù)，每5 d調(diào)查1次，至移栽后80 d。計(jì)算各時期單株水稻莖蘗數(shù)，并繪制莖蘗動態(tài)圖。

1.3.2 植株樣品采集

在水稻關(guān)鍵生育期(分蘗盛期、孕穗期、成熟期)，每盆隨機(jī)采集植株1蔸，將其分為根、莖稈和谷物3部分，分別放入尼龍網(wǎng)帶中，帶回實(shí)驗(yàn)室清洗干凈后，于烘箱中105 ℃殺青30 min，80 ℃烘至恒重，稱重，記干重。樣品粉碎過60目篩，用于全氮含量測定。

1.4 樣品測定方法

土壤基本理化性質(zhì)，參考《土壤農(nóng)化分析》中的方法測定。具體地：土壤pH值采用玻璃電極法(土水質(zhì)量體積比為1∶2.5)測定，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)測定，全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別采用凱氏消解蒸餾滴定法、堿解擴(kuò)散法、Bray法(供試土壤為弱酸性土)和CHCOONH浸提-火焰光度法測定。

參照Dobermann等的方法，用電子天平分別稱取植株樣品或土壤樣品0.005 00 g或0.020 00 g，采用Vario Isotope全自動元素分析儀(德國Elementar)測定樣品氮含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

參照文獻(xiàn)[18]中的方法計(jì)算氮素表觀利用率。

所有數(shù)據(jù)均采用Microsoft Excel 2019軟件進(jìn)行整理，利用IBM SPSS Statistics 25.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對有顯著(<0.05)差異的，采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對水稻分蘗的影響

不同處理下，水稻分蘗數(shù)都隨著移栽時間的推進(jìn)而迅速上升，進(jìn)入分蘗高峰后隨著無效分蘗的死亡，分蘗數(shù)逐漸下降(圖1)。各施肥處理(CF、20%SNR、40%SNR、60%SNR)在整個分蘗期的分蘗數(shù)均高于N0處理。各處理的水稻分蘗數(shù)()隨時間()的變化均符合二元一次方程(表2)，擬合方程的決定系數(shù)在0.769 4～0.932 6，且均通過<0.05水平的顯著性檢驗(yàn)。從分蘗動態(tài)曲線來看，各處理的分蘗數(shù)峰值有一定的差異，但達(dá)到峰值的時間差異不大。根據(jù)擬合方程分別計(jì)算各處理的理論最大分蘗數(shù)和理論最大分蘗時間。各處理中，N0處理的理論最大分蘗數(shù)最少，而其他施肥處理的理論最大分蘗數(shù)相差不大。這說明，與常規(guī)施肥相比，緩釋氮肥一次性施用不會影響水稻的理論最大分蘗數(shù)，對水稻的分蘗動態(tài)無明顯影響。

圖1 不同處理下水稻的分蘗動態(tài)Fig.1 Tillering dynamics of rice under different treatments

表2 不同處理下水稻分蘗動態(tài)的擬合結(jié)果

不施肥的N0處理的分蘗成穗率最高，為88.14%，顯著(<0.05)高于各施肥處理(圖2)。各施肥處理的分蘗成穗率無顯著差異。這說明，與常規(guī)施肥相比，緩釋氮肥一次性施用對水稻分蘗成穗率并無顯著影響。

柱上無相同字母的表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。Bars marked without the same letters indicated significant difference at P<0.05. The same as below.圖2 不同處理對水稻成穗率的影響Fig.2 Effect of different treatments on rice spike rate

2.2 不同處理對水稻產(chǎn)量的影響

N0和CF處理的每盆產(chǎn)量分別為83.1、220.1 g。與常規(guī)施肥相比，施用緩釋氮肥的各處理的產(chǎn)量無顯著變化(圖3)，說明在試驗(yàn)條件下，緩釋氮肥的施用對水稻產(chǎn)量并無明顯不利影響。

圖3 不同處理對水稻產(chǎn)量的影響Fig.3 Effect of different treatments on rice yield

2.3 不同處理對水稻干物質(zhì)積累的影響

在分蘗盛期，與常規(guī)施肥處理相比，施用緩釋氮肥的處理(20%SNR、40%SNR、60%SNR)水稻根部和地上部干物質(zhì)積累量均顯著(<0.05)降低(表3)，降幅分別在35.02%～40.47%、23.71%～38.46%。除40%SRN處理的根冠比顯著(<0.05)低于CF處理外，其他各處理的根冠比無顯著差異(表4)。施用緩釋氮肥處理的水稻干物質(zhì)積累量在分蘗盛期低于常規(guī)施肥，可能是因?yàn)槌Ｒ?guī)施肥下肥料中的養(yǎng)分快速釋放并被作物吸收，而緩釋氮肥的養(yǎng)分釋放較為均衡，因而在這一時期常規(guī)施肥下的水稻生長得更快更壯。

表3 不同處理對水稻不同生育期地上部和根部干物質(zhì)積累的影響

在孕穗期，與常規(guī)施肥處理相比，20%SRN和40%SRN處理的水稻根部和地上部干物質(zhì)積累量顯著(<0.05)提高，增幅分別在20.16%～20.38%、17.00%～22.61%；但60%SRN處理與CF處理的水稻根部和地上部干物質(zhì)積累量無顯著差異。此外，各處理間在根冠比上無顯著差異。這說明，至孕穗期時，施用緩釋氮肥的處理對作物生長發(fā)育已無明顯不利作用，且適當(dāng)用量的緩釋氮肥還有助于促進(jìn)作物的進(jìn)一步生長。

表4 不同處理對水稻不同生育期根冠比的影響

在成熟期，與常規(guī)施肥相比，20%SRN和60%SRN處理的根部干物質(zhì)積累量顯著(<0.05)增加，40%SRN處理的根部干物質(zhì)積累量無顯著差異，20%SRN和40%SRN處理的地上部干物質(zhì)積累量顯著(<0.05)降低，60%SRN處理的根部干物質(zhì)積累量無顯著差異。從根冠比上看，施用緩釋氮肥的處理均顯著(<0.05)高于常規(guī)施肥。這說明，不同緩釋氮肥用量對水稻生長的影響不盡相同。

2.4 不同處理對水稻氮素吸收和氮肥利用率的影響

在分蘗盛期和孕穗期，與不施肥的N0處理相比，各施肥處理的地上部和根部氮素吸收量均顯著(<0.05)升高，且各施肥處理間在這2項(xiàng)指標(biāo)上均無顯著差異(表5)。在成熟期，除60%SRN處理的根部氮素吸收量顯著(<0.05)高于N0處理外，其他處理間在根部氮素吸收量上均無顯著差異；各施肥處理的地上部氮素吸收量均顯著(<0.05)高于N0處理，各施肥處理間，20%SRN、40%SRN的地上部氮素吸收量顯著(<0.05)低于CF和60%SRN處理。

表5 不同處理對水稻不同生育期氮素吸收的影響

對比各施肥處理的氮素表觀利用率可知，20%SRN、40%SRN處理顯著(<0.05)低于CF和60%SRN處理(表6)。

表6 不同處理對氮肥利用效率的影響

綜上判斷，適宜用量的緩釋氮肥并不會對水稻的氮素吸收和氮肥利用產(chǎn)生明顯不利影響。

3 討論

研究顯示，水稻基肥中的氮肥用量與水稻分蘗動態(tài)、最大分蘗數(shù)呈顯著正相關(guān)。若在基肥中過量投入氮肥，會延遲分蘗高峰的出現(xiàn)，并且增加水稻無效分蘗數(shù)，從而降低氮肥利用效率。本研究中，施用緩釋氮肥各處理的理論最大分蘗數(shù)與常規(guī)施肥處理間沒有明顯差異，表明緩釋肥一次性施用，雖然增加了基肥中的氮肥用量，但由于緩釋性氮肥的施用，并沒有增加水稻無效分蘗。研究表明，緩控釋肥能提高水稻產(chǎn)量、有效穗數(shù)和氮素利用率。楊陽等研究表明，與常規(guī)施肥相比，施用緩釋肥的單位面積水稻穗數(shù)顯著提高7.9%～21.4%；倪艷云等研究表明，與施用普通尿素相比，緩釋肥處理的穗數(shù)和成穗率提高6.94%～16.17%、2.10%～6.04%。本研究中，與CF處理相比，施用緩釋氮肥的3個處理的理論最大分蘗數(shù)和水稻成穗率均無顯著差異，說明緩釋氮肥一次性施用能實(shí)現(xiàn)維持水稻最大分蘗數(shù)和成穗率的目的，這與胡根生的研究結(jié)果相似。

聶云鑫等的研究表明，施用緩釋氮肥能明顯提高單季晚稻的產(chǎn)量。Chu等研究表明，施用200 kg·hm的聚合物包膜尿素可使水稻的產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學(xué)利用率分別提高11.6%和5.5 kg·kg。在本研究中，各施肥處理的產(chǎn)量沒有顯著差異，與嚴(yán)田蓉等的研究結(jié)果相似。

Guo等研究表明，與常規(guī)施施肥相比，緩釋肥處理的氮肥利用效率提高了3.6%～45.3%。王強(qiáng)等研究表明，與常規(guī)施施肥相比，緩釋肥處理的氮素利用率略提高了2.8～9.0百分點(diǎn)。胡丹丹等研究表明，與常規(guī)施肥處理相比，控釋肥處理的水稻產(chǎn)量、氮素吸收利用率和農(nóng)學(xué)利用率分別提高5.17%～6.48%、16.2%～24.6%和18.0%～20.2%。本試驗(yàn)中，60%SRN處理的氮素吸收情況和氮肥利用率與常規(guī)施肥無顯著差異，但20%SRN和40%SRN處理的氮素表觀利用率較CF處理顯著降低。這可能是因?yàn)椋?0%SRN和40%SRN處理的水稻在前期由于氮素釋放量不足，而試驗(yàn)期間土壤溫度較高，加速了氮的揮發(fā)，導(dǎo)致前期緩釋氮素?fù)p失較高，而后期又沒有足夠的肥料補(bǔ)充，影響了水稻生長后期氮素的供應(yīng)。與其他研究相比，本文測得的氮素表觀利用率較高，這可能是由肥料投入量較少、試驗(yàn)土壤氮素含量較低所致。

盡管許多科研工作者都已圍繞緩釋氮肥的適宜施用比例開展了大量研究，但研究結(jié)果間仍存在諸多矛盾。陳賢友等研究表明，當(dāng)施氮量為210 kg·hm時，水稻產(chǎn)量由高到低依次為100%緩釋氮肥處理>70%緩釋氮肥處理>50%緩釋氮肥處理>30%緩釋氮肥處理。王家寶等研究表明，當(dāng)緩釋氮施用比例為50%時，水稻產(chǎn)量、氮肥表觀利用率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率最高；張文杰研究表明，當(dāng)緩釋氮施用比例為50%時，兩年的水稻產(chǎn)量、氮素累積量表現(xiàn)最好，分別比常規(guī)施氮處理提高了107.84%、156.15%和95.18%、68.41%，緩釋氮肥施用比例達(dá)70%時，兩年的水稻氮肥表觀利用率比常規(guī)施氮處理提高299.4%、96.10%。付月君等的研究顯示，緩釋氮肥的適宜施用比例為40%。不同研究結(jié)果之間的差異，可能受到緩釋氮肥類型、氮素緩釋時間和施氮量等因素的影響。本研究中，60%SRN處理的水稻干物質(zhì)積累量、氮素積累量、產(chǎn)量均與常規(guī)施肥處理無顯著差異，較其他緩釋肥處理的表現(xiàn)更好，是試驗(yàn)條件下較為適宜的用量。但要說明的是，本試驗(yàn)進(jìn)行的只是一季的盆栽試驗(yàn)，難以真實(shí)反映實(shí)際大田下的生產(chǎn)效果。今后，應(yīng)進(jìn)一步開展長期定位試驗(yàn)，根據(jù)區(qū)域水稻適宜施氮量和水稻生產(chǎn)現(xiàn)狀確定適宜的緩釋氮肥施用比例，以便更好地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。