緩釋肥一次性施肥在水稻上增產(chǎn)增效的農(nóng)學(xué)基礎(chǔ)研究

田文濤，黨程成，郝蓉蓉，孫 振，田小海

(1.長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北荊州 434025； 2.主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北荊州 434025)

湖北省中稻常年種植面積達(dá)200萬 hm2，占全省糧食總產(chǎn)量的60%，是我國水稻生產(chǎn)大省[1]。水稻種植逐漸向機(jī)械化和輕簡化發(fā)展，傳統(tǒng)的分次施肥雖然能提高肥料利用率[2]，但施肥方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，極大地限制了水稻種植業(yè)的發(fā)展。一次性施肥技術(shù)是以作物專用緩/控釋肥料為支撐，同時(shí)可將傳統(tǒng)多次施肥習(xí)慣進(jìn)行簡化，實(shí)現(xiàn)大幅節(jié)省勞動(dòng)力成本的目的，更加迎合水稻種植業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)[3]。施用緩釋肥可以有效提高肥料利用率、減少養(yǎng)分損失、達(dá)到作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)目的[4-5]。腐殖酸具有促進(jìn)作物生長發(fā)育[6-7]、增強(qiáng)抗逆性[8]、改善品質(zhì)[9]、改良土壤[10]等作用，成為天然的緩釋肥包膜材料。前人研究表明，減少緩控釋氮肥施用量，水稻也可以獲得高產(chǎn)[11-12]。本研究采用田間試驗(yàn)，研究施用腐殖酸緩釋肥料和樹脂包衣?lián)交旆柿显?180 kg/hm2(氮含量)和減氮20%[144 kg/hm2(氮含量)]施肥量條件下，對(duì)水稻產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因子、氮素吸收及肥料利用率的影響，比較不同性質(zhì)緩釋肥料的施用效果，為本地區(qū)水稻緩釋肥料的合理施用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與地點(diǎn)

試驗(yàn)于2020、2021年在湖北省隨州市隨縣安居鎮(zhèn)(113.15°E，31.84°N)進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤基本情況見表1。供試水稻品種為N兩優(yōu)1號(hào)。供試肥料：緩釋肥料-Ⅰ(HCF)為湖北豐樂種業(yè)科技有限公司生產(chǎn)并提供的腐殖酸緩釋型復(fù)合肥料(含N 22%、P2O58%、K2O 12%)；緩釋肥料-Ⅱ(PCF)為金正大集團(tuán)提供的緩釋期3個(gè)月的樹脂包衣尿素(含N 43%)，與普通尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)、氯化鉀(含K2O 60%)摻混，尿素氮含量占摻混肥料總氮量的15%；農(nóng)戶常規(guī)施肥(CK)選用普通尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)、氯化鉀(含K2O 60%)，無氮(N0)處理選用過磷酸鈣(含 P2O512%)、氯化鉀(含K2O 60%)。

表1 試驗(yàn)地土壤基本性狀

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理，具體見表2。每個(gè)處理 3 次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)小區(qū)面積為 20 m2，設(shè)置單獨(dú)進(jìn)水口、排水口，小區(qū)間筑寬 30 cm、高 30 cm 田埂，田埂覆蓋薄膜防止竄水、竄肥，四周設(shè)置保護(hù)行，全生育期其他管理措施按當(dāng)?shù)厣a(chǎn)習(xí)慣進(jìn)行。

表2 施肥處理試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 水稻頂葉SPAD值測定 分別于水稻分蘗期、拔節(jié)期、齊穗期、成熟期測定頂葉SPAD值。各小區(qū)隨機(jī)取6株水稻的劍葉，每張葉片測5個(gè)點(diǎn)，分別為葉上部位、葉中上部位、葉中部、葉中下部位、葉下部位。導(dǎo)出并記錄每張葉片不同部位SPAD值的平均值，計(jì)為葉片的SPAD值。

1.3.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子 收獲時(shí)將每個(gè)小區(qū)分為測產(chǎn)區(qū)和取樣區(qū)，在取樣區(qū)隨機(jī)取長勢(shì)均勻的水稻3穴，考察每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量等產(chǎn)量性狀；在測產(chǎn)區(qū)取 20 m2水稻，脫粒風(fēng)干后測實(shí)際產(chǎn)量。

1.3.3 水稻氮素積累量 分別在分蘗期、拔節(jié)期、齊穗期和成熟期取長勢(shì)均勻的水稻植株，每小區(qū)取連續(xù)5穴，齊穗期至成熟期植株分揀為莖鞘、葉、穗并分別裝袋，置于烘箱105 ℃殺青30 min，然后 80 ℃ 烘干至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量并折算為單位面積干物質(zhì)積累量。將植株穗、葉、莖鞘分別用植物粉碎機(jī)粉碎后，用半微量凱氏定氮法測定植株各部分全氮含量。

1.3.4 品質(zhì)測定 利用稻谷出米率檢測儀(JDMZ100，北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司)和碎米分離器(JFQS-13x20，臺(tái)州市糧儀廠)測定收獲稻谷的出糙率、精米率、整精米率，測定方法按 NY/T 593—2013《食用稻品種品質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；利用大米外觀品質(zhì)檢測儀(JMWT12，北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司)測定堊白粒率和堊白度。

1.4 數(shù)據(jù)處理及相關(guān)參數(shù)計(jì)算

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016、SPSS 25.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)=稻谷產(chǎn)量/氮肥施用量；

氮肥農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)=(施氮區(qū)水稻產(chǎn)量-空白區(qū)水稻產(chǎn)量)/施氮量；

氮肥回收利用率=(施氮區(qū)植株氮素總積累量-空白區(qū)植株氮素總積累量)/施氮量×100%；

氮肥生理利用率(kg/kg)=(施氮區(qū)水稻產(chǎn)量-空白區(qū)水稻產(chǎn)量)/(施氮區(qū)植株總氮素積累量-空白區(qū)植株氮素總積累量)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同肥料處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

從表3可以看出，2年試驗(yàn)結(jié)果表明，與N0相比，HCF處理增產(chǎn)26.6%～52.9%，PCF處理增產(chǎn)29.3%～45.5%。從2年結(jié)實(shí)率來看，2020年HCF1處理的結(jié)實(shí)率最高，顯著高于PCF1處理，與其他處理無顯著差異。2021年表現(xiàn)為CK和HCF處理的結(jié)實(shí)率較高，顯著高于PCF和N0處理。千粒質(zhì)量方面，2年CK的千粒質(zhì)量最高，顯著高于PCF處理。2年每穗粒數(shù)方面，相同施肥量條件下，與CK相比，2個(gè)緩釋肥處理(HCF1和PCF1)顯著提高了每穗粒數(shù)，增幅為4.1%～16.1%。2年處理有效穗數(shù)表現(xiàn)不一致，2020年表現(xiàn)為PCF1和CK處理的有效穗數(shù)差異不顯著，顯著高于除HCF1外的其余處理。2021年施肥各處理之間有效穗數(shù)無顯著差異。

表3 不同施肥處理水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

從表4得出，相同施肥量(180 kg N/hm2)下，2020年HCF1與CK農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力無顯著差異，2021年HCF1比CK氮肥偏生產(chǎn)力提高 4.4 kg/kg，農(nóng)學(xué)利用率提高4.6 kg/kg；PCF1與CK相比，2年的氮肥偏生產(chǎn)力無顯著差異，農(nóng)學(xué)利用率增加1.9～2.8 kg/kg，氮肥偏生產(chǎn)力表現(xiàn)為PCF2和HCF2顯著大于CK、HCF1和PCF1處理，農(nóng)學(xué)利用率表現(xiàn)為2020年P(guān)CF顯著大于HCF，2021年HCF1顯著大于PCF的2個(gè)處理，HCF2與PCF這2個(gè)處理差異不顯著。由于PCF1處理施氮量多，成熟期植株含氮量高，2年的氮肥回收利用率最高，2年氮肥回收利用率分別為97.8%和80.0%；2020年的CK氮肥生理利用率明顯小于2021年的CK。

表4 不同施肥處理水稻的氮肥利用率

2.2 不同肥料處理對(duì)水稻各生育期頂葉SPAD值的影響

由圖1可知，不同肥料處理下，2020年P(guān)CF1處理分蘗期的頂葉SPAD值顯著大于其余處理，2021年分蘗期PCF1與其余各施氮處理差異不顯著，顯著高于不施氮的N0處理。2年的頂葉SPAD值均表現(xiàn)為拔節(jié)期N0顯著低于其余處理，各施肥處理SPAD值差異不顯著。2020年各處理齊穗期SPAD值差異不顯著，2021年N0處理的齊穗期頂葉SPAD值顯著低于其余處理。在成熟期，2年的PCF1處理SPAD值顯著高于其余處理。

2.3 不同肥料處理對(duì)水稻地上部干物質(zhì)積累的影響

從圖2可以看出，2年試驗(yàn)結(jié)果均表現(xiàn)為N0干物質(zhì)在各生育期顯著小于各處理。2年分蘗期HCF1處理的地上部干物質(zhì)積累量較高，2020年與CK和HCF2處理無顯著差異，顯著高于其余處理；2021年與CK無顯著差異，顯著高于其余處理。2020年P(guān)CF1處理的地上部干物質(zhì)在齊穗期和成熟期是最高的，顯著高于其余處理；PCF2處理在齊穗期的干物質(zhì)顯著高于CK和HCF2處理，與HCF1處理差異不顯著；PCF2處理在成熟期顯著低于PCF1、HCF和CK處理。2021年齊穗期PCF1處理干物質(zhì)量大于PCF2處理，成熟期PCF2處理干物質(zhì)量大于PCF1處理，PCF1與PCF2處理在齊穗期和成熟期地上部干物質(zhì)差異不顯著。2021年齊穗期PCF1處理干物質(zhì)量顯著大于除PCF2處理外的其余處理，PCF2處理在齊穗期的干物質(zhì)量顯著大于HCF1和HCF2處理，與CK處理差異不顯著；在成熟期PCF1和PCF2處理顯著大于其余處理。

地上部各器官干物質(zhì)(表5)方面，2020年齊穗期和成熟期的莖鞘干物質(zhì)表現(xiàn)一致，PCF1顯著大于其余各處理的莖鞘干物質(zhì)，CK顯著小于各施肥處理(HCF和PCF)的莖鞘干物質(zhì)積累量；2021年齊穗期HCF1處理小于CK和PCF1處理的莖鞘干物質(zhì)積累量，成熟期HCF2處理莖鞘干物質(zhì)顯著大于其余處理。2020年成熟期PCF2與CK、HCF處理的葉片干物質(zhì)量差異不顯著，在2020年齊穗期和年齊穗期、成熟期3個(gè)時(shí)期PCF的2個(gè)處理的葉片干物質(zhì)積累量顯著大于其余各處理。2年均表現(xiàn)為PCF1處理齊穗期穗部干物質(zhì)積累量最大，顯著大于其余各處理，2020年P(guān)CF1處理成熟期的穗部積累量最大，顯著大于PCF2處理，與HCF和CK處理差異不顯著，2021年P(guān)CF1與PCF2處理的穗部干物質(zhì)積累量差異不顯著，顯著大于其余處理。

表5 不同施肥處理下水稻地上部各器官干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)

2.4 不同肥料處理對(duì)水稻地上部氮含量的影響

葉片和莖鞘氮含量均表現(xiàn)為PCF1處理成熟期氮含量顯著大于其余各處理，2年所有處理的莖鞘和葉片含氮量齊穗期整體大于成熟期；2020年P(guān)CF1處理齊穗期莖鞘氮含量顯著大于PCF2處理，2021年P(guān)CF1與PCF2處理無顯著差異，2021年P(guān)CF1處理齊穗期葉片氮含量顯著高于PCF2處理。2年齊穗期PCF的2個(gè)處理的穗部氮含量顯著大于其余處理；成熟期穗部氮含量表現(xiàn)為2020年HCF1處理的穗部含氮量顯著大于其余處理，2021年P(guān)CF1處理的穗部含氮量顯著大于其余處理(表6)。

表6 不同施肥處理下水稻地上部各器官含氮量比較

2.5 不同肥料處理對(duì)水稻稻米外觀品質(zhì)的影響

2年試驗(yàn)結(jié)果(表7)表明，2年試驗(yàn)的各施肥處理糙米率和精米率差異不顯著，CK處理堊白度和堊白粒率最大，且2年的堊白粒率顯著大于其余處理。表明與傳統(tǒng)施肥方式相比，2種緩控釋肥處理對(duì)水稻精米率和糙米率影響不顯著，但顯著降低了稻米的堊白粒率。2020年CK與N0、HCF2處理的堊白度差異不顯著，2021年CK與HCF1、PCF2處理的堊白度差異不顯著。

表7 不同施肥處理下水稻稻米品質(zhì)比較

3 討論

3.1 緩釋肥導(dǎo)致增產(chǎn)的農(nóng)學(xué)基礎(chǔ)

單一緩/控釋肥養(yǎng)分釋放呈單一峰值，不能滿足水稻氮肥吸收規(guī)律[13]。摻混包膜型復(fù)合肥既滿足了作物因單一施用緩/控釋肥而使生長前期養(yǎng)分供應(yīng)不足的需求，也解決了植物生長后期供氮不足的問題[14]；腐殖酸緩釋型復(fù)合肥是一種多功能肥料，因含有腐殖酸而同時(shí)具有速效與遲效相結(jié)合的特點(diǎn)[15]。與N0相比，HCF處理增產(chǎn)26.6%～52.9%，PCF處理平均增產(chǎn)29.3%～45.5%。對(duì)于產(chǎn)量構(gòu)成因子，本試驗(yàn)中相同施肥量條件下，施用樹脂包衣尿素?fù)交旆柿虾透乘釓?fù)合肥料，較N0來說，2年的穗粒數(shù)方面，相同施肥量條件下，與CK相比，2個(gè)緩釋肥整體提高了每穗粒數(shù)，增幅為 4.1%～16.1%。與前人研究緩控釋肥能使水稻產(chǎn)量有效提高是因?yàn)樵黾恿藛挝幻娣e有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)的結(jié)論[16-17]一致。此外相同施肥量180 kg/hm2條件下，PCF1處理較CK顯著提高了水稻植株成熟期的地上部干物質(zhì)和各器官的氮含量；HCF1處理較CK提高了各器官的含氮量。在本地區(qū)2種緩釋肥一次性施肥可以明顯提高水稻的生產(chǎn)力。

3.2 緩釋肥提高水稻肥料利用率和稻米品質(zhì)的農(nóng)學(xué)基礎(chǔ)

一次性基施緩釋肥的施用次數(shù)少，肥料利用率提高，效果優(yōu)于常規(guī)習(xí)慣施肥方法，施用緩釋肥可以顯著提高肥料利用率，相關(guān)研究已基本證實(shí)了這種觀點(diǎn)[18-20]。施肥量180 kg/hm2下，2020年HCF1處理與CK農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力無顯著差異，2021年HCF1處理比CK氮肥偏生產(chǎn)力提高 4.4 kg/kg，農(nóng)學(xué)利用率提高4.6 kg/kg，PCF1處理與CK相比2年氮肥偏生產(chǎn)力無顯著差異，農(nóng)學(xué)利用率增加1.9～2.8 kg/kg。PCF1處理成熟期頂葉的SPAD值顯著大于其余處理，成熟期葉片含氮量顯著大于其余處理，表明PCF1處理后期氮素供應(yīng)過量，導(dǎo)致PCF1處理回收利用率高于其余處理，生理利用率小于其余處理。

李武等研究發(fā)現(xiàn)，緩控釋氮肥處理較常規(guī)施肥處理能顯著提高精米率和整精米率，有效提高了稻米加工品質(zhì)，且能在一定程度上降低堊白度和堊白粒率，提高稻米外觀品質(zhì)[21]。董曉亮等也報(bào)道減少緩控釋氮肥用量 20%，且穗肥不追施任何氮素處理時(shí)，可以顯著提高稻米的食味品質(zhì)[22]。本研究2種緩釋肥2種施肥量處理與CK相比，均提高了整精米率，降低了堊白粒率，與前人研究結(jié)論一致。

4 結(jié)論

施用2種不同性質(zhì)的緩釋肥對(duì)水稻均有明顯的增產(chǎn)效果，增產(chǎn)原因主要是提高了水稻的分蘗成穗率，增加了有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)；同時(shí)增加水稻后期各部位的養(yǎng)分吸收和提高肥料利用率，提高了水稻的稻米品質(zhì)。減少20%氮肥用量條件下，摻混肥料處理和腐殖酸緩釋型復(fù)合肥處理與農(nóng)戶常規(guī)施肥相比，產(chǎn)量下降不顯著，但提高了氮肥偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)利用率。相同施氮量下，腐殖酸緩釋肥料比摻混肥料總質(zhì)量少35%～40%，減少了施肥量和用工成本。該地區(qū)水稻應(yīng)優(yōu)先選用腐殖酸緩釋型復(fù)合肥料，適宜用量為144 kg/hm2。