氮肥增效劑與化肥配施對(duì)水稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響

陶娟花，溫苗，石其偉，張惠澤，金亮，馬進(jìn)川*

(1.紹興市柯橋區(qū)農(nóng)業(yè)水產(chǎn)技術(shù)推廣站，浙江 紹興 312030；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)

水稻是我國(guó)的主要糧食作物，在居民口糧消費(fèi)中稻谷消費(fèi)量占到60%左右[1]。水稻作為浙江省第一大糧食作物，約占糧食總量的82%左右，其戰(zhàn)略地位不容忽視。近年來(lái)，浙江省深入推進(jìn)多項(xiàng)水稻產(chǎn)業(yè)綠色高效生產(chǎn)和提質(zhì)增效措施，按照“保護(hù)能力、藏糧于地、穩(wěn)面增產(chǎn)、綠色增效、需求引領(lǐng)、優(yōu)化結(jié)構(gòu)”的要求，積極推進(jìn)全省糧食生產(chǎn)工作有序開(kāi)展，保證全省水稻安全生產(chǎn)[2]。肥料在作物生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用，是作物增產(chǎn)增收最基本的物質(zhì)保障，高效利用氮肥提高水稻產(chǎn)量是保障我國(guó)糧食安全的關(guān)鍵[3]。然而，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過(guò)量或不合理施肥，尤其是氮肥，導(dǎo)致大量的氮肥通過(guò)氨揮發(fā)、反硝化、表面徑流、滲漏等途徑流失，這不僅會(huì)導(dǎo)致養(yǎng)分利用率低，同時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致地下水污染、江河湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化以及引起全球的氣候變暖[4-5]。此外，氮肥施用量的增加會(huì)對(duì)土壤治理和土壤生物多樣性產(chǎn)生負(fù)面影響[6-7]。因此，如何根據(jù)作物需求對(duì)水稻氮肥進(jìn)行優(yōu)化管理，在保證高產(chǎn)、糧食安全的同時(shí)，提高氮肥利用率，減少養(yǎng)分損失一直是植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究的重點(diǎn)問(wèn)題。

基于此，本試驗(yàn)研究了脲酶抑制劑和硝化抑制劑配合施用對(duì)浙江省水稻產(chǎn)量和氮素利用的影響，探討氮肥增效劑的應(yīng)用效果，為浙江水稻增產(chǎn)、提質(zhì)、增效并為進(jìn)一步推進(jìn)浙江省化肥定額制，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥，提高氮肥利用率提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試水稻品種為甬優(yōu)1540，供試土壤全氮0.282%、堿解氮含量為148.94 mg·kg-1、有效磷含量為15.04 mg·kg-1、速效鉀含量為35 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)含量為5.15%、pH值4.58。供試氮肥增效劑為復(fù)合增效劑，由氫醌、雙氰胺和沸石粉組成。試驗(yàn)點(diǎn)位于紹興市柯橋區(qū)平水鎮(zhèn)會(huì)稽村，采用田間小區(qū)試驗(yàn)，共設(shè)置6個(gè)處理(表1)，重復(fù)3次，共18個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)面積20 m2，各小區(qū)間田埂覆膜隔開(kāi)。6個(gè)處理的施肥量及施肥方式如表1所示。

表1 試驗(yàn)施肥量及施肥方式Table 1 Fertilizer amount and fertilization method in field

1.2 測(cè)試項(xiàng)目與方法

在水稻收獲期每小區(qū)采集5穴全株樣品，清洗、烘干、粉碎，過(guò)篩后用H2SO4-H2O2進(jìn)行消煮，測(cè)定氮、磷、鉀含量。全氮測(cè)定采用凱氏定氮法，全磷測(cè)定采用釩鉬黃比色法，全鉀測(cè)定采用火焰光度計(jì)法。收獲期小區(qū)單獨(dú)收獲，測(cè)定產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

計(jì)算氮肥表觀(guān)回收率[14]、氮收獲指數(shù)[15]。

本研究用氮肥表觀(guān)回收率和氮收獲指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)氮肥養(yǎng)分利用率，數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007和SPSS 17.1統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

不同施肥處理水稻產(chǎn)量如圖1所示。結(jié)果表明，CK水稻產(chǎn)量最低，為3 828 kg·hm-2；RF1+NS處理水稻產(chǎn)量最高，為6 225 kg·hm-2，高于無(wú)增效劑的RF1(5 550 kg·hm-2)；其次為農(nóng)民習(xí)慣性施肥FP處理，產(chǎn)量約為6 150 kg·hm-2；RF2+NS處理水稻產(chǎn)量為5 865 kg·hm-2；RF2處理水稻產(chǎn)量則低于其他4個(gè)施氮處理，為5 390 kg·hm-2。水稻產(chǎn)量結(jié)果表明，所有施氮肥處理的產(chǎn)量明顯高于CK，氮肥增效劑處理(RF1+NS、RF2+NS)的水稻產(chǎn)量高于無(wú)增效劑對(duì)照(RF1、RF2)，其中處理RF1+NS比RF1增產(chǎn)12.2%，RF2+NS比RF2增產(chǎn)8.8%。可見(jiàn)氮肥的施加及其與氮肥增效劑的配合施用可以減少氮肥施用次數(shù)，提高氮肥利用率，從而達(dá)到較高的水稻產(chǎn)量。

圖1 不同施肥處理的水稻產(chǎn)量Fig.1 Rice yield under different fertilization treatments

2.2 不同施肥處理對(duì)水稻秸稈和籽粒氮含量的影響

不同施肥處理水稻秸稈和籽粒氮含量如圖2所示。CK秸稈和籽粒中氮含量均低于其他施氮處理。5個(gè)施肥處理的籽粒氮含量依次為RF1+NS(1.05%)>RF2+NS(1.04%)>FP(1.02%)>RF2(1.01%)>RF1(0.98%)。處理RF1+NS與RF1相比，籽粒氮含量顯著提高了0.07百分點(diǎn)，處理RF2+NS與RF2相比，籽粒氮含量提高了0.03百分點(diǎn)。5個(gè)施肥處理的秸稈氮含量依次為FP(0.74%)=RF2+NS(0.74%)>RF1(0.69%)>RF1+NS(0.66%)>RF2(0.64%)。處理RF1+NS與RF1相比，秸稈氮含量沒(méi)有顯著差異，而處理RF2+NS與RF2相比，秸稈氮含量則顯著提高0.10百分點(diǎn)。6個(gè)處理的水稻籽粒中全磷、全鉀含量差異不大，但在秸稈中表現(xiàn)出了較大的差異。CK的秸稈全磷含量均顯著高于其余5個(gè)施氮處理。RF1+NS與RF1處理相比，秸稈全磷含量沒(méi)有顯著差異，但全鉀含量顯著提高。RF2+NS與RF2處理相比，秸稈全磷、全鉀含量均沒(méi)有顯著差異。以上結(jié)果表明，氮肥增效劑的施用能夠提高籽粒和秸稈中氮含量，這可能與氮肥增效劑的施用降低了氮的損失有關(guān)，而其作用效果可能與施氮量有關(guān)。

柱子上無(wú)相同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖2 不同施肥處理水稻秸稈和籽粒氮、磷、鉀含量Fig.2 Nitrogen，phosphorus and potassium contents of rice straw and grains under different fertilization treatments

2.3 不同施肥處理對(duì)農(nóng)田養(yǎng)分平衡的影響

空白處理農(nóng)田氮素虧缺量為45.80 kg·hm-2(表2)，表明土壤基礎(chǔ)肥力氮供應(yīng)量為45.80 kg·hm-2。處理RF1+NS農(nóng)田氮總輸出最高，為92.42 kg·hm-2，其次是FP處理，總輸出量為87.92 kg·hm-2，處理RF1、RF2和RF2+NS農(nóng)田氮總輸出量分別為77.70、76.49和84.49 kg·hm-2，均顯著低于RF1+NS。此外，處理RF1+NS與RF1相比，農(nóng)田氮總輸出量顯著提高了18.94%；處理RF2+NS與RF2相比，農(nóng)田氮總輸出量提高了10.46%。在秸稈不還田情況下，F(xiàn)P處理農(nóng)田氮素盈余量最高，為101.08 kg·hm-2，顯著高于其他施肥處理；RF1和RF1+NS處理氮素盈余量存在顯著差異，分別為81.30和66.58 kg·hm-2，與RF1相比，RF1+NS處理使土壤氮素的盈余量顯著降低18.10%。RF2和RF2+NS處理農(nóng)田氮素盈余量同樣存在顯著差異，分別為52.51和44.51 kg·hm-2，與RF2+NS相比，處理RF2使土壤氮素的盈余量顯著提高了17.98%。上述結(jié)果表明，氮肥增效劑的施用對(duì)農(nóng)田氮總輸出有明顯的提高，并顯著減少了氮肥在農(nóng)田中的過(guò)多累積。

表2 不同施肥處理對(duì)農(nóng)田養(yǎng)分平衡的影響Table 2 Effects of different fertilization treatments on nutrient balance in field 單位：kg·hm-2

農(nóng)田磷總輸出量方差分析結(jié)果表明，施氮處理農(nóng)田磷總輸出量顯著高于CK，RF1+NS和RF1相比，磷總輸出顯著提高了16.54%；而RF2和RF2+NS處理間磷總輸出量沒(méi)有顯著區(qū)別。此外，養(yǎng)分平衡結(jié)果表明，與CK相比，施氮后磷肥虧缺更加顯著，由19.60 kg·hm-2增長(zhǎng)至42.69～69.99 kg·hm-2。農(nóng)田鉀總輸出量與磷總輸出量趨勢(shì)基本相同，也表現(xiàn)為施氮處理農(nóng)田鉀總輸出量顯著高于CK；RF1+NS和RF1相比，鉀總輸出量顯著提高了34.83%；RF2和RF2+NS處理間的鉀總輸出量沒(méi)有顯著差異。施氮后鉀養(yǎng)分由盈余3.46 kg·hm-2轉(zhuǎn)為虧缺31.00～70.16 kg·hm-2。農(nóng)田磷、鉀養(yǎng)分輸出結(jié)果表明，氮肥增效劑的施用在促進(jìn)農(nóng)田氮輸出的同時(shí)也會(huì)提高磷、鉀的輸出。

2.4 不同施肥處理下氮肥養(yǎng)分利用率

不同施肥處理對(duì)水稻氮肥表觀(guān)回收率存在顯著影響。由表3可知，RF1+NS和RF2+NS處理氮肥表觀(guān)回收率最高，分別為30.41%和31.33%，而RF1處理氮肥表觀(guān)回收率最低，僅為21.15%。RF1+NS與RF1處理相比氮肥表觀(guān)回收率顯著提高了9.26百分點(diǎn)；RF2+NS與RF2相比氮肥表觀(guān)回收率顯著提高了6.20百分點(diǎn)。5個(gè)施氮處理氮收獲指數(shù)無(wú)顯著差異。

表3 氮肥養(yǎng)分利用率比較Table 3 Comparison of nitrogen fertilizer use efficiency

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)中氮肥養(yǎng)分平衡存在較大差異，其中農(nóng)民習(xí)慣性施肥處理FP氮肥盈余量最高，與RF1+NS和RF2+NS相比，其盈余量分別顯著高出51.81%和127.10%，這表明過(guò)量施氮會(huì)導(dǎo)致農(nóng)田中大量的氮盈余，這些未被利用的氮素大多以含氮化合物的形式進(jìn)入大氣和土壤，不僅導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境污染，也增加了農(nóng)業(yè)成本。此外，與習(xí)慣施肥處理FP相比，RF2+NS在減氮30%以上的情況下，均能維持甚至提高水稻產(chǎn)量，顯著提高水稻氮肥表觀(guān)回收率，維持植株氮、磷、鉀的需求。綜上，氮肥配施增效劑是一種可行的減肥增產(chǎn)增效的施肥措施。

研究[24]表明，脲酶抑制劑施用后水稻產(chǎn)量平均增加5.7%；另有研究[25]表明，硝化抑制劑顯著增加晚稻產(chǎn)量，平均增幅為15.1%，但對(duì)早稻無(wú)顯著增產(chǎn)作用。本試驗(yàn)在RF1和RF2處理的基礎(chǔ)上施加氮肥增效劑，水稻增產(chǎn)幅度分別為12.2%和8.8%。與不施氮CK相比，RF1+NS顯著增加水稻籽粒氮含量，RF2+NS則顯著增加水稻秸稈氮含量。這可能是由于氮肥增效劑的效益受氮肥種類(lèi)、用量、水稻品種基因型以及土壤溫度、pH值、降雨量等其他環(huán)境因素的影響所致。此外，本研究結(jié)果表明，處理RF1+NS，在施加氮肥增效劑后秸稈中磷含量顯著低于其他處理，可能是由于氮肥增效劑的施加促進(jìn)了水稻對(duì)氮素的吸收，提高了水稻的生物量，從而對(duì)磷的吸收形成了協(xié)同的促進(jìn)作用所致。

總而言之，氮肥增效劑的使用能夠延緩氮素釋放周期，減緩?fù)寥赖獡p失，提高氮肥利用效率，并提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)，最終增加農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

4 小結(jié)

綜上所述，氮肥增效劑在一定程度上能夠提高水稻產(chǎn)量，延緩氮素釋放周期，減緩?fù)寥赖獡p失，簡(jiǎn)化農(nóng)事操作中氮肥的使用，同時(shí)提高氮肥利用效率，但在實(shí)踐生產(chǎn)中，由于氮肥增效劑對(duì)水稻產(chǎn)量的促進(jìn)作用，可能會(huì)導(dǎo)致水稻生育期對(duì)磷肥的需求量增加，因此，需綜合考慮水稻生產(chǎn)中化肥定額量，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥，達(dá)到高產(chǎn)增效、綠色安全的目標(biāo)。