陳 貴，魯晨妮，石艷平，倪雄偉，程旺大，張紅梅，王保君，張麗萍，孫 達(dá)

(1.嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 嘉興 314016； 2.嘉興市土肥植保與農(nóng)村能源站，浙江 嘉興 314050； 3.嘉興市南湖區(qū)農(nóng)漁技術(shù)推廣站，浙江 嘉興 314051)

據(jù)估計(jì)，我國(guó)稻田氮肥用量約占農(nóng)業(yè)氮肥總用量的24%[1]。但是，稻田氮肥的當(dāng)季回收效率僅為30%左右，其中高產(chǎn)田塊的利用效率更低，僅為19.9%[2-4]。相當(dāng)一部分氮素通過氨揮發(fā)、硝化-反硝化、徑流和滲漏等損失途徑進(jìn)入環(huán)境，給生態(tài)平衡造成巨大威脅[5]。近年來，水稻收購(gòu)價(jià)格不斷下降，勞動(dòng)力成本卻不斷上漲，水稻傳統(tǒng)生產(chǎn)中每季3～4次施肥的方式在很大程度上增加了水稻種植的用工成本。因此，如何實(shí)現(xiàn)減氮和節(jié)本增效是保障水稻種植可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

緩控釋肥能夠根據(jù)作物的需肥特性釋放養(yǎng)分，提高肥料利用效率，同時(shí)能夠減少水稻種植過程中的施肥次數(shù)，降低勞動(dòng)成本。針對(duì)緩控釋肥在水稻上的應(yīng)用，近年來學(xué)者們開展了較多試驗(yàn)，但研究結(jié)果存在一定差異。秦道珠等[6]研究表明，當(dāng)控釋肥的氮素用量為常規(guī)施肥的70%時(shí)，稻谷產(chǎn)量仍比常規(guī)施肥高6.72%，當(dāng)控釋肥的氮素用量為常規(guī)施肥的50%時(shí)，稻谷產(chǎn)量與常規(guī)施肥的稻谷產(chǎn)量相當(dāng)，據(jù)此推斷，施控釋肥可較常規(guī)施肥減少30%～50%的氮素用量；古慧娟等[7]的田間試驗(yàn)表明，在水稻上施用控釋肥，在不減產(chǎn)的基礎(chǔ)上可比施用普通尿素省肥20%～30%。然而，也有研究認(rèn)為，緩控釋肥的養(yǎng)分釋放緩慢，不能滿足水稻生長(zhǎng)前期的營(yíng)養(yǎng)需求，在水稻生長(zhǎng)前期增施尿素處理的產(chǎn)量明顯高于僅施用緩控釋肥的處理[8]。造成不同研究結(jié)果間差異的原因很可能與試驗(yàn)地區(qū)的環(huán)境氣候類型、緩控釋肥類型，以及施用方法等緊密相關(guān)。

脲銨是一種新型氮素肥料，由銨態(tài)氮和酰胺態(tài)氮按照一定的比例復(fù)合造粒而成，兼具速效性和長(zhǎng)效性。脲銨的含氮量約為30%，低于尿素的含氮量(46%)[9-10]。研究表明，在脲銨與尿素等用量的條件下，盡管脲銨處理的氮投入量小于尿素處理，但水稻產(chǎn)量還略有增加[10]。張博文等[11]發(fā)現(xiàn)，等氮量投入情況下脲銨處理的水稻產(chǎn)量高于尿素處理，且稻田氨的揮發(fā)量減少。

目前，有關(guān)緩控釋肥或脲銨施用對(duì)水稻生長(zhǎng)和產(chǎn)量影響的研究相對(duì)較多，但是將緩控釋肥和脲銨結(jié)合施用，探究其在水稻種植過程中對(duì)化肥減量、水稻產(chǎn)量、氮素利用效率和土壤養(yǎng)分方面影響的研究還相對(duì)欠缺。為此，本研究以嘉興地區(qū)傳統(tǒng)的一基兩追施肥模式(即以推薦的水稻配方肥為基肥，以尿素作為分蘗肥和穗肥追肥2次)為對(duì)照，通過田間試驗(yàn)研究了不同類型緩控釋肥和嘉興地區(qū)農(nóng)業(yè)部門推廣施用的氮肥類型脲銨在一基一追模式(即以緩控釋肥為基肥，以脲銨為分蘗肥追肥，兩者的氮投入比例為56.7%：43.3%)下減氮施用對(duì)常規(guī)粳稻產(chǎn)量、氮素利用效率和土壤養(yǎng)分的影響，為水稻減肥增效和可持續(xù)管理提供技術(shù)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

田間試驗(yàn)在浙江省嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)基地展開。該地屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫15～16 ℃，年均降水量1 194 mm，年相對(duì)濕度80%～85%，年均輻射量462 kJ·cm-2。試驗(yàn)地土壤類型為長(zhǎng)三角地區(qū)典型的水稻土青紫泥田，試驗(yàn)前耕層土壤的理化性狀如下：全氮1.71 g·kg-1，堿解氮138 mg·kg-1，有效磷13.3 mg·kg-1，速效鉀148 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)24.0 g·kg-1，pH值6.85。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)共設(shè)計(jì)14個(gè)處理。N0，不施氮肥；CK，傳統(tǒng)施肥對(duì)照，選用傳統(tǒng)的一基兩追肥施肥模式，折純氮投入總量為225 kg·hm-2，3次施肥的氮投入比例分別為40%、30%、30%。所使用的肥料包括：水稻專業(yè)配方肥，N 18%，P2O58%，K2O 18%，江蘇華昌化工股份有限公司生產(chǎn)；尿素，N 46%，河南心連心化肥有限公司生產(chǎn)。其他處理均采用一基一追模式。其中，緩控釋肥包含3種類型：(1)好樂耕(HL)，N 18%，P2O55%，K2O 10%，屬木質(zhì)素類緩控釋肥，萬里神農(nóng)有限公司生產(chǎn)；(2)永笑(YX)，N 22%，P2O58%，K2O 15%，屬脲甲醛類緩控釋肥，佛山住商肥料有限公司生產(chǎn)；(3)開擂嘍(KL)，N 20%，P2O58%，K2O 12%，屬硝化抑制劑類緩控釋肥，杭州利時(shí)化肥有限公司生產(chǎn)。脲銨含氮30%(其中銨態(tài)氮15%，尿素態(tài)氮15%)，江蘇華昌化工股份有限公司生產(chǎn)。一基一追模式下設(shè)計(jì)4種氮投入量，分別為與CK一致，和在CK的基礎(chǔ)上減氮20%、35%和50%。一基一追模式下，依照緩控釋肥類型和減氮量(0、20%、35%、50%)，將各處理相應(yīng)縮寫為HL(即基于好樂耕緩控釋肥的不減氮處理，其他依此類推)、HL20、HL35和HL50，YX、YX20、YX35和YX50，KL、KL20、KL35和KL50。14個(gè)處理中磷素(P2O5)和鉀素(K2O)的施用量均保持相同水平，即P2O551 kg·hm-2和K2O 87 kg ·hm-2。各處理中磷素和鉀素不足的部分以過磷酸鈣(P2O5≥12%，海鹽北洋磷原物資有限公司生產(chǎn))和氯化鉀(K2O≥60%，中化化肥有限公司生產(chǎn))的形式補(bǔ)充至各處理中。各處理重復(fù)3次，共42個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積均為8 m2。各小區(qū)的農(nóng)藥和水分管理模式保持一致。

供試水稻品種為秀水14(常規(guī)粳稻)，雙本插，栽培密度30萬叢·hm-2。基肥于水稻移栽前施入，并與耕層土壤混合；分蘗肥和穗肥以撒施方式施入。補(bǔ)充的磷、鉀肥均以基肥形式于移栽前一次性施入。田間試驗(yàn)于2018年6月28日施基肥，施肥后移栽秧苗，7月15日施分蘗肥，8月9日施穗肥，11月6日收獲采樣。

1.3 樣品采集與測(cè)定

產(chǎn)量和考種：水稻成熟后各小區(qū)采集1 m2樣地內(nèi)長(zhǎng)勢(shì)一致的水稻籽粒(避免邊際效應(yīng))，脫粒后曬干稱量。各小區(qū)取5穴代表性水稻植株考種。

地上部干物質(zhì)累積：成熟期各小區(qū)采集5穴代表性水稻地上部植株樣品，105 ℃殺青30 min，70 ℃烘至質(zhì)量恒定，稱量，計(jì)算干物質(zhì)累積量。

氮素累積：成熟期植株樣品磨碎后，經(jīng)H2SO4-H2O2消煮，采用凱氏定氮法測(cè)定植株氮含量，計(jì)算氮素累積量(植株氮含量與干物質(zhì)累積量的乘積)。

土壤養(yǎng)分測(cè)定：水稻收獲后采用多點(diǎn)法在各試驗(yàn)小區(qū)采集耕層(0～20 cm)土壤混合樣品，自然風(fēng)干后，去除雜物，磨細(xì)。土壤有機(jī)質(zhì)含量采用H2SO4-K2Cr2O7外加熱法測(cè)定；全氮含量采用H2SO4搭配混合催化劑消解-凱氏定氮法測(cè)定；堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷含量采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀含量采用1.0 mol·L-1NH4OAc浸提-火焰光度法測(cè)定；pH值測(cè)定時(shí)，先按水土體積質(zhì)量比2.5∶1的比例浸提，再用pH計(jì)測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS 9.4數(shù)據(jù)分析軟件包進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，采用SigmaPlot 14軟件作圖。

部分關(guān)鍵指標(biāo)的計(jì)算公式如下：

氮素利用效率(NUE，kg·kg-1)=谷物產(chǎn)量÷土壤供氮量(耕層土壤有效氮與施氮量之和)；

氮素吸收效率(NupE，kg·kg-1)=水稻植株地上部氮素累積量÷土壤供氮量；

干物質(zhì)氮素生理利用效率(PE-bio，kg·kg-1)=水稻植株地上部干物質(zhì)累積量÷水稻植株地上部氮素累積量；

谷物氮素生理利用效率(PE-grain，kg·kg-1)=谷物產(chǎn)量÷水稻植株地上部氮素累積量；

表觀氮肥回收效率(ANR，%)=(施氮處理的水稻植株地上部氮素累積量-無氮處理的水稻植株地上部氮素累積量)÷施氮量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

由表1可知，等施氮量下，無論選用何種緩控釋肥，一基一追模式下的水稻產(chǎn)量都與CK相當(dāng)，并無顯著差異。在一基一追模式下：等施氮量下，無論選用何種緩控釋肥，其水稻產(chǎn)量間都無顯著差異；在同一緩控釋肥下，隨著減氮量的增加，水稻產(chǎn)量降低，當(dāng)減氮量達(dá)到50%時(shí)，其水稻產(chǎn)量與不減氮和減氮20%的處理差異顯著(P<0.05)。

一基一追模式下，在同一緩控釋肥下，隨著減氮量的增加，水稻單位面積穗數(shù)同樣呈下降趨勢(shì)，且減氮50%處理的水稻單位面積穗數(shù)顯著(P<0.05)低于不減氮的處理；然而，不同減氮量處理的水稻每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重并無顯著差異。

2.2 不同處理對(duì)水稻干物質(zhì)累積和氮素累積的影響

如圖1所示，等施氮量和減氮20%的條件下，無論選用何種緩控釋肥，一基一追模式下的水稻地上部干物質(zhì)累積量和氮素累積量都與CK相當(dāng)，并無顯著差異。在一基一追模式下：等施氮量下，無論選用何種緩控釋肥，其水稻地上部干物質(zhì)累積量和氮素累積量間都無顯著差異；在同一緩控釋肥下，隨著減氮量的增加，水稻地上部干物質(zhì)累積量和氮素累積量降低，當(dāng)減氮量達(dá)到50%時(shí)，其水稻地上部干物質(zhì)累積量和氮素累積量與不減氮和減氮20%的處理差異顯著(P<0.05)。

與N0處理相比，各處理的水稻谷草比和氮收獲指數(shù)均顯著(P<0.05)下降。一基一追模式下，各處理的谷草比和氮收獲指數(shù)均無顯著差異。除HL35處理的谷草比外，一基一追模式下各處理的谷草比和氮收獲指數(shù)與CK相比均無顯著差異。

2.3 不同處理對(duì)水稻氮素利用效率的影響

如表2所示，等施氮量和減氮20%的條件下，無論選用何種緩控釋肥，一基一追模式下的水稻NUE、PE-bio和PE-grain都與CK相當(dāng)，并無顯著差異。在一基一追模式下：等施氮量下，無論選用何種緩控釋肥，其NUE、NupE、PE-grain、ANR都無顯著差異；在同一緩控釋肥下，隨著減氮量的增加，水稻的NUE、PE-bio和PE-grain表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，減氮35%和50%處理的NUE顯著(P<0.05)高于不減氮的處理。當(dāng)選用的緩控釋肥為好樂耕或永笑時(shí)，減氮50%處理的PE-bio和PE-grain顯著(P<0.05)高于不減氮的處理。各施氮處理中，除YX20的NupE和ANR顯著(P<0.05)高于CK外，其他處理與CK相比均無顯著差異。

表1 不同處理的水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

柱上無相同字母的表示處理間差異顯著(P<0.05)。Bars marked without the same letters indicated significant difference at P<0.05.圖1 不同處理水稻的地上部干物質(zhì)累積和氮素累積Fig.1 Biomass and N accumulation of aboveground part of rice under different treatments

表2 不同處理的水稻氮素利用效率

2.4 不同處理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

如表3所示，各處理的土壤全氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)含量均無顯著差異。與CK相比，HL、YX、YX20、KL處理的土壤堿解氮含量分別顯著(P<0.05)增加9.36%、9.57%、7.91%和7.44%，其他處理的土壤堿解氮與CK相比并無顯著差異。一基一追模式下：等施氮量下，無論選用何種緩控釋肥，土壤堿解氮含量均無顯著差異；在同一緩控釋肥下，隨著減氮量的增加，土壤堿解氮含量降低，當(dāng)減氮量達(dá)到50%時(shí)，與不減氮的處理相比差異顯著(P<0.05)。各處理的土壤速效鉀含量與CK相比并無顯著差異。除YX35外，與CK相比，選用好樂耕、永笑緩控釋肥各處理的土壤pH值并無顯著差異，但選用開擂嘍緩控釋肥的KL、KL20、KL35和KL50處理，其土壤pH值較CK顯著降低0.17～0.31個(gè)pH單位。

表3 不同處理的土壤基本理化性狀

3 討論

本研究以嘉興地區(qū)水稻種植中普遍推廣的基于水稻專用配方肥和尿素的一基兩追模式為對(duì)照(CK)，發(fā)現(xiàn)基于緩控釋肥(木質(zhì)素類緩控釋肥、脲甲醛類緩控釋肥或硝化抑制劑類緩控釋肥)和脲銨的一基一追模式，在減氮20%的條件下水稻產(chǎn)量仍可與CK基本持平。這是緩控釋肥和脲銨共同作用的結(jié)果。胡鐵軍等[12]研究基于緩控釋肥和尿素的一基兩追模式對(duì)水稻產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)減氮20%時(shí)仍較對(duì)照增產(chǎn)，主要得益于水稻每穗實(shí)粒數(shù)和千粒重的增加。馬良等[13]發(fā)現(xiàn)，基于緩控釋肥脲甲醛和尿素的一基一追模式在減氮18%時(shí)產(chǎn)量仍比常規(guī)施肥(一基四追)高，主要原因在于水稻結(jié)實(shí)率和千粒重增加。本研究中，當(dāng)減氮量超過20%后，谷物產(chǎn)量下降明顯。主要原因?yàn)?，單位面積穗數(shù)和每穗實(shí)粒數(shù)的下降程度大于結(jié)實(shí)率和千粒重增加的比例。這表明當(dāng)采用基于緩控釋肥和脲銨的一基一追模式時(shí)，減氮35%(含)以上時(shí)氮素養(yǎng)分供應(yīng)量已不能充分滿足水稻分蘗和穗分化所需。唐拴虎等[14]研究發(fā)現(xiàn)，施用緩控釋肥處理的水稻分蘗數(shù)遠(yuǎn)低于對(duì)照。然而，也有研究表明，施用緩控釋肥能夠增加水稻分蘗數(shù)和單位面積穗數(shù)[15]。這可能與不同研究中供試的緩控釋肥類型、施用方法，以及試驗(yàn)地區(qū)的氣候環(huán)境和水稻類型等緊密相關(guān)。本研究中，減氮35%條件下水稻基肥和分蘗肥的氮投入量(以純N計(jì)，下同)合計(jì)為146.25 kg·hm-2，而對(duì)照處理的基肥和分蘗肥氮投入量合計(jì)為157.5 kg N·hm-2，前者僅比后者減少7.14%，而對(duì)應(yīng)處理的水稻單位面積穗數(shù)與對(duì)照相比分別下降8.04%和7.40%，表明肥料施用后土壤氮含量水平可能對(duì)水稻分蘗發(fā)揮較大作用。邱榮富等[16]認(rèn)為，緩控釋肥肥效釋放緩慢，水稻分蘗期植株能夠得到的營(yíng)養(yǎng)較少，特別是氮素營(yíng)養(yǎng)相對(duì)較少。這是導(dǎo)致水稻分蘗不快，分蘗勢(shì)不強(qiáng)，高峰苗和有效穗數(shù)比對(duì)照少的主要原因。本研究中，減氮35%條件下，盡管分蘗肥選用的脲銨能夠比尿素更快地補(bǔ)充土壤有效氮含量，但可能氮供應(yīng)量仍不能滿足水稻分蘗所需，從而導(dǎo)致水稻單位面積穗數(shù)下降。同樣在減氮35%的條件下，供試的3類緩控釋肥中，選用硝化抑制劑類緩控釋肥處理的水稻單位面積穗數(shù)下降幅度相對(duì)較大(表1)，這可能與硝化抑制劑增加稻田氨揮發(fā)，氮素?fù)p失較大有關(guān)。孫海軍等[17]研究發(fā)現(xiàn)，施用硝化抑制劑會(huì)增加54.7%～110.6%的氨揮發(fā)排放。

一基一追模式下，隨施氮量減少，水稻氮素利用效率呈增加趨勢(shì)，這與傳統(tǒng)氮肥減量施用下的趨勢(shì)基本一致[18]。但當(dāng)選用不同的緩控釋肥時(shí)，不同處理的水稻氮素利用效率存在一定差異：木質(zhì)素類緩控釋肥和硝化抑制劑類緩控釋肥在減氮35%時(shí)水稻氮素利用效率已顯著大于CK，表明低氮供應(yīng)時(shí)這2類緩控釋肥的養(yǎng)分釋放或與水稻關(guān)鍵時(shí)期的養(yǎng)分需求更加吻合。氮素利用效率由氮素吸收效率和氮素生理利用效率共同決定[19-20]。本研究中減氮35%以上時(shí)水稻氮素利用效率增加的主要原因與水稻氮素生理利用效率增加緊密相關(guān)，其中干物質(zhì)氮素生理利用效率的貢獻(xiàn)更大。侯紅乾等[21]研究表明，緩控釋肥一次性全量基施和減氮20%基施時(shí)，晚稻的氮素吸收效率均高于常規(guī)的3次施肥處理，但全量基施使晚稻的氮素生理利用效率降低，而減氮20%基施則使晚稻的氮素生理利用效率顯著增加。本研究中，不減氮條件下，木質(zhì)素類或脲甲醛類緩控釋肥+脲銨的組合提高了水稻的氮素吸收效率；減氮20%條件下，脲甲醛和硝化抑制劑類緩控釋肥+脲銨的組合提高了水稻的氮素生理利用效率。這與侯紅乾等[21]的結(jié)論具有一定的相似性。同時(shí)也表明，不同類型緩控釋肥對(duì)稻氮素利用效率的影響存在一定差異。研究表明，與傳統(tǒng)肥料相比，緩控釋肥或脲銨施用均能夠提高表觀氮肥回收效率[10，21-23]。本研究結(jié)果與之相似，且以減氮20%時(shí)表觀氮肥回收效率最高，以脲甲醛類緩控釋肥的效果最佳。

焦曉光等[24]研究表明，與普通尿素相比，施用緩控釋肥處理的稻田土壤中氮?dú)埩袅吭黾?.37%～20.9%。本研究也發(fā)現(xiàn)，一基一追模式下，不減氮處理的土壤堿解氮含量明顯高于對(duì)照。主要原因可能是，緩控釋肥的養(yǎng)分釋放相對(duì)較慢，且不減氮條件下水稻生育后期的養(yǎng)分需求和吸收能力下降，緩控釋肥釋放的多余的氮素更易殘留在土壤中[25-26]。另外，脲銨施用后也可提高氮肥利用效率[10]，從而使土壤氮?dú)埩袅吭龆?。因此，本研究中土壤堿解氮含量增加可能是緩控釋肥和脲銨共同作用的結(jié)果。研究表明，稻田硝化-反硝化過程損失的氮量占施氮量的16%～41%[27]，而硝化抑制劑能夠使硝化-反硝化過程的發(fā)生程度降低[28-29]。本研究中，硝化抑制劑類緩控釋肥的施用可能在較大程度上降低了土壤硝化-反硝化過程引起的氮素?fù)p失，使土壤氮?dú)埩粼黾?。一基一追模式下，土壤pH值降低。這可能是脲銨施用引發(fā)的結(jié)果。脲銨是速效和長(zhǎng)效相結(jié)合的肥料，施用后水稻植株可能更多地吸收來自于脲銨分解釋放的銨態(tài)氮養(yǎng)分，同時(shí)向土壤中排出更多氫離子。而尿素的養(yǎng)分釋放相對(duì)集中，水稻來不及吸收釋放出的銨態(tài)氮，相當(dāng)一部分銨態(tài)氮會(huì)以氨揮發(fā)等形式損失進(jìn)入大氣[11]。硝化抑制劑類緩控釋肥+脲銨的處理降低了土壤pH值，這可能與硝化抑制劑的作用緊密相關(guān)。硝化抑制劑抑制了土壤中銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮的硝化過程[27]，而水稻吸收銨態(tài)氮時(shí)會(huì)排出使土壤變酸的氫離子[30-31]。

綜上，在本研究的土壤類型和地力水平條件下，與嘉興地區(qū)現(xiàn)有的基于水稻配方肥和尿素的一基兩追施肥模式相比，基于緩控釋肥和脲銨的一基一追模式在減氮20%的條件下仍能夠保證水稻不減產(chǎn)。綜合水稻產(chǎn)量、水稻植株氮素利用效率、氮肥表觀回收效率和土壤養(yǎng)分的表現(xiàn)，本試驗(yàn)條件下，選用基于脲甲醛類緩控釋肥和脲銨、較常規(guī)施肥減氮20%的一基一追模式的效果最佳。