新型氮肥对水稻产量养分积累及吸收利用的影响

姚单君,张爱华,杨 爽,吴兴洪, 张 钦,王文华*,王培官，刘文启，古应庭，李克仙

(1.贵州省农业科学院 土壤肥料研究所，贵州 贵阳 550006；2.贵州大学，贵州 贵阳 550025；3. 贵州省贵安新区高峰镇农业服务中心，贵州 贵安 561108)

【研究意义】水稻作为我国的主要粮食作物之一，一直是农业研究的重点。高效新型肥料的研发显得越来越重要，对各种新型肥料的大田肥效验证试验也具有必要性。【前人研究进展】为提高粮食产量，稻田生态系统投入了大量的氮肥，如南方水稻区超量施氮的农户比例高达60 %～90 %[1-2]。农田中超量施入的氮肥通过降雨和灌溉造成农业及农村面源污染，氮肥进一步进入湖泊、河流而引发流域水体富营养化等环境污染问题[3-4]。如今肥料生产效率降低及由于过量施肥导致超过环境自身承载力等问题已引起人们的持续关注。大量关于新型肥料的研究表明，新型肥料具有节肥增效、环境友好等高效特征[5-8]，能有效增加水稻[9-10]、玉米[10-11]、辣椒[12-13]、马铃薯[15]及绿叶蔬菜[16-17]的产量、品质及养分的吸收利用能力。【本研究切入点】现在市场上新型肥料层出不穷，但针对控失尿素、腐植酸尿素、聚能网尿素、含锌尿素对贵州地区水稻产量、生物量及养分吸收利用影响的研究还鲜有报道。【拟解决的关键问题】以乐优58水稻品种为试验材料，探索新型氮肥对贵州水稻生产及养分吸收积累的影响，并筛选出适宜于贵州稻区的高效新型氮肥，为水稻种植节肥增效途径的研究提供一定的依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

田间试验于2016年4-9月在贵州省贵安新区高峰镇进行，该地属北半球亚热带季风气候，年均气温14.1 ℃，年均降雨量1298 mm。水资源丰富，麻线河、羊昌河横穿全境，汇入红枫湖。地势平坦，土地肥沃，是贵安新区的主要粮食产区，素有安顺粮仓之称，高峰镇的“贡皇”、“福寿”等优质大米曾获名牌农产品、放心大米等荣誉称号。供试土壤为黄壤，土壤耕层基本理化性质为有机质29.3 g/kg，速效氮141.84 mg/kg，有效磷21.2 mg/kg，速效钾102 mg/kg，pH 5.98。根据全国第2次土壤普查养分分级标准，土壤肥力水平属中等。

1.2 试验材料

供试水稻品种为乐优58。

河南心连心化肥有限公司提供的4种新型氮肥，分别为控失尿素(N %为43.2 %)、聚能网尿素(N %为46.4 %)、腐植酸尿素(N %为46 %)和含锌尿素(N %为43.2 %、Zn %为1.61 %)；普通尿素(N %为46.7 %)、硫酸锌、过磷酸钙(P2O5%为12 %)和氯化钾(K2O %为60 %)在常规农资店购买。

1.3 试验设计

试验在施用等量磷、钾肥的基础上，共设8个处理，分别为：CK1，不施氮；CK2，施普通尿素；A1，施控失尿素；A2，施聚能网尿素；A3，施腐植酸尿素；A4，施含锌尿素；A5，控失尿素一次性追肥；A6，施普通尿素+等量锌肥，每个处理3 次重复。各处理肥料用量按N 12 kg/667m2、P2O58 kg/667m2、K2O 8 kg/667m2、ZnSO41.07 kg/667m2(锌按含锌尿素等量锌施用), 各时期施肥比例为，基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶3∶3。小区面积为15 m2(3 m× 5 m)，随机区组排列，整地划小区后施用基肥，然后移栽水稻，根据小区面积，田间移栽密度为220穴/15m2。田间管理按照常规。

1.4 样品采集与分析

施肥前采用5点取样法采集水稻田耕层(0～20 cm)土壤样品，进行土壤基本理化性质分析。土壤pH值按照水土比2.5∶1 pH计法进行测定，土壤有机质按重铬酸钾氧化-外加热法测定，速效氮按碱解扩散法-标准酸滴定测定，土壤有效磷按0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾按1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法进行测定。

水稻收获时对各小区进行测产，并选择各小区具有代表性的5穴水稻植株，取其地上部分，测定有效穗数、每穗粒数、千粒重，并将秸秆和籽粒分别在75 ℃下烘干称量，粉碎后测定其氮、磷、钾含量。植株各部位养分含量测定方法为：经硫酸-高氯酸消煮法消煮后，全氮采用半微量开氏定氮法测定，全磷采用钼锑抗比色法测定，全钾采用火焰光度计法测定。

1.5 数据分析及处理

试验数据均采用 Excel 2010软件进行计算处理，利用SPSS 20.0软件进行统计分析。

肥料偏生产力(PFP，kg/kg)=单位面积作物产量/单位面积施用肥料量(肥料投入量以纯养分量计算)

肥料利用率(UE， %)=(施肥区植株肥料总积累量-不施肥料区植株肥料总积累量)/肥料总量×100 %(肥料投入量以纯养分量计算)

氮素收获指数(HIN， %)=籽粒氮素积累量/植株氮素积累量×100 %

氮素吸收效率(UPEN，kg/kg)=植株地上部分氮素积累量/施氮量

氮肥农学效率(AEN，kg/kg)=(施氮区籽粒产量-不施氮区籽粒产量)/施氮量

2 结果与分析

2.1 水稻的产量构成因素

作物产量构成因素之间既相互制约，也存在相互补偿的作用，水稻产量构成因素主要包括有效穗数、每穗实粒数和千粒重[18]，通过对水稻的各产量构成因素的测定结果(表1)，相对于CK1，处理A1～A6水稻千粒重和有效穗数基本在5 %水平上均显著提高，水稻穗粒数则只有处理A2～A6有一定

表1 不同施肥处理水稻的产量构成因素

注：数据为3个重复的平均值±标准差；同列不同的字母分别表示差异达5 %显著水平(P<0.05)，下同。

Note: Data is 3 repeat average value ± standard deviation; Different letters in the row indicate difference at 5 level significantly(P<0.05).The same as below.

增加。相对于CK2，处理A1～A6水稻穗粒数基本在5 %水平上显著提高，水稻千粒重也有明显增长，水稻有效穗数则有所减少，但差异不显著。各施肥处理中，CK2水稻有效穗数最多，约为211.2万穗/hm2，较处理A1～A6高5.88 %～15.5 %；处理A4的水稻穗粒数最高，约为195.09粒/穗，处理A6次之，约为184.74粒/穗，比CK2分别高42.29 %和34.74 %；处理A3千粒重最高，约为42.06 g，在5 %水平上显著高于CK2。表明，处理A1～A6对水稻产量构成因素有不同程度的改善作用，促进水稻的增产。

2.2 水稻产量

从表2可看出，不同的施肥处理对水稻产量的影响显著(P<0.05)，处理A1～A6水稻产量较CK1和CK2分别增产18.17 %～37.41 %和5.54 %～16.28 %。其中，处理A3的增产率最高，处理A6的次之，相对于CK2增产率分别为16.28 %和10.98 %。水稻产量的形成可分为穗数形成、粒数形成以及粒重形成3个阶段[18]。将水稻各产量构成因素的值与水稻产量作相关性分析，有效穗数、每穗实粒数和千粒重中，只有千粒重与水稻产量呈显著正相关(r=0.848)，说明水稻产量受粒重的影响最大。处理A3中粒重补偿了水稻在有效穗数和穗粒数上的不足，产量最高。

2.3 水稻地上部分生物量

由表3可知，处理A1～A6水稻地上部分生物量较CK1和CK2均有一定程度的提高，其中,处理A6水稻地上部分生物量最高，为130.72 g/穴，处理A3次之，为128.14 g/穴。由此可见，几种新型氮肥均可增加水稻地上部分的生物量，有利于水稻养分吸收和积累。处理A1>A6水稻籽粒干物质量均较CK1和CK2显著增加，其中处理A3水稻籽粒干物质量最高，为84.44 g/穴。处理A6水稻秸秆干物质量最高，为50.13 g/穴。从水稻籽粒和秸秆干物质量占地上部分干物质量的比例看，各部位所占比重顺序为籽粒>秸秆，处理A2～A4相较于CK1和CK2有一定提高，说明3种新型氮肥能增加养分在水稻籽粒中的积累，有助于水稻增产。

表2 不同施肥处理的水稻产量

表3 不同施肥处理的水稻地上部分生物量

2.4 水稻地上部分的养分积累量

由图1可知，氮积累除处理A4外，其余新型氮肥处理水稻地上部分量均相对于处理CK2有所增加，其中处理A1、A3、A5和A6显著增加，表现为A1>A5>A6>A 3。各处理水稻籽粒氮积累量占地上部分的比重大于秸秆。处理A3水稻籽粒氮积累量最高，为102.6 kg/hm2；处理A1水稻秸秆氮积累量最高，处理A5、A6次之；处理A1～A6水稻地上部分磷积累量较CK2均有一定提高，以处理A5最高，处理A6、A3次之。各处理水稻籽粒磷积累量占地上部分比重大于秸秆所占比重。处理A3水稻籽粒磷积累量最高，为8.88 kg/hm2，处理A6次之，为8.26 kg/hm2。处理A5水稻秸秆氮积累量最高，处理A1、A6次之；在钾的积累上，处理A1～A6水稻地上部分钾积累量较CK2也均有一定提高，以处理A6最高，处理A1、A3次之。除处理A3外，其余处理水稻籽粒钾积累量占地上部分的比重小于秸秆所占比重。处理A3籽粒钾积累量最高，为118.4 kg/hm2，处理A6秸秆钾积累量最高，处理A1次之。

综合比较，处理A1、A3、A5和A6均能较好地促进水稻地上部分氮、磷、钾的吸收和积累，但处理A1、A5和A6水稻的氮、磷、钾更多的积累在水稻秸秆中，而处理A3则更多的积累在籽粒中，提升了水稻的产量和品质 。

2.5 水稻的养分吸收利用效果

从表4可知，在氮的吸收利用上，处理A1～A6水稻的氮肥偏生产力和农学效率均高于CK2，以处理A3的最高，分别较CK2高16.29 %和106 %。处理A1、A3、A5、A6氮肥利用率显著高于处理CK2。处理A2、A3、A4的水稻氮素收获指数相对于CK2也有一定增加，其中处理A3为最高。在磷的吸收利用上，处理A1～A6除磷素收获指数外，各指标相对于CK2均有所增加，其中处理A5水稻的磷素吸收效率最高，处理A6、A3次之，处理A3水稻的磷肥偏生产力最高；水稻磷素收获指数仅处理A3、A4高于CK2。在钾的吸收利用上，除钾素收获指数外，处理A1～A6各指标均高于CK2，以处理A6的钾素吸收效率最高，处理A1、A3次之，处理A3的钾肥偏生产力最高；处理A2、A3、A4的钾素收获指数相对于CK2有所增加，处理A3最高。

综合比较，相对处理CK2，施用新型氮肥都能在一定程度上促进水稻氮、磷、钾的吸收利用，以处理A3的效果最佳，说明其可有效促进水稻对养分的吸收利用，增加水稻产量，提高水稻品质。

图1 不同施肥处理水稻地上部分氮、磷、钾的积累量Fig.1 The nutrient accumulation of N, P and K of aboveground rice with different fertilization treatment

处理Treatment利用率(%)Utilization ratio偏生产力(kg/kg)Partial productivity收获指数(%)Harvest index吸收效率(%)Absorption efficiency农学效率(kg/kg)Agronomic efficiency氮CK1-----CK221.58±1.93b40.65±2.62c67.21±1.11ab0.75±0.02b6.25±1.21cA130.72±1.27a42.91±0.99bc63.61±1.34c0.85±0.01a8.50±0.89bcA221.62±0.75b43.99±1.32abc67.92±0.39a0.75±0.01b9.59±0.91abcA328.46±3.00a47.27±0.90a69.28±0.74a0.82±0.03a12.87±1.10aA420.86±2.65b43.52±1.57bc69.19±2.55a0.75±0.03b9.12±1.05bcA530.02±2.09a44.04±0.55abc64.52±0.21bc0.84±0.05a9.64±0.56abcA629.37±5.08a45.12±2.04ab64.40±1.90bc0.83±0.02a10.72±1.48ab磷CK1-----CK2-60.98±3.93c74.33±1.69ab0.087±0.01b-A1-64.36±1.48bc67.50±3.04cd0.097±0.01ab-A2-65.99±1.98abc73.27±1.18ab0.089±0.00b-A3-70.91±1.35abc75.04±0.52a0.099±0.01ab-A4-65.29±2.35ab74.68±2.37a0.088±0.01b-A5-66.06±0.82abc63.71±2.25d0.103±0.00a-A6-67.68±3.06ab69.27±3.69bc0.099±0.00a-钾CK1-----CK2-60.98±3.93c46.97±0.97bc1.59±0.05de-A1-64.36±1.48bc44.50±1.60c1.88±0.03b-A2-65.99±1.98abc48.05±0.25b1.72±0.06cd-A3-70.91±1.35a52.71±0.70a1.87±0.04b-A4-65.29±2.35bc47.09±1.34bc1.61±0.01de-A5-66.06±0.82abc45.75±0.32bc1.83±0.06bc-A6-67.68±3.06ab38.75±0.57d2.02±0.05a-

3 结论与讨论

施肥作为有效的作物增产手段，在农业生产中扮演着十分重要的角色[14]。新型高效肥料的施用有利于减少农户生产成本，增加收益，同时也可以减少农业生产对环境的污染。研究结果显示，相对于普通尿素，施用新型氮肥可以改善水稻的产量构成因素，从而增加水稻产量，这与前人的研究一致[19-21]。腐殖酸尿素处理的增产效果最好，增产率达到16.28 %，普通尿素+等量锌肥处理次之，增产率为10.98 %。有研究表明，腐植酸能够有效活化土壤中的养分、促进作物生长发育、提高作物产量和肥料利用率等[22]。将水稻产量构成因素与产量作相关性分析结果表明，千粒重与水稻产量有显著的正相关性，说明腐植酸尿素处理中粒重补偿了水稻在有效穗数和穗粒数上的不足，导致产量最高增加。

作物生长发育是干物质与养分不断积累的过程，干物质与养分积累是作物产量形成的基础[23-24]。各新型氮肥处理较普通尿素均提高了水稻地上部分的生物量，同时显著增加了水稻籽粒的生物量，在促进水稻对养分积累和吸收的同时使养分更多地积累在水稻籽粒当中，其中腐殖酸尿素处理水稻籽粒生物量最高，较普通尿素处理高17.36 %，普通尿素+等量锌肥处理次之，增加了12 %。

相对于普通尿素处理，各新型氮肥处理均可有效提升水稻籽粒中氮、磷、钾养分含量，其中腐植酸尿素处理籽粒中的氮、磷、钾积累量最高，分别较普通尿素处理高12.4 %、13.7 %和32.01 %。有研究表明，氮素能够增加水稻蛋白质和氨基酸含量，从而改善水稻的品质[25]。控失尿素、控失尿素一次追肥和普通尿素+等量锌肥处理可有效促进水稻秸秆吸收积累氮、磷、钾，茁壮植株，增强水稻抗性。

新型氮肥处理与普通尿素处理相比，能从各个方面提高水稻对养分的吸收利用。其中腐植酸尿素处理能更有效增强水稻养分吸收利用的各个指标，相对于普通尿素处理，氮肥利用率提高31.88 %，氮肥农学效率提高105.92 %。按照氮、磷、钾的顺序，肥料偏生产力分别提高16.29 %、16.28 %、16.28 %；养分收获指数分别提高3.08 %、0.96 %、12.22 %；养分吸收效率分别提高9.33 %、13.79 %、17.61 %。

综上所诉，几种新型氮素处理均能有效增加水稻产量，从各个方面提高水稻的养分吸收与利用，其中腐植酸尿素处理肥料施用量综合效应最好，是几种新型肥料中效果最好的处理，减少氮素流失，促进植株增产，增强作物抗性，提升籽粒品质。