晚稻种衣肥ZFWW-8的养分释放特性及应用效果初探

李祎成，熊远福，文祝友，熊海蓉*，邢俊英

（1.湖南农业大学 化学与材料科学学院，湖南 长沙 410128；2.湖南农业大学 动物科学技术学院，湖南 长沙 410128）

【研究意义】水稻是我国第一大粮食作物[1]，超过一半的居民将稻米作为主食[2]。施肥能有效提高水稻的产量并提高稻米品质。然而肥料利用率始终偏低，且过度施肥对生态环境和人类健康亦有负面影响[3]。缓/控释肥是一种既能满足作物生长的养分需求，同时肥效可缓慢释放或控制释放的新型肥料，不仅省时省工、促进作物生长[4]，而且还能有效提高肥料利用率，从而减少过度施肥引起的环境污染问题。因此，缓/控释肥被称作“21 世纪的理想肥料”[5]，在实施化肥“减量增效”、保证粮食安全以及保护生态环境方面极具潜力。【前人研究进展】许多研究表明，缓/控释肥对水稻的生长发育及产量有显著影响[6]，但也有不足之处，如部分脂溶性树脂包膜型缓/控释肥不易降解，易破坏土壤结构[7]，缓/控释肥的生产工艺复杂、价格昂贵以及肥料利用率依然不够高[8]，部分缓/控释肥易释放刺激性物质[9]。现有的水稻缓/控释肥是将肥料施于泥土，虽然缓/控释效果较好，但肥料离水稻根系较远，养分易随雨水流失。种衣剂是一种新型农业技术产品[10]，水稻专用型种衣剂在国内外已进入应用研究阶段。各项研究显示，施用种衣剂能提高水稻产量5%～10%[11-12]。基于缓/控释肥的养分缓/控释肥理论和种衣剂的种子包衣技术，熊远福等[13]提出了一种新型缓/控释肥-水稻种子包衣肥（简称水稻种衣肥）。水稻种子包衣肥的研究应用改变了现有缓/控肥料的载体与施用方式，可有效提高肥料利用率、节省肥料、减少环境污染[14]，达到节本增效、保护环境的目的。【本研究切入点】笔者在该专利基础上进行改进，新加入填料层及膜料层，对研制出的晚稻种衣肥ZFWW-8 的缓释性能进行研究，首次提出晚稻种衣肥的养分释放方程。且目前市面上晚稻种衣肥的应用效果研究尚未见报道，笔者首次进行晚稻种衣肥应用效果试验。【拟解决的关键问题】通过研究晚稻种衣肥ZFWW-8的缓释性能、对晚稻生长及秧苗生理指标的影响，探明晚稻种衣肥ZFWW-8的养分释放特性和应用效果，以期为晚稻种衣肥的性能评价及应用提供参考。

1 试验材料

晚稻种子：象牙香珍，湖南金稻种业有限公司。

晚稻种衣肥：ZFWW-8，由填料（粉剂A）、肥料（粉剂B）和膜料（液剂C）组成。其中，填料由海泡石、滑石粉等组成；肥料为ZFW-8，由尿素、KH2PO4、KCl、微量逸氧剂（CaO2）等组成，N∶P2O5∶K2O=20∶10∶20，养分总含量（N+P2O5+K2O）=50.0%；膜料为KSFA-6T，由可降解树脂A、溶剂及微量色素组成，含量10%。使用时，按包衣比1∶1.25 进行包衣，即种子负载率（种子增重率）125%，其中填料用量99.76%，肥料用量25%，膜料用量2.4%（相当于纯膜料用量0.24%）。晚稻种衣肥由湖南农业大学化学与材料科学学院研制。

2 试验方法

2.1 晚稻种子包衣方法

包衣流程如图1 所示。称取200.0 g 晚稻种子，放入BY300A 小型包衣机中，开启包衣机，先用微型喷雾器向包衣机中喷超纯水，直到种子表面湿润均匀；缓慢加入186.9 g 填料，直到种子表面包衣均匀且包衣机底部无明显残留填料；再向包衣机内喷超纯水至种子表面湿润均匀后，缓慢加入62.5 g 肥料，至种子表面包衣均匀且包衣机底部无明显残留肥料为止；最后向包衣机内喷入6 g 膜料，直至种子表面包衣均匀、颜色一致且包衣机底部无明显残留膜料为止。将包衣后的种子取出放入试样筛，置于45 ℃烘箱内烘60 min。

图1 晚稻种子包衣流程Fig.1 Late-rice seed-coating process

2.2 晚稻种衣肥养分释放特性试验方法

2.2.1 养分N、P、K浸提方法 采用养分水中溶出法试验，分别称取一定量的包衣晚稻种子（T）和未包衣晚稻种子（CK），按照GB/T 23348—2009《缓释肥料》规定方法、参考文献[15]的步骤，在肥水比1∶20、25 ℃恒温条件下浸提，按规定时间（1，3，5，7，14，28，42，56，72，84 d）进行浸提液采样，待测。

2.2.2 养分N、P、K 测定方法 将包衣晚稻种子（T）、未包衣晚稻种子（CK）和“2.2.1”提取的浸提液，按国标GB/T 8572—2001《复混肥料中总氮含量的测定-蒸馏后滴定法》中的样品处理方法进行处理，N 含量采用凯式定氮仪测定，P 含量采用钒钼黄比色法测定，K 含量采用原子吸收分光光度法测定。具体步骤参照文献[15]。

2.2.3 养分释放指标计算方法 晚稻种衣肥养分的原始含量、初期释放率、微分释放率、累积释放率和释放期的测定，按照GB/T 23348—2009《缓释肥料》的规定方法并参考文献[15]所述步骤进行，计算公式如下：

2.3 晚稻种衣肥应用效果试验方法

2.3.1 盆栽试验方法 采用泥床培养法，共3种处理：普通撒肥处理T1（肥料混匀于泥床中）、ZFWW-8包衣处理T2和不施肥处理CK，其中T1、T2处理间氮、磷、钾养分用量一致。每个处理3 次重复，每个重复取180 粒种子放入塑料培养盒（规格19 cm×28 cm×18 cm）内的泥床上，培养至35 d。第4 天测发芽势；第8天测定出苗率；第15天起每隔5 d测定一次叶绿素SPAD 值，至播种后第35天为止；第24天测定成苗率、秧苗素质、地上部N、P、K含量并计算肥料吸收利用率；第26天测定根系活力。

2.3.2 指标测定方法 秧苗素质：按照文献[16]所述方法，测定成苗率、苗高、茎基宽、总根数、百株鲜重、百株干重、单位苗高干重。

秧苗地上部N、P、K：按照文献[17]所述方法，分别用凯式定氮仪测定N 含量、钒钼黄比色法测定P 含量、原子吸收分光光度法测定K含量。

秧苗根系活力：按照文献[18]所述α-萘胺法，测定秧苗的根系活力。

秧苗叶绿素（SPAD值）：使用SPAD502叶绿素仪测定秧苗叶片SPAD值。

2.4 数据处理

所有试验均重复3次，结果取平均值。采用Excel 2021和Origin Pro 2019对数据进行绘图，采用DPS v3.01 专业版对数据进行处理分析，不同处理间含不同小写字母者表示差异显著（P＜0.05），含不同大写字母者表示差异极显著（P＜0.01）。

3 结果与分析

3.1 晚稻种衣肥ZFWW-8缓释性能

3.1.1 晚稻种衣肥养分原始值 晚稻种衣肥养分原始值是计算浸提过程中包衣种子所载肥料养分（N、P、K）释放率的基础。晚稻种衣肥ZFWW-8 养分原始值测定结果：N、P2O5、K2O 分别为3.65%、1.63%和3.42%，养分总含量（N+P2O5+K2O）=8.7%，N∶P2O5∶K2O=2.24∶1∶2.10。

3.1.2 晚稻种衣肥养分初期释放率、微分释放率及释放期 初期释放率、微分释放率和释放期是评价包衣肥料缓释能力的重要指标。初期释放率反映的是缓释肥中不具有缓释效果的部分，由表1可知，晚稻种衣肥ZFWW-8 的N、P 和K 的初期释放率均＜40%，国家标准《缓释肥料》GB/T 23348—2009 中规定N的初期释放率应≤15%，晚稻种衣肥ZFWW-8中N的初期释放率为13.86%，符合该要求；微分释放率也称日平均释放率，3种养分的微分释放率均＜1%，其中K的微分释放率最小，仅有0.52%。从释放期来看，N的释放期最长为86.77 d，P、K 的释放期次之，分别为85.62、72.36 d。由此表明，晚稻种衣肥ZFWW-8 具有良好的缓释能力，具有较长的肥效，能满足晚稻幼苗期至分蘖初期生长所需的养分量。

表1 晚稻种衣肥ZFWW-8中养分初期释放率、微分释放率及释放期Tab.1 Initial release rate，differential release rate and release period of N，P and K of late rice seed coating fertilizer ZFWW-8

3.1.3 晚稻种衣肥养分累积释放曲线 累积释放率是反映包衣肥料缓释能力的重要指标之一。从图2可知，N 在1～28 d 释放速率较高、释放率增幅较大，在28～56 d释放速率有所降低、释放率的增幅较为稳定，在56～84 d 释放速率缓慢、释放率增幅不明显。国家标准《缓释肥料》GB/T 23348—2009 中规定三元缓释肥料中N 在28 d 的累积释放率应＜80%，晚稻种衣肥ZFWW-8 在28 d 的累积释放率为66.69%，符合该要求；P 在1～28 d 释放速率较快、释放率增幅较大，在28～42 d的释放速率较为平稳、释放率稳步上升，在42～84 d的释放速率明显减慢、释放率增幅逐渐降低；K 在1～14 d 释放速率较快、释放率增幅较大，14 d 之后的释放速率显著降低、释放率的增幅逐渐减小。

图2 晚稻种衣肥ZFWW-8中N、P、K累积释放率曲线Fig.2 Cumulative release rate curve of N，P and K of late-rice seed-coating fertilizer ZFWW-8

从整体的累积释放率来看，包衣晚稻种子的3 种养分在84 d 的累积释放率大小关系为K（81.88%）＞P（79.21%）＞N（78.96%），K 的释放率全时间段内均高于P 和N，N 在初期释放率低于P 的情况下，累积释放率在第7 天时几乎与P 持平，7 d 之后N 的累积释放率高于P，直至接近84 d时，P 的累积释放率最终高于N。3种养分的释放曲线都趋于平缓的抛物线，说明晚稻种衣肥ZFWW-8的养分供给与晚稻幼苗期至分蘖初期需肥规律基本一致。

综上所述，晚稻种衣肥ZFWW-8的缓释性能符合国家标准《缓释肥料》GB/T 23348—2009，养分释放期较长，具有良好的缓释性能。

3.1.4 晚稻种衣肥养分释放方程 用DPS v3.01 专业版软件对晚稻种衣肥ZFWW-8 中N、P、K 3 种养分在1～84 d的累积释放率（%）随浸泡时间（T/d）的变化曲线分别进行拟合分析，得到的结果如下：

N的养分累积释放规律符合韦布尔函数模型，其养分释放方程为：

P、K的养分累积释放规律符合房室模型，其养分释放方程分别为：

P=59.637 8*EXP（0.003 477T）-40.207 6*EXP（-0.107 069T），相关系数R=0.998 9

K=66.833 5*EXP（0.002 452T）-35.193 1*EXP（-0.230 741T），相关系数R=0.997 8

上述N、P、K养分释放方程的拟合度较高，拟合值与实测值一致。通过上述各养分释放方程，可预测释放期内各养分任意时间的养分释放率。

3.2 晚稻种衣肥应用效果

3.2.1 晚稻种衣肥对出苗率、成苗率的影响

由表2 可知，3 种处理间出苗率、成苗率的测定结果为CK＞T1＞T2、CK=T1＞T2，其中出苗率T2较CK、T1分别降低了1.39%、1.09%，成苗率T2较CK、T1降低了2.85%。3 种处理的出苗率均＞90%，成苗率均＞88%，且差异不显著。由此说明，晚稻种衣肥对晚稻种子的出苗、成苗无影响。

表2 种子出苗率与成苗率Tab.2 Measurement results of emergence rate and seedling rate

3.2.2 晚稻种衣肥对秧苗素质的影响 由表3可知，3种处理间秧苗素质的测定结果为T2＞T1＞CK。T2较CK、T1相比，苗高、茎基宽、总根数分别提高了29.25%、23.74%、75.31%和3.96%、3.93%、19.3%，干重、单位苗高干重分别提高了50.09%、18.68%和8.50%、4.92%。T2与CK 各项秧苗素质差异极显著，T2与T1的干重差异显著，总根数差异极显著。由此说明，相较于普通撒肥，晚稻种衣肥促进秧苗根系生长和植株同化的作用更为显著，能使晚稻吸收积累更多的营养物质从而达到壮苗的作用，为增产打下了良好基础。

表3 秧苗素质Tab.3 Seedling quality

3 种处理间的根系活力测定结果为T2＞T1＞CK，T2较CK 和T1相比分别提高了49.43%、14.82%，3 种处理间差异极显著。试验数据表明，相较于普通撒肥，晚稻种衣肥更能有效提高秧苗的根系活力，促进秧苗根系对土壤中养分的吸收，从而促进秧苗的生长。

3.2.3 晚稻种衣肥对秧苗地上部N、P、K含量及肥料吸收利用率的影响

由表4 可知，3 种处理间N、P、K 的含量测定结果为T2＞T1＞CK，T2的N、P、K 含量较CK、T1分别提高了32.62%、14.49%、11.74%和5.62%、6.04%、2.28%；T2与CK 的P 含量差异显著，N、K 差异极显著；T2与T1的N 含量差异显著。T1和T2的N、P、K 肥料吸收利用率测定结果均为T2＞T1，分别提高了25.8%、37.2%、19.6%，其中N、P肥料吸收利用率差异显著。试验数据表明，相较于普通撒肥，晚稻种衣肥能有效促进秧苗对N、P、K的吸收，提高肥料吸收利用率，因此达到促进晚稻秧苗生长的效果。

表4 秧苗地上部N、P、K含量及肥料吸收利用率Tab.4 N，P，K content and fertilizer absorption and utilization rate in shoot of seedling

3.2.4 晚稻种衣肥对秧苗叶绿素含量的影响 由图3 可知，在15～35 d 时，3 种处理间的叶绿素SPAD值均随着时间的增加而上升；就各时间点的叶绿素值比较，叶绿素SPAD 值测定结果均为T2＞T1＞CK，在25～30 d 时，3 种处理之间的叶绿素SPAD 值差异达到最大，T2与CK 差异极显著，T2与T1差异显著；35 d 后，3 种处理之间的叶绿素SPAD 值才逐渐持平。可见晚稻种衣肥ZFWW-8 肥效期长，肥效缓释效果显著，相较于普通撒肥，更能有效提高晚稻秧苗的叶绿素值，促进晚稻秧苗的光合作用，有利于提高晚稻有机物质的积累。

图3 秧苗叶绿素SPAD值Fig.3 Measurement results of chlorophyll SPAD value of seedlings

综上所述，晚稻种衣肥ZFWW-8 对种子萌发无影响，且能有效提高晚稻秧苗的根系活力，促进秧苗对养分的吸收，增强秧苗的光合作用，促进秧苗生长，提高秧苗综合素质，为增产打下良好基础。

4 讨论

缓释特性反映的是包衣肥料的缓释机理，由初期释放率、微分释放率、释放期和累积释放率等评价指标来表征。初期释放率反映的是包衣肥料中包衣不完整的肥料颗粒数量[19]和其速效养分的释放能力，而微分释放率、释放期和累积释放率反映的是该包衣肥料的缓释效果。与湖南农业大学熊海蓉等[14]对晚稻种衣肥ZFWW-6（每100 g晚稻种子载肥量4.425 g）的研究数据相比，ZFWW-8（每100 g晚稻种子载肥量10.875 g）的养分释放期更长、初期释放率更低，具有更优异的缓释性能；与刘海林等[20]通过不同膜材用量、致孔剂及密封剂对植物油包膜尿素的研究数据对比，晚稻种衣肥ZFWW-8的微分释放率和累积释放率显著高于该包膜尿素；与雷明馨等[21]以果皮为基质的缓释氮肥研究数据对比，晚稻种衣肥ZFWW-8 在原始N 含量低于其最低含量的情况下，初期释放率仍较高，分析比较，可能是晚稻种衣肥ZFWW-8的膜料用量较低所造成的原因。综合来看，晚稻种衣肥ZFWW-8的缓释能力已达到大部分缓/控释肥的水准，且缓释效果显著优于其他晚稻种衣肥。下一步可以进一步研究膜材料的改进及用量，以降低初期释放率，达到更高的缓释水平。

应用效果是评价包衣肥料是否具有生产应用价值的重要指标。本研究用出苗率、成苗率、秧苗素质、秧苗N、P、K含量、秧苗根系活力和秧苗叶绿素（SPAD值）等农学指标来表征该包衣肥料的应用效果。本研究数据显示，晚稻种衣肥ZFWW-8 包衣处理的种子出苗率、成苗率略低于普通撒肥，可能是由于种子外表面包裹了一层较厚的种衣肥，包衣种子存在吸水裂解的过程，导致发芽初期包衣晚稻种子的萌发、出苗较缓慢，但不影响其正常生长。施用缓/控释肥能有效促进植物生长发育[22-23]，本研究数据显示，晚稻种衣肥ZFWW-8 包衣处理的晚稻秧苗各项苗素质指标均优于普通撒肥，这与姚久宝等[24]、焦卫平等[25]、唐栓虎等[26]和王少先等[27]学者在缓/控释肥在植物生长发育中的研究结果一致。N、P、K是植物生长必不可缺的养分元素，其含量的高低可作为植株是否缺肥[28]的诊断指标。本研究数据显示，相较于普通撒肥，晚稻种衣肥ZFWW-8 能有效促进秧苗对养分N、P、K 的吸收，这与彭玉等[29]结果一致，且经晚稻种衣肥ZFWW-8 处理的秧苗肥料吸收利用率明显高于普通撒肥，达到了本试验预期设想。叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，对植株合成有机物质起着关键性作用[30]。本试验数据显示，晚稻种衣肥ZFWW-8处理的秧苗叶绿素含量在测定时期均高于普通撒肥和CK，这与Zhang等[31]和张树衡等[32]的研究结果一致。因此，在施肥量相同且培养方式相同的情况下，晚稻种衣肥ZFWW-8比普通撒肥对秧苗的生长具有更显著性的促进作用，究其原因是晚稻种衣肥覆盖在种子表面，其释放的养分离根系很近，因此能被晚稻大幅度利用吸收，因而提高了肥料利用率。

本试验对盆栽培养下的晚稻种衣肥ZFWW-8 进行了研究且取得了初期成效，下一步将研究田间培养情况下晚稻种衣肥ZFWW-8 对秧苗各项生理指标的影响，并探索晚稻种衣肥的施用对土壤及微生物等的影响，以进一步探索其应用效果和价值。

5 结论

（1）晚稻种衣肥ZFWW-8的缓释性能指标符合国家标准《缓释肥料》GB/T 23348—2009，养分释放期较长，具有良好的缓释性能。

（2）晚稻种衣肥ZFWW-8 对种子萌发无影响，且能有效提高晚稻秧苗的根系活力，促进秧苗对养分的吸收，增强秧苗的光合作用，促进秧苗生长，提高秧苗综合素质，为增产打下良好基础。

致谢：作物种质创新与资源利用重点实验室（省部共建国家重点实验室培育基地）科学基金开放项目（19KFXM07）同时对本研究给予了资助，谨致谢意！