缓释肥一次性施肥在水稻上增产增效的农学基础研究

田文涛，党程成，郝蓉蓉，孙 振，田小海

(1.长江大学农学院，湖北荆州 434025； 2.主要粮食作物产业化湖北省协同创新中心，湖北荆州 434025)

湖北省中稻常年种植面积达200万 hm2，占全省粮食总产量的60%，是我国水稻生产大省[1]。水稻种植逐渐向机械化和轻简化发展，传统的分次施肥虽然能提高肥料利用率[2]，但施肥方式费时费力，极大地限制了水稻种植业的发展。一次性施肥技术是以作物专用缓/控释肥料为支撑，同时可将传统多次施肥习惯进行简化，实现大幅节省劳动力成本的目的，更加迎合水稻种植业的发展趋势[3]。施用缓释肥可以有效提高肥料利用率、减少养分损失、达到作物高产优质的生产目的[4-5]。腐殖酸具有促进作物生长发育[6-7]、增强抗逆性[8]、改善品质[9]、改良土壤[10]等作用，成为天然的缓释肥包膜材料。前人研究表明，减少缓控释氮肥施用量，水稻也可以获得高产[11-12]。本研究采用田间试验，研究施用腐殖酸缓释肥料和树脂包衣掺混肥料在 180 kg/hm2(氮含量)和减氮20%[144 kg/hm2(氮含量)]施肥量条件下，对水稻产量和产量构成因子、氮素吸收及肥料利用率的影响，比较不同性质缓释肥料的施用效果，为本地区水稻缓释肥料的合理施用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与地点

试验于2020、2021年在湖北省随州市随县安居镇(113.15°E，31.84°N)进行。试验地土壤基本情况见表1。供试水稻品种为N两优1号。供试肥料：缓释肥料-Ⅰ(HCF)为湖北丰乐种业科技有限公司生产并提供的腐殖酸缓释型复合肥料(含N 22%、P2O58%、K2O 12%)；缓释肥料-Ⅱ(PCF)为金正大集团提供的缓释期3个月的树脂包衣尿素(含N 43%)，与普通尿素(含N 46%)、过磷酸钙(含P2O512%)、氯化钾(含K2O 60%)掺混，尿素氮含量占掺混肥料总氮量的15%；农户常规施肥(CK)选用普通尿素(含N 46%)、过磷酸钙(含P2O512%)、氯化钾(含K2O 60%)，无氮(N0)处理选用过磷酸钙(含 P2O512%)、氯化钾(含K2O 60%)。

表1 试验地土壤基本性状

1.2 试验设计

试验设6个处理，具体见表2。每个处理 3 次重复，随机区组排列，每个小区面积为 20 m2，设置单独进水口、排水口，小区间筑宽 30 cm、高 30 cm 田埂，田埂覆盖薄膜防止窜水、窜肥，四周设置保护行，全生育期其他管理措施按当地生产习惯进行。

表2 施肥处理试验设计

1.3 测定项目及方法

1.3.1 水稻顶叶SPAD值测定 分别于水稻分蘖期、拔节期、齐穗期、成熟期测定顶叶SPAD值。各小区随机取6株水稻的剑叶，每张叶片测5个点，分别为叶上部位、叶中上部位、叶中部、叶中下部位、叶下部位。导出并记录每张叶片不同部位SPAD值的平均值，计为叶片的SPAD值。

1.3.2 产量及产量构成因子 收获时将每个小区分为测产区和取样区，在取样区随机取长势均匀的水稻3穴，考察每穗粒数、结实率、千粒质量等产量性状；在测产区取 20 m2水稻，脱粒风干后测实际产量。

1.3.3 水稻氮素积累量 分别在分蘖期、拔节期、齐穗期和成熟期取长势均匀的水稻植株，每小区取连续5穴，齐穗期至成熟期植株分拣为茎鞘、叶、穗并分别装袋，置于烘箱105 ℃杀青30 min，然后 80 ℃ 烘干至恒质量，称质量并折算为单位面积干物质积累量。将植株穗、叶、茎鞘分别用植物粉碎机粉碎后，用半微量凯氏定氮法测定植株各部分全氮含量。

1.3.4 品质测定 利用稻谷出米率检测仪(JDMZ100，北京东孚久恒仪器技术有限公司)和碎米分离器(JFQS-13x20，台州市粮仪厂)测定收获稻谷的出糙率、精米率、整精米率，测定方法按 NY/T 593—2013《食用稻品种品质》标准执行；利用大米外观品质检测仪(JMWT12，北京东孚久恒仪器技术有限公司)测定垩白粒率和垩白度。

1.4 数据处理及相关参数计算

试验数据采用Excel 2016、SPSS 25.0进行统计分析。

氮肥偏生产力(kg/kg)=稻谷产量/氮肥施用量；

氮肥农学利用率(kg/kg)=(施氮区水稻产量-空白区水稻产量)/施氮量；

氮肥回收利用率=(施氮区植株氮素总积累量-空白区植株氮素总积累量)/施氮量×100%；

氮肥生理利用率(kg/kg)=(施氮区水稻产量-空白区水稻产量)/(施氮区植株总氮素积累量-空白区植株氮素总积累量)。

2 结果与分析

2.1 不同肥料处理对水稻产量的影响

从表3可以看出，2年试验结果表明，与N0相比，HCF处理增产26.6%～52.9%，PCF处理增产29.3%～45.5%。从2年结实率来看，2020年HCF1处理的结实率最高，显著高于PCF1处理，与其他处理无显著差异。2021年表现为CK和HCF处理的结实率较高，显著高于PCF和N0处理。千粒质量方面，2年CK的千粒质量最高，显著高于PCF处理。2年每穗粒数方面，相同施肥量条件下，与CK相比，2个缓释肥处理(HCF1和PCF1)显著提高了每穗粒数，增幅为4.1%～16.1%。2年处理有效穗数表现不一致，2020年表现为PCF1和CK处理的有效穗数差异不显著，显著高于除HCF1外的其余处理。2021年施肥各处理之间有效穗数无显著差异。

表3 不同施肥处理水稻产量及产量构成

从表4得出，相同施肥量(180 kg N/hm2)下，2020年HCF1与CK农学利用率和氮肥偏生产力无显著差异，2021年HCF1比CK氮肥偏生产力提高 4.4 kg/kg，农学利用率提高4.6 kg/kg；PCF1与CK相比，2年的氮肥偏生产力无显著差异，农学利用率增加1.9～2.8 kg/kg，氮肥偏生产力表现为PCF2和HCF2显著大于CK、HCF1和PCF1处理，农学利用率表现为2020年PCF显著大于HCF，2021年HCF1显著大于PCF的2个处理，HCF2与PCF这2个处理差异不显著。由于PCF1处理施氮量多，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别为97.8%和80.0%；2020年的CK氮肥生理利用率明显小于2021年的CK。

表4 不同施肥处理水稻的氮肥利用率

2.2 不同肥料处理对水稻各生育期顶叶SPAD值的影响

由图1可知，不同肥料处理下，2020年PCF1处理分蘖期的顶叶SPAD值显著大于其余处理，2021年分蘖期PCF1与其余各施氮处理差异不显著，显著高于不施氮的N0处理。2年的顶叶SPAD值均表现为拔节期N0显著低于其余处理，各施肥处理SPAD值差异不显著。2020年各处理齐穗期SPAD值差异不显著，2021年N0处理的齐穗期顶叶SPAD值显著低于其余处理。在成熟期，2年的PCF1处理SPAD值显著高于其余处理。

2.3 不同肥料处理对水稻地上部干物质积累的影响

从图2可以看出，2年试验结果均表现为N0干物质在各生育期显著小于各处理。2年分蘖期HCF1处理的地上部干物质积累量较高，2020年与CK和HCF2处理无显著差异，显著高于其余处理；2021年与CK无显著差异，显著高于其余处理。2020年PCF1处理的地上部干物质在齐穗期和成熟期是最高的，显著高于其余处理；PCF2处理在齐穗期的干物质显著高于CK和HCF2处理，与HCF1处理差异不显著；PCF2处理在成熟期显著低于PCF1、HCF和CK处理。2021年齐穗期PCF1处理干物质量大于PCF2处理，成熟期PCF2处理干物质量大于PCF1处理，PCF1与PCF2处理在齐穗期和成熟期地上部干物质差异不显著。2021年齐穗期PCF1处理干物质量显著大于除PCF2处理外的其余处理，PCF2处理在齐穗期的干物质量显著大于HCF1和HCF2处理，与CK处理差异不显著；在成熟期PCF1和PCF2处理显著大于其余处理。

地上部各器官干物质(表5)方面，2020年齐穗期和成熟期的茎鞘干物质表现一致，PCF1显著大于其余各处理的茎鞘干物质，CK显著小于各施肥处理(HCF和PCF)的茎鞘干物质积累量；2021年齐穗期HCF1处理小于CK和PCF1处理的茎鞘干物质积累量，成熟期HCF2处理茎鞘干物质显著大于其余处理。2020年成熟期PCF2与CK、HCF处理的叶片干物质量差异不显著，在2020年齐穗期和年齐穗期、成熟期3个时期PCF的2个处理的叶片干物质积累量显著大于其余各处理。2年均表现为PCF1处理齐穗期穗部干物质积累量最大，显著大于其余各处理，2020年PCF1处理成熟期的穗部积累量最大，显著大于PCF2处理，与HCF和CK处理差异不显著，2021年PCF1与PCF2处理的穗部干物质积累量差异不显著，显著大于其余处理。

表5 不同施肥处理下水稻地上部各器官干物质积累动态

2.4 不同肥料处理对水稻地上部氮含量的影响

叶片和茎鞘氮含量均表现为PCF1处理成熟期氮含量显著大于其余各处理，2年所有处理的茎鞘和叶片含氮量齐穗期整体大于成熟期；2020年PCF1处理齐穗期茎鞘氮含量显著大于PCF2处理，2021年PCF1与PCF2处理无显著差异，2021年PCF1处理齐穗期叶片氮含量显著高于PCF2处理。2年齐穗期PCF的2个处理的穗部氮含量显著大于其余处理；成熟期穗部氮含量表现为2020年HCF1处理的穗部含氮量显著大于其余处理，2021年PCF1处理的穗部含氮量显著大于其余处理(表6)。

表6 不同施肥处理下水稻地上部各器官含氮量比较

2.5 不同肥料处理对水稻稻米外观品质的影响

2年试验结果(表7)表明，2年试验的各施肥处理糙米率和精米率差异不显著，CK处理垩白度和垩白粒率最大，且2年的垩白粒率显著大于其余处理。表明与传统施肥方式相比，2种缓控释肥处理对水稻精米率和糙米率影响不显著，但显著降低了稻米的垩白粒率。2020年CK与N0、HCF2处理的垩白度差异不显著，2021年CK与HCF1、PCF2处理的垩白度差异不显著。

表7 不同施肥处理下水稻稻米品质比较

3 讨论

3.1 缓释肥导致增产的农学基础

单一缓/控释肥养分释放呈单一峰值，不能满足水稻氮肥吸收规律[13]。掺混包膜型复合肥既满足了作物因单一施用缓/控释肥而使生长前期养分供应不足的需求，也解决了植物生长后期供氮不足的问题[14]；腐殖酸缓释型复合肥是一种多功能肥料，因含有腐殖酸而同时具有速效与迟效相结合的特点[15]。与N0相比，HCF处理增产26.6%～52.9%，PCF处理平均增产29.3%～45.5%。对于产量构成因子，本试验中相同施肥量条件下，施用树脂包衣尿素掺混肥料和腐殖酸复合肥料，较N0来说，2年的穗粒数方面，相同施肥量条件下，与CK相比，2个缓释肥整体提高了每穗粒数，增幅为 4.1%～16.1%。与前人研究缓控释肥能使水稻产量有效提高是因为增加了单位面积有效穗数、每穗粒数的结论[16-17]一致。此外相同施肥量180 kg/hm2条件下，PCF1处理较CK显著提高了水稻植株成熟期的地上部干物质和各器官的氮含量；HCF1处理较CK提高了各器官的含氮量。在本地区2种缓释肥一次性施肥可以明显提高水稻的生产力。

3.2 缓释肥提高水稻肥料利用率和稻米品质的农学基础

一次性基施缓释肥的施用次数少，肥料利用率提高，效果优于常规习惯施肥方法，施用缓释肥可以显著提高肥料利用率，相关研究已基本证实了这种观点[18-20]。施肥量180 kg/hm2下，2020年HCF1处理与CK农学利用率和氮肥偏生产力无显著差异，2021年HCF1处理比CK氮肥偏生产力提高 4.4 kg/kg，农学利用率提高4.6 kg/kg，PCF1处理与CK相比2年氮肥偏生产力无显著差异，农学利用率增加1.9～2.8 kg/kg。PCF1处理成熟期顶叶的SPAD值显著大于其余处理，成熟期叶片含氮量显著大于其余处理，表明PCF1处理后期氮素供应过量，导致PCF1处理回收利用率高于其余处理，生理利用率小于其余处理。

李武等研究发现，缓控释氮肥处理较常规施肥处理能显著提高精米率和整精米率，有效提高了稻米加工品质，且能在一定程度上降低垩白度和垩白粒率，提高稻米外观品质[21]。董晓亮等也报道减少缓控释氮肥用量 20%，且穗肥不追施任何氮素处理时，可以显著提高稻米的食味品质[22]。本研究2种缓释肥2种施肥量处理与CK相比，均提高了整精米率，降低了垩白粒率，与前人研究结论一致。

4 结论

施用2种不同性质的缓释肥对水稻均有明显的增产效果，增产原因主要是提高了水稻的分蘖成穗率，增加了有效穗数和每穗粒数；同时增加水稻后期各部位的养分吸收和提高肥料利用率，提高了水稻的稻米品质。减少20%氮肥用量条件下，掺混肥料处理和腐殖酸缓释型复合肥处理与农户常规施肥相比，产量下降不显著，但提高了氮肥偏生产力和农学利用率。相同施氮量下，腐殖酸缓释肥料比掺混肥料总质量少35%～40%，减少了施肥量和用工成本。该地区水稻应优先选用腐殖酸缓释型复合肥料，适宜用量为144 kg/hm2。