聚脲甲醛緩釋氮肥一次性基施在雙季稻上的應(yīng)用效果

黃巧義，張木，黃旭，唐拴虎，張發(fā)寶，逄玉萬(wàn)，易瓊，李蘋(píng)，付弘婷

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聚脲甲醛緩釋氮肥一次性基施在雙季稻上的應(yīng)用效果

黃巧義，張木，黃旭，唐拴虎，張發(fā)寶，逄玉萬(wàn)，易瓊，李蘋(píng)，付弘婷

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部南方植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省養(yǎng)分資源循環(huán)利用與耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640）

【目的】研究聚脲甲醛緩釋肥在華南雙季稻上的肥料效應(yīng)，探討基于聚脲甲醛緩釋肥的雙季稻一次性施肥技術(shù)的可行性，為華南雙季稻輕簡(jiǎn)化、增效減氮施肥技術(shù)提供依據(jù)?！痉椒ā吭囼?yàn)以常規(guī)稻品種金香絲苗為供試材料，采用早、晚稻兩季作物大田試驗(yàn)，在施氮量為180 kg·hm-2的水平下，依聚脲甲醛的氮利用率相當(dāng)于普通尿素的1.0、1.3、1.6和1.9倍，設(shè)定聚脲甲醛緩釋氮肥減氮0、23%、38%、47%（UF1、UF2、UF3、UF4）一次性基施，常規(guī)分次施肥處理（CF，基肥 50%、返青肥 20%、拔節(jié)肥 30%）和不施氮處理（CK），所有處理磷鉀的用量分別為 P2O555 kg·hm-2、K2O 130 kg·hm-2，肥源分別為過(guò)磷酸鈣和氯化鉀。研究聚脲甲醛一次性基施及減氮處理對(duì)雙季稻產(chǎn)量、生物量、地上部氮磷鉀養(yǎng)分積累量、氮肥利用率、土壤無(wú)機(jī)態(tài)氮含量的影響?！窘Y(jié)果】（1）在等氮條件下，聚脲甲醛緩釋肥一次性基施處理（UF1）的早、晚稻籽粒產(chǎn)量與常規(guī)分次施肥處理（CF）基本持平；聚脲甲醛減氮23%一次性基施處理（UF2）對(duì)早、晚稻的籽粒產(chǎn)量沒(méi)有顯著影響；聚脲甲醛減氮38%一次性基施（UF3處理的早稻籽粒產(chǎn)量顯著降低，較CF處理減產(chǎn)7.52%；聚脲甲醛減氮47%一次性基施處理（UF4）的早、晚稻產(chǎn)量均顯著低于CF處理，其降幅分別為9.84%和9.75%。（2）UF4處理的早、晚稻有效穗數(shù)較CF處理每兜少了0.80和0.39個(gè)有效穗，其中早稻的降幅達(dá)到顯著水平（＜0.05），UF1、UF2和UF3處理的早、晚稻有效穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重與CF處理無(wú)顯著差異。（3）與常規(guī)施肥相比，UF1和UF2處理的早、晚稻氮、磷、鉀含量及其吸收累積量均無(wú)顯著差異，UF3處理的晚稻秸稈氮含量和氮素累積量降低了30.73%、23.60%（＜0.05），UF4處理的晚稻稻草和籽粒氮含量顯著降低（＜0.05），早、晚稻的氮素累積量分別降低22.82%、26.82%（＜0.05）。（4）UF2、UF3、UF4處理的氮肥偏生產(chǎn)力高于CF處理，兩季平均增幅分別為24.37%、49.24%、70.89%，UF1、UF2、UF3、UF4處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥利用率（當(dāng)季回收率）和氮肥生理利用率均較CF處理無(wú)顯著性差異。（5）收獲期UF處理的土壤堿解氮含量較CF處理無(wú)顯著性差異，其全氮含量稍高于CF處理。因此，聚脲甲醛緩釋肥可作為早、晚稻一次性施肥的技術(shù)載體?！窘Y(jié)論】在早、晚稻生產(chǎn)過(guò)程中，聚脲甲醛減氮23%一次性基施處理均獲得了穩(wěn)定且較高的產(chǎn)量和氮肥利用率，且其施肥成本與常規(guī)分次施肥方式持平，可作為早、晚稻輕簡(jiǎn)化施肥和氮肥減施的有效途徑。

水稻；聚脲甲醛緩釋肥；一次性施肥；氮肥利用效率；產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】水稻是我國(guó)重要的糧食作物，化肥是充分發(fā)揮水稻增產(chǎn)潛力、稻米品質(zhì)的重要保障，在保障我國(guó)糧食安全中起著不可替代的支撐作用[1-2]。水稻高產(chǎn)栽培技術(shù)的多次施肥操作方式繁瑣，技術(shù)要求高，在實(shí)際生產(chǎn)中推廣難度大[3]。隨著輕壯勞動(dòng)力向城鎮(zhèn)遷移，農(nóng)村勞力減弱；另一方面，破碎化農(nóng)田逐漸向規(guī)?；l(fā)展，輕簡(jiǎn)水稻施肥勢(shì)在必行。另一方面，因過(guò)量施肥和肥料養(yǎng)分利用低已引發(fā)土壤酸化、水體富營(yíng)養(yǎng)化、溫室氣體排放等環(huán)境生態(tài)問(wèn)題[1,4]。改進(jìn)施肥技術(shù)、升級(jí)化肥效能，是實(shí)現(xiàn)糧食進(jìn)一步增產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)平衡的重要途徑[1,4-5]。【前人研究進(jìn)展】緩/控釋肥料是近年來(lái)肥料研究的熱點(diǎn)方向，具有養(yǎng)分有效期長(zhǎng)，利用率高，節(jié)肥省工，環(huán)境友好等突出優(yōu)勢(shì)[2,6]。研究表明，基于緩控釋尿素為技術(shù)載體的水稻一次性施肥技術(shù)，可降低施肥勞力成本，且能提高肥料利用效率[7-10]。但是，當(dāng)前控釋型肥料的生產(chǎn)成本較高，在大田作物上應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益低，其推廣應(yīng)用受限[11]。脲甲醛是最早生產(chǎn)、應(yīng)用面積最大的緩釋肥料，具有大田推廣應(yīng)用潛力；脲甲醛氮釋放緩慢，效期長(zhǎng)，且能被微生物完全降解，環(huán)境友好無(wú)殘留[12-14]。已有田間試驗(yàn)表明，施用脲甲醛可提高小白菜、玉米、萵苣等作物的產(chǎn)量和氮肥利用率[12,15-17]。經(jīng)尿素和甲醛多次縮聚形成聚脲甲醛，相對(duì)于普通脲甲醛，聚脲甲醛具有更優(yōu)越的氮緩釋效果和高氮肥利用率[18-20]。YAMAMOTO等[14]通過(guò)水培試驗(yàn)研究，在培養(yǎng)100 h后，聚脲甲醛的尿素累積釋放速率約僅有普通脲甲醛的75%，他們認(rèn)為聚化度是尿素延遲釋放的關(guān)鍵因子。GIROTO等[21]研究發(fā)現(xiàn)，施用聚脲甲醛的土壤有效銨態(tài)氮含量顯著低于普通脲甲醛，可顯著降低土壤氮流失。目前，在國(guó)內(nèi)外已有大量基于聚脲甲醛的緩釋氮肥生產(chǎn)專(zhuān)利，也有聚脲甲醛緩釋肥在玉米和小麥上的田間應(yīng)用效果研究[14,18]，但國(guó)內(nèi)關(guān)于聚脲甲醛的田間應(yīng)用驗(yàn)證報(bào)道尚少?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】聚脲甲醛是成本相對(duì)低廉、生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單且環(huán)境友好的綠色安全型緩釋肥，盡管其研發(fā)歷史較早，但我國(guó)對(duì)其肥效評(píng)價(jià)體系，尤其在大田糧食作物上，仍不夠完善[16]。聚脲甲醛緩釋肥的養(yǎng)分釋放效率對(duì)作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響顯著受氣候、土壤和作物條件的影響，而圍繞聚脲甲醛緩釋肥在水稻輕簡(jiǎn)化施肥上的應(yīng)用研究尚少。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】我國(guó)華南雙季稻區(qū)降雨強(qiáng)度大，養(yǎng)分流失風(fēng)險(xiǎn)大，本研究探討基于聚脲甲醛緩釋肥在我國(guó)華南雙季稻區(qū)水稻一次性施肥技術(shù)的可行性，研究在等氮和減氮條件下聚脲甲醛緩釋肥料一次性施用對(duì)水稻產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收累積量、土壤肥力的影響，為聚脲甲醛緩釋肥的推廣應(yīng)用提供理論支撐，同時(shí)為我國(guó)化肥減量的實(shí)施提供技術(shù)選擇。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

田間試驗(yàn)于2016年3—7月在廣東南部江門(mén)市臺(tái)山市都斛鎮(zhèn)萬(wàn)畝水稻示范片（112.58°E，22.05°N）進(jìn)行，該地區(qū)屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫21.8℃，無(wú)霜期平均360 d以上，年均降雨量約1 936 mm, 且瀕臨南海，水資源豐富，具有農(nóng)業(yè)發(fā)展的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，年平均水稻種植面積達(dá)4 500 hm2以上。供試土壤的土壤類(lèi)型為赤紅壤，土壤質(zhì)地為黏壤。0—20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量31.7 g·kg-1、全氮1.79 g·kg-1、堿解氮265.00 mg·kg-1、有效磷43.06 mg·kg-1、速效鉀129.48 mg·kg-1、pH 5.12。

1.2 供試材料

供試肥料：供試氮肥包括常規(guī)尿素（含N 46%），聚脲甲醛（含N 39%）由鄭州高富肥料有限公司提供，磷肥為重過(guò)磷酸鈣（含P2O546%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%），硅肥采用鈣鎂硅顆粒肥。

供試作物：水稻，品種為金香絲苗。早稻于2016年3月22日移栽，7月7日收獲；晚稻于2016年8月21日移栽，12月1日收獲。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在假設(shè)聚脲甲醛的氮利用率相當(dāng)于普通尿素1.0、1.3、1.6和1.9倍的前提下，本文設(shè)置了聚脲甲醛的施氮量分別為常規(guī)施氮量的100%、77%、62%、53%，也就是減氮0、23%、38%、47%。其中，按照聚脲甲醛的氮利用率相當(dāng)于普通尿素1.3倍設(shè)置的聚脲甲醛一次性基施和普通尿素多次追肥的綜合成本相等，按1.6倍設(shè)置的聚脲甲醛一次性基施和普通尿素多次追肥的原材料相等。采用單因素設(shè)計(jì)，設(shè)6個(gè)處理：（1）不施氮對(duì)照（CK）；（2）常規(guī)分次施肥（CF）；（3）UF1：聚脲甲醛一次性基施，全量施氮（180 kg N·hm-2）；（4）UF2：聚脲甲醛一次性基施，減氮23%（139 kg N·hm-2）；（5）UF3：聚脲甲醛一次性基施，減氮38%（112 kg N·hm-2）；（6）UF4：聚脲甲醛一次性基施，減氮47%（95 kg N·hm-2）。每個(gè)處理4次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2，共24個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列。磷肥、鉀肥用量分別為60 kg P2O5·hm-2、150 kg K2O·hm-2，均在秧苗移栽前1 d做基肥一次性施入。小區(qū)土壤先用鋤頭和鐵耙整理平整，控制田間水層高度約為3 cm，將肥料撒施均勻，然后用鐵齒耙及木耙將肥料混入表土中。常規(guī)分次施肥分3次施肥：基肥 50%，返青肥 20%、拔節(jié)肥 30%。小區(qū)間筑埂后用塑料薄膜包覆隔離，實(shí)行單獨(dú)排灌，防止水、肥滲透。水稻行距20 cm，株距20 cm。其他田間管理與大田一致，按照常規(guī)方式進(jìn)行。

1.4 樣品采集與測(cè)定

田間試驗(yàn)開(kāi)始前采集0—20 cm耕層土樣，用于測(cè)定pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀。成熟期每小區(qū)采集5穴谷穗樣品用于考種，進(jìn)行水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子評(píng)價(jià)；并采集代表性植株2穴用于生物量及含氮量的測(cè)定，測(cè)定稻谷和稻草的氮含量。成熟期采集各小區(qū)耕層土樣，用于全氮和堿解氮測(cè)定。各小區(qū)單打單曬，分別測(cè)產(chǎn)。

生物量測(cè)定：樣品采集后立即洗凈、擦干，將稻谷和稻草分開(kāi)，在105℃下殺青30 min，再在75℃下烘干至恒重。

植株含氮量測(cè)定：將各處理的莖葉和穗部樣品在105℃下殺青30 min，隨后在75℃下烘至恒重，粉碎后過(guò)0.5 mm篩，采用H2SO4-H2O2消煮，AA3型自動(dòng)分析儀測(cè)定。

土壤樣品經(jīng)風(fēng)干過(guò)篩后，采用常規(guī)土壤農(nóng)化分析方法進(jìn)行理化分析[22]。土壤pH（2.5﹕1）用酸度計(jì)電位法，有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀容量法，土壤堿解氮用堿解擴(kuò)散法，全氮用凱氏定氮法，有效磷用Olsen 法，速效鉀用醋酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定。

1.5 有關(guān)指標(biāo)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)方法

地上部氮素積累量（aboveground portion N accumulation rate，kg·hm-2）=地上部干物重×地上部干物質(zhì)含氮量；

氮肥農(nóng)學(xué)效率（NAE，Agronomic efficiency of N fertilizer，kg?kg-1）=（施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-對(duì)照區(qū)籽粒產(chǎn)量）/施氮量；

氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN，Partial factor productivity of N fertilizer，kg?kg-1）=施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量/施氮量；

氮肥利用率（NRE，N recovery efficiency，%）=（施氮區(qū)地上部吸氮量-對(duì)照區(qū)地上部吸氮量）/施氮量′100；

氮素生理利用率（NPE，Physiological efficiency of N fertilizer，kg?kg-1）=（施肥區(qū)籽粒產(chǎn)量-對(duì)照區(qū)籽粒產(chǎn)量）/（施肥區(qū)地上部氮吸收量-對(duì)照區(qū)地上部氮吸收量）。

計(jì)算上述參數(shù)以不施氮肥處理（CK）為對(duì)照。

采用Microsoft Excel 2007 和R軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及做圖。

2 結(jié)果

2.1 不同施肥處理對(duì)水稻籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

從圖1可見(jiàn)，施氮顯著提高水稻籽粒產(chǎn)量（＜0.05），早、晚稻施氮處理較不施氮處理CK分別平均增產(chǎn)9.08%和16.17%。UF1和UF2處理的早、晚稻籽粒產(chǎn)量與CF處理沒(méi)有顯著差異；UF3處理的早稻籽粒產(chǎn)量顯著低于CF處理，減產(chǎn)7.63%，晚稻的籽粒產(chǎn)量無(wú)顯著性差異；UF4處理的早、晚稻籽粒產(chǎn)量均顯著低于CF處理（＜0.05），分別減產(chǎn)9.84%和9.75%。

不同字母表示差異達(dá)5%顯著水平。下同

從表1可見(jiàn)，與不施氮處理CK相比，施氮顯著提高水稻有效穗數(shù)（＜0.05）。UF4處理的早、晚稻有效穗數(shù)較CF處理每兜少了0.8和0.39個(gè)有效穗，其中早稻的降幅達(dá)到顯著水平（＜0.05）， UF1、UF2和UF3處理的有效穗數(shù)與CF處理沒(méi)有顯著差異。施氮處理的早、晚稻平均結(jié)實(shí)率較CK處理降低了7.65%和2.99%，其中早稻的降幅達(dá)到顯著水平（＜0.05）。UF處理和CF處理的早、晚稻結(jié)實(shí)率沒(méi)有顯著差異。施氮處理的早、晚稻平均實(shí)粒數(shù)較CK 處理提高了8.47和6.86粒/穗，UF處理和CF處理的早、晚稻每穗實(shí)粒數(shù)沒(méi)有顯著差異。不同施肥處理對(duì)水稻的千粒重沒(méi)有顯著影響。

2.2 不同施肥處理對(duì)水稻氮、磷、鉀含量的影響

從表2可見(jiàn)，與CK處理相比，CF、UF1和UF2處理的兩季稻草氮平均含量分別提高了72.57%、54.18%、50.37%，籽粒氮平均含量分別提高了28.59%、16.76%、19.00%，達(dá)顯著水平（＜0.05）；UF3處理的早稻稻草和籽粒氮含量分別提高了54.76%和21.56%，達(dá)顯著水平（＜0.05），晚稻期間該差異不顯著；與CF處理相比，UF4處理顯著提高了早稻稻草的氮含量（＜0.05），其增幅為48.47%，早稻籽粒、晚稻稻草和晚稻籽粒的氮含量均差異不顯著。與CF處理相比，UF1和UF2處理的兩季水稻稻草和籽粒氮含量差異不顯著，UF3處理的晚稻稻草氮含量降低了30.73%，達(dá)顯著水平（＜0.05），UF4處理的晚稻稻草和籽粒氮含量均顯著降低（＜0.05），其降幅分別為36.39%和18.83%。不同施肥處理對(duì)水稻稻草和籽粒的磷、鉀含量沒(méi)有顯著影響。

2.3 不同施肥處理對(duì)水稻生物量及養(yǎng)分累積量的影響

從圖2可見(jiàn)，施氮處理較不施氮處理顯著提高了早、晚稻的地上部分干物質(zhì)量和氮素累積量，以及顯著提高了晚稻的磷、鉀累積量（＜0.05）。與CK處理相比，CF、UF1、UF2、UF3、UF4處理兩季水稻地上部分平均干物質(zhì)量分別提高了17.03%、16.93%、15.87%、11.52%、7.66%，平均氮素累積量分別提高了65.75%、49.54%、48.94%、33.40%、24.48%，平均磷素累積量分別提高了21.32%、20.60%、19.52%、13.56%、8.29%，平均鉀素累積量分別提高了22.59%、17.12%、14.66%、14.46%、6.29%。與CF處理相比，UF1、UF2處理的早、晚稻的地上部分干物質(zhì)量、氮素累積量、磷素累積量和鉀素累積量均差異不顯著，UF3處理的晚稻氮素累積量顯著降低（＜0.05），下降了23.60%，UF4處理的兩季地上部分干物質(zhì)量和氮素累積量均顯著降低（＜0.05），兩季平均下降了8.03%、24.82%，且其晚稻鉀素累積量也顯著降低（＜0.05），降幅為16.15%。

表1 不同施肥處理的水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素

表中同列的不同字母表示差異達(dá)5%顯著水平（LSD-test,＜0.05）。下同

Different small letters in the same column meant significant difference at 0.05 level among treatments. The same as below

表2 不同施肥處理的水稻養(yǎng)分含量

圖2 不同施肥處理對(duì)水稻干物質(zhì)和氮磷鉀積累的影響

2.4 不同施肥處理對(duì)水稻氮肥利用率的影響

從表3可見(jiàn)，不同施肥處理顯著影響水稻的氮肥偏生產(chǎn)力，隨著施氮量的降低，水稻的氮肥偏生產(chǎn)力逐漸提高。與CF處理相比，UF2、UF3、UF4處理的氮肥偏生產(chǎn)力顯著提高（＜0.05），兩季平均增幅分別為24.37%、49.24%、70.89%。UF1、UF2 、UF3、UF4處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥利用率和氮肥生理利用率在本實(shí)驗(yàn)條件下與CF處理無(wú)顯著性差異。

表3 不同施肥處理的水稻氮肥利用率

2.5 不同施肥處理對(duì)收獲期土壤全氮和速效氮、磷、鉀含量的影響

從表4可見(jiàn)，不施氮處理的堿解氮和全氮含量均較低，但差異不顯著。隨著施氮量的提高，土壤的堿解氮和全氮含量呈現(xiàn)逐漸提高的變化趨勢(shì)，但差異不顯著。UF處理的土壤堿解氮基本與常規(guī)分次施肥一致，而全氮含量稍高于常規(guī)分次施肥處理，但差異不顯著。

表4 不同施肥處理對(duì)收獲期土壤速效氮和全氮含量的影響

3 討論

輕簡(jiǎn)化施肥是我國(guó)水稻施肥技術(shù)發(fā)展的方向和趨勢(shì)。緩/控釋肥通過(guò)對(duì)肥料進(jìn)行改型改性，緩解/控制肥料養(yǎng)分釋放速率，從而可以實(shí)現(xiàn)水稻一次性施肥[9,23-24]。脲甲醛是國(guó)際上最早研制的緩釋肥料，由甲醛和尿素經(jīng)過(guò)化學(xué)縮合反應(yīng)而形成的縮合物，從而降低肥料的溶解度，延長(zhǎng)養(yǎng)分釋放期[13,25]。聚脲甲醛是脲甲醛的升級(jí)產(chǎn)品，經(jīng)尿素與甲醛的多次縮聚而制成，能進(jìn)一步提高氮素的緩釋效果[14,19-20]。本試驗(yàn)以聚脲甲醛為緩釋氮肥，探討其在水稻一次性施肥方式上的應(yīng)用效果。結(jié)果表明，在等氮條件下，基于聚脲甲醛緩釋肥料一次性施肥處理的水稻產(chǎn)量基本與常規(guī)分次施肥處理持平。由此可見(jiàn)，聚脲甲醛一次性基施能夠基本滿足水稻整個(gè)生育期的養(yǎng)分需求，可作為水稻輕簡(jiǎn)化施肥的技術(shù)載體。也有研究發(fā)現(xiàn)，以脲甲醛作為緩釋肥料的夏玉米一次性施肥，可以顯著提高夏玉米產(chǎn)量，且增產(chǎn)幅度高于控釋尿素[16-17]。YAMAMOTO等[14]研究發(fā)現(xiàn)，普通尿素在液體介質(zhì)中很快就全部釋放出來(lái)（約5 h），聚脲甲醛的累積釋放曲線則呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，培養(yǎng)100 h后的累計(jì)釋放率僅60%左右，顯著低于普通尿素和脲甲醛。VERSTRAETEN等[20]發(fā)現(xiàn)，聚脲甲醛具有明顯的緩釋效果，其礦化動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)出先大幅增加后逐漸減緩的變化趨勢(shì)，施用1周后的釋放速率較大（約50%聚脲甲醛被礦化），之后逐漸減緩，在施用6周后，約70%—85%的聚脲甲醛被礦化降解。聚脲甲醛前期較快的礦化速度可滿足水稻前期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛分蘗所需的較高強(qiáng)度氮營(yíng)養(yǎng)，后期明顯的緩釋效果有助于為水稻生長(zhǎng)提供持續(xù)穩(wěn)健的氮素供應(yīng)。土培模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施用聚脲甲醛后土壤的速效銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的增長(zhǎng)速率顯著低于尿素和脲甲醛處理，培養(yǎng)30 d后土壤速效氮含量仍呈逐漸增加趨勢(shì)，而尿素和脲甲醛處理則在施用10 d后達(dá)到最高值[14]。何佩華等[26]通過(guò)盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，脲甲醛緩釋肥施用60—300 d后仍能平穩(wěn)的釋放供給有效氮，表明聚脲甲醛具有明顯的緩釋效用，這在一定程度上從材料機(jī)理上支撐了廣東省雙季稻應(yīng)用聚脲甲醛一次性基施技術(shù)的穩(wěn)產(chǎn)機(jī)制。

聚脲甲醛施用進(jìn)入土壤后，須經(jīng)溶解、化學(xué)水解和經(jīng)微生物分解形成銨態(tài)氮、二氧化碳和水，才能被植物吸收利用[27]。研究發(fā)現(xiàn)，聚脲甲醛的聚合度顯著影響脲甲醛的溶解反應(yīng)，從而影響氮的釋放速率[14,20-21]。另外，脲甲醛的緩釋效果和施用效應(yīng)顯著受濕度、溫度和土壤pH等環(huán)境因子和微生物活性的影響[27-28]，因此，現(xiàn)階段尚無(wú)脲甲醛在田間釋放機(jī)理和模型的規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)[17]。研究發(fā)現(xiàn)，酸性環(huán)境可促進(jìn)聚脲甲醛的分解反應(yīng)，從而促進(jìn)氮的釋放[20]。本試驗(yàn)在典型的華南雙季稻區(qū)開(kāi)展試驗(yàn)，供試土壤pH 5.1，屬于典型酸性土壤，酸性土壤環(huán)境可能會(huì)促進(jìn)聚脲甲醛的分解和礦化過(guò)程[20,29]。研究表明，隨著土壤濕度的增加，聚脲甲醛的礦化速度逐漸提高，當(dāng)土壤濕度為50%飽和狀態(tài)時(shí)，聚脲甲醛的礦化速率最快[30-31]。在稻作利用方式下，土壤基本處于淹水濕潤(rùn)狀態(tài)，可能會(huì)促進(jìn)聚脲甲醛的水解和分解反應(yīng)，其影響效應(yīng)還有待進(jìn)一步研究探討。溫度是影響聚脲醛肥料氮素釋放的另一重要環(huán)境條件，研究表明，當(dāng)土壤溫度低于35℃時(shí)，聚脲醛肥料的氮礦化速率隨著土壤溫度的提高而提高，而當(dāng)土壤溫度高于35℃，脲甲醛的氮礦化速率反而降低[20,30]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在廣東省早、晚稻應(yīng)用聚脲甲醛一次性基施處理的水稻產(chǎn)量與普通尿素多次使用的常規(guī)施用處理基本持平，表明聚脲甲醛一次性基施技術(shù)可適用于早、晚稻生產(chǎn)。在早稻期間，氣溫和土溫逐漸提高，前期土壤溫度較低，可能會(huì)降低聚脲甲醛的分解和礦化速率，氮素釋放速率緩慢；另一方面，因氣候相對(duì)較低，水稻生長(zhǎng)也較緩慢，對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)的需求相對(duì)較?。浑S著水稻生育期的推進(jìn)，土溫逐漸提高，聚脲甲醛的礦化速率逐漸提高，同時(shí)，水稻也隨著溫度的提高進(jìn)入旺盛分蘗期、拔節(jié)和孕穗期，對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)需求大幅度提高。而在晚稻期間，氣溫和土溫則呈逐漸降低的變化趨勢(shì)，在水稻移栽前期氣溫高，水稻很快進(jìn)入快速分蘗期，對(duì)氮素需求較大；另一方面，此時(shí)較高的土壤溫度可促進(jìn)聚脲甲醛的分解和礦化，從而滿足水稻快速營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的養(yǎng)分需求。因此，早、晚稻期間的氣溫變化趨勢(shì)對(duì)聚脲甲醛的氮素釋放速率的影響與水稻生長(zhǎng)對(duì)氮素的需求動(dòng)態(tài)相符合。本試驗(yàn)結(jié)果還表明，早稻聚脲甲醛施肥處理的有效穗數(shù)低于常規(guī)分次施肥處理，其中減氮處理降幅達(dá)到顯著水平；而在晚稻期間，聚脲甲醛施肥處理的有效穗數(shù)基本與常規(guī)施肥處理相當(dāng)，但收獲期稻草和籽粒的氮含量低于常規(guī)施肥處理，其中減氮處理的降幅達(dá)到顯著水平。這可能是由于早稻前期土溫過(guò)低對(duì)聚脲甲醛分解作用的抑制效果較強(qiáng)，以致影響水稻分蘗動(dòng)態(tài)；而晚稻期間前期土壤溫度過(guò)高，使大部分聚脲甲醛被礦化釋放，導(dǎo)致水稻生長(zhǎng)后期氮養(yǎng)分供應(yīng)不足。由此可見(jiàn)，聚脲甲醛的氮素釋放速率對(duì)溫度的響應(yīng)使其基本吻合華南早、晚稻生產(chǎn)中對(duì)氮素的需求規(guī)律，可作為早、晚稻一次性施肥技術(shù)的技術(shù)載體，但仍存在早稻前期養(yǎng)分供應(yīng)不足、晚稻后期缺肥的風(fēng)險(xiǎn)，這也為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)適用于早、晚稻的聚脲甲醛緩釋肥提供啟示和思路。

緩/控釋氮肥通過(guò)緩解、控制氮素釋放速率，可以減少淋溶、徑流等途徑的氮流失，提高氮肥施用效率，是水稻化肥增效減施的重要途徑[16,24,32]。研究發(fā)現(xiàn)，控釋尿素減氮15%—50%條件下，仍能達(dá)到常規(guī)尿素分次施肥的水稻產(chǎn)量水平，且能有效降低氮素流失風(fēng)險(xiǎn)[24,33-34]。有研究者比較了不同緩釋肥類(lèi)型的施用效果，發(fā)現(xiàn)脲甲醛對(duì)氨揮發(fā)的抑制效應(yīng)優(yōu)于樹(shù)脂包膜尿素[16]，且在等氮條件下，脲甲醛緩釋肥的水稻產(chǎn)量高于樹(shù)脂包膜尿素和硫包衣尿素[35-36]。本研究結(jié)果表明，采用聚脲甲醛緩釋肥一次性基施的施肥技術(shù)，減氮23%時(shí)對(duì)水稻產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因子、以及植株氮含量沒(méi)有顯著影響；而減氮38%以上時(shí)，水稻產(chǎn)量、結(jié)實(shí)率、植株氮含量顯著降低。由此可見(jiàn)，基于聚脲甲醛緩釋肥的水稻化肥減施施肥技術(shù)具有可行性。魯艷紅等[33]研究發(fā)現(xiàn)，控釋尿素減氮30%可能對(duì)當(dāng)季水稻產(chǎn)量沒(méi)有顯著影響，但會(huì)導(dǎo)致土壤氮含量降低。許仙菊等[37]也擔(dān)憂緩釋氮肥連續(xù)減氮24.3%的施肥方式可能會(huì)削減土壤氮儲(chǔ)存量，可持續(xù)性還有待檢驗(yàn)。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，在等氮條件下，施用聚脲甲醛處理的土壤堿解氮和全氮含量與常規(guī)分次施肥處理沒(méi)有顯著差異，當(dāng)聚脲甲醛處理減氮47%時(shí)，土壤的堿解氮含量較低，但差異不顯著。聚脲甲醛含有速效和緩釋形態(tài)的氮：游離尿素、冷水可溶氮、冷水不溶熱水可溶氮和熱水不溶氮，其緩釋效果逐漸提高[12,17]。冷水可溶氮的養(yǎng)分釋放周期約為幾周，冷水不溶熱水可溶氮的釋放期可達(dá)數(shù)月，而熱水不溶氮的釋放期則更長(zhǎng)，甚至延效數(shù)年[12,38]。聚脲甲醛中的冷水不溶熱水可溶氮和熱水不溶氮在水稻當(dāng)季，甚至下季生長(zhǎng)周期過(guò)程中仍處于封閉無(wú)效的狀態(tài)，并可能轉(zhuǎn)化為膠體被土壤吸附，降低養(yǎng)分流失風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)土壤速效氮和全氮含量影響不大，這可能是不同處理的土壤氮含量沒(méi)有差異的原因[12,39-40]。通過(guò)15N示蹤也研究發(fā)現(xiàn)，聚脲甲醛施用后主要以有機(jī)氮形態(tài)存在，對(duì)土壤速效銨態(tài)氮影響不大[41]。本試驗(yàn)結(jié)果也表明，施用聚脲甲醛處理的土壤全氮含量較常規(guī)分次施肥處理有所提高，因試驗(yàn)僅進(jìn)行了兩季，其增幅并不顯著。另一方面，本試驗(yàn)供試土壤的有機(jī)質(zhì)含量較高，對(duì)土壤全氮和有效氮的緩沖性能大，也可能是不同處理間的土壤氮含量沒(méi)有顯著差異的原因。

脲甲醛肥料施用到土壤后，被微生物分解形成尿素和甲醛[27]，其中尿素被礦化為銨態(tài)氮后被植物吸收利用，而甲醛則立刻被微生物通過(guò)碳代謝途徑同化消解[42]。研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)施用脲甲醛緩釋肥料會(huì)引起土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的改變，使脲甲醛分解和降解的功能微生物的豐度提高，從而提高脲甲醛的分解速率[27,42]。同時(shí)，施用脲甲醛還可能使土壤中的有益微生物，或者潛在的植物致病菌富集，因此，連續(xù)施用聚脲甲醛對(duì)土壤微生物群落，及對(duì)作物的影響也逐漸引起人們關(guān)注[42]。因此，連續(xù)施用脲甲醛肥料的養(yǎng)分緩釋效果、增產(chǎn)效應(yīng)以及對(duì)土壤微生物和作物生長(zhǎng)的影響還有待進(jìn)一步考察。

4 結(jié)論

在本試驗(yàn)條件下，基于聚脲甲醛緩釋肥的水稻一次性施肥技術(shù)的早、晚稻籽粒產(chǎn)量、植株養(yǎng)分含量和吸收累積量均與常規(guī)分次施肥處理基本持平；當(dāng)聚脲甲醛減氮23%一次性基施時(shí)，早、晚稻的養(yǎng)分含量、養(yǎng)分吸收累積量和籽粒產(chǎn)量均沒(méi)有顯著降低；當(dāng)聚脲甲醛減氮38%一次性基施時(shí)，早稻籽粒產(chǎn)量顯著降低；當(dāng)聚脲甲醛減氮47%一次性基施時(shí)，早、晚稻的籽粒產(chǎn)量和干物質(zhì)量均顯著降低。聚脲甲醛緩釋肥一次性基施對(duì)氮肥利用率和土壤氮含量沒(méi)有顯著影響。

綜上，聚脲甲醛緩釋肥可作為早、晚稻一次性施肥的技術(shù)載體，聚脲甲醛減氮23%一次性基施的施肥成本與常規(guī)分次施肥方式持平，其不僅能保證水稻充分的氮素營(yíng)養(yǎng)，而且能實(shí)現(xiàn)一次性施用，減少施肥的人工成本，緩解農(nóng)村勞動(dòng)力不足，是水稻輕簡(jiǎn)化施肥和氮肥減施的有效途徑。

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（責(zé)任編輯 李云霞，趙伶俐）

Effect of One-off Application of Poly Urea-Formaldehyde Fertilizer Under Reduced N Rate on Double Cropping Rice

HUANG QiaoYi, ZHANG Mu, HUANG Xu, TANG ShuanHu, ZHANG FaBao, PANG YuWan, YI Qiong, LI Ping, FU HongTing

(Institute of Agricultural Resources and Environment, Guangdong Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer in South Region, Ministry of Agriculture/ Guangdong Key Laboratory of Nutrient Cycling and Farmland Conservation, Guangzhou 510640)

【Objective】This experiment was carried out to study the effect of one-off application of poly urea- formaldehyde fertilizer with reduced N rate on double rice and to explore the possibility of one-off application of poly urea- formaldehyde fertilizer on double rice, thus providing a theoretical basis for simple and easy, synergistic and less nitrogen fertilizer practice, so as to increase fertilizer efficiency, and reduce the non-point source pollution.【Method】The conventional rice variety “Jingxiang Simiao” was used in a field experiment. One year field experiment, including early rice and late rice, was conducted. Under the conventional total N input of 180 kg·hm-2, the one-off application of poly urea-formaldehyde fertilizer with reduced 0, 23%, 38% and 47% N rate (UF1, UF2, UF3 and UF4, respectively), conventional fertilization (CF, 50% of base fertilizer, 20% of turning green fertilizer and 30% of elongation fertilizer), and no nitrogen fertilizer (CK) were designed. All the experimental fields were fertilized with P2O555 kg·hm-2and K2O 130 kg·hm-2, which were supplied by calcium superphosphate and potassium chloride.Research mainly focused on the influence of one-off application with reduced N rate on the yield, biomass, NPK contents of the above-ground portion, nitrogen use efficiency of rice, and the inorganic nitrogen content in soil. 【Result】(1) There were no significant differences in the grain yields of early and late rice among CF, UF1, and UF2 treatments. The grain yield of early rice under UF3 treatments reduced significantly by 7.52% comparing with CF treatment (＜0.05). The grain yield of early and late rice under UF4 treatment all decreased significantly by 9.84% and 9.75%, respectively, comparing with CF treatment (＜0.05). (2) Comparing with CF treatment, the effective panicles per hill for early rice and late rice in treatment UF4 were 0.80 and 0.39 less, while the decrease during early rice had reached significant level (＜0.05). UF1, UF2 and UF3 treatments had the similar effective panicles, filled grains per panicle, filled grain rate, and 1000-grain weight of early rice and late rice with CF treatment. (3) The contents and accumulations of N, P and K in the straw and grain of the early and late rice under UF1 and UF2 treatments were not significantly different from the CF treatment. While the content and accumulation of N in the straw of late rice under UF3 treatment were lower by 30.73% and 23.60% respectively than CF treatment (＜0.05). And the UF4 had the lowest N content, N accumulation of early rice and late rice, which were 22.82% and 26.82% less, respectively, than CF treatment (＜0.05). (4) Comparing with CF treatment, UF2, UF3 and UF4 treatments had increased partial factor productivity of N fertilizer by 24.37%, 49.24% and 70.89%, respectively (＜0.05). But no significant differences in the agronomic efficiency of N fertilizer, N recovery efficiency, and physiological efficiency of N fertilizer among all fertilization treatments were observed. (5) No significant differences in the available inorganic N content in soil after rice harvest between UF and CF treatments were detected, but the total N content in the soil was slightly higher than that under CF treatment. Therefore, poly urea-formaldehyde fertilizer could be used as the special slow release fertilizer in the one-off fertilization technology for early and late rice.【Conclusion】UF2 treatment, the one-off application of poly urea-formaldehyde fertilizer with reduced 23% N rate had obtained relatively high grain yield and nitrogen use efficiency in early and late rice seasons, and the cost of which was equal to CF. It was concluded that this fertilizer application method could be served as the an effective way to simplified fertilization and reduce N application in early and late rice cultivation.

rice; poly urea formaldehyde; one-off fertilization; nitrogen use efficiency; yield

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.20.017

2018-01-29；

2018-05-18

國(guó)家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)（201503123、201303103）、廣東省科技計(jì)劃（2016A020210035）

黃巧義，Tel：020-32885730；E-mail：huangqiaoyi@hotmail.com。通信作者唐拴虎，Tel：020-38469594；E-mail：tfstshu@yahoo.com.cn