控失尿素對寧夏引黃灌區(qū)水稻產(chǎn)量和氮素淋失的影響

洪瑜 李旭 張慈娟 王英 閆媛 王芳 劉汝亮

摘要：[目的]利用控失尿素開展寧夏引黃灌區(qū)水稻化肥減量研究，為提高寧夏引黃灌區(qū)水稻產(chǎn)量，減少氮素?fù)p失，促進氮素環(huán)保高效施用提供數(shù)據(jù)參考。[方法]通過田間試驗，以不施氮肥（CK）和常規(guī)尿素為對照，設(shè)控失常量、控失減量10%、控失減量20%、控失：常規(guī)為7：3、控失：常規(guī)為5：5、控失：常規(guī)為3：7、控失尿素（基）等7個處理，研究不同控失尿素減量配比處理對水稻產(chǎn)量、氮素吸收利用和淋失的影響。[結(jié)果]（1）施用控失尿素能夠促進水稻增產(chǎn)，控失：常規(guī)為5：5處理的水稻增產(chǎn)效果最好，比常規(guī)尿素增產(chǎn)8.92%，其次為控失：常規(guī)為7：3.控失尿素主要增加水稻的穗粒數(shù)進而增加產(chǎn)量。（2）施用控失尿素能夠促進水稻氮肥利用率，控失減量10%處理的氮肥利用率最高，比常規(guī)尿素增加了9.79個百分點，其次為控失：常規(guī)為5：5處理。（3）施用控失尿素能夠降低稻田田面水總氮濃度和總氮淋失量。與常規(guī)尿素相比，控失尿素各處理整個水稻生育期全氮淋失量降低了28.40%～66.32%，其中，控失減量20%處理氮素淋失降低幅度最大，其次為控失減量10%、控失常量處理。[結(jié)論]控失尿素可以顯著提高水稻的產(chǎn)量與氮肥利用率，降低氮素淋失量。綜合考慮，施用控失尿素243～270kRg·hm^-2、控失尿素與常規(guī)尿素配比5：5是寧夏引黃灌區(qū)較合理的氮素運籌模式。

關(guān)鍵詞：控失尿素;水稻產(chǎn)量;氮素淋失;引黃灌區(qū)

中圖分類號：S511文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1008-0384（2020）03-0323-08

0 引言

（研究意義）寧夏引黃灌區(qū)是我國西北大型引黃自流灌區(qū)，素有“塞上江南”的美譽，是全國優(yōu)質(zhì)大米的主產(chǎn)區(qū)之一。水稻是引黃灌區(qū)種植面積最大的作物，2017年引黃灌區(qū)水稻播種面積達到8.1萬hm²，占糧食播種面積的29.75%。而水稻生產(chǎn)過程中，長期過量施用氮肥導(dǎo)致肥料利用率低，土壤中氮素出現(xiàn)盈余，大量未被吸收的氮素主要通過淋洗和氣態(tài)等途徑損失，退水中硝酸鹽濃度升高，造成土壤和淺層地下水體污染。據(jù)統(tǒng)計，寧夏引黃灌區(qū)的氮肥損失率達到20%～65%，以淋洗損失為主。因此，如何開展化肥減量研究，提高水稻氮素利用效率，對減少農(nóng)業(yè)面源污染源頭排放，促進農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。（前人研究進展）新型控失尿素是近幾年新研發(fā)出的高效、環(huán)境友好的新代尿素，通過特種設(shè)備將生物有機復(fù)合型材料加入到尿液，充分混合后反應(yīng)形成控失劑一尿素復(fù)合體，采用的控失材料完全是天然的礦物質(zhì)和純生物材料，對土壤和作物無危害，施入土壤后，遇水能夠由外而內(nèi)逐層吸水膨脹，吸水層迅速組裝成海綿狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有很強的耦合性，能夠?qū)⑷芙獾酿B(yǎng)分耦合在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，達到了控制養(yǎng)分揮發(fā)和流失、提高肥料利用率的目的。有研究報道，施用控失尿素能夠提高土壤養(yǎng)分含量，有效降低稻田土壤氨揮發(fā)損失，有利于水稻對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收與積累，增加水稻產(chǎn)量，提高肥利用效率。在小麥、玉米、棉花、番茄等作物上，施用新型控失尿素均能有效提高作物產(chǎn)量，提高氮肥利用率，具有節(jié)肥增產(chǎn)效果。（本研究切入點）現(xiàn)有研究大部分都是控失尿素對作物產(chǎn)量與氮肥利用率的影響，稻田土壤研究僅限于養(yǎng)分含量與氨揮發(fā)，關(guān)于控失尿素對水稻氮素淋失影響的研究鮮有報道。（擬解決的關(guān)鍵問題）本文針對稻田氮素利用率低與退水污染日益嚴(yán)重的問題，探討新型控失尿素減量配比對水稻產(chǎn)量、氮素吸收利用以及淋失的影響，為寧夏引黃灌區(qū)水稻生產(chǎn)中氮肥環(huán)保高效施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗地概況

試驗區(qū)位于寧夏永寧縣望洪鎮(zhèn)（106°2214”E，38°47'62”N），地處中溫帶干旱氣候區(qū)，年均蒸發(fā)量1470.1nLrn，年均降水量201.4mm，年均氣溫8.7℃，≥10℃的積溫平均為3245.6℃，年均日照時數(shù)2866.7h，無霜期平均167d.土壤類型為灌淤土，基本理化性質(zhì)為：pH 8.21，有機質(zhì)含量13.18g·kg^-1，全氮含量0.61g·kg^-1，堿解氮含量25.15mg·kg^-1，速效磷含量8.64mg·kg^-1，速效鉀102.18mg·kg^-1。

1.2 試驗設(shè)計

不同種類尿素肥料由心連心化肥有限公司生產(chǎn)提供，控失尿素（N，43.2%），普通尿素（N，46.4%），施肥量與基追比見表1，磷鉀肥作為基肥1次施入，磷肥用重過磷酸鈣（P₂O₅，46%），鉀肥用氯化鉀（K₂O，60%）。試驗小區(qū)面積78m²，隨機區(qū)組排列，重復(fù)3次。供試水稻品種為寧粳50號，2018年5月13日施基肥整地，5月25日插秧，6月15日追蘗肥，7月5日追穗肥，9月26日收獲。

1.3樣品采集與分析

在水稻插秧后開始采集水樣，分別在插秧和追肥后第3、7、10d用注射器隨機抽取小區(qū)內(nèi)3處中上層稻田田面水。在常規(guī)處理每次追肥后的第1、3、5、7、9d采集滲漏水，控失尿素各處理的水樣采集頻率與常規(guī)處理一致，其余時間按照間隔10d采集滲漏水，使用滲漏水取樣裝置采集。

水稻成熟期采集植株樣品，每小區(qū)采集1m²的水稻植株樣品，70℃殺青20min，105℃烘干，測定植株和籽粒全氮含量，計算水稻的秸稈生物量、籽粒產(chǎn)量和氮素養(yǎng)分利用率。在水稻收獲時，每個小區(qū)實打?qū)嵤沼嬎闼井a(chǎn)量，采集植株樣品考種，測定株高、穗長、穗粒數(shù)及千粒重等指標(biāo)。

水稻收獲后，按照S形多點混合采集耕作層0～20cm土樣，風(fēng)干、研磨過篩。土壤pH值、有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀含量按照普通土壤農(nóng)化分析方法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

氮肥利用率（NUE，%）=（施氮處理吸氮量不施氮處理吸氮量）/6范氮量×100

氮肥農(nóng)學(xué)效率（AEN，kg·kg^-1）=（施氮區(qū)作物產(chǎn)量不施氮區(qū)作物產(chǎn)量）/施氮量

氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN，kg·kg）=單位面積作物產(chǎn)量/單位面積施氮量

氮素淋失量=淋溶水中氮的濃度×淋溶水的體積

氮素淋失量占施肥量的比例=（施肥處理氮素淋失量不施肥對照氮素淋失量）/施氮量×100%

采用Excel和SPSS軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析，并采用Duncan新復(fù)極差法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同控失尿素處理對水稻產(chǎn)量以及構(gòu)成因素的影響

從表2可以看出，各施肥處理與CK處理的產(chǎn)量之間存在顯著性差異（P<0.05）?？厥В撼Ｒ?guī)為5：5處理的水稻產(chǎn)量最高，其次為控失：常規(guī)為7：3的處理，分別比常規(guī)尿素產(chǎn)量提高了8.92%、7.78%。與控失常量處理比較，隨著控失尿素減量比例增大，水稻產(chǎn)量逐漸降低;控失尿素全部基施處理因為后期養(yǎng)分不足從而影響產(chǎn)量。

從表2可以看出，各施肥處理與CK處理的穗粒數(shù)之間存在顯著性差異（P<0.05）。穗粒數(shù)較高的是控失：常規(guī)為7：3和控失：常規(guī)為3：7，分別比常規(guī)施肥處理提高了29.2個和25.9個。除CK處理外，千粒重較高的為控失：常規(guī)為5：5的處理和控失：常規(guī)為7：3的處理。綜合考慮水稻產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素，控失：常規(guī)為5：5和控失：常規(guī)為7：3的處理為合理的氮肥減量和運籌模式，水稻產(chǎn)量沒有顯著降低。

2.2 不同控失尿素處理對水稻氮肥利用率的影響

由表3可見，各施肥處理與CK處理的吸氮量之間存在顯著[生差異（P<0.05）?？厥В撼Ｒ?guī)為5：5處理的總吸氮量最高，為183.31kg·hm^-2，其次是控失尿素處理的181.79kg·hm^-1。控失減量10%、控失：常規(guī)為5：5處理與常規(guī)尿素、控失尿素全部基施、控失減量20%處理的氮肥利用率之間存在顯著性差異（P<0.05）。控失減量10%處理的氮肥利用率最高，達到39.19%，比常規(guī)尿素處理增加了9.79個百分點;其次為控失：常規(guī)為5：5處理36.08%，比常規(guī)尿素處理增加了6.68個百分點?？厥p量10%處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率最高，其次為控失：常規(guī)為5：5處理;控失減量20%處理的氮肥偏生產(chǎn)力最高，其次為控失減量10%處理，但是差異均不顯著。

控失尿素可以滿足水稻生育期對氮素的需求，在氮素投入降低10%的基礎(chǔ)上，對氮素的吸收沒有明顯降低且氮肥利用率明顯優(yōu)于常規(guī)尿素處理，降低了氮素淋失的風(fēng)險。在寧夏引黃灌區(qū)根據(jù)實際情況采用控失：常規(guī)=5：5、控失減量10%、控失：常規(guī)=7：3處理這3種比較合理的氮肥運籌模式，均能夠保證產(chǎn)量與提高氮素利用率，其中以控失：常規(guī)=5：5處理較好。

2.3 不同控失尿素處理對稻田田面水全氮質(zhì)量濃度動態(tài)變化的影響

稻田田面水由于灌排水及降水通過排水溝流入黃河水體與地表水體，極易造成水體富營養(yǎng)化，而追肥撒施也加重了水體面源污染風(fēng)險。由圖1可見，常規(guī)尿素與控失尿素基施灌水以及追施蘗肥、穗肥后，稻田田面水全氮質(zhì)量濃度均迅速升高到峰值，隨后由于作物吸收而逐漸降低，施肥10d之后下降到相對最低值。

由于控失尿素的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，延緩了尿素氨化、水解等過程，與常規(guī)尿素處理相比，控失尿素各處理稻田田面水全氮質(zhì)量濃度均相對較低。其中，控失尿素減量處理由于施肥量減少，控失/常規(guī)尿素配比各處理由于控失尿素配比加大，稻田田面水全氮質(zhì)量濃度也相應(yīng)較低。由于基施氮肥比例較高，5月28日常規(guī)尿素稻田田面水全氮質(zhì)量濃度達到峰值34.34mg·L^-1，而控失減量20%處理減少幅度最大，與常規(guī)尿素相比減少了32.32%，控失減量10%、控失常量處理其次，分別減少了26.76%、23.12%?？厥蛩厝炕┨幚韮H在基施灌水后，稻田田面水全氮質(zhì)量濃度達到最高值32.82mg·L^-1，隨后逐漸降低，在6月4日之后一致保持在較低水平。

2.4 不同控失尿素處理對稻田氮素淋失的影響

由表4可以看出，在水稻返青期間，常規(guī)尿素、控失尿素（基）處理與其他各處理的總氮淋失量之間存在顯著性差異（P<0.05）;分蘗期間，常規(guī)尿素處理與其他各處理的總氮淋失量之間存在顯著性差異（P<0.05）。常規(guī)尿素處理的總氮滲漏淋失主要發(fā)生在分蘗期，而控失尿素各處理總氮滲漏淋失有所延遲，在孕穗期發(fā)生淋失的比例明顯增大。

在水稻生育期間，各處理中總氮淋失量大小順序表現(xiàn)為：常規(guī)尿素>控失尿素（基）>控失：常規(guī)=5：5>控失：常規(guī)=3：7>控失：常規(guī)=7：3>控失常量>控失減量10%>控失減量20%>CK，其中，CK、控失減量20%、控失減量10%、控失常量處理與控失尿素（基）、常規(guī)尿素處理的總氮淋失量之間存在顯著性差異（P<0.05）?？厥p量20%、控失減量10%、控失常量處理的總氮淋失量分別為13.44、16.23、18.33kg·hm^-2，比常規(guī)尿素處理分別減少66.32%、59.31%、54.04%。

常規(guī)尿素處理與各控失尿素處理的氮素淋失量占施肥量的比例之間存在顯著差異（P<0.05），其中，控失減量20%、控失減量10%、控失常量處理的氮素淋失量占施肥量的比例分別為0.63%、1.71%、2.32%，比常規(guī)尿素處理分別減少93.86%、83.37%、77.47%?？梢姡厥蛩乜梢燥@著降低氮素滲漏淋失量。

3討論與結(jié)論

3.1 不同控失尿素處理對水稻產(chǎn)量與氮肥利用率的影響

本研究結(jié)果表明，不同控失尿素處理，除控失減量20%、控失尿素（基）外，均能提高產(chǎn)量，達到8869.76～9504.22kg·hm，其中控失：常規(guī)為5：5處理的增產(chǎn)效果最為明顯，比常規(guī)尿素增產(chǎn)8.92%，其次為控失：常規(guī)=7：3、>控失常量、控失減量10%和控失：常規(guī)=3：7處理，分別比常規(guī)尿素增產(chǎn)7.78%、6.94%、5.15%和1.65%;控失減量20%、控失尿素（基）處理雖然分別比常規(guī)尿素減產(chǎn)2.87%、1.52%，但是差異不顯著。不同控失尿素處理，除控失減量20%、控失尿素（基）外，均能提高氮肥利用率，達到30.40%～39.19%，其中控失減量10%處理的氮肥利用率最高，比常規(guī)尿素增加9.79個百分點，其次為控失：常規(guī)=5：5、控失常量、控失：常規(guī)=7：3和控失：常規(guī)=3：7處理，分別比常規(guī)尿素增加6.68、6.12、5.25、1.00個百分點。

控失尿素通過天然高分子納米分子網(wǎng)材料與化肥復(fù)配，通過膠體作用形成巨大的網(wǎng)狀交鏈，吸附網(wǎng)捕化肥中的營養(yǎng)元素，在作物根系周圍形成營養(yǎng)庫，從而增加了作物產(chǎn)量與肥料利用率。薛欣欣等研究結(jié)果表明，與普通尿素處理相比，控失尿素分次施用處理的水稻籽粒和莖葉氮含量、稻谷產(chǎn)量均有不同程度提高，氮肥利用率顯著提高了7.6%，而控失尿素1次施用處理的水稻籽粒和莖葉氮含量、氮素積累量以及氮肥利用率均顯著降低。文祥朋等研究結(jié)果表明，控失尿素常量或與常規(guī)尿素配施均可顯著增加水稻產(chǎn)量，且控失尿素與常規(guī)尿素以1：3質(zhì)量比配合施用效果最好，可增加有效穗數(shù)，增產(chǎn)幅度為3.86%。在海南省水稻上，30%常規(guī)尿素+70%控失尿素能夠獲得較高的稻谷產(chǎn)量、氮肥利用效率及經(jīng)濟效益。以上研究均與本研究結(jié)果一致。而李志國等研究結(jié)果表明，控失尿素增產(chǎn)效果低于普通尿素，控失尿素和普通尿素混施比單施控失尿素增產(chǎn)，控失：常規(guī)=7：3處理產(chǎn)量最高。與本研究結(jié)果不一致，這可能與試驗區(qū)域生態(tài)氣候條件、土壤肥力有關(guān)。

3.2 不同控失尿素處理對水稻氮素淋失的影響

本研究中，控失尿素各處理整個水稻生育期全氮淋失量達到了13.44～28.56kg·hm^-2，比常規(guī)尿素處理減少了28.40%～66.32%;各控失尿素處理的總氮淋失量占施肥量的比例0.63%～6.11%，比常規(guī)尿素處理減少了40.70%～93.86%，其中，控失減量20%處理的總氮淋失減少幅度最大，其次為控失減量10%、控失常量處理，而控失尿素（基）減少幅度最小?？厥蛩刂刑砑拥木W(wǎng)狀材料，可以減緩尿素在土壤中的轉(zhuǎn)化過程，進而使養(yǎng)分更多的供給作物吸收利用，在延緩尿素氨化、水解等過程的同時，減少氮素淋失。薛欣欣等研究結(jié)果表明，控失尿素分次施用處理的氮素?fù)p失率最低，而控失尿素1次施用處理的氮素?fù)p失率最高，與本文研究結(jié)果保持一致。

綜上所述，控失尿素能夠促進水稻的穗粒數(shù)增加從而獲得更多產(chǎn)量，促進氮素吸收并提高氮肥利用率，降低稻田田面水總氮濃度和總氮淋失量;考慮水稻產(chǎn)量、氮肥利用率和氮素淋失量等因素，控失減量10%、控失：常規(guī)為5：5與控失常量處理是寧夏引黃灌區(qū)較合理的氮素運籌模式;由于氮素淋失途徑和淋失形態(tài)較多，為更深入進行氮平衡計算，關(guān)于控失尿素對稻田氣態(tài)損失和有機態(tài)氮素淋失量的影響還有待于深入研究。