幾種新型肥料對水稻增產(chǎn)增效的試驗研究*

韓 哲，陳寶成，曹 兵，齊建俊，陳劍秋

(1.土肥資源高效利用國家工程實驗室/山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 山東泰安 271018；2.養(yǎng)分資源高效開發(fā)與綜合利用國家重點實驗室 山東臨沭 276700；3.北京市農(nóng)林科學(xué)院 北京 100097； 4.山東省濟陽縣農(nóng)業(yè)局 山東濟南 251400)

水稻是我國重要的糧食作物[1]，近年來其種植面積占全國糧食作物總種植面積的27%左右[2]，其產(chǎn)量對我國糧食供應(yīng)至關(guān)重要。施肥是提高作物產(chǎn)量的有效途徑之一，化肥已經(jīng)成為影響糧食產(chǎn)量的第二大因素[3-4]。合理施用肥料能增加土壤中營養(yǎng)成分的含量，保證作物對養(yǎng)分的吸收，實現(xiàn)增產(chǎn)增效；合理施用肥料也可以降低農(nóng)作物病蟲害的發(fā)病率，保障作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[5-7]。

我國是世界上化肥施用量最多的國家，達到了全球總量的35%左右[8]，然而我國肥料當(dāng)季作物利用率較低，其中氮肥為30%～35%，磷肥為10%～25%，鉀肥為35%～50%[9]。大量使用肥料在提高作物產(chǎn)量的同時引發(fā)了嚴(yán)重的資源浪費與面源污染[10-12]，進一步造成了土壤肥力下降、農(nóng)作物品質(zhì)降低、環(huán)境污染嚴(yán)重等后果[13]。針對肥料施用出現(xiàn)的問題，我國在合理施肥、提高肥料利用率等方面進行了肥料深施、平衡施肥、精確定量施肥、測土配方施肥、水肥一體化及篩選優(yōu)良的作物品種等研究，提出創(chuàng)新材料、使用新型技術(shù)或改進方法制造新型肥料是提高肥料利用率的一條重要途徑[14]。

目前新型肥料的品種及數(shù)量越來越多，有關(guān)比較新型肥料與傳統(tǒng)施肥對作物施肥效果的研究較多，但對納米控釋氮肥、控釋鉀肥[15-16]、添加劑增效磷鉀肥[17-18]、黃腐酸肥等新產(chǎn)品在某些作物(如水稻)上的肥效研究未見報道，對多種新型肥料在作物上肥效間的比較研究也較少，這些都不利于新型肥料的推廣與應(yīng)用。

為了探究幾種新型肥料在水稻上的施用效果，以常規(guī)施肥作對照，選取納米控釋氮肥、控釋鉀肥、添加劑增效磷鉀肥、黃腐酸復(fù)合肥和黃腐酸液體肥料等5種新型肥料并減氮施肥，試驗研究了新型肥料的養(yǎng)分供應(yīng)、作物養(yǎng)分吸收及增產(chǎn)情況，以篩選優(yōu)良的新型肥料品種，為新型肥料在水稻上的施用推廣提供理論支持和實踐依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗在山東省濟南市濟陽辦事處水稻種植基地進行，該地屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)型氣候，年平均降水量為800 mm，年平均溫度為13 ℃。

供試土壤：沖擊潴育水稻土(普通鐵聚水耕人為土)。0～20 cm土壤的基本理化性狀：pH 6.99(水土比5∶1)，有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)11.86 g/kg，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.24 g/kg，速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)180.57 mg/kg，有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)24.30 mg/kg。

供試肥料：控釋鉀肥，土肥資源高效利用國家工程實驗室研制生產(chǎn)的樹脂包膜氯化鉀，w(K2O)=58%，控釋期3個月；納米控釋摻混氮肥，北京市農(nóng)林科學(xué)院試制的納米二氧化硅包膜尿素，控釋期3個月，控釋氮肥占60%，w(N)=43%；添加劑增效磷鉀肥1，腐殖酸、沸石粉、硅藻土、重過磷酸鈣、硫酸鉀按比例混合后磨細(xì)，過250 μm(60目)篩，造粒，w(P2O5)=18%，w(K2O)=18%；添加劑增效磷鉀肥2，腐殖酸、海泡石、硅藻土、重過磷酸鈣、硫酸鉀按比例混合后磨細(xì)，過60目篩，造粒，w(P2O5)=18%，w(K2O)=18%；黃腐酸復(fù)合肥(N-P2O5-K2O=15-10-10)，w(黃腐酸)=7%；黃腐酸液體肥料，ρ(黃腐酸)≥240 g/L，ρ(N+P2O5+K2O)≥200 g/L，ρ(腐殖酸)≥30 g/L；重過磷酸鈣，w(P2O5)=46%；氯化鉀，w(K2O)=60%；普通尿素，w(N)=46%。

水稻品種選用“圣稻14”，屬中早熟品種，中抗稻瘟病，苗期中抗白葉枯病，成株期中感白葉枯病。

1.2 試驗設(shè)計

試驗為田間小區(qū)試驗，小區(qū)面積6 m×3 m=18 m2，共10個處理，其中新型肥料處理比習(xí)慣施肥處理氮肥減量25%，普通肥料采用同一品種,見表1。各處理均設(shè)3次重復(fù)，共30個小區(qū)。水稻基肥施肥方式為表面撒施后翻耕20 cm，追肥為水田表面撒施，其他田間管理按常規(guī)田間管理方式進行。

表1 試驗方案

1.3 檢測項目及測定方法

水稻收獲后測定產(chǎn)量(實打?qū)嵤眨總€小區(qū)收獲中間4行，稱量生物量、籽粒、秸稈鮮重，測定各自水分含量，換算出干重)；土壤硝態(tài)氮(2 mol/L KCl溶液浸提，紫外分光光度法測定)；土壤銨態(tài)氮(2 mol/L KCl溶液浸提，靛酚藍比色法測定)；土壤有效磷(0.5 mol/L NaHCO3溶液浸提，鉬銻抗比色法測定)；土壤速效鉀(1 mol/L 乙酸銨溶液浸提，火焰光度法測定)；株高(直尺測定)；葉綠素(SPAD-502葉綠素儀測定)；植株氮磷鉀(H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮，全自動定氮儀、火焰光度法、鉬銻抗比色法測定)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

肥料偏生產(chǎn)力(PFP)=產(chǎn)量/施肥量。

使用SPSS 19.0和Excel 2016軟件對試驗所得的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用Duncan法進行方差分析，用Dunnett′s T(3)法來檢驗不同處理間差異的顯著性(p<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對水稻收獲期土壤無機氮含量的影響

測定水稻收獲期土壤中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的含量，得到收獲期土壤中無機氮含量，結(jié)果見圖1[同一個處理柱上標(biāo)有相同的小寫字母則表示對應(yīng)的處理間的差異不顯著(p<0.05)，下同]。結(jié)果表明：CFY處理無機氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為88.01 mg/kg，CRN、CRNK處理無機氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，分別為84.33、81.83 mg/kg；上述3種處理土壤中無機氮含量顯著高于未添加控釋氮肥的新型肥料處理和F對照處理，說明CRN處理養(yǎng)分釋放較慢，在水稻生長后期能提供相對較多的氮素養(yǎng)分；在CRN處理中添加黃腐酸液體肥可以進一步提高土壤中無機氮含量；兩種添加劑增效磷鉀肥處理WF1、WF2之間土壤中無機氮含量差異不顯著。

2.2 不同施肥處理對水稻收獲期土壤有效磷含量的影響

土壤中磷素的供應(yīng)水平主要由土壤中有效磷的含量來體現(xiàn)，測定水稻收獲期各處理土壤中有效磷的含量，結(jié)果見圖2，收獲期各施肥處理的土壤中有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.95～51.31 mg/kg。WF2處理水稻收獲期土壤中有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為51.31 mg/kg，較常規(guī)施肥F處理提高30.16%，差異顯著；CFY處理土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.22 mg/kg，顯著高于F、CRN、CRK、CRNK、WF1處理；其余施肥處理間土壤有效磷含量差異不顯著。

2.3 不同施肥處理對水稻收獲期土壤速效鉀含量的影響

土壤中可供植物利用的鉀素含量主要通過土壤中鉀素最有效的形態(tài)即速效鉀的含量來體現(xiàn)。測定水稻收獲期不同處理土壤中速效鉀的含量，結(jié)果見圖3，各施肥處理土壤中速效鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為207.71～261.73 mg/kg，各新型肥料處理速效鉀含量與常規(guī)施肥處理相比差異不顯著，其中以CRNK處理速效鉀含量最高，與CRN、CK處理相比差異顯著，但與其他處理速效鉀含量相比差異不顯著。

2.4 不同施肥處理對水稻產(chǎn)量的影響

水稻收獲后分別測定秸稈產(chǎn)量、稻谷產(chǎn)量以及生物量，結(jié)果見表2，與常規(guī)施肥F處理相比，施用新型肥料處理的秸稈產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量以及生物量均有顯著提升。CFY、HFY處理比CRN、HF處理分別增產(chǎn)7.24%、4.50%，增產(chǎn)效果顯著，說明在原CRN和HF處理下，追加施用黃腐酸液體肥可以顯著提高水稻產(chǎn)量。試驗所用的控釋肥、增效磷鉀肥、黃腐酸肥在比常規(guī)施肥處理減少25%氮肥用量條件下，顯著提高了水稻產(chǎn)量。

表2 不同施肥處理對水稻產(chǎn)量的影響

CRN、CRK處理增產(chǎn)效果顯著，但CRNK處理比CRN或CRK處理增產(chǎn)效果差；比較兩種增效磷鉀肥對水稻產(chǎn)量的影響，WF2處理(添加腐殖酸、海泡石、硅藻土的磷鉀肥)比WF1處理(添加腐殖酸、沸石粉、硅藻土的磷鉀肥)增產(chǎn)效果更好；CFY、HFY處理可以在原處理產(chǎn)量的基礎(chǔ)上進一步提升水稻產(chǎn)量。

2.5 不同施肥處理對水稻經(jīng)濟效益的影響

按照稻谷3.6元/kg計算總收入，減去肥料支出和打藥、澆水、施肥、耕地、收割等其他支出，得出不同施肥處理的水稻經(jīng)濟效益，結(jié)果見表3。試驗施用的控釋肥、添加劑增效磷鉀肥等新型肥料處理較常規(guī)施肥F處理均有不同程度的增收效果，提高了水稻經(jīng)濟效益。試驗所用新型肥料雖然價格比普通肥料高，但由于增產(chǎn)效果較好，均提高了水稻生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。

表3 不同施肥處理條件下水稻經(jīng)濟效益 元/hm2

2.6 不同施肥處理對水稻養(yǎng)分累積量的影響

測定水稻中氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量，結(jié)果顯示不同施肥處理水稻對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收程度不同，見表4。各施肥處理氮累積量為136.34～245.45 kg/hm2，新型肥料處理較常規(guī)施肥處理氮累積量提高20.86%～80.03%，差異顯著，其中以CFY、HFY處理氮累積量較高，分別為226.22、245.45 kg/hm2，較常規(guī)施肥F處理增加65.92%、80.03%。

不同施肥處理水稻對磷累積量為35.54～45.42 kg/hm2，各新型肥料處理磷素累積量均高于常規(guī)施肥F處理，磷累積量提高12.72%～27.80%。其中HFY處理磷累積量最高為45.42 kg/hm2，與常規(guī)施肥F處理相比差異顯著，但較其他新型肥料處理差異不顯著。

表4 不同施肥處理水稻養(yǎng)分累積量 kg/hm2

不同施肥處理水稻對鉀累積量為216.42～258.66 kg/hm2，CFY處理鉀累積量較低，為216.42 kg/hm2，低于常規(guī)施肥F處理，但差異不顯著；CRK、HFY處理鉀累積量較高，分別為258.24、258.66 kg/hm2，但與常規(guī)施肥F處理相比差異不顯著。

2.7 不同施肥處理對肥料偏生產(chǎn)力的影響

肥料偏生產(chǎn)力(PFP)在一定程度上反映了肥料對作物的施用效果，是土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分水平和化肥施用量綜合效應(yīng)的重要指標(biāo)。根據(jù)水稻籽粒產(chǎn)量和肥料施用量計算PFP，結(jié)果見表5。施用新型肥料處理氮肥偏生產(chǎn)力均顯著高于常規(guī)施肥F處理，增加41.42%～58.10%，其中CFY處理氮肥偏生產(chǎn)力較高，為36.41 kg/kg。

表5 不同施肥處理肥料偏生產(chǎn)力 kg/kg

試驗中磷肥、鉀肥用量一致。除CRNK處理外，其他施用新型肥料處理磷鉀肥偏生產(chǎn)力均顯著高于常規(guī)施肥F處理，增加6.01%～18.51%，其中CFY處理的磷鉀肥偏生產(chǎn)力最高，為53.40 kg/kg。

3 討論

試驗數(shù)據(jù)表明，新型肥料處理較常規(guī)施肥處理對水稻產(chǎn)量、養(yǎng)分利用率及經(jīng)濟效益均有不同程度的提升。近年來，對膜材的選擇一直是控釋肥料研究的關(guān)鍵問題。試驗所用的控釋氮肥采用納米二氧化硅作為包膜材料，通過超聲分散使其均勻地分布在尿素顆粒表面，然后反應(yīng)成膜。與普通尿素相比，試驗施用CRN處理的土壤無機氮含量顯著提高，對水稻增產(chǎn)效果明顯，提高了水稻經(jīng)濟效益，但與其他膜材料的控釋氮肥對比效果還需要進一步研究。目前有關(guān)控釋鉀肥肥效的研究相對較少，試驗施用控釋鉀肥顯著提高了水稻產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，達到了較好的控釋效果。試驗條件下，單獨施用控釋氮肥、控釋鉀肥都取得了較好的增產(chǎn)增效效果，但控釋氮肥與控釋鉀肥配合施用水稻的增產(chǎn)效果不顯著，原因可能是控釋氮肥與控釋鉀肥配合施用時氮、鉀養(yǎng)分釋放都緩慢，其總體養(yǎng)分供應(yīng)強度較低，沒有達到水稻對養(yǎng)分需求的最好水平。

磷肥利用率比氮肥、鉀肥低，提高磷肥利用率一直是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)研究的課題。磷肥包膜在工藝上較困難，包膜能否提高過磷酸鈣有效性在業(yè)內(nèi)存在爭議，利用非包膜措施來提高磷肥有效性得到了廣泛研究，其中通過提高磷礦粉顆粒細(xì)度來提高磷肥有效性是種有效的方法，能促進作物對磷的吸收，提高磷肥農(nóng)學(xué)利用率[19-20]；此外，超微細(xì)磷鉀肥與活化劑配施也能顯著提高養(yǎng)分利用率[21]。試驗將磷鉀肥與腐殖酸、沸石粉、硅藻土等添加劑充分混合后磨細(xì)處理，一是充分混勻，二是讓肥料與添加劑結(jié)合緊密，減少了肥料與土壤的接觸面積，降低磷肥被土壤固定的概率。另外，添加劑中的腐殖酸含有多種不同的功能基，具有較強的絡(luò)合性、離子交換性和生物活性，可以降低土壤對磷的固定，延緩有效磷轉(zhuǎn)換為無效磷的過程；沸石粉、硅藻土表面有許多特殊的孔性構(gòu)造，具有較強的攜載能力[22-24]，可以把磷鉀肥料均勻吸附在表面，適當(dāng)延長肥料的釋放時間，有利用于作物吸收，提高水稻產(chǎn)量和養(yǎng)分利用率。

黃腐酸是一種天然的植物生長調(diào)節(jié)劑，具有增強作物抗逆性、提高作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)等特點[25-26]。將黃腐酸與氮磷鉀肥料混合，使有機肥與無機肥的優(yōu)勢都充分發(fā)揮，不僅能減少肥料用量、省時省力、節(jié)約成本，還可以增產(chǎn)提質(zhì)、提高經(jīng)濟效益[27-28]。試驗中，黃腐酸復(fù)合肥與配施黃腐酸液體肥處理在增加作物產(chǎn)量、提高土壤速效養(yǎng)分含量和肥料利用率等方面，達到了預(yù)期效果。

4 結(jié)語

與普通施肥相比，在氮素施用量減少25%、磷鉀肥施用量相同的條件下，試驗所施用的納米控釋氮肥、控釋鉀肥、增效磷鉀肥、黃腐酸復(fù)合肥、黃腐酸液體肥等新型肥料在水稻種植上均取得較好的供肥增產(chǎn)、增效效果，差異大都達顯著水平，其中以納米控釋摻混氮肥+黃腐酸液體肥、黃腐酸復(fù)合肥+黃腐酸液體肥效果突出，產(chǎn)量最高，經(jīng)濟效益最佳；在兩種添加劑增效磷鉀肥中，以磷鉀肥、腐殖酸、海泡石、硅藻土配制成的添加劑增效磷鉀肥效果較好；在施肥量相同條件下，納米控釋摻混氮肥+控釋鉀肥不如單施納米控釋摻混氮肥或控釋鉀肥效果好；納米控釋摻混氮肥、黃腐酸復(fù)合肥配合施用黃腐酸液體肥有更好的增產(chǎn)效果。