沿江單季稻區(qū)控釋摻混肥施用效應研究

花可可 李蒙蒙 鐘成虎 郭志彬 王道中

(1.安徽省農業(yè)科學院土壤肥料研究所， 合肥 230031； 2.養(yǎng)分循環(huán)與資源環(huán)境安徽省重點實驗室， 合肥 230031；3.山東藍普檢測技術有限公司， 東營 257000； 4.茂施農業(yè)科技有限公司， 青陽 242800)

0 引言

施氮對提高作物產量和保證糧食安全具有重要作用，但同時也引發(fā)了氮氧化物排放、氨揮發(fā)和硝酸鹽淋失等一系列的氮污染問題[1]。我國氮肥總產量占全球的35%，由于氮肥施用不當而造成的活性氮污染問題日趨嚴峻[2-3]。一些典型水稻種植區(qū)域如巢湖、太湖等淡水湖先后出現(xiàn)了嚴重的富營養(yǎng)化現(xiàn)象[4]。面對提高水稻產量和防控氮素污染的雙重壓力，稻田施氮策略需充分考慮氮肥利用率提升和氮素損失環(huán)境風險防控[5]。由于稻田生態(tài)系統(tǒng)土壤在淹水狀態(tài)下所形成的氧化還原層使稻田氮素轉化過程具有其特殊性，其氮肥損失率可高達50%[6]。近年來，田面水氮素形態(tài)及濃度變化被廣泛用于稻田施氮環(huán)境效應的評估，可有效反映施氮引發(fā)的農業(yè)非點源氮污染風險。因此，加強稻田氮素吸收利用和田面水氮的研究對農田氮素管理具有重要參考價值。

控釋氮肥可實現(xiàn)肥料氮的釋放曲線與作物需氮規(guī)律相吻合，從而降低農田氨揮發(fā)、氧化亞氮排放和硝酸鹽淋失等損失，是提高作物氮肥利用率的一種有效手段[7-11]。鄭圣先等[12]利用15N標記的控釋氮肥模擬試驗表明，控釋氮肥能明顯降低氨揮發(fā)、氮淋失和硝化-反硝化的損失，控釋氮肥處理的氨揮發(fā)量比尿素降低54.0%，氮淋失量降低32.5%。鄔剛等[13]關于江淮丘陵區(qū)稻田田間氨揮發(fā)的研究表明，控釋氮肥可減少氨揮發(fā)26.2%。徐明崗等[14]研究了我國紅壤地區(qū)控釋氮肥對雙季稻氮肥利用率的影響，結果表明，控釋氮肥利用率較常規(guī)尿素提高了20個百分點。此外，控釋氮肥還可有效降低稻田田面水氮濃度，進而降低極端降雨情況下稻田地表徑流氮流失的環(huán)境風險。目前，國內外學者關于控釋氮肥對稻田氮損失過程、通量及田面水氮形態(tài)等進行了大量研究，但這類研究結論多基于控釋氮為主的室內或田間試驗所獲得。實際上，控釋氮肥價格遠高于普通肥料，多用于科學研究，難以在大田作物上廣泛應用。為降低控釋肥的生產成本，大田作物上所用的控釋肥多為控釋摻混肥[15]。但目前關于控釋摻混肥一次性施用對稻田氮素吸收利用、土壤氨氧化過程及其田面水氮素形態(tài)變化尚未進行系統(tǒng)研究，因此限制了人們對控釋摻混肥施用下稻田氮循環(huán)過程的全面認知。

沿江地區(qū)是我國長江中下游的水稻主產區(qū)，也是水環(huán)境的敏感地區(qū)，該地區(qū)降雨豐富，且種植類型復雜多樣，具有稻-麥、稻-油、稻-稻和稻-休閑等典型的種植制度。相關研究較多集中在控釋氮肥對稻-麥和稻-油輪作制度下水稻氮素累積、氮肥利用率及氮平衡的影響等方面[16]，而關于控釋摻混肥施用下單季稻氮素吸收利用率、土壤氨氧化過程及田面水氮形態(tài)特征的研究極少，特別是從植株-土壤-水體的角度系統(tǒng)闡述控釋摻混肥對單季稻氮素利用及其環(huán)境效應的影響研究尚未見報道。本文對沿江地區(qū)進行不同用量控釋摻混肥的田間肥效試驗，分析單季稻種植制度下作物氮素吸收累積、氮肥利用率、土壤氨氧化菌組成和田面水氮的變化特征，闡明控釋摻混肥一次性施用對水稻氮素農學及環(huán)境效應的影響，為確定單季稻區(qū)環(huán)境友好的施氮方式提供理論基礎和科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)域概況

試驗區(qū)域位于長江下游南岸，安徽省池州市貴池區(qū)江鎮(zhèn)梅里村，氣候屬亞熱帶季風性濕潤氣候區(qū)，年平均溫度16.1℃，年平均日照時間為1 900 h，多年平均降雨量為1 500 mm，6月中旬至7月中旬是主要雨季，為“梅雨期”。平均無霜期242 d，作物種植方式為單季稻-休閑。土壤類型為水稻土，質地為中壤，0～20 cm土壤基本理化性質為：pH值(土質量與水體積比為1∶2.5)為6.4，有機質質量比20.4 g/kg，總氮質量比2.2 g/kg，有效磷質量比64.6 mg/kg，速效鉀質量比286.3 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試的水稻品種為“昌兩優(yōu)8號”，普通復合肥配方為18 N-18 P2O5-18 K2O，普通氮肥為尿素(含N 46.4%)。控釋摻混肥由茂施農業(yè)科技有限公司提供，配方為28 N-9 P2O5-13 K2O，控釋氮13%，釋放期120 d，釋放曲線為S型，控釋氮包膜材料為植物油合成的聚氨酯。

1.3 試驗設計

試驗共設5個處理：不施任何肥料(CK)、常規(guī)施肥(NPK)、控釋等氮(CRF1)、控釋減氮15%(CRF2)、控釋減氮25%(CRF3)。每個處理3次重復，小區(qū)面積為30 m2(6 m×5 m)。試驗于2020年6月20日開始，10月9日結束。單季稻試驗于2020年5月23日播種育秧，6月20日移栽人工插秧，行距和株距分別為0.25 m和0.18 m，移栽密度為22.2萬穴/hm2，10月9日收獲。整個試驗過程中所有處理的田間管理與當?shù)剞r民習慣保持一致。根據(jù)當?shù)剞r民施肥習慣，NPK代表常規(guī)施肥水平，總氮用量為225 kg/hm2，P2O5和K2O用量均為108 kg/hm2，其中氮肥分3次施用，分別為基肥108 kg/hm2，分蘗肥70.5 kg/hm2，穗肥為49.5 kg/hm2?；蕿閺秃戏?18 N-18 P2O5-18 K2O)，追肥為尿素。CRF1、CRF2、CRF3均為控釋摻混肥一次性施用，總氮量分別為225、191、169 kg/hm2，對應控釋肥料施用量分別為810、690、600 kg/hm2。各處理詳細施肥信息見表1。

表1 各處理肥料施用量

1.4 樣品采集與分析方法

樣品采集：在水稻試驗開始前，以整個試驗田塊為采樣單元，利用不銹鋼土鉆(直徑0.03 m)，采用“S”形取樣方法在試驗田塊內采集耕層(0～20 cm)土樣，人工除去肉眼可見的根茬及秸稈碎屑，掰碎混勻風干過2 mm篩后，分別過20目和100目篩以測定不同指標。收獲水稻后，以每個試驗小區(qū)為采樣單元，用不銹鋼土鉆進行“S”形多點采取耕層土樣，混合均勻。土樣采集完畢后，立即取新鮮土壤樣品測定自然含水率和氨氧化微生物基因豐度，剩余的土壤樣品室內自然風干過2 mm篩，混勻后備用；在水稻收獲前1 d在每個小區(qū)隨機選擇5穴水稻，將水稻籽粒和莖稈分開后于60℃干燥至質量恒定，稱量，獲取谷草比，并將干燥的籽粒和秸稈樣品粉碎測定植株全氮含量；在水稻基肥施用后定期采集田面水，采樣時間為施基肥后1、5、9、24 d(09:00—11:00)。用100 mL醫(yī)用注射器，不擾動土層，小心抽取5處田面水混合成一個水樣，注入聚乙烯塑料瓶中。水樣取回后立即測定，少量不能測定的，滴加濃硫酸并冰凍保存，7 d內測樣完畢。

分析方法：土壤、植株及田面水樣品分析均參照魯如坤[17]的方法。土壤pH值(土質量與水體積比為1∶2.5)測定采用電位法、土壤有機質含量測定采用重鉻酸鉀外加熱法、土壤全氮含量采用凱氏定氮法、有效磷含量采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法、速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度計法測定；植株全氮含量采用濃硫酸-雙氧水消化，凱氏定氮法測定植株各部分氮含量；田面水總氮(Total nitrogen, TN)含量和經0.45 μm微孔濾膜過濾后的可溶性總氮(Dissolved total nitrogen, DTN)含量用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定，顆粒態(tài)氮(Particulate nitrogen, PN)含量為二者的差值；水稻產量采用小區(qū)實打實收法，同時取樣測定稻谷含水率，折算成干物質量。秸稈生物量根據(jù)實測的草谷比計算。

土壤脫氧核糖核酸(DNA)提取與實時熒光定量聚合酶鏈式反應(PCR)分析根據(jù)董成等[18]的分析方法，由上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司測試完成。具體步驟為：每個樣品稱取0.5 g土壤到Lysing Matrix E Tube。按照MP Biomedicals公司FastDNA SPIN Kit for Soil試劑盒方法和步驟進行土壤總DNA提取。用核酸定量儀(NanoDrop 2000型)檢測DNA的純度和濃度，用濃度為1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測提取DNA的完整性。氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea, AOA)所用引物和擴增條件為Arch-amoAF(STAATGGTCTGGCTTAGACG序列，95℃，5 min；95℃，30 s)和Arch-amoAR(GCGGCCATCCATCTGTATGT序列，58℃，30 s，72℃，1 min，35 次循環(huán))。氨氧化細菌(Ammonia-oxidizing bacteria, AOB)所用引物和擴增條件為amoA-1F(GGGGTTTCTACTGGTGGT序列，95℃，5 min；95℃，30 s)和amoA-2R(CCCCTCKGSAA AGCCTTCTT序列，58℃，30 s，72℃，1 min，35次循環(huán))。

1.5 水稻氮肥利用率相關指標

水稻氮肥利用率相關指標[19]分別為：氮肥吸收利用率(Nitrogen recovery efficiency，NRE)為施氮區(qū)地上部分總吸氮量和無氮區(qū)地上部分總吸氮量差占施氮量百分比；氮肥農學利用率(Nitrogen agronomy efficiency，NAE)為施氮區(qū)籽粒產量和無氮區(qū)籽粒產量差與施氮量比值；植株氮素吸收效率(Nitrogen uptake efficiency by plant，NUP)為施氮區(qū)地上部氮吸收量占施氮量百分比；氮肥偏生產力(Partial factor productivity of nitrogen fertilizer，NPFP)為施氮區(qū)稻谷產量與施氮量比值。

1.6 數(shù)據(jù)分析

所有的測定結果用Excel 2010進行數(shù)據(jù)的初步整理和匯總，用SPSS 19.0進行統(tǒng)計分析，多重比較采用最小顯著差異法(LSD)檢驗，顯著水平p<0.05；用Excel 2010進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 控釋摻混肥對水稻產量及生物量的影響

由表2可知，與CK處理(7.3 t/hm2)相比，NPK處理顯著增加水稻產量，比例為47.4%，基礎地力貢獻率為67.8%?？蒯寭交旆侍幚砭粫斐伤緶p產，但其對產量的影響因減氮量的不同而呈現(xiàn)差異。其中CRF1和CRF3處理水稻產量均為10.7 t/hm2，與NPK處理(10.8 t/hm2)相比，無顯著性差異，而CRF2處理產量最高(11.5 t/hm2)，增產7.4%，差異顯著(p<0.05)；所有施肥處理秸稈生物量均顯著高于不施肥處理CK (p<0.05)。控釋摻混肥處理秸稈生物量與常規(guī)施肥處理為同一水平，無顯著差異。結果說明，控釋摻混肥對水稻產量有很好的作用效果，其中控釋減氮15%處理效果最佳，而對秸稈生物量并無顯著影響。

表2 不同施肥處理對水稻籽粒和秸稈生物量的影響

2.2 控釋摻混肥對水稻吸氮量及氮素吸收利用率的影響

由表3可知，所有施肥處理籽粒、秸稈和植株吸氮量均顯著高于CK(p<0.05)，這表明施氮利于提高水稻對氮素的吸收積累。與NPK處理相比，除CRF3，CRF1和CRF2對秸稈氮吸收均有不同程度的提升。CRF1處理秸稈吸氮量提高36.0%，對籽粒吸氮量無顯著影響。CRF2處理籽粒和秸稈吸氮量分別提高12.2%和6.9%，這說明施用控釋摻混肥(等氮或減氮15%)能夠提高水稻對氮素的同化和吸收能力，有利于氮素的吸收累積。利用氮肥吸收利用率、氮肥農學利用率、植株氮素吸收效率、氮肥偏生產力這4個指標可以從不同角度描述水稻對氮肥吸收和利用的程度?？蒯寭交旆侍幚砭欣谔岣咚镜乩寐?，其中CRF2整體效果優(yōu)于CRF1和CRF3(表4)。與NPK處理相比，CRF1、CRF2和CRF3處理NRE分別提高20.4%、43.4%和24.8%，NAE分別提高-2.6%、41.3%和29.3%，NUP分別提高9.8%、28.8%和29.8%，NPFP分別提高0.6%、24.6%和31.9%，且CRF1與CRF2間差異達顯著水平(p<0.05)。這說明控釋減氮15%后提高了土壤持續(xù)供應氮素營養(yǎng)的能力，提高了水稻NRE、NAE、NUP和NPFP，為氮肥的高產高效奠定了基礎。

表3 不同施肥處理對水稻籽粒、秸稈和植株吸氮量的影響

表4 不同施肥處理對水稻氮素利用率的影響

2.3 控釋摻混肥對土壤氨氧化微生物基因豐度的影響

為描述稻田土壤氨氧化過程，本文利用定量PCR的方法測定土壤AOA和AOB基因豐度，以剖析土壤氨氧化微生物的組成特征。不同施肥處理土壤AOA和AOB基因豐度如圖1(圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著(p<0.05)，下同)和圖2所示。與CK和NPK相比，除CRF1處理，CRF2和CRF3處理均顯著增加AOA的基因豐度。與AOA不同，AOB對施氮量較為敏感，由大到小總體表現(xiàn)為CRF2、CRF3、CRF1、NPK、CK。整體而言，稻田土壤氨氧化菌以AOA為主，所占比例為73.5%～88.4%(圖3)，這說明本區(qū)域稻田土壤氨氧化微生物以氨氧化古菌為主，其所占土壤氨氧化菌總量的比例可能是決定氨氧化過程強度的重要因素。進一步分析表明，CK、NPK、CRF1、CRF2和CRF3處理AOA占比分別為88.4%、85.1%、73.5%、76.7%和80.2%。與NPK處理相比，CRF1、CRF2和CRF3分別降低13.6%、9.9%和6.0%，差異均達顯著水平(p<0.05)，這表明雖然控釋摻混肥處理AOA和AOB基因豐度均有所提升，但顯著降低AOA的比例，削弱土壤的氨氧化過程，降低活性氮的損失，利于氮肥利用率的提升。

2.4 控釋摻混肥對田面水不同形態(tài)氮含量的影響

田面水TN、DTN和PN含量變化如圖4～6所示，可看出，除CK處理，NPK、CRF1、CRF2和CRF3處理含量變化趨勢基本一致，田面水TN含量隨施肥時間產生劇烈變化，施基肥后第1天為含量最高值，第5天開始降低，第9天急劇降低然后在較低水平波動，DTN和PN具有相似的變化趨勢。田面水TN和DTN含量的下降與水稻生長對氮素的吸收利用、土壤顆粒吸附、氨揮發(fā)、氧化亞氮排放、徑流和淋失有關，氮濃度下降的快慢取決于上述各因素的綜合作用。整體而言，施肥后1～5 d內是控制氮素損失的關鍵時期，在該時期內降雨徑流和農田排水等活動均可使大量的氮素遷移損失進入水環(huán)境，增加水環(huán)境污染的風險，因此，在稻田生育前期水分管理對氮素的損失至關重要。

CRF1、CRF2、CRF3處理與NPK處理相比，田面水的TN平均含量分別降低-4.5%、13.2%和24.9%，DTN平均含量分別降低-3.3%、10.6%和22.9%，PN平均含量分別降低-14.6%、33.7%和40.6%，除CRF1處理外，CRF2和CRF3均可顯著降低田面水TN、DTN和PN含量，這說明控釋等氮處理對田面水氮素控制效果欠佳，而控釋減氮處理對稻田田面水氮濃度減控效果顯著，可有效降低極端降雨事件下農業(yè)面源污染發(fā)生的風險，其中以減氮25%處理效果最好。進一步分析表明，不施肥處理稻田田面水氮素形態(tài)以顆粒態(tài)為主(占62.3%)，而施肥處理田面水氮素形態(tài)以可溶性為主(73.2%～87.4%)，且控釋摻混肥施用還可顯著提升可溶性氮占總氮的比例，CRF1、CRF2、CRF3處理分別較NPK處理提升12.2%、19.4%和17.2%(表5)，這可能有利于水稻對田面水溶解性氮的利用。

表5 田面水DTN占TN的比例

2.5 田面水氮素動態(tài)變化的模型表征

對施基肥后24 d內不同處理的田面水TN、DTN和PN含量隨時間的變化趨勢進行擬合，發(fā)現(xiàn)其最優(yōu)回歸方程均為

Y=C0e-kt

式中Y——氮含量C0——反應常數(shù)

k——衰減速率t——時間

除PN外，TN和DTN擬合結果均達顯著水平(表6)。從擬合方程可以看出，田面水TN和DTN含量在各種因素的共同作用下隨時間呈指數(shù)遞減。CRF1和CRF2處理的TN含量反應常數(shù)C0明顯高于NPK處理，分別增加9.6%和4.2%，DTN含量反應常數(shù)C0分別增加6.0%和3.8%，而CRF3處理TN和DTN含量反應常數(shù)C0分別較NPK處理降低24.2%和52.0%。衰減速率k總體規(guī)律與反應常數(shù)C0相似。

表6 田面水TN、DTN和PN含量動態(tài)變化模型

2.6 控釋摻混肥對經濟效益的影響

表7為不同施肥方式下的水稻種植經濟效應估算。單季稻種植方式下，雖然控釋摻混肥成本高于普通復合肥和尿素，但控釋摻混肥通過提高產量、減少追肥人工足以彌補肥料成本劣勢。2020年當?shù)氐竟仁召弮r格為2.2元/kg，復合肥(18 N-18 P2O5-18 K2O)、尿素和控釋摻混肥分別為2.3、2.2、2.7元/kg，當?shù)厝斯こ杀緸? 500元/hm2，結合各施肥處理產量、施肥量和施肥次數(shù)，得出各施肥處理的經濟效益。CRF1、CRF2和CRF3處理分別較NPK處理相對收益增加2 593.3、4 714.2、3 048.6元/hm2，增加比例分別為15.0%、27.2%和17.6%(表7)，說明單季稻-休閑種植體系施用控釋摻混肥能提高純收入，其中以控施減氮15%處理最佳。

3 討論

3.1 控釋摻混肥提高水稻氮素利用率的機理

農田作物氮素利用率與土壤肥力水平、灌溉、耕作、輪作制度、施肥方式和肥料類型密切相關[3]。國內外大量研究表明，控釋肥是提高作物氮肥利用率和氮肥減施增效的重要手段，主要因其可通過包膜技術來控制氮素向土壤中緩慢釋放，延長作物對氮素吸收利用有效期，將其氮素釋放速率與農作物生長規(guī)律相結合，達到安全、長效、高效等目的。本研究表明，施用聚氨酯包膜控釋摻混肥處理可顯著提升水稻地上部氮素累積量及氮肥吸收利用率，整體提升比例分別為5.7%和29.5%，這與唐漢等[20]報道的結果類似。本試驗點施用聚氨酯包膜控釋摻混肥后，當季水稻氮肥吸收利用率平均值為53.4%，這與吳萍萍等[21]對江淮地區(qū)水稻控釋氮肥的研究結果較為一致(52.3%)，但高于李敏等[16]對稻油輪作制下控釋氮肥的研究結果(47.6%)，這主要與土壤肥力狀況和前茬種植的作物類型有關。

從機理上來說，控釋氮肥一方面可有效地控制肥料中的氮素釋放，實現(xiàn)氮素養(yǎng)分釋放曲線與作物生長需氮規(guī)律相吻合，從而減少農田生態(tài)系統(tǒng)氨揮發(fā)、氧化亞氮排放和徑流硝酸鹽等活性氮的損失，提升氮肥利用率[22]。例如，鄔剛等[13]研究表明，江淮丘陵區(qū)緩釋尿素與普通尿素配施能顯著降低稻田氨揮發(fā)。在相同施氮量下，較常規(guī)施肥模式，緩釋尿素與普通尿素配施稻季氨揮發(fā)損失總量可降低26.2%。另一方面由于控釋肥中有包膜，特別是可降解的樹脂類包膜的控釋肥施入農田后，為土壤微生物提供了有效碳源，刺激微生物的生長，從而改變土壤氮循環(huán)微生物群落組成和結構。本研究表明，聚氨酯包膜控釋摻混肥施用后土壤AOA和AOB基因豐富均顯著高于常規(guī)施肥處理(圖1、2)，主要因本控釋肥的包膜材料為植物油基合成的聚氨酯，施入土壤后其可直接作為有效碳源被土壤氨氧化微生物利用，促進氨氧化微生物的生長繁殖。進一步分析發(fā)現(xiàn)，本試驗稻田土壤氨氧化細菌群落以AOA為主，約占80%左右，說明本區(qū)域稻田土壤氨氧化過程以AOA為主導，這一結果與董成等[18]研究結果一致。此外，土壤氨氧化過程除與土壤AOA和AOB的基因豐度有關，還與二者的組成比例有密切關系。即僅僅對比基因豐度的變化不足以說明土壤氨氧化微生物對控釋肥的響應機制，應密切關注土壤中AOA和AOB的群落結構變化對土壤氨氧化過程的影響。本試驗中雖然控釋摻混肥處理AOA和AOB基因豐度均有所提升，但顯著降低AOA的比例(圖3)，這表明控釋肥施用后可能削弱了土壤的氨氧化過程，利于稻田土壤銨態(tài)氮的保持，降低土壤硝化和反硝化作用，減少活性氮損失，進而提升氮肥利用率。

整體而言，本研究植物油聚氨酯包膜控釋摻混肥施用后，顯著提高了水稻地上部氮素吸收和改變土壤氨氧化功能微生物的群落組成，提高水稻對氮素的累積和利用，對單季稻氮素利用率有顯著的提升效果。由于農田生態(tài)系統(tǒng)氮素循環(huán)過程極為復雜，活性氮損失過程多樣，影響氮肥利用率的因素較多，本試驗僅從水稻氮素吸收和土壤氨氧化微生物的基因豐度及其組成比例的角度解釋氮肥利用率具有一定局限性，今后還應加強土壤硝化潛勢、土壤亞硝酸還原酶、氧化亞氮還原酶及土壤氨氧化微生物群落組成與氮肥利用率的定量耦合關系研究，以期更為清晰地解釋植物油聚氨酯包膜控釋摻混肥對稻田氮肥利用率的提升機理。

3.2 控釋摻混肥對田面水氮形態(tài)及其流失風險的影響

田面水作為水稻與土壤間氮、磷等營養(yǎng)物質交換的重要載體，其中的氮形態(tài)及含量與稻田氨揮發(fā)、氮隨地表徑流和淋溶損失直接相關[23]，因此，研究稻田田面水氮含量變化，對于氮素損失，特別是農業(yè)非點源氮污染風險評估具有重要意義。王靜等[19]研究表明，巢湖流域稻田田面水TN和DTN含量隨施肥時間的動態(tài)變化特征符合指數(shù)模型，這與本文的研究結果類似(表6)，而PN無此規(guī)律，這可能與水稻生長主要吸收溶解性無機氮(銨態(tài)氮和硝態(tài)氮)有關。

大量研究表明，稻田田面水氮形態(tài)及含量受氮肥類型和施用量的雙重影響[24]。從氮肥類型上看，控釋肥等氮與常規(guī)施肥處理(225 kg/hm2)相比，雖然在施用基肥后的第1天，田面水TN、DTN和PN含量均略高于常規(guī)氮肥處理，但從第5天開始，3種氮形態(tài)的含量均低于常規(guī)施肥，整個觀測期內(基肥施用后的1～24 d)2種施肥處理的氮素平均含量無顯著差異。從施氮量上來說，本研究中控釋減氮15%(190 kg/hm2)和減氮25%處理(170 kg/hm2)均可顯著降低田面水TN、DTN和PN含量(圖4～6)，這與葉玉適等[25]研究結果相似。這說明通過控釋肥一次性施用和氮肥減量措施減少了氮肥的投入量，提升水稻氮肥利用率，對稻田田面水氮素含量減控效果顯著，并可有效降低農業(yè)非點源氮污染發(fā)生的風險。

全球氣候持續(xù)變暖，極端降水和干旱等情況逐漸得到人們的關注[26]。有研究表明，加拿大、印度中部及加勒比海、美國和歐洲等地區(qū)的極端降水事件發(fā)生頻次呈上升趨勢[27]，我國的極端降水變化態(tài)勢與全球的態(tài)勢基本一致，極端降水頻數(shù)和強度增加的趨勢較為明顯[28-29]。王強等[24]研究表明，6—7月是長江中下游地區(qū)單季稻的種植期，也是強降雨的頻發(fā)期，該時間段農戶常規(guī)種植中一般根據(jù)秧齡和氣溫確定水稻種植時間，對于施肥后是否會因為降雨產生氮素徑流損失考慮較少。因此，根據(jù)區(qū)域降雨概率，合理安排基肥時間，首先應避開施肥后5 d內降雨概率較大的時間段，其次是通過調整施肥方式，采用水稻控釋摻混肥減氮15%～25%(170～190 kg/hm2)一次性施用的方法可有效地降低沿江單季稻區(qū)因氮素徑流損失造成農業(yè)面源污染的風險。

3.3 施用控釋摻混肥經濟和生態(tài)效應評價

直接經濟效應和生態(tài)效應評價被廣泛用于評價農藝措施的推廣應用前景[30]。控釋肥一次性施用可保障作物產量，提高氮肥利用率，減少人工施肥的次數(shù)，增加直接經濟收入[16,31-32]。本試驗結果表明，控釋肥處理(等氮、減氮15%和減氮25%)較常規(guī)施肥相對收益分別增加2 593.3、4 714.2、3 048.6元/hm2，直接經濟收入增幅為15.0%、27.2%和17.6%(表7)，其中控釋減氮15%效果最好，說明本區(qū)域施用水稻植物油聚氨酯包膜控釋肥，控釋減氮15%不僅可以增加水稻產量，每公頃減少34 kg純氮的投入，實現(xiàn)節(jié)本，還可以將氮肥利用率提高19個百分點，并有效降低田面水氮含量，降低農業(yè)非點源氮污染風險，利于水環(huán)境的保護，實現(xiàn)增效，具有顯著的生態(tài)效益。

因此，在農業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的大趨勢下，在沿江單季稻區(qū)推廣控施摻混肥減氮15%一次性施用技術模式符合國家和安徽省化肥減施增效的重大科技需求，實現(xiàn)節(jié)本增效，經濟和生態(tài)環(huán)境保護的和諧統(tǒng)一。本試驗的水稻種植方式為人工插秧，是本區(qū)域水稻種植的傳統(tǒng)方式，今后應加強本區(qū)域稻田種肥同播關鍵技術的研發(fā)，減少育秧環(huán)節(jié)對人力物力資源的消耗，并探討種肥同播關鍵技術模式下控釋肥對水稻氮素利用效率和活性氮減排環(huán)境效應的影響，進一步發(fā)揮控釋肥減施增效的潛能。

4 結論

(1)一次性施用控釋摻混肥可有效提高單季稻氮素吸收量和氮肥利用率，其效果因施用量的不同而呈現(xiàn)差異。

(2)AOA是單季稻土壤氨氧化菌的優(yōu)勢菌?？蒯寭交旆释ㄟ^降低土壤AOA占比削弱土壤氨氧化過程，降低了活性氮損失，是提高氮肥利用率的重要微生物學機制。

(3)施肥后5 d內是稻田氮徑流損失的高風險期。水稻一次性施用控釋摻混肥減氮15%～25%可有效降低沿江單季稻區(qū)農業(yè)面源污染發(fā)生的風險。

(4)綜合考慮經濟效益、氮肥利用率和田面水氮含量，控釋摻混肥較普通復合肥在提高經濟效益和生態(tài)效益(肥料減施和非點源氮污染防控)上均具有一定優(yōu)勢，節(jié)本增效，以控釋減氮15%(190 kg/hm2)效果最好，宜在沿江單季稻區(qū)廣泛應用。