基于鄂北區(qū)域的兩種水稻緩控釋肥用量研究

何帥 汪本福 陳斌 陳超 趙永平 李小坤，4*

（1 華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江中下游耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 微量元素研究中心，武漢 430070；2 湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 糧食作物研究所，武漢 430064；3 湖北省棗陽市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，湖北 棗陽 441200；4 華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 雙水雙綠研究院，武漢430070；*通訊作者：lixiaokun@mail.hzau.edu.cn）

湖北是我國水稻生產(chǎn)大省，水稻常年種植面積達(dá)200萬hm2，占全省糧食總播種面積的50%以上，產(chǎn)量可占70%，對保障我國糧食安全具有重要意義[1－3]。施肥是提高水稻單產(chǎn)的必要途徑，但目前湖北水稻生產(chǎn)中存在施肥過量與施肥不足并存、肥料利用率低等問題[4－6]，這些問題嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)厮靖弋a(chǎn)。施用緩控釋肥可以有效提高肥料利用率、減少養(yǎng)分損失、達(dá)到作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)目的[7－8]。緩控釋肥是指采取某種調(diào)控機(jī)制技術(shù)延緩或控制肥料養(yǎng)分在土壤中的釋放期與釋放量，通過控制養(yǎng)分釋放速度，使作物養(yǎng)分吸收與養(yǎng)分釋放速度相同步的新型肥料，它在滿足作物養(yǎng)分需求量的同時(shí)，還能提高肥料利用率、減少肥料用量和施肥次數(shù)，保證作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)[9－10]，是作物高效生產(chǎn)的優(yōu)良選擇。棗陽市地處湖北省西北部，具有典型鄂北崗地地貌特征，是湖北省中稻主產(chǎn)區(qū)。本研究采用田間試驗(yàn)，探究緩控釋肥料施用對水稻產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因子、養(yǎng)分吸收及肥料利用率的影響，以此比較不同性質(zhì)緩控釋肥料的施用效果，為鄂北地區(qū)水稻緩控釋肥料的合理施用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2019年5月至11月在湖北省棗陽市中興綠色農(nóng)業(yè)專業(yè)合作社（東經(jīng)112.75°，北緯32.12°）進(jìn)行。棗陽市屬亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫為15.9℃，年均降水量為831.5 mm，年日照時(shí)數(shù)為1 500.9 h。試驗(yàn)地土壤有機(jī)質(zhì)18.36 g/kg，全氮0.97 g/kg，速效鉀196.22 mg/kg，速效磷40.03 mg/kg，pH值為6.37。

供試水稻品種為湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所繁育的蝦稻1號。

供試肥料：緩控釋肥料－Ⅰ，由新洋豐農(nóng)業(yè)科技股份有限公司生產(chǎn)并提供的摻混包膜型復(fù)合肥料（28－10－12）；緩控釋肥料－Ⅱ，由湖北宜施壯農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)并提供的腐殖酸緩釋型復(fù)合肥料（22－6－12）；習(xí)慣施肥選用尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）、氯化鉀（含K2O 60%），市售。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)10個(gè)處理，具體如表1。每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)小區(qū)面積為20 m2，設(shè)置單獨(dú)進(jìn)水口、排水口，小區(qū)間筑寬30 cm、高30 cm田埂，田埂覆蓋薄膜防止竄水、竄肥，四周設(shè)置保護(hù)行，全生育期其他管理措施按當(dāng)?shù)厣a(chǎn)習(xí)慣進(jìn)行。

表1 不同施肥處理設(shè)計(jì)方案

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤基礎(chǔ)化學(xué)性質(zhì)

在每季水稻移栽前，各試驗(yàn)取表層（0～20 cm）土壤樣品測定土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量。土壤pH 用電位法，有機(jī)質(zhì)用外加熱重鉻酸鉀容量法，堿解氮用1.0 mol/L NaOH 擴(kuò)散法，速效磷用0.5 mol/L NaHCO3浸提－鉬銻抗比色法，速效鉀用1.0 mol/L NH4OAc 浸提－火焰光度法。

1.3.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子

收獲時(shí)將每個(gè)小區(qū)分為測產(chǎn)區(qū)和取樣區(qū)，在取樣區(qū)隨機(jī)取長勢均勻的水稻6 叢，考查每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等性狀；在測產(chǎn)區(qū)取20 m2水稻，脫粒風(fēng)干后測實(shí)際產(chǎn)量。

1.3.3 水稻養(yǎng)分積累量

植物樣品用H2SO4－H2O2消煮，通過流動注射分析儀（AA3，德國SEAL 公司）測定氮、磷含量，用火焰光度計(jì)測定鉀含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理及相關(guān)參數(shù)計(jì)算

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2013、SPSS 25.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Origin 2017 進(jìn)行作圖。肥料偏生產(chǎn)力（PFP）（kg/kg）=施肥區(qū)產(chǎn)量/純養(yǎng)分施用量；肥料農(nóng)學(xué)利用率（AE）（kg/kg）=（施肥區(qū)產(chǎn)量＋無肥區(qū)產(chǎn)量）/（施N 量+施P2O5量+施K2O 量）；肥料貢獻(xiàn)率（FCR）（%）=（施肥區(qū)產(chǎn)量－無肥區(qū)產(chǎn)量）/施肥區(qū)產(chǎn)量×100 %；肥料生理利用率（PE）（kg/kg）=（施肥區(qū)產(chǎn)量－空白區(qū)產(chǎn)量）/（施肥區(qū)地上部分總養(yǎng)分吸收量－空白區(qū)地上部分總養(yǎng)分吸收量）；肥料回收利用率（RE）=（施肥區(qū)地上部分總養(yǎng)分吸收量－空白區(qū)地上部分總養(yǎng)分吸收量）/純養(yǎng)分施用量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同緩控釋肥對水稻產(chǎn)量的影響

由圖1可知，施用緩控釋肥可以顯著提高水稻產(chǎn)量，其中，施用緩控釋肥Ⅰ的增產(chǎn)效果優(yōu)于緩控釋肥Ⅱ。與CK 相比，緩控釋肥Ⅰ平均增產(chǎn)14.1%（幅度為6.6%～17.3%），緩控釋肥Ⅱ平均增產(chǎn)7.9%（幅度為0.7%～11.9%）；施用緩控釋肥對當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥有優(yōu)化作用，且施用緩控釋肥Ⅰ的優(yōu)化效果大于緩控釋肥Ⅱ：與FN 處理相比，緩控釋肥Ⅰ平均增產(chǎn)8.4%，緩控釋肥Ⅱ平均增產(chǎn)2.5%。

圖1 不同肥料處理對水稻產(chǎn)量的影響

由圖2可知，水稻產(chǎn)量與緩控釋肥施用量呈線性加平臺關(guān)系，合理施用緩控釋肥可顯著提高水稻產(chǎn)量。對于緩控釋肥Ⅰ，當(dāng)施肥用量低于450 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量隨施肥量線性增加，公式為y =11 420+3.711×（x－450）（R2=0.988）；當(dāng)施肥量大于等于450 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量維持在11 420 kg/hm2的平臺上；對于緩控釋肥Ⅱ，當(dāng)施肥用量低于481.89 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量隨施肥量線性增加，公式為y=10 796.398+2.352×（x－481.888）（R2=0.824）；當(dāng)施肥量大于等于482 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量維持在10 796 kg/hm2的平臺上。根據(jù)試驗(yàn)，可看出施用緩控釋肥Ⅰ對水稻增產(chǎn)的效果優(yōu)于施用緩控釋肥Ⅱ?qū)λ镜脑霎a(chǎn)效果，棗陽當(dāng)?shù)厮镜哪繕?biāo)產(chǎn)量為10 796～11 420 kg/hm2時(shí)，緩控釋肥的適宜用量為450～482 kg/hm2。

圖2 不同性質(zhì)緩控釋肥料的用量對水稻產(chǎn)量的影響

2.2 不同緩控釋肥對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

由表2可知，施用緩控釋肥對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響主要體現(xiàn)在增加了有效穗數(shù)。與CK 相比，施用緩控釋肥－Ⅰ每叢有效穗增加5 穗，施用緩控釋肥－Ⅱ每叢有效穗增加2 穗，差異顯著；施用緩控釋肥略微提高了水稻結(jié)實(shí)率，增幅在1.0 %～1.7 %之間；千粒重和每穗粒數(shù)各處理間差異不大。隨著施肥量增加，同種肥料間的有效穗數(shù)并沒有明顯變化，可見排除肥料用量的影響，相比于腐殖酸緩釋型復(fù)合肥料，摻混包膜型復(fù)合肥料更適合當(dāng)?shù)厮攫B(yǎng)分需求。習(xí)慣施肥雖然也提高了有效穗數(shù)，但降低了水稻結(jié)實(shí)率，說明其配比不合理，有氮肥過量施用的嫌疑。

表2 不同性質(zhì)緩控釋肥料的施用對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

2.3 不同緩控釋肥對水稻養(yǎng)分積累的影響

由表3可知，施用不同性質(zhì)緩控釋肥均顯著提高了水稻植株對氮磷鉀的養(yǎng)分吸收量，且水稻施用緩控釋肥Ⅰ的養(yǎng)分吸收效果要優(yōu)于施用緩控釋肥Ⅱ。與CK相比，施用不同量緩控釋肥Ⅰ后水稻地上部對N、P2O5和K2O 的養(yǎng)分吸收量分別增加21.5%～137.4%、17.1%～99.3%、32.2%～92.0%，施用不同量緩控釋肥Ⅱ后水稻地上部對N、P2O5和K2O 的養(yǎng)分吸收量分別增加12.5%～63.3%、18.4%～42.4%、17.3%～42.5%；與FN 處理相比，施用適宜用量的緩控釋肥Ⅰ可以顯著提高水稻地上部養(yǎng)分吸收量，F(xiàn)3和F4 處理水稻地上部N、P2O5、K2O養(yǎng)分吸收量分別增加10.9%、11.1%、－1.2%和26.8%、33.1%、12.4%，施用不同量緩控釋肥Ⅱ?qū)λ镜厣喜縉、P2O5和K2O 養(yǎng)分吸收量沒有增加。水稻對兩種不同性質(zhì)緩控釋肥的養(yǎng)分吸收量呈現(xiàn)隨著施用量增加而增加的趨勢，且水稻吸收的N、P2O5主要分配于籽粒，吸收的K2O 主要分配于秸稈。

表3 施用不同緩控釋肥對水稻養(yǎng)分積累量的影響 （單位：kg/hm）2

2.4 不同緩控釋肥對水稻肥料利用率的影響

由表4可知，隨著施肥量的增加，兩種緩控釋肥的肥料回收利用率、肥料生理利用率、農(nóng)學(xué)利用率和肥料貢獻(xiàn)率均呈先增加后降低的趨勢，肥料偏生產(chǎn)力呈逐漸降低的趨勢。在同等施用量水平下，緩控釋肥Ⅰ的肥料回收利用率、肥料生理利用率、農(nóng)學(xué)利用率和肥料貢獻(xiàn)率均顯著高于緩控釋肥Ⅱ，當(dāng)施用量為450 kg/hm2時(shí)，緩控釋肥Ⅰ、Ⅱ（F2、Z2）的肥料回收利用率、肥料生理利用率和農(nóng)學(xué)利用率均達(dá)到最高，分別為94.8 kg/kg和67.3 kg/kg、22.6 kg/kg和22.1 kg/kg、21.2 kg/kg和15.3 kg/kg；在450 kg/hm2的施肥水平時(shí)，緩控釋肥Ⅰ（F2）具有最高肥料貢獻(xiàn)率，為35.0%，而緩控釋肥Ⅱ（Z2）的肥料貢獻(xiàn)率在675 kg/hm2的施肥水平時(shí)達(dá)到最高點(diǎn)，為23.7%；根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際土壤肥力情況，將施用量450 kg/hm2和675 kg/hm2視為適宜肥料投入量進(jìn)行對比，緩控釋肥Ⅰ、Ⅱ均在施用量為450 kg/hm2時(shí)（F2、Z2）肥料偏生產(chǎn)力達(dá)到最高，分別為60.6 kg/kg、64.5 kg/kg。

表4 不同緩控釋肥料對肥料利用率的影響

與FN 處理相比，適量的施用兩種緩控釋肥均顯著提高水稻的肥料回收利用率、肥料生理利用率、農(nóng)學(xué)利用率、肥料貢獻(xiàn)率和肥料偏生產(chǎn)力，以施用量450 kg/hm2為例，施用緩控釋肥Ⅰ、Ⅱ的肥料生理利用率分別增加98.1%、93.8%，農(nóng)學(xué)利用率分別增加174.3%、97.6%，肥料貢獻(xiàn)率分別增加56.5%、3.7%，肥料偏生產(chǎn)力分別增加81.3%、93.0%，施用緩控釋肥Ⅰ的肥料回收利用率增加36.7%、施用緩控釋肥Ⅱ的肥料回收利用率沒有明顯差異。

3 討論

3.1 不同緩控釋肥對水稻生長發(fā)育及養(yǎng)分吸收的影響

施用緩控釋肥可以顯著促進(jìn)水稻生長發(fā)育，不同緩控釋肥因?yàn)槠渑浞浇M成與釋放機(jī)理的不同所顯現(xiàn)的增產(chǎn)效果也不同[11]，摻混包膜型復(fù)合肥是將普通肥料與控釋肥料按一定比例進(jìn)行摻混[12]，既滿足作物因單一施用控釋肥而使生長前期養(yǎng)分供應(yīng)不足的需求，也解決了植物生長后期供氮不足的問題，腐殖酸緩釋型復(fù)合肥是一種多功能肥料，因含有腐殖酸而同時(shí)具有速效與遲效相結(jié)合的特點(diǎn)，具有有機(jī)肥和化肥的雙重功效[13]。在本試驗(yàn)中，施用緩控釋肥對棗陽市水稻具有明顯增產(chǎn)效果，施用摻混包膜型復(fù)合肥的增產(chǎn)效果整體大于施用腐殖酸緩釋型復(fù)合肥的增產(chǎn)效果。與不施肥相比，施用摻混包膜型復(fù)合肥水稻增產(chǎn)幅度為6.6%～17.3%，而施用腐殖酸緩釋型復(fù)合肥水稻增產(chǎn)幅度為0.7%～11.9%；與習(xí)慣施肥相比，摻混包膜型復(fù)合肥的最大增產(chǎn)幅度為11.4%，腐殖酸緩釋型復(fù)合肥的最大增產(chǎn)幅度為6.3%；根據(jù)線性加平臺的方式，計(jì)算出兩種肥料施用量分別為450 kg/hm2和482 kg/hm2時(shí)水稻產(chǎn)量趨于最佳，分別為11 420 kg/hm2和10 796 kg/hm2，與前人研究[14]的結(jié)果相似。對于產(chǎn)量構(gòu)成因子，前人研究表明，緩控釋肥能使水稻產(chǎn)量有效提高是因?yàn)樵黾恿擞行霐?shù)、實(shí)粒數(shù)和結(jié)實(shí)率[14－15]，這與本試驗(yàn)研究結(jié)果相似。本試驗(yàn)中施用摻混包膜型復(fù)合肥料和腐殖酸緩釋型復(fù)合肥料，較不施肥來說，水稻結(jié)實(shí)率分別提高1.7%、1.0%，有效穗數(shù)分別增加41.7%、16.7%，但實(shí)粒數(shù)沒有明顯差異。此外，施用不同緩控釋肥均顯著提高了水稻植株對氮磷鉀的養(yǎng)分吸收量，與不施肥處理對比，施用摻混包膜型復(fù)合肥料對水稻N、P2O5和K2O 的養(yǎng)分吸收平均分別增加85.0%、57.8%、64.5%，施用腐殖酸緩釋型復(fù)合肥料對水稻N、P2O5和K2O 的養(yǎng)分吸收平均分別增加42.6%、33.4%、33.8%。

由上可見，施用緩控釋肥可以明顯提高水稻生產(chǎn)力，且對于鄂北地區(qū)來說，摻混包膜型復(fù)合肥的施用效果優(yōu)于腐殖酸緩釋型復(fù)合肥的施用效果。另外，緩控釋肥的施用效果整體優(yōu)于習(xí)慣施肥，緩控釋肥解決了習(xí)慣施肥肥料用量大、利用率不高、施用次數(shù)多的生產(chǎn)難題，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)輕簡化的優(yōu)良實(shí)現(xiàn)途徑[16]。

3.2 不同緩控釋肥對肥料利用率的影響

施用緩控釋肥可以顯著提高肥料利用率，前人的大量研究已基本證實(shí)了這種觀點(diǎn)，如一次性基施樹脂包膜緩控釋肥后，水稻的氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥表觀利用率和氮肥偏生產(chǎn)力較常規(guī)施肥分別提高18.71%、57.97%和5.54%[17]；一次性運(yùn)用樹脂尿素水稻氮肥利用率較常規(guī)分次施肥顯著增加44.5%～86.8%[18]等。肥料貢獻(xiàn)率是反映年投入肥料的生產(chǎn)能力的指標(biāo)[19]，而農(nóng)學(xué)利用率表示施用肥料的每1.0 kg 氮磷鉀增產(chǎn)稻谷的能力[20]。前人研究表明，湖北中稻的農(nóng)學(xué)利用率平均為1.9～20.9 kg/kg、肥料貢獻(xiàn)率平均為7.7%～62.4%[5]。本試驗(yàn)摻混包膜型復(fù)合肥料施用450 kg/hm2時(shí)，農(nóng)學(xué)利用率達(dá)到21.2 kg/kg、肥料貢獻(xiàn)率達(dá)到35.0%。腐殖酸緩釋型復(fù)合肥農(nóng)學(xué)利用率和肥料貢獻(xiàn)率在同等施用量的水平下，明顯低于摻混包膜型復(fù)合肥料，說明摻混包膜型復(fù)合肥更符合當(dāng)?shù)靥岣咚旧a(chǎn)力的需求。

偏生產(chǎn)力是評價(jià)肥料效益的良好指標(biāo)[21]，通常隨施肥水平提高, 供試水稻的肥料偏生產(chǎn)力均呈顯著的下降趨勢[22]。本試驗(yàn)結(jié)合前人經(jīng)驗(yàn)[23]及當(dāng)?shù)赝寥婪柿η闆r，將肥料投入量450 kg/hm2和600 kg/hm2設(shè)定為合理施肥范圍，結(jié)果顯示，摻混包膜型復(fù)合肥和腐殖酸緩釋型復(fù)合肥投入量均在450 kg/hm2時(shí)偏生產(chǎn)力達(dá)到最優(yōu)，分別為60.6 kg/kg、64.5 kg/kg，隨著肥料投入量持續(xù)增大，肥料偏生產(chǎn)力開始逐漸下降，而與肥料農(nóng)學(xué)利用率、肥料貢獻(xiàn)率不同的是，此時(shí)腐殖酸緩釋型復(fù)合肥的偏生產(chǎn)力高于摻混包膜型復(fù)合肥，原因可能是腐殖酸緩釋型復(fù)合肥活化了土壤肥力，提高了土壤中養(yǎng)分的利用效率，而經(jīng)活化的土壤養(yǎng)分不被計(jì)入從而使其有偏高的肥料偏生產(chǎn)力值。

肥料回收利用率可以反映作物對肥料養(yǎng)分的吸收轉(zhuǎn)化能力，肥料生理利用率是反映作物將所吸收養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為有效產(chǎn)量的能力[24]。本文試驗(yàn)結(jié)果顯示，適量施用兩種緩控釋肥可以顯著提高水稻的肥料回收利用率和肥料生理利用率，以施用量450 kg/hm2為例，施用摻混包膜型復(fù)合肥料和腐殖酸緩釋型復(fù)合肥料的肥料生理利用率分別增加98.1%、93.8%，施用摻混包膜型復(fù)合肥料的肥料回收利用率增加36.7%，施用腐殖酸緩釋型復(fù)合肥料的肥料回收利用率沒有明顯差異，這可能與上文提到其對土壤的貢獻(xiàn)能力有關(guān)。雖然腐殖酸緩釋型復(fù)合肥料對水稻的增產(chǎn)能力沒有摻混包膜型復(fù)合肥料明顯，但其可能構(gòu)建了一個(gè)更適合土壤微生物生存的生態(tài)環(huán)境[25]，從而對土壤的可持續(xù)發(fā)展更有益。值得一提的是，當(dāng)施用量達(dá)到900 kg/hm2，施用腐殖酸緩釋型復(fù)合肥的偏生產(chǎn)力、肥料貢獻(xiàn)率、農(nóng)學(xué)利用率、肥料生理利用率和肥料回收利用率較適宜用量顯著下降，說明過量施用含腐殖酸的肥料會抑制水稻的生長，降低肥料的利用率[13]。

4 結(jié)論

施用兩種不同性質(zhì)的緩控釋肥對鄂北水稻均有明顯的增產(chǎn)效果，增產(chǎn)的原因主要是提高了水稻的分蘗成穗率，增加了有效穗數(shù)，從而增加水稻各部位的養(yǎng)分吸收和提高肥料利用率；相同肥料用量條件下，摻混包膜型控釋復(fù)合肥處理增產(chǎn)效果明顯優(yōu)于腐殖酸緩釋型復(fù)合肥處理。隨著施肥量的增加，兩種緩控釋肥的肥料回收利用率、肥料生理利用率、農(nóng)學(xué)利用率和肥料貢獻(xiàn)率均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，肥料偏生產(chǎn)力呈逐漸降低的趨勢。因此，鄂北地區(qū)水稻應(yīng)優(yōu)先選用摻混包膜型控釋復(fù)合肥料，適宜用量為450 kg/hm2。