不同控释氮肥运筹对粳稻养分吸收与氮素利用的影响

吕思琪 张迪徐文越 陆磊 许芳维

（东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030；第一作者：lsq120＠126.com；*通讯作者：zhangdi6283＠neau.edu.cn）

粳稻作为我国重要的粮食作物，需求量位于粮食作物之首，对我国的粮食安全起着非常重要的作用[1]。而保证作物养分充足供应是提高粮食产量的重要措施之一。在提高粳稻单产中，化肥所起作用占40%～60%[2]。2003—2013年氮肥投入每年以3%的速率增加，但并没有带来粳稻产量的持续提高[3]。究其原因，主要是氮肥的利用率偏低（23.1%～34.2%）[4]。通过改进肥料配比和施肥技术、改性化学肥料以及调节施肥与其他农业措施的关系是提高氮肥利用率的主要技术手段之一[5-6]。控释技术是最有前途和潜在效率最高的提高氮肥利用率的技术[7]。

据调查显示，控释氮肥的施入可显著提高氮肥利用率15.0%～35.0%[8]。但控释氮肥释放速率的快慢对水稻生长发育有显著影响，肥料释放过程与水稻吸氮过程基本同步的控释肥才能满足水稻生产的需要[9]。在水稻规模化全程机械化生产中，利用控释尿素一次性侧深施肥技术是目前最有效且最便捷的途径。控释尿素机械侧深（5 cm）施用显著增加了水稻早期分蘖和最高分蘖数，成熟期有效穗数提高15.8%～21.2%、产量增加13.4%～18.7%[10]；根区一次性施氮能够增加养分在土壤中的贮存时间，肥料氮的损失率从73.0%降至29.7%，氮肥表观利用率提高 22.6%～30.6%[11]。尽管控释氮肥能够提高肥料利用率，增加水稻产量，但控释氮肥运筹方式能否与粳稻不同生育期养分需求相匹配，尚未见报道。为此，本研究设置了不同控释氮肥运筹方式，分析比较在不同控释氮肥运筹下粳稻的氮素利用率和不同时期各种养分积累情况，及不同控释氮肥运筹对粳稻氮素利用和养分吸收的影响，以探索合理施用控释氮肥的方式。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试水稻品种为绥粳18，全生育期134 d左右。

供试肥料：氮肥为脲醛树脂包膜控释尿素（含N≥45%），控释期为60 d。磷钾肥为云天化重过磷酸钙和硫酸钾，总磷（P2O5）含量≥46.0%，氧化钾（K2O）≥50%。

1.2 试验设计

于2017—2018年在东北农业大学试验场进行盆栽试验。5月17日移栽秧苗，9月18日收获。试验所用容器为直径30 cm、高35 cm的塑料桶，装过筛土15 kg，每个塑料桶插秧5株。试验设4种氮肥配比，每种氮肥配比设置2个施肥深度，共计8个处理（具体见表1），每个处理设置11个重复。本次试验采用的施肥方式为利用导管将肥料分别送入距离粳稻主茎5 cm、距离土表面下5 cm和10 cm处。

1.3 样品采集与处理

于粳稻分蘖期、结实期、成熟期选取长势均匀并且具有代表性的植株。在室内将粳稻样品洗净去根，分为茎叶和穗分别标记装袋，置于烘箱中。在105℃条件下杀青30 min，再将温度调至80℃烘干至恒质量，取出后立即称重。烘干后的样品用粉碎机粉碎后，按照每个处理设3个平行样，每份样品约含粳稻样品0.100 g的方式称取样品。准确记录各份样品质量后，用浓硫酸和过氧化氢进行消煮。消煮液冷却后，加入少许蒸馏水稀释，待再次冷却后，定容至50 mL备用。

表1 各处理肥料运筹情况

1.4 测定方法

1.4.1 全氮含量

全氮含量的测定采用凯氏定氮法。用移液枪准确吸取5 mL消煮液于消化管中，利用全自动凯氏定氮仪进行定量分析。

1.4.2 全磷含量

全磷含量的测定采用钒钼黄比色法。用移液枪准确吸取5 mL消煮液注入25 mL容量瓶中，加入2滴2,6-二硝基酚指示剂，再向其中滴加6 N氢氧化钠中和至微黄色。然后加入5 mL的钒钼酸溶液，用蒸馏水定容并摇匀。静置15 min后，在分光光度计上用450 nm波长进行测定，记录吸光度，然后根据标准曲线计算所测样品的磷含量。

1.4.3 全钾含量

全钾含量的测定采用火焰光度法。用移液枪准确吸取5 mL消煮液于50 mL锥形瓶中，加入20 mL蒸馏水稀释。摇匀后，用火焰光度计进行测定并记录读数，然后根据标准曲线计算所测样品的钾含量。

1.5 数据分析

氮积累量（total N accumulation,TNA）=稻谷产量×稻谷含氮量+稻草产量×稻草含氮量；

氮素收获指数（N harvest index,NHI）=稻谷吸氮量/氮积累量×100%；

氮肥吸收利用率（N recovery efficiency,NRE）=（施氮区氮积累量-无氮区氮积累量）/施氮量×100%；

氮肥农学利用率（N agronomic efficiency,NAE）=（施氮区稻谷产量-无氮区稻谷产量）/施氮量；

氮肥生理利用率（N physiological efficiency,NPE）=（施氮区稻谷产量-无氮区稻谷产量）/（施氮区氮积累量-无氮区氮积累量）。

利用 WPS 2016、SPSS 25.0等软件进行数据的处理与分析，利用新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 对氮肥利用的影响

从表2可以看出，在粳稻的生长发育过程中，其植株的氮含量先增加后减少。分蘖期各处理的氮含量在17.19～26.40 g/kg 之间，各处理间无显著差异；结实期各处理的氮含量增长较大，茎叶的氮含量在12.84～28.75 g/kg之间，且相较于分蘖期略有降低，说明氮素有从茎部向穗部转移的趋势，此时穗部氮素含量为8.87～11.93 g/kg；成熟期粳稻的氮素主要分布在穗中，含量为 5.52～8.52 g/kg，与结实期相比，茎叶中氮含量变化较大，降低至 8.87～11.93 g/kg，且以施肥深度为 5 cm组的各处理之间差异较为显著。

在施肥深度为5 cm组，随着施氮量的增加，分蘖期和结实期茎叶氮含量呈先增后减的趋势。其中，分蘖期和结实期氮含量最高的处理均为CGL-5，分别为26.40 g/kg、26.29 g/kg；分蘖期最低的是 CGH-5 处理，为 17.19 g/kg；结实期最低的是 CK-5，为 14.07 g/kg。可见，施用适量氮肥有助于粳稻茎叶在分蘖期和结实期对氮的吸收，但氮肥用量过高可能会对其产生抑制。施肥深度10 cm组分蘖期茎叶氮含量无明显差异；而结实期茎叶氮含量各处理差异显著，表现为CGL-10＞CGH-10＞CK-10＞CGM-10，其中，CGM-10 处理（12.84 g/kg）显著低于 CK-10 处理（20.19 g/kg），原因有待研究。将两施肥深度对比发现，分蘖期和结实期施肥深度为10 cm组的氮含量基本高于施肥深度为5 cm组。

从图1可以看出，各处理的氮吸收总量显著高于对照组（CK-5 21.54 kg/hm2、CK-10 11.97 kg/hm2），说明施用氮肥对提高粳稻氮吸收总量有促进作用。其中，施肥深度5 cm组随着氮肥用量的增加粳稻的氮吸收总量也在增加，且变化明显，最高达到42.10 kg/hm2；10 cm组总体也有增长趋势，但相比5 cm组变化较为缓慢，且CGL-10的氮吸收总量突然升高，分析其原因可能是由于氮肥施用量过少、施肥过深促使粳稻根系生长发达，提高了对氮的吸收能力。对同一施氮量的不同施肥深度进行对比，发现除去CGL外，5 cm施肥深度各处理氮吸收总量均高于10 cm施肥深度组，说明施肥深度对粳稻的氮素吸收存在一定的影响，深度越深对氮素吸收量越少。

表2 不同氮肥运筹对粳稻氮含量的影响 （g/kg）

表3 不同氮肥运筹对粳稻磷含量的影响 （g/kg）

图1 不同氮肥运筹下成熟期粳稻氮吸收总量

2.2 对磷吸收利用的影响

从表3可以看出，在粳稻的整个生长发育过程中，各处理的磷含量均先增加再减少。分蘖期粳稻磷含量在11.60～22.60 g/kg之间，大部分处理间差异不显著；结实期粳稻磷含量最高，主要分布在茎叶中，含量在19.48～40.88 g/kg 之间，处理间存在显著差异；成熟期茎叶中的磷含量大幅度降低至 4.05～7.47 g/kg，处理间无显著差异。此时穗部磷含量为 5.28～11.07 g/kg，成为整株粳稻磷含量组成的主要部分，各处理间磷含量差异较小。

将处理按照施肥深度分为5 cm组和10 cm组分别进行分析，可以发现，随着施氮量的增加，两组粳稻分蘖期和结实期茎叶的磷含量均呈先增后减的趋势。由表3可以看出，5 cm组分蘖期茎叶磷含量最高的是CGM-5 处理，为 20.67 g/kg，最低的是 CGL-5 处理，为11.60 g/kg，低于对照组CK-5处理，可能是由于土壤本身性质不同导致的早期吸磷量差异；结实期磷含量最高的为CGL-5处理，最低的为CGH-5处理。10 cm组分蘖期和结实期情况相同，茎叶磷含量最高的是CGL-10处理，最低的是CGH-10处理。出现这种情况可能是由于前者施氮量过低激发了粳稻吸取磷素的能力，后者由于施氮量过高对磷的吸收产生了抑制作用。将两施肥深度对比可以发现，分蘖期和结实期中同一氮肥施用量下5 cm组的含量基本均高于10 cm组的含量。

由图2可以看出，施用氮肥的各处理在成熟期的磷吸收总量均高于对照组（CK-5为29.64 g/kg、CK-10为19.56 g/kg），说明施用氮肥促进了粳稻对磷的吸收。从施氮量方面进行比较，发现随着施氮量的增加，5 cm组的磷吸收总量呈现一种缓慢的增长态势，10 cm组则增长较快。与氮素类似，CGL-10对磷的吸收较多，进一步验证了由于氮肥施用量少和施肥深度过深促进粳稻根系生长、提高养分吸收能力的猜想。而从施肥深度方面比较，除对照组外，5 cm组各处理均低于10 cm组，说明施氮肥深度越深，粳稻对磷的吸收能力越强。

表4 不同氮肥运筹对粳稻钾含量的影响 （g/kg）

图2 不同氮肥运筹下成熟期粳稻磷吸收总量

图3 不同氮肥运筹下成熟期粳稻钾吸收总量

2.3 对钾吸收利用的影响

从表4可以看出，与氮素、磷素类似，随着粳稻的生长钾在粳稻中的含量同样是先增后减。分蘖期各处理的钾含量较高，在 33.03～42.29 g/kg 之间，远高于同期的氮、磷含量；结实期粳稻中的钾含量最高，其中穗部含量较高，含量为 43.79～66.90 g/kg，而茎叶的钾含量与分蘖期相比大幅度减少至 15.25～22.04 g/kg，说明此时钾正从茎叶向穗转移。成熟期则相反，穗基本不含钾，含量仅为 0.00～0.55 g/kg，而茎叶中钾的含量提高，达到 28.90～34.98 g/kg。

从施肥深度来看，两组处理的茎叶钾含量在分蘖期和结实期随施氮量的增加呈现相同的变化趋势。在施氮量较低时，氮肥的施用对钾的吸收有促进作用，而过高的施氮量可能会抑制钾的吸收。结实期两组处理钾含量则表现为CGL＞CGM＞CK＞CGH。对比可以发现，在结实期，两施肥深度组同一施氮量的同期茎叶钾含量无显著差别。

从图3可见，与氮素、磷素的吸收总量情况相同，各处理的钾吸收总量均高于对照组（CK-5 61.99 g/kg、CK-10 43.70 g/kg），说明氮肥的施用对于粳稻钾吸收总量的提高也有积极作用。从氮肥施用量方面比较，发现5 cm组与10 cm组均随着施氮量的增加钾的吸收总量也增加。而从施肥深度方面比较，发现除CGH处理外，CK、CGL和CGM均为5 cm组钾吸收总量大，可见施肥深度过深不利于粳稻对钾的吸收。

2.4 对氮肥利用率的影响

从表5可以看出，氮肥施用方式对粳稻的氮素收获指数（NHI）、生理利用率（NPE）、农学利用率（NAE）和吸收利用率（NRE）均有一定影响。5 cm组随氮肥施用量的增加，NPE先下降后上升，NAE一直上升，NRE则先上升后下降；10 cm组随氮肥施加量的增加，NPE先上升后下降，NAE和NRE先下降后上升。再分别对比同一施氮量的不同施肥深度后发现，除NRE外10 cm组的各项指标均高于5 cm组，说明深施氮肥对提高氮肥利用率有积极作用。

3 讨论与结论

肥料的施用与作物产量的提高有着密切关系，合理施肥可以提高肥料利用率[13]。氮是限制作物生长和产量形成的首要因素。氮素吸收量反映了所施氮肥被作物吸收利用的多少[14]。成臣等[15]研究表明，增施氮肥可以提高水稻氮素含量。本试验结果表明，在施肥深度为5 cm条件下，在分蘖期粳稻茎叶含氮量CGL＞CGM＞CGH，且CGH与CK无显著差异。可能是水稻在分蘖期的生物量并不是很大，对养分的需求不多，过多的养分不能被吸收利用而造成浪费。说明适当施用氮肥可以增加水稻氮含量，这与万靓军等[16]的研究结果一致。对同一施氮量的不同施肥深度进行对比，发现除去CGL处理外，5 cm施肥深度各处理的氮吸收总量均高于10 cm施肥深度，可能是5 cm施肥深度浅，肥料释放速度较快，导致水稻中氮素浓度较高。表明施肥深度对粳稻的氮素吸收存在一定的影响，深度越深，水稻氮素吸收量少，这与魏海燕等[17]的研究结果一致。

表5 不同氮肥运筹下粳稻的氮肥利用率

氮素生理利用率反映的是作物对所吸收的氮素在作物体内的利用率，最终影响水稻籽粒产量[18]。段里成等[19]研究表明，随着施氮量的增加，氮素总积累量增加，但氮肥利用率、氮肥农学利用率、氮肥生理利用率和氮肥偏生产力降低。邹长明等[20]研究结果表明，氮肥深施能提高肥料利用率，还能增加氮残留率，减少氮素损失。在本研究中，当施肥深度相同时，CGL-5处理的氮素收获指数和氮肥生理利用率高于其他处理，CGH-5处理的氮肥农学利用率和CGM-5处理的氮素吸收利用率高于其他处理；在同一施肥量不同施肥深度下，CGM-10处理的氮素收获指数和氮肥生理利用率高于其他处理；CGL-10处理的氮肥农学利用率和氮素吸收利用率高于其他处理。可能是氮肥深施，肥料离根系更近，有效降低了肥料损失，提高了肥料利用率。说明深施氮肥对提高氮肥利用率有积极作用，这与张满利等[21]的研究结果一致。但氮肥用量过多且施肥深度为10 cm时，不利于水稻氮素吸收，肥料利用率降低。

氮、磷、钾肥之间是相互促进吸收的，这与田智慧等[22]的研究结果相一致。本研究发现，在同一施肥深度不同施氮量下，除CGM处理外，其他处理均随着施氮量增加磷素吸收总量也逐渐增加。同一施氮肥量下，10 cm组的磷素积累量基本均高于5 cm组。这是因为在施肥深度10 cm时，氮素挥发量较5 cm组少，氮素促进了磷素的吸收。各施肥处理钾积累总量均高于无氮组，表明施用氮肥有利于水稻对钾元素的积累[24-25]。从施肥深度比较，发现除CGH处理外，其他处理均为5 cm组钾积累总量大于10 cm组，可能是施肥深度过深不利于粳稻对钾的吸收。