缓释氮肥一次性施肥对单季稻氮素吸收和产量的影响

王强，姜丽娜，潘建清，李建强，马军伟，叶静，邹平



缓释氮肥一次性施肥对单季稻氮素吸收和产量的影响

王强1，姜丽娜1，潘建清2，李建强3，马军伟1，叶静1，邹平1

（1浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所，杭州 310021；2浙江省长兴县农业局，浙江长兴 313100；3浙江省平湖市农经局，浙江平湖 314200 )

【目的】研究不同类型缓释氮肥一次性施肥的单季稻氮肥减施和稳产效应，筛选适宜于单季稻一次性施肥的缓释氮肥类型。【方法】2013—2016年在浙江省长兴县林城镇、太湖新城和金华市蒋堂镇分别布置11个缓释氮肥一次性施肥田间小区试验，比较树脂包膜尿素（RCU）、聚氨酯包膜尿素（PCU）和稳定性肥料（NIU）等缓释氮肥一次性施肥处理（氮肥用量225 kg·hm-2）与常规分次施肥处理（尿素Urea，种植大户常规施肥，270 kg·hm-2）在单季稻产量、土壤氮素供应特征和水稻氮素吸收特征、氮肥利用率等方面的差异。【结果】（1）多点试验汇总结果表明不施氮肥处理（N0）的水稻产量为Urea处理的83.9%，3个试验点Urea处理的平均氮肥利用率为19.2%—20.1%。3种缓释氮肥一次性施肥处理单季稻平均产量与Urea处理间没有显著差异。（2）RCU和PCU处理在林城和太湖新城试验中地上部氮含量、氮素吸收量与Urea处理间没有显著差异，NIU处理在太湖新城试验中地上部氮含量著低于Urea处理。金华试验点籼粳杂交稻品种试验中3种缓释氮肥处理稻谷中氮含量都明显下降。（3）RCU处理单季稻平均产量显著高于PCU和NIU处理，多点试验中产量变异系数较小，水稻生长后期土壤铵态氮含量和植株氮素吸收强度都高于Urea处理，氮肥利用率比Urea处理提高了2.8—9.0个百分点。【结论】基于现阶段土壤基础肥力和常规施肥量，采用RCU、PCU或NIU一次性基施，氮肥用量比现阶段常规施肥量减少16.7%时，可以满足单季稻一次性施肥要求。

缓释氮肥；一次性施肥；单季稻；氮素吸收；氮肥利用率

0 引言

【研究意义】随着土地集中流转和水稻规模化种植模式的发展，水稻产量和用工成本成为重要的水稻种植效益衡量指标。水稻种植大户在实际生产中普遍存在多施肥、减少施肥次数的现象，导致我国水稻生产中氮肥用量居高不下，不但影响氮肥的利用率[1-2]，而且加剧了温室效应、水体富营养化等环境问题[3-5]。分次施肥、氮肥后移等施肥措施能有效提高养分利用率[6-8]，但分次施肥中追肥通常撒施于土壤表层，易造成养分径流和挥发损失。另一方面，水稻种植大户降低施肥成本的实际需求，对于轻简化的水稻施肥模式也提出了更高的要求。因此，基于水稻稳产、氮肥减施前提下的一次性施肥技术研究具有重要的现实意义和推广前景。【前人研究进展】缓释氮肥合理施用是水稻一次性施肥技术的关键。针对缓释氮肥一次性施肥的研究表明，在适宜缓释氮肥支撑下，一次性施肥能促进水稻根系发育，增强水稻生长后期净光合速率[9-10]，而且比常规分次施肥平均增产8.22%[11]。我国在缓释氮肥品种筛选、缓释氮肥合理施用技术等方面已经开展了广泛的研究[12-14]，但由于不同类型的缓释氮肥养分释放机理和影响因素不同，导致前人关于缓释氮肥施用效果的研究结果存在一定的差异。李玥等[15]研究表明树脂包膜尿素能促进水稻干物质的积累，而硫包膜尿素和稳定性肥料对于水稻干物质积累和增产的效果不明显。胡春花等[16]的研究则表明树脂尿素在水稻生长后期有贪青和倒伏现象，而脲甲醛和水溶性聚合物包膜尿素养分释放与水稻养分吸收间具有较好的吻合度。水稻品种养分吸收特性、生育期以及土壤保肥能力等因素也是影响缓释氮肥应用效果的重要原因。早稻和晚稻适宜于不同的缓释氮肥品种[17]，缓释氮肥在黏土上的施用效果要优于沙土[18]。魏海燕等[19]研究表明缓释氮肥对甬优2640无增产效应，在南粳9108上则比常规分次施肥处理增产5.2%—5.9%。【本研究切入点】缓释氮肥一次性施肥技术受到缓释氮肥类型、水稻品种、土壤类型等因素的影响，而水稻生长后期土壤氮素供应量和植株氮素吸收量是评估缓释氮肥一次性施肥效果的关键。目前的研究主要基于单个田间小区试验，难以综合评估缓释氮肥类型在一次性施肥中的稳产效应，限制了一次性施肥技术中缓释氮肥的选择和技术的推广。【拟解决的关键问题】本文通过不同试验地点、多年多点田间试验汇总分析，比较不同类型缓释氮肥一次性施肥对单季稻氮素吸收和产量的影响，拟为单季稻一次性施肥中缓释氮肥的选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试缓释氮肥品种包括稳定性肥料（NIU），由广东省农业科学院提供，N、P2O5、K2O含量分别为23%、7%和20%，肥料中所有氮肥均添加硝化抑制剂；树脂包膜尿素（RCU），由金正大公司提供包膜尿素母粒，氮含量45.1%；聚氨酯包膜尿素（PCU），由美国加阳公司提供包膜尿素母粒，氮含量44.1%。试验中使用的普通尿素、过磷酸钙和氯化钾都采用市售产品。

3个试验点中长兴林城和太湖新城试验点水稻品种为常规晚粳稻，其中林城试验点2013年品种为秀水519，2014年和2015年试验为秀水33，2016年试验为秀水06；长兴太湖新城试验点2013年、2014年、2015年和2016年供试品种分别为秀水33、秀水03、嘉33和嘉67；金华蒋堂试验点水稻品种为籼粳杂交稻，2014—2016年试验品种都为甬优9号。

1.2 试验设计

2013—2016年在浙江省长兴县林城镇、太湖新城和浙江省金华市蒋堂镇共布置11个试验点。每个试验点设5个处理：①不施氮肥（N0）；②普通尿素分次施肥（Urea），氮肥用量270 kg∙hm-2，参照区域种植大户的常规施肥量；③稳定性肥料一次性施肥（NIU），氮肥用量225 kg∙hm-2，氮肥全部用添加硝化抑制剂的尿素；④树脂包膜尿素一次性施肥（RCU），氮肥用量225 kg∙hm-2，60%树脂包膜尿素配施40%普通尿素；⑤聚氨酯包膜尿素一次性施肥（PCU），氮肥用量225 kg∙hm-2，60%聚氨酯包膜尿素配施40%普通尿素。Urea处理氮肥按50%基肥、30%分蘖肥、20%孕穗肥分次施用，一次性施肥各处理氮肥都在单季稻移栽前一次性基施。各处理磷（P2O5）和钾（K2O）用量分别为60 kg∙hm-2和90 kg∙hm-2，磷肥用过磷酸钙，钾肥用氯化钾，都在单季稻移栽前一次性基施。试验重复3次，小区面积30 m2，田间按随机区组排列。各试验点供试土壤特性见表1。

1.3 测定项目与方法

分别在单季稻收获期采稻草和稻谷样，每个小区随机取3株混合。样品经105℃杀青15 min后，在75℃烘干至恒重。稻草和稻谷分别称重并测定氮含量。分别在水稻移栽后2、6、10、20、30、43、55、75、100和121 d采土壤鲜样，测定土壤铵态氮。土壤 和植株测定参考《土壤农化分析方法》[20]。

氮肥表观利用率[21]=（施氮处理氮吸收量-不施氮处理氮吸收量）/氮肥施用量。

氮吸收量为稻谷氮吸收量和稻草氮吸收量的总和。稻谷氮吸收量=稻谷氮含量×稻谷产量，稻谷产量为每小区实测产量；稻草氮吸收量=稻草氮含量×稻谷产量×草/谷，每个处理草/谷的比值根据养分分析植株样品稻草和稻谷重量计算，取次个重复的平均值。

1.4 数据处理与分析

用Excel 2010软件对试验数据进行基础整理；太湖新城、林城和金华等试验点分别布置了3—4个试验，分试验点统计时将单个试验的单季稻产量、植株氮含量、氮素吸收量等指标作为重复，用SPSS 18.0进行单因素方差分析，多重比较采用Duncan新复极差法，显著性水平＜0.05。采用Excel 2010作图。

2 结果

2.1 一次性施肥对单季稻产量的影响

多点试验中缓释氮肥一次性施用对单季稻产量的影响见表2。N0处理单季稻平均产量为Urea处理的83.9%，表明土壤具有较好的基础地力，为单季稻一次性施肥提供了有利条件。3种缓释氮肥一次性施肥处理单季稻平均产量与Urea处理间没有显著性差异，但RCU处理单季稻产量有增加的趋势，而且明显高于NIU和PCU处理。

表1 试验点土壤特性

表2 一次性施肥对单季稻产量的影响

同行不同小写字母表示不同施肥处理间达到差异性差异（＜0.05），2013年度试验数量为2，未做显著性分析。S表示试验地点，Y表示试验年度，T表示试验处理。下同

Different small letters at the same line reached significant difference among treatments (＜0.05). The experiment number in 2013 was 2, and no significant analysis was done. S represents experiment sites, Y represents experiment years, and T represents treatments. The same as below

由于多点试验包含了不同试验点和不同试验年度的结果，为更好的评估缓释氮肥一次性施肥处理的稳产效应，分别将单季稻产量按试验点和试验年度进行分类汇总，结果见表2。分试验点汇总结果中除了太湖新城试验点RCU处理单季稻平均产量显著高于NIU和PCU处理外，3种缓释肥一次性施肥处理与Urea处理间单季稻产量都没有显著差异。分年度汇总结果中2014年度Urea处理单季稻平均产量显著低于一次性施肥处理，2015年度不同施肥处理间单季稻产量则没有显著差异。RCU处理单季稻产量变异系数在分试验点和分年度统计中都呈小于NIU和PCU处理的趋势，表现出较好的稳产效应。多因素方差分析结果表明，单季稻产量除了受到施肥处理的影响外，不同试验点和不同试验年份间也有显著差异，可能是受到区域土壤类型、基础肥力和年度间气候差异的影响。

多点田间试验结果表明3种缓释氮肥一次性施肥处理在不同土壤类型、水稻品种和试验年度间都表现出良好的稳产趋势。NIU、RCU和PCU等缓释氮肥一次性施肥处理氮肥施用量为225 kg∙hm-2，比Urea处理的大户常规氮肥施用量减少了16.7%，因此，缓释氮肥一次性施肥还具有明显的氮肥减施效应。

2.2 一次性施肥对单季稻地上部氮含量的影响

收获期地上部氮含量见图1。NIU处理降低了收获期地上部氮含量，太湖新城和金华试验点中稻草和稻谷氮含量都显著低于Urea处理。RCU和PCU处理在3个试验点中稻草氮含量与Urea处理间没有显著差异，但金华试验点中稻谷氮含量却显著低于Urea处理。由图1可见，与太湖新城、林城试验点不同，金华试验点中3种缓释氮肥处理稻谷氮含量都显著下降，可能是由于采用籼粳杂交稻品种，生育期较长，影响了水稻生长后期植株体内氮素的转运。

图1 一次性施肥对地上部氮含量的影响

2.3 一次性施肥对单季稻氮素吸收量的影响

缓释氮肥一次性施用对单季稻氮素吸收量的影响见图2。NIU处理在3个试验点的平均氮素吸收量有下降的趋势，但与Urea处理间统计上差异不显著。RCU和PCU处理没有影响单季稻的氮素吸收量，3个试验点单季稻氮素吸收量都与Urea处理持平或略增加，其中RCU处理太湖新城试验点氮素平均吸收量显著高于Urea处理，PCU处理在金华试验中氮素吸收量也高于Urea处理。

图2 一次性施肥对单季稻氮素吸收量的影响

2.4 一次性施肥对氮肥利用效率的影响

一次性施肥对单季稻氮肥利用率的影响见图3。3个试验点中Urea处理平均氮肥利用率都比较低，分别为19.2%、19.9%和20.1%。由于Urea处理氮肥用量参照水稻种植大户的常规施氮量，表明现阶段水稻氮肥施用量偏高，有较大的减氮空间。NIU处理由于植株氮吸收的减少，在金华试验点中平均氮肥利用率显著低于Urea处理，RCU处理在3个试验点中氮肥平均利用率比Urea处理提高了2.8—9.0个百分点，其中太湖新城和林城试验点氮肥平均利用率与Urea处理间差异达到显著水平。PCU处理在3个试验点氮素平均利用率与Urea处理间差异则不显著。

图3 一次性施肥对氮肥表观利用率的影响

2.5 一次性施肥土壤氮素供应特征和植株氮素吸收特征

选择Urea、RCU和PCU处理在水稻生育期分期采样测定土壤铵态氮（图4），结果表明，缓释氮肥对土壤铵态氮含量有明显影响。Urea处理由于分蘖肥和穗肥的施用，在移栽后20 d和55 d土壤铵态氮明显增加，55 d以后土壤铵态氮含量逐渐下降。RCU和PCU处理在单季稻移栽20 d时土壤铵态氮含量明显高于常规分次施肥处理，75 d时土壤铵态氮含量出现峰值，其中RCU处理土壤铵态氮含量显著高于Urea处理。由于75 d左右时正处于浙江省单季稻栽培的孕穗期，充足的氮素供应是产量形成的关键，因此，缓释氮肥一次性施肥处理后期氮素供应强度是保证单季稻稳产的关键。单季稻养分吸收强度曲线也表现出类似的趋势（图5）。RCU处理在移栽后75 d时，水稻氮素吸收强度显著高于Urea处理。

相同取样时间不同小写字母表示处理间达到差异性差异（P＜0.05）。下同

图5 一次性施肥对单季稻氮素吸收强度的影响

3 讨论

3.1 缓释氮肥一次性施肥的氮肥减施和稳产效应

本文汇总了不同土壤类型、水稻品种和试验年度的多点田间小区试验，结果表明当氮肥用量从常规分次施肥（Urea）的270 kg·hm-2减至缓释肥一次性施肥的225 kg·hm-2时，树脂包膜尿素（RCU）、聚氨酯包膜尿素（PCU）和稳定性肥料（NIU）等缓释氮肥一次性施肥处理单季稻产量与尿素分次施肥处理间都没有显著性差异，缓释氮肥一次性施肥表现出良好的氮肥减施和稳产效应。试验中不施氮处理（N0）的单季稻平均产量达到了尿素分次施肥处理（Urea）的83.9%，表明土壤基础地力在单季稻生产中具有较高的产量贡献率，是保证一次性施肥稳产效应的重要因素。试验中各试验点尿素分次施肥（Urea）处理的平均氮肥利用率仅为19.2%—20.1%，远低于前人的研究结果[22]，表明本试验中代表大户常规施肥的Urea处理中270 kg·hm-2的氮肥施用量远高于现阶段单季稻生产的适宜施肥量。当土壤基础地力较高、氮肥施用量超出单季稻养分需要量时，氮肥的运筹比例将失去意义，因为不同运筹比例下水稻分期施氮量可能都已经满足了水稻的养分需求。因此缓释氮肥一次性施肥处理的氮肥减施效应除了缓释肥品种的影响外，也有现阶段常规施肥量过高的因素。当大户常规施肥量随着施肥技术的更新而下降时，一次性施肥技术的减肥效应可能将有所下降，并且对于缓释氮肥的养分释放提出更高的要求。我国对于水稻合理施肥技术开展了广泛的研究[23-24]，但在规模化种植趋势下，基于分次施肥的水稻施肥技术在推广上受到一定的限制，而种植大户对于降低人工成本和水稻轻简化施肥技术的需求使缓释氮肥一次性施肥技术在推广中具有一定的优势。因此，缓释氮肥一次性施肥技术仍然是现阶段一种有效的水稻化肥减施技术。

3.2 缓释氮肥一次性施肥的稳产机制

由于多点试验中单季稻产量和养分吸收量受到缓释氮肥类型、试验地点和试验年度等因素的影响（表2），不同缓释氮肥单季稻产量在统计上没有显著性差异，但氮素吸收量和土壤铵态氮动态变化仍然反映出不同缓释氮肥间的效果差异。树脂包膜尿素（RCU）处理在不同年度、不同试验点中，单季稻产量变异较小，多点试验平均产量显著高于NIU和PCU处理，稳产效应比较稳定。袁嫚嫚等[25]研究表明树脂包膜尿素与常规尿素按7﹕3一次性基施比常规尿素基追分次施用增产7.5%。类似地，刘益曦等[26]的研究也表明应用树脂包膜尿素水稻产量明显高于普通尿素处理，本文研究结果与前人的研究结果基本一致。PCU处理多点试验中单季稻平均产量与Urea处理间差异不显著，也没有降低收获期地上部氮含量和氮素吸收量，但多点试验间单季稻产量变异系数大于RCU处理，表明PCU处理的稳产效应受到土壤类型和水稻品种的影响较大。洪腊宝[27]的研究表明，70%聚氨酯包膜尿素配施30%尿素一次性施用，可比常规多次施肥增产7.4%，增产效果优于本文研究结果，可能和土壤基础地力、氮肥施用量等不同有关。NIU处理虽然多点试验平均产量与Urea处理间没有显著差异，但产量变异系数较大，在太湖新城和金华试验点中稻草和稻谷氮含量都显著低于Urea处理，氮素吸收量和氮肥利用率也明显低于尿素分次施肥处理，表明稳定性肥料的稳产效应较差，在土壤保肥性能较低和水稻生育期较长等情况下可能会导致减产风险。张木等[28]的研究也表明在粘性土壤上稳定性肥料一次性施用与普通尿素分期施用平产，但在较砂性的土壤中表现为减产。

水稻生长后期氮素供应是影响氮肥利用率和评估缓释氮肥一次性施肥效果的关键[29]。本研究中RCU处理在单季稻孕穗期时土壤铵态氮含量、水稻植株氮素吸收强度都高于Urea处理，PCU处理水稻生育期中土壤铵态氮含量、水稻植株氮素吸收强度与Urea处理间没有显著差异，表明树脂包膜尿素和聚氨酯包膜尿素一次施用时能满足单季稻全生育期供氮的要求。RCU处理在氮肥施用量减少16.7%时，氮肥利用率比Urea处理增加2.8—9.0个百分点，氮肥利用效率的提高主要是缓控释肥施用后减少了前期氮肥损失量，中后期氮与作物吸收的同步释放减少了氮的损失。本课题组杨梢娜[30]、俞巧钢[31]对常规尿素分期施用的研究结果表明，当施肥量达270 kg·hm-2时，氮肥的损失量可达50%以上，其中通过氨的挥发损失达到20%以上，而RCU处理以60%缓释氮肥配施40%速效氮肥，使前期施入土壤中的速效尿素明显减少，增加了后期土壤氮素供应强度，因此减少了氮肥损失的风险。

4 结论

4.1 多点田间试验中应用树脂包膜尿素（RCU）、聚氨酯包膜尿素（PCU）和稳定性肥料（NIU）一次性施用，氮肥用量比现阶段大户常规分次施肥减少16.7%，单季稻产量与尿素分次施肥间没有显著差异。

4.2 缓释氮肥一次性施肥的氮素吸收受到试验地点和水稻品种的影响。RCU和PCU处理在林城和太湖新城试验中地上部氮含量、氮素吸收量与Urea处理间没有显著差异，NIU处理在太湖新城试验中地上部氮含量则显著低于Urea处理。金华试验点籼粳杂交稻品种试验中，3种缓释氮肥处理稻谷中氮含量都明显下降。

4.3 RCU处理单季稻平均产量显著高于PCU和NIU处理，多点试验中产量变异系数较小，水稻生长后期土壤铵态氮含量和植株氮素吸收强度都高于Urea处理，氮肥利用率比Urea处理提高了2.8—9.0个百分点，一次性施肥的稳产效应优于PCU和NIU处理。

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（责任编辑 李云霞，赵伶俐）

Yield and Nitrogen Adsorption of Single-cropping Rice as Influenced by One-off Fertilization of Slow-released Nitrogen Fertilizer

WANG Qiang1, JIANG LiNa1, PAN JianQing2, LI JianQiang3, MA JunWei1, YE Jing1, ZOU Ping1

(1Institute of Environment, Resource, Soil and Fertilizer, Zhejiang Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310021;2Changxing Agricultural Bureau, Changxing 313100, Zhejiang;3Pinghu Agricultural and Economic Bureau, Pinghu 314200, Zhejiang)

【Objective】 The aim of this study was to investigate the stable-yield effect and mechanism of one-off fertilization of slow-released nitrogen fertilizer (SRF) in the single-season rice, and to screen the suitable types of SRF in the single-rice system. 【Method】 To determine the differences in rice yield, dynamic changes in soil N supply and N uptake by rice during the rice-growing season between one-off fertilization of slow-released fertilizers (stabilized fertilizer, NIU; resin coated urea, RCU; and polyurethane coated urea, PCU; 225 kg·hm-2) and split application of urea (Urea, 270 kg·hm-2), we carried out 11 field plot trials in a single-crop rice system at the Lincheng and Taihu Xincheng of Changxin county and Jiangtang of Jinhua county, in the Zhejiang Province from 2013 to 2016. 【Result】 (1) The results showed that the rice yield in N0 treatment was 83.9% of that in Urea treatment. The mean N use efficiency (NUE) in the Urea treatment was 19.2%-20.1% at the three sites. No significant difference was found in average rice yield between the one-off fertilization of SRFs and Urea. (2) There were no significant differences in the N concentration in rice plant and N uptake by rice among the RCU, PCU and Urea treatments at Lincheng and Taihu Xincheng, while the N concentration in rice plant was significantly lower in the NIU treatment than in the Urea treatment. All the N concentrations in grain were significantly lower in the three SRFs treatments than that in the Urea treatment at Jinhua. (3) The rice yield was significantly higher in the RCU treatment than in both PCU and NIU treatment. The coefficient of variation of rice yield was relatively low in the RCU treatment. In the late stage of rice growing, the soil ammonium-N and N uptake intensity was significantly higher in the RCU treatment than that in the Urea treatment, respectively. Application of SRFs increased the N use efficiency by 2.8%-9.0%, compared to the Urea treatment. 【Conclusion】 Based on the basic soil fertility and conventional N application rate, one-off fertilization of RCU, PCU or NIU, reducing N rate by 16.7%, could maintain the grain yield of rice. Thus, one-off fertilization of slow release fertilizer was an alternative N management in single-rice system.

slow-release N fertilizer; one-off fertilization; single-season rice; nitrogen uptake; nitrogen use efficiency

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.20.013

2018-01-19；

2018-06-25

国家公益性行业（农业）科研专项（201303103）、国家重点研发计划（2016YFD0200800）、平湖市政府-浙江农业科学院科技合作项目（PH20150001）

王强，E-mail：qwang0571@126.com。通信作者姜丽娜，E-mail：jln@mail.hz.zj.cn