緩釋氮肥運(yùn)籌對(duì)稻麥輪作周年作物產(chǎn)量和氮肥利用率的影響

許仙菊, 馬洪波, 寧運(yùn)旺, 汪吉東, 張永春

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，農(nóng)業(yè)部江蘇耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，南京210014)

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緩釋氮肥運(yùn)籌對(duì)稻麥輪作周年作物產(chǎn)量和氮肥利用率的影響

許仙菊, 馬洪波, 寧運(yùn)旺, 汪吉東, 張永春*

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，農(nóng)業(yè)部江蘇耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，南京210014)

【目的】稻麥輪作是我國(guó)一種重要的農(nóng)業(yè)種植模式。緩/控釋肥作為高效兼環(huán)境友好的肥料類型，在多種作物單季種植上具有增產(chǎn)和提高肥效的作用，但是緩釋肥在周年輪作體系中的肥效研究鮮有報(bào)道。因此研究稻麥輪作體系中的肥料施用模式，有助于提高稻麥產(chǎn)量，降低化肥用量，提高化肥利用率。【方法】本文通過稻麥輪作兩周年四季作物的田間小區(qū)試驗(yàn)，以不施氮和習(xí)慣施氮為對(duì)照，研究了4種不同緩釋肥減氮處理[進(jìn)口樹脂包膜尿素減氮24.3%、國(guó)產(chǎn)硫包衣尿素減氮24.3%、國(guó)產(chǎn)尿素加NAM(長(zhǎng)效氮肥添加劑)減氮24.3%和國(guó)產(chǎn)尿素加NAM減氮10.8%]對(duì)水稻和小麥產(chǎn)量、氮肥利用率、第二周年稻麥?zhǔn)斋@后土壤養(yǎng)分含量和兩周年土壤氮養(yǎng)分表觀平衡的影響。【結(jié)果】與不施氮對(duì)照相比，所有施氮處理均提高了兩周年稻麥4季作物產(chǎn)量，習(xí)慣施氮增產(chǎn)幅度最高，小麥的氮肥增產(chǎn)效果總體高于水稻，第二周年高于第一周年; 與當(dāng)?shù)亓?xí)慣施氮量相比，所有的緩釋氮肥減氮24.3%或10.8%處理均無顯著降低兩季小麥產(chǎn)量，進(jìn)口樹脂包膜尿素減氮24.3%處理和國(guó)產(chǎn)尿素加NAM減氮10.8%處理也無顯著降低兩季水稻產(chǎn)量，但是國(guó)產(chǎn)尿素加NAM減氮24.3%處理顯著降低了第二季水稻產(chǎn)量，國(guó)產(chǎn)硫包衣尿素減氮24.3%顯著降低了兩季水稻產(chǎn)量; 與當(dāng)?shù)亓?xí)慣施氮量相比，4個(gè)緩釋氮肥減氮處理均提高了第一和第二周年氮肥利用率，顯著降低了兩周年稻田土壤養(yǎng)分氮盈余量，其中國(guó)產(chǎn)尿素加NAM減氮24.3%處理氮肥利用率較高，同時(shí)土壤氮盈余量較少，說明緩釋氮肥減量在提高肥料利用率和降低氮的環(huán)境效應(yīng)上具有一致的優(yōu)勢(shì); 不同緩釋氮肥對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響無明顯規(guī)律性。【結(jié)論】在目前稻麥輪作體系中，緩釋氮肥減施對(duì)小麥產(chǎn)量具有較好的穩(wěn)定效果，但是個(gè)別緩釋氮肥減施對(duì)水稻有減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，有必要依據(jù)稻田土壤氮素轉(zhuǎn)化特點(diǎn)，研制水稻專用緩釋氮肥，適當(dāng)降低水稻季緩釋氮肥的施用量。

稻麥輪作; 緩釋肥料; 氮減量; 產(chǎn)量; 土壤養(yǎng)分

緩/控釋肥被稱為高效兼環(huán)境友好的肥料類型，其原理是通過減緩或控制肥料養(yǎng)分在土壤中的轉(zhuǎn)化過程和釋放速率，達(dá)到養(yǎng)分的釋放與作物需求同步，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的目的[6-9]。據(jù)報(bào)道，在多種糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物上，包括水稻、小麥、玉米、大豆、茶葉、西瓜、煙草、棉花、甜菜、高粱和一些園林植物等，緩/控釋肥具有增產(chǎn)、提高肥料利用率和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的作用[7-8]。另外，也存在緩/控釋肥不增產(chǎn)的觀點(diǎn)[7]。目前，緩/控釋肥的肥效研究主要集中在單季作物，關(guān)于緩/控釋肥對(duì)周年輪作作物產(chǎn)量和肥料利用率的影響報(bào)道較少，多年輪作的報(bào)道更少。由于緩/控釋肥的養(yǎng)分釋放速率低，從而減少了肥料的揮發(fā)、淋失和固定[7]。與普通肥料相比，緩/控釋肥的肥效時(shí)間更長(zhǎng)，其肥效在后季作物中也可能進(jìn)一步發(fā)揮。另外，肥料表觀利用率低的另一個(gè)主要原因是大量的肥料殘留在土壤中，未被當(dāng)季作物吸收利用。實(shí)際上這部分殘留肥料對(duì)作物仍是有效的[10]。因此，研究緩/控釋肥對(duì)多年輪作體系作物產(chǎn)量和肥料利用率的影響具有重要意義。本研究通過稻麥輪作兩周年4季作物的田間小區(qū)試驗(yàn)，研究了緩釋氮肥減量對(duì)稻麥輪作體系中作物產(chǎn)量、氮肥利用率和土壤養(yǎng)分含量的影響，以期為緩釋肥在稻麥輪作體系中的應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1　材料與方法

1.1供試材料

試驗(yàn)地位于江蘇鎮(zhèn)江揚(yáng)中市油坊鎮(zhèn)，試驗(yàn)時(shí)間為2009年10月至2011年10月。試驗(yàn)地土壤為水稻土，2009年10月試驗(yàn)開始前0—20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量31.3 g/kg，堿解氮95.2 mg/kg，Olsen-P 4.13 mg/kg，速效鉀95.5 mg/kg，pH 7.82。供試小麥品種為揚(yáng)麥18，水稻品種為鎮(zhèn)稻10號(hào)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)6個(gè)處理: 1)不施氮對(duì)照(N0); 2)習(xí)慣施肥(根據(jù)當(dāng)時(shí)農(nóng)民的習(xí)慣施肥量); 3)緩釋氮肥處理Ⅰ(20%普通尿素+80%國(guó)產(chǎn)硫包衣尿素); 4)緩釋氮肥處理Ⅱ(20%普通尿素+80%進(jìn)口樹脂包膜尿素); 5)緩釋氮肥處理Ⅲ(普通尿素+0.8%NAM抑制劑，充分混勻); 6)緩釋氮肥處理Ⅳ(普通尿素+0.8%NAM抑制劑，充分混勻)。每個(gè)處理重復(fù)3次。NAM是長(zhǎng)效氮肥添加劑，主要成分是硝化抑制劑和脲酶抑制劑。試驗(yàn)各處理具體施肥量見表1。習(xí)慣施肥處理按照農(nóng)民的施肥習(xí)慣施肥，氮肥分基肥和追肥多次施用，其它緩釋氮肥處理的氮肥進(jìn)行一次性施肥。小區(qū)設(shè)計(jì)、其他養(yǎng)分施用量、水分和田間管理等具體措施同文獻(xiàn)[11]。小區(qū)面積為20 m2(2.5 m×8 m)，每小區(qū)和區(qū)組之間均筑田埂隔離，四周設(shè)保護(hù)行。麥季采取條播方式精量播種，每小區(qū)播種行數(shù)、播種量一致。氮肥為普通尿素，磷肥為普鈣，鉀肥為硫酸鉀。稻麥2季磷、鉀肥均一次性以基肥施入。麥季氮肥基蘗肥70%，拔節(jié)孕穗肥30%(追肥時(shí)間分別為2010年4月10日和2011年4月13日); 稻季氮肥基肥40%、蘗肥20%、穗肥25%、粒肥15%，基肥時(shí)間分別為2010年6月11日和2011年6月17日，追肥時(shí)間分別為2010年6月25日、8月25日、9月10日和2011年6月30日、8月30日、9月12日。小麥季分別于2009年10月12日和2010年10月15日播種，播種量135 kg/hm2，下年6月10日收獲。水稻季于5月24日育秧，分別于2010年6月13 日和2011年6月15月移栽，行距30 cm，株距13.5 cm，每公頃24.6萬(wàn)穴。水分及其他田間管理均采用農(nóng)民常規(guī)管理方式。

表1　試驗(yàn)各處理的稻麥輪作周年施肥量情況

注(Note): 減氮(%)和減磷(%)是根據(jù)稻麥輪作周年施肥量相對(duì)于習(xí)慣施肥量計(jì)算得出The percentages of N and P reduction are calculated on the basis of annual fertilizer amounts of the accustomed fertilization.

1.3分析項(xiàng)目與方法

土壤有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀容量法; 堿解氮用堿解擴(kuò)散法; Olsen-P用0.5 mol/L (pH 8.5) NaHCO3溶液浸提—鉬藍(lán)比色法; 速效鉀用1 mol/L NH4OAc浸提—火焰光度法測(cè)定; 土壤pH用電位法(水土比2.5 ∶1)測(cè)定[12]。

1.4數(shù)據(jù)處理

氮肥利用率(REN，%)=(施氮區(qū)地上部吸氮量-不施氮區(qū)地上部吸氮量)/施氮量×100;

氮肥農(nóng)學(xué)利用率(AEN，kggrain/kgN)=(施氮區(qū)子粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)子粒產(chǎn)量)/施氮量;

氮肥偏生產(chǎn)力(PFPN，kggrain/kgN)= 施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量;

原始“偶像崇拜”是對(duì)被賦予神靈意味的象征物的崇拜；新型“偶像崇拜”多是對(duì)人的崇拜。隨著社會(huì)的發(fā)展，“偶像崇拜者”已經(jīng)被“追星族”、“粉絲”等概念代替。本文所探討的“偶像崇拜”主要是因“明星崇拜”出現(xiàn)的粉絲現(xiàn)象，以及粉絲社群對(duì)粉絲形象的重塑。

土壤氮素表觀平衡=氮肥投入量-作物收獲帶走氮量

其中，肥料投入量包括化肥投入量，作物帶走的氮量=經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量×[1-經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量樣品含水量(%)]×經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量樣品的氮含量+廢棄物量×[1-廢棄物樣品含水量(%)]×廢棄物樣品的氮含量。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS11.5統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理，鄧肯檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較。

2　結(jié)果與分析

2.1不同緩釋氮肥處理對(duì)稻麥產(chǎn)量的影響

表2不同緩釋氮肥處理的稻麥各季產(chǎn)量(kg/hm2)

Table 2Seasonal grain yields of different slow-release N fertilizers in the wheat and rice rotation system

處理Treatment20102011小麥Wheat水稻Rice小麥Wheat水稻Rice不施氮N03434b06100c03243b4617dab習(xí)慣施肥Customfertilizer6967a10351a07950a9250aab緩釋氮肥ⅠSlow-releasefertilizerⅠ6500a09567b07450a8317cab緩釋氮肥ⅡSlow-releasefertilizerⅡ6617a09884ab7500a8634abc緩釋氮肥ⅢSlow-releasefertilizerⅢ6017a10184a07794a8484bca緩釋氮肥ⅣSlow-releasefertilizerⅣ6134a10234a07850a9084abc

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

與習(xí)慣施肥相比，2010年和2011年4個(gè)緩釋氮肥處理對(duì)小麥產(chǎn)量均無顯著影響(表2)。說明在目前試驗(yàn)條件下，采用緩釋氮肥，連續(xù)兩年減氮24%，不會(huì)顯著降低小麥產(chǎn)量。水稻與小麥的情況不同，與習(xí)慣施肥比較，2010年和2011年緩釋氮肥處理Ⅰ的水稻產(chǎn)量顯著降低，2011年緩釋氮肥處理Ⅲ的水稻產(chǎn)量顯著降低，其他緩釋肥處理與習(xí)慣施氮處理之間無顯著差異。緩釋氮肥處理Ⅰ是國(guó)產(chǎn)硫包衣尿素，緩釋氮肥處理Ⅱ?yàn)檫M(jìn)口樹脂包衣尿素，表明進(jìn)口樹脂包衣尿素在水稻上的效果優(yōu)于國(guó)產(chǎn)硫包衣尿素。緩釋氮肥處理Ⅲ和Ⅳ均使用普通尿素和NAM添加劑，緩釋氮肥處理Ⅲ比緩釋氮肥處理Ⅳ減氮量多13.5個(gè)百分點(diǎn)，因此在使用NAM添加劑時(shí)，過多地降低氮肥用量，也會(huì)降低第二季水稻產(chǎn)量。

表3　不同緩釋氮肥處理對(duì)稻麥周年總產(chǎn)量的影響(kg/hm2)

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

2.2不同緩釋氮肥處理對(duì)稻麥輪作周年作物吸氮量和氮肥利用率的影響

第一周年緩釋氮肥Ⅱ的氮肥農(nóng)學(xué)利用率顯著高于緩釋氮肥Ⅳ和習(xí)慣施肥處理，其他處理之間差異不顯著; 第二周年緩釋氮肥處理Ⅱ和Ⅲ的氮肥農(nóng)學(xué)利用率顯著高于習(xí)慣施肥處理，其他處理之間無顯著差異。第一周年緩釋氮肥處理Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的氮素偏生產(chǎn)力均顯著高于緩釋氮肥Ⅳ和習(xí)慣施肥處理，但前三者之間無顯著差異，緩釋氮肥Ⅳ和習(xí)慣施肥處理之間的氮素偏生產(chǎn)力差異不顯著。第二周年所有緩釋氮肥處理的氮素偏生產(chǎn)力均顯著高于習(xí)慣施肥處理，緩釋氮肥Ⅳ在所有緩釋氮肥處理中的氮素偏生產(chǎn)力最低。總體來看，緩釋氮肥處理Ⅱ和Ⅲ的氮肥利用率較高，對(duì)環(huán)境的影響相對(duì)較小。2.3不同緩釋氮肥處理對(duì)第二周年稻麥?zhǔn)斋@后土壤養(yǎng)分含量的影響

分析不同緩釋氮肥處理對(duì)第二周年稻麥?zhǔn)斋@后土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮和有效磷含量的影響(表5、表6)。可以看出，與不施氮處理相比，緩釋氮肥處理Ⅰ和Ⅱ顯著降低了小麥?zhǔn)斋@后的土壤pH(表5)，緩釋氮肥處理Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ顯著降低了水稻收獲后的土壤pH(表6)，但是習(xí)慣施肥與不施氮處理之間pH無顯著差異。這表明緩釋氮肥比習(xí)慣施肥有加重土壤酸化的趨勢(shì)，其具體原因尚不清楚。有機(jī)質(zhì)在不同施肥處理之間的差異較小，其中小麥?zhǔn)斋@后習(xí)慣施肥處理和緩釋氮肥處理I的土壤有機(jī)質(zhì)含量較低(表5)，水稻收獲后不同處理之間土壤有機(jī)質(zhì)含量無顯著差異(表6)。小麥?zhǔn)斋@后，緩釋氮肥處理Ⅱ和Ⅲ的土壤堿解氮含量較低，而緩釋氮肥處理Ⅳ的土壤堿解氮含量較高，其他處理居中(表5); 水稻收獲后，習(xí)慣施肥和緩釋氮肥處理Ⅰ土壤堿解氮含量顯著高于其它處理(表6)。土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量一般在長(zhǎng)期多年試驗(yàn)條件下才會(huì)觀察出有規(guī)律的變化，目前試驗(yàn)條件下的一些差異可能是因?yàn)橐恍╅g接原因?qū)е碌摹Ｅc習(xí)慣施肥比較，稻、麥兩季其他所有處理都顯著降低了土壤有效磷含量(表5、表6)，這與這些處理的磷肥施用量較低有關(guān)(表1)。結(jié)果表明，不同緩釋氮肥處理之間在對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響方面沒有明顯規(guī)律。

表4　不同緩釋氮肥處理對(duì)周年吸氮量和氮肥利用率的影響

注(Note): TN—Total amount of N absorption; REN—Recovery efficiency of N; AEN—Agronomic efficiency of N; PFPN—Partial factor productivity of N. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

表5　不同緩釋氮肥處理對(duì)第2周年小麥?zhǔn)斋@后土壤養(yǎng)分的影響

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

2.4不同緩釋氮肥處理對(duì)稻麥輪作周年土壤養(yǎng)分表觀平衡的影響

土壤養(yǎng)分表觀平衡是衡量施肥狀況的指標(biāo)之一。通過對(duì)不同緩釋氮肥處理二周年稻麥輪作的氮累積投入和作物氮攜出的差值來計(jì)算土壤養(yǎng)分和表觀平衡(表7)。可以看出，除不施氮處理氮虧缺外，其余處理均表現(xiàn)為氮盈余。其中習(xí)慣施肥處理的氮盈余量均顯著高于其他緩釋肥處理。緩釋肥處理Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ的氮盈余量無顯著差異，緩釋肥處理Ⅲ的氮盈余量顯著低于緩釋肥處理Ⅰ和Ⅳ。緩釋肥處理Ⅲ的氮盈余量與Ⅱ無顯著差異。說明4種緩釋氮肥中緩釋氮肥處理Ⅲ(普通尿素+0.8%NAM抑制劑，充分混勻)有利于作物吸收氮，使氮養(yǎng)分盈余更少，可減少對(duì)土壤環(huán)境的不良影響。

3　討論

表6　不同緩釋氮肥處理對(duì)第2周年水稻收獲后土壤養(yǎng)分的影響

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

表7　小麥和水稻輪作2周年氮養(yǎng)分表觀平衡(kg/hm2)

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

兩季小麥產(chǎn)量在4個(gè)緩釋氮肥之間均無顯著差異，但是兩季水稻產(chǎn)量在4個(gè)緩釋氮肥之間具有顯著差異。對(duì)于包膜肥料來說，國(guó)產(chǎn)硫包衣尿素(緩釋氮肥處理Ⅰ)降低了第一季水稻產(chǎn)量，而樹脂包膜尿素(緩釋氮肥處理Ⅱ)沒有降低第一季水稻產(chǎn)量，說明后者在水稻上效果優(yōu)于前者。因此，選擇合適的包膜材料對(duì)于水稻產(chǎn)量至關(guān)重要。關(guān)于NAM(主要成分為硝化抑制劑和脲酶抑制劑)的效果，減氮24.3%的緩釋氮肥處理Ⅲ降低了第二季水稻產(chǎn)量，而減氮10.8%的緩釋氮肥處理Ⅳ沒有明顯降低第二季水稻產(chǎn)量，二者均添加了0.8%的 NAM，說明前者供應(yīng)的氮不能滿足水稻生長(zhǎng)。因此，添加NAM時(shí)，過量減氮會(huì)造成水稻減產(chǎn)。以前大量研究結(jié)果表明，緩釋或控釋氮肥在單季水稻上能夠增產(chǎn)，減少氮的損失，提高氮肥利用率[7-8, 20-25]。但是，該稻麥兩周年試驗(yàn)結(jié)果說明不同的緩釋氮肥類型在水稻上的肥效不一樣，有些緩釋肥存在減產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該區(qū)別對(duì)待。另外，以前的研究大都比較了等氮量的控釋肥與普通尿素之間肥效的差異。然而，由于緩/控釋氮肥成本一般高于普通尿素，所以即使等氮量的緩/控釋肥在水稻上的肥效高于普通尿素，在實(shí)際中也會(huì)因?yàn)閮r(jià)格原因推廣起來較為困難。由于稻田土壤本身淹水，硝化能力比較弱，再加上水稻苗期需要充足的氮肥來促進(jìn)分蘗，所以研究者認(rèn)為水稻緩/控釋氮肥在苗期的氮素釋放速率不能過低，否則會(huì)引起苗期氮素供應(yīng)不足，限制水稻苗期早發(fā)或分蘗，最終有可能導(dǎo)致減產(chǎn)。根據(jù)以上不同緩釋肥對(duì)產(chǎn)量的影響，結(jié)合肥料利用率和土壤養(yǎng)分平衡結(jié)果進(jìn)行綜合分析，認(rèn)為進(jìn)口樹脂包膜尿素減氮24.3%和國(guó)產(chǎn)尿素加NAM(主要成分為硝化抑制劑和脲酶抑制劑)減氮10.8%，在保持稻麥輪作中的作物產(chǎn)量、提高氮肥利用率和減少氮的損失方面具有一定優(yōu)勢(shì)。

4　結(jié)論

1)4種緩釋氮肥減施24.3%或10.8%均沒有降低兩季小麥的產(chǎn)量，4種緩釋氮肥適合于該區(qū)域稻麥輪作體系中在小麥季施用，實(shí)現(xiàn)“不降低小麥產(chǎn)量下降低施氮量”的目的，但是能否長(zhǎng)期減量，仍值得進(jìn)一步研究。

2)不同類型緩釋氮肥減施對(duì)水稻產(chǎn)量影響存在差異。其中進(jìn)口樹脂包膜尿素減氮24.3%和國(guó)產(chǎn)尿素加NAM(長(zhǎng)效氮肥添加劑)減氮10.8%沒有降低兩季水稻產(chǎn)量，但是國(guó)產(chǎn)硫包衣尿素和國(guó)產(chǎn)尿素加NAM減氮24.3%兩個(gè)處理降低了水稻產(chǎn)量。因此，選擇適宜的緩釋氮肥，對(duì)于稻麥輪作體系水稻季緩釋肥減施技術(shù)非常關(guān)鍵，不適宜的緩釋氮肥減施對(duì)水稻有減產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。

3)雖然不同緩釋氮肥減施在產(chǎn)量效應(yīng)上存在差異，但是與習(xí)慣施氮相比，均提高了第一和第二周年的氮肥利用率，降低了氮在土壤中的殘留，說明緩釋氮肥在提高肥料利用率和降低氮的環(huán)境效應(yīng)上具有一定的優(yōu)勢(shì)。

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Effects of slow-released nitrogen fertilizers with different application patterns on crop yields and nitrogen fertilizer use efficiency in rice-wheat rotation system

XU Xian-ju, MA Hong-bo, NING Yun-wang, WANG Ji-dong, ZHANG Yong-chun*

(InstituteofAgriculturalResourceandEnvironment,JiangsuAcademyofAgriculturalSciences/ScientificObservingandExperimentalStationofArableLandConservation(Jiangsu),MinistryofAgriculture,Nanjing210014,China)

【Objectives】Rice-wheat rotation is one of the most important agricultural cultivation systems in China where large amounts of fertilizer are applied. Yield increases of rice and wheat, decrease of fertilizer application amount, and increase of fertilizer use efficiency can benefit from research on application patterns and methods of various fertilizers in such rice-wheat rotation regions. Slow-released fertilizers as nutrient-efficient and environment-friendly fertilizers have been extensively reported to function in increasing yields and fertilizer use efficiencies in various crop species. However, less attention is paid to effects of slow-released fertilizers in crop rotation system, especially rice-wheat rotation system which is the most important rotation system in southern China. 【Methods】Here, the effects of different slow-released fertilizers on the yields of rice and wheat, the use efficiency of nitrogen fertilizer, the contents of soil nutrients, and the soil nitrogen balance were studied through a two-year field plot experiment of the rice-wheat rotation. There were six experimental treatments including no nitrogen, custom fertilizer, slow-release fertilizer Ⅰ (20% common urea + 80% sulfur coated urea), slow-release fertilizer Ⅱ (20% common urea + 80% polymer coated urea), slow-release fertilizer Ⅲ (common urea + 0.8% NAM) and slow-release fertilizer Ⅳ (common urea + 0.8% NAM). Among them, the nitrogen application amounts of the slow-release fertilizer Ⅰ, slow-release fertilizer Ⅱ and slow-release fertilizer Ⅲ were reduced by 24.3%, and the nitrogen application amount of slow-release fertilizer Ⅳ was reduced by 10.8%. 【Results】Compared with the no nitrogen application, all treatments with the nitrogen application increase the yields of wheat and rice in every year. Among these treatments, the custom fertilizer shows the highest yield increases. The effects of the fertilizer are more significant on wheat than on rice and in the second year than in the first year. Compared with the accustomed fertilization application, the decreases of the N application by 24.3% or 10.8% do not decrease wheat yields in two seasons for all investigated slow-released fertilizers, and the reductions of the nitrogen application by 24.3% using polymer coated urea and by 10.8% using common urea + NAM also do not decrease rice yields in two seasons. However, when the N application of slow-released fertilizers is reduced by 24.3%, the rice yields are decreased in the second season using the common urea + NAM, and in two seasons using the sulfur coated urea. The nitrogen fertilizer use efficiencies of all investigated slow-released fertilizers are higher than those of the accustomed fertilization application, and at the same time, there is less soil remaining nitrogen in the all treatments of the slow-release fertilizers compared with the accustomed fertilization application. Among 4 slow-release fertilizers, the slow-release fertilizer Ⅲ shows higher nitrogen fertilizer use efficiency and less soil remaining nitrogen, indicating its potential in the rice-wheat rotation system for increasing nitrogen use efficiency and decreasing nitrogen loss. No obvious change patterns are found in the effects of different slow-released fertilizers on soil nutrient contents.【Conclusions】These results suggest that, in the present condition of the rice-wheat rotation system, the slow-released fertilizers exhibit better effects on wheat than on rice, as the reduction of N application amount for some slow-released fertilizers decreases rice yields. Thus, it seems necessary to research and develop the specific slow-released fertilizers suitable for rice.

rice-wheat rotation; slow-released fertilizer; N reduction; yield; soil nutrients

2014-09-28接受日期: 2015-01-26網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2015-07-17

江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新引導(dǎo)資金項(xiàng)目[CX(15)1004]; 公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201003014-1-2); 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41201278); 上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)科研計(jì)劃項(xiàng)目(14395810602)資助。

許仙菊(1976—)，女，山西絳縣人，博士，副研究員，主要從事土壤質(zhì)量管理方面的研究。

Tel: 025-84391171, E-mail: xuxianju76@163.com。 *通信作者Tel: 025-84390242, E-mail: yczhang66@sina.com

S344.1; S145.6

A

1008-505X(2016)02-0307-10