腐植酸功能性肥料在水稻上的應(yīng)用研究

張博文 趙 淼 田玉華 喬 生 邢嘉語 馮廣祥 尹 斌*( 中國科學(xué)院南京土壤研究所土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京 200082 中國科學(xué)院大學(xué) 北京 00049 北京澳佳生態(tài)農(nóng)業(yè)股份有限公司 北京 005)

腐植酸功能性肥料在水稻上的應(yīng)用研究

張博文1，2趙 淼1，2田玉華1喬 生3邢嘉語3馮廣祥3尹 斌1*
(1 中國科學(xué)院南京土壤研究所土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京 210008
2 中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049
3 北京澳佳生態(tài)農(nóng)業(yè)股份有限公司 北京 101105)

采用田間小區(qū)試驗(yàn)，以普通尿素為對照，在不同施氮量和施肥次數(shù)條件下，探究腐植酸功能性肥料(腐植酸尿素)在太湖流域水稻上的應(yīng)用效果。研究表明，在常熟推薦施氮量255 kg/hm2情況下，腐植酸尿素分兩次施用的水稻產(chǎn)量和氮肥利用率均高于普通尿素分兩次和三次施用，水稻產(chǎn)量分別增加了8.75%和5.06%，氮肥利用率平均提高了10.18%，但在高施氮量和低施氮量時(shí)，水稻產(chǎn)量低于相應(yīng)普通尿素處理，但差異不顯著；腐植酸尿素處理降低了稻田田面水銨氮濃度，從而降低氮素向大氣(主要以氨揮發(fā)途徑)和水體(主要指徑流)遷移的風(fēng)險(xiǎn)。因此，腐植酸尿素在太湖流域高產(chǎn)水稻田上選擇適宜施氮量255 kg/hm2具有較好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

腐植酸尿素 水稻 產(chǎn)量 氮肥利用率 田面水銨態(tài)氮

尿素作為一種常規(guī)氮肥被大量施用于稻田，尿素施入后迅速分解轉(zhuǎn)化，但水稻短時(shí)間內(nèi)不能充分吸收，尿素通過氨揮發(fā)、徑流、淋溶、硝化-反硝化等途徑遷移到環(huán)境中［1]。前人大量研究表明，土壤中施用氫醌、二氨苯磷酸鹽等脲酶抑制劑，可抑制脲酶活性，提高氮肥利用率。但由于大多抑制劑在工藝、污染、價(jià)格等方面的原因未能被推廣使用。腐植酸作為一種復(fù)雜的有機(jī)芳香羧酸高分子混合物，具有較強(qiáng)的親水、離子交換、絡(luò)合和吸附能力。研究發(fā)現(xiàn)，高分子腐植酸在抑制脲酶活性以及降低氮素釋放速率方面具有良好的效果［2]。腐植酸尿素可以提高氮素利用率，具有改良土壤、來源廣、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊［3]，但其在太湖流域水稻上的應(yīng)用研究還鮮有報(bào)道。

為探究腐植酸尿素在太湖流域水稻上的施用效果，本文通過田間小區(qū)試驗(yàn)在太湖流域水稻土(烏柵土)上研究了腐植酸尿素對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、田面水銨態(tài)氮、氮肥利用率和土壤氮素的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)基本情況

1.1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)在江蘇省常熟市中國科學(xué)院常熟農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站進(jìn)行。

1.1.2 試驗(yàn)材料

供試肥料：腐植酸尿素(N≥44%，總腐植酸含量≥2%)，由北京澳佳生態(tài)農(nóng)業(yè)股份有限公司提供的腐植酸包裹肥(商品名：烏金囊)，是一種以腐植酸與改性膠原蛋白為包膜材料的新型緩釋肥料。磷鉀肥[過磷酸鈣(含P2O512%)，氯化鉀(含K2O 60%)]均以基肥一次性施入，各處理的磷鉀肥用量保持一致。

1.1.3 供試作物

水稻，品種為“常優(yōu)2號”。

1.1.4 供試土壤

供試土壤為烏柵土，其基本理化性狀見表1。

表1 供試土壤基本理化性狀Tab.1 The basic physicochemical properties of the tested soil

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 水稻小區(qū)試驗(yàn)

試驗(yàn)共設(shè)10個(gè)處理，無氮處理(CK)，腐植酸尿素(F)，普通尿素(U)，三個(gè)施氮梯度[4，5](高施氮量300 kg/hm2、減氮15%的當(dāng)?shù)赝扑]施氮量255 kg/hm2、減氮30%的低施氮量210 kg/hm2)，其中腐植酸尿素處理均為兩次施肥，普通尿素處理分為兩次施肥和三次施肥(表2)。每個(gè)處理3次重復(fù)，共30個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積35 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。

1.2.2 水稻田間管理

在前茬土壤耕翻后灌少量水，均勻撒施基肥，再與土壤耙混、整平，然后灌水栽秧，分蘗肥和穗肥“以水帶氮”施入[6]。2015年6月24日施基肥插秧，7月9日施分蘗肥，8月16日施穗肥，11月3日收獲考種計(jì)產(chǎn)。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 田面水銨態(tài)氮

氮肥施入后10天內(nèi)，每天上午8：00采集田面水樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室過濾，測定田面水中的銨態(tài)氮(靛酚藍(lán)比色法)濃度。

1.3.2 土壤速效氮

水稻收獲后測定各處理水稻耕層(0～20 cm)土壤速效氮(銨態(tài)氮、硝態(tài)氮)含量。土壤速效氮采用2 mol/L氯化鉀提取后，過濾，其中銨態(tài)氮采用靛酚藍(lán)比色法，硝態(tài)氮采用酚二磺酸比色法。

1.3.3 考種

每個(gè)小區(qū)采10穴代表性植株用來考種，考種指標(biāo)為有效穗數(shù)、株高、穗長。

1.3.4 產(chǎn)量及氮肥利用率

對每個(gè)小區(qū)進(jìn)行單獨(dú)收割-脫粒-風(fēng)干-測產(chǎn)，70 ℃烘干至恒重，分別稱量干物重后粉碎，采用凱氏定氮法測定植株中的全氮含量，用以下公式計(jì)算氮肥利用率：

氮肥利用率=(施氮處理水稻吸氮量-空白區(qū)水稻吸氮量)/施氮量

表2 試驗(yàn)處理方案Tab.2 The experimental treatment scheme kg/hm2

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算及分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Origin 9.1制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量和施氮模式對水稻株高、穗長和有效穗數(shù)的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)255-2和F210-2處理水稻株高分別比等施氮量U255和U210處理平均降低3.90%和5.04%(表3)，腐植酸尿素在適宜施氮量和低氮量條件下對水稻株高有降低的趨勢，但差異不顯著。水稻植株較矮，可提高水稻抗倒伏能力，對水稻穩(wěn)產(chǎn)提供了有利條件。而等施氮量下水稻穗長，各施氮處理差異不明顯。在高施氮量時(shí)，F(xiàn)300-2處理有效穗數(shù)比等氮量尿素高20.03%，差異顯著；但是在適宜施氮量和低氮量條件下，腐植酸尿素處理和普通尿素處理差異不顯著。

2.2 不同施氮量和不同施氮模式對水稻產(chǎn)量、吸氮量、氮肥利用率的影響

2.2.1 對水稻產(chǎn)量的影響

水稻產(chǎn)量測定結(jié)果(表4)表明，與對照比，施氮顯著增加水稻產(chǎn)量。在施氮量300 kg/hm2時(shí)，各試驗(yàn)處理(F300-2、U300-2和U300-3)產(chǎn)量無顯著差異；在當(dāng)?shù)赝扑]施氮量255 kg/hm2時(shí)，F(xiàn)255-2較U255-2和U255-3處理均有不同程度增產(chǎn)，增產(chǎn)率分別為8.75%和5.06%；在施氮量210 kg/hm2時(shí)(F210-2、U210-2和U210-3)，以U210-3處理產(chǎn)量最高，為10155.56 kg/hm2，說明在低施氮量時(shí)，分三次施肥能增加作物產(chǎn)量，但要增加施肥的人工成本。綜上可見，腐植酸尿素在適宜施氮量條件下，能夠顯著增加水稻產(chǎn)量。

2.2.2 對水稻地上部吸氮量和氮肥利用率的影響

水稻秸稈吸氮量測定結(jié)果(表4)表明，普通尿素處理中，相同施肥次數(shù)條件下，秸稈的吸氮量隨施氮量的增加而增加，而腐植酸尿素處理中，在高施氮量300 kg/hm2時(shí)，并未出現(xiàn)植株吸氮量增加，反而有所降低，這可能與腐植酸肥料中的腐植酸添加物有關(guān)，而植株內(nèi)可溶性含氮物質(zhì)含量的增加，可降低水稻抗病蟲害和抗倒伏能力，后期尿素高施氮量300 kg/hm2出現(xiàn)倒伏情況，腐植酸尿素在這方面有減緩作用。而在推薦施氮量255 kg/hm2和低施氮量210 kg/hm2時(shí)，腐植酸尿素處理的秸稈與等氮量尿素相比吸氮量增加，有效促進(jìn)了植株生長。

表3 不同施氮量和施氮模式對水稻株高、穗長和有效穗數(shù)的影響Tab.3 Effect of N application rate and forms on the plant height, ear length and eff cient panicle of rice

表4 不同施氮量和不同施氮模式對水稻產(chǎn)量、吸氮量和氮肥利用率的影響Tab.4 Effect of N application rate and forms on rice yields, N uptake and nitrogen use eff ciency

對籽粒含氮量的結(jié)果(表4)分析表明，在當(dāng)?shù)赝扑]施氮量255 kg/hm2時(shí)，F(xiàn)255-2處理籽粒吸氮量比U255-2和U255-3處理顯著高出6.02%和 15.65%。在高施氮量300 kg/hm2，腐植酸尿素和普通尿素處理之間籽粒吸氮量沒有顯著差異。綜上可見，在適宜施氮量時(shí)，腐植酸尿素促進(jìn)了籽粒吸氮量的提高。

對水稻氮素肥利用率測定結(jié)果(表4)進(jìn)行分析可知，在高施氮量300 kg/hm2和低施氮量210 kg/hm2條件下，等氮量不同肥料品種和施肥模式的水稻植株地上部吸氮量無顯著差異，而在推薦施氮量255 kg/hm2下，F(xiàn)255-2處理地上部植株吸氮量顯著高于U255-2和U255-3處理。在推薦施氮量255 kg/hm2和低施氮量210 kg/hm2時(shí)，腐植酸尿素的氮肥利用率均高于普通尿素兩次施用和普通尿素三次施用的處理，氮肥利用率提高幅度為5.99%～10.60%。特別是在推薦施氮量255 kg/hm2時(shí)，氮肥利用率分別提高9.76%、10.60%。由此表明，腐植酸尿素在水稻上選擇適宜施氮量很重要。

2.3 不同施氮量和不同施氮模式對水稻收獲后土壤速效氮的影響

收獲后土壤速效氮含量情況反映著土壤氮素供應(yīng)以及盈余狀況，對不同施氮量和施氮模式下水稻收獲后土壤速效氮的測定數(shù)據(jù)(表5)分析可知，各處理銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均較低，且處理間差異不明顯。但是從趨勢上看，腐植酸尿素各處理(F300-2、F255-2、F210-2)土壤無機(jī)氮含量大都低于普通尿素的相應(yīng)處理，特別是土壤銨態(tài)氮，這可能與腐植酸尿素含有腐植酸類螯合物質(zhì)能增強(qiáng)土壤對無機(jī)氮的固持有關(guān)。土壤無機(jī)氮含量降低，可減少農(nóng)田氮素向環(huán)境中的釋放。

表5 不同施氮量和不同施氮模式對水稻收獲后土壤速效氮的影響Tab.5 Effect of N application rate and forms on the soil available N after rice harvested mg/kg

2.4 不同施氮量和不同施氮模式對田面水銨態(tài)氮

濃度的影響

稻田施肥后，田面水銨態(tài)氮濃度指示著氮肥向環(huán)境中損失的風(fēng)險(xiǎn)程度，氨揮發(fā)通量與其呈線性正相關(guān)［7］。田面水銨態(tài)氮濃度越高，則氮素向大氣(氨揮發(fā))和水體(徑流)遷移的風(fēng)險(xiǎn)越高。基肥時(shí)期，由于施肥采用表層土混施后灌水的方式以及施肥后降雨頻繁，田面水銨態(tài)氮濃度顯著低于后期追肥(圖1)。穗肥期F255-2和F210-2處理田面水銨態(tài)氮濃度明顯低于U255-2和U210-2處理。

圖1 不同處理對田面水銨態(tài)氮濃度動態(tài)變化的影響Fig.1 Dynamic change ofN in f ooded water for different treaments

由此可見，在適宜施氮量和低施氮量條件下，腐植酸肥料可降低田面水銨態(tài)氮濃度，進(jìn)而減少氨揮發(fā)通量，這可能與腐植酸抑制了脲酶活性有關(guān)，與雋英華等研究結(jié)果一致［2］。

3 結(jié)論

(1) 從以腐植酸包膜材料生產(chǎn)的腐植酸功能性肥料(腐植酸尿素)在太湖流域水稻栽培上的應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果來看，腐植酸尿素分兩次施用與普通尿素分兩次和三次施用相比，在推薦施氮量255 kg/hm2下，有矮化水稻植株的趨勢，能增加有效穗數(shù)，氮肥利用率分別提高9.76%和10.60%，水稻分別增產(chǎn)8.75%和5.06%。

(2) 不同氮肥種類、施氮量以及施肥次數(shù)均對水稻產(chǎn)量和氮肥利用率產(chǎn)生影響，以減少氮肥施用量、人工投入和保障水稻產(chǎn)量為前提，在太湖流域腐植酸功能性肥料為我們提供了良好的選擇。

(3) 在推薦施氮量和低施氮量條件下，施用腐植酸尿素的田面水銨態(tài)氮濃度明顯保持相對較低水平，從而降低氮素向大氣(氨揮發(fā))和水體(徑流)遷移的風(fēng)險(xiǎn)，具有較好的環(huán)境效益。

[ 1 ]朱兆良. 農(nóng)田中氮肥的損失與對策[J]. 土壤與環(huán)境，2000，(1)：1～6

[ 2 ]雋英華，陳利軍，武志杰，等. 尿素氮形態(tài)轉(zhuǎn)化對腐殖酸的響應(yīng)[J]. 土壤通報(bào)，2011，(1)：112～116

[ 3 ]李兆君，馬國瑞. 腐殖酸尿素的制造及其增產(chǎn)作用機(jī)理的研究近況[J]. 土壤通報(bào)，2004，(6)：799～801

[ 4 ]Qiao J., Yang L., Yan T., et al.. Nitrogen fertilizer reduction in rice production for two consecutive years in the Taihu Lake area[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2012, 146: 103～112

[ 5 ]Hofmeier M., Roelcke M., Han Y., et al.. Nitrogen management in a rice–wheat system in the Taihu Region: recommendations based on fi eld experiments and surveys[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2015, 209: 60～73

[ 6 ]朱兆良. 稻田節(jié)氮的水肥綜合管理技術(shù)的研究[J]. 土壤，1991，(5)：241～24

[ 7 ]敖玉琴，張維，田玉華，等. 脲胺氮肥對太湖地區(qū)稻田氨揮發(fā)及氮肥利用率的影響[J]. 土壤，2016，(2)：248～253

Study of Humic Acid Functional Fertilizer Application on Rice

Zhang Bowen1,2, Zhao Miao1,2, Tian Yuhua1, Qiao Sheng3, Xing Jiayu3, Feng Guangxiang3, Yin Bin1*
(1 Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Nanjing, 210008
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100049
3 Beijing Aojia Ecological Agriculture Co. Ltd., Beijing, 101105)

A fi eld plot experiment was conduct in Taihu Lake region to study the effects of humic acid functional fertilizer (humic acid urea) application on rice, with conventional urea as control, under the condition of different nitrogen rate and fertilization times. The results showed that at the N application rate of 255 kg/hm2in Changshu, humic acid urea applied twice increased rice yield and nitrogen fertilizer use eff i ciency compared with conventional urea with two or three times of application. Rice yield was increased by 8.75% and 5.06%, while nitrogen fertilizer use eff i ciency was average increased by 10.18%. However the yield of rice was lower than the corresponding urea treatment in high and low N application rate. There were no signif i cant differences of grain yield among them. Furthermore, humic acid urea treatment reduced the water concentration of ammonium nitrogen in rice fi eld, thus reducing the risk of N into the atmosphere (mainly ammonia volatilization), and the risk of water (runoff) migration. Therefore, the appropriate N application rate was 255 kg/hm2of humic acid urea on high yield rice paddies in Taihu Lake region had good environmental and economic benef i ts.

humic acid urea; rice; yield; nitrogen fertilizer use eff i ciency; ammonium nitrogen of the surface water

TQ314.1，TQ444.6

1671-9212(2017)01-0022-06

A

10.19451/j.cnki.issn1671-9212.2017.01.003

北京澳佳生態(tài)農(nóng)業(yè)股份有限公司和科技支撐計(jì)劃(項(xiàng)目編號2012JZ0003)。

2016-07-12

張博文，男，1990年生，在讀碩士研究生，主要從事土壤氮素循環(huán)與環(huán)境污染控制技術(shù)研究。*通訊作者：尹斌，男，研究員/博士生導(dǎo)師，E-mail：byin@issas.ac.cn。