不同控釋氮肥運籌對粳稻養分吸收與氮素利用的影響

呂思琪 張迪徐文越 陸磊 許芳維

（東北農業大學資源與環境學院，哈爾濱 150030；第一作者：lsq120＠126.com；*通訊作者：zhangdi6283＠neau.edu.cn）

粳稻作為我國重要的糧食作物，需求量位于糧食作物之首，對我國的糧食安全起著非常重要的作用[1]。而保證作物養分充足供應是提高糧食產量的重要措施之一。在提高粳稻單產中，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，但并沒有帶來粳稻產量的持續提高[3]。究其原因，主要是氮肥的利用率偏低（23.1%～34.2%）[4]。通過改進肥料配比和施肥技術、改性化學肥料以及調節施肥與其他農業措施的關系是提高氮肥利用率的主要技術手段之一[5-6]。控釋技術是最有前途和潛在效率最高的提高氮肥利用率的技術[7]。

據調查顯示，控釋氮肥的施入可顯著提高氮肥利用率15.0%～35.0%[8]。但控釋氮肥釋放速率的快慢對水稻生長發育有顯著影響，肥料釋放過程與水稻吸氮過程基本同步的控釋肥才能滿足水稻生產的需要[9]。在水稻規模化全程機械化生產中，利用控釋尿素一次性側深施肥技術是目前最有效且最便捷的途徑。控釋尿素機械側深（5 cm）施用顯著增加了水稻早期分蘗和最高分蘗數，成熟期有效穗數提高15.8%～21.2%、產量增加13.4%～18.7%[10]；根區一次性施氮能夠增加養分在土壤中的貯存時間，肥料氮的損失率從73.0%降至29.7%，氮肥表觀利用率提高 22.6%～30.6%[11]。盡管控釋氮肥能夠提高肥料利用率，增加水稻產量，但控釋氮肥運籌方式能否與粳稻不同生育期養分需求相匹配，尚未見報道。為此，本研究設置了不同控釋氮肥運籌方式，分析比較在不同控釋氮肥運籌下粳稻的氮素利用率和不同時期各種養分積累情況，及不同控釋氮肥運籌對粳稻氮素利用和養分吸收的影響，以探索合理施用控釋氮肥的方式。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試水稻品種為綏粳18，全生育期134 d左右。

供試肥料：氮肥為脲醛樹脂包膜控釋尿素（含N≥45%），控釋期為60 d。磷鉀肥為云天化重過磷酸鈣和硫酸鉀，總磷（P2O5）含量≥46.0%，氧化鉀（K2O）≥50%。

1.2 試驗設計

于2017—2018年在東北農業大學試驗場進行盆栽試驗。5月17日移栽秧苗，9月18日收獲。試驗所用容器為直徑30 cm、高35 cm的塑料桶，裝過篩土15 kg，每個塑料桶插秧5株。試驗設4種氮肥配比，每種氮肥配比設置2個施肥深度，共計8個處理（具體見表1），每個處理設置11個重復。本次試驗采用的施肥方式為利用導管將肥料分別送入距離粳稻主莖5 cm、距離土表面下5 cm和10 cm處。

1.3 樣品采集與處理

于粳稻分蘗期、結實期、成熟期選取長勢均勻并且具有代表性的植株。在室內將粳稻樣品洗凈去根，分為莖葉和穗分別標記裝袋，置于烘箱中。在105℃條件下殺青30 min，再將溫度調至80℃烘干至恒質量，取出后立即稱重。烘干后的樣品用粉碎機粉碎后，按照每個處理設3個平行樣，每份樣品約含粳稻樣品0.100 g的方式稱取樣品。準確記錄各份樣品質量后，用濃硫酸和過氧化氫進行消煮。消煮液冷卻后，加入少許蒸餾水稀釋，待再次冷卻后，定容至50 mL備用。

表1 各處理肥料運籌情況

1.4 測定方法

1.4.1 全氮含量

全氮含量的測定采用凱氏定氮法。用移液槍準確吸取5 mL消煮液于消化管中，利用全自動凱氏定氮儀進行定量分析。

1.4.2 全磷含量

全磷含量的測定采用釩鉬黃比色法。用移液槍準確吸取5 mL消煮液注入25 mL容量瓶中，加入2滴2,6-二硝基酚指示劑，再向其中滴加6 N氫氧化鈉中和至微黃色。然后加入5 mL的釩鉬酸溶液，用蒸餾水定容并搖勻。靜置15 min后，在分光光度計上用450 nm波長進行測定，記錄吸光度，然后根據標準曲線計算所測樣品的磷含量。

1.4.3 全鉀含量

全鉀含量的測定采用火焰光度法。用移液槍準確吸取5 mL消煮液于50 mL錐形瓶中，加入20 mL蒸餾水稀釋。搖勻后，用火焰光度計進行測定并記錄讀數，然后根據標準曲線計算所測樣品的鉀含量。

1.5 數據分析

氮積累量（total N accumulation,TNA）=稻谷產量×稻谷含氮量+稻草產量×稻草含氮量；

氮素收獲指數（N harvest index,NHI）=稻谷吸氮量/氮積累量×100%；

氮肥吸收利用率（N recovery efficiency,NRE）=（施氮區氮積累量-無氮區氮積累量）/施氮量×100%；

氮肥農學利用率（N agronomic efficiency,NAE）=（施氮區稻谷產量-無氮區稻谷產量）/施氮量；

氮肥生理利用率（N physiological efficiency,NPE）=（施氮區稻谷產量-無氮區稻谷產量）/（施氮區氮積累量-無氮區氮積累量）。

利用 WPS 2016、SPSS 25.0等軟件進行數據的處理與分析，利用新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 對氮肥利用的影響

從表2可以看出，在粳稻的生長發育過程中，其植株的氮含量先增加后減少。分蘗期各處理的氮含量在17.19～26.40 g/kg 之間，各處理間無顯著差異；結實期各處理的氮含量增長較大，莖葉的氮含量在12.84～28.75 g/kg之間，且相較于分蘗期略有降低，說明氮素有從莖部向穗部轉移的趨勢，此時穗部氮素含量為8.87～11.93 g/kg；成熟期粳稻的氮素主要分布在穗中，含量為 5.52～8.52 g/kg，與結實期相比，莖葉中氮含量變化較大，降低至 8.87～11.93 g/kg，且以施肥深度為 5 cm組的各處理之間差異較為顯著。

在施肥深度為5 cm組，隨著施氮量的增加，分蘗期和結實期莖葉氮含量呈先增后減的趨勢。其中，分蘗期和結實期氮含量最高的處理均為CGL-5，分別為26.40 g/kg、26.29 g/kg；分蘗期最低的是 CGH-5 處理，為 17.19 g/kg；結實期最低的是 CK-5，為 14.07 g/kg。可見，施用適量氮肥有助于粳稻莖葉在分蘗期和結實期對氮的吸收，但氮肥用量過高可能會對其產生抑制。施肥深度10 cm組分蘗期莖葉氮含量無明顯差異；而結實期莖葉氮含量各處理差異顯著，表現為CGL-10＞CGH-10＞CK-10＞CGM-10，其中，CGM-10 處理（12.84 g/kg）顯著低于 CK-10 處理（20.19 g/kg），原因有待研究。將兩施肥深度對比發現，分蘗期和結實期施肥深度為10 cm組的氮含量基本高于施肥深度為5 cm組。

從圖1可以看出，各處理的氮吸收總量顯著高于對照組（CK-5 21.54 kg/hm2、CK-10 11.97 kg/hm2），說明施用氮肥對提高粳稻氮吸收總量有促進作用。其中，施肥深度5 cm組隨著氮肥用量的增加粳稻的氮吸收總量也在增加，且變化明顯，最高達到42.10 kg/hm2；10 cm組總體也有增長趨勢，但相比5 cm組變化較為緩慢，且CGL-10的氮吸收總量突然升高，分析其原因可能是由于氮肥施用量過少、施肥過深促使粳稻根系生長發達，提高了對氮的吸收能力。對同一施氮量的不同施肥深度進行對比，發現除去CGL外，5 cm施肥深度各處理氮吸收總量均高于10 cm施肥深度組，說明施肥深度對粳稻的氮素吸收存在一定的影響，深度越深對氮素吸收量越少。

表2 不同氮肥運籌對粳稻氮含量的影響 （g/kg）

表3 不同氮肥運籌對粳稻磷含量的影響 （g/kg）

圖1 不同氮肥運籌下成熟期粳稻氮吸收總量

2.2 對磷吸收利用的影響

從表3可以看出，在粳稻的整個生長發育過程中，各處理的磷含量均先增加再減少。分蘗期粳稻磷含量在11.60～22.60 g/kg之間，大部分處理間差異不顯著；結實期粳稻磷含量最高，主要分布在莖葉中，含量在19.48～40.88 g/kg 之間，處理間存在顯著差異；成熟期莖葉中的磷含量大幅度降低至 4.05～7.47 g/kg，處理間無顯著差異。此時穗部磷含量為 5.28～11.07 g/kg，成為整株粳稻磷含量組成的主要部分，各處理間磷含量差異較小。

將處理按照施肥深度分為5 cm組和10 cm組分別進行分析，可以發現，隨著施氮量的增加，兩組粳稻分蘗期和結實期莖葉的磷含量均呈先增后減的趨勢。由表3可以看出，5 cm組分蘗期莖葉磷含量最高的是CGM-5 處理，為 20.67 g/kg，最低的是 CGL-5 處理，為11.60 g/kg，低于對照組CK-5處理，可能是由于土壤本身性質不同導致的早期吸磷量差異；結實期磷含量最高的為CGL-5處理，最低的為CGH-5處理。10 cm組分蘗期和結實期情況相同，莖葉磷含量最高的是CGL-10處理，最低的是CGH-10處理。出現這種情況可能是由于前者施氮量過低激發了粳稻吸取磷素的能力，后者由于施氮量過高對磷的吸收產生了抑制作用。將兩施肥深度對比可以發現，分蘗期和結實期中同一氮肥施用量下5 cm組的含量基本均高于10 cm組的含量。

由圖2可以看出，施用氮肥的各處理在成熟期的磷吸收總量均高于對照組（CK-5為29.64 g/kg、CK-10為19.56 g/kg），說明施用氮肥促進了粳稻對磷的吸收。從施氮量方面進行比較，發現隨著施氮量的增加，5 cm組的磷吸收總量呈現一種緩慢的增長態勢，10 cm組則增長較快。與氮素類似，CGL-10對磷的吸收較多，進一步驗證了由于氮肥施用量少和施肥深度過深促進粳稻根系生長、提高養分吸收能力的猜想。而從施肥深度方面比較，除對照組外，5 cm組各處理均低于10 cm組，說明施氮肥深度越深，粳稻對磷的吸收能力越強。

表4 不同氮肥運籌對粳稻鉀含量的影響 （g/kg）

圖2 不同氮肥運籌下成熟期粳稻磷吸收總量

圖3 不同氮肥運籌下成熟期粳稻鉀吸收總量

2.3 對鉀吸收利用的影響

從表4可以看出，與氮素、磷素類似，隨著粳稻的生長鉀在粳稻中的含量同樣是先增后減。分蘗期各處理的鉀含量較高，在 33.03～42.29 g/kg 之間，遠高于同期的氮、磷含量；結實期粳稻中的鉀含量最高，其中穗部含量較高，含量為 43.79～66.90 g/kg，而莖葉的鉀含量與分蘗期相比大幅度減少至 15.25～22.04 g/kg，說明此時鉀正從莖葉向穗轉移。成熟期則相反，穗基本不含鉀，含量僅為 0.00～0.55 g/kg，而莖葉中鉀的含量提高，達到 28.90～34.98 g/kg。

從施肥深度來看，兩組處理的莖葉鉀含量在分蘗期和結實期隨施氮量的增加呈現相同的變化趨勢。在施氮量較低時，氮肥的施用對鉀的吸收有促進作用，而過高的施氮量可能會抑制鉀的吸收。結實期兩組處理鉀含量則表現為CGL＞CGM＞CK＞CGH。對比可以發現，在結實期，兩施肥深度組同一施氮量的同期莖葉鉀含量無顯著差別。

從圖3可見，與氮素、磷素的吸收總量情況相同，各處理的鉀吸收總量均高于對照組（CK-5 61.99 g/kg、CK-10 43.70 g/kg），說明氮肥的施用對于粳稻鉀吸收總量的提高也有積極作用。從氮肥施用量方面比較，發現5 cm組與10 cm組均隨著施氮量的增加鉀的吸收總量也增加。而從施肥深度方面比較，發現除CGH處理外，CK、CGL和CGM均為5 cm組鉀吸收總量大，可見施肥深度過深不利于粳稻對鉀的吸收。

2.4 對氮肥利用率的影響

從表5可以看出，氮肥施用方式對粳稻的氮素收獲指數（NHI）、生理利用率（NPE）、農學利用率（NAE）和吸收利用率（NRE）均有一定影響。5 cm組隨氮肥施用量的增加，NPE先下降后上升，NAE一直上升，NRE則先上升后下降；10 cm組隨氮肥施加量的增加，NPE先上升后下降，NAE和NRE先下降后上升。再分別對比同一施氮量的不同施肥深度后發現，除NRE外10 cm組的各項指標均高于5 cm組，說明深施氮肥對提高氮肥利用率有積極作用。

3 討論與結論

肥料的施用與作物產量的提高有著密切關系，合理施肥可以提高肥料利用率[13]。氮是限制作物生長和產量形成的首要因素。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。本試驗結果表明，在施肥深度為5 cm條件下，在分蘗期粳稻莖葉含氮量CGL＞CGM＞CGH，且CGH與CK無顯著差異。可能是水稻在分蘗期的生物量并不是很大，對養分的需求不多，過多的養分不能被吸收利用而造成浪費。說明適當施用氮肥可以增加水稻氮含量，這與萬靚軍等[16]的研究結果一致。對同一施氮量的不同施肥深度進行對比，發現除去CGL處理外，5 cm施肥深度各處理的氮吸收總量均高于10 cm施肥深度，可能是5 cm施肥深度淺，肥料釋放速度較快，導致水稻中氮素濃度較高。表明施肥深度對粳稻的氮素吸收存在一定的影響，深度越深，水稻氮素吸收量少，這與魏海燕等[17]的研究結果一致。

表5 不同氮肥運籌下粳稻的氮肥利用率

氮素生理利用率反映的是作物對所吸收的氮素在作物體內的利用率，最終影響水稻籽粒產量[18]。段里成等[19]研究表明，隨著施氮量的增加，氮素總積累量增加，但氮肥利用率、氮肥農學利用率、氮肥生理利用率和氮肥偏生產力降低。鄒長明等[20]研究結果表明，氮肥深施能提高肥料利用率，還能增加氮殘留率，減少氮素損失。在本研究中，當施肥深度相同時，CGL-5處理的氮素收獲指數和氮肥生理利用率高于其他處理，CGH-5處理的氮肥農學利用率和CGM-5處理的氮素吸收利用率高于其他處理；在同一施肥量不同施肥深度下，CGM-10處理的氮素收獲指數和氮肥生理利用率高于其他處理；CGL-10處理的氮肥農學利用率和氮素吸收利用率高于其他處理。可能是氮肥深施，肥料離根系更近，有效降低了肥料損失，提高了肥料利用率。說明深施氮肥對提高氮肥利用率有積極作用，這與張滿利等[21]的研究結果一致。但氮肥用量過多且施肥深度為10 cm時，不利于水稻氮素吸收，肥料利用率降低。

氮、磷、鉀肥之間是相互促進吸收的，這與田智慧等[22]的研究結果相一致。本研究發現，在同一施肥深度不同施氮量下，除CGM處理外，其他處理均隨著施氮量增加磷素吸收總量也逐漸增加。同一施氮肥量下，10 cm組的磷素積累量基本均高于5 cm組。這是因為在施肥深度10 cm時，氮素揮發量較5 cm組少，氮素促進了磷素的吸收。各施肥處理鉀積累總量均高于無氮組，表明施用氮肥有利于水稻對鉀元素的積累[24-25]。從施肥深度比較，發現除CGH處理外，其他處理均為5 cm組鉀積累總量大于10 cm組，可能是施肥深度過深不利于粳稻對鉀的吸收。