控失尿素對寧夏引黃灌區水稻產量和氮素淋失的影響

洪瑜 李旭 張慈娟 王英 閆媛 王芳 劉汝亮

摘要：[目的]利用控失尿素開展寧夏引黃灌區水稻化肥減量研究，為提高寧夏引黃灌區水稻產量，減少氮素損失，促進氮素環保高效施用提供數據參考。[方法]通過田間試驗，以不施氮肥（CK）和常規尿素為對照，設控失常量、控失減量10%、控失減量20%、控失：常規為7：3、控失：常規為5：5、控失：常規為3：7、控失尿素（基）等7個處理，研究不同控失尿素減量配比處理對水稻產量、氮素吸收利用和淋失的影響。[結果]（1）施用控失尿素能夠促進水稻增產，控失：常規為5：5處理的水稻增產效果最好，比常規尿素增產8.92%，其次為控失：常規為7：3.控失尿素主要增加水稻的穗粒數進而增加產量。（2）施用控失尿素能夠促進水稻氮肥利用率，控失減量10%處理的氮肥利用率最高，比常規尿素增加了9.79個百分點，其次為控失：常規為5：5處理。（3）施用控失尿素能夠降低稻田田面水總氮濃度和總氮淋失量。與常規尿素相比，控失尿素各處理整個水稻生育期全氮淋失量降低了28.40%～66.32%，其中，控失減量20%處理氮素淋失降低幅度最大，其次為控失減量10%、控失常量處理。[結論]控失尿素可以顯著提高水稻的產量與氮肥利用率，降低氮素淋失量。綜合考慮，施用控失尿素243～270kRg·hm^-2、控失尿素與常規尿素配比5：5是寧夏引黃灌區較合理的氮素運籌模式。

關鍵詞：控失尿素;水稻產量;氮素淋失;引黃灌區

中圖分類號：S511文獻標志碼：A 文章編號：1008-0384（2020）03-0323-08

0 引言

（研究意義）寧夏引黃灌區是我國西北大型引黃自流灌區，素有“塞上江南”的美譽，是全國優質大米的主產區之一。水稻是引黃灌區種植面積最大的作物，2017年引黃灌區水稻播種面積達到8.1萬hm²，占糧食播種面積的29.75%。而水稻生產過程中，長期過量施用氮肥導致肥料利用率低，土壤中氮素出現盈余，大量未被吸收的氮素主要通過淋洗和氣態等途徑損失，退水中硝酸鹽濃度升高，造成土壤和淺層地下水體污染。據統計，寧夏引黃灌區的氮肥損失率達到20%～65%，以淋洗損失為主。因此，如何開展化肥減量研究，提高水稻氮素利用效率，對減少農業面源污染源頭排放，促進農業清潔生產可持續發展具有重要意義。（前人研究進展）新型控失尿素是近幾年新研發出的高效、環境友好的新代尿素，通過特種設備將生物有機復合型材料加入到尿液，充分混合后反應形成控失劑一尿素復合體，采用的控失材料完全是天然的礦物質和純生物材料，對土壤和作物無危害，施入土壤后，遇水能夠由外而內逐層吸水膨脹，吸水層迅速組裝成海綿狀的網絡結構，具有很強的耦合性，能夠將溶解的養分耦合在網絡內，達到了控制養分揮發和流失、提高肥料利用率的目的。有研究報道，施用控失尿素能夠提高土壤養分含量，有效降低稻田土壤氨揮發損失，有利于水稻對氮、磷、鉀養分的吸收與積累，增加水稻產量，提高肥利用效率。在小麥、玉米、棉花、番茄等作物上，施用新型控失尿素均能有效提高作物產量，提高氮肥利用率，具有節肥增產效果。（本研究切入點）現有研究大部分都是控失尿素對作物產量與氮肥利用率的影響，稻田土壤研究僅限于養分含量與氨揮發，關于控失尿素對水稻氮素淋失影響的研究鮮有報道。（擬解決的關鍵問題）本文針對稻田氮素利用率低與退水污染日益嚴重的問題，探討新型控失尿素減量配比對水稻產量、氮素吸收利用以及淋失的影響，為寧夏引黃灌區水稻生產中氮肥環保高效施用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1試驗地概況

試驗區位于寧夏永寧縣望洪鎮（106°2214”E，38°47'62”N），地處中溫帶干旱氣候區，年均蒸發量1470.1nLrn，年均降水量201.4mm，年均氣溫8.7℃，≥10℃的積溫平均為3245.6℃，年均日照時數2866.7h，無霜期平均167d.土壤類型為灌淤土，基本理化性質為：pH 8.21，有機質含量13.18g·kg^-1，全氮含量0.61g·kg^-1，堿解氮含量25.15mg·kg^-1，速效磷含量8.64mg·kg^-1，速效鉀102.18mg·kg^-1。

1.2 試驗設計

不同種類尿素肥料由心連心化肥有限公司生產提供，控失尿素（N，43.2%），普通尿素（N，46.4%），施肥量與基追比見表1，磷鉀肥作為基肥1次施入，磷肥用重過磷酸鈣（P₂O₅，46%），鉀肥用氯化鉀（K₂O，60%）。試驗小區面積78m²，隨機區組排列，重復3次。供試水稻品種為寧粳50號，2018年5月13日施基肥整地，5月25日插秧，6月15日追蘗肥，7月5日追穗肥，9月26日收獲。

1.3樣品采集與分析

在水稻插秧后開始采集水樣，分別在插秧和追肥后第3、7、10d用注射器隨機抽取小區內3處中上層稻田田面水。在常規處理每次追肥后的第1、3、5、7、9d采集滲漏水，控失尿素各處理的水樣采集頻率與常規處理一致，其余時間按照間隔10d采集滲漏水，使用滲漏水取樣裝置采集。

水稻成熟期采集植株樣品，每小區采集1m²的水稻植株樣品，70℃殺青20min，105℃烘干，測定植株和籽粒全氮含量，計算水稻的秸稈生物量、籽粒產量和氮素養分利用率。在水稻收獲時，每個小區實打實收計算水稻產量，采集植株樣品考種，測定株高、穗長、穗粒數及千粒重等指標。

水稻收獲后，按照S形多點混合采集耕作層0～20cm土樣，風干、研磨過篩。土壤pH值、有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀含量按照普通土壤農化分析方法測定。

1.4 數據處理與統計分析

氮肥利用率（NUE，%）=（施氮處理吸氮量不施氮處理吸氮量）/6范氮量×100

氮肥農學效率（AEN，kg·kg^-1）=（施氮區作物產量不施氮區作物產量）/施氮量

氮肥偏生產力（PFPN，kg·kg）=單位面積作物產量/單位面積施氮量

氮素淋失量=淋溶水中氮的濃度×淋溶水的體積

氮素淋失量占施肥量的比例=（施肥處理氮素淋失量不施肥對照氮素淋失量）/施氮量×100%

采用Excel和SPSS軟件進行數據處理和統計分析，并采用Duncan新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同控失尿素處理對水稻產量以及構成因素的影響

從表2可以看出，各施肥處理與CK處理的產量之間存在顯著性差異（P<0.05）?？厥В撼Ｒ帪?：5處理的水稻產量最高，其次為控失：常規為7：3的處理，分別比常規尿素產量提高了8.92%、7.78%。與控失常量處理比較，隨著控失尿素減量比例增大，水稻產量逐漸降低;控失尿素全部基施處理因為后期養分不足從而影響產量。

從表2可以看出，各施肥處理與CK處理的穗粒數之間存在顯著性差異（P<0.05）。穗粒數較高的是控失：常規為7：3和控失：常規為3：7，分別比常規施肥處理提高了29.2個和25.9個。除CK處理外，千粒重較高的為控失：常規為5：5的處理和控失：常規為7：3的處理。綜合考慮水稻產量和產量構成因素，控失：常規為5：5和控失：常規為7：3的處理為合理的氮肥減量和運籌模式，水稻產量沒有顯著降低。

2.2 不同控失尿素處理對水稻氮肥利用率的影響

由表3可見，各施肥處理與CK處理的吸氮量之間存在顯著[生差異（P<0.05）?？厥В撼Ｒ帪?：5處理的總吸氮量最高，為183.31kg·hm^-2，其次是控失尿素處理的181.79kg·hm^-1?？厥p量10%、控失：常規為5：5處理與常規尿素、控失尿素全部基施、控失減量20%處理的氮肥利用率之間存在顯著性差異（P<0.05）。控失減量10%處理的氮肥利用率最高，達到39.19%，比常規尿素處理增加了9.79個百分點;其次為控失：常規為5：5處理36.08%，比常規尿素處理增加了6.68個百分點?？厥p量10%處理的氮肥農學效率最高，其次為控失：常規為5：5處理;控失減量20%處理的氮肥偏生產力最高，其次為控失減量10%處理，但是差異均不顯著。

控失尿素可以滿足水稻生育期對氮素的需求，在氮素投入降低10%的基礎上，對氮素的吸收沒有明顯降低且氮肥利用率明顯優于常規尿素處理，降低了氮素淋失的風險。在寧夏引黃灌區根據實際情況采用控失：常規=5：5、控失減量10%、控失：常規=7：3處理這3種比較合理的氮肥運籌模式，均能夠保證產量與提高氮素利用率，其中以控失：常規=5：5處理較好。

2.3 不同控失尿素處理對稻田田面水全氮質量濃度動態變化的影響

稻田田面水由于灌排水及降水通過排水溝流入黃河水體與地表水體，極易造成水體富營養化，而追肥撒施也加重了水體面源污染風險。由圖1可見，常規尿素與控失尿素基施灌水以及追施蘗肥、穗肥后，稻田田面水全氮質量濃度均迅速升高到峰值，隨后由于作物吸收而逐漸降低，施肥10d之后下降到相對最低值。

由于控失尿素的網狀結構，延緩了尿素氨化、水解等過程，與常規尿素處理相比，控失尿素各處理稻田田面水全氮質量濃度均相對較低。其中，控失尿素減量處理由于施肥量減少，控失/常規尿素配比各處理由于控失尿素配比加大，稻田田面水全氮質量濃度也相應較低。由于基施氮肥比例較高，5月28日常規尿素稻田田面水全氮質量濃度達到峰值34.34mg·L^-1，而控失減量20%處理減少幅度最大，與常規尿素相比減少了32.32%，控失減量10%、控失常量處理其次，分別減少了26.76%、23.12%?？厥蛩厝炕┨幚韮H在基施灌水后，稻田田面水全氮質量濃度達到最高值32.82mg·L^-1，隨后逐漸降低，在6月4日之后一致保持在較低水平。

2.4 不同控失尿素處理對稻田氮素淋失的影響

由表4可以看出，在水稻返青期間，常規尿素、控失尿素（基）處理與其他各處理的總氮淋失量之間存在顯著性差異（P<0.05）;分蘗期間，常規尿素處理與其他各處理的總氮淋失量之間存在顯著性差異（P<0.05）。常規尿素處理的總氮滲漏淋失主要發生在分蘗期，而控失尿素各處理總氮滲漏淋失有所延遲，在孕穗期發生淋失的比例明顯增大。

在水稻生育期間，各處理中總氮淋失量大小順序表現為：常規尿素>控失尿素（基）>控失：常規=5：5>控失：常規=3：7>控失：常規=7：3>控失常量>控失減量10%>控失減量20%>CK，其中，CK、控失減量20%、控失減量10%、控失常量處理與控失尿素（基）、常規尿素處理的總氮淋失量之間存在顯著性差異（P<0.05）?？厥p量20%、控失減量10%、控失常量處理的總氮淋失量分別為13.44、16.23、18.33kg·hm^-2，比常規尿素處理分別減少66.32%、59.31%、54.04%。

常規尿素處理與各控失尿素處理的氮素淋失量占施肥量的比例之間存在顯著差異（P<0.05），其中，控失減量20%、控失減量10%、控失常量處理的氮素淋失量占施肥量的比例分別為0.63%、1.71%、2.32%，比常規尿素處理分別減少93.86%、83.37%、77.47%。可見，控失尿素可以顯著降低氮素滲漏淋失量。

3討論與結論

3.1 不同控失尿素處理對水稻產量與氮肥利用率的影響

本研究結果表明，不同控失尿素處理，除控失減量20%、控失尿素（基）外，均能提高產量，達到8869.76～9504.22kg·hm，其中控失：常規為5：5處理的增產效果最為明顯，比常規尿素增產8.92%，其次為控失：常規=7：3、>控失常量、控失減量10%和控失：常規=3：7處理，分別比常規尿素增產7.78%、6.94%、5.15%和1.65%;控失減量20%、控失尿素（基）處理雖然分別比常規尿素減產2.87%、1.52%，但是差異不顯著。不同控失尿素處理，除控失減量20%、控失尿素（基）外，均能提高氮肥利用率，達到30.40%～39.19%，其中控失減量10%處理的氮肥利用率最高，比常規尿素增加9.79個百分點，其次為控失：常規=5：5、控失常量、控失：常規=7：3和控失：常規=3：7處理，分別比常規尿素增加6.68、6.12、5.25、1.00個百分點。

控失尿素通過天然高分子納米分子網材料與化肥復配，通過膠體作用形成巨大的網狀交鏈，吸附網捕化肥中的營養元素，在作物根系周圍形成營養庫，從而增加了作物產量與肥料利用率。薛欣欣等研究結果表明，與普通尿素處理相比，控失尿素分次施用處理的水稻籽粒和莖葉氮含量、稻谷產量均有不同程度提高，氮肥利用率顯著提高了7.6%，而控失尿素1次施用處理的水稻籽粒和莖葉氮含量、氮素積累量以及氮肥利用率均顯著降低。文祥朋等研究結果表明，控失尿素常量或與常規尿素配施均可顯著增加水稻產量，且控失尿素與常規尿素以1：3質量比配合施用效果最好，可增加有效穗數，增產幅度為3.86%。在海南省水稻上，30%常規尿素+70%控失尿素能夠獲得較高的稻谷產量、氮肥利用效率及經濟效益。以上研究均與本研究結果一致。而李志國等研究結果表明，控失尿素增產效果低于普通尿素，控失尿素和普通尿素混施比單施控失尿素增產，控失：常規=7：3處理產量最高。與本研究結果不一致，這可能與試驗區域生態氣候條件、土壤肥力有關。

3.2 不同控失尿素處理對水稻氮素淋失的影響

本研究中，控失尿素各處理整個水稻生育期全氮淋失量達到了13.44～28.56kg·hm^-2，比常規尿素處理減少了28.40%～66.32%;各控失尿素處理的總氮淋失量占施肥量的比例0.63%～6.11%，比常規尿素處理減少了40.70%～93.86%，其中，控失減量20%處理的總氮淋失減少幅度最大，其次為控失減量10%、控失常量處理，而控失尿素（基）減少幅度最小?？厥蛩刂刑砑拥木W狀材料，可以減緩尿素在土壤中的轉化過程，進而使養分更多的供給作物吸收利用，在延緩尿素氨化、水解等過程的同時，減少氮素淋失。薛欣欣等研究結果表明，控失尿素分次施用處理的氮素損失率最低，而控失尿素1次施用處理的氮素損失率最高，與本文研究結果保持一致。

綜上所述，控失尿素能夠促進水稻的穗粒數增加從而獲得更多產量，促進氮素吸收并提高氮肥利用率，降低稻田田面水總氮濃度和總氮淋失量;考慮水稻產量、氮肥利用率和氮素淋失量等因素，控失減量10%、控失：常規為5：5與控失常量處理是寧夏引黃灌區較合理的氮素運籌模式;由于氮素淋失途徑和淋失形態較多，為更深入進行氮平衡計算，關于控失尿素對稻田氣態損失和有機態氮素淋失量的影響還有待于深入研究。