聚氨酯包膜尿素摻混比例對早稻產量及經濟效益的影響

康興蓉，周 旋，彭建偉*，楊相東，鐘雪梅，胡文峰，龍俊佑

（1.湖南農業大學，湖南 長沙 410128；2.中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，北京 100081；3.湖南省土壤肥料研究所，湖南 長沙 410125）

一般而言，氮肥分次施入能切實滿足水稻不同生育期的生長需求，實現增產［1］，但施肥次數增多將大幅度提高生產成本及勞動力投入。與傳統肥料相比，緩/控釋肥料可控制養分的釋放速度，使養分供應與作物各生育期需肥規律基本吻合，還能減少養分流失，提高肥料利用效率［2］。一般認為，緩/控釋肥料比傳統速效肥料氮肥利用率提高10%～30%，減少用量10%～40%［3］。緩/控釋肥料施入具有減少施肥作業次數，節省勞力和費用的特點，是實現水稻氮肥輕簡化管理的有效途徑。大量研究表明，緩釋氮肥施用能有效增加水稻產量［4-7］，提高肥料利用率，減少施肥成本，降低環境污染［8］。

控釋氮肥通過影響包膜內的尿素分子在土壤環境中的擴散通量等機制，實現氮素緩釋且較為持續的效果［9］，是一次性簡化施肥技術的有效手段［10］。推廣應用緩/控釋肥料是我國到2020 年化肥實現零增長目標的重要措施之一。然而，控釋氮肥雖然能延長氮素供應周期，減輕勞作強度，但單施控釋氮肥易造成作物生育前期供氮不足［11-12］。侯紅乾等［13］研究認為，一次性基施100%緩/控釋肥料早、晚稻產量與對照相比，差異不顯著，但能顯著提高早、晚稻氮素利用率。且在水稻等大田作物上單施控釋氮肥，成本偏高，嚴重制約大面積的推廣應用［8，14］。故提出控釋摻混尿素的改良施氮方法，可望協調水稻整個生育周期的氮素供應，降低施用成本并提高農民凈收益。

目前，有關緩/控釋肥料的試驗報道較多，但施用緩/控釋肥料的效果，研究結果不一。緩/控釋肥料養分釋放緩慢，不能滿足水稻前期生長需求，通過增施尿素處理的產量明顯高于緩/控釋肥料處理［8，15］。陳賢友等［16］報道，在江浙一帶南方地區，N 210 kg·hm-2用量下，硫磺加樹脂雙層包膜尿素與普通尿素的摻混比例達70%以上一次性基施，比分次施肥節約勞動成本，效益增加，推廣意義較大。王海月等［17］發現，緩釋氮肥∶常規尿素比例為7∶3（N 180 和150 kg·hm-2）處理水稻產量最高。付月君等［18］發現，一次性基施40%緩釋氮肥+60%尿素（N 150 kg·hm-2）處理水稻產量和氮肥利用率最高，推廣應用潛力較大。故不同水稻立地條件下，控釋摻混最佳比例存在較大差異，且緩/控釋肥料的效果受到包膜材料、作物種類、土壤類型、養分均衡管理、氣候等因素的影響［13］。

聚氨酯（PUR）全稱為聚氨基甲酸酯，作為包膜材料用于制備包膜肥料時，具有生產成本低、制備工藝簡單、易實現連續化等特點［19-20］，已成為最有前景的膜材類別［21-23］。目前，關于系統分析聚氨酯控釋尿素摻混比例的研究報道較少，且多以一年試驗結果為主。本研究擬通過探索釋放期為90 d的聚氨酯包膜尿素與普通尿素配施對洞庭湖雙季稻區早稻生長特性、產量及構成因素和經濟效益的影響，明確雙季稻區聚氨酯包膜尿素與普通尿素配施的最佳比例，以期為該區域高效環保的新型緩/控釋肥料在水稻上合理施用及推廣應用提供科學依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2018～2019 年在湖南省益陽市赫山區蘭溪鎮（28°58′25″N，112°45′47″E）進行，該區屬于中亞熱帶向北亞熱帶過渡的季風濕潤性氣候。其特點是四季分明，光熱豐富，雨量充沛，地區差異明顯。年平均氣溫16.9℃。年無霜期272 d。年日照1553.7 h，太陽輻射總量103.73 kJ·h-1。年降水量1432.8 mm。年平均相對濕度85%。供試土壤類型為水稻土，前茬為水稻，0～20 cm 耕層土壤基本理化性質見表1。

表1 2018～2019 年供試土壤理化性質

1.2 供試材料

供試作物為‘湘早秈45 號’，生育期約為106 d。供試肥料為聚氨酯包膜尿素（N 44%），氮素釋放周期約為90 d，由中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所提供；如圖1 所示，在25℃靜水條件下，聚氨酯包膜尿素第1 d 氮素釋放量為0.03%，第4 d 氮素累積釋放0.22%，第7 d 達到0.70%，釋放速率比較平緩。在第28 d的時候累積釋放20.54%，均符合控釋肥標準。常規尿素（N 46%）、鈣鎂磷肥（P2O512%）、氯化鉀（K2O 60%）由當地農資部門提供。

1.3 試驗設計

試驗共設置5 個處理：①CK，不施N 肥；②CU（常規尿素），優化施肥N 150 kg·hm-2，按基肥∶分蘗肥6∶4 施用；③0.4PuCU+0.6CU，40%的90 d 聚氨酯包膜尿素+60%常規尿素一次性基施；④0.6PuCU+0.4CU，60%的90 d 聚氨酯包膜尿素+40%常規尿素一次性基施；⑤PuCU，釋放期為90 d的聚氨酯包膜尿素100%等N 量施用。各小區磷鉀肥施用量相同，P2O5用量為45 kg·hm-2，K2O 用量為90 kg·hm-2，均作基肥一次性施用。種植密度為13 蔸×41 蔸，小區面積21 m2（3 m×7 m）。每個處理3 次重復，隨機區組排列。小區田埂農膜覆蓋，四周設保護行，避免串水串肥，田間管理以當地習慣方式管理。

2018 和2019 年水稻育苗日期分別為3 月17 日和3 月12 日，基肥施用分別為4 月18 日和4 月16日，移栽日期分別為4 月19 日和4 月17 日，成熟期分別為7 月10 日和7 月14 日。

1.4 測定項目與方法

水稻成熟后，脫粒，風干，按含水量14%測實產。每小區采水稻地上部5 穴進行室內考種，分別測定其株高、穗長、有效穗數、每穗粒數、結實率和千粒重等產量構成要素［24-25］。

1.5 數據處理

采用Excel 2010 和SPSS 17.0 數據分析軟件進行統計分析，處理間差異顯著性分析采用最小顯著法（LSD）檢驗法。

2 結果與分析

2.1 不同包膜尿素摻混比例雙季早稻產量

由表2 可知，年份與施肥處理及兩者交互效應對雙季早稻產量影響顯著或極顯著（P＜0.05或P＜0.001）。雙季早稻成熟期施N 處理產量較CK 處理分別增加72.82%～83.54%（2018 年）和23.74%～53.31%（2019 年）。與CU 處理相比，2018 年0.4PuCU+0.6CU、0.6PuCU+0.4CU 和PuCU 處理雙季早稻產量分別增加5.92%、6.20%和4.62%，2019 年0.4PuCU+0.6CU、0.6PuCU+0.4CU 和PuCU 處理雙季早稻產量分別增加20.28%、23.90%和19.34%。說明不同包膜尿素摻混比例較優化施肥和單施包膜肥養分釋放適宜，能顯著提高雙季早稻產量，實現更高產，且以0.6PuCU+0.4CU處理增產效果較好。

2.2 不同包膜尿素摻混比例雙季稻產量構成因素

由表2 可知，施肥處理對雙季早稻產量構成因素（千粒重、谷草比除外）影響顯著或極顯著（P＜0.05 或P＜0.01 或P＜0.001），年份對雙季早稻千粒重、谷草比、產量等影響顯著（P＜0.05 或P＜0.01或P＜0.001），兩者交互效應不顯著（P＞0.05，谷草比除外）。

表2 不同施肥處理下雙季早稻產量及其構成因素

兩年試驗中，雙季早稻施N 處理的結實率、穗長、每穗粒數、每穗實粒數、總花穎數、千粒重、谷草比大小表現為：0.6PuCU+0.4CU＞0.4PuCU+0.6CU＞PuCU＞CU＞CK。雙季早稻施N 處理的有效穗數較CK 處理分別增加24.19%～40.55%（2018 年）和5.29%～20.67%（2019 年），總實粒數分別增加38.66%～71.29%（2018 年）和23.83%～69.14%（2019年）。與CU 處理相比，2018 年0.4PuCU+0.6CU、0.6PuCU+0.4CU 和PuCU 處理有效穗數分別提高13.17%、12.43%和9.17%，總實粒數分別提高22.06%、23.53%和16.44%；2019 年0.4PuCU+0.6CU、0.6PuCU+0.4CU 和PuCU 處理有效穗數分別提高12.33%、14.61%和2.28%，總實粒數分別提高26.69%、36.59%和15.98%。說明聚氨酯包膜尿素施用，能有效提高雙季早稻有效穗數及總實粒數，為高產穩產奠定基礎，且不同比例摻混比例處理優于優化施肥處理。

2.3 不同包膜尿素摻混比例下雙季早稻各產量與其構成因素的相關性分析

由表3 可知，不同年份間不同施肥處理雙季早稻籽粒產量與其構成因素相關性存在較大差異。2018 年雙季早稻株高、有效穗數、每穗粒數、每穗實粒數、總穎花數和總實粒數與籽粒產量呈顯著或極顯著正相關（P＜0.05 或P＜0.01），而谷草比與籽粒產量呈顯著負相關（P＜0.05），其余性狀與籽粒產量相關性不顯著（P＞0.05）；2019 年雙季早稻產量構成因素與籽粒產量呈顯著或極顯著正相關（P＜0.05 或P＜0.01）。

表3 施肥水稻產量構成因素與產量間的相關系數

2.4 不同包膜尿素摻混比例下雙季早稻株高

由圖2 可知，不同年份下各生育期施N 處理雙季早稻株高均高于CK 處理。生長前期0.4 PuCU+0.6 CU 處理養分釋放快，株高高于0.6 PuCU+0.4 CU 和CU 處 理。說 明CU 處理不能 持續為水稻供給N 素，水稻后期生長乏力。在抽穗期，施N 處理雙季早稻株高較CK 處理增幅分別為10.36%～17.77%（2018 年）和17.78%～30.81%（2019 年）；較CU 處理2018 年0.4PuCU+0.6CU、0.6PuCU+0.4CU 和PuCU 處理水稻株高分別提高6.71%、5.11%和2.54%，摻混肥與CU 處理間差異顯著（P＜0.05）；2019 年增幅分別為11.04%、11.06%和5.58%，摻混肥與CU 處理間差異顯著（P＜0.05）。說明施用聚氨酯包膜尿素能提高雙季早稻株高，且施用適宜比例摻混肥效果更顯著。

2.5 不同包膜尿素摻混比例下雙季早稻分蘗

由圖3 可知，不同年份下各生育期施N 處理雙季早稻分蘗數均顯著高于CK 處理。生長前期0.4 PuCU+0.6 CU 和0.6 PuCU+0.4 CU 處理養分釋放快，分蘗數高于CU 處理，而到后期摻混肥處理增幅減小，但分蘗數仍高于CU 處理。說明CU處理不能持續為水稻供給N 素，后期生長乏力。在抽穗期，施N 處理雙季早稻分蘗數較CU 處理分別提高41.44%～91.52%（2018 年）和0.49%～19.90%（2019 年）；2018 年0.4PuCU+0.6CU、0.6PuCU+0.4CU和PuCU 處理水稻分蘗數較CU 處理分別提高35.41%、29.18%和7.51%，摻混肥與CU 處 理間差異不顯著（P＞0.05）；2019 年水稻分蘗數較CU 處理分別提高14.49%、19.32%和8.21%，0.6 PuCU+0.4 CU 與CU 處理間差異顯著（P＜0.05）。說明施用聚氨酯包膜尿素和摻混施肥能提高雙季早稻分蘗數，且施用適宜比例摻混肥效果更顯著。

2.6 不同包膜尿素摻混比例雙季稻經濟效益

由表4 可知，年份與施肥處理對雙季早稻經濟產值、經濟效益和產投比影響顯著（P＜0.05 或P＜0.001），兩者交互效應對經濟產值和產投比影響顯著（P＜0.05 或P＜0.01）。

表4 不同施肥處理下雙季早稻經濟效益

2018 和2019 年雙季早稻施氮處理經濟效益較CK 處理分別增加69.03%～80.78%和17.72%～49.38%。與CU 處理相比，2018 年0.4PuCU+0.6CU、0.6PuCU+0.4CU 和PuCU 處理雙季早稻經濟效益分別提高6.84%、6.96%和4.69%，2019 年分別提高23.17%、26.90%和21.29%。說明一次性施用控釋肥料省工、省時、高效，能有效提高雙季早稻經濟效益，為農戶增收奠定基礎，且不同摻混比例處理優于優化施肥處理。

2018 年各施肥處理產投比大小表現為CK＞0.4PuCU+0.6CU＞0.6PuCU+0.4CU＞PuCU＞CU，2019年各施肥處理產投比大小表現為CK＞0.6PuCU+0.4CU＞0.4PuCU+0.6CU＞PuCU＞CU。可見，不同比例包膜肥摻混處理較優化施肥處理養分釋放適宜，具有節本增效優勢。

3 討論

本研究結果表明，與優化施肥處理相比，各控釋氮肥處理均不同程度地避免了尿素迅速水解釋放養分的問題，協調了全生育期的氮素供應，同時控釋摻混尿素處理的增產效果優于單施控釋氮肥處理。這可能是由于雙季早稻生育初期，氣溫較低，單施控釋氮肥的溶出速率受到抑制，水稻生育前期生長受到一定養分短缺的影響，而控釋摻混尿素處理因摻混比例較為適宜，在早稻生育前期通過尿素提供適量的速效氮，使前期施入土壤中的速效尿素明顯減少，增加后期土壤N 素供應強度，減少氮肥損失的風險［26］。本研究中，0.6PuCU+0.4CU 摻混比例優于0.4PuCU+0.6CU，能增加產量0.27%～3.01%，與王強等［26］研究結果一致。因此，控釋摻混尿素處理能較為全面協調作物全生育期的N 素需求，促進水稻生長，進一步發揮增產潛力。

施用緩/控釋肥可使作物增產10%左右，肥料利用率提高5%～15%，同時在改善農產品品質、培肥地力、降低環境污染等方面作用明顯［27］。相關研究表明，緩釋肥作基肥一次性施入，可有效節省人力成本［28-29］。胡丹丹等［30］發現，100%、80%控釋摻混肥處理均顯著提高水稻凈收益，較常規施肥處理增幅5.87%～6.19%。本研究中，一次性基施聚氨酯包膜尿素能使水稻較優化施肥兩年平均增收12.99%。袁嫚嫚等［31］發現，樹脂包膜尿素和普通尿素按氮用量7∶3 摻混基施（N 180 kg·hm-2）處理水稻增產效果和經濟效益最好。張敬昇等［32］兩年田間試驗結果發現，控釋摻混尿素處理及控釋氮肥處理顯著增產13.06%～16.70%，凈利潤提高12.83%～25.31%，且以控釋摻混尿素處理效果最優。王曉琪等［33］發現，控釋尿素配施較普通尿素提高水稻株高，水稻產量增加4.08%～16.99%，增收793.87～3582.90 元·hm-2。本研究中，0.4PuCU+0.6CU、0.6PuCU+0.4CU 和PuCU處理較CU 處理雙季早稻經濟效益2018 和2019 年分別提高6.84%～23.17%、6.96%～26.90%和4.69%～21.29%，且以摻混比例效果較好。主要是由于摻混處理在水稻生育期內能持續供氮，避免單施尿素處理的后期供氮不足與單施控釋氮肥可能造成的貪青晚熟現象。因而，建議在水稻生產中用緩/控釋肥料替代部分速效化肥作基肥施用，既有利于增產，提高產投比，又能有效增加農戶收入。

4 結論

聚氨酯包膜尿素和普通尿素旳合理配施，可利用尿素前期釋放氮素較快、后期控釋氮肥緩釋的特點，保持水稻生長過程中氮素的充分供應，促進水稻產量增加。采用控釋肥摻混尿素處理改進一次性施肥技術，旨在既滿足作物生長需求，又降低勞動投入。本試驗條件下，60%聚氨酯包膜尿素+40%尿素處理養分釋放適宜，增產增收效果最佳。