控釋氮肥和尿素配施對(duì)田面水銨態(tài)氮和早稻產(chǎn)量的影響

關(guān)鍵詞：控釋氮肥和尿素配施；早稻；產(chǎn)量；田面水；銨態(tài)氮

早稻生產(chǎn)規(guī)模在保障我國(guó)稻米安全方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，長(zhǎng)江流域作為早稻主產(chǎn)區(qū)對(duì)于全國(guó)早稻生產(chǎn)具有舉足輕重的作用[1-2]。氮素能夠維持水稻正常生長(zhǎng)，是水稻產(chǎn)量形成的重要營(yíng)養(yǎng)元素[3]。然而，當(dāng)前我國(guó)氮肥過(guò)量施用現(xiàn)象普遍存在，單季水稻氮肥平均施用量為純氮180 kg·km-2，比世界平均氮肥施用量高75%左右[4]。在長(zhǎng)江流域的早稻生產(chǎn)中，過(guò)量施用氮肥不僅導(dǎo)致農(nóng)田氮素?fù)p失，而且該地區(qū)3—4月的雨季還可能使氮素隨水流失導(dǎo)致嚴(yán)重的面源污染等問(wèn)題[5‐6]。因此，開(kāi)展早稻生產(chǎn)中的氮肥科學(xué)管理意義重大。

控釋氮肥不僅能提高氮肥利用率、減少氮素?fù)p失，還能有效提高水稻產(chǎn)量[7-9]。控釋氮肥與普通尿素一次性配施，可以同步實(shí)現(xiàn)節(jié)約肥料成本和水稻高產(chǎn)的目標(biāo)[10]。付月君等[11]研究發(fā)現(xiàn)，控釋氮肥一次性全部施用易導(dǎo)致前期供氮不足、后期供氮過(guò)剩，而尿素一次性施用會(huì)導(dǎo)致養(yǎng)分前期損失過(guò)多，但是控釋氮肥與尿素配施則可以有效保障作物的氮素供應(yīng)、提高作物產(chǎn)量。宋惠潔等[12]研究表明，60%控釋氮肥配施40%尿素更有利于雙季直播稻產(chǎn)量、氮素吸收量及氮肥利用率的提升。傳統(tǒng)單獨(dú)分次施用控釋氮肥不能發(fā)揮其緩控釋性能，與常規(guī)氮肥分次施用相比，產(chǎn)量無(wú)顯著提高[13]。除水稻以外的其他作物，如油菜、玉米也同樣表現(xiàn)為控釋氮肥一次性基施較普通尿素分次施用顯著增產(chǎn)[14‐15]。當(dāng)前，關(guān)于控釋氮肥研究主要集中控釋尿素與普通尿素一定比例施用有助于水稻增產(chǎn)和氮肥利用率提高[16]、控釋氮肥運(yùn)籌利于粳稻各生育期養(yǎng)分吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)協(xié)同[17]或是不同控釋氮肥種類在常規(guī)尿素施氮量基礎(chǔ)上減氮而不影響水稻產(chǎn)量[18]等，而針對(duì)控釋氮肥與尿素配施用量對(duì)田面水銨態(tài)氮和水稻產(chǎn)量的研究仍缺乏探討。

稻田施入氮肥初期，田面水最主要的氮形態(tài)是銨態(tài)氮[4]，而田面水中硝態(tài)氮主要是銨態(tài)氮通過(guò)硝化反應(yīng)而產(chǎn)生[19]。研究表明，常規(guī)的尿素施用下38%的氮素會(huì)通過(guò)徑流和淋溶而流失[20]。一般情況下，施肥后稻田田面水的總氮含量迅速達(dá)到峰值，7 d內(nèi)快速下降[21]，而通過(guò)控釋氮肥可以顯著降低田面水氨揮發(fā)和氮流失污染風(fēng)險(xiǎn)[22‐23]。可見(jiàn)，控釋氮肥與尿素配施，稻田田面水的銨態(tài)氮含量可以作為評(píng)價(jià)控釋氮肥合理施用量的指標(biāo)。因此，本研究基于60%控釋氮肥和40%尿素配施比例，研究氮肥不同用量對(duì)田面水銨態(tài)氮含量和水稻產(chǎn)量的影響，以期獲得稻田控釋氮肥和尿素配施的最佳用量，為早稻生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2021年在江西省進(jìn)賢縣張公鎮(zhèn)馬家村（28°35'03″N、116°17'70″E）進(jìn)行，該試驗(yàn)地屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，年均降水量1 537 mm，年均蒸發(fā)量1 100～1 200 mm，年均氣溫17.7～18.5 ℃。海拔28.54 m，土壤類型為水稻土，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)耕層土壤pH 5.5，有機(jī)質(zhì)含量28.32 g·kg-1，全氮含量1.22 g·kg-1，堿解氮含量120.45 mg·kg-1，速效磷含量10.43 mg·kg-1，速效鉀含量95.43 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理，以不施氮肥（N0）為對(duì)照，按照60%控釋氮肥和40%尿素配施比例設(shè)置施用純氮69（N69）、104（N104）、138（N138）、173（N173）、207 kg·hm-2（N207）。具體處理的氮磷鉀肥用量見(jiàn)表1。小區(qū)面積20 m2（4 m×5 m），每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，每穴2～3苗。模擬機(jī)插秧密度為25 cm×14 cm，早稻品種為中嘉早17，是當(dāng)?shù)刂魍破贩N。

在前期研究[12]的基礎(chǔ)上，本研究的氮肥均采用60%控釋氮肥（控釋N≥13%）和40%尿素，尿素中N 含量為46%，磷肥為鈣鎂磷肥，P2O5 含量為12.5%，鉀肥為氯化鉀，K2O含量為60%。化肥全部做基肥在水稻移栽前一次性施用。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 產(chǎn)量測(cè)定 每個(gè)小區(qū)全部收割脫粒和晾曬，測(cè)定籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量。

1.3.2 氮肥農(nóng)學(xué)利用率的測(cè)定 氮肥農(nóng)學(xué)利用率（agronomic efficiency of nitrogen fertilizer， AEN）按照公式（1）計(jì)算[24]。

式中，Ｙ為施肥后所獲得的作物產(chǎn)量；Y0為不施肥條件下作物的產(chǎn)量；Ｆ為氮肥的投入量。

1.3.3 田面水樣品采集與測(cè)定 分別于施基肥后1、2、3、5、7 d 取田面水水樣，采樣時(shí)間為每天8：00—10：00。各小區(qū)用100 mL醫(yī)用注射器按照對(duì)角線取樣法（不擾動(dòng)水層），抽取5個(gè)點(diǎn)混合樣共300 mL于塑料瓶中，銨態(tài)氮含量采用納氏試劑分光光度法[25]測(cè)定。同時(shí)監(jiān)測(cè)田面水深度，計(jì)算田面水銨態(tài)氮總量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010 軟件分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用SPSS 20.0 軟件Duncan 新復(fù)極差法檢驗(yàn)分析不同處理間差異顯著性，控釋氮肥和尿素配施用量與田面水銨態(tài)氮含量及總量的關(guān)系采用線性擬合方程進(jìn)行擬合。采用Origin 8.5 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 控釋氮肥和尿素配施對(duì)水稻籽粒及秸稈產(chǎn)量的影響

由圖1可知，控釋氮肥和尿素固定比例混合施用可以顯著增加水稻籽粒產(chǎn)量。與N0處理相比，隨著控釋氮肥和尿素固定比例混合施用量的增加，水稻籽粒產(chǎn)量逐漸增加，N69、N104、N138、N173 和N207 處理的籽粒產(chǎn)量分別增加15.6%、22.2%、26.4%、29.4%和30.6%。與N0處理相比，水稻秸稈產(chǎn)量隨著控釋氮肥施用量的增加呈先增加后減少趨勢(shì)，其中N173處理的秸稈產(chǎn)量最高，比N0處理顯著提高10.1%。

2.2 控釋氮肥和尿素配施對(duì)氮肥農(nóng)學(xué)利用率的影響

隨著控釋氮肥和尿素配施用量的增加，氮肥農(nóng)學(xué)利用率逐漸減少（圖2），N69、N104、N138、N173 和N207 處理水稻的氮肥農(nóng)學(xué)利用率為8.84～13.55 kg·kg-1。其中，以N69 處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用率最高，與N104處理無(wú)顯著差異，N138、N173 和N207 處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用率顯著低于N69處理，且N207處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用率最低。

2.3 控釋氮肥和尿素配施對(duì)田面水銨態(tài)氮濃度的影響

由表2可知，與N0處理相比，施用氮肥處理的田面水銨態(tài)氮含量均顯著增加，各處理在施肥后7 d，田面水銨態(tài)氮含量的增幅在1.61～8.17 mg·L-1，且隨著氮肥用量的增加，田面水銨態(tài)氮含量呈增加趨勢(shì)。施肥后2 d，各處理的田面水銨態(tài)氮含量均達(dá)到峰值，與施肥后1 d 相比，N0、N69、N104、N138、N173和N207處理在施肥后2 d的田面水銨態(tài)氮含量分別增加15.9%、192.8%、222.9%、210.8%、185.6%和211.3%，然后隨著時(shí)間推進(jìn)而逐漸降低。

2.4 控釋氮肥和尿素配施對(duì)田面水銨態(tài)氮總量的影響

由表3可知，與N0處理相比，施用氮肥后田面水銨態(tài)氮總量顯著增加（Plt;0.05），各處理在施肥后7 d，田面水銨態(tài)氮總量的增幅為8.40～163.93 kg·hm-2。隨著氮肥施用量的增加，田面水銨態(tài)氮總量逐漸增加。施肥后2 d，各處理的田面水銨態(tài)氮總量均達(dá)到最高，與施肥后1 d 相比，N0、N69、N104、N138、N173和N207處理的田面水銨態(tài)氮總量分別增加31.58、119.58、182.86、199.32、200.32和233.44 kg·hm-2，以后隨著時(shí)間推進(jìn)而逐漸減少。

2.5 控釋氮肥和尿素配施下氮肥用量與田面水銨態(tài)氮含量及總量的相關(guān)關(guān)系

控釋氮肥和尿素固定比例混合施用量的增加均顯著促進(jìn)了田面水銨態(tài)氮含量和總量的提高（Plt;0.05）。由圖3和表4可知，施肥后1 d，田面水銨態(tài)氮含量與控釋氮肥和尿素固定比例混合施用量呈極顯著正相關(guān)，2～5 d田面水銨態(tài)氮含量與控釋氮肥和尿素固定比例混合施用量呈顯著正相關(guān)。而施肥后1～7 d，田面水銨態(tài)氮總量均與控釋氮肥和尿素固定比例混合施用量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（Plt;0.001），擬合方程斜率表明，當(dāng)?shù)视昧吭黾? kg·hm-2，施肥后1～7 d的田面水銨態(tài)氮含量和總量可提高0.01～0.06 mg·L-1 和0.06～1.28 kg·hm-2，其中在施肥后1～7 d 內(nèi)，以施肥后2 d 田面水銨態(tài)氮含量和總量的增幅最高。

3 討論

氮肥的形態(tài)與含量直接反映其對(duì)水稻的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)能力[26]。與常規(guī)氮肥處理相比，控釋氮肥處理下水稻產(chǎn)量提高11.5%[27]，而在減氮情況下，控釋氮肥處理仍可以比常規(guī)氮肥增產(chǎn)1.9%[28]。基于全球數(shù)據(jù)的薈萃分析也表明，雖然控釋氮肥可以提高作物產(chǎn)量和氮肥利用率，但作物產(chǎn)量的增幅主要受控釋氮肥與尿素配施比例的影響[29]。本研究發(fā)現(xiàn)，在60%控釋氮肥和40%尿素配施下，隨著氮肥施用量的增加，水稻籽粒產(chǎn)量呈逐漸增加趨勢(shì)，這與聶軍等[30]研究結(jié)果相同，但是，由于品種特性和土壤肥力的差異，本研究中控釋氮肥和尿素配施下水稻產(chǎn)量的增幅與其他研究存在差異[27-31]。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，與N0 處理相比，N69、N104、N138、N173和N207處理的籽粒產(chǎn)量增加范圍在15.6%～30.6%，且N173和N207處理之間無(wú)顯著差異，說(shuō)明氮肥施用量增加到173 kg·hm-2以上，水稻籽粒產(chǎn)量增加不顯著。可見(jiàn)，控釋氮肥和尿素配施用量在173 kg·hm-2可以使早稻產(chǎn)量達(dá)到最高。

氮肥農(nóng)學(xué)利用率表示單位施肥量對(duì)作物籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)程度，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最關(guān)心的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一[32]。合理施用控釋氮肥能提高氮肥農(nóng)學(xué)效率[33‐34]。連續(xù)10年的田間試驗(yàn)表明，在雙季稻上施用控釋氮肥在維持作物高產(chǎn)的條件下提高了氮肥利用率[35]。本研究表明，隨著控釋氮肥和尿素配施用量的增加，氮肥農(nóng)學(xué)利用率逐漸降低，但N104處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用率與N69處理相比無(wú)顯著降低。因此，綜合水稻產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學(xué)利用率得出，在60%控釋氮肥和40%尿素配施下，總氮用量為104 kg·hm-2為早稻生產(chǎn)適宜的施用量。合理的施用控釋肥還可以在增產(chǎn)的同時(shí)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)稻田甲烷和氧化亞氮等溫室氣體的減排[36]。此外，控釋氮肥和尿素配施也是減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氨揮發(fā)的較好施肥措施[23]。

氮肥用量是影響田面水銨態(tài)氮含量和總量的主要因素之一，且田面水氮素含量隨氮肥用量的增加而顯著提高[37‐38]。氮肥施入稻田后，田面水的氮素以銨態(tài)氮為主，其含量變化與總量一致，均在氮肥施用后1～2 d 達(dá)到峰值，此后逐漸下降[39‐40]。本研究也得出相同結(jié)果，控釋氮肥和尿素配施后2 d田面水銨態(tài)氮含量和總量均達(dá)到峰值，以后隨著時(shí)間延長(zhǎng)而減少。這主要是由于控釋氮肥和尿素于水稻移栽前一次性施入稻田，施肥后1 d氮肥發(fā)生溶解，施肥后2 d控釋氮肥表層聚合物溶解充分，使得田面水銨態(tài)氮含量提高，但是由于控釋氮肥能夠有效控制養(yǎng)分釋放速度和時(shí)間[41]，使得施肥后3 d開(kāi)始田面水銨態(tài)氮含量逐漸降低。銨態(tài)氮可進(jìn)一步通過(guò)氨揮發(fā)進(jìn)入大氣而損失[42]，在我國(guó)南方稻區(qū)，氨揮發(fā)損失的氮量可占施氮量9%～40%[43]。控釋氮肥和尿素配施不僅可顯著降低稻田水面中的銨態(tài)氮含量，還能滿足水稻對(duì)氮素的需求。因此，本研究對(duì)于南方早稻生產(chǎn)區(qū)的氮素流失阻控和面源污染防治等具有重要的指導(dǎo)意義。

本研究還發(fā)現(xiàn)，田面水銨態(tài)氮含量和銨態(tài)氮總量隨施氮量增加而顯著增加，控釋氮肥施入田面水7 d，田面水銨態(tài)氮含量、總量與氮肥用量呈顯著正相關(guān)。這與夏小江等[44]研究結(jié)果相同。研究發(fā)現(xiàn)，稻田田面水氮徑流損失也隨施肥量的增加而顯著增加[45]，農(nóng)田氮素的損失主要是地表徑流向水體遷移[46]。而本研究結(jié)合擬合方程的斜率發(fā)現(xiàn)，氮肥用量增加對(duì)施肥后2 d田面水銨態(tài)氮的增幅最高，說(shuō)明施肥后2 d應(yīng)嚴(yán)格控制稻田田面水，避免排水，從而最大程度防控氮素流失。因此，建議出臺(tái)相關(guān)政策以鼓勵(lì)建立良好的溝渠系統(tǒng)，有利于稻田徑流水中氮的再利用[47]。