吳萍萍，李錄久*，耿言安，姚文麒

（1.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所/安徽養(yǎng)分循環(huán)與資源環(huán)境省級(jí)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230031；2.長豐縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，安徽 長豐 231100）

近10年來，隨著控制化肥用量的環(huán)境立法在世界各國越來越重視，世界普通化肥用量出現(xiàn)負(fù)增長，但是新型緩/控釋肥料消費(fèi)每年卻以高于5%的速度增長。生物肥料、有機(jī)復(fù)合化肥料、功能性肥料成為新型肥料研究與開發(fā)的熱點(diǎn)［1］。2015年我國發(fā)布了《到2020年化肥使用零增長行動(dòng)方案》，提出化肥“零增長”下養(yǎng)分高效利用的發(fā)展目標(biāo)，將新型肥料推廣與應(yīng)用作為重點(diǎn)發(fā)展任務(wù)。新型肥料一般是指利用新方法、新工藝生產(chǎn)的具有復(fù)合高效、緩釋控釋（長效）和環(huán)境友好等特征的肥料，區(qū)別于傳統(tǒng)化肥工業(yè)生產(chǎn)的化學(xué)單質(zhì)肥料和復(fù)合肥料以及未經(jīng)深加工的有機(jī)肥料。它是針對(duì)傳統(tǒng)肥料的利用率低、易污染環(huán)境、施用不便等缺點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行的物理、化學(xué)或生物化學(xué)改性后生產(chǎn)出的一類新產(chǎn)品［2］。世界各國都在針對(duì)普通化學(xué)肥料利用率低，使用過程中容易出現(xiàn)損失而污染環(huán)境等問題，紛紛研制養(yǎng)分控制釋放肥料，要求肥料養(yǎng)分的釋放節(jié)律與作物的養(yǎng)分吸收相吻合，既可以實(shí)現(xiàn)一次性施肥省工高效，又可大幅度提高肥料利用率［1］。新型生物肥料、有機(jī)復(fù)合肥料，以及提高作物抗逆、改善資源利用效率的多功能肥料等也是順應(yīng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展需要而產(chǎn)生的新型肥料類型。

以往報(bào)道指出，新型肥料有利于提高0～80 cm土壤硝態(tài)氮累積［3］，與普通復(fù)合肥相比，施用新型肥料（保水型、穩(wěn)定性和包膜型緩釋肥）可顯著提高黃壤區(qū)辣椒的氮素利用效率，以穩(wěn)定性緩釋肥的氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥表觀利用率最高［4］。硫包衣肥料、硅酸鹽包膜肥料等新型肥料能夠增加黑土區(qū)玉米產(chǎn)量，有效降低氨揮發(fā)和N2O排放，從而提高氮肥利用率［5］。但是相同施氮量下，不同類型新型尿素對(duì)江淮地區(qū)水稻生長及氮素利用效率的作用報(bào)道尚較少。本研究通過大田試驗(yàn)，研究不同類型新型肥料對(duì)水稻產(chǎn)量、土壤理化性質(zhì)以及水稻氮素吸收利用的影響，以期篩選出適宜在江淮地區(qū)水稻種植中施用的新型肥料，為該地區(qū)水稻高產(chǎn)、高效生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

水稻試驗(yàn)于2017年5～10月在安徽省長豐縣壁城鄉(xiāng)徐廟村進(jìn)行，土壤類型為下蜀黃土發(fā)育而成的黃白土，試驗(yàn)前0～20 cm耕層土壤基本理化性質(zhì)為：pH值5.48，有機(jī)質(zhì)18.7 g/kg，全氮1.12 g/kg，堿解氮82.4 mg/kg，有效磷6.6 mg/kg，速效鉀188.9 mg/kg。設(shè)置以下8個(gè)處理：①無氮對(duì)照（CK）；②普通尿素處理（U）；③控失尿素處理（CU）；④聚能網(wǎng)尿素處理（FU）；⑤腐植酸尿素處理（HU）；⑥含鋅尿素處理（Zn-U）；⑦控失尿素一次性施肥處理（CUB）；⑧普通尿素+施等量鋅處理（U+Zn），其中處理③～⑦為某化肥有限公司提供的不同類型新型尿素。普通尿素、控失尿素、聚能網(wǎng)尿素、腐植酸尿素和含鋅尿素的含氮量分別為46%、43.2%、46%、46%和43.2%。含鋅尿素含Zn 2%。

除無氮肥的對(duì)照施等量的磷、鉀肥外，其它7個(gè)處理均在等量氮磷鉀肥料用量基礎(chǔ)上進(jìn)行，N-P2O5-K2O施肥量為200-90-90 kg/hm2。小區(qū)面積為26.0 m2，重復(fù)3次，完全隨機(jī)區(qū)組排列。磷、鉀肥分別使用普通過磷酸鈣和氯化鉀，做底肥一次性施入，氮肥除CK處理不施氮，處理⑦為一次性施氮肥外，其它處理按照70%和30%比例分別做底肥和孕穗期施用，加鋅處理用等量的硫酸鋅。水稻品種采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)品種，田間管理與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶一致。

1.2 測(cè)定內(nèi)容及方法

水稻收獲期分小區(qū)采集代表性水稻植株樣品，考察水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素，包括單位面積有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率及千粒重等。采集水稻籽粒和植株樣品，烘干磨碎過篩后，采用H2SO4-H2O2消煮-凱氏定氮儀分析全氮含量。

土壤pH值按照水土比2.5∶1浸提，電極法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法，全氮采用凱氏定氮法，堿解氮用堿解擴(kuò)散法，有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀采用1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法測(cè)定。

1.3 氮素利用率計(jì)算

氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN，kg/kg）=施氮處理水稻籽粒產(chǎn)量/施氮量；

氮肥農(nóng)學(xué)效率（AEN，kg/kg）=（施氮處理水稻籽粒產(chǎn)量-不施氮處理水稻籽粒產(chǎn)量）/施氮量；

氮肥表觀利用率（REN，%）=（施氮處理水稻地上部吸氮量-不施氮處理水稻地上部吸氮量）/施氮量×100；

氮素生理效率（PEN，kg/kg）=（施氮處理水稻籽粒產(chǎn)量-不施氮處理水稻籽粒產(chǎn)量）/（施氮處理水稻地上部吸氮量-不施氮處理水稻地上部吸氮量）。

1.4 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2003和SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。差異顯著性分析采用Duncan法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同新型肥料施用對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表1可見，施用腐植酸尿素和含鋅尿素有利于提高水稻有效穗、穗粒數(shù)和千粒重，其中有效穗數(shù)較普通尿素處理分別增加20.7%和17.2%，穗粒數(shù)分別增加10.2%和8.2%，千粒重分別增加2.3%和2.7%。控失尿素一次性施肥處理的水稻產(chǎn)量構(gòu)成要素處于較低水平，有效穗、穗粒數(shù)和千粒重較普通尿素處理分別降低10.3%、11.3%和4.8%，明顯低于其它新型肥料處理。除不施氮肥處理外，各處理結(jié)實(shí)率在85.8%～91.5%之間。

表1 新型肥料對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.2 不同新型肥料施用對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

不同新型尿素處理的水稻產(chǎn)量較對(duì)照（CK）處理均有不同程度的提高（表2），增產(chǎn)幅度在47.2%～66.2%之間。含鋅尿素處理的水稻產(chǎn)量最高，其次是腐植酸尿素處理，相較于普通尿素處理分別增產(chǎn)5.6%和4.3%；普通尿素加鋅、聚能網(wǎng)尿素和控失尿素處理的增產(chǎn)幅度相對(duì)較小，在1.8%～3.0%之間；控失尿素一次性施肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響不如施用普通尿素，水稻減產(chǎn)6.5%，與其它新型肥料處理間表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05）。

表2 新型肥料對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

2.3 不同新型肥料施用對(duì)土壤理化性狀的影響

由表3可見，施用不同類型新型肥料對(duì)土壤pH值的影響較小，較普通尿素處理的降低幅度在0.01～0.18個(gè)單位。土壤有機(jī)質(zhì)含量在腐植酸尿素和含鋅尿素兩個(gè)處理中相對(duì)較高，較普通尿素處理分別提高5.9%和4.2%，而其它尿素處理的有機(jī)質(zhì)含量與普通尿素處理接近。施用控失尿素和腐植酸尿素有利于增加土壤全氮和堿解氮含量，分別提高2.2%～2.9%和5.7%～9.6%?？梢?，腐植酸尿素施用能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量，減少土壤氮素?fù)p失；控失尿素和含鋅尿素也能在一定程度上促進(jìn)有機(jī)質(zhì)和氮素在土壤中的累積。

表3 新型肥料對(duì)土壤理化性狀的影響

2.4 不同新型肥料施用對(duì)水稻氮素吸收及利用效率的影響

由表4可見，在相同施氮量下，施用不同類型新型肥料均有利于提高水稻籽粒和秸稈氮素吸收量，各處理地上部總吸氮量較普通尿素處理提高2.3%～13.7%，其中腐植酸尿素處理地上部總吸氮量最高，達(dá)213.2 kg/hm2，與普通尿素處理間差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）。

表4 新型肥料對(duì)水稻吸氮量及氮利用效率的影響

表4還表明，除控失尿素一次性施肥處理外，不同新型肥料施用能夠不同程度地提高水稻氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)效率，較普通尿素處理分別增加0.7～2.1 kg/kg和0.7～2.1 kg/kg，其中腐植酸尿素和含鋅尿素處理相對(duì)較高。新型肥料處理的氮素表觀利用率在46.4%～59.2%之間，尤其是腐植酸尿素，達(dá)59.2%，顯著高于普通尿素處理，其次是含鋅尿素和聚能網(wǎng)尿素處理，分別為52.6%和52.3%。施用含鋅尿素或普通尿素加鋅對(duì)水稻氮素生理效率有促進(jìn)作用，而控失尿素一次性施肥處理的氮素生理效率明顯低于其它處理?？傮w而言，試驗(yàn)區(qū)域施用腐植酸尿素和含鋅尿素最有利于提高水稻氮肥利用效率，促進(jìn)氮素在水稻體內(nèi)的積累和利用。

3 討論

本研究結(jié)果表明，除控失尿素一次性施肥處理外，不同新型肥料施用能夠不同程度地促進(jìn)水稻發(fā)育，提高水稻產(chǎn)量，其中含鋅尿素和腐植酸尿素的增產(chǎn)幅度相對(duì)較大。在施氮量相同的情況下，新型肥料的主要作用通常是減少氮素?fù)p失，促進(jìn)氮素吸收以及提高其利用效率。鋅能促進(jìn)植物葉綠素與生長素合成，改善植物的碳、氮代謝。施鋅肥能夠克服植物生長受抑、葉片失綠變白、畸形、莖節(jié)縮短、生長點(diǎn)壞死、根系細(xì)弱等問題，如水稻“僵苗”、玉米“白芽病”等，從而達(dá)到增產(chǎn)。據(jù)調(diào)查，安徽省江淮丘陵地區(qū)農(nóng)田土壤普遍缺鋅，有效Zn含量在0.3～13.3 μg/mL之間，約有87.2%的土地低于臨界值［6］，因此在該區(qū)域水稻種植中施用含鋅尿素表現(xiàn)出較好的增產(chǎn)效果。腐植酸尿素是在尿素生產(chǎn)過程中加入腐植酸類天然活性物質(zhì)所生產(chǎn)的肥料改性增效產(chǎn)品。腐植酸作為一類富含羧基、酚羥基、羰基等良好生物活性的有機(jī)高分子物質(zhì)，在促進(jìn)作物根系生長發(fā)育，提高肥料利用率方面有明顯的作用。大量研究表明，腐植酸可以通過氫鍵、絡(luò)合以及物理吸附等多種作用增加尿素的肥效［7］。如李軍等［8］報(bào)道，腐植酸尿素可顯著提高玉米籽粒產(chǎn)量6.3%～17.3%。

施用腐植酸尿素和含鋅尿素還能促進(jìn)氮素在水稻體內(nèi)的積累和利用，從而提高水稻氮肥利用效率。氮肥和鋅肥存在協(xié)同效應(yīng)，氮鋅配施除了提高作物產(chǎn)量，還能夠增加作物籽粒中的氮和鋅，并促進(jìn)作物莖葉中的氮素向籽粒分配和轉(zhuǎn)運(yùn)，從而增加氮肥的偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥表觀利用效率，這在水稻、玉米等作物上均有報(bào)道［9-11］。腐植酸尿素中的腐植酸可直接與尿素發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，包括腐植酸與尿素的絡(luò)合或形成氫鍵，自由基反應(yīng)以及物理化學(xué)吸附等；也可在COO-誘導(dǎo)作用下使尿素中的-NH2轉(zhuǎn)變?yōu)镹H4+，發(fā)生離子化反應(yīng)，改變氮素的形態(tài)，從而使腐植酸尿素中的部分速效氮變成了緩效氮［12］。此外，腐植酸具有生物活性，能夠促進(jìn)根系生長發(fā)育，提高根系對(duì)營養(yǎng)元素的吸收能力［13］，還能夠調(diào)節(jié)作物新陳代謝，促進(jìn)氮素在植株體內(nèi)的轉(zhuǎn)移，進(jìn)而提高籽粒氮素收獲指數(shù)［14］。如成紹鑫［15］研究指出，腐植酸尿素可使氮肥利用率提高6.9%～11.9%。史春余等［16］研究發(fā)現(xiàn)，施用腐植酸肥料能夠明顯提高番茄的氮肥利用率。李軍等［8］研究也表明，腐植酸尿素施用減少了肥料氮損失，玉米的氮吸收總量和土壤中的肥料氮?dú)埩袅烤哂谄胀蛩兀琋肥利用率提高5.9%～8.6%，N損失率降低7.3%～11.2%。在生姜上施用腐植酸尿素發(fā)現(xiàn)，無論做基肥還是做追肥生姜產(chǎn)量和根系活力均顯著提高，氮肥利用率較普通尿素分別提高54.08%和24.50%［13］。還有研究表明，腐植酸可抑制脲酶活性，并對(duì)銨態(tài)氮有一定的吸附作用，可減少尿素氨揮發(fā)及氮素在土壤中的淋溶損失［17-18］。本研究也發(fā)現(xiàn)，腐植酸尿素施用在提高水稻地上部氮素含量的同時(shí)，能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量，推測(cè)其可能減少肥料氮通過淋溶、徑流、氨揮發(fā)、N2O排放等途徑損失。

控失尿素是通過復(fù)合材料對(duì)尿素進(jìn)行改性，將其中的養(yǎng)分固定在植物根際土壤中形成分子網(wǎng)格，吸附和固定的營養(yǎng)元素用以滿足植物整個(gè)生長發(fā)育過程中對(duì)養(yǎng)分的需求，進(jìn)而減少污染、控制肥料流失?？厥蛩刂刑砑拥木W(wǎng)狀材料，可以減緩尿素在土壤中的轉(zhuǎn)化過程，進(jìn)而使養(yǎng)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(shí)，減少氨揮發(fā)［19］。但是，控失尿素施用時(shí)期及比例對(duì)水稻產(chǎn)量有一定影響，本研究中，控失尿素按照70%和30%分兩次施用可以提高水稻產(chǎn)量，而作為基肥一次性施用水稻反而表現(xiàn)出減產(chǎn)，且氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮素生理效率也偏低，這可能與控失尿素一次性施肥情況下氮損失量較高，以及氮素釋放規(guī)律與水稻養(yǎng)分需求不一致有關(guān)。薛欣欣等［20］研究也指出，控失尿素分次施用可以在保證稻谷穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)，有效降低稻田土壤氨揮發(fā)損失，改善植株氮素營養(yǎng)狀況，顯著提高氮肥利用效率，而控失尿素一次施用處理造成了水稻生長后期供氮不足，光照利用能力降低，水稻生長受到抑制，氮損失率較高。

4 結(jié)論

施用含鋅尿素和腐植酸尿素最有利于提高水稻有效穗、穗粒數(shù)和千粒重，水稻產(chǎn)量較普通尿素處理分別增產(chǎn)5.6%和4.3%。

腐植酸尿素施用能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量，控失尿素和含鋅尿素也能在一定程度上促進(jìn)有機(jī)質(zhì)和氮素在土壤中的累積。

除控失尿素一次性施肥處理外，不同類型新型肥料均能夠增加水稻地上部氮素吸收量，尤其是腐植酸尿素和含鋅尿素，兩處理中氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮素表觀利用率較普通尿素處理分別提高1.7～2.1 kg/kg、1.7～2.1 kg/kg和6.2%～12.8%。