韓 哲，陳寶成，曹 兵，齊建俊，陳劍秋

(1.土肥資源高效利用國家工程實驗室/山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 山東泰安 271018；2.養(yǎng)分資源高效開發(fā)與綜合利用國家重點(diǎn)實驗室 山東臨沭 276700；3.北京市農(nóng)林科學(xué)院 北京 100097； 4.山東省濟(jì)陽縣農(nóng)業(yè)局 山東濟(jì)南 251400)

水稻是我國重要的糧食作物[1]，近年來其種植面積占全國糧食作物總種植面積的27%左右[2]，其產(chǎn)量對我國糧食供應(yīng)至關(guān)重要。施肥是提高作物產(chǎn)量的有效途徑之一，化肥已經(jīng)成為影響糧食產(chǎn)量的第二大因素[3-4]。合理施用肥料能增加土壤中營養(yǎng)成分的含量，保證作物對養(yǎng)分的吸收，實現(xiàn)增產(chǎn)增效；合理施用肥料也可以降低農(nóng)作物病蟲害的發(fā)病率，保障作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[5-7]。

我國是世界上化肥施用量最多的國家，達(dá)到了全球總量的35%左右[8]，然而我國肥料當(dāng)季作物利用率較低，其中氮肥為30%～35%，磷肥為10%～25%，鉀肥為35%～50%[9]。大量使用肥料在提高作物產(chǎn)量的同時引發(fā)了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)與面源污染[10-12]，進(jìn)一步造成了土壤肥力下降、農(nóng)作物品質(zhì)降低、環(huán)境污染嚴(yán)重等后果[13]。針對肥料施用出現(xiàn)的問題，我國在合理施肥、提高肥料利用率等方面進(jìn)行了肥料深施、平衡施肥、精確定量施肥、測土配方施肥、水肥一體化及篩選優(yōu)良的作物品種等研究，提出創(chuàng)新材料、使用新型技術(shù)或改進(jìn)方法制造新型肥料是提高肥料利用率的一條重要途徑[14]。

目前新型肥料的品種及數(shù)量越來越多，有關(guān)比較新型肥料與傳統(tǒng)施肥對作物施肥效果的研究較多，但對納米控釋氮肥、控釋鉀肥[15-16]、添加劑增效磷鉀肥[17-18]、黃腐酸肥等新產(chǎn)品在某些作物(如水稻)上的肥效研究未見報道，對多種新型肥料在作物上肥效間的比較研究也較少，這些都不利于新型肥料的推廣與應(yīng)用。

為了探究幾種新型肥料在水稻上的施用效果，以常規(guī)施肥作對照，選取納米控釋氮肥、控釋鉀肥、添加劑增效磷鉀肥、黃腐酸復(fù)合肥和黃腐酸液體肥料等5種新型肥料并減氮施肥，試驗研究了新型肥料的養(yǎng)分供應(yīng)、作物養(yǎng)分吸收及增產(chǎn)情況，以篩選優(yōu)良的新型肥料品種，為新型肥料在水稻上的施用推廣提供理論支持和實踐依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗在山東省濟(jì)南市濟(jì)陽辦事處水稻種植基地進(jìn)行，該地屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)型氣候，年平均降水量為800 mm，年平均溫度為13 ℃。

供試土壤：沖擊潴育水稻土(普通鐵聚水耕人為土)。0～20 cm土壤的基本理化性狀：pH 6.99(水土比5∶1)，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)11.86 g/kg，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.24 g/kg，速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)180.57 mg/kg，有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)24.30 mg/kg。

供試肥料：控釋鉀肥，土肥資源高效利用國家工程實驗室研制生產(chǎn)的樹脂包膜氯化鉀，w(K2O)=58%，控釋期3個月；納米控釋摻混氮肥，北京市農(nóng)林科學(xué)院試制的納米二氧化硅包膜尿素，控釋期3個月，控釋氮肥占60%，w(N)=43%；添加劑增效磷鉀肥1，腐殖酸、沸石粉、硅藻土、重過磷酸鈣、硫酸鉀按比例混合后磨細(xì)，過250 μm(60目)篩，造粒，w(P2O5)=18%，w(K2O)=18%；添加劑增效磷鉀肥2，腐殖酸、海泡石、硅藻土、重過磷酸鈣、硫酸鉀按比例混合后磨細(xì)，過60目篩，造粒，w(P2O5)=18%，w(K2O)=18%；黃腐酸復(fù)合肥(N-P2O5-K2O=15-10-10)，w(黃腐酸)=7%；黃腐酸液體肥料，ρ(黃腐酸)≥240 g/L，ρ(N+P2O5+K2O)≥200 g/L，ρ(腐殖酸)≥30 g/L；重過磷酸鈣，w(P2O5)=46%；氯化鉀，w(K2O)=60%；普通尿素，w(N)=46%。

水稻品種選用“圣稻14”，屬中早熟品種，中抗稻瘟病，苗期中抗白葉枯病，成株期中感白葉枯病。

1.2 試驗設(shè)計

試驗為田間小區(qū)試驗，小區(qū)面積6 m×3 m=18 m2，共10個處理，其中新型肥料處理比習(xí)慣施肥處理氮肥減量25%，普通肥料采用同一品種,見表1。各處理均設(shè)3次重復(fù)，共30個小區(qū)。水稻基肥施肥方式為表面撒施后翻耕20 cm，追肥為水田表面撒施，其他田間管理按常規(guī)田間管理方式進(jìn)行。

表1 試驗方案

1.3 檢測項目及測定方法

水稻收獲后測定產(chǎn)量(實打?qū)嵤?，每個小區(qū)收獲中間4行，稱量生物量、籽粒、秸稈鮮重，測定各自水分含量，換算出干重)；土壤硝態(tài)氮(2 mol/L KCl溶液浸提，紫外分光光度法測定)；土壤銨態(tài)氮(2 mol/L KCl溶液浸提，靛酚藍(lán)比色法測定)；土壤有效磷(0.5 mol/L NaHCO3溶液浸提，鉬銻抗比色法測定)；土壤速效鉀(1 mol/L 乙酸銨溶液浸提，火焰光度法測定)；株高(直尺測定)；葉綠素(SPAD-502葉綠素儀測定)；植株氮磷鉀(H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮，全自動定氮儀、火焰光度法、鉬銻抗比色法測定)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

肥料偏生產(chǎn)力(PFP)=產(chǎn)量/施肥量。

使用SPSS 19.0和Excel 2016軟件對試驗所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用Duncan法進(jìn)行方差分析，用Dunnett′s T(3)法來檢驗不同處理間差異的顯著性(p<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對水稻收獲期土壤無機(jī)氮含量的影響

測定水稻收獲期土壤中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的含量，得到收獲期土壤中無機(jī)氮含量，結(jié)果見圖1[同一個處理柱上標(biāo)有相同的小寫字母則表示對應(yīng)的處理間的差異不顯著(p<0.05)，下同]。結(jié)果表明：CFY處理無機(jī)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為88.01 mg/kg，CRN、CRNK處理無機(jī)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，分別為84.33、81.83 mg/kg；上述3種處理土壤中無機(jī)氮含量顯著高于未添加控釋氮肥的新型肥料處理和F對照處理，說明CRN處理養(yǎng)分釋放較慢，在水稻生長后期能提供相對較多的氮素養(yǎng)分；在CRN處理中添加黃腐酸液體肥可以進(jìn)一步提高土壤中無機(jī)氮含量；兩種添加劑增效磷鉀肥處理WF1、WF2之間土壤中無機(jī)氮含量差異不顯著。

2.2 不同施肥處理對水稻收獲期土壤有效磷含量的影響

土壤中磷素的供應(yīng)水平主要由土壤中有效磷的含量來體現(xiàn)，測定水稻收獲期各處理土壤中有效磷的含量，結(jié)果見圖2，收獲期各施肥處理的土壤中有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.95～51.31 mg/kg。WF2處理水稻收獲期土壤中有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為51.31 mg/kg，較常規(guī)施肥F處理提高30.16%，差異顯著；CFY處理土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.22 mg/kg，顯著高于F、CRN、CRK、CRNK、WF1處理；其余施肥處理間土壤有效磷含量差異不顯著。

2.3 不同施肥處理對水稻收獲期土壤速效鉀含量的影響

土壤中可供植物利用的鉀素含量主要通過土壤中鉀素最有效的形態(tài)即速效鉀的含量來體現(xiàn)。測定水稻收獲期不同處理土壤中速效鉀的含量，結(jié)果見圖3，各施肥處理土壤中速效鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為207.71～261.73 mg/kg，各新型肥料處理速效鉀含量與常規(guī)施肥處理相比差異不顯著，其中以CRNK處理速效鉀含量最高，與CRN、CK處理相比差異顯著，但與其他處理速效鉀含量相比差異不顯著。

2.4 不同施肥處理對水稻產(chǎn)量的影響

水稻收獲后分別測定秸稈產(chǎn)量、稻谷產(chǎn)量以及生物量，結(jié)果見表2，與常規(guī)施肥F處理相比，施用新型肥料處理的秸稈產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量以及生物量均有顯著提升。CFY、HFY處理比CRN、HF處理分別增產(chǎn)7.24%、4.50%，增產(chǎn)效果顯著，說明在原CRN和HF處理下，追加施用黃腐酸液體肥可以顯著提高水稻產(chǎn)量。試驗所用的控釋肥、增效磷鉀肥、黃腐酸肥在比常規(guī)施肥處理減少25%氮肥用量條件下，顯著提高了水稻產(chǎn)量。

表2 不同施肥處理對水稻產(chǎn)量的影響

CRN、CRK處理增產(chǎn)效果顯著，但CRNK處理比CRN或CRK處理增產(chǎn)效果差；比較兩種增效磷鉀肥對水稻產(chǎn)量的影響，WF2處理(添加腐殖酸、海泡石、硅藻土的磷鉀肥)比WF1處理(添加腐殖酸、沸石粉、硅藻土的磷鉀肥)增產(chǎn)效果更好；CFY、HFY處理可以在原處理產(chǎn)量的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升水稻產(chǎn)量。

2.5 不同施肥處理對水稻經(jīng)濟(jì)效益的影響

按照稻谷3.6元/kg計算總收入，減去肥料支出和打藥、澆水、施肥、耕地、收割等其他支出，得出不同施肥處理的水稻經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)果見表3。試驗施用的控釋肥、添加劑增效磷鉀肥等新型肥料處理較常規(guī)施肥F處理均有不同程度的增收效果，提高了水稻經(jīng)濟(jì)效益。試驗所用新型肥料雖然價格比普通肥料高，但由于增產(chǎn)效果較好，均提高了水稻生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

表3 不同施肥處理條件下水稻經(jīng)濟(jì)效益 元/hm2

2.6 不同施肥處理對水稻養(yǎng)分累積量的影響

測定水稻中氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量，結(jié)果顯示不同施肥處理水稻對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收程度不同，見表4。各施肥處理氮累積量為136.34～245.45 kg/hm2，新型肥料處理較常規(guī)施肥處理氮累積量提高20.86%～80.03%，差異顯著，其中以CFY、HFY處理氮累積量較高，分別為226.22、245.45 kg/hm2，較常規(guī)施肥F處理增加65.92%、80.03%。

不同施肥處理水稻對磷累積量為35.54～45.42 kg/hm2，各新型肥料處理磷素累積量均高于常規(guī)施肥F處理，磷累積量提高12.72%～27.80%。其中HFY處理磷累積量最高為45.42 kg/hm2，與常規(guī)施肥F處理相比差異顯著，但較其他新型肥料處理差異不顯著。

表4 不同施肥處理水稻養(yǎng)分累積量 kg/hm2

不同施肥處理水稻對鉀累積量為216.42～258.66 kg/hm2，CFY處理鉀累積量較低，為216.42 kg/hm2，低于常規(guī)施肥F處理，但差異不顯著；CRK、HFY處理鉀累積量較高，分別為258.24、258.66 kg/hm2，但與常規(guī)施肥F處理相比差異不顯著。

2.7 不同施肥處理對肥料偏生產(chǎn)力的影響

肥料偏生產(chǎn)力(PFP)在一定程度上反映了肥料對作物的施用效果，是土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分水平和化肥施用量綜合效應(yīng)的重要指標(biāo)。根據(jù)水稻籽粒產(chǎn)量和肥料施用量計算PFP，結(jié)果見表5。施用新型肥料處理氮肥偏生產(chǎn)力均顯著高于常規(guī)施肥F處理，增加41.42%～58.10%，其中CFY處理氮肥偏生產(chǎn)力較高，為36.41 kg/kg。

表5 不同施肥處理肥料偏生產(chǎn)力 kg/kg

試驗中磷肥、鉀肥用量一致。除CRNK處理外，其他施用新型肥料處理磷鉀肥偏生產(chǎn)力均顯著高于常規(guī)施肥F處理，增加6.01%～18.51%，其中CFY處理的磷鉀肥偏生產(chǎn)力最高，為53.40 kg/kg。

3 討論

試驗數(shù)據(jù)表明，新型肥料處理較常規(guī)施肥處理對水稻產(chǎn)量、養(yǎng)分利用率及經(jīng)濟(jì)效益均有不同程度的提升。近年來，對膜材的選擇一直是控釋肥料研究的關(guān)鍵問題。試驗所用的控釋氮肥采用納米二氧化硅作為包膜材料，通過超聲分散使其均勻地分布在尿素顆粒表面，然后反應(yīng)成膜。與普通尿素相比，試驗施用CRN處理的土壤無機(jī)氮含量顯著提高，對水稻增產(chǎn)效果明顯，提高了水稻經(jīng)濟(jì)效益，但與其他膜材料的控釋氮肥對比效果還需要進(jìn)一步研究。目前有關(guān)控釋鉀肥肥效的研究相對較少，試驗施用控釋鉀肥顯著提高了水稻產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到了較好的控釋效果。試驗條件下，單獨(dú)施用控釋氮肥、控釋鉀肥都取得了較好的增產(chǎn)增效效果，但控釋氮肥與控釋鉀肥配合施用水稻的增產(chǎn)效果不顯著，原因可能是控釋氮肥與控釋鉀肥配合施用時氮、鉀養(yǎng)分釋放都緩慢，其總體養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度較低，沒有達(dá)到水稻對養(yǎng)分需求的最好水平。

磷肥利用率比氮肥、鉀肥低，提高磷肥利用率一直是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)研究的課題。磷肥包膜在工藝上較困難，包膜能否提高過磷酸鈣有效性在業(yè)內(nèi)存在爭議，利用非包膜措施來提高磷肥有效性得到了廣泛研究，其中通過提高磷礦粉顆粒細(xì)度來提高磷肥有效性是種有效的方法，能促進(jìn)作物對磷的吸收，提高磷肥農(nóng)學(xué)利用率[19-20]；此外，超微細(xì)磷鉀肥與活化劑配施也能顯著提高養(yǎng)分利用率[21]。試驗將磷鉀肥與腐殖酸、沸石粉、硅藻土等添加劑充分混合后磨細(xì)處理，一是充分混勻，二是讓肥料與添加劑結(jié)合緊密，減少了肥料與土壤的接觸面積，降低磷肥被土壤固定的概率。另外，添加劑中的腐殖酸含有多種不同的功能基，具有較強(qiáng)的絡(luò)合性、離子交換性和生物活性，可以降低土壤對磷的固定，延緩有效磷轉(zhuǎn)換為無效磷的過程；沸石粉、硅藻土表面有許多特殊的孔性構(gòu)造，具有較強(qiáng)的攜載能力[22-24]，可以把磷鉀肥料均勻吸附在表面，適當(dāng)延長肥料的釋放時間，有利用于作物吸收，提高水稻產(chǎn)量和養(yǎng)分利用率。

黃腐酸是一種天然的植物生長調(diào)節(jié)劑，具有增強(qiáng)作物抗逆性、提高作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)等特點(diǎn)[25-26]。將黃腐酸與氮磷鉀肥料混合，使有機(jī)肥與無機(jī)肥的優(yōu)勢都充分發(fā)揮，不僅能減少肥料用量、省時省力、節(jié)約成本，還可以增產(chǎn)提質(zhì)、提高經(jīng)濟(jì)效益[27-28]。試驗中，黃腐酸復(fù)合肥與配施黃腐酸液體肥處理在增加作物產(chǎn)量、提高土壤速效養(yǎng)分含量和肥料利用率等方面，達(dá)到了預(yù)期效果。

4 結(jié)語

與普通施肥相比，在氮素施用量減少25%、磷鉀肥施用量相同的條件下，試驗所施用的納米控釋氮肥、控釋鉀肥、增效磷鉀肥、黃腐酸復(fù)合肥、黃腐酸液體肥等新型肥料在水稻種植上均取得較好的供肥增產(chǎn)、增效效果，差異大都達(dá)顯著水平，其中以納米控釋摻混氮肥+黃腐酸液體肥、黃腐酸復(fù)合肥+黃腐酸液體肥效果突出，產(chǎn)量最高，經(jīng)濟(jì)效益最佳；在兩種添加劑增效磷鉀肥中，以磷鉀肥、腐殖酸、海泡石、硅藻土配制成的添加劑增效磷鉀肥效果較好；在施肥量相同條件下，納米控釋摻混氮肥+控釋鉀肥不如單施納米控釋摻混氮肥或控釋鉀肥效果好；納米控釋摻混氮肥、黃腐酸復(fù)合肥配合施用黃腐酸液體肥有更好的增產(chǎn)效果。