陈 贵，鲁晨妮，石艳平，倪雄伟，程旺大，张红梅，王保君，张丽萍，孙 达

(1.嘉兴市农业科学研究院，浙江 嘉兴 314016； 2.嘉兴市土肥植保与农村能源站，浙江 嘉兴 314050； 3.嘉兴市南湖区农渔技术推广站，浙江 嘉兴 314051)

据估计，我国稻田氮肥用量约占农业氮肥总用量的24%[1]。但是，稻田氮肥的当季回收效率仅为30%左右，其中高产田块的利用效率更低，仅为19.9%[2-4]。相当一部分氮素通过氨挥发、硝化-反硝化、径流和渗漏等损失途径进入环境，给生态平衡造成巨大威胁[5]。近年来，水稻收购价格不断下降，劳动力成本却不断上涨，水稻传统生产中每季3～4次施肥的方式在很大程度上增加了水稻种植的用工成本。因此，如何实现减氮和节本增效是保障水稻种植可持续发展的关键。

缓控释肥能够根据作物的需肥特性释放养分，提高肥料利用效率，同时能够减少水稻种植过程中的施肥次数，降低劳动成本。针对缓控释肥在水稻上的应用，近年来学者们开展了较多试验，但研究结果存在一定差异。秦道珠等[6]研究表明，当控释肥的氮素用量为常规施肥的70%时，稻谷产量仍比常规施肥高6.72%，当控释肥的氮素用量为常规施肥的50%时，稻谷产量与常规施肥的稻谷产量相当，据此推断，施控释肥可较常规施肥减少30%～50%的氮素用量；古慧娟等[7]的田间试验表明，在水稻上施用控释肥，在不减产的基础上可比施用普通尿素省肥20%～30%。然而，也有研究认为，缓控释肥的养分释放缓慢，不能满足水稻生长前期的营养需求，在水稻生长前期增施尿素处理的产量明显高于仅施用缓控释肥的处理[8]。造成不同研究结果间差异的原因很可能与试验地区的环境气候类型、缓控释肥类型，以及施用方法等紧密相关。

脲铵是一种新型氮素肥料，由铵态氮和酰胺态氮按照一定的比例复合造粒而成，兼具速效性和长效性。脲铵的含氮量约为30%，低于尿素的含氮量(46%)[9-10]。研究表明，在脲铵与尿素等用量的条件下，尽管脲铵处理的氮投入量小于尿素处理，但水稻产量还略有增加[10]。张博文等[11]发现，等氮量投入情况下脲铵处理的水稻产量高于尿素处理，且稻田氨的挥发量减少。

目前，有关缓控释肥或脲铵施用对水稻生长和产量影响的研究相对较多，但是将缓控释肥和脲铵结合施用，探究其在水稻种植过程中对化肥减量、水稻产量、氮素利用效率和土壤养分方面影响的研究还相对欠缺。为此，本研究以嘉兴地区传统的一基两追施肥模式(即以推荐的水稻配方肥为基肥，以尿素作为分蘖肥和穗肥追肥2次)为对照，通过田间试验研究了不同类型缓控释肥和嘉兴地区农业部门推广施用的氮肥类型脲铵在一基一追模式(即以缓控释肥为基肥，以脲铵为分蘖肥追肥，两者的氮投入比例为56.7%：43.3%)下减氮施用对常规粳稻产量、氮素利用效率和土壤养分的影响，为水稻减肥增效和可持续管理提供技术依据和数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

田间试验在浙江省嘉兴市农业科学研究院试验基地展开。该地属典型的亚热带季风气候区，年均气温15～16 ℃，年均降水量1 194 mm，年相对湿度80%～85%，年均辐射量462 kJ·cm-2。试验地土壤类型为长三角地区典型的水稻土青紫泥田，试验前耕层土壤的理化性状如下：全氮1.71 g·kg-1，碱解氮138 mg·kg-1，有效磷13.3 mg·kg-1，速效钾148 mg·kg-1，有机质24.0 g·kg-1，pH值6.85。

1.2 试验设计

本试验共设计14个处理。N0，不施氮肥；CK，传统施肥对照，选用传统的一基两追肥施肥模式，折纯氮投入总量为225 kg·hm-2，3次施肥的氮投入比例分别为40%、30%、30%。所使用的肥料包括：水稻专业配方肥，N 18%，P2O58%，K2O 18%，江苏华昌化工股份有限公司生产；尿素，N 46%，河南心连心化肥有限公司生产。其他处理均采用一基一追模式。其中，缓控释肥包含3种类型：(1)好乐耕(HL)，N 18%，P2O55%，K2O 10%，属木质素类缓控释肥，万里神农有限公司生产；(2)永笑(YX)，N 22%，P2O58%，K2O 15%，属脲甲醛类缓控释肥，佛山住商肥料有限公司生产；(3)开擂喽(KL)，N 20%，P2O58%，K2O 12%，属硝化抑制剂类缓控释肥，杭州利时化肥有限公司生产。脲铵含氮30%(其中铵态氮15%，尿素态氮15%)，江苏华昌化工股份有限公司生产。一基一追模式下设计4种氮投入量，分别为与CK一致，和在CK的基础上减氮20%、35%和50%。一基一追模式下，依照缓控释肥类型和减氮量(0、20%、35%、50%)，将各处理相应缩写为HL(即基于好乐耕缓控释肥的不减氮处理，其他依此类推)、HL20、HL35和HL50，YX、YX20、YX35和YX50，KL、KL20、KL35和KL50。14个处理中磷素(P2O5)和钾素(K2O)的施用量均保持相同水平，即P2O551 kg·hm-2和K2O 87 kg ·hm-2。各处理中磷素和钾素不足的部分以过磷酸钙(P2O5≥12%，海盐北洋磷原物资有限公司生产)和氯化钾(K2O≥60%，中化化肥有限公司生产)的形式补充至各处理中。各处理重复3次，共42个小区，小区面积均为8 m2。各小区的农药和水分管理模式保持一致。

供试水稻品种为秀水14(常规粳稻)，双本插，栽培密度30万丛·hm-2。基肥于水稻移栽前施入，并与耕层土壤混合；分蘖肥和穗肥以撒施方式施入。补充的磷、钾肥均以基肥形式于移栽前一次性施入。田间试验于2018年6月28日施基肥，施肥后移栽秧苗，7月15日施分蘖肥，8月9日施穗肥，11月6日收获采样。

1.3 样品采集与测定

产量和考种：水稻成熟后各小区采集1 m2样地内长势一致的水稻籽粒(避免边际效应)，脱粒后晒干称量。各小区取5穴代表性水稻植株考种。

地上部干物质累积：成熟期各小区采集5穴代表性水稻地上部植株样品，105 ℃杀青30 min，70 ℃烘至质量恒定，称量，计算干物质累积量。

氮素累积：成熟期植株样品磨碎后，经H2SO4-H2O2消煮，采用凯氏定氮法测定植株氮含量，计算氮素累积量(植株氮含量与干物质累积量的乘积)。

土壤养分测定：水稻收获后采用多点法在各试验小区采集耕层(0～20 cm)土壤混合样品，自然风干后，去除杂物，磨细。土壤有机质含量采用H2SO4-K2Cr2O7外加热法测定；全氮含量采用H2SO4搭配混合催化剂消解-凯氏定氮法测定；碱解氮含量采用碱解扩散法测定；有效磷含量采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用1.0 mol·L-1NH4OAc浸提-火焰光度法测定；pH值测定时，先按水土体积质量比2.5∶1的比例浸提，再用pH计测定。

1.4 数据处理

试验数据采用SAS 9.4数据分析软件包进行处理和统计分析，采用SigmaPlot 14软件作图。

部分关键指标的计算公式如下：

氮素利用效率(NUE，kg·kg-1)=谷物产量÷土壤供氮量(耕层土壤有效氮与施氮量之和)；

氮素吸收效率(NupE，kg·kg-1)=水稻植株地上部氮素累积量÷土壤供氮量；

干物质氮素生理利用效率(PE-bio，kg·kg-1)=水稻植株地上部干物质累积量÷水稻植株地上部氮素累积量；

谷物氮素生理利用效率(PE-grain，kg·kg-1)=谷物产量÷水稻植株地上部氮素累积量；

表观氮肥回收效率(ANR，%)=(施氮处理的水稻植株地上部氮素累积量-无氮处理的水稻植株地上部氮素累积量)÷施氮量。

2 结果与分析

2.1 不同处理对水稻产量及其构成因子的影响

由表1可知，等施氮量下，无论选用何种缓控释肥，一基一追模式下的水稻产量都与CK相当，并无显著差异。在一基一追模式下：等施氮量下，无论选用何种缓控释肥，其水稻产量间都无显著差异；在同一缓控释肥下，随着减氮量的增加，水稻产量降低，当减氮量达到50%时，其水稻产量与不减氮和减氮20%的处理差异显著(P<0.05)。

一基一追模式下，在同一缓控释肥下，随着减氮量的增加，水稻单位面积穗数同样呈下降趋势，且减氮50%处理的水稻单位面积穗数显著(P<0.05)低于不减氮的处理；然而，不同减氮量处理的水稻每穗粒数、结实率和千粒重并无显著差异。

2.2 不同处理对水稻干物质累积和氮素累积的影响

如图1所示，等施氮量和减氮20%的条件下，无论选用何种缓控释肥，一基一追模式下的水稻地上部干物质累积量和氮素累积量都与CK相当，并无显著差异。在一基一追模式下：等施氮量下，无论选用何种缓控释肥，其水稻地上部干物质累积量和氮素累积量间都无显著差异；在同一缓控释肥下，随着减氮量的增加，水稻地上部干物质累积量和氮素累积量降低，当减氮量达到50%时，其水稻地上部干物质累积量和氮素累积量与不减氮和减氮20%的处理差异显著(P<0.05)。

与N0处理相比，各处理的水稻谷草比和氮收获指数均显著(P<0.05)下降。一基一追模式下，各处理的谷草比和氮收获指数均无显著差异。除HL35处理的谷草比外，一基一追模式下各处理的谷草比和氮收获指数与CK相比均无显著差异。

2.3 不同处理对水稻氮素利用效率的影响

如表2所示，等施氮量和减氮20%的条件下，无论选用何种缓控释肥，一基一追模式下的水稻NUE、PE-bio和PE-grain都与CK相当，并无显著差异。在一基一追模式下：等施氮量下，无论选用何种缓控释肥，其NUE、NupE、PE-grain、ANR都无显著差异；在同一缓控释肥下，随着减氮量的增加，水稻的NUE、PE-bio和PE-grain表现出增加的趋势，减氮35%和50%处理的NUE显著(P<0.05)高于不减氮的处理。当选用的缓控释肥为好乐耕或永笑时，减氮50%处理的PE-bio和PE-grain显著(P<0.05)高于不减氮的处理。各施氮处理中，除YX20的NupE和ANR显著(P<0.05)高于CK外，其他处理与CK相比均无显著差异。

表1 不同处理的水稻产量及其构成因子

柱上无相同字母的表示处理间差异显著(P<0.05)。Bars marked without the same letters indicated significant difference at P<0.05.图1 不同处理水稻的地上部干物质累积和氮素累积Fig.1 Biomass and N accumulation of aboveground part of rice under different treatments

表2 不同处理的水稻氮素利用效率

2.4 不同处理对土壤养分的影响

如表3所示，各处理的土壤全氮、有效磷、有机质含量均无显著差异。与CK相比，HL、YX、YX20、KL处理的土壤碱解氮含量分别显著(P<0.05)增加9.36%、9.57%、7.91%和7.44%，其他处理的土壤碱解氮与CK相比并无显著差异。一基一追模式下：等施氮量下，无论选用何种缓控释肥，土壤碱解氮含量均无显著差异；在同一缓控释肥下，随着减氮量的增加，土壤碱解氮含量降低，当减氮量达到50%时，与不减氮的处理相比差异显著(P<0.05)。各处理的土壤速效钾含量与CK相比并无显著差异。除YX35外，与CK相比，选用好乐耕、永笑缓控释肥各处理的土壤pH值并无显著差异，但选用开擂喽缓控释肥的KL、KL20、KL35和KL50处理，其土壤pH值较CK显著降低0.17～0.31个pH单位。

表3 不同处理的土壤基本理化性状

3 讨论

本研究以嘉兴地区水稻种植中普遍推广的基于水稻专用配方肥和尿素的一基两追模式为对照(CK)，发现基于缓控释肥(木质素类缓控释肥、脲甲醛类缓控释肥或硝化抑制剂类缓控释肥)和脲铵的一基一追模式，在减氮20%的条件下水稻产量仍可与CK基本持平。这是缓控释肥和脲铵共同作用的结果。胡铁军等[12]研究基于缓控释肥和尿素的一基两追模式对水稻产量的影响，发现减氮20%时仍较对照增产，主要得益于水稻每穗实粒数和千粒重的增加。马良等[13]发现，基于缓控释肥脲甲醛和尿素的一基一追模式在减氮18%时产量仍比常规施肥(一基四追)高，主要原因在于水稻结实率和千粒重增加。本研究中，当减氮量超过20%后，谷物产量下降明显。主要原因为，单位面积穗数和每穗实粒数的下降程度大于结实率和千粒重增加的比例。这表明当采用基于缓控释肥和脲铵的一基一追模式时，减氮35%(含)以上时氮素养分供应量已不能充分满足水稻分蘖和穗分化所需。唐拴虎等[14]研究发现，施用缓控释肥处理的水稻分蘖数远低于对照。然而，也有研究表明，施用缓控释肥能够增加水稻分蘖数和单位面积穗数[15]。这可能与不同研究中供试的缓控释肥类型、施用方法，以及试验地区的气候环境和水稻类型等紧密相关。本研究中，减氮35%条件下水稻基肥和分蘖肥的氮投入量(以纯N计，下同)合计为146.25 kg·hm-2，而对照处理的基肥和分蘖肥氮投入量合计为157.5 kg N·hm-2，前者仅比后者减少7.14%，而对应处理的水稻单位面积穗数与对照相比分别下降8.04%和7.40%，表明肥料施用后土壤氮含量水平可能对水稻分蘖发挥较大作用。邱荣富等[16]认为，缓控释肥肥效释放缓慢，水稻分蘖期植株能够得到的营养较少，特别是氮素营养相对较少。这是导致水稻分蘖不快，分蘖势不强，高峰苗和有效穗数比对照少的主要原因。本研究中，减氮35%条件下，尽管分蘖肥选用的脲铵能够比尿素更快地补充土壤有效氮含量，但可能氮供应量仍不能满足水稻分蘖所需，从而导致水稻单位面积穗数下降。同样在减氮35%的条件下，供试的3类缓控释肥中，选用硝化抑制剂类缓控释肥处理的水稻单位面积穗数下降幅度相对较大(表1)，这可能与硝化抑制剂增加稻田氨挥发，氮素损失较大有关。孙海军等[17]研究发现，施用硝化抑制剂会增加54.7%～110.6%的氨挥发排放。

一基一追模式下，随施氮量减少，水稻氮素利用效率呈增加趋势，这与传统氮肥减量施用下的趋势基本一致[18]。但当选用不同的缓控释肥时，不同处理的水稻氮素利用效率存在一定差异：木质素类缓控释肥和硝化抑制剂类缓控释肥在减氮35%时水稻氮素利用效率已显著大于CK，表明低氮供应时这2类缓控释肥的养分释放或与水稻关键时期的养分需求更加吻合。氮素利用效率由氮素吸收效率和氮素生理利用效率共同决定[19-20]。本研究中减氮35%以上时水稻氮素利用效率增加的主要原因与水稻氮素生理利用效率增加紧密相关，其中干物质氮素生理利用效率的贡献更大。侯红乾等[21]研究表明，缓控释肥一次性全量基施和减氮20%基施时，晚稻的氮素吸收效率均高于常规的3次施肥处理，但全量基施使晚稻的氮素生理利用效率降低，而减氮20%基施则使晚稻的氮素生理利用效率显著增加。本研究中，不减氮条件下，木质素类或脲甲醛类缓控释肥+脲铵的组合提高了水稻的氮素吸收效率；减氮20%条件下，脲甲醛和硝化抑制剂类缓控释肥+脲铵的组合提高了水稻的氮素生理利用效率。这与侯红乾等[21]的结论具有一定的相似性。同时也表明，不同类型缓控释肥对稻氮素利用效率的影响存在一定差异。研究表明，与传统肥料相比，缓控释肥或脲铵施用均能够提高表观氮肥回收效率[10，21-23]。本研究结果与之相似，且以减氮20%时表观氮肥回收效率最高，以脲甲醛类缓控释肥的效果最佳。

焦晓光等[24]研究表明，与普通尿素相比，施用缓控释肥处理的稻田土壤中氮残留量增加6.37%～20.9%。本研究也发现，一基一追模式下，不减氮处理的土壤碱解氮含量明显高于对照。主要原因可能是，缓控释肥的养分释放相对较慢，且不减氮条件下水稻生育后期的养分需求和吸收能力下降，缓控释肥释放的多余的氮素更易残留在土壤中[25-26]。另外，脲铵施用后也可提高氮肥利用效率[10]，从而使土壤氮残留量增多。因此，本研究中土壤碱解氮含量增加可能是缓控释肥和脲铵共同作用的结果。研究表明，稻田硝化-反硝化过程损失的氮量占施氮量的16%～41%[27]，而硝化抑制剂能够使硝化-反硝化过程的发生程度降低[28-29]。本研究中，硝化抑制剂类缓控释肥的施用可能在较大程度上降低了土壤硝化-反硝化过程引起的氮素损失，使土壤氮残留增加。一基一追模式下，土壤pH值降低。这可能是脲铵施用引发的结果。脲铵是速效和长效相结合的肥料，施用后水稻植株可能更多地吸收来自于脲铵分解释放的铵态氮养分，同时向土壤中排出更多氢离子。而尿素的养分释放相对集中，水稻来不及吸收释放出的铵态氮，相当一部分铵态氮会以氨挥发等形式损失进入大气[11]。硝化抑制剂类缓控释肥+脲铵的处理降低了土壤pH值，这可能与硝化抑制剂的作用紧密相关。硝化抑制剂抑制了土壤中铵态氮转化为硝态氮的硝化过程[27]，而水稻吸收铵态氮时会排出使土壤变酸的氢离子[30-31]。

综上，在本研究的土壤类型和地力水平条件下，与嘉兴地区现有的基于水稻配方肥和尿素的一基两追施肥模式相比，基于缓控释肥和脲铵的一基一追模式在减氮20%的条件下仍能够保证水稻不减产。综合水稻产量、水稻植株氮素利用效率、氮肥表观回收效率和土壤养分的表现，本试验条件下，选用基于脲甲醛类缓控释肥和脲铵、较常规施肥减氮20%的一基一追模式的效果最佳。