曹雪仙， 陈晓萍， 陈文伟

(天台县农业技术推广总站，浙江 台州 317200)

水稻-油菜轮作体系是中国长江下游地区主要种植方式之一，施用氮肥是提高其单产水平的重要措施。为满足高产作物需肥规律的要求，目前在水稻和油菜生产中，氮肥施用模式通常是在基肥的基础上再追2～3次速效氮肥[1-5]，该模式不但增加了施肥的劳动强度和成本，而且也与当前中国农村劳动力短缺的现实相违背。采用各种高分子材料在速效氮肥外表进行包膜后制成的缓控释氮肥在实际应用中由于肥效期长，养分释放速率与作物的需肥规律基本相吻合[1]，针对粮食主产区水稻-油菜轮作中农业经济与技术发展现状，结合新型肥料研究水稻-油菜轮作体系简化施肥技术对持续提高水稻和油菜作物产量、降低劳动力成本，保障国家的粮食安全具有重要意义。金丹丹等[2]报道了缓控释肥对滨海盐碱地区水稻产量及氮代谢的影响；姬景红等[3]、侯红乾等[4]分别报道了黑龙江地区水稻和江西省双季稻产量和氮素利用率的影响；王小波等[5]对自制的4种不同材料包膜尿素对油菜生长效应及品质效应影响进行了研究。诸多研究表明，缓控释肥料是可提高肥料利用率的技术物化产品[2-5]。然而不同区域种植品种、气候条件、土壤背景值及其农艺制度差异较大，有关新型肥料对水稻-油菜轮作体系产量和氮肥利用率影响方面的研究应结合区域特性开展。而且以缓控释氮肥与速效化学氮肥在不同作物生长期配施开展的水旱轮作体系简化施肥模式研究则鲜见报道。为此，本研究在浙江省天台县，以两熟制高产田所采用的氮肥用量(405 kg·hm-2)和施肥模式(尿素一基二追)为对照，研究缓控释氮肥与速效性氮肥不同生长期配施对水稻和油菜产量、地上部氮素积累量、氮肥效率和土壤有效氮变化等指标的影响，以期为缓控释肥料的应用效果研究和水稻-油菜轮作体系施肥技术环节简化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本研究于2019和2020年在浙江省台州市天台县白鹤镇天宫村(29°11′40″N，120°58′18″E)进行。试验地区地貌以低山、丘陵为主。气候属于中亚热带季风气候区，又因四周山体环绕，中间低平，因而小区域气候特征显著，带有一定的盆地气候特征。年平均气温16.8 ℃，年降水量1 300～1 600 mm，年无霜期238 d，年日照时数1 875.3 h。试验地块农田排灌便利，土壤质地为砂质壤土，土壤粒径≤0.002 mm的占4.49%，其耕层土壤(0～20 cm)基本理化性状：pH 5.66、有机质23.4 g·kg-1、全氮1.49 g·kg-1、碱解氮122.4 mg·kg-1、有效磷18.9 mg·kg-1、速效钾60.6 mg·kg-1。

1.2 处理设计

试验共设6个处理：CK，不施肥；CK1，氮肥供应全部采用普通尿素，轮作周期不同时期氮肥采用一基二追的常规施肥模式，即水稻基施40%+分蘖期40%+孕穗期20%+油菜基肥40%+苗期40%+蕾薹期20%；T1，氮肥全做基肥，氮肥供应全部采用缓释肥一次性基施；T2，氮肥全做基肥，其中80%来源于缓释肥，20%来源于尿素；T3，氮肥中基肥中80%来源于缓释肥，分蘖肥(油菜苗期)追肥中20%来源于尿素；T4，氮肥中基肥中80%来源于缓释肥，孕穗拔节期(油菜蕾薹期)追肥中20%来源于尿素。每个处理重复3次，共18个小区，每个小区面积32 m2，随机区组排列。各处理田块间设置塑料薄膜包裹田埂，单排单灌，避免串灌串排，试验区域外围设置保护行，各小区其他田间管理措施一致。

稻季氮肥(N)、磷肥(P2O5)和钾肥(K2O)施用量分别为225、70和87.75 kg·hm-2；油菜季分别为180、42和112.5 kg·hm-2。磷、钾肥作基肥一次性施入。氮肥用尿素(N 46%)，磷肥用钙镁磷肥(P2O512%)，钾肥用氯化钾(K2O 60%)，缓控释氮肥由中国-阿拉伯化肥有限公司生产的可降解水溶性聚氨脂包裹尿素缓控释肥，含氮44.5%，氮肥释放曲线为S型，控释期60 d，28 d的养分累积释放率约为60%。

田间管理按当地常规栽培措施进行。试验地为冬闲地，水稻于2019年5月17日播种，6月17日移栽，10月3日收获，水稻品种为嘉丰优2号。油菜于2019年10月12日播种，10月21日移栽，翌年5月20日收获，供试油菜品种为浙油50号。

1.3 取样与分析

采用手工收获，将地上部生物量全部移除，田间清理干净，只留下不到3 cm的作物茬，籽粒和秸秆产量来源于整个小区。收获的同时采集有代表性植株样品，经烘干、粉碎后用于植株养分分析。利用直径5 cm不锈钢中空钻采样，采样深度为0～20 cm，每个小区随机采3个样点，并制成混合土样盛于塑料袋带回实验室自然风干后，用于土壤养分分析。

土壤、植株中各养分含量都按土壤农化常规分析方法测定[6]。其中有机质采用重铬酸钾容量法，水解性氮采用碱解扩散法，有效磷采用碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法，速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度计法，pH值采用电位法(水土比例1∶2.5)；植株经硫酸-过氧化氢消煮，采用半微量蒸馏法测氮。

1.4 数据处理

肥料增产贡献率是指由于肥料施用而使作物提高的产量在总产中的比例。本文中肥料增产贡献率是指施肥处理与不施肥处理(CK)籽粒产量差值占施肥处理籽粒产量的百分数。

肥料利用率是反映肥料投入与作物生长关系的重要指标，本文通过对作物内部利用率[7]、偏生产力[8]和累积利用率[9]指标的分析来评价长期氮肥施用的效率。

氮素内部效率[7]是指作物籽粒产量与地上部吸氮量的比值，它表示作物每吸收单位氮素所获得的产量。

氮肥偏生产力[8]，它是指单位投入的氮肥所能生产的作物籽粒产量。

氮素累积利用率反映了作物对施入土壤中肥料氮的回收效率[9]。

1.5 统计分析

试验数据采用Excel软件进行整理和制图，并采用SAS统计软件对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 产量

水稻和油菜施肥均有显著增产效果(表1)。与不施肥处理相比(CK)，施肥水稻和油菜分别增产3 772～5 551 kg·hm-2和1 093～1 770 kg·hm-2。两季作物不施肥处理产量占施肥处理平均产量的63.9%，水稻和油菜季分别为66.5%和52.6%。这说明施肥增产贡献率为36.1%，水稻和油菜季分别为33.5%和47.4%，旱季高于水季。

表1 不同施肥处理下水稻、油菜籽粒产量的影响

在水稻季，尽管常规一基二追的施肥模式(CK1)水稻籽粒产量最高，但与施缓释氮肥4个处理间没有显著差异。油菜季，以T4产量最高，比CK1高20.6%；T3处理其次，增产幅度为15.9%；T1和T2与CK1无显著差异。这说明缓释氮肥一次施用或与普通尿素不同时间配施可以达到常规一基二追的施肥效果，尤其在旱季优势更明显。

2.2 籽粒、秸秆氮含量和吸氮量

在水稻季，尽管T2和T3处理的籽粒氮含量比CK高8.88%，但施肥处理间并没有显著差异(表2)。而在油菜季，T1和T4油菜籽粒氮含量比CK1高11.5%和12.3%，但与T2和T3处理间并没有显著差异。无论是水稻还是油菜，秸秆氮含量施肥处理间均没有显著变化。

表2 不同施肥处理对水稻、油菜籽粒和秸秆含氮量的影响

施肥显著增加了水稻和油菜对氮的累积(表3)。无论是水稻还是油菜，施肥处理籽粒和秸秆吸氮量显著高于不施肥。在水稻季，T3籽粒吸氮量与CK1相似，但T1、T2和T4却比CK1分别显著低25.2%、15.5%和14.1%。与CK1相比，施缓控释氮肥水稻秸秆吸氮量没有显著变化。在油菜季，与CK1相比，T2、T3和T4油菜籽粒吸氮量分别显著提高了24.4%、16.4%和34.7%，但T1吸氮量与CK1相似。T3和T4油菜秸秆吸氮量与CK1和T2没有显著差异，但显著高于T1。

表3 不同处理对水稻、油菜地上部吸氮量的影响

水稻-油菜轮作地上部吸氮量增加了51.1%～77.0%，水稻和油菜季分别增加了38.0%～61.7%和81.0%～119.8%。与CK1相比，水稻季T2和T3地上部吸氮量没有显著差异，T1和T4处理的地上部吸氮量显著下降；油菜季，T2、T3和T4处理的地上部吸氮量显著增加，而T1地上部吸氮量无显著差异。

从轮作周期考虑(表4)，T2、T3和T4的地上部吸氮量与CK1相比无显著差异；而T1比T3和T4分别降低17.2%和12.3%。

2.3 氮素表观平衡

由于作物对氮素不断的吸收，造成在一年两熟水旱轮作系统中不施肥(CK)的土壤每年氮素亏缺228.7 kg·hm-2(表4)，主要来源于稻季(表2)。尽管施氮肥缓解了土壤氮素不足，但T3处理每年还亏缺4 kg·hm-2，这主要是因为稻季水稻吸氮量(279 kg·hm-2)远远高于施氮量(225 kg·hm-2)。除了T3处理，其他施肥处理土壤氮素均有盈余，尤其是T1处理盈余量最高，为55.7 kg·hm-2，其他依次是CK1、T2和T4。T3的两季氮素累积利用率与T2、T4和CK1相似，比T1的显著高17.2%。这说明在作物生长期追施氮肥能促进作物对氮素的吸收和累积，尤其是在前期施缓释氮肥前提下。

表4 稻油轮作系统氮素表观平衡与氮肥累积利用率

2.4 氮素内部效率

在水稻季，CK、CK1、T1、T3和T4处理氮素内部效率没有显著差异(表5)，而T2显著低于CK、CK1和T4；在油菜季，CK、CK1和T3处理间氮素内部效率没有显著差异，但CK显著高于T1、T2和T4。

表5 不同处理对水稻-油菜氮素内部效率的影响

2.5 土壤水解性氮

种植两季作物之后，T1土壤中水解性氮含量最高，为138 mg·kg-1，与CK1和T2没有显著差异，但显著高于T3处理(图1)。T3与T4土壤中水解性氮含量没有显著差异。

柱上无相同小写字母表示组间在5%水平上差异显著。图1 施肥对土壤水解性氮的影响

3 讨论

为适应当前农村大量劳动力转移出农业生产领域和劳动力成本大幅提高的现实需要，应用缓控释氮肥是实现科学施肥目标的重要途径和措施[1]。以往的研究结果表明，在简化施肥的条件下，采用缓控释氮肥在作物产量或氮肥利用率方面可取得与普通氮肥分次施用接近或显著增加的效果[2-5,10]。本研究在水稻-油菜轮作不施肥、基础产量在10 217 kg·hm-2水平下，在稻季，缓控释氮肥一次施用或与普通尿素在不同时期组合的籽粒产量与一基二追的常规施肥模式没有显著差异。而在油菜季，以80%+20%缓释-蕾薹期追普通尿素组合(T4)和80%+20%缓释-苗期(T3)的籽粒产量分别比常规一基二追的高20.6%和15.9%。我们的研究结果也表明，缓控释氮肥一次基施或与普通尿素不同时间配施能达到普通氮肥分次施用的效果。此外，在轮作周期中缓控释氮肥的增产效果油菜季大于水稻季，这可能是因为水稻生长时期气温高，在淹水状态下，有利于水稻对养分的吸收和利用。而在旱季，气温低，油菜对养分的吸收和利用受到限制，养分易损失，而缓控释氮肥由于养分释放周期长，可在生长关键阶段持续提供营养物质，该结果与王小波等[5]报道一致。

虽然在水稻季，缓控释尿素作为基肥一次性施入与其他3个缓控释氮肥-普通尿素不同时期配施组合在水稻产量上没有显著差异，但是在油菜季，缓控释氮肥一次施用油菜籽粒产量明显低于其他3个施缓释肥处理。其他的研究[11-12]也表明，缓控释氮肥基施+追肥的施肥方式优于一次性基施。这主要是因为前季水稻秸秆全部还田，在油菜生长的前期，秸秆腐化需要大量的氮素，与尿素相比，缓释氮肥养分释放得慢，可能会造成作物前期缺氮。而20%～80%缓释-普通尿素一次性基施在产量上高于100%缓控释氮肥一次基施也说明了这个问题。

在本试验条件下，氮累积回收率在86.2%～101%。类似的在大麦和玉米-冬小麦轮作系统中，平衡施肥条件下氮的累积回收率分别为80.6%[13]和69%[14]。尽管作物养分吸收量在很大程度上取决于施肥情况，但并非所有氮肥都能被当季作物吸收利用，但上季留存的或通过大气干湿沉降、灌溉水等途径进入农田生态系统的环境养分已成为农业生态系统的重要补充。这也说明通过施肥进入农田生态系统中的氮素，随着时间推移终究会被作物吸收利用。为提高氮肥利用效率，可依据作物目标产量所需养分量选择施肥量。当施氮量等于或低于作物吸氮量时，氮的累积回收率就会提高。

邱荣富等[15]指出缓控释肥料肥效释放缓慢、均衡，因此，施用缓控释尿素比普通尿素能提高土壤全氮、水解性氮、硝态氮和铵态氮的含量[16]。我们的研究也表明，缓控释氮肥一次基施处理作物收获后土壤水解性氮含量明显高于其他处理，而80%缓控释氮肥基施、在分蘖期和孕穗期配施20%尿素处理，由于促进了水稻和油菜对氮的吸收利用，留在土壤中的氮就相对减少。

4 小结

本研究表明，在水稻-油菜轮作体系中缓控释尿素一次性基施或与普通尿素不同时期配施，因较好满足了水稻和油菜整个生育期对氮素的需求，达到了与常规分次施氮肥相似的效果。根据生产实际，在生产上推荐80%的缓释尿素、20%的普通尿素一次基施的施肥方法，普通尿素提供作物生长前期的氮素营养，缓控释尿素提供中后期氮素营养，既能满足作物生长对氮素养分的需求，又可降低全部施用缓释尿素带来的成本难题。