摘 要：采用田间试验，研究了两种缓控释肥料施用对鄂北水稻产量和产量构成因子、养分吸收及肥料利用率的影响，比较了两种缓控释肥料不同用量施用效果的差异，以期为鄂北水稻生产中缓控释肥的合理施用提供理论依据。结果表明，施用缓控释肥料可显著提高水稻产量。与不施肥处理相比，施用掺混包膜型控释复合肥料处理水稻增产 6.6%~17.3%，施用腐殖酸缓释型复合肥料处理水稻增产 0.7%~11.9%;与习惯施肥处理相比，施用掺混包膜型控释复合肥料和腐殖酸缓释型复合肥料处理水稻分别增产 8.4%、2.5%;各施肥处理水稻产量提高的主要原因是增加了有效穗数;与腐殖酸缓释型复合肥料相比，掺混包膜型控释复合肥料对水稻增产效果更明显。水稻产量与两种缓控释肥施用量均呈线性加平台关系。相同肥料用量条件下，掺混包膜型控释复合肥料处理水稻地上部 N、P2O5 和 K2O 养分积累量明显高于腐殖酸缓释型复合肥料处理。随着施肥量的增加，两种缓控释肥的肥料回收利用率、肥料生理利用率、农学利用率和肥料贡献率均呈现先增加后降低的趋势，肥料偏生产力呈逐渐降低的趋势。综合考虑产量和肥料利用效率，鄂北水稻应优先选用掺混包膜型控释复合肥料，适宜施用量为 450 kg/hm2 ，可获得稻谷产量 11 420 kg/ hm2 。
关键词：水稻;产量;缓控释肥;肥料适宜用量;肥料利用率;鄂北
湖北是我国水稻生产大省，水稻常年种植面积达 200 万 hm2 ，占全省粮食总播种面积的 50%以上，产量可占 70%，对保障我国粮食安全具有重要意义[1-3]。施肥是提高水稻单产的必要途径，但目前湖北水稻生产中存在施肥过量与施肥不足并存、肥料利用率低等问题[4-6]，这些问题严重制约了当地水稻高产。施用缓控释肥可以有效提高肥料利用率、减少养分损失、达到作物高产优质的生产目的[7-8]。缓控释肥是指采取某种调控机制技术延缓或控制肥料养分在土壤中的释放期与释放量，通过控制养分释放速度，使作物养分吸收与养分释放速度相同步的新型肥料，它在满足作物养分需求量的同时，还能提高肥料利用率、减少肥料用量和施肥次数，保证作物高产、稳产、优质[9-10]，是作物高效生产的优良选择。枣阳市地处湖北省西北部，具有典型鄂北岗地地貌特征，是湖北省中稻主产区。本研究采用田间试验，探究缓控释肥料施用对水稻产量和产量构成因子、养分吸收及肥料利用率的影响，以此比较不同性质缓控释肥料的施用效果，为鄂北地区水稻缓控释肥料的合理施用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
试验于 2019 年 5 月至 11 月在湖北省枣阳市中兴绿色农业专业合作社(东经 112.75°，北纬 32.12°)进行。枣阳市属亚热带大陆性季风气候，年均气温为 15.9℃，年均降水量为 831.5 mm，年日照时数为 1 500.9 h。试验地土壤有机质 18.36 g/kg，全氮 0.97 g/kg，速效钾 196.22 mg/kg，速效磷 40.03 mg/kg，pH 值为 6.37。
供试水稻品种为湖北省农业科学院粮食作物研究所繁育的虾稻 1 号。
供试肥料：缓控释肥料-Ⅰ，由新洋丰农业科技股份有限公司生产并提供的掺混包膜型复合肥料(28- 10-12);缓控释肥料-Ⅱ，由湖北宜施壮农业科技有限公司生产并提供的腐殖酸缓释型复合肥料(22-6-12);习惯施肥选用尿素(含 N 46%)、过磷酸钙(含 P2O5 12%)、氯化钾(含 K2O 60%)，市售。
1.2 试验设计
试验设 10 个处理，具体如表 1。每个处理 3 次重复，随机区组排列，每个小区面积为 20 m2 ，设置单独进水口、排水口，小区间筑宽 30 cm、高 30 cm 田埂，田埂覆盖薄膜防止窜水、窜肥，四周设置保护行，全生育期其他管理措施按当地生产习惯进行。
1.3 测定项目及方法
1.3.1 土壤基础化学性质
在每季水稻移栽前，各试验取表层(0~20 cm)土壤样品测定土壤 pH、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量。土壤 pH 用电位法，有机质用外加热重铬酸钾容量法，碱解氮用 1.0 mol/L NaOH 扩散法，速效磷用 0.5 mol/L NaHCO3 浸提-钼锑抗比色法，速效钾用 1.0 mol/ L NH4OAc 浸提-火焰光度法。
1.3.2 产量及产量构成因子
收获时将每个小区分为测产区和取样区，在取样区随机取长势均匀的水稻 6 丛，考查每穗粒数、结实率、千粒重等性状;在测产区取 20 m2 水稻，脱粒风干后测实际产量。
1.3.3 水稻养分积累量
植物样品用 H2SO4-H2O2 消煮，通过流动注射分析仪(AA3，德国 SEAL 公司)测定氮、磷含量，用火焰光度计测定钾含量。
1.4 数据处理及相关参数计算
试验数据采用 Excel 2013、SPSS 25.0 进行统计分析，用 Origin 2017 进行作图。肥料偏生产力(PFP)(kg/ kg)=施肥区产量/纯养分施用量;肥料农学利用率(AE)(kg/kg)=(施肥区产量+无肥区产量)(施/ N 量+施 P2O5 量+施 K2O 量);肥料贡献率(FCR)(%)=(施肥区产量-无肥区产量)/施肥区产量×100 %;肥料生理利用率(PE)(kg/kg)=(施肥区产量-空白区产量)(施/ 肥区地上部分总养分吸收量-空白区地上部分总养分吸收量);肥料回收利用率(RE)=(施肥区地上部分总养分吸收量-空白区地上部分总养分吸收量)/纯养分施用量。
2 结果与分析
2.1 不同缓控释肥对水稻产量的影响
由图 1 可知，施用缓控释肥可以显著提高水稻产量，其中，施用缓控释肥Ⅰ的增产效果优于缓控释肥 Ⅱ。与 CK 相比，缓控释肥Ⅰ平均增产 14.1%(幅度为 6.6% ~17.3%)，缓控释肥Ⅱ平均增产 7.9%(幅度为 0.7%~11.9%);施用缓控释肥对当地习惯施肥有优化作用，且施用缓控释肥Ⅰ的优化效果大于缓控释肥Ⅱ：与 FN 处理相比，缓控释肥Ⅰ平均增产 8.4%，缓控释肥Ⅱ 平均增产 2.5%。
由图 2 可知，水稻产量与缓控释肥施用量呈线性加平台关系，合理施用缓控释肥可显著提高水稻产量。对于缓控释肥Ⅰ，当施肥用量低于 450 kg/hm2 时，产量随施肥量线性增加，公式为 y =11 420+3.711×(x-450)(R2 =0.988);当施肥量大于等于 450 kg/hm2 时，产量维持在 11 420 kg/hm2 的平台上;对于缓控释肥Ⅱ，当施肥用量低于 481.89 kg/hm2 时，产量随施肥量线性增加，公式为 y=10 796.398+2.352×(x-481.888)(R2 =0.824);当施肥量大于等于 482 kg/hm2 时，产量维持在 10 796 kg/hm2 的平台上。根据试验，可看出施用缓控释肥Ⅰ对水稻增产的效果优于施用缓控释肥Ⅱ对水稻的增产效果，枣阳当地水稻的目标产量为 10 796~11 420 kg/hm2 时，缓控释肥的适宜用量为 450~482 kg/hm2 。
2.2 不同缓控释肥对水稻产量构成因子的影响
由表 2 可知，施用缓控释肥对水稻产量构成因子的影响主要体现在增加了有效穗数。与 CK 相比，施用缓控释肥-Ⅰ每丛有效穗增加 5 穗，施用缓控释肥-Ⅱ 每丛有效穗增加 2 穗，差异显著;施用缓控释肥略微提高了水稻结实率，增幅在 1.0 %~1.7 %之间;千粒重和每穗粒数各处理间差异不大。随着施肥量增加，同种肥料间的有效穗数并没有明显变化，可见排除肥料用量的影响，相比于腐殖酸缓释型复合肥料，掺混包膜型复合肥料更适合当地水稻养分需求。习惯施肥虽然也提高了有效穗数，但降低了水稻结实率，说明其配比不合理，有氮肥过量施用的嫌疑。
2.3 不同缓控释肥对水稻养分积累的影响
由表 3 可知，施用不同性质缓控释肥均显著提高了水稻植株对氮磷钾的养分吸收量，且水稻施用缓控释肥Ⅰ的养分吸收效果要优于施用缓控释肥Ⅱ。与 CK 相比，施用不同量缓控释肥Ⅰ后水稻地上部对 N、P2O5 和 K2O 的养分吸收量分别增加 21.5%~137.4%、17.1%~ 99.3%、32.2%~92.0%，施用不同量缓控释肥Ⅱ后水稻地 上 部 对 N、P2O5 和 K2O 的 养 分 吸 收 量 分 别 增 加 12.5%~63.3%、18.4%~42.4%、17.3%~42.5%;与 FN 处理相比，施用适宜用量的缓控释肥Ⅰ可以显著提高水稻地上部养分吸收量，F3 和 F4 处理水稻地上部 N、P2O5、 K2O 养 分 吸 收 量 分 别 增 加 10.9% 、11.1% 、-1.2% 和 26.8%、33.1%、12.4%，施用不同量缓控释肥Ⅱ对水稻地上部 N、P2O5 和 K2O 养分吸收量没有增加。水稻对两种不同性质缓控释肥的养分吸收量呈现随着施用量增加而增加的趋势，且水稻吸收的 N、P2O5 主要分配于籽粒，吸收的 K2O 主要分配于秸秆。
2.4 不同缓控释肥对水稻肥料利用率的影响
由表 4 可知，随着施肥量的增加，两种缓控释肥的肥料回收利用率、肥料生理利用率、农学利用率和肥料贡献率均呈先增加后降低的趋势，肥料偏生产力呈逐渐降低的趋势。在同等施用量水平下，缓控释肥Ⅰ的肥料回收利用率、肥料生理利用率、农学利用率和肥料贡献率均显著高于缓控释肥Ⅱ，当施用量为 450 kg/hm2 时，缓控释肥Ⅰ、Ⅱ(F2、Z2)的肥料回收利用率、肥料生理利用率和农学利用率均达到最高，分别为 94.8 kg/kg 和 67.3 kg/kg、22.6 kg/kg 和 22.1 kg/kg、21.2 kg/kg 和 15.3 kg/kg;在 450 kg/hm2 的施肥水平时，缓控释肥Ⅰ (F2)具有最高肥料贡献率，为 35.0%，而缓控释肥Ⅱ (Z2)的肥料贡献率在 675 kg/hm2 的施肥水平时达到最高点，为 23.7%;根据当地实际土壤肥力情况，将施用量 450 kg/hm2 和 675 kg/hm2 视为适宜肥料投入量进行对比，缓控释肥Ⅰ、Ⅱ均在施用量为 450 kg/hm2 时(F2、 Z2) 肥料偏生产力达到最高，分别为 60.6 kg/kg、64.5 kg/kg。与 FN 处理相比，适量的施用两种缓控释肥均显著提高水稻的肥料回收利用率、肥料生理利用率、农学利用率、肥料贡献率和肥料偏生产力，以施用量 450 kg/ hm2 为例，施用缓控释肥Ⅰ、Ⅱ的肥料生理利用率分别增加 98.1%、93.8%，农学利用率分别增加 174.3%、 97.6%，肥料贡献率分别增加 56.5%、3.7%，肥料偏生产力分别增加 81.3%、93.0%，施用缓控释肥Ⅰ的肥料回收利用率增加 36.7%、施用缓控释肥Ⅱ的肥料回收利用率没有明显差异。
3 讨论
3.1 不同缓控释肥对水稻生长发育及养分吸收的影响
施用缓控释肥可以显著促进水稻生长发育，不同缓控释肥因为其配方组成与释放机理的不同所显现的增产效果也不同[11]，掺混包膜型复合肥是将普通肥料与控释肥料按一定比例进行掺混[12]，既满足作物因单一施用控释肥而使生长前期养分供应不足的需求，也解决了植物生长后期供氮不足的问题，腐殖酸缓释型复合肥是一种多功能肥料，因含有腐殖酸而同时具有速效与迟效相结合的特点，具有有机肥和化肥的双重功效[13]。在本试验中，施用缓控释肥对枣阳市水稻具有明显增产效果，施用掺混包膜型复合肥的增产效果整体大于施用腐殖酸缓释型复合肥的增产效果。与不施肥相比，施用掺混包膜型复合肥水稻增产幅度为 6.6% ~17.3%，而施用腐殖酸缓释型复合肥水稻增产幅度为 0.7%~11.9%;与习惯施肥相比，掺混包膜型复合肥的最大增产幅度为 11.4%，腐殖酸缓释型复合肥的最大增产幅度为 6.3%;根据线性加平台的方式，计算出两种肥料施用量分别为 450 kg/hm2 和 482 kg/hm2 时水稻产量趋于最佳，分别为 11 420 kg/hm2 和 10 796 kg/hm2 ，与前人研究[14]的结果相似。对于产量构成因子，前人研究表明，缓控释肥能使水稻产量有效提高是因为增加了有效穗数、实粒数和结实率[14-15]，这与本试验研究结果相似。本试验中施用掺混包膜型复合肥料和腐殖酸缓释型复合肥料，较不施肥来说，水稻结实率分别提高 1.7%、1.0%，有效穗数分别增加 41.7%、16.7%，但实粒数没有明显差异。此外，施用不同缓控释肥均显著提高了水稻植株对氮磷钾的养分吸收量，与不施肥处理对比，施用掺混包膜型复合肥料对水稻 N、P2O5 和 K2O 的养分吸收平均分别增加 85.0%、57.8%、64.5%，施用腐殖酸缓释型复合肥料对水稻 N、P2O5 和 K2O 的养分吸收平均分别增加 42.6%、33.4%、33.8%。
由上可见，施用缓控释肥可以明显提高水稻生产力，且对于鄂北地区来说，掺混包膜型复合肥的施用效果优于腐殖酸缓释型复合肥的施用效果。另外，缓控释肥的施用效果整体优于习惯施肥，缓控释肥解决了习惯施肥肥料用量大、利用率不高、施用次数多的生产难题，是现代农业生产轻简化的优良实现途径[16]。
3.2 不同缓控释肥对肥料利用率的影响
施用缓控释肥可以显著提高肥料利用率，前人的大量研究已基本证实了这种观点，如一次性基施树脂包膜缓控释肥后，水稻的氮肥农学利用率、氮肥表观利用率和氮肥偏生产力较常规施肥分别提高 18.71%、 57.97%和 5.54%[17];一次性运用树脂尿素水稻氮肥利用率较常规分次施肥显著增加 44.5%~86.8%[18]等。肥料贡献率是反映年投入肥料的生产能力的指标[19]，而农学利用率表示施用肥料的每 1.0 kg 氮磷钾增产稻谷的能力[20]。前人研究表明，湖北中稻的农学利用率平均为 1.9~20.9 kg/kg、肥料贡献率平均为 7.7%~62.4%[5]。本试验掺混包膜型复合肥料施用 450 kg/hm2 时，农学利用率达到 21.2 kg/kg、肥料贡献率达到 35.0%。腐殖酸缓释型复合肥农学利用率和肥料贡献率在同等施用量的水平下，明显低于掺混包膜型复合肥料，说明掺混包膜型复合肥更符合当地提高水稻生产力的需求。
偏生产力是评价肥料效益的良好指标[21]，通常随施肥水平提高, 供试水稻的肥料偏生产力均呈显著的下降趋势[22]。本试验结合前人经验[23]及当地土壤肥力情况，将肥料投入量 450 kg/hm2 和 600 kg/hm2 设定为合理施肥范围，结果显示，掺混包膜型复合肥和腐殖酸缓释型复合肥投入量均在 450 kg/hm2 时偏生产力达到最优，分别为 60.6 kg/kg、64.5 kg/kg，随着肥料投入量持续增大，肥料偏生产力开始逐渐下降，而与肥料农学利用率、肥料贡献率不同的是，此时腐殖酸缓释型复合肥的偏生产力高于掺混包膜型复合肥，原因可能是腐殖酸缓释型复合肥活化了土壤肥力，提高了土壤中养分的利用效率，而经活化的土壤养分不被计入从而使其有偏高的肥料偏生产力值。
肥料回收利用率可以反映作物对肥料养分的吸收转化能力，肥料生理利用率是反映作物将所吸收养分转化为有效产量的能力[24]。本文试验结果显示，适量施用两种缓控释肥可以显著提高水稻的肥料回收利用率和肥料生理利用率，以施用量 450 kg/hm2 为例，施用掺混包膜型复合肥料和腐殖酸缓释型复合肥料的肥料生理利用率分别增加 98.1%、93.8%，施用掺混包膜型复合肥料的肥料回收利用率增加 36.7%，施用腐殖酸缓释型复合肥料的肥料回收利用率没有明显差异，这可能与上文提到其对土壤的贡献能力有关。虽然腐殖酸缓释型复合肥料对水稻的增产能力没有掺混包膜型复合肥料明显，但其可能构建了一个更适合土壤微生物生存的生态环境[25]，从而对土壤的可持续发展更有益。值得一提的是，当施用量达到 900 kg/hm2 ，施用腐殖酸缓释型复合肥的偏生产力、肥料贡献率、农学利用率、肥料生理利用率和肥料回收利用率较适宜用量显著下降，说明过量施用含腐殖酸的肥料会抑制水稻的生长，降低肥料的利用率[13]。
4 结论
施用两种不同性质的缓控释肥对鄂北水稻均有明显的增产效果，增产的原因主要是提高了水稻的分蘖成穗率，增加了有效穗数，从而增加水稻各部位的养分吸收和提高肥料利用率;相同肥料用量条件下，掺混包膜型控释复合肥处理增产效果明显优于腐殖酸缓释型复合肥处理。随着施肥量的增加，两种缓控释肥的肥料回收利用率、肥料生理利用率、农学利用率和肥料贡献率均呈现先增加后降低的趋势，肥料偏生产力呈逐渐降低的趋势。因此，鄂北地区水稻应优先选用掺混包膜型控释复合肥料，适宜用量为 450 kg/hm2 。——论文作者：何帅 1 汪本福 2 陈斌 3 陈超 3 赵永平 3 李小坤 1，4*
