控释肥对水稻性状、产量的影响与最佳施用量研究

解艳玲， 张 骞， 马玲芳， 罗园园， 陈 萍，夏学智， 马文礼， 谢静波

（1.宁夏农垦农林牧技术推广服务中心，宁夏 银川 750002； 2.宁夏农垦灵武农场有限公司，宁夏 灵武 751402）

水稻是我国主要的粮食作物，2019 年的种植面积达到3 021.32 万hm2，占粮食种植面积的27%。我国约有65%的人口以稻米为主食，稻米在粮食消费中处于主导地位[1]。施肥能有效提高水稻的产量及品质[2]，合理施用化肥对水稻增产的贡献率可达40%～60%[3]。但随着化肥施用量的增加，肥料利用率逐渐降低，且过量施肥易造成地下水污染、水体富营养化和温室气体排放等问题，严重影响了生态环境和人类健康。保障粮食安全的同时减少因施肥造成的生态环境污染已成为当前农业可持续发展的必然要求。

控释肥以现代植物营养理论和控释技术为基础，是一种能够控制养分释放，供应作物全生育期营养需求的肥料[4]。控释肥是缓释肥进一步发展的研究成果，其作用原理是在性质不稳定的传统颗粒化肥中添加分解抑制剂或外包薄膜材料，以达到减少养分损失，同时能够精准释放养分满足作物生长发育需要的目的。它的优点是肥效期长、释放稳定，可以有效减少施肥量和施肥次数，降低因过量施肥造成的环境污染[2]，并且可以提高土壤肥力，促进作物对养分的吸收，从而提高产量[5]。随着经济的发展，农业生产的用工成本也不断攀升，建立规模化、机械化的高效施肥模式是农业发展的必然趋势[3]。

目前，我国关于水稻控释肥的报道大多是水稻控释肥如何提高产量的试验，而对控释肥对产量构成因子影响的研究较少。本试验研究水稻专用控释肥的最佳施用量以及控释肥对产量构成因子的影响，以期筛选银川平原水稻专用控释肥的最佳施肥量，为水稻绿色高效生产提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验于2021 年在宁夏农垦灵武农场有限公司一分公司1 号地（38°7′25″N，106°16′32″E）进行。试验地地处银川平原河东灌区，平均海拔1 100 m，属于典型的温带大陆性气候，全年日照充足，干旱少雨，降水集中，年平均日照时间 2 800～3 000 h，年平均气温为8.5 ℃，年平均降水量约 200 mm，无霜期约158 d。试验地地势平坦，排灌通畅，适宜水稻种植，前茬作物为苜蓿。试验前0～20 cm土壤pH=8.14、w（全盐）=1.58 g/kg、w（有机质）=14.37 g/kg、w（全氮）=0.88 g/kg、w（碱解氮）=78.49 mg/kg、w（有效磷）=33.49 mg/kg、w（速效钾）=149.86 mg/kg，土壤全氮处于中等水平，碱解氮偏高。供试土壤为灌淤土，土质为沙壤，灌排方便，盐碱程度轻，采取漫灌方式。

1.2 试验设计

供试水稻品种：宁粳43。供试肥料：水稻专用控释肥（32-13-6），由宁夏荣和绿色科技有限公司生产，控氮比24%，肥料w（养分）=51%，常规施用尿素（wN=46%）、重过磷酸钙（wP2O5=46%）、硫酸钾（wK2O=52%）。试验设5个处理：CK为常规测土配方施肥，N、P2O5、K2O施用量分别为16.1、7.1、3.0 kg/667 m2；K1为控释肥，用量为35 kg/667 m2；K2 为控释肥，用量为40 kg/667 m2；K3 为控释肥，用量45 kg/667 m2；K4为控释肥，用量50 kg/667m2。各处理施肥情况见表1、表2。随机区组排列，小区面积172 m2，小区间筑埂覆膜防渗，独立灌排。将水稻专用控释肥（32-13-6）作为基肥一次性施入；CK 的磷、钾肥全部基施，氮肥基施40%，追施60%，追肥分别在断乳期（10%）、分蘖期（25%）、有效分蘖终止期（15%）、孕穗期（10%）施入。水稻为播后上水，4 月30 日划分小区并打隔离埂作水渠，5月7日施肥、播种，5月10日初灌上水，10 月1 日收获。成熟期每个小区取3 m的水稻植株进行考种，小区单打单收测定产量。各处理除施肥外，其他农事操作相同。

表1 各处理纯养分施用量kg/667 m2

表2 各处理施肥量及时间 kg/667 m2

1.3 测定项目与方法

1）土壤基本理化性状的测定方法。土壤pH 采用电位法，土壤水溶性盐分总量采用电导泥浆法，土壤有机质采用油浴加热重铬酸钾氧化容量法，土壤全氮采用凯氏蒸馏法，土壤水解性氮采用碱解扩散法，土壤有效磷采用碳酸氢钠提取钼锑抗比色法，土壤速效钾采用乙酸铵浸提火焰光度计或原子吸收分光光度计法[6]。

农艺指标的测定方法。从返青后到分蘖前，每个处理选择有代表性的3 个点作为3 次重复，每个点测定1 m2稻苗数量，从分蘖开始，每2周测定1次。返青后每月测定1次株高。

产量的测定方法。成熟收获前，每小区随机选取3 行各1 m 植株，从地面处刈割、扎捆、取回。每处理随机取30 株统计株高（cm）、穗长（cm）、枝梗数、饱粒数、秕粒数、结实率（%）、穗数（万/667 m2）、穗粒数、千粒质量（g）、理论产量等农艺指标。

1.4 数据处理与分析

利用Excel 2010进行数据整理和制表、制图，采用DPS-Duncan’s 法进行统计和差异显著性分析，利用SPSS 22.0进行主成分及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对水稻产量的影响

由表3 可知，除K4 处理外，其他控释肥处理的水稻产量均高于CK，水稻增产幅度为0.82%～6.58%，其中K2 处理的水稻产量最高，增产幅度为6.58%。可见，在该地块地力水平下，控释肥用量为35～50 kg/667 m2，适当减少控释肥用量对水稻产量的影响比较明显（P＜0.01），更有利于水稻产量增长。

表3 不同处理对水稻产量的影响

2.2 不同处理对水稻分蘖消长变化的影响

由图1 可知，水稻在6 月4 日进入分蘖期，K2、CK、K4 处理分蘖较快且分蘖数量较多，K1、K3 处理的分蘖数量较少。CK 的分蘖高峰期出现在6 月28日前后，K2处理的分蘖高峰期出现在7月5日前后，这与蔡玉金等[11]的研究结果不相符。缓/控释肥料养分释放缓慢、均衡，水稻分蘖期植株得到的营养较少，特别是氮素营养相对较少，因此分蘖延缓[7]。

图1 不同处理水稻分蘖消长变化

2.3 最佳施肥量分析

将不同施肥水平与水稻产量进行回归拟合得出一元二次方程：y=-0.863 4x2+70.819x-669.16，R2=0.932 9，x为控释肥施肥水平，y为产量（kg/667 m2），求极值x=41.0 kg，产量达到最大值y=783.1 kg/667 m2（图2）。

图2 最佳施肥量线性方程

2.4 不同处理对水稻经济性状及产量构成因子的影响

由表4 可知，施用控释肥可以使水稻的株高、穗长、枝梗数、穗粒数、饱粒数增加，这与苗得雨等[8]在寒地水稻上施用荣和大三元高效控释肥的试验结果相符。收获时，各处理株高均高于CK，其中K1、K2、K4 处理与CK 间的差异达到显著水平（P＜0.05）；K1—K4 处理的穗长平均值均大于CK，其中K3 处理的穗长平均值最大，K3、K4 处理与CK 的差异达到显著水平（P＜0.05）；各处理间枝梗数的差异均不显著（P＜0.05）；K1—K4 处理的饱粒数均多于CK，平均每穗比CK 多29.1、5.3、5.8、11.4 粒，K1和CK 的差异显著（P＜0.05），K2、K3、K4 与CK 的差异不显著（P＞0.05）；K2 处理的空秕率最低，K4 的空秕率最高，K3、K4 与CK 的差异极显著（P＜0.01），CK 与K1、K2 的差异不显著；千粒质量以K2 处理最大，比CK 高0.42 g，且差异极显著（P＜0.01），其他处理均小于CK。

表4 不同控释肥用量对水稻经济性状及构产因子的影响

2.5 各处理水稻农艺指标对产量的贡献率

水稻产量是多项农艺指标的综合表现，为了解各指标对产量的贡献率，对各指标进行主成分分析，结果见表5。前3 个主成分解释了全部方差的83.551%，说明提取的这3 个主成分能够代表8 个产量构产因子的83.551%，因此能够以这3个主成分评价水稻产量构成因子的贡献率。

表5 主成分分析结果

由表6可知，第1主成分主要受株高（0.960）、穗粒数（0.959）、饱粒数（0.820）、枝梗数（0.809）、穗长（0.744）支配，全部为正相关，说明这几项对水稻产量有促进作用。第2主成分主要受秕粒数（-0.759），667 m2穗数（0.668）支配，秕粒数与水稻产量为负相关，667 m2穗数与水稻产量为正相关，对产量有促进作用。第3 主成分主要受千粒质量（0.844）支配，为正相关，对产量有促进作用。

表6 3个主成分的各特征向量、特征值、贡献率和累积贡献率

由表7 可知，主成分Y1得分较高的是667 m2穗数、穗粒数、穗长、枝梗数，主成分Y2得分较高的是667 m2穗数、穗粒数、饱粒数、株高。从综合得分看，对水稻产量贡献最大的是667 m2穗数，其次是穗粒数，第3是枝梗数，第4是穗长，这4个因子对水稻产量贡献较大。

表7 主成分得分和综合得分

2.6 不同处理对土壤养分质量比的影响

水稻收获期土壤养分质量比变化趋势见图3。不同处理的土壤养分质量比变化较大。随控释肥使用量的增加土壤养分质量比有所提高，各控释肥处理的养分施用量均低于CK，而土壤养分质量比均高于CK。

图3 土壤养分质量比与施用量变化趋势

高水平氮素养分供应是水稻增产的营养基础。4 个处理土壤碱解氮质量比分别比CK 高7.32%、9.76%、17.07%、24.39%，而4个处理的氮素投入量比CK 分别少30.44%、20.50%、10.56%、0.62%。这说明控释肥在水稻生长期间提供了适宜的氮素营养，保障了水稻的正常生长。据研究[3]，控释氮肥能促进水稻生育中、后期叶片中硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的活性，进而促进水稻孕穗后体内氮素的吸收与同化，增加水稻的吸氮量，达到提高氮素利用效率的目的；同时，控释氮肥还可以增强水稻生育后期叶片中蛋白水解酶的活性，促进叶片中蛋白质降解，有利于叶片中的氮素向籽粒运转，从而提高水稻氮肥农学效率或生理效率。

有效磷质量比的变化与碱解氮的变化规律一致。各控释肥处理的土壤有效磷质量比较CK 分别高0.84%、2.69%、8.79%、11.44%，而磷肥施用量较CK 少35.92%、26.76%、17.60%、8.45%。水稻施用磷肥后，植株生长良好，分孽正常，提早成熟，产量提高[9]。研究表明，植株叶片细胞质中的无机磷酸盐通过叶绿体膜上的“磷酸运转器”控制光合产物的转运。

钾对增进水稻代谢功能及增强水稻抗逆性十分重要，特别是在增施氮肥和磷肥时，施用钾肥的作用更显得重要。但随着产量的不断提高，水稻从土壤中所摄取的养分也随之增加。在水稻种植过程中，往往只重视氮肥和磷肥的施用，而忽视了钾肥的施用，以致大多数地区土壤中的钾元素已不能满足水稻高产的需求，成为水稻高产的限制因素。试验中各处理的土壤速效钾质量比较CK 分别高6.77%、4.10%、8.83%、0.41%，而钾肥施用量比CK 少30%、20%、10%、0。可见，控释肥能协同提高土壤速效钾含量，为水稻对钾素的需求提供保障。

不同控释肥处理的土壤全盐质量比均小于CK，降幅达16.67%～75.00%，这与控释肥对养分的有效控释作用有关，在一定阶段使土壤离子含量相对较低，从而使离子导电率降低。何帅等［10］的研究表明，控释尿素的氮素在初期养分释放量较少，氮素养分浓度较低，不会超过水稻的耐盐阈值。

3 讨论与结论

3.1 讨论

控释肥处理除了50 kg/667 m2的用量外，35、40、45 kg/667 m2用量的产量均高于常规测土配方施肥，增产率分别为0.82%、6.58%、2.34%，化肥总用量为56.2 kg/667 m2，节肥率分别为37.72%、28.83%、19.93%。这说明施用控释肥不仅可以提高水稻产量，还可以减少化肥投入，这与前人的研究结果相符[9-12]。

施肥水平与产量回归拟合得出的一元二次方程表明，水稻控释肥最佳施肥量为41.0 kg/667m2。陈天钦等[13]研究表明，与当地常规分次施肥相比，一次性基施控释肥40 kg/hm2即可满足水稻本田期的营养需求。范大泳等[12]研究表明，早稻的控释肥用量以42.4 kg/667 m2为宜。

3.2 结论

1）在本试验条件下，控释肥推荐用量为41.0 kg/667 m2，对应产量为783.12 kg/667 m2，相比常规施用化肥增产40.46 kg/667 m2。

2）施用控释肥处理的水稻分蘖高峰期较常规施肥推迟7 d左右。

3）水稻空秕率、穗粒数、株高、穗长与施肥量的相关性较大，且成正相关，667 m2穗数、千粒质量与施肥量的相关性较小。产量构成因子中对水稻产量的贡献率大小依次为667 m2穗数、穗粒数、枝梗数、穗长。

4）与常规施肥相比，不同控释肥处理的氮素投入量少0.62%～30.44%，而土壤碱解氮质量比提高7.32%～24.39%（成熟期）；磷素投入量少8.45%～35.92%，而土壤有效磷质量比提高0.84%～11.44%；钾素投入量少0～30.0%，而土壤速效钾质量比提高0.41%～8.83%。施用控释肥对土壤肥力的提高产生正效应。