不同緩控釋肥減氮處理對(duì)雙季稻田氮素吸收的影響

不同緩控釋肥減氮處理對(duì)雙季稻田氮素吸收的影響

氮肥的使用是提高水稻產(chǎn)量的重要手段。然而，隨著氮素生產(chǎn)的逐步提高，農(nóng)業(yè)氮素生產(chǎn)的效率降低，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)面影響。據(jù)資料,我國(guó)糧食產(chǎn)量隨著化肥氮用量增加大幅增長(zhǎng),但單位化肥的糧食增產(chǎn)量卻明顯遞減。同時(shí),氮肥施用帶來的不良環(huán)境影響已經(jīng)凸現(xiàn),一些地方地下水硝酸鹽已超過飲用水NO3--N50mg/L的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn);我國(guó)主要湖泊水體如太湖、滇池等因氮磷面源污染導(dǎo)致水質(zhì)污染嚴(yán)重和富營(yíng)養(yǎng)化。因此,已有研究表明,控制農(nóng)田氮面源污染主要在于減少農(nóng)田氮肥用量,以削減其向環(huán)境損失。然而,就全國(guó)整體而言,施肥對(duì)糧食產(chǎn)量仍處于增產(chǎn)階段,基于當(dāng)前肥料及施用技術(shù),長(zhǎng)期農(nóng)田減氮將引起糧食產(chǎn)量下降。在我國(guó)人口-耕地資源矛盾突出的現(xiàn)狀下,保障國(guó)家糧食安全是國(guó)家的基本國(guó)策。因此需要探索與作物生長(zhǎng)需求同步的新型緩控釋肥料技術(shù),通過減少因一次性過量施肥引起稻田土壤-表面水氮釋放過高而向環(huán)境損失,來達(dá)到N減量施用和保護(hù)環(huán)境的目的。為探索沿洞庭湖區(qū)雙季稻田減氮技術(shù),本試驗(yàn)選擇速效氮肥(普通尿素和復(fù)混肥)為對(duì)照,開展了硫包衣尿素(37%N)和膜包衣尿素(42%N)緩、控釋肥料減氮施用試驗(yàn),通過比較不同處理的稻田氮流失、水稻產(chǎn)量和肥料利用效應(yīng),以期篩選出適合沿洞庭湖區(qū)雙季稻施用的高效氮肥品種,并構(gòu)建其高產(chǎn)高效養(yǎng)分管理技術(shù)。1材料和方法1.1雙季稻生產(chǎn)區(qū)試驗(yàn)設(shè)在岳陽(yáng)縣麻塘鎮(zhèn),岳陽(yáng)市農(nóng)科所科研試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi),離東洞庭湖大堤2~3km范圍內(nèi),屬典型的雙季稻生產(chǎn)區(qū),土壤母質(zhì)為紅底潮土。土壤基本理化性狀為pH5.8、有機(jī)質(zhì)28.20g/kg、全氮1.98g/kg、堿解氮255.0mg/kg、有效磷10.0mg/kg、速效鉀111.0mg/kg。1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)與施用量試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理:1)對(duì)照(CK),不施肥;2)尿素常規(guī)(Urea),早晚稻施用量分別為150kg/hm2和180kg/hm2,按常規(guī)基-蘗(80:20)施入;3)等N量復(fù)混肥(Com1),N總用量同處理2,80%N量為復(fù)混肥作基肥,20%N為尿素作追施;4)減N20%復(fù)混肥(Com2),早、晚稻N總用量分別為120kg/hm2和144kg/hm2,80%N為復(fù)混肥作基肥,20%N為尿素作追肥;5)膜包衣尿素(MCU),早、晚稻N總用量分別為105kg/hm2和126kg/hm2,一次性基施;6)硫包衣尿素(SCU),早、晚稻N總用量分別為105kg/hm2和126kg/hm2,80%N為硫包衣尿素基施,20%N尿素作分蘗追肥。所有處理磷(P2O5)用量早稻為90kg/hm2、晚稻為75kg/hm2;鉀肥為氯化鉀,施用量早稻N:K2O=1:0.8,晚稻N:K2O=1:1.1。膜包衣尿素(42%N)、復(fù)混肥(早稻20-10-10,晚稻12-4-9)為湖南興湘復(fù)混肥料廠生產(chǎn);硫包衣尿素(37%N)為漢楓公司生產(chǎn);其中膜包衣尿素的釋放時(shí)間約為70d,硫包衣尿素的釋放時(shí)間約為50d;基肥于移栽前翻耕時(shí)施入、追肥于插秧7d后施入。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù),隨機(jī)區(qū)組排列,共18個(gè)小區(qū),每小區(qū)面積20m2。田埂四周用PVC板隔斷(田面下20cm+田面上25cm),每次灌溉水保持3cm水深,每次降雨時(shí)蓄水,降雨事件后迅速采集小區(qū)內(nèi)的水樣,作為徑流排水,然后按設(shè)定的蓄水高度(6cm)測(cè)定排水量并排水。試驗(yàn)采用稻-稻-閑種植制度,2008~2009年連續(xù)監(jiān)測(cè)雙季稻期間每次降雨徑流的水量和氮素濃度。1.3水稻與耕作栽植供試水稻品種為當(dāng)?shù)卮竺娣e推廣的水稻品種,早稻為鄂早1號(hào),4月22日播種,4月29日移栽,7月10日收割;晚稻為岳優(yōu)9113,7月21日移栽,10月29日收割。耕作按當(dāng)?shù)刂饕姆绞?移栽采用軟盤育秧并固定每小區(qū)的秧苗數(shù)進(jìn)行擺栽。灌溉按常規(guī)采用分蘗峰期和蠟熟期曬田,病蟲害防治與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)保持一致。1.4樣品的采集和測(cè)定徑流水樣于每次降雨后采集,于每小區(qū)用小瓢5點(diǎn)取樣、混合,共1000ml,分裝于2個(gè)塑料瓶,然后迅速冷藏(5℃以下)保存,送化驗(yàn)室分析測(cè)定。試驗(yàn)前采集基礎(chǔ)土壤,水稻籽粒及稻草樣品于每季作物收獲時(shí)采集,按小區(qū)實(shí)際產(chǎn)量測(cè)產(chǎn)。在實(shí)驗(yàn)小區(qū)附近安裝雨量計(jì)1個(gè),記錄每次降雨事件后的降雨量。植株和土壤中養(yǎng)分含量采用常規(guī)分析方法。徑流水中NH4+-N和NO3--N用0.25um膜過濾后,FOSS流動(dòng)注射儀測(cè)定;徑流水中TN采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度計(jì)測(cè)定(GB1l894-89)。1.5化肥利用率及生物學(xué)利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel2003、DPS301軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。氮素利用效率指標(biāo):根據(jù)實(shí)際產(chǎn)量及收獲時(shí)植株吸收氮素量等計(jì)算氮肥利用率、氮肥生理利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力。氮肥利用率(REN)=(施氮區(qū)植株地上部氮積累量-無(wú)氮區(qū)植株地上部氮積累量)/施氮量×100,即肥料養(yǎng)分回收率。氮肥農(nóng)學(xué)利用率(AEN)=(施氮區(qū)稻谷產(chǎn)量-無(wú)氮區(qū)稻谷產(chǎn)量)/施氮量,是指單位施氮量所增加的作物籽粒產(chǎn)量。氮肥生理利用率(PEN)=(施氮區(qū)稻谷產(chǎn)量-無(wú)氮區(qū)稻谷產(chǎn)量)/(施氮區(qū)植株地上部氮積累量-無(wú)氮區(qū)植株地上部氮積累量),是指作物地上部每吸收單位肥料中的氮所獲得的籽粒產(chǎn)量的增加量。氮肥偏生產(chǎn)力(PFPN)=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量,是指單位投入的肥料氮所能產(chǎn)生的作物籽粒產(chǎn)量。2結(jié)果與分析2.1不同肥源對(duì)膜面包尿素穩(wěn)定性的影響統(tǒng)計(jì)2008~2009年雙季稻期間不同處理徑流產(chǎn)生的NH4+-N、NO3--N、TN損失量平均值(表1)表明,不同肥源處理的TN損失以施用尿素最高,比不施肥對(duì)照增加了90.9%(P<0.05)。與尿素處理相比,施等N量的復(fù)混肥料(Com1)的TN徑流損失僅略下降,但減N20%的復(fù)混肥料處理的TN流失降低22.3%(P>0.05),減N30%的膜包衣尿素降低了26.3%(P>0.05),減N30%的硫包衣尿素降低了20.8%(P>0.05)?？梢?不同肥源減N處理均能有效降低N素徑流損失,其中以減N30%的膜包衣尿素效果最好。徑流損失的N形態(tài)中,不同肥源施用的NO3--N損失與對(duì)照無(wú)顯著差別,說明雙季稻田長(zhǎng)期處在還原環(huán)境,徑流水中NO3--N主要來自雨水。而NH4+-N的流失表現(xiàn)為減N30%的膜包衣尿素處理、減N30%的硫包衣尿素處理與不施肥對(duì)照基本相近,比復(fù)混肥不減氮處理降低50.2%(P<0.01)、44.6%(P<0.01);較尿素處理降低34.1%(P<0.05)、26.6%(P<0.05);復(fù)混肥不減氮處理NH4+-N的流失最高,可能是由于復(fù)合肥配比采用磷酸一氫銨等銨態(tài)氮的緣故,其NH4+-N流失量比施用尿素增加32.5%(P<0.05),比不施肥對(duì)照增加82.2%(P<0.01);但減N20%的復(fù)混肥處理的NH4+-N流失較復(fù)混肥處理降低14.4%(P<0.05),卻顯著高于2個(gè)緩控釋肥處理。TN減銨態(tài)氮和硝態(tài)氮為水溶性非無(wú)機(jī)氮(包括顆粒吸附態(tài)和有機(jī)態(tài)氮),結(jié)果表明,稻田N素徑流損失形態(tài)主要為水溶性非無(wú)機(jī)氮,占總氮損失的81.2~88.3%,各施肥處理的水溶性非無(wú)機(jī)氮比不施肥對(duì)照增加47.4~107.6%,以尿素處理最高,減N30%的膜包衣尿素處理最小,僅為尿素處理的71.0%;減N30%的硫包衣尿素處理及減N20%的復(fù)混肥料處理的水溶性非無(wú)機(jī)氮徑流損失分別占尿素處理的78.6%和74.0%。2.2不同施肥處理的稻蝦產(chǎn)量差異2年各處理的平均產(chǎn)量大小順序表現(xiàn)為,早稻:Urea>Com1>SCU>Com2>MCU>CK,不同施肥較對(duì)照提高了97.6%~111.6%(P<0.01);晚稻為SCU>Com2>Com1>Urea>MCU>CK,不同施肥的晚稻產(chǎn)量較對(duì)照提高了33.6%~38.6%(P<0.01)。減N30%的膜包衣尿素處理的雙季稻產(chǎn)量較常規(guī)尿素處理和復(fù)混肥處理略有降低,但施肥處理之間雙季稻的產(chǎn)量沒有達(dá)到顯著水平;由此可見,緩、控釋氮肥雖然其氮用量大幅減少,但其產(chǎn)量并沒有因?yàn)榈昧康臏p少而明顯減少;相反,膜包衣尿素減氮處理的稻草生物量還有明顯增加,其早稻的稻草生物量較常規(guī)尿素處理、復(fù)混肥處理分別增加了17.1%(P<0.05)、24.3%(P<0.01);其晚稻的稻草生物量較常規(guī)尿素處理、復(fù)混肥處理分別增加了23.9%(P<0.01)、30.9%(P<0.01)。2.3復(fù)混肥料對(duì)養(yǎng)分吸收n量的影響統(tǒng)計(jì)不同肥源處理的雙季稻植株和籽粒吸收N總量(表2)表明,吸N量順序?yàn)镸CU>SCU>Urea>Com1>Com2>CK。與CK相比,施肥對(duì)雙季稻氮的吸收均有極顯著促進(jìn)作用,其增加幅度為83.3%~101.9%;等量N尿素處理、等量N復(fù)混肥處理和減N20%的復(fù)混肥料處理植株吸收N量未達(dá)顯著水平;與尿素處理相比,減N30%的膜包衣尿素處理氮的吸收量提高了5.5%(P>0.05),減N30%的硫包衣尿素處理氮的吸收量提高了4.4%(P>0.05);減N30%的膜包衣尿素處理及減N30%的硫包衣尿素處理氮的吸收量都顯著的高于復(fù)混肥處理,其增加量分別為9.3%(P<0.05)、8.2%(P<0.05)。這是由于緩、控釋氮肥養(yǎng)分釋放緩慢,能長(zhǎng)時(shí)間的供給作物養(yǎng)分,故其氮的吸收量明顯增加。2.4對(duì)試驗(yàn)處理對(duì)化肥利用率的影響進(jìn)一步以不施肥為對(duì)照計(jì)算各施肥處理的氮肥效率(表3),從表中可以看出不同肥源減氮處理在氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥利用率都較未減氮處理高。與尿素處理相比,氮肥農(nóng)學(xué)效率的提高幅度早稻為12.4%~35.8%,晚稻為27.4%~56.6%;氮肥偏生產(chǎn)力提高幅度早稻為18.4%~39.1%,晚稻為25.7%~46.5%,處理間均以SCU處理最高,MCU處理次之,這可能與緩、控釋氮肥能夠增加作物體內(nèi)氮代謝關(guān)鍵酶的活性有關(guān);各處理間氮肥利用率順序?yàn)?早稻為MCU>SCU>Urea>Com2>Com1,晚稻為MCU>SCU>Com2>Com1>Urea,MCU處理較Urea、Com1處理早稻分別提高了15.6%和23.5%,晚稻分別提高了21.1%和19.2%;SCU處理較Urea、Com1處理早稻氮利用率分別提高了15.6%和23.0%,晚稻分別提高了19.7%和17.7%。各施肥處理的氮肥效率早稻均高于晚稻,這主要是由于晚稻期間氣溫較高,土壤氮素礦化加快,促進(jìn)了不施肥處理的水稻對(duì)氮的吸收,從而提高了對(duì)照的水稻產(chǎn)量,導(dǎo)致各施肥處理的氮素利用效率相對(duì)較低。3結(jié)論和討論3.1增施肥水處理的施用水流失量洞庭湖區(qū)雙季稻田施用緩、控釋氮肥并減氮30%,其水溶性非無(wú)機(jī)氮徑流損失比常規(guī)尿素處理分別減少21.4%、29.0%,NH4+-N的流失量分別減少26.6%、34.1%,顯著低于常規(guī)施肥處理,總氮徑流損失分別減少20.8%、26.3%;與常規(guī)施肥處理相比,減氮處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥利用率都有不同程度的提高;緩、控釋氮肥減氮30%后,其增產(chǎn)效果不明顯,甚至還有下降的趨勢(shì)。因此,緩、控釋氮肥減量施用還需要以大田試驗(yàn)為基礎(chǔ),找出其合理的施用量、施用方法、釋放時(shí)間等因素,以達(dá)到節(jié)本增收的目的。3.2膜包量與化肥處理的經(jīng)濟(jì)效益氮素的徑流損失是影響肥料利用率的主要原因之一,其造成的氮素流失、地表水體氮素富集、反硝化作用、氨揮發(fā)引起的溫室氣體排放等環(huán)境污染問題日益成為全球社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要障礙。因此,如何提高肥料利用率,減少養(yǎng)分流失及養(yǎng)分流失對(duì)環(huán)境的污染成為當(dāng)今社會(huì)共同關(guān)注的焦點(diǎn)。土壤中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮,既是作物可直接吸收的速效氨,又是氮素?fù)p失的共同源。土壤中適量速效氮的存在是必要的,但過量存在將增加氮素的損失。因此,避免其在土壤中的過量存在,應(yīng)是氮肥有效施用的重要原則之一。常規(guī)尿素及復(fù)混肥料為速溶性肥料,施入土壤后養(yǎng)分釋放迅速,導(dǎo)致土壤中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度迅速增大,因而其流失量也明顯增加;同時(shí),土壤中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度過高,容易被土壤膠體顆粒吸附固定,而土壤膠體的粒徑較小,容易流失,所以速溶性氮肥的顆粒吸附態(tài)及有機(jī)態(tài)氮的流失也相當(dāng)明顯。而緩、控釋氮肥的養(yǎng)分包裹在高分子膜內(nèi),其養(yǎng)分釋放緩慢且與作物需求同步,施用后銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度增加相對(duì)緩慢,因而能明顯減少銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的流失;此外,緩、控釋氮肥能減少肥料養(yǎng)分與土壤接觸,減少因土壤化學(xué)、物理或生物作用對(duì)養(yǎng)分的固定或分解,且肥料顆粒較大,不易隨水流失,因此其顆粒吸附態(tài)及有機(jī)態(tài)氮的流失也較小。減少氮肥的施用量能從源頭上降低施入土壤中的氮素濃度,減少氮的徑流損失。從本試驗(yàn)來看,減N30%的膜包衣尿素處理對(duì)減少氮素流失效果最好。肥料利用率是反映作物、土壤、肥料之間關(guān)系的動(dòng)態(tài)參數(shù),也是用來檢驗(yàn)施肥量與施肥方法是否科學(xué)合理的指標(biāo)。影響肥料利用效率的因素很多,主要有肥料種類、施肥方法、施肥數(shù)量、作物品種、土壤背景氮、田間管理等因素。據(jù)報(bào)道,氮肥利用率隨施肥量的增加而降低;土壤背景氮越大,氮肥利用率越低;水稻品種不同,對(duì)氮素吸收及其體內(nèi)分布表現(xiàn)出基因型差異,氮肥回收效率尤其是生理效率差異顯著;水稻中期曬田,土壤氮素?fù)p失加劇,水稻植株吸氮量也受影響,氮肥回收效率下降。在本試驗(yàn)條件下,緩、控釋肥料處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥利用率均較常規(guī)尿素處理和復(fù)混肥處理有不同程度的提高,這是由于緩、控釋肥