周麗平，趙 秋，張新建，寧曉光，袁 亮，李燕婷，趙秉強

(1.天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，天津 300384；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，北京 100081)

水稻是我國第二大糧食作物，產(chǎn)量21 186.00萬t，占我國糧食總產(chǎn)量的1/3以上，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活保障中具有舉足輕重的地位，因此，水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對于保障我國糧食安全意義重大。為了追求高產(chǎn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料施用存在高投入的現(xiàn)象，這帶來了資源浪費、環(huán)境污染、土壤板結(jié)等問題[1-5]。此外，水稻播種面積從2010年的3 009.7萬hm2變?yōu)?020年的3 007.6萬hm2，基本處于穩(wěn)步水平，因此，通過增加耕地面積來提高產(chǎn)量是不現(xiàn)實的。在這種背景下，從肥料的角度助推常規(guī)肥料增效，提高水稻單產(chǎn)對于農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義，肥料增值技術(shù)或發(fā)展增值肥料成為國內(nèi)外新型肥料研究的重要方向之一。

肥料增效物質(zhì)與化肥協(xié)同配伍是提高肥效、改善土壤環(huán)境、降低肥料投入的重要方式，如氨基酸、海藻酸、腐植酸、脲酶抑制劑、硝化抑制劑等物質(zhì)的應(yīng)用能夠顯著地提高肥料效率[6-15]。前人研究了增值肥料對作物生長發(fā)育的影響，袁亮等[7]利用同位素15N尿素，采用尿素熔融工藝分別制備了普通尿素、海藻酸增值尿素、腐植酸增值尿素和谷氨酸增值尿素試驗產(chǎn)品，探究其對小麥產(chǎn)量、氮肥利用率和肥料氮在土壤剖面中分布的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，海藻酸尿素、腐植酸尿素和谷氨酸尿素處理均可顯著提高小麥籽粒產(chǎn)量，從產(chǎn)量構(gòu)成因素看，增值尿素主要通過增加小麥的穗數(shù)實現(xiàn)產(chǎn)量的提高。李杰等[16]研究發(fā)現(xiàn)，新型聚氨酸增效肥料使小白菜產(chǎn)量增加15.7%，提高了植株中碳、氮、磷、鉀等各養(yǎng)分含量。桑衛(wèi)民等[17]研究表明，腐植酸和海藻酸增效復(fù)混肥均能顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量，改善薯塊品質(zhì)，促進氮素的吸收利用，氮肥利用率、農(nóng)學(xué)效率和肥料偏生產(chǎn)力顯著提高。2012年底，由中國氮肥工業(yè)協(xié)會和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所牽頭，聯(lián)合我國16家大型尿素生產(chǎn)企業(yè)和15家技術(shù)推廣單位成立了化肥增值產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，成為推動我國增值肥料發(fā)展的重要力量，但我國的肥料增值技術(shù)仍具有較大的發(fā)展空間。

水稻作為我國的重要糧食產(chǎn)物，前人關(guān)于海藻酸復(fù)合肥料對水稻產(chǎn)量和生長發(fā)育的研究相對較少，本試驗基于新型增效復(fù)合肥料的增效潛力和海藻酸復(fù)合肥料的環(huán)保性，通過開展新型增效復(fù)合肥料新產(chǎn)品試驗示范，選取不同農(nóng)戶的土地，開展大區(qū)試驗，通過研究新型增效復(fù)合肥料和常規(guī)復(fù)合肥料以及減量處理對水稻不同生育期的生長指標、莖葉和籽粒的氮素、磷素和鉀素吸收狀況、產(chǎn)量和構(gòu)成因子的影響，研究新型增效復(fù)合肥料產(chǎn)品的減肥增產(chǎn)效果，建立增效復(fù)合肥料新產(chǎn)品的水稻施用技術(shù)，為新型增效復(fù)合肥料產(chǎn)品的改進和推廣應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和理論支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于山東省濟寧市試驗基地(N35.01°，E116.65°)，種植制度為水稻與小麥輪作，試驗在水稻上進行，于2020年5月初育苗，6月中旬移栽，10月中旬收獲。供試土壤類型為潮土，0～20 cm土層土壤有機質(zhì)含量12.34 g/kg、土壤全氮1.15 g/kg、土壤全磷0.79 g/kg、土壤全鉀1.45 g/kg、速效氮45.76 mg/kg、土壤有效磷 23.37 mg/kg、速效鉀226.64 mg/kg，pH值8.12。

1.2 試驗材料

供試水稻品種為津稻263。

1.3 試驗設(shè)計

采用單因素設(shè)計，試驗設(shè)置4個處理：常規(guī)復(fù)合肥料(CG)、增效復(fù)合肥料(ZZ)、常規(guī)復(fù)合肥料減量20%(80%CG)和增效復(fù)合肥料減量20%(80%ZZ)，每個處理4次重復(fù)，大區(qū)面積為25 m×30 m，共16個大區(qū)，隨機區(qū)組排列。供試增效復(fù)合肥料為海藻酸復(fù)合肥料 13-17-15 硫型，供試常規(guī)復(fù)合肥料為白俄羅20-8-12氯型。基肥常規(guī)用量按照氮磷鉀(以N-P2O5-K2O計)120，90，70 kg/hm2，以復(fù)合肥供給，不足養(yǎng)分部分用尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀補充，尿素(含N 46%)600 kg/hm2分別按返青肥、分蘗肥(分2次)和抽穗肥施用量各占總施氮量的20%，50%，30%，其他田間管理按照常規(guī)方式進行。

1.4 測定項目及方法

在水稻生長的不同生育階段：分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期分別選擇3株有代表性的水稻植株，裝入網(wǎng)袋帶回實驗室，測定鮮質(zhì)量、株高、SPAD值和根體積，烘干后全部粉碎，采用H2SO4-H2O2消煮提取，測定植株和籽粒全氮、全磷、全鉀含量[18]。在水稻成熟期，將選取的3株代表性的植株進行考種，考種指標包括穗長、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和結(jié)實率，測產(chǎn)采用實打?qū)嵤沼嫯a(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2013軟件對數(shù)據(jù)進行處理和作圖，采用SAS 9.1統(tǒng)計軟件LSD方法進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 新型增效復(fù)合肥料對水稻各生育期生長指標的影響

2.1.1 新型增效復(fù)合肥料對水稻各生育期鮮質(zhì)量的影響 各施肥處理的水稻分蘗期的單株鮮質(zhì)量介于4.20～5.70 g/株，拔節(jié)期的單株鮮質(zhì)量介于29.21～33.65 g/株，抽穗期的單株鮮質(zhì)量介于34.97～43.48 g/株，灌漿期的單株鮮質(zhì)量介于39.11～46.99 g/株，成熟期的單株鮮質(zhì)量介于53.19～62.34 g/株。與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增效復(fù)合肥料處理增加水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期單株鮮質(zhì)量分別為21.93%，10.75%，20.34%，13.99%，11.71%；增效復(fù)合肥料減量20%處理與常規(guī)復(fù)合肥料減量20%處理相比增加水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期單株鮮質(zhì)量分別為9.29%，4.54%，4.09%，7.03%，7.33%；增效復(fù)合肥料減量20%處理與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增加水稻拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期單株鮮質(zhì)量分別為0.49%，0.75%，1.54%，2.29%，降低水稻分蘗期單株鮮質(zhì)量為1.82%(圖1)。

不同小寫字母表示處理間差異達5%顯著水平。圖2—4同。Different letters mean significant difference at the 5% level.The same as Fig.2—4.

2.1.2 新型增效復(fù)合肥料對水稻各生育期株高的影響 由圖2可知，常規(guī)復(fù)合肥料處理的水稻在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期的株高分別為34.48，72.00，86.39，87.40，85.98 cm。與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增效復(fù)合肥料處理增加水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期株高分別為5.40%，2.78%，1.75%，0.52%，1.29%，增效復(fù)合肥減量20%處理增加水稻拔節(jié)期、抽穗期和成熟期株高分別為0.35%，0.48%，0.31%。常規(guī)復(fù)合肥料減量20%處理的水稻在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期的株高分別為33.30，72.50，86.48，87.27，86.08 cm。與常規(guī)復(fù)合肥料減量20%處理相比，增效復(fù)合肥料減量20%處理增加水稻分蘗期、抽穗期和成熟期株高分別為2.89%，0.37%，0.19%。

圖2 新型增效復(fù)合肥料對水稻各生育期株高的影響Fig.2 Effect of new synergistic compound fertilizer on plant height of rice at each growth stage

2.1.3 新型增效復(fù)合肥料對水稻各生育期SPAD值的影響 常規(guī)復(fù)合肥料處理的水稻在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期的SPAD值分別為41.00，43.00，44.50，40.75，40.50。與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增效復(fù)合肥料處理能夠增加水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期SPAD值分別為12.20%，9.88%，6.74%，12.88%，8.02%，增效復(fù)合肥料減量20%處理能夠增加水稻分蘗期、拔節(jié)期、灌漿期和成熟期SPAD值分別為2.44%，1.16%，1.84%，3.70%。常規(guī)復(fù)合肥料減量20%處理的水稻在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期的SPAD值分別為39.75，41.25，42.00，39.50，40.25。與常規(guī)復(fù)合肥料減量20%處理相比，增效復(fù)合肥料減量20%處理能夠增加水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和收獲期SPAD值分別為5.66%，5.45%，4.76%，5.06%，4.35%(圖3)。

圖3 新型增效復(fù)合肥料對水稻各生育期SPAD值的影響Fig.3 Effect of new synergistic compound fertilizer on SPAD value of rice at each growth stage

2.1.4 新型增效復(fù)合肥料對水稻各生育期根體積的影響 由圖4可知，各施肥處理的水稻分蘗期的根體積為1.48～1.90 cm3/株，拔節(jié)期的根體積為2.34～3.09 cm3/株，抽穗期的根體積為2.79～3.75 cm3/株，灌漿期的根體積為2.34～3.47 cm3/株，成熟期的根體積為2.09～3.22 cm3/株。與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增效復(fù)合肥處理能夠增加水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期根體積分別為21.60%，21.74%，22.63%，30.14%，46.48%。增效復(fù)合肥減量20%處理增加水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期根體積分別為3.84%，2.90%，1.39%，4.41%，4.09%。與常規(guī)復(fù)合肥料減量20%處理相比，增效復(fù)合肥減量20%處理增加水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期根體積分別為9.81%，11.81%，11.20%，19.06%，9.44%。

2.2 新型增效復(fù)合肥料對水稻收獲期干物質(zhì)量的影響

各施肥處理的莖葉干物質(zhì)量為25.55～41.31 g/株，籽粒干物質(zhì)量為32.21～51.41 g/株。與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增效復(fù)合肥料處理能夠增加莖葉干物質(zhì)量和籽粒干物質(zhì)量分別為24.46%，21.39%；增效復(fù)合肥減量20%處理增加水稻莖葉干物質(zhì)量和籽粒干物質(zhì)量的比例分別為6.07%，8.15%。與常規(guī)復(fù)合肥減量20%處理相比，增效復(fù)合肥料減量20%處理增加水稻莖葉干物質(zhì)量和籽粒干物質(zhì)量分別為37.79%，42.19%(表1)。

表1 新型增效復(fù)合肥料對水稻收獲期干物質(zhì)量的影響Tab.1 Effect of new synergistic compound fertilizer on dry matter quality of rice at harvest stage g/株

2.3 新型增效復(fù)合肥料對水稻收獲期養(yǎng)分吸收的影響

增效復(fù)合肥料、常規(guī)復(fù)合肥料、增效復(fù)合肥料減量20%、常規(guī)復(fù)合肥料減量20%處理的水稻莖葉氮含量分別為13.97，12.62，11.14，8.76 g/kg，其水稻籽粒氮含量分別為11.79，8.61，9.70，6.91 g/kg。與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增效復(fù)合肥料處理的水稻莖葉氮含量和籽粒氮含量分別顯著增加了10.68%，36.96%(P<0.05)，增效復(fù)合肥料減量20%處理的水稻莖葉氮含量顯著減少了11.73%(P<0.05)，籽粒氮含量顯著增加了12.73%(P<0.05)。常規(guī)復(fù)合肥料處理的水稻莖葉磷含量和籽粒磷含量分別為1.25，2.36 g/kg，與之相比，增效復(fù)合肥料和增效復(fù)合肥料減量20%處理的水稻莖葉磷含量分別增加了26.51%，11.24%，增效復(fù)合肥料處理的水稻籽粒磷含量增加了10.39%，增效復(fù)合肥料減量20%處理的水稻籽粒磷含量降低了5.41%，且差異達顯著水平(P<0.05)。常規(guī)復(fù)合肥料處理的水稻莖葉鉀含量和籽粒鉀含量分別為26.32，3.24 g/kg，與之相比，增效復(fù)合肥料處理的水稻莖葉鉀含量顯著增加了19.91%，籽粒鉀含量顯著降低了15.83%，增效復(fù)合肥料減量20%處理的莖葉鉀含量顯著降低了6.56%(P<0.05)，籽粒鉀含量增加了0.62%(表2)。

表2 新型增效復(fù)合肥料對水稻收獲期養(yǎng)分吸收的影響Tab.2 Effects of new synergistic compound fertilizers on nutrient absorption during rice harvest stage g/kg

2.4 新型增效復(fù)合肥料對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3可知，增效復(fù)合肥料、增效復(fù)合肥料減量20%、常規(guī)復(fù)合肥料和常規(guī)復(fù)合肥料減量20%處理的水稻產(chǎn)量分別為13 575.00，11 250.00，11 125.00，9 700.00 kg/hm2。與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增效復(fù)合肥料處理的水稻產(chǎn)量提高了22.02%且差異性顯著(P<0.05)，增效復(fù)合肥料減量20%處理的水稻產(chǎn)量提高了1.12%，但差異不顯著。增效復(fù)合肥料減量20%與常規(guī)復(fù)合肥料減量20%相比，其產(chǎn)量增加了15.98%。增效復(fù)合肥料減量20%處理的水稻穗長、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和結(jié)實率在各處理中為最高，與其他各處理之間呈顯著性差異(P<0.05)，常規(guī)復(fù)合肥料減量20%處理的水稻穗長、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和結(jié)實率在各處理中為最低。

表3 新型增效復(fù)合肥料對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Tab.3 The effect of new synergistic compound fertilizer on rice yield and its components

3 結(jié)論與討論

3.1 新型增效復(fù)合肥料對水稻生長性狀和干物質(zhì)積累的影響

在本研究中，增效復(fù)合肥料處理能夠改善水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期的地上部鮮質(zhì)量、株高、SPAD值和根體積，增效復(fù)合肥料減量20%與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，對水稻拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期的鮮質(zhì)量，對水稻拔節(jié)期、抽穗期和成熟期的株高，對水稻分蘗期、拔節(jié)期、灌漿期和成熟期的SPAD值以及對水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期的根體積具有一定的改善作用，而水稻前期形成旺盛穩(wěn)健的分蘗勢，是高產(chǎn)水稻栽培的關(guān)鍵因素[15]。王海標等[19]研究發(fā)現(xiàn)，施用海藻酸復(fù)混肥顯著增加了夏玉米地上部生物量，與本研究結(jié)果有相似之處，這是因為海藻酸是存在于褐藻中由單糖醛酸線性聚合合成的一種天然多糖，易與陽離子形成凝膠，經(jīng)過包裹后的肥料可以有效延緩溶解速度，具有增產(chǎn)、抗逆、減少肥料流失的優(yōu)勢特點，從而有利于作物干物質(zhì)的積累。與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增效復(fù)合肥料處理能夠增加莖葉干物質(zhì)量和籽粒干物質(zhì)量分別為24.46%，21.39%。增效復(fù)合肥減量20%處理增加水稻莖葉干物質(zhì)量和籽粒干物質(zhì)量例分別為6.07%，8.15%。而作物產(chǎn)量形成的過程實質(zhì)上是干物質(zhì)積累與分配的過程，作物的干物質(zhì)積累可為實現(xiàn)水稻的高產(chǎn)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)[20-24]。

3.2 新型增效復(fù)合肥料對水稻產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收的影響

海藻酸類物質(zhì)主要包括多糖類、甜菜堿、蛋白類以及萜類等天然生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以實現(xiàn)微量高效，它可以通過提高作物對養(yǎng)分的吸收能力，活化土壤氮素和磷素，提高氮磷養(yǎng)分利用效率，從而實現(xiàn)減肥增效[15，20]。在本研究中，與常規(guī)復(fù)合肥料處理相比，增效復(fù)合肥料處理的水稻莖葉氮含量和籽粒氮含量分別增加了10.68%，36.96%，增效復(fù)合肥料減量20%處理的水稻莖葉氮含量減少了11.73%，籽粒氮含量增加了12.73%。增效復(fù)合肥料和增效復(fù)合肥料減量20%處理的水稻莖葉磷含量分別增加了26.51%，11.24%，增效復(fù)合肥料處理的水稻籽粒磷含量增加了10.39%，增效復(fù)合肥料減量20%處理的水稻籽粒磷含量降低了5.41%。增效復(fù)合肥料處理的水稻莖葉鉀含量增加了19.91%，籽粒鉀含量降低了15.83%，增效復(fù)合肥料減量20%處理的莖葉鉀含量降低了6.56%，籽粒鉀含量增加了0.62%。增效復(fù)合肥料處理的水稻產(chǎn)量提高了22.02%且差異顯著，增效復(fù)合肥料減量20%處理的水稻產(chǎn)量提高了1.12%。王偉濤等[25]研究也發(fā)現(xiàn)，海藻酸與常量控釋尿素配施處理使玉米顯著增產(chǎn)，海藻酸可能通過影響植物的蒸騰速率，加速植物體內(nèi)的生理活動，通過葉面積指數(shù)提高小麥玉米光合能力，進而提高小麥玉米的產(chǎn)量和氮素利用率。王海標等[19]研究了海藻酸包膜BB肥、常規(guī)BB肥、海藻酸包膜復(fù)合肥、常規(guī)復(fù)合肥4種肥料對夏玉米產(chǎn)量、地上部生物量、養(yǎng)分積累量、SPAD 值等的影響，綜合考慮產(chǎn)量、肥料投入成本、養(yǎng)分吸收利用及環(huán)境壓力，夏玉米施用海藻酸包膜復(fù)合肥能維持葉片較高葉綠素含量，促進夏玉米對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收利用，協(xié)同提高了穗粒數(shù)和干粒質(zhì)量，實現(xiàn)了高產(chǎn)，這與本研究結(jié)果類似。此外，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，海藻酸與常量控釋尿素配施與未加海藻酸的處理相比，顯著增加小麥拔節(jié)期和玉米大喇叭口期的土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，顯著提高玉米大喇叭口期土壤速效鉀含量，顯著提高了土壤速效氮和鉀的供應(yīng)強度和容量。這是因為海藻酸鹽具有很強的吸附性能，可以減輕耕地的養(yǎng)分徑流損失，改善土壤養(yǎng)分的供應(yīng)強度，提高土壤養(yǎng)分供應(yīng)的容量和穩(wěn)定性[25]。這也可能是本研究中海藻酸肥料具有較好的生物學(xué)效應(yīng)的重要原因，后續(xù)值得進一步加強研究。

增效復(fù)合肥料處理能夠改善水稻各生育期的地上部鮮質(zhì)量、株高、SPAD值和根體積，通過改善水稻收獲期的氮磷鉀含量，從而改善玉米的氮素吸收、磷素吸收和鉀素吸收狀況，此外，增效復(fù)合肥料處理能夠通過增加水稻穗長、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和結(jié)實率來增加水稻產(chǎn)量，并且增效復(fù)合肥料減量20%處理與常規(guī)尿素相比在產(chǎn)量上無顯著性差異，這說明，增效復(fù)合肥料減量處理能夠保證水稻穩(wěn)產(chǎn)，可進一步推廣應(yīng)用。