不同缓控释肥减氮处理对双季稻田氮素吸收的影响

不同缓控释肥减氮处理对双季稻田氮素吸收的影响

氮肥的使用是提高水稻产量的重要手段。然而，随着氮素生产的逐步提高，农业氮素生产的效率降低，对环境产生了负面影响。据资料,我国粮食产量随着化肥氮用量增加大幅增长,但单位化肥的粮食增产量却明显递减。同时,氮肥施用带来的不良环境影响已经凸现,一些地方地下水硝酸盐已超过饮用水NO3--N50mg/L的国际标准;我国主要湖泊水体如太湖、滇池等因氮磷面源污染导致水质污染严重和富营养化。因此,已有研究表明,控制农田氮面源污染主要在于减少农田氮肥用量,以削减其向环境损失。然而,就全国整体而言,施肥对粮食产量仍处于增产阶段,基于当前肥料及施用技术,长期农田减氮将引起粮食产量下降。在我国人口-耕地资源矛盾突出的现状下,保障国家粮食安全是国家的基本国策。因此需要探索与作物生长需求同步的新型缓控释肥料技术,通过减少因一次性过量施肥引起稻田土壤-表面水氮释放过高而向环境损失,来达到N减量施用和保护环境的目的。为探索沿洞庭湖区双季稻田减氮技术,本试验选择速效氮肥(普通尿素和复混肥)为对照,开展了硫包衣尿素(37%N)和膜包衣尿素(42%N)缓、控释肥料减氮施用试验,通过比较不同处理的稻田氮流失、水稻产量和肥料利用效应,以期筛选出适合沿洞庭湖区双季稻施用的高效氮肥品种,并构建其高产高效养分管理技术。1材料和方法1.1双季稻生产区试验设在岳阳县麻塘镇,岳阳市农科所科研试验场内,离东洞庭湖大堤2~3km范围内,属典型的双季稻生产区,土壤母质为红底潮土。土壤基本理化性状为pH5.8、有机质28.20g/kg、全氮1.98g/kg、碱解氮255.0mg/kg、有效磷10.0mg/kg、速效钾111.0mg/kg。1.2试验设计与施用量试验共设6个处理:1)对照(CK),不施肥;2)尿素常规(Urea),早晚稻施用量分别为150kg/hm2和180kg/hm2,按常规基-蘖(80:20)施入;3)等N量复混肥(Com1),N总用量同处理2,80%N量为复混肥作基肥,20%N为尿素作追施;4)减N20%复混肥(Com2),早、晚稻N总用量分别为120kg/hm2和144kg/hm2,80%N为复混肥作基肥,20%N为尿素作追肥;5)膜包衣尿素(MCU),早、晚稻N总用量分别为105kg/hm2和126kg/hm2,一次性基施;6)硫包衣尿素(SCU),早、晚稻N总用量分别为105kg/hm2和126kg/hm2,80%N为硫包衣尿素基施,20%N尿素作分蘖追肥。所有处理磷(P2O5)用量早稻为90kg/hm2、晚稻为75kg/hm2;钾肥为氯化钾,施用量早稻N:K2O=1:0.8,晚稻N:K2O=1:1.1。膜包衣尿素(42%N)、复混肥(早稻20-10-10,晚稻12-4-9)为湖南兴湘复混肥料厂生产;硫包衣尿素(37%N)为汉枫公司生产;其中膜包衣尿素的释放时间约为70d,硫包衣尿素的释放时间约为50d;基肥于移栽前翻耕时施入、追肥于插秧7d后施入。试验设3次重复,随机区组排列,共18个小区,每小区面积20m2。田埂四周用PVC板隔断(田面下20cm+田面上25cm),每次灌溉水保持3cm水深,每次降雨时蓄水,降雨事件后迅速采集小区内的水样,作为径流排水,然后按设定的蓄水高度(6cm)测定排水量并排水。试验采用稻-稻-闲种植制度,2008~2009年连续监测双季稻期间每次降雨径流的水量和氮素浓度。1.3水稻与耕作栽植供试水稻品种为当地大面积推广的水稻品种,早稻为鄂早1号,4月22日播种,4月29日移栽,7月10日收割;晚稻为岳优9113,7月21日移栽,10月29日收割。耕作按当地主要的翻耕方式,移栽采用软盘育秧并固定每小区的秧苗数进行摆栽。灌溉按常规采用分蘖峰期和蜡熟期晒田,病虫害防治与当地农业生产保持一致。1.4样品的采集和测定径流水样于每次降雨后采集,于每小区用小瓢5点取样、混合,共1000ml,分装于2个塑料瓶,然后迅速冷藏(5℃以下)保存,送化验室分析测定。试验前采集基础土壤,水稻籽粒及稻草样品于每季作物收获时采集,按小区实际产量测产。在实验小区附近安装雨量计1个,记录每次降雨事件后的降雨量。植株和土壤中养分含量采用常规分析方法。径流水中NH4+-N和NO3--N用0.25um膜过滤后,FOSS流动注射仪测定;径流水中TN采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度计测定(GB1l894-89)。1.5化肥利用率及生物学利用试验数据采用Excel2003、DPS301软件进行统计分析。氮素利用效率指标:根据实际产量及收获时植株吸收氮素量等计算氮肥利用率、氮肥生理利用率、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力。氮肥利用率(REN)=(施氮区植株地上部氮积累量-无氮区植株地上部氮积累量)/施氮量×100,即肥料养分回收率。氮肥农学利用率(AEN)=(施氮区稻谷产量-无氮区稻谷产量)/施氮量,是指单位施氮量所增加的作物籽粒产量。氮肥生理利用率(PEN)=(施氮区稻谷产量-无氮区稻谷产量)/(施氮区植株地上部氮积累量-无氮区植株地上部氮积累量),是指作物地上部每吸收单位肥料中的氮所获得的籽粒产量的增加量。氮肥偏生产力(PFPN)=施氮区产量/施氮量,是指单位投入的肥料氮所能产生的作物籽粒产量。2结果与分析2.1不同肥源对膜面包尿素稳定性的影响统计2008~2009年双季稻期间不同处理径流产生的NH4+-N、NO3--N、TN损失量平均值(表1)表明,不同肥源处理的TN损失以施用尿素最高,比不施肥对照增加了90.9%(P<0.05)。与尿素处理相比,施等N量的复混肥料(Com1)的TN径流损失仅略下降,但减N20%的复混肥料处理的TN流失降低22.3%(P>0.05),减N30%的膜包衣尿素降低了26.3%(P>0.05),减N30%的硫包衣尿素降低了20.8%(P>0.05)。可见,不同肥源减N处理均能有效降低N素径流损失,其中以减N30%的膜包衣尿素效果最好。径流损失的N形态中,不同肥源施用的NO3--N损失与对照无显著差别,说明双季稻田长期处在还原环境,径流水中NO3--N主要来自雨水。而NH4+-N的流失表现为减N30%的膜包衣尿素处理、减N30%的硫包衣尿素处理与不施肥对照基本相近,比复混肥不减氮处理降低50.2%(P<0.01)、44.6%(P<0.01);较尿素处理降低34.1%(P<0.05)、26.6%(P<0.05);复混肥不减氮处理NH4+-N的流失最高,可能是由于复合肥配比采用磷酸一氢铵等铵态氮的缘故,其NH4+-N流失量比施用尿素增加32.5%(P<0.05),比不施肥对照增加82.2%(P<0.01);但减N20%的复混肥处理的NH4+-N流失较复混肥处理降低14.4%(P<0.05),却显著高于2个缓控释肥处理。TN减铵态氮和硝态氮为水溶性非无机氮(包括颗粒吸附态和有机态氮),结果表明,稻田N素径流损失形态主要为水溶性非无机氮,占总氮损失的81.2~88.3%,各施肥处理的水溶性非无机氮比不施肥对照增加47.4~107.6%,以尿素处理最高,减N30%的膜包衣尿素处理最小,仅为尿素处理的71.0%;减N30%的硫包衣尿素处理及减N20%的复混肥料处理的水溶性非无机氮径流损失分别占尿素处理的78.6%和74.0%。2.2不同施肥处理的稻虾产量差异2年各处理的平均产量大小顺序表现为,早稻:Urea>Com1>SCU>Com2>MCU>CK,不同施肥较对照提高了97.6%~111.6%(P<0.01);晚稻为SCU>Com2>Com1>Urea>MCU>CK,不同施肥的晚稻产量较对照提高了33.6%~38.6%(P<0.01)。减N30%的膜包衣尿素处理的双季稻产量较常规尿素处理和复混肥处理略有降低,但施肥处理之间双季稻的产量没有达到显著水平;由此可见,缓、控释氮肥虽然其氮用量大幅减少,但其产量并没有因为氮用量的减少而明显减少;相反,膜包衣尿素减氮处理的稻草生物量还有明显增加,其早稻的稻草生物量较常规尿素处理、复混肥处理分别增加了17.1%(P<0.05)、24.3%(P<0.01);其晚稻的稻草生物量较常规尿素处理、复混肥处理分别增加了23.9%(P<0.01)、30.9%(P<0.01)。2.3复混肥料对养分吸收n量的影响统计不同肥源处理的双季稻植株和籽粒吸收N总量(表2)表明,吸N量顺序为MCU>SCU>Urea>Com1>Com2>CK。与CK相比,施肥对双季稻氮的吸收均有极显著促进作用,其增加幅度为83.3%~101.9%;等量N尿素处理、等量N复混肥处理和减N20%的复混肥料处理植株吸收N量未达显著水平;与尿素处理相比,减N30%的膜包衣尿素处理氮的吸收量提高了5.5%(P>0.05),减N30%的硫包衣尿素处理氮的吸收量提高了4.4%(P>0.05);减N30%的膜包衣尿素处理及减N30%的硫包衣尿素处理氮的吸收量都显著的高于复混肥处理,其增加量分别为9.3%(P<0.05)、8.2%(P<0.05)。这是由于缓、控释氮肥养分释放缓慢,能长时间的供给作物养分,故其氮的吸收量明显增加。2.4对试验处理对化肥利用率的影响进一步以不施肥为对照计算各施肥处理的氮肥效率(表3),从表中可以看出不同肥源减氮处理在氮肥农学利用率、氮肥偏生产力、氮肥利用率都较未减氮处理高。与尿素处理相比,氮肥农学效率的提高幅度早稻为12.4%~35.8%,晚稻为27.4%~56.6%;氮肥偏生产力提高幅度早稻为18.4%~39.1%,晚稻为25.7%~46.5%,处理间均以SCU处理最高,MCU处理次之,这可能与缓、控释氮肥能够增加作物体内氮代谢关键酶的活性有关;各处理间氮肥利用率顺序为:早稻为MCU>SCU>Urea>Com2>Com1,晚稻为MCU>SCU>Com2>Com1>Urea,MCU处理较Urea、Com1处理早稻分别提高了15.6%和23.5%,晚稻分别提高了21.1%和19.2%;SCU处理较Urea、Com1处理早稻氮利用率分别提高了15.6%和23.0%,晚稻分别提高了19.7%和17.7%。各施肥处理的氮肥效率早稻均高于晚稻,这主要是由于晚稻期间气温较高,土壤氮素矿化加快,促进了不施肥处理的水稻对氮的吸收,从而提高了对照的水稻产量,导致各施肥处理的氮素利用效率相对较低。3结论和讨论3.1增施肥水处理的施用水流失量洞庭湖区双季稻田施用缓、控释氮肥并减氮30%,其水溶性非无机氮径流损失比常规尿素处理分别减少21.4%、29.0%,NH4+-N的流失量分别减少26.6%、34.1%,显著低于常规施肥处理,总氮径流损失分别减少20.8%、26.3%;与常规施肥处理相比,减氮处理的氮肥农学利用率、氮肥偏生产力、氮肥利用率都有不同程度的提高;缓、控释氮肥减氮30%后,其增产效果不明显,甚至还有下降的趋势。因此,缓、控释氮肥减量施用还需要以大田试验为基础,找出其合理的施用量、施用方法、释放时间等因素,以达到节本增收的目的。3.2膜包量与化肥处理的经济效益氮素的径流损失是影响肥料利用率的主要原因之一,其造成的氮素流失、地表水体氮素富集、反硝化作用、氨挥发引起的温室气体排放等环境污染问题日益成为全球社会、经济和农业可持续发展的主要障碍。因此,如何提高肥料利用率,减少养分流失及养分流失对环境的污染成为当今社会共同关注的焦点。土壤中的铵态氮和硝态氮,既是作物可直接吸收的速效氨,又是氮素损失的共同源。土壤中适量速效氮的存在是必要的,但过量存在将增加氮素的损失。因此,避免其在土壤中的过量存在,应是氮肥有效施用的重要原则之一。常规尿素及复混肥料为速溶性肥料,施入土壤后养分释放迅速,导致土壤中的铵态氮和硝态氮浓度迅速增大,因而其流失量也明显增加;同时,土壤中的铵态氮和硝态氮浓度过高,容易被土壤胶体颗粒吸附固定,而土壤胶体的粒径较小,容易流失,所以速溶性氮肥的颗粒吸附态及有机态氮的流失也相当明显。而缓、控释氮肥的养分包裹在高分子膜内,其养分释放缓慢且与作物需求同步,施用后铵态氮和硝态氮浓度增加相对缓慢,因而能明显减少铵态氮和硝态氮的流失;此外,缓、控释氮肥能减少肥料养分与土壤接触,减少因土壤化学、物理或生物作用对养分的固定或分解,且肥料颗粒较大,不易随水流失,因此其颗粒吸附态及有机态氮的流失也较小。减少氮肥的施用量能从源头上降低施入土壤中的氮素浓度,减少氮的径流损失。从本试验来看,减N30%的膜包衣尿素处理对减少氮素流失效果最好。肥料利用率是反映作物、土壤、肥料之间关系的动态参数,也是用来检验施肥量与施肥方法是否科学合理的指标。影响肥料利用效率的因素很多,主要有肥料种类、施肥方法、施肥数量、作物品种、土壤背景氮、田间管理等因素。据报道,氮肥利用率随施肥量的增加而降低;土壤背景氮越大,氮肥利用率越低;水稻品种不同,对氮素吸收及其体内分布表现出基因型差异,氮肥回收效率尤其是生理效率差异显著;水稻中期晒田,土壤氮素损失加剧,水稻植株吸氮量也受影响,氮肥回收效率下降。在本试验条件下,缓、控释肥料处理的氮肥农学效率、氮肥偏生产力、氮肥利用率均较常规尿素处理和复混肥处理有不同程度的提高,这是由于缓、控释肥