作者 | 周 舟 沈炘垭 王 俊 刘立军
单位 | 扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心，225009，江苏扬州
摘 要
为探明控释肥与普通尿素组合施用对水稻产量、氮肥利用效率和稻米品质的影响，以常规粳稻品种南粳9108 和淮稻 5 号为材料，在施氮总量相同条件下研究了单施普通尿素（UR）、单施控释氮肥（CF）和普通尿素 与控释氮肥组合施用（CF+UR）对上述 2 个水稻品种产量、氮肥利用效率和米质的影响。结果表明，2 个品种 3个施氮处理的产量均表现为 CF+UR＞UR＞CF。CF+UR 较 UR 和 CF 产量分别提高了 4.7%~6.1%和 8.3%~9.8%。有效穗数和穗粒数不同程度增加是 CF+UR 产量高于 UR 和 CF 的主要原因。CF+UR 处理的氮肥农学利用率、氮 肥吸收利用率、氮肥偏生产力较 UR 分别提高了 14.3%~16.9%、10.1%~11.6%、5.6%~6.1%，较 CF 分别提高了27.1%~27.8%、42.1%~47.7%、8.9%~9.8%。与 UR 相比，CF 处理可使稻米垩白增加，蛋白质含量降低，食味值 提高。CF+UR 处理可使食味值略有增加，而其他品质指标与 UR 无明显差异。控释氮肥与普通尿素组合施用有 利于提高水稻产量和氮肥利用效率，并改善稻米的食味值。
关键词 水稻；控释肥；产量；氮肥利用率；稻米品质
水稻是我国第一大农作物，其年总产量居世界首位，年播种面积居世界第2 位，我国65%以上的人口以稻米为主食[1-2]。有调查[3]显示，要想解决日益增长的人口需要，到2030年稻米产量需要提高14%。合理施用氮肥能显著提高水稻产量和氮肥利用率[4]，而过量的氮肥投入则会导致土壤肥力下降，不仅不能保证水稻进一步增产，还会降低肥料利用效率[5-6]。 控释肥是一种高效且环境友好的新型肥料，能依据水稻营养特性，调控养分供应强度与容量，达到供肥缓急与水稻需求相一致，有利于增加水稻叶片叶绿素含量，提高水稻光合功能，延缓叶片衰老，促进水稻花后的干物质生产，提高产量，较常规施氮能使氮肥利用率提高 10%~30%[7-8]。此外，控释肥可以协调稻米加工品质、外观品质、淀粉RVA 谱三者的关系[9]。以往关于控释肥的施用方法研究多集中于控释肥一次性基施或一基一蘖分施，而控释肥基施配合穗分化期施普通尿素的研究较少，且控释肥的效用多体现在产量和氮肥利用率上，对稻米品质的研究较少。本试验选用南粳 9108 和淮稻5号2 个水稻品种，探讨了基施控释肥与穗分化期普 通尿素组合施用对水稻产量、氮肥利用效率以及稻 米品质的影响，为水稻高产高效优质栽培提供理论与实践指导。
材料与方法
1.1 试验材料
试验于2020 和2021 年在扬州大学江苏省作物栽培重点实验室盆栽场进行。供试材料为南粳 9108（NJ9108）和淮稻5 号（HD5）2 个常规粳稻品种。育秧采用露地湿润方式，每年5 月 15 日播种，6 月9 日移栽至盆钵。盆钵直径28 cm，高30 cm，内装过筛细土15 kg（取自附近大田土壤），土壤含有机质 0.63%、有效氮 95.2 mg/kg、速效磷 22.5 mg/kg、速效钾 95.1 mg/kg。每盆栽 3 穴，双 本栽插。
1.2 试验设计
在施氮总量相同（2.49 g/盘，折合大田施氮量 为 270 kg/hm2）的情况下设置 3 种氮肥施用处理， 分别为单施普通尿素（UR，按基肥:蘖肥:穗肥= 5:1:4 施用）、单施控释氮肥（CF，以基肥形式一 次性施用）、控释氮肥与普通尿素组合施用 （CF+UR，总施氮量的60%以控释氮肥形式作基肥一次性施用，另外 40%的氮以普通尿素形式在穗分化期施用）。以全生育期不施氮处理为对照（0N）。 普通尿素含N 46%，控释氮肥为山东茂施农业科技有限公司的树脂包衣尿素，含N 44.5%，控释周期为 60 d。其他管理方式同当地高产大田。每个品种各处理均 30 盆，摆放于遮雨大棚中。每次取样后，及时对盆钵位置重新排列，防止因气候环境等因素引起的试验误差。有限公司的树脂包衣尿素，含 N 44.5%，控释周期 为 60 d。其他管理方式同当地高产大田。每个品种 各处理均为 30 盆，摆放于遮雨大棚中。每次取样 后，及时对盆钵位置重新排列，防止因气候环境等 因素引起的试验误差。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 茎蘖动态 水稻移栽后 1 周开始每隔 7 d 观 察记录分蘖消长动态。
1.3.2 叶面积、干物质积累量 于穗分化始期、抽 穗期、灌浆期和成熟期分别从各处理选取 3 盆代表 性稻株进行取样。分解为茎、叶和穗 3 部分后，放 于烘箱中 105 ℃杀青 30 min，杀青后 75 ℃烘干至 恒重后称量上述不同部位的干物质积累量。选用美 国 LI-COR 公司生产的 Li-Cor 3050 型叶面积仪测 量水稻叶面积。
1.3.3 产量及其构成因素 于成熟期各处理取生 长状况基本一致的 5 盆考察每盆穗数、穗粒数、 结实率及千粒重。实收 5 盆，脱粒晒干，计算实 收产量。
1.3.4 稻米品质 稻谷收获风干后将其安全储存 3 个月以上，待其米质理化特性稳定后，根据 《优质稻谷：GB/T 17891-2017》[10]对稻米的外观 品质、加工品质和营养品质等进行检测。采用瑞典 FOSSTECHTOR 公司生产的近红外谷物分析仪测 定精米的蛋白质和直链淀粉含量。
1.3.5 稻米食味值 采用日本佐竹公司生产的 STA1B 型米饭食味计，以黑龙江粳稻为参考标准对米饭硬度、黏度、平衡度、食味值等进行测定，每个样品重复3 次。
1.3.6 指标计算公式 氮肥农学利用率（kg/kg）= （施氮区稻谷产量–不施氮区稻谷产量）/施氮区氮 肥用量；氮肥生理利用率（kg/kg）=（施氮区产量– 不施氮区产量）/（施氮区地上部吸氮量–不施氮区 地上部吸氮量）；氮肥吸收利用率（%）=（施氮 区地上部吸氮量–不施氮区地上部吸氮量）/施氮量× 100；氮肥偏生产力（kg/kg）=水稻产量/施氮量。
1.4 数据处理
采用 Microsoft Excel 2016 和 SPSS 26.0 进行数 据处理，采用 Origin 2021 进行绘图。
结果与分析
2.1 水稻产量、氮肥利用率和主要稻米品质指标的处理效应
由表1可知，在2020 和 2021 年，水稻产量、 主要氮肥利用率指标（氮肥农学利用率）和主要稻米品质指标（直链淀粉、蛋白质含量和食味值）在品种和处理间存在显著差异，年度间产量、氮肥利用率和主要稻米品质指标变化基本趋势一致，且年度与品种间无互作效应。因此，主要以 2021 年试验结果进行分析。
2.2 控释肥与普通尿素组合施用对产量及其构成因素的影响
2 年试验产量变化趋势一致（表 2），均表现为 CF+UR＞UR＞CF＞0N，CF+UR 处理较 CF 显著增产，增幅达8.3%~9.8%，但较UR 处理增产 4.7%~6.1%，无显著性差异。从产量构成因素来看， 与 UR 处理相比，CF 和 CF+UR 处理有效穗数分别 增加了 2.6%~5.6%和 1.1%~1.2%，差异不显著；CF+ UR 处理穗粒数最多，较 UR 处理增加了 3.0%~ 4.8%，较 CF 处理显著增加了 4.8%~9.1%；结实率 和千粒重方面，CF 处理较 UR 和 CF+UR 处理略低， 各处理间无明显差异。由此可见，基施控释肥配合 穗分化期施普通尿素能够有效增加有效穗数和穗 粒数，从而提高产量，而 CF 处理虽有较高的有效穗数，但其产量较 UR 低，其原因可能为控释肥控 释周期为 60 d，后期养分供应不足，导致穗粒数、 结实率和千粒重有所降低，从而使产量下降。。
2.3 控释肥与普通尿素组合施用对水稻茎蘖动态和成穗率的影响
由图1可知，2 个品种的茎蘖数均随移栽天数的增加呈先上升后下降的趋势，高峰苗出现在移栽后 35 d，移栽 60 d 后趋近平缓。CF 处理茎蘖数最高，CF+UR 处理前期低于 UR，后期略高于UR， CF 处理茎蘖数后期下降幅度最大。茎蘖成穗率表现为 CF+UR＞UR＞CF，CF+UR 处理茎蘖成穗率 较CF和UR分别增加了9.3%~10.4%和4.9%~6.1%。 说明一次性基施控释肥可以促进分蘖发生，但是无效分蘖也随之增加，后期无效分蘖死亡导致有效穗数减少，适量基施控释肥有利于茎蘖成穗率提高。
。
2.4 控释肥与普通尿素组合施用对水稻叶面积及高效叶面积率的影响
2 个水稻品种的叶片生长趋势基本相同，叶面积均随生育期的进展呈先上升后下降的变化，在抽穗阶段叶面积达到最大值（图2）。穗分化期 CF 处理叶面积较高，其余各生育期均低于UR 和CF+ UR 处理；与UR 处理相比，各时期CF+UR 处理叶面积略高，无显著差异。可见，基施控释肥配合穗分化期施普通尿素可以增加水稻叶面积，而一次性基施控释肥叶面积前期较大，但后期较小，其原因可能为水稻生育前期养分释放过多，促进大量分蘖发生，穗分化后期养分释放缓慢，供应不足，无效分蘖随之死亡，而 CF+UR 处理的高效叶面积率在抽穗期高于 CF 和 UR 处理，利于塑造高光效群体。
2.5 控释肥与普通尿素组合施用对水稻主要生育 期及抽穗至成熟干物质积累量的影响
由图3可知，2 个品种的干物质积累量随生育期推进而增加，在成熟阶段到达顶峰，趋势表现一致。穗分化期 CF 干物质积累量显著高于 UR 和 CF+UR，其余各生育期 CF+UR 处理干物质积累量均最高，UR 次之，CF 最低，CF+UR 干物质积累量均显著高于 CF；在穗分化期和抽穗期，CF+UR干物质积累量略高于UR，而抽穗至成熟期则显著 高于UR。由此可见，基施控释肥配合穗分化期施普通尿素有利于水稻干物质积累，一次性基施控释肥很难满足整个生育期的养分需求，不利于干物质积累。
2.6 控释肥与普通尿素组合施用对氮肥利用率的影响
控释肥与普通尿素组合施用对氮肥利用率有 显著影响（表 3）。2 个品种氮肥农学利用率、吸 收利用率和偏生产力表现为 CF+UR＞UR＞CF，氮 肥生理利用率则表现为 CF＞UR＞CF+UR。CF+ UR 处理氮肥农学利用率、吸收利用率、偏生产力较UR 处理分别提高了14.3%~16.9%、10.1%~11.6%、5.6%~6.1%；较CF 处理分别显著提高了27.1%~27.8%、42.1%~47.7%、8.9%~9.8%。
2.7 控释肥与普通尿素组合施用对稻米品质的影响
2.7.1 加工品质和外观品质 如表4 所示，在加工品质方面，0N 处理下的糙米率、精米率和整精米率均显著低于其他处理，其他 3 个处理加工品质整 体表现为 CF+UR=UR＞CF，但 3 个处理之间差异不显著。从外观品质来看，0N 处理垩白率和垩白度显著低于施氮处理，外观品质最优；与 UR 相比， CF+UR 处理外观品质无显著差异，CF 处理则显著 降低；控释肥处理之间外观品质有显著差异，CF+UR处理垩白率和垩白度较CF处理分别显著降 低了27.8%~47.9%和 28.6%~35.9%。由此可见，基施控释肥对稻米加工品质影响不大，基施控释肥配合穗分化期施普通尿素较一次性基施控释肥能够 显著降低稻米垩白粒率和垩白度从而改善外观品质，但与常规施氮无显著差异。
2.7.2 蒸煮食味与营养品质 由图4 可知，0N 处理蛋白质含量显著低于其他 3 个处理，CF 处理显 著低于 CF+UR 和 UR 处理，分别降低了16.0%~19.0%和 14.7%~22.1%，CF+UR 和 UR 处理之间蛋 白质含量无显著差异。直链淀粉与蛋白质含量呈现 相反的趋势，CF 处理直链淀粉含量高于 CF+UR 和 UR 处理，分别提高了 4.9%~11.9 和 3.0%~8.2%， 但差异未达到显著水平。
2.7.3 蒸煮米饭食味特性 控释肥与普通尿素组合施用对稻米食味值有显著影响（表 5）。0N 处理下，稻米食味值最高；与UR处理相比，CF 处理食味值显著提高了 11.4%~15.0%，CF+UR 处理提高了1.3%~3.5%，但差异不显著；2 个控释肥处理相比，CF 较 CF+UR 处理显著提高了 8.9%~11.7%。 CF 与 UR、CF+UR 处理之间的差异主要表现为外观、黏度和平衡度的增加，硬度则无显著差异，表明一次性基施控释肥能够提高稻米蒸煮食味品质， 基施控释肥配合穗分化期施普通尿素则会降低稻米食味值。
讨 论
前人[11-13]研究认为，有机高分子包膜控释肥料释放期长，前期氮素释放少，单一施用会影响分蘖发生，无法有效增加水稻产量。本研究中采用控释周期为60 d的树脂包膜控释肥料，在前期能够提供较充足的养分，利于分蘖发生，增加了水稻有效穗数，但在水稻生育中后期，氮素释放不足，不利于同化物形成、颖花分化和籽粒灌浆充实[14]。本研究结果也证明了一次性基施控释氮肥处理水稻的穗粒数、结实率和千粒重均较分次施用普通尿素有所 降低，从而导致产量下降。张凯等[15]研究了 100%、70%、50%和 30% 4 种控释肥与尿素组配比例一次性基施对水稻产量的影响，结果表明只有50%缓控释肥+50%尿素一次性基施产量显著高于常规分次施肥。也有研究[16]表明，控释周期是影响控释氮肥提高水稻产量的关键因素之一。侯红乾等[17]研究表明，一次性基施控释周期 80 d的控释肥较常规施肥产量增加，但无显著差异。张巫军等[18]研究发现，与常规施氮相比，一次性基施控释周期 120 d 的树脂包膜尿素降低了干物质积累量，产量降低。本试验中控释周期 60 d 的控释肥全量基施，后续会以大田试验形式开展 90、120 d 等不同控释周期以及不同施用比例控释肥的比较研究。树脂包膜尿素控释肥较常规施氮能有效提高水稻有效穗数和群体颖花量，从而提高产量，单施控释肥无法有效增加水稻产量[19-20]。王海月等[21]在研究缓释氮肥配施量对水稻产量和光合特性时发现，适量控释肥与尿素配施条件下可有效提高叶面积和干物质积累量。金树权等[22]研究表明，等氮条件下侧深施控释肥处理水稻产量高于撒施，且基肥采用侧深施控释肥和“一基一穗”2 次施肥的处 理产量显著高于常规施尿素处理。本试验结果显示，控释肥组合尿素以一基一穗方式进行施用相较于一次性基施控释肥处理，可有效增加水稻产量、 提高氮肥利用率并改善稻米品质，这与前人[23-24]研究结果一致。杨锌等[25]对树脂包膜尿素在稻田中的释放特征及与积温的关系进行研究，发现在土壤相对含水率大于60%的情况下，温度是影响树脂包膜尿素释放的决定性因素，树脂包膜尿素养分累计释放率与气温积温线性相关，当气温积温达到 2000 ℃·d 时， 树脂包膜尿素释放超过了50%。考虑到气温因素，本试验为大棚盆栽试验，因而气温较高，可能导致控释尿素加快释放，60 d 控释周期进一步缩短。本研究中由于缓释肥释放较快，造成了生育前期的LAI 和干物质积累量均显著高于单施尿素处理。但在抽穗期及以后，肥料供应欠缺，LAI 和干物质积 累量均低于单施尿素处理。而在穗肥补施普通尿素 可使抽穗后氮素供应充足稳定，叶面积衰减适宜， 群体生长率等保持较高水平，因此在有效穗数最高的基础上，保持了较高的穗粒数、千粒重和结实率， 最终获得最高产量。
前人[26-27]研究表明，符合水稻各生育期养分需求规律的控释肥能够提高氮肥利用率。李玥等[19]研究表明，树脂包衣尿素能够促进水稻结实期干物质积累和氮素吸收转运，较常规尿素单施氮肥吸收 利用率显著提高了 58.0%，氮肥偏生产力提高了5.5%。本试验中，CF+UR 处理氮肥吸收利用率和 氮肥偏生产力较 UR 处理分别显著提高了10.1%~ 14.4%和 3.3%~7.1%，与上述研究结果相似。本盆栽试验中，较高的温度加速了缓释肥的氮素释放，虽然促进了水稻生育前期的分蘖发生，形成了较大群体，增加了拔节期氮素积累量，但随着无效分蘖死亡，抽穗后氮素转运和吸收大大减少，导致籽粒 氮素积累减少，从而降低了CF 处理的氮肥吸收利用率。有学者[11-13]将穗肥分为促花肥和保花肥，认为施用穗肥能够提高水稻氮肥吸收利用率，这与本试验研究结果一致。本研究表明，基施控释肥配合穗分化期施普通尿素较一次性基施控释肥和单施 普通尿素显著提高了氮肥利用效率。
居静等[28]研究表明，与常规施氮相比，施用控释氮肥并没有明显提高糙米率、精米率和整精米率。本试验中CF 和 CF+UR 处理较UR 相比糙米率、精米率和整精米率无显著差异，与上述研究结果相似，说明前期控释肥施用对稻米加工品质无明显影响。李宏亮[29]研究发现，与常规分次施肥相比，施用缓控释肥能够降低垩白度和垩白率，显著改善稻米外观品质。本试验中，CF 处理垩白度和垩白率较 UR 和 CF+UR 处理显著增加，这和前人[29]研究有所差异，其原因可能为所用控释肥控释周期为60 d，一次性基施控释肥在水稻生育中后期养分供应不足，籽粒灌浆不充分，导致 CF 处理垩白度和垩白率显著增加；而 UR 和 CF+UR 处理穗分化期施用普通尿素，保证了养分供给充足，籽粒灌浆平缓，使得其垩白率和垩白度低于UR。施用控释肥可以增加稻米蛋白质含量，减少直链淀粉含量[30-31]。本试验中2个品种的CF+UR和UR 处理蛋白质含量均高于CF 处理，与前人研究结果有所差异，原因可能是施用穗肥增加籽粒氮素积累量， 从而提高稻米蛋白质含量；而 CF 处理不施穗肥， 中后期氮素供应不足，导致稻米蛋白质含量小于UR 处理。2 个品种直链淀粉与蛋白质含量呈相反趋势，均为CF处理最高，与前人[30-31]研究结果一致。蛋白质含量是影响粳米食味的主要理化指标之一，蛋白质含量越低，粳米的米饭食味值越高[32]。本研究中，0N 处理食味值最高，CF 次之，而UR和CF+UR 较低，这可能是因为CF 处理控释周期短，肥料养分在控释周期内释放殆尽，生育后期无充足养分供应，使蛋白质含量低，食味值高，而CF+UR 处理结实期氮素积累较多，蛋白质含量高 导致食味值较低。
结 论
基施控释周期为 60 d 树脂包衣尿素配合穗分化期施用普通尿素（CF+UR）处理有利于提高茎蘖 成穗率、高效叶面积率和抽穗至成熟的干物质积累 量，从而提高水稻产量和氮肥利用率，并改善稻米 的加工品质、外观品质和营养品质。
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Key words Rice; Controlled-release fertilizer; Yield; Nitrogen use efficiency; Rice quality
本文发表于《作物杂志》2024年第4期
《作物杂志》是中国科学技术协会主管、中国作物学会和中国农业科学院作物科学研究所共同主办的关于农作物的科技期刊。主要发表农作物产量、品质、抗逆等相关农艺性状及品种资源利用研究，以及农田生态、农业信息技术研究及综述，设有专题综述、遗传育种·种质资源·生物技术、生理生化·植物营养·栽培耕作、植物保护、技术推荐、农业信息技术等栏目。《作物杂志》被收录为中国科技核心期刊，自2000年开始连续入选《中文核心期刊要目总览》。
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