乌金囊尿素在水稻上的增产效果与提高氮素表观利用率的田间试验报告
北京澳佳肥业有限公司研发的新型腐植酸缓释肥-乌金囊和黄金囊尿素，以土壤本源性物质腐植酸为原料，属作物同步营养型肥料，还可为作物-土壤体系补充碳营养，活化作物需要的其他养分，促进作物生长。2014年，受北京澳佳肥业有限公司委托，对腐植酸缓释氮肥-乌金囊(含氮44%)和黄金囊(含氮46%)施入稻田后对水稻的生长和氮素利用情况进行了大田示范和田间小区试验研究。现将田间小区试验总结如下。
1 试验设计
1.1 田间小区试验设置
试验在江苏常熟进行。共设11个处理，每个处理3个重复，33个小区(小区面积5×7.35m2)，随机区组排列。
处理1，无氮区处理：只施磷钾肥不施氮肥；
处理2，当地习惯施肥处理：按当地施肥方法和施肥量施用常规尿素(300kgN/hm2)；
处理3，普通尿素减量处理：按当地施肥方法施用常规尿素(240kgN/hm2)；
处理4，黄金囊尿素(分2次施入)：按当地施肥方法和次数，施用黄金囊尿素氮肥，施氮量为300kgN/hm2；
处理5，黄金囊尿素(减量处理分2次施入)：按当地施肥方法和次数，施用黄金囊尿素氮肥，施氮量为240kgN/hm2；
处理6，乌金囊尿素(分2次施入)：按当地施肥方法和次数，施用乌金囊尿素氮肥，施氮量为300kgN/hm2；
处理7，乌金囊尿素(减量处理分2次施入)：按当地施肥方法和次数，施用乌金囊尿素氮肥，施氮量为240kgN/hm2；
处理8，黄金囊尿素(一次性施入)：按当地施肥方法，施用乌金囊尿素氮肥，施氮量为300kgN/hm2；
处理9，黄金囊尿素(减量处理一次性施入)：按当地施肥方法，施用乌金囊尿素氮肥，施氮量为240kgN/hm2；
处理10，乌金囊尿素(一次性施入)：按当地施肥方法，施用乌金囊尿素氮肥，施氮量为300kgN/hm2；
处理11，乌金囊尿素(减量处理一次性施入)：按当地施肥方法，施用乌金囊尿素氮肥，施氮量为240kgN/hm2。
1.2 水稻田间小区试验氮肥用量分配
1.2.1 氮肥用量分配
分次施氮比例为：基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶2∶4；水稻基肥在栽秧前施入，分蘖肥在栽秧7天后施入，穗肥在倒3叶施入。
两次性施入乌金囊尿素：基蘖肥∶孕穗肥=6∶4；水稻基蘖肥在栽秧前施入，穗肥在倒3叶施入。
一次性施入乌金囊尿素：在基肥时一次性施入，不再追肥。
磷、钾肥：为基肥一次施入。磷肥、钾肥用量：所有处理P、K肥一样，P肥为60kg/hm2P2O5，K肥为120kg/hm2 K2O。
1.2.2 施氮技术
基肥无水层混施：前茬土壤耕翻后灌水，形成田面无水层，均匀撒施尿素，再与土壤耙混、整平，然后灌水栽秧。
追肥(分蘖肥、穗肥)“以水带氮”深施：追肥前轻微搁田，形成田面有头发丝的裂缝，均匀撒施尿素再灌水。
1.2.3 水稻收获期采样和计产
(1)采样。每个小区采10穴地上部分植株，农学指标为有效穗数、千粒重、实粒数、空秕粒和烘干后分别称籽粒、草(包括空秕粒)的干物质重并计算谷草比例。分析籽粒和草的全氮。
(2)计产。去掉每个小区约1 m边行以消除边际效应，收割＞10m2的水稻和小麦，单打单收称重，同时测定籽粒水分，计算14%含水量的产量。
1.2.4 测定项目
乌金囊尿素的水稻增产效果、表观氮素利用率等。
各处理水稻分蘖数、有效穗数、株高、穗长、千粒重、产量、吸氮量以及氮素利用率等。
2 主要研究结果
2.1 乌金囊和黄金囊以及施氮模式对水稻株高、穗长、有效穗数、分蘖数和有效穗数的影响
乌(黄)金囊作基肥一次施入水稻株高较分次施入的高，而穗长正好相反，分次施入处理穗长较长(图1、图2)。在相同施N量和施氮次数时，乌金囊与黄金囊相比，乌金囊促进水稻株高和穗长，如基肥一次施氮300kg/hm2和240kg/hm2时，水稻株高较黄金囊平均增加了6%，较尿素分3次施处理增加了2%；穗长较黄金囊平均增加了3%。
图1 江苏常熟田间小区试验乌(黄)金囊对水稻株高的影响
图2 江苏常熟田间小区试验乌(黄)金囊对水稻穗长的影响
无论是在高施氮量还是低施氮量，乌金囊处理的有效穗数、每穴的穗重均优于黄金囊尿素(图3、图4)，但在田间试验中还没有表现出差异的显著性，乌金囊尿素在黄金囊尿素的基础上，腐植酸工艺的改进对于促进水稻生长是有效的。
图3 乌金囊与黄金囊对水稻有效穗数的影响
图4 乌金囊与黄金囊对水稻平均穗重的影响
乌金囊和黄金囊尿素分次施用水稻分蘖数和有效穗数高于单次施用(图5、图6)，以乌金囊尿素N300分2次施用处理的有效穗数最多。
图5 乌金囊尿素不同施氮模式对水稻分蘖数和有效穗数的影响
图6 黄金囊尿素不同施氮模式对水稻分蘖数和有效穗数的影响
2.2 乌金囊和黄金囊以及施氮模式对水稻收获产量的影响
(1)施氮次数的影响。
水稻收获时，乌金囊在N300高施氮量时，分两次施用与一次性施用产量相当；低施氮量情况下，分次施用比单次施用产量高了4%，乌金囊N240分2次次施用与N300产量相当(图8)。乌金囊在低施氮量时一次性施用在灌浆期表现出的明显的优越性在收获时没有体现，表现出灌浆后期有一定的脱肥现象(图7、图8)。
图7 乌金囊尿素施氮次数对水稻灌浆期水稻籽粒重的影响
图8 乌金囊尿素施氮次数对水稻收获期籽粒产量的影响
黄金囊尿素分次施用有效穗数和产量高于单次施用产量；高施氮量产量高于低施氮量，以低施氮量一次施入产量最低(图9)。
图9 黄金囊尿素不同施氮模式对水稻收获产量的影响
(2)乌金囊与黄金囊相比。
无论是在高施氮量还是低施氮量，乌金囊尿素的产量均优于黄金囊尿素，产量提高幅度平均为1.7%，但在大田试验中还没有表现出显著性差异。见图10。
图10 乌金囊与黄金囊在不同施氮量和施氮模式下水稻产量
(3)乌金囊、黄金囊与尿素对比。
在尿素是分3次施用，乌金囊和黄金囊尿素分2次施用的情况下：施氮量为300kg/hm2时，以乌金囊尿素产量最高，其次是黄金囊尿素，乌金囊和黄金囊处理水稻产量分别高出尿素处理的2.8%和2.4%，在施氮量为240kg/hm2时，乌金囊和黄金囊分别高于尿素处理的4.7%和1.7%。见图11、图12。
黄金囊以及乌金囊一次性施入时与尿素产量接近，乌金囊在N300和N240施氮量是分别高出尿素产量的2.5%和1.1%，黄金囊与尿素产量接近，产量的差异尚未达到显著。
图11 施氮量300kg/hm2时乌金囊、黄金囊以及尿素对水稻产量的影响
图12 施氮量240kg/hm2时乌金囊、黄金囊以及尿素对水稻产量的影响
2.3 乌金囊和黄金囊不同施氮模式下水稻吸氮量和氮素利用率
乌(黄)金囊以及普通尿素在不同施氮量以及施氮模式下水稻各组分的氮含量见表1和表2。结果表明，无论是乌金囊还是黄金囊尿素，分2次施用时水稻的籽粒和秸秆氮含量都极显著高于在基肥期一次性施入的处理(P<0.01)，在相同的施氮次数下，高施氮量处理的水稻籽粒和秸秆氮含量高于低施氮量处理，但差异未达到统计性差异，与施氮量类似，肥料种类对籽粒和秸秆氮含量的影响也未达到统计性差异，有趋势性差异。对于水稻籽粒氮含量，各处理的顺序为：N300乌6∶4＞N300黄6∶4＞N240乌6∶4＞N240黄6∶4＞N300尿素4∶3∶3＞N240尿素4∶3∶3＞N300黄(乌)一次＞N240黄(乌)一次。对于水稻秸秆氮含量，各处理的顺序为：N300乌6∶4＞N300黄6∶4＞N300尿素4∶3∶3＞N240乌6∶4＞N240黄6∶4＞N240尿素4∶3∶3＞N300黄(乌)一次＞N240黄(乌)一次。
乌(黄)金囊以及普通尿素在不同施氮量以及施氮模式下水稻籽粒吸氮量见表3。结果表明，对于籽粒吸氮量，无论是乌金囊还是黄金囊尿素，分2次施用时水稻的籽粒和秸秆吸氮量都极显著高于在基肥期一次性施入的处理(P＜0.01)。在相同的施氮次数下，高施氮量处理的水稻籽粒和秸秆氮含量高于低施氮量处理，仅乌金囊分次施达到显著性差异(P＜0.05)，其他尚未达到统计性显著性差异。肥料种类对籽粒和秸秆吸氮量的影响，乌(黄)金囊分2次施用的各处理显著高于尿素分3次施用的处理(P＜0.05)，尿素分3次施用的各处理显著高于乌(黄)金囊一次性施入的各处理(P＜0.05)。
乌(黄)金囊以及普通尿素在不同施氮量以及施氮模式下水稻秸秆吸氮量见表4。结果表明，乌(黄)金囊以及普通尿素分次施用各处理秸秆吸氮量都极显著高于一次性施入的各处理(P＜0.01)。在相同施氮次数情况下，高施氮量处理水稻秸秆吸氮量高于低施氮量处理，但是仅乌金囊分次施用和普通尿素3次施用达到显著性差异(P＜0.05)，其他仅具有趋势性差异。氮肥种类对秸秆吸氮量的影响不明显。
表1 澳佳肥业常熟小区试验乌(黄)金囊不同施氮模式下水稻籽粒氮含量 g/kg
表2 澳佳肥业常熟小区试验乌(黄)金囊不同施氮模式下水稻秸秆氮含量 g/kg
表3 澳佳肥业常熟小区试验乌(黄)金囊不同施氮模式下水稻籽粒吸氮量kg/hm2
表4 澳佳肥业常熟小区试验乌(黄)金囊不同施氮模式下水稻秸秆吸氮量kg/hm2
不同处理水稻整体植株的吸氮量见表5。从表中可知，与籽粒和秸秆吸氮量类似，对水稻吸氮量影响最大的因素是施氮次数，乌金囊和黄金囊尿素分两次施用的处理显著高于一次性施入的处理(P＜0.01)，其次是施氮量，高施氮量(N300)处理显著高于低施氮量处理(P＜0.05)。在同等施氮量和施氮模式(分次施入或一次性施入)的情况下，氮肥种类对吸氮量的影响表现为：乌金囊>黄金囊>尿素，但各处理间尚未达到统计学上的显著性差异。
表5 澳佳肥业常熟小区试验乌(黄)金囊不同施氮模式下水稻吸氮量kg N/hm2
对水稻氮素利用率的影响结果见图13。研究结果表明，氮素利用率的规律与吸氮量类似，乌金囊和黄金囊分2次施用水稻的氮素利用率显著高于一次性施入(P＜0.01)，乌(黄)金囊尿素分2次施用氮肥利用率平均值为30.5%，而一次性施入的氮肥利用率仅为12.2%，是一次性施入的2.5倍，而乌(黄)金囊分2次施用较一次性施用处理的吸氮量平均增加了34.5%，水稻产量较一次性施用仅增加了2.2%。因此，施氮次数对水稻氮素利用率和吸氮量的这种显著影响不仅影响氮肥的利用效率，还会影响到水稻的品质如蛋白质含量、蒸煮品质等以及氮肥向水-气环境的排放，这在今后下一步的计划中准备进行深入研究。
低施氮量N240的水稻氮肥利用率高于高施氮量N300，氮肥种类对水稻氮肥利用率的顺序与吸氮量类似：乌金囊>黄金囊>尿素。
值得提出的是，由于试验地块基础肥力较高，氮肥利用率采用表观利用率的方法来计算，即氮肥表观利用率=(施氮区吸氮量-空白区吸氮量)/吸氮量，因此，计算出各处理氮肥利用率相对较低。
图13 江苏常熟小区试验乌(黄)金囊对水稻氮素表观利用率的影响
2.4 乌金囊、黄金囊与尿素对比对水稻收获后土壤速效氮的影响
收获后土壤速效氮含量情况表示土壤氮素供应以及盈余状况，从黄金囊、乌金囊以及尿素处理的土壤铵态氮和硝态氮含量可以看出，铵态氮含量很低，而且处理间差异不明显(图14)。而硝态氮含量相对较高，含量较低的处理为黄金囊和乌金囊一次施入的处理，以乌金囊240kgN/hm2一次施入处理的含量最低(图15)，这与前面所发现的该处理水稻在灌浆后期脱肥现象相吻合，这为今后的施肥以及肥料研发方面提供了科学依据。
3 主要结论
(1)乌(黄)金囊分2次施用较一次施入有利于水稻产量的形成，尤其显著增加了水稻的吸氮量和氮素利用率，如乌(黄)金囊分2次施用与一次性施入相比，水稻产量和吸氮量分别提高2.2%和34.5%。
(2)水稻收获时，乌(黄)金囊一次性施入的处理在低氮量一次施入的情况下，后期会出现供氮不足，其土壤中速效氮含量明显较其他处理低。
(3)乌金囊和黄金囊尿素分2次施用的情况下，施氮量300kg/hm2时，乌金囊和黄金囊处理水稻产量分别比尿素处理高2.8%和2.4%；施氮量240kg/hm2时，乌金囊和黄金囊分别比尿素处理高4.7%和1.7%；乌金囊和黄金囊尿素一次性施用时与尿素产量接近。
(4)2种施氮量情况下，乌金囊和黄金囊分2次施用较尿素3次施用水稻吸氮量分别提高了16%和7%，氮素利用率分别提高了37%和23%，表明北京澳佳肥业的乌(黄)金囊促进水稻氮素吸收利用，但一次性施入的各处理的吸氮量和氮素利用率低于尿素分3次施用的处理。
(5)高施氮量与低施氮量相比，增加了水稻的吸氮量，但降低了水稻的氮肥利用率。
(6)乌金囊和黄金囊相比，乌金囊在水稻田上具有优势，可促进水稻有效穗数的形成，在两个施氮量的情况下，水稻产量、吸氮量和氮肥利用率分别提高了1.7%、7%和13%。
图14 水稻收获后各处理土壤铵态氮含量
图15 水稻收获后各处理土壤硝态氮含量
综上，北京澳佳肥业的腐植酸氮肥-乌(黄)金囊在减少施肥次数的情况下，可获得与分次施用相当的水稻产量，但显著降低了稻米的氮含量、氮肥利用率，因此，在兼顾产量、品质和环境三者的前提下，进一步探索出更优的施氮模式，为腐植酸氮肥的研发提供科学理论和实践依据。
(中国科学院南京土壤研究所 提供)
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