聚氨酯包膜尿素掺混比例对早稻产量及经济效益的影响

康兴蓉，周 旋，彭建伟*，杨相东，钟雪梅，胡文峰，龙俊佑

（1.湖南农业大学，湖南 长沙 410128；2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081；3.湖南省土壤肥料研究所，湖南 长沙 410125）

一般而言，氮肥分次施入能切实满足水稻不同生育期的生长需求，实现增产［1］，但施肥次数增多将大幅度提高生产成本及劳动力投入。与传统肥料相比，缓/控释肥料可控制养分的释放速度，使养分供应与作物各生育期需肥规律基本吻合，还能减少养分流失，提高肥料利用效率［2］。一般认为，缓/控释肥料比传统速效肥料氮肥利用率提高10%～30%，减少用量10%～40%［3］。缓/控释肥料施入具有减少施肥作业次数，节省劳力和费用的特点，是实现水稻氮肥轻简化管理的有效途径。大量研究表明，缓释氮肥施用能有效增加水稻产量［4-7］，提高肥料利用率，减少施肥成本，降低环境污染［8］。

控释氮肥通过影响包膜内的尿素分子在土壤环境中的扩散通量等机制，实现氮素缓释且较为持续的效果［9］，是一次性简化施肥技术的有效手段［10］。推广应用缓/控释肥料是我国到2020 年化肥实现零增长目标的重要措施之一。然而，控释氮肥虽然能延长氮素供应周期，减轻劳作强度，但单施控释氮肥易造成作物生育前期供氮不足［11-12］。侯红乾等［13］研究认为，一次性基施100%缓/控释肥料早、晚稻产量与对照相比，差异不显著，但能显著提高早、晚稻氮素利用率。且在水稻等大田作物上单施控释氮肥，成本偏高，严重制约大面积的推广应用［8，14］。故提出控释掺混尿素的改良施氮方法，可望协调水稻整个生育周期的氮素供应，降低施用成本并提高农民净收益。

目前，有关缓/控释肥料的试验报道较多，但施用缓/控释肥料的效果，研究结果不一。缓/控释肥料养分释放缓慢，不能满足水稻前期生长需求，通过增施尿素处理的产量明显高于缓/控释肥料处理［8，15］。陈贤友等［16］报道，在江浙一带南方地区，N 210 kg·hm-2用量下，硫磺加树脂双层包膜尿素与普通尿素的掺混比例达70%以上一次性基施，比分次施肥节约劳动成本，效益增加，推广意义较大。王海月等［17］发现，缓释氮肥∶常规尿素比例为7∶3（N 180 和150 kg·hm-2）处理水稻产量最高。付月君等［18］发现，一次性基施40%缓释氮肥+60%尿素（N 150 kg·hm-2）处理水稻产量和氮肥利用率最高，推广应用潜力较大。故不同水稻立地条件下，控释掺混最佳比例存在较大差异，且缓/控释肥料的效果受到包膜材料、作物种类、土壤类型、养分均衡管理、气候等因素的影响［13］。

聚氨酯（PUR）全称为聚氨基甲酸酯，作为包膜材料用于制备包膜肥料时，具有生产成本低、制备工艺简单、易实现连续化等特点［19-20］，已成为最有前景的膜材类别［21-23］。目前，关于系统分析聚氨酯控释尿素掺混比例的研究报道较少，且多以一年试验结果为主。本研究拟通过探索释放期为90 d的聚氨酯包膜尿素与普通尿素配施对洞庭湖双季稻区早稻生长特性、产量及构成因素和经济效益的影响，明确双季稻区聚氨酯包膜尿素与普通尿素配施的最佳比例，以期为该区域高效环保的新型缓/控释肥料在水稻上合理施用及推广应用提供科学依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2018～2019 年在湖南省益阳市赫山区兰溪镇（28°58′25″N，112°45′47″E）进行，该区属于中亚热带向北亚热带过渡的季风湿润性气候。其特点是四季分明，光热丰富，雨量充沛，地区差异明显。年平均气温16.9℃。年无霜期272 d。年日照1553.7 h，太阳辐射总量103.73 kJ·h-1。年降水量1432.8 mm。年平均相对湿度85%。供试土壤类型为水稻土，前茬为水稻，0～20 cm 耕层土壤基本理化性质见表1。

表1 2018～2019 年供试土壤理化性质

1.2 供试材料

供试作物为‘湘早籼45 号’，生育期约为106 d。供试肥料为聚氨酯包膜尿素（N 44%），氮素释放周期约为90 d，由中国农业科学院农业资源与农业区划研究所提供；如图1 所示，在25℃静水条件下，聚氨酯包膜尿素第1 d 氮素释放量为0.03%，第4 d 氮素累积释放0.22%，第7 d 达到0.70%，释放速率比较平缓。在第28 d的时候累积释放20.54%，均符合控释肥标准。常规尿素（N 46%）、钙镁磷肥（P2O512%）、氯化钾（K2O 60%）由当地农资部门提供。

1.3 试验设计

试验共设置5 个处理：①CK，不施N 肥；②CU（常规尿素），优化施肥N 150 kg·hm-2，按基肥∶分蘖肥6∶4 施用；③0.4PuCU+0.6CU，40%的90 d 聚氨酯包膜尿素+60%常规尿素一次性基施；④0.6PuCU+0.4CU，60%的90 d 聚氨酯包膜尿素+40%常规尿素一次性基施；⑤PuCU，释放期为90 d的聚氨酯包膜尿素100%等N 量施用。各小区磷钾肥施用量相同，P2O5用量为45 kg·hm-2，K2O 用量为90 kg·hm-2，均作基肥一次性施用。种植密度为13 蔸×41 蔸，小区面积21 m2（3 m×7 m）。每个处理3 次重复，随机区组排列。小区田埂农膜覆盖，四周设保护行，避免串水串肥，田间管理以当地习惯方式管理。

2018 和2019 年水稻育苗日期分别为3 月17 日和3 月12 日，基肥施用分别为4 月18 日和4 月16日，移栽日期分别为4 月19 日和4 月17 日，成熟期分别为7 月10 日和7 月14 日。

1.4 测定项目与方法

水稻成熟后，脱粒，风干，按含水量14%测实产。每小区采水稻地上部5 穴进行室内考种，分别测定其株高、穗长、有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重等产量构成要素［24-25］。

1.5 数据处理

采用Excel 2010 和SPSS 17.0 数据分析软件进行统计分析，处理间差异显著性分析采用最小显著法（LSD）检验法。

2 结果与分析

2.1 不同包膜尿素掺混比例双季早稻产量

由表2 可知，年份与施肥处理及两者交互效应对双季早稻产量影响显著或极显著（P＜0.05或P＜0.001）。双季早稻成熟期施N 处理产量较CK 处理分别增加72.82%～83.54%（2018 年）和23.74%～53.31%（2019 年）。与CU 处理相比，2018 年0.4PuCU+0.6CU、0.6PuCU+0.4CU 和PuCU 处理双季早稻产量分别增加5.92%、6.20%和4.62%，2019 年0.4PuCU+0.6CU、0.6PuCU+0.4CU 和PuCU 处理双季早稻产量分别增加20.28%、23.90%和19.34%。说明不同包膜尿素掺混比例较优化施肥和单施包膜肥养分释放适宜，能显著提高双季早稻产量，实现更高产，且以0.6PuCU+0.4CU处理增产效果较好。

2.2 不同包膜尿素掺混比例双季稻产量构成因素

由表2 可知，施肥处理对双季早稻产量构成因素（千粒重、谷草比除外）影响显著或极显著（P＜0.05 或P＜0.01 或P＜0.001），年份对双季早稻千粒重、谷草比、产量等影响显著（P＜0.05 或P＜0.01或P＜0.001），两者交互效应不显著（P＞0.05，谷草比除外）。

表2 不同施肥处理下双季早稻产量及其构成因素

两年试验中，双季早稻施N 处理的结实率、穗长、每穗粒数、每穗实粒数、总花颖数、千粒重、谷草比大小表现为：0.6PuCU+0.4CU＞0.4PuCU+0.6CU＞PuCU＞CU＞CK。双季早稻施N 处理的有效穗数较CK 处理分别增加24.19%～40.55%（2018 年）和5.29%～20.67%（2019 年），总实粒数分别增加38.66%～71.29%（2018 年）和23.83%～69.14%（2019年）。与CU 处理相比，2018 年0.4PuCU+0.6CU、0.6PuCU+0.4CU 和PuCU 处理有效穗数分别提高13.17%、12.43%和9.17%，总实粒数分别提高22.06%、23.53%和16.44%；2019 年0.4PuCU+0.6CU、0.6PuCU+0.4CU 和PuCU 处理有效穗数分别提高12.33%、14.61%和2.28%，总实粒数分别提高26.69%、36.59%和15.98%。说明聚氨酯包膜尿素施用，能有效提高双季早稻有效穗数及总实粒数，为高产稳产奠定基础，且不同比例掺混比例处理优于优化施肥处理。

2.3 不同包膜尿素掺混比例下双季早稻各产量与其构成因素的相关性分析

由表3 可知，不同年份间不同施肥处理双季早稻籽粒产量与其构成因素相关性存在较大差异。2018 年双季早稻株高、有效穗数、每穗粒数、每穗实粒数、总颖花数和总实粒数与籽粒产量呈显著或极显著正相关（P＜0.05 或P＜0.01），而谷草比与籽粒产量呈显著负相关（P＜0.05），其余性状与籽粒产量相关性不显著（P＞0.05）；2019 年双季早稻产量构成因素与籽粒产量呈显著或极显著正相关（P＜0.05 或P＜0.01）。

表3 施肥水稻产量构成因素与产量间的相关系数

2.4 不同包膜尿素掺混比例下双季早稻株高

由图2 可知，不同年份下各生育期施N 处理双季早稻株高均高于CK 处理。生长前期0.4 PuCU+0.6 CU 处理养分释放快，株高高于0.6 PuCU+0.4 CU 和CU 处 理。说 明CU 处理不能 持续为水稻供给N 素，水稻后期生长乏力。在抽穗期，施N 处理双季早稻株高较CK 处理增幅分别为10.36%～17.77%（2018 年）和17.78%～30.81%（2019 年）；较CU 处理2018 年0.4PuCU+0.6CU、0.6PuCU+0.4CU 和PuCU 处理水稻株高分别提高6.71%、5.11%和2.54%，掺混肥与CU 处理间差异显著（P＜0.05）；2019 年增幅分别为11.04%、11.06%和5.58%，掺混肥与CU 处理间差异显著（P＜0.05）。说明施用聚氨酯包膜尿素能提高双季早稻株高，且施用适宜比例掺混肥效果更显著。

2.5 不同包膜尿素掺混比例下双季早稻分蘖

由图3 可知，不同年份下各生育期施N 处理双季早稻分蘖数均显著高于CK 处理。生长前期0.4 PuCU+0.6 CU 和0.6 PuCU+0.4 CU 处理养分释放快，分蘖数高于CU 处理，而到后期掺混肥处理增幅减小，但分蘖数仍高于CU 处理。说明CU处理不能持续为水稻供给N 素，后期生长乏力。在抽穗期，施N 处理双季早稻分蘖数较CU 处理分别提高41.44%～91.52%（2018 年）和0.49%～19.90%（2019 年）；2018 年0.4PuCU+0.6CU、0.6PuCU+0.4CU和PuCU 处理水稻分蘖数较CU 处理分别提高35.41%、29.18%和7.51%，掺混肥与CU 处 理间差异不显著（P＞0.05）；2019 年水稻分蘖数较CU 处理分别提高14.49%、19.32%和8.21%，0.6 PuCU+0.4 CU 与CU 处理间差异显著（P＜0.05）。说明施用聚氨酯包膜尿素和掺混施肥能提高双季早稻分蘖数，且施用适宜比例掺混肥效果更显著。

2.6 不同包膜尿素掺混比例双季稻经济效益

由表4 可知，年份与施肥处理对双季早稻经济产值、经济效益和产投比影响显著（P＜0.05 或P＜0.001），两者交互效应对经济产值和产投比影响显著（P＜0.05 或P＜0.01）。

表4 不同施肥处理下双季早稻经济效益

2018 和2019 年双季早稻施氮处理经济效益较CK 处理分别增加69.03%～80.78%和17.72%～49.38%。与CU 处理相比，2018 年0.4PuCU+0.6CU、0.6PuCU+0.4CU 和PuCU 处理双季早稻经济效益分别提高6.84%、6.96%和4.69%，2019 年分别提高23.17%、26.90%和21.29%。说明一次性施用控释肥料省工、省时、高效，能有效提高双季早稻经济效益，为农户增收奠定基础，且不同掺混比例处理优于优化施肥处理。

2018 年各施肥处理产投比大小表现为CK＞0.4PuCU+0.6CU＞0.6PuCU+0.4CU＞PuCU＞CU，2019年各施肥处理产投比大小表现为CK＞0.6PuCU+0.4CU＞0.4PuCU+0.6CU＞PuCU＞CU。可见，不同比例包膜肥掺混处理较优化施肥处理养分释放适宜，具有节本增效优势。

3 讨论

本研究结果表明，与优化施肥处理相比，各控释氮肥处理均不同程度地避免了尿素迅速水解释放养分的问题，协调了全生育期的氮素供应，同时控释掺混尿素处理的增产效果优于单施控释氮肥处理。这可能是由于双季早稻生育初期，气温较低，单施控释氮肥的溶出速率受到抑制，水稻生育前期生长受到一定养分短缺的影响，而控释掺混尿素处理因掺混比例较为适宜，在早稻生育前期通过尿素提供适量的速效氮，使前期施入土壤中的速效尿素明显减少，增加后期土壤N 素供应强度，减少氮肥损失的风险［26］。本研究中，0.6PuCU+0.4CU 掺混比例优于0.4PuCU+0.6CU，能增加产量0.27%～3.01%，与王强等［26］研究结果一致。因此，控释掺混尿素处理能较为全面协调作物全生育期的N 素需求，促进水稻生长，进一步发挥增产潜力。

施用缓/控释肥可使作物增产10%左右，肥料利用率提高5%～15%，同时在改善农产品品质、培肥地力、降低环境污染等方面作用明显［27］。相关研究表明，缓释肥作基肥一次性施入，可有效节省人力成本［28-29］。胡丹丹等［30］发现，100%、80%控释掺混肥处理均显著提高水稻净收益，较常规施肥处理增幅5.87%～6.19%。本研究中，一次性基施聚氨酯包膜尿素能使水稻较优化施肥两年平均增收12.99%。袁嫚嫚等［31］发现，树脂包膜尿素和普通尿素按氮用量7∶3 掺混基施（N 180 kg·hm-2）处理水稻增产效果和经济效益最好。张敬昇等［32］两年田间试验结果发现，控释掺混尿素处理及控释氮肥处理显著增产13.06%～16.70%，净利润提高12.83%～25.31%，且以控释掺混尿素处理效果最优。王晓琪等［33］发现，控释尿素配施较普通尿素提高水稻株高，水稻产量增加4.08%～16.99%，增收793.87～3582.90 元·hm-2。本研究中，0.4PuCU+0.6CU、0.6PuCU+0.4CU 和PuCU处理较CU 处理双季早稻经济效益2018 和2019 年分别提高6.84%～23.17%、6.96%～26.90%和4.69%～21.29%，且以掺混比例效果较好。主要是由于掺混处理在水稻生育期内能持续供氮，避免单施尿素处理的后期供氮不足与单施控释氮肥可能造成的贪青晚熟现象。因而，建议在水稻生产中用缓/控释肥料替代部分速效化肥作基肥施用，既有利于增产，提高产投比，又能有效增加农户收入。

4 结论

聚氨酯包膜尿素和普通尿素旳合理配施，可利用尿素前期释放氮素较快、后期控释氮肥缓释的特点，保持水稻生长过程中氮素的充分供应，促进水稻产量增加。采用控释肥掺混尿素处理改进一次性施肥技术，旨在既满足作物生长需求，又降低劳动投入。本试验条件下，60%聚氨酯包膜尿素+40%尿素处理养分释放适宜，增产增收效果最佳。