目前我国是世界上化肥消费量最多的国家，约占全球化肥使用量的三分之一，是美国和印度的总和^[1]。过量施肥会引起一系列的问题，如土壤酸化、盐碱化、水体污染、温室气体排放加剧等，而我国在所有化学肥料的生产中氮肥约占了 73%，远高于国际平均水平，因此减少氮肥施用、降低氮肥生产是农业可持续发展的重要保障^[2-5]。我国当前氮肥当季利用率仅为 30%~35%，因此提高肥料利用率是减量化施肥的前提^[6-7]。随着科学技术的进步，新型肥料应运而生，依托新型肥料为载体的施肥技术不但能简化施肥过程而且还能提高肥料利用率，降低肥料施用量^[8]。水稻在我国种植面积较广，属于典型的劳动密集型产业，特别是在南方双季稻区，传统的 3~4 次的分次施肥劳动强度较大，劳动力成本投入较高，加之该区域降水较多，养分流失风险大，因此该区域亟待调整传统的施肥结构^[9]。

新型缓释肥料的成功研发为改变传统的施肥方式提供了重要的物质基础，这类缓释肥料的主要特征是肥料颗粒养分逐步释放，在作物上提供一个养分不间断释放的连续性养分刺激，因此具有传统速效肥料不可比拟的优势^[10]。依据这类肥料的养分释放特点以及水稻约为 100 天的生长期，我们具有针对性的选取了 60 天及 90 天两种不同养分释放期的缓释尿素来探讨其养分释放效果。本试验对早稻关键生长节点养分需求特征、灌浆期剑叶氮素迁移、灌浆期茎导管中氮素供应、灌浆期剑叶 SPAD 值变化以及各生育期内土壤有效养分变化等多方面进行研究并在晚稻上加以验证，进而明确缓释尿素对水稻产量的影响，为水稻一次性施肥的推广提供有效的技术指导，同时为我国化肥减量的实施提供重要的理论支撑。

试验于 2015 年在广东省台山市都斛镇采用田间小区试验方式进行。供试土壤为水稻土，基本理化性质为 pH 5.3、有机质 39.8 mg/kg、碱解氮 153.4 mg/kg、有效磷 28.0 mg/kg、速效钾 150.5 mg/kg。水稻采用秧田育苗小区移栽的方式种植，株距和行距均为 20 cm。选取土壤肥力水平均一且较为平整的田块开展试验，小区面积为 27.5 m²，小区间田脊高约 30 cm，宽 20 cm，且待新做田脊干燥固化后采用塑料薄膜进行覆盖以避免养分在小区间迁移，各小区均设有独立的排灌沟渠。

试验共设 5 个处理：1) 不施氮 (CK)；2) 普通尿素分次施用 (PU1：基肥 50%、返青肥 20%、拔节肥 30%)；3) 普通尿素一次性施用 (PU2)；4) 60 天养分释放期的缓释尿素一次性施用 (PCU60)；5) 90 天养分释放期的缓释尿素一次性施用 (PCU90)。除不施氮处理外，其他各处理施氮量均为 N 150 kg/hm²，所有处理磷、钾用量相同且均做基肥施用，分别为 P₂O₅ 55 kg/hm²、K₂O 130 kg/hm2，肥源分别为过磷酸钙及氯化钾，各处理重复 4 次。肥料在各小区内保证严格均匀撒施，且撒施后进行轻度耙田处理，各过程均精细化操作。在移栽秧苗时严格选取生长较好的秧苗，采用拉绳定苗的方式，确保各小区基本苗数一致且成活率 100%。整个生育期内严格按照水稻高产栽培技术操作规程进行田间水分及病虫害管理。

早晚稻试验均按上述方案执行，早稻试验于 2015 年 3 月 26 日施肥及插秧，7 月 1 日收获；晚稻于同年 8 月 5 日施肥、8 月 6 日插秧，11 月 11 日收获。早稻品种为五山丝苗，晚稻品种为玉香油占。早晚稻采收后记录产量、按照考种规范记录早晚稻的千粒重、结实率、有效穗数以及穗粒数。对早稻各项指标进行重点分析，晚稻作为验证试验，仅做产量及产量构成要素的分析。

待分次施肥处理所有肥料施用完毕后开始采集样品，分别于 5 月 6 日 (拔节期)、5 月 27 日 (孕穗期)、6 月 9 日 (抽穗期)、6 月 30 日 (灌浆末期) 采集早稻植株及土壤样品，水稻植株样品每个小区随机采集 3 株，土壤样品采用取土器随机采集 0—15 cm 土层样品 4 点次。水稻植株样品采集后迅速分为地上及地下两个部分，以免养分在植株体内迁移，先用自来水冲洗干净再用蒸馏水润洗。清洗干净的植株样品先在 105℃ 杀青 30 min，而后降温至 65℃ 烘干至恒重，粉碎后测定氮、磷、钾含量。在灌浆期间采集剑叶及籽粒样品 5 次，分别在 6 月 9 日、6 月 14 日、6 月 19 日、6 月 26 日及 6 月 30 日采集，样品经清洗烘干后测定全氮含量。在灌浆期共测定剑叶 SPAD 值 4 次，测定日期分别为 6 月 9 日、6 月 14 日、6 月 19 日、6 月 26 日。植株氮、磷、钾含量均采用硫酸-双氧水进行消解，消解液中的氮采用凯氏定氮法、磷采用钼黄比色法、钾采用火焰光度法测定^[11]。土壤样品经风干过筛后，采用常规土壤农化分析方法测定碱解氮、有效磷及速效钾含量^[11]。

在早稻灌浆期 (6 月 14 日) 进行茎导管中伤流氮浓度的测定，采用锋利刀片从距茎基部 10 cm 处切断，确保切口平整，采用提前称重过的棉花球进行包裹，而后用小号封口袋套在包裹的绵花球之外。12 小时之后用镊子小心取下海棉球存放于塑料封口袋内以免水份蒸发，样品收集完毕后迅速带回进行称重，之后将棉花球放于烧杯之中，加水进行稀释，稀释液经消解后按上述植株全氮测定方法进行全氮含量的测定。

论文数据采用 SPSS 12.0 进行方差分析，各处理之间的多重比较采用 LSD-test (P < 0.05) 法。

如图 1 所示，各施氮处理早稻产量较不施氮对照均有所提高，其中以普通尿素分次施用处理及 60 天型缓释尿素处理最高且显著高于其它处理，其次是 90 天型缓释尿素处理及普通尿素一次性施用处理。在晚稻上分次施肥处理、60 天缓释尿素处理以及 90 天缓释尿素处理之间没有显著性差异，但均高于普通尿素一次性施用处理，不施氮处理最低。

图1(Fig. 1)

图1 不同施肥处理对早稻及晚稻产量的影响 Fig. 1 Effects of different fertilization treatments on yield of early and late rice [[注 (Note)：不同小写字母表示差异显著 Different lowercase letters mean significant different among treatments (P < 0.05)]

表 1 表明，各处理早稻千粒重以普通尿素分次施用处理及普通尿素一次性施用处理最高，其次是 60 天型缓释尿素处理及不施氮处理，而 90 天型缓释尿素处理最低；早稻单株有效穗数以分次施肥处理及 90 天型缓释尿素处理最高，但与普通尿素一次性施用处理及 60 天型缓释尿素处理之间没有显著性差异；早稻穗粒数以 60 天型缓释尿素处理最高，与分次施肥处理及 90 天型缓释尿素处理之间没有显著差别，但显著高于普通尿素一次性施用处理及不施氮处理；各处理结实率没有表现出显著性的差别。和早稻相同，晚稻上 90 天缓释尿素处理千粒重在各处理中最低，其它各处理之间没有显著差别；晚稻有效穗数以分次施肥处理最高，其次为 90 天缓释尿素处理；晚稻穗粒数以 90 天缓释尿素处理最高，其次为 60 天缓释尿素处理、分次施肥处理及普通尿素一次施用处理；晚稻各处理结实率没有显著性差别。

表1(Table 1)

表1 不同施肥处理早稻及晚稻的产量构成要素 Table 1 Yield components of rice affected by different fertilization treatments

表1 不同施肥处理早稻及晚稻的产量构成要素 Table 1 Yield components of rice affected by different fertilization treatments 处理 Treatment 早稻 Eary rice 晚稻 Late rice 千粒重 1000-grain weight (g) 有效穗数 Effective Panicle No. 穗粒数 Grain No. per panicle 结实率 Setting rate (%) 千粒重 1000-grain weight (g) 有效穗数 Effective Panicle No. 穗粒数 Grain No. per panicle 结实率 Setting rate (%) CK 21.7 ± 0.2 ab 16.3 ± 0.3 b 127.9 ± 1.3 c 90.4 ± 0.9 a 20.0 ± 0.3 a 15.1 ± 0.5 b 151.3 ± 6.6 b 88.0 ± 1.7 a PU1 22.2 ± 0.5 a 18.4 ± 0.9 a 139.2 ± 4.8 ab 91.3 ± 1.5 a 19.4 ± 0.2 ab 18.3 ± 0.6 a 156.5 ± 2.4 ab 87.9 ± 0.8 a PU2 22.1 ± 0.3 a 17.0 ± 0.4 ab 135.6 ± 2.0 bc 91.4 ± 1.3 a 19.5 ± 0.2 ab 15.9 ± 0.6 b 152.6 ± 4.8 ab 86.0 ± 1.6 a PCU60 21.7 ± 0.4 ab 18.1 ± 0.4 ab 146.4 ± 1.9 a 91.4 ± 1.8 a 20.4 ± 1.0 a 16.0 ± 0.9 b 163.5 ± 4.5 ab 88.0 ± 2.0 a PCU90 20.7 ± 0.3 b 18.7 ± 0.8 a 138.9 ± 4.1 ab 87.9 ± 1.2 a 18.6 ± 0.2 b 17.2 ± 0.9ab 171.7 ± 10.0 a 87.7 ± 1.3 a  注 (Note)：不同小写字母表示差异显著 Different lowercase letters mean significant different among treatments (P < 0.05)

图 2 显示，从拔节期到灌浆期早稻地上部及地下部氮含量均表现出了降低的趋势，从孕穗期到抽穗期降速较缓，从抽穗期到灌浆期降速较快；在各生长期内 90 天型缓释尿素处理及 60 天型缓释尿素处理水稻地上部及地下部氮含量均高于其它处理。水稻地上部及地下部磷含量从拔节期到灌浆期也表现出了降低的趋势，但 90 天型缓释尿素处理及 60 天型缓释尿素处理磷含量均高于其它处理。随着生育期的延长，水稻地上部钾含量表现出了降低的趋势，地下部钾含量则在拔节期至孕穗期降幅较大而后期则较为稳定；90 天及 60 天型缓释尿素处理有提高地上部钾的趋势，但降低了地下部钾的含量。

图2(Fig. 2)

图2 不同施肥处理不同生育期早稻地上部及根中氮、磷、钾含量 Fig. 2 N, P and K contents in shoot and root of early rice in different growth period and different treatments [注（Note）：柱上不同字母表示差异显著 (P ＜ 0.05) Different letters above the bars mean significant difference among treatments (P ＜ 0.05).]

图 3 显示，在整个灌浆期内早稻剑叶氮含量表现出了降低的趋势，剑叶氮含量以 90 天及 60 天型缓释尿素最高，其次为分次施肥及普通尿素一次性施用处理，不施氮处理最低。籽粒氮含量则随着灌浆期的延长表现出了增加的趋势，90 天及 60 天缓释尿素的处理籽粒氮含量高于其它处理。

图3(Fig. 3)

图3 不同施肥处理对早稻灌浆期剑叶及籽粒氮含量的影响 Fig. 3 Effects of different fertilization treatments on flag leaf and grain N contents at filling stage of the early rice [注（Note）：柱上不同字母表示差异显著 (P ＜ 0.05) Different letters above the bars mean significant difference among treatments (P ＜ 0.05).]

图 4 显示，在灌浆期 90 天型缓释尿素、60 天型缓释尿素以及普通尿素分次施用处理早稻茎导管伤流液叶中氮浓度均显著高于不施氮处理，其中以 90 天型缓释尿素处理伤流氮浓度最高，其次为 60 天型缓释尿素处理，且两种缓释尿素处理下伤流氮浓度显著高于分次施肥处理及普通尿素一次性施用处理。随着灌浆期的延长，各处理剑叶叶绿素含量均表现出了降低的趋势，但 90 天及 60 天缓释尿素的处理剑叶叶绿素含量明显高于其它处理，以 90 天型缓释尿素处理最高 (图 5)。

图4(Fig. 4)

图4 不同施肥处理对早稻灌浆期伤流氮含量的影响 Fig. 4 Effects of different fertilization treatments on bleaching sap N content at filling stage of the early rice [注（Note）：柱上不同字母表示差异显著 (P ＜ 0.05) Different letters above the bars mean significant difference among treatments (P ＜ 0.05).]

图5(Fig. 5)

图5 不同施肥处理对早稻剑叶 SPAD 值含量的影响 Fig. 5 Effects of different fertilization treatments on SPAD value at filling stage of the early rice [注（Note）：柱上不同字母表示差异显著 (P ＜ 0.05) Different letters above the bars mean significant difference among treatments (P ＜ 0.05).]

如图 6 所示，在早稻拔节至孕穗期间土壤碱解氮含量降低明显，从孕穗至抽穗期间 90 天缓释尿素、60 天缓释尿素以及分次施肥处理土壤碱解氮又出现了回升趋势，而不施氮处理及普通尿素一次性施用处理从孕穗至抽穗期土壤碱解氮含量变化不大，但从扬花至灌浆期土壤碱解氮又出现了小幅度的回升；90 天缓释尿素处理土壤碱解氮最高，其次为 60 天缓释尿素处理，再次为分次施肥处理，普通尿素一次性施用处理及不施氮处理土壤碱解氮含量较低。土壤有效磷及速效钾含量在水稻生长前期出现了明显的降低，后期相对较为稳定，各处理规律不一。

图6(Fig. 6)

图6 不同施肥处理对早稻不同生长期土壤碱解氮、有效磷及速效钾含量的影响 Fig. 6 Effects of different fertilization treatments on soil alkali-hydrolyzable N, available P and available K contents at different growth stage of the early rice [注（Note）：柱上不同字母表示差异显著 (P ＜ 0.05) Different letters above the bars mean significant difference among treatments (P ＜ 0.05).]

缓释尿素作为一种新型肥料在作物上可以达到一次性施肥以满足整个生育期内作物对养分的需求，可以提高肥料的养分利用率，并且有研究表明缓释肥一次性施用对玉米、小麦、水稻等多种作物具有增产或稳产的作用^[12-14]。本试验选取了两种养分释放期不同的缓释尿素，研究其在早稻产量形成上的效果，并在晚稻上加以验证。结果表明 60 天型缓释尿素在早稻及晚稻上增产效果较好，可以达到甚至超过传统分次施肥的产量，而 90 天型控释尿素产量在早稻上有所降低，在晚稻上与 60 天缓释尿素处理差别不大。由此可见，缓释尿素在水稻产量形成上的效果与缓释尿素的养分释放期密切相关，在水稻生长过程中缓释肥养分缓慢释放的连续养分刺激并不是越长越好，一定要与作物的生长周期相吻合，这与张民等在水稻上的报导相吻合^[15]。通过对早稻及晚稻产量构成要素进行分析，我们发现 90 天型缓释尿素处理早稻产量低于分次施肥的原因是千粒重的差异。而在晚稻上 90 天型缓释尿素处理之所以产量与分次施肥差别不大是因为其保持了较高的穗粒数在一定程度上抵消了千粒重的差异。千粒重的形成基础是谷壳的大小以及灌浆的程度，谷壳的大小主要受基因型决定，其最终性状的表达与养分供应水平有关，而灌浆过程则受碳水化合物向籽粒中转移量的影响^[16-17]。从试验结果可以看出，90 天型缓释尿素处理下水稻养分供应充足，很显然 90 天型缓释尿素处理下千粒重低于分次施肥不是养分供应不足所致，那么就与灌浆过程有关。与此相反的是普通尿素一次性施用的处理其产量也低于分次施肥，从产量构成上可以看出其原因是由于有效穗数及穗粒数的差异所致，有效穗数形成基础是分蘖期，穗粒数的形成基础是幼穗分化期^[18-19]，结合养分数据很容易判断出普通尿素一次性施用处理产量低于分次施肥是由于养分供应不足所致。由此可见中，90 天型缓释尿素处理与普通尿素一次性施用处理，二者产量均低于传统分次施肥处理的原因是不同的。

先前研究表明，缓释肥可以促进水稻根系的发育，有利于水稻形成强有力的根群结构，进而增强水稻对养分的吸收能力^[20-22]。本试验中，早稻灌浆期茎导管中的养分供应强度反映出 90 天型缓释尿素处理水稻根系在水稻生长后期仍然能保持较高的养分吸收能力，导管中氮浓度约为分次施肥处理的两倍，这说明在灌浆期 90 天型缓释尿素处理水稻根系仍然有较强的养分吸收能力。而且从 SPAD 值上可以看出，灌浆期 90 天型缓释尿素处理水稻剑叶有着较高的叶绿素含量，灌浆期保持较高的叶绿素含量固然有利于提高光合能力，但同时也展现出了水稻的贪青状况。缓释肥料有利于提高叶绿素含量在之前的研究中也有报导^[23]，但是本试验中 90 天缓释尿素处理水稻较高的叶绿素含量反映出了水稻的贪青，加之茎叶过于茂密，还影响到了光合作用强度，由此导致了灌浆不足千粒重降低的结果。从灌浆期剑叶及籽粒中养分含量变化上可以看出，直到收获期 90 天型缓释尿素处理剑叶及籽粒中仍保持着较高的氮含量，而 60 天型缓释尿素处理相对于 90 天型缓释尿素来说氮含量稍低，但也维持在一个相对较高的水平，由此可见缓释尿素不但可以用于一次性施肥而且还可以进行减量化施肥。

从早稻在整个生育期内的养分变化特征上可以看出，拔节到孕穗期地上部及地下部氮含量均呈现出较快的下降趋势，可能由于该时期植株生长加快的稀释作用所致。从孕穗到抽穗期间水稻地上部及地下部氮含量则相对稳定，而后期随着灌浆的开始，大量养分转移至籽粒，植株地上部茎叶及地下部养分又呈现出了较快的降低趋势，这是水稻正常生长规律所致。但值得注意的是在各生长节点 90 天及 60 天型缓释尿素处理水稻地上部及地下部氮含量均高于分次施肥处理及普通尿素一次性施用处理，这充分说明了两种缓释尿素均不会因为养分释放期长、养分释放慢而导致水稻在需肥量较大时期出现养分供应不足的状况。水稻的生长期约为 100 天，而且后期根系吸收能力减弱籽粒中的累积的养分主要是茎叶养分的再利用，但是 90 天型缓释尿素在养分释放时间上要明显长于水稻需肥较多的生长节点，在后期需肥量不大的情况下仍然供应了过多的养分，导致了养分的浪费。90 天型缓释尿素的养分释放期明显长于 60 天型缓释尿素，其养分释放量则一定低于 60 天型缓释尿素，但从前期水稻植株氮素含量上来看，90 天缓释尿素处理水稻生长前期并没有出现脱肥的现象，也就是说完全可以采用 60 天缓释尿素的养分释放期和 90 天型缓释尿素的养分释放量来生产出新的水稻缓释肥，那么就同时具有了两种缓释肥的优点，从而降低了肥料用量。缓释尿素还促进了水稻对磷的吸收，提高了水稻地上部及地下部磷的含量，在一定程度上促进了水稻根中钾向地上部的迁移，这个结果给了我们重要启示，在使用缓释尿素进行减量化施肥时可以充分的考虑缓释尿素对磷的协同效应，可以在一定程度上降低磷肥的用量。

水稻植株对养分的吸收量与土壤中有效养分含量密切相关，试验中我们发现水稻各生长期土壤中碱解氮含量均以缓释尿素处理最高。值得注意的是，早稻孕穗到抽穗期间 90 天缓释尿素及 60 天缓释尿素处理土壤碱解氮又出现了回升趋势，这其中的原因可能是一方面在此期间水稻生物量增速放缓吸收降低，另一方面则可能是早稻期间随着气温度的逐步升高缓释尿素中养分释放速率加快^[24-25]，同时土壤矿物固定的氮也逐步释放所至^[26-27]。而普通尿素一次性施用处理与不施氮处理规律较为一致，在孕穗期至抽穗期土壤碱解氮变化不大，但在灌浆期又呈现出了小幅度回升，这可能是前期被土壤矿物固定的氮在 30℃ 以上的高温环境下有少许的释放又加之水稻生长后期不可避免的根系衰老吸收能力减弱^[28]，从而至使普通尿素一次性施用处理及不施氮处理水稻生长后期土壤碱解氮又出现了小幅回升。而在晚稻上则有所不同，前期温度较高，养分释放较快，后期温度降低养分释放变慢，但仍然显露出了养分过剩。

综上所述，水稻产量以 60 天型缓释尿素处理及分次施肥处理最高，90 天型缓释尿素处理水稻灌浆不足导致千粒重稍低，因此缓释尿素可以用于水稻进行一次性施肥但是要有适当的释放期。90 天及 60 天型缓释尿素处理养分供应强度要高于分次施肥及普通尿素一次性施用处理，缓释尿素可以用于减量化施肥，能在很大程度上降低肥料的用量。缓释尿素对磷也有着协同作用，可以促进水稻对磷的吸收。缓释尿素能提高土壤中碱解氮的含量，保证土壤对水稻氮素的供应。在肥料的研发上，应根据水稻的生长期推出相应养分释放期及养分释放速率的专用缓释肥以免养分释放期过长造成肥料浪费；而在农业生产中在开展水稻一次性施肥时，要注意提高稻田的保水保肥能力，在施肥后插秧前进行轻度的耙田处理，使得养分颗粒充分的混于土层之中，防止养分的挥发及径流损失。