智能水凝胶肥料在水稻上的应用效果

Application Effect of Intelligent Hydrogel Fertilizer on Rice

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2025.01.006

李彬 Bin LI , 王元晨 Yuanchen WANG , 丁仕奇 Shiqi DING , 夏强 Qiang XIA

安徽朴茂农业科技有限公司安徽合肥 230088 Anhui Pumao Agricultural Technology Co., Ltd., Hefei, Anhui 230088, China

摘要：

智能水凝胶肥料是在肥料生产过程中加入改性聚谷氨酸水凝胶而制得的新型肥料。为考察智能水凝胶肥料对水稻产量及构成因素的影响，开展了田间小区试验。结果表明：施用智能水凝胶肥料处理的水稻产量均高于等养分常规肥处理的，平均增产6.21%；在等养分相同施肥方式下，基施40 kg/亩(1亩=667 m²)和追施10 kg/亩智能水凝胶肥料的处理产量最高，一次性基施50 kg/亩智能水凝胶肥料的处理经济效益最好。

关键词：

智能肥料; 聚谷氨酸; 水凝胶; 水稻; 产量; 经济效益;

Abstract：

Intelligent hydrogel fertilizer is a new type of fertilizer prepared by adding modified polyglutamic acid hydrogel during fertilizer production process. In order to investigate the effects of intelligent hydrogel fertilizer on rice yield and its components, a field plot experiment is carried out. The results show that the rice yield of the treatment with intelligent hydrogel fertilizer is higher than that of the treatment with conventional fertilizer of the same nutrient, with an average yield increase of 6.21%. Under the same fertilization method with the same nutrient, the treatment with 40 kg/mu (1 mu=667 m²) of intelligent hydrogel fertilizer applied as base fertilizer and 10 kg/mu applied as top dressing has the highest yield, and the treatment with a one-time application of 50 kg/mu of intelligent hydrogel fertilizer applied as base fertilizer has the best economic benefit.

Keyword：

intelligent fertilizer; polyglutamic acid; hydrogel; rice; yield; economic benefit;

0 前言

化肥作为粮食的“粮食”，对促进我国农业生产水平的提升、维护国家粮食安全起到了至关重要的作用。从《到2020年化肥使用量零增长行动方案》的颁布，到2021年《2030年前碳达峰行动方案》的印发，都表明了农业在绿色发展方向上的迫切需求。自化肥使用量零增长行动方案实施至2021年，全国农用化肥施用量连续6年呈下降趋势^[1]，但总施用量仍偏高。过量施入土壤的肥料不仅造成巨大的资源浪费，还导致肥料利用率低和环境污染等问题^[2-4]。因此，2022年农业农村部发布了《到2025年化肥减量化行动方案》。

为达到粮食年产650 Mt以上的目标，肥料企业的产品亟需升级换代，新型肥料的出现一定程度上满足了政策与市场的需求^[5]。绿色智能肥料作为新型肥料的一种，是指根据作物-土壤-环境相匹配的植物营养调控原理，通过有针对性的定向匹配设计，采用绿色制造工艺生产的具有作物根际效应激发、养分精准匹配和矿产资源全量利用特点的一类新型高品质肥料，具有养分高效、低碳环保、低排无废、资源全量利用的特点^[6]。生物基水凝胶肥料，尤其是以聚谷氨酸为载体的水凝胶肥料已得到应用^[7-10]。聚谷氨酸水凝胶是一种具有三维网络结构的“生物膜水凝胶”，对环境变化(如盐碱、水分或温度)敏感，可通过自身体积的变化响应环境变化^[11]。安徽朴茂农业科技有限公司研发的智能改性聚谷氨酸水凝胶具有“双智能”作用，一方面改性聚谷氨酸水凝胶具有常规水凝胶的特性；另一方面，智能因子(水溶性聚糖)能激发作物内源激素分泌，智能调节、促进作物根系生长，发挥植物“糖链疫苗”作用^[12]，提升作物抗逆性。水凝胶具有强大的吸水溶胀性能，通过物理包埋、络合及范德华力与肥料养分结合，可减少肥料养分通过挥发、渗漏和径流造成的损失，具有良好的保水保肥效果，尤其在干旱少雨地区能大幅提高水肥利用效率。聚谷氨酸水凝胶被微生物彻底降解成小分子氨基酸后，也能进一步促进作物生长。

水凝胶肥料应用于旱地作物均有不错的表现，但在水田中的应用则相对较少。为进一步了解智能水凝胶肥料对水稻生长及产量的影响，开展了田间小区肥效试验，以期为智能水凝胶肥料的优化与推广提供技术支撑。

1 材料与方法

试验设在安徽省怀宁县高河镇太极村，地处长江中下游北岸、大别山南麓前沿(30°42′11″ N，116°48′25″ E)，地势平坦，排灌方便。

1.1 供试材料

(1) 供试土壤

试验点土壤类型为潴育型水稻土马肝田，试验前土壤理化性状：w(有机质)为29.3 g/kg，w(全氮)为1.58 g/kg，w(有效磷)为12.75 mg/kg，w(速效钾)为63 mg/kg，pH为5.5。

(2) 供试肥料

水稻智能水凝胶肥料(25-10-16，以下简称水凝胶肥)，合肥博泓雨农业科技有限公司；尿素(46-0-0)、氯化钾(0-0-60)、三元复合肥(25-10-16)由市场采购。

(3) 供试作物

单季杂交籼稻“诺两优6号”。

1.2 试验设计

试验共设7个处理，每个处理设3次重复，各处理的施肥设计见表 1(1亩=667 m²)。其中：处理6为当地常规施肥，处理7为空白对照。小区面积均为20 m²，随机区组排列，处理间做埂隔离，用薄膜包埂防渗漏，设置进出水沟，单排单灌。基肥在移栽前撒施，追肥在抽穗期撒施。各处理除施肥外，其他农事操作措施相同。

表 1

各处理的施肥设计

处理	基肥/(kg·亩^-1)		追肥/(kg·亩^-1)
处理	水凝胶肥	三元复合肥	水凝胶肥	三元复合肥	尿素	氯化钾
处理1	50	0	0	0	0	0
处理2	40	0	0	0	5.4	2.6
处理3	40	0	10	0	0	0
处理4	0	50	0	0	0	0
处理5	0	40	0	0	5.4	2.6
处理6	0	40	0	10	0	0
处理7	0	0	0	0	0	0

2022年6月18日，各处理按试验设计要求施用基肥，结合平整耙地混合均匀；6月19日，进行人工移栽，行株距为203 mm×127 mm，每亩插1.5万穴，各处理在当日栽插完毕；6月25日，各处理用细土拌除草剂撒施除草；8月16日，处理2、处理3、处理5、处理6分别按试验设计要求追施穗粒肥。

1.3 调查内容与方法

成熟期各小区取样5株，室内考种分析穗粒数、千粒质量、结实率；各处理单打单收，扣除水分、杂质后记录实产。

1.4 数据处理

试验数据的处理和统计分析采用WPS、SPSS 22软件，差异显著性采用单因素ANOVA分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理的水稻产量及产量构成因素分析

不同施肥处理的水稻产量及产量构成因素见表 2。

表 2

不同施肥处理的水稻产量及产量构成因素

处理	有效穗/ (万株·亩^-1)	每穗粒数/ 粒	每穗实粒数/ 粒	结实率/ %	千粒质量/ g	理论产量/ (kg·亩^-1)	实际产量/ (kg·亩^-1)
处理1	17.85	208	176	84.6	23.3	731.9	656.2±43.9 ab
处理2	17.55	209	178	85.2	23.5	734.4	659.1±21.5 ab
处理3	17.70	211	180	85.3	23.6	751.8	660.1±27.4 ab
处理4	16.65	205	173	84.4	23.2	668.3	608.3±25.2 c
处理5	17.10	204	172	84.3	23.3	685.2	623.0±31.5 bc
处理6	17.25	207	174	84.1	23.1	693.7	628.7±39.2 bc
处理7	14.55	203	169	83.3	22.8	561.0	541.0±24.8 d
注：1)同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P＜0.05)，下同

从表 2可知：施肥量为50 kg时，基肥+追肥模式的水稻产量均高于一次性基施的，但差异不显著；施用水凝胶肥的处理，无论是理论产量还是实际产量均高于当地常规施肥处理的，且均显著高于当地常规肥料一次性基施处理的；从实际产量来看，相对于施用三元复合肥处理的平均亩产620.0 kg而言，施用水凝胶肥处理的水稻产量(658.5 kg/亩)平均增产6.21%。从产量构成因素来看，施用水凝胶肥处理的水稻有效穗、结实率和千粒质量均高于处理6的，说明水凝胶肥中的聚谷氨酸能够增强水稻根系吸收养分的能力^[13], 促进水稻分蘖并形成较多的有效穗，进而提高了水稻产量^[14]。施用水凝胶肥处理的水稻结实率和千粒质量均高于处理6的，这可能是因为7月初至收割期间出现了持续高温、干旱天气，当地常规施肥处理的水稻灌浆受到的影响相对较大，对高温干旱的变化更敏感；而水凝胶肥发挥了即时调节的作用，一定程度上减轻了高温干旱对水稻灌浆的影响^[11]；同时，水凝胶肥中的“智能因子”褐藻寡糖可使肥料对外界刺激产生信号传导，使水稻体内产生相应的物质来应对高温干旱，从而减轻了高温干旱对水稻的不利影响^[15]。

2.2 经济效益分析

在整地、田间管理、植保、收割等投入均相同的情况下，按三元复合肥3 550元/t、水凝胶肥4 100元/t、尿素3 300元/t、氯化钾4 500元/t、追肥用工15元/亩、水稻价格2.5元/kg进行计算，不同施肥处理的水稻经济效益见表 3。

表 3

不同施肥处理的水稻经济效益

处理	实际产量/ (kg·亩^-1)	实际产值/ (元·亩^-1)	肥料成本/ (元·亩^-1)	人工成本/ (元·亩^-1)	净收益/ (元·亩^-1)
处理1	656.2	1 640.50	205.00		1 435.50
处理2	659.1	1 647.75	193.52	15	1 439.23
处理3	660.1	1 650.25	205.00	15	1 430.25
处理4	608.3	1 520.75	177.50		1 343.25
处理5	623.0	1 557.50	171.52	15	1 370.98
处理6	628.7	1 571.75	177.50	15	1 379.25

从表 3可知，施用水凝胶肥的净收益均高于施用三元复合肥处理的，平均增收70.5元/亩；一次性基施50 kg/亩水凝胶肥处理的净收益比同等条件下施用三元复合肥处理的增收92.25元/亩。

3 结语

通过肥效对比试验，证明了水凝胶肥在水稻上有良好的应用效果，有一定的减肥增效作用。在不施用其他肥料的条件下，水凝胶肥基施40 kg/亩、追施10 kg/亩时的水稻产量最高，一次性基施50 kg/亩时则可获得最高的经济效益。

ckwx 参考文献

中国农业绿色发展研究会, 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所. 中国农业绿色发展报告2022[M]. 北京: 中国农业出版社, 2023.

刘兵. 农业面源污染治理问题及对策建议[J]. 园艺与种苗, 2024, 44(6): 108-110.

杨书涵, 吴用, 高林林, 等. 河南省农业面源污染负荷估算及控制分区[J]. 环境污染与防治, 2024, 46(5): 750-759.

张兆鑫, 孙婴婴, 刘哲, 等. 我国农田径流污染及其控制技术研究进展[J]. 水资源与水工程学报, 2024, 35(2): 207-216.

方爽, 刘娟, 张乃明, 等. 环境友好型肥料与农业绿色发展[J]. 肥料与健康, 2022, 49(5): 1-5.

张福锁, 申建波, 危常州, 等. 绿色智能肥料: 从原理创新到产业化实现[J]. 土壤学报, 2022, 59(4): 873-887.

桑娜, 汪建英, 孙雨, 等. γ-聚谷氨酸/壳聚糖凝胶制备优化及保水固沙性能[J]. 江苏农业科学, 2019, 47(1): 251-255.

刘乐, 费良军, 陈琳, 等. γ-聚谷氨酸对土壤结构、养分平衡及菠菜产量的影响[J]. 水土保持学报, 2019, 33(1): 277-282.

张宸. 聚谷氨酸生物的合成及其在修复和改良土壤中的应用[J]. 水土保持通报, 2018, 38(2): 323-328.

张海涛, 张磊, 徐长青, 等. 聚合氨基酸复合肥系列产品生产技术总结[J]. 化肥工业, 2018, 45(6): 13-14.

管士强, 王好斌, 侯翠红, 等. 智能新型肥料研究进展[J]. 现代化工, 2022, 42(1): 46-50.

尹恒, 赵小明, 杜昱光. 糖链植物疫苗及其产业化[J]. 生物产业技术, 2009(6): 63-67.

李杰, 卢宗云, 石元亮, 等. 新型聚氨酸增效肥料对小白菜根系活性与产量的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2019(1): 134-139.

张爽, 丁芳, 裴久勃, 等. 聚-γ-谷氨酸在农业中的应用及展望[J]. 中国土壤与肥料, 2022(12): 218-224.

刘瑞志. 褐藻寡糖促进植物生长与抗逆效应机理研究[D]. 青岛: 中国海洋大学, 2009.