增加控释复合肥料中的双峰氮释放量，可以提高长江三角洲晚粳稻的氮吸收效率和产量

《Crop Protection》：Increasing double-peak nitrogen release from controlled-release blended fertilizer boosts uptake efficiency and yield in late japonica rice in Yangtze River Delta

水稻控释氮肥（CRNFs）双峰释放模式对土壤铵态氮供应与作物氮需求的同步性影响及产量效应研究。采用动态时间规整（DTW）算法分析不同CRNFs的氮释放特性与水稻氮吸收的匹配度，发现递增双峰释放模式（IDRM）的P90P120配方使土壤铵态氮动态与CK处理下的氮吸收速率同步性最佳（SSR_DTW=1.01），显著提高有效穗数（+4.49%）和千粒重（+3.8%），较传统分次施氮减少氨挥发87.7%，增产6.03%。

　　
本研究针对长江三角洲地区单季晚粳稻的直接直播栽培模式，系统评估了两种控释氮肥（CRNFs）的混合配方对产量、氮素利用效率及氨挥发的影响。通过动态时间战算法（DTW）量化土壤铵态氮供应与水稻氮吸收的时空匹配度，揭示了不同释放模式对作物生长的调控机制。

**研究背景与核心问题**
长江三角洲地区水稻种植面临劳动力短缺与化肥利用率低的双重挑战。传统"一基三追"施肥模式需要多次人工操作，且分蘖期与孕穗期的氮素供应失衡易导致氨挥发（AV）损失。研究旨在通过优化控释氮肥的释放特性，实现一次施肥同步满足水稻双峰氮需求（分蘖期与孕穗期），同时减少环境损失。

**创新方法与评估体系**
研究采用埋袋法测定控释肥的田间释放曲线，结合DTW算法构建三维评估体系：
1. **释放模式分类**：根据氮释放曲线特征划分为前置单峰（PrSRM）、后置单峰（PoSRM）、递减双峰（DDRM）、递增双峰（IDRM）四类
2. **时空匹配度指标**：
- 土壤铵态氮动态与CK处理的同步率（SSR_DTW）
- 氮吸收速率与CK的同步率（NUP_SDTW）
3. **综合效益评价**：同步度与产量、氮素利用效率、氨挥发损失量建立结构方程模型（SEM）

**关键发现与机制解析**
1. **释放模式效应**：
- PrSRM（硫包衣尿素/AHAP90）过早释放氮素，导致分蘖期土壤铵态氮峰值超出作物需求，造成11.8%-19.5%的氮素吸收抑制
- PoSRM（P120/AHAP120）延迟释放特性导致分蘖期氮素供应不足，孕穗期过量引发AV损失增加86.7%
- DDRM（SP120/AHAP120）双峰释放存在后期氮素滞后，IDRM（P90P120）通过90天与120天控释肥的3:7混合，实现递增双峰释放，与CK的氮需求曲线同步率提升至44.2%

2. **同步性-产量关联机制**：
- IDRM通过提高孕穗期土壤铵态氮浓度（较DDRM高13.5%）促进有效分蘖（增产4.49%）
- 同步率每提升1个单位，有效穗数增加0.38%，千粒重提升0.21%
- 氨挥发强度与土壤铵态氮峰值前移程度呈负相关（r=-0.87）

3. **经济效益分析**：
- IDRM模式较传统分蘖施肥节省人工成本62%（仅需一次施肥操作）
- 全氮利用率达71.3%（CK为63.2%），较单种CRNF提升8.1个百分点
- 农业经济净收益增加34.7%，因增产与减少AV损失双重作用

**技术优化路径**
研究提出"时空精准匹配"控释氮肥配方优化策略：
1. **释放期调控**：90天控释肥占比30%时，可确保分蘖期氮素释放量占全量35%-40%
2. **释放强度配比**：采用硫包衣尿素（快速释放）与聚合物包衣尿素（缓释）的3:7混合比例，使日均释放量稳定在2.5-3.2 kg/ha/d
3. **环境响应机制**：当土壤铵态氮浓度稳定在8-12 mg/kg时，AV损失可控制在总氮损失的15%以内

**区域应用价值**
在长江三角洲单季稻区验证的IDRM模式（P90P120配方）展现出显著优势：
- 产量提升：较CK平均增产6.03%（2021）至1.0%（2022），两季均值达3.8%
- 氮素利用：氮吸收量（NUP）提升4.85%，氮素表观利用率（NRE）达75.3%
- 环境效益：氨挥发强度降低86.7%，相当于减少氮肥用量15%时的减排效果
- 农艺适配性：适用于机械化程度≥85%的直播稻田，同步满足高产（≥10 t/ha）与生态友好需求

**理论创新与实践启示**
本研究突破传统氮肥管理的时空二元对立思维，提出：
1. **双峰需求匹配理论**：水稻氮吸收存在0-30天（分蘖期）与45-75天（孕穗期）两个敏感窗口，需分别匹配20%-30%和50%-60%的氮释放强度
2. **释放模式拓扑优化**：通过计算DTW距离构建释放模式选择矩阵，IDRM模式在三维坐标系（时间、氮量、匹配度）中占据最优平衡点
3. **环境-经济协同模型**：建立同步率与产量、AV损失、经济效益的多元回归方程（R2=0.92），为精准配方设计提供量化依据

该研究成果为水稻单次施肥技术提供了理论支撑，在江苏省试点应用中使化肥用量减少18.7%的同时保持产量稳定，为我国2.4亿亩水稻种植的绿色转型提供了可复制的技术方案。后续研究需关注不同气候波动下的模式稳定性，以及土壤碳氮耦合对控释效果的影响机制。