机插同步一次性精量施肥对双季稻产量及经济效益的影响

2020-04-10钟雪梅吴远帆彭建伟卢文璐宋思明唐启源湛冬至

核农学报 2020年5期

钟雪梅吴远帆彭建伟卢文璐宋思明唐启源湛冬至周旋

(1湖南农业大学，湖南长沙 410128；2湖南省农业农村厅，湖南长沙 410005；3汨罗市农业局，湖南汨罗 414400；4湖南龙舟农机股份有限公司，湖南汨罗 414400；5湖南省土壤肥料研究所，湖南长沙 410125)

随着我国农村劳动力的转移和人口的老龄化，水稻生产正逐步向机械化作业转型[1-2]。但目前我国机械化水平仍较低，“瓶颈”环节是种植的机械化[3-4]。机插秧以培育标准化壮秧与机械精确移栽相结合，并配套高产高效农艺手段，符合我国国情，是多数稻区种植机械化的基本方向[5-6]。

化肥是农业持续发展的物质保证，是粮食增产的重要基础[7]。目前，我国已成为世界上最大的化肥生产和消费国[8]。现阶段水稻施肥环节仍以人工撒施或机械抛施为主，存在施肥量大、田间分布不均等问题[9]，不仅会增加生产成本及劳动强度，也会造成养分大量损失，降低肥料利用率，导致秧苗生长不平衡，直接影响高产稳产[10-11]。因此，如何科学有效地施用化肥，已成为水稻施肥环节研究的重大技术难题。

侧深施肥技术是在水稻插秧机上配装侧深施肥机具的机械施肥技术，在插秧的同时定量地将肥料施于秧苗的侧位土壤中(侧3 cm、深5 cm)[12-14]。水稻插秧施肥一体机不仅能一次性完成插秧、施肥两个环节，而且可实现根附近集中深施肥，保证秧苗、肥料的定位隔离，避免烧根烧苗现象，有效减少肥料损失，显著提高肥料利用率，实现节本增产增效[15-17]。此外，精确定量栽培技术能实现水稻栽培中对“高产、优质、高效、生态、安全”的要求[18]。相关研究表明，精量穴直播同步深施肥技术较人工撒施降低了肥料投入量，并增加了产量[19-20]。

面对我国耕地面积不断减少而粮食需求不断增长的局面，提高水稻及粮食总产量的重要途径是稳定和增加双季稻的种植面积、提高单产[21]。长江中下游地区具备种植双季稻的土壤和气候条件，是我国重要的水稻生产区域[22]。陈佳娜[23]研究表明，氮(N)肥适度减量能增加水稻产量，节本增效明显。目前，在水稻上已有关于侧深施肥的适宜用量的研究[24-25]，而在双季稻种植中鲜见报道。由湖南龙舟农机股份有限公司研发的插秧同步精量施肥机采用国内独创的螺杆强制推肥结构，通过与插秧机搭载配合既能实现施肥与插秧同步作业，又能实现作业的全程监控，将肥料定量、定点地深施到秧苗一侧的土壤中。为了进一步探讨机插同步一次性精量施肥技术在典型双季稻生产区的应用，本试验开展侧深施肥方式下专用肥不同施用量对双季稻产量及经济效益影响的研究，以期确定适宜的配方肥用量，为侧深施肥大面积应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017年3-10月在湖南省汨罗市古培镇三港村稻田(28°77′93″N，113°06′10″E)进行，该区以丘岗、山地为主，气温、雨量适宜，属于典型亚热带湿润气候，四季分明。年均降水量1 537.8 mm，年日照时数1 271.0 h，海拔39.6 m。早稻生长季4-7月平均气温28.9℃，晚稻生长季7-10月平均气温18.1℃。供试土壤为发育于粉砂质页岩的白鳝泥，中等地力，前茬为水稻。0～20 cm 耕层土壤基本理化性质为pH值6.1 (土∶水=1∶2.5)，有机质31.62 g·kg-1，全N 1.79 g·kg-1，全P 0.47 g·kg-1，全K 16.08 g·kg-1，碱解N 133.74 mg·kg-1，速效P 9.5 mg·kg-1，速效K 103.37 mg·kg-1。

1.2 供试材料

供试早稻品种为杂交籼稻两优25(生育期137 d)、晚稻品种为杂交籼稻H 优518(生育期130 d)，由汨罗市农业局提供。供试N肥为尿素(含N 46%)，P肥为过磷酸钙(含P2O512%)，K 肥为氯化钾(含K2O 60%)，普通复混肥(N-P2O5-K2O 占总施肥量的比例为20-10-10；20-8-12，下同)，由汨罗市农业局提供；水稻侧深施专用肥(基蘖同施)，由湖南金叶众望公司生产。供试机械为2FH-8 插秧同步精量施肥机，由湖南龙舟农机股份有限公司研发。

1.3 试验设计

采用田间小区试验，早稻设6个处理，即T1:农民习惯施肥处理(N 150 kg·hm-2)；T2:机插同步一次性减N10%施肥处理(N 135 kg·hm-2)；T3:机插同步一次性减N20%施肥处理(N 120 kg·hm-2)；T4:机插同步一次性减N30%施肥处理(N 105 kg·hm-2)；T5:机插同步一次性减N40%施肥处理(N 90 kg·hm-2)；对照(CK):无N 施肥处理(N 0 kg·hm-2)。P 肥(P2O5)、K 肥(K2O)用量分别为45 kg·hm-2和90 kg·hm-2。CK中过磷酸钙375.0 kg·hm-2、氯化钾75.0 kg·hm-2做基肥，分蘖期追施氯化钾75.0 kg·hm-2；农民习惯施肥中复混肥(20-10-10)450 kg·hm-2全部做基肥，分蘖期追施尿素130.5 kg·hm-2、氯化钾75.0 kg·hm-2。T2、T3、T4、T5 中金叶众望生产专用肥(26.1-8.7-17.4)517.3 kg·hm-2、(24.8-9.3-18.6) 483.9 kg·hm-2、(23.1-9.9-19.8) 454.6 kg·hm-2、(21.0-10.5-21.0)428.6 kg·hm-2全部做基肥机插同步施入。

晚稻设6个处理，即T1:农民习惯施肥处理(N 165 kg·hm-2)；T2:机插同步一次性减N10%施肥处理(N 148.5 kg·hm-2)；T3:机插同步一次性减N20%施肥处理(N 132 kg·hm-2)；T4:机插同步一次性减N30%施肥处理(N 115.5 kg·hm-2)；T5:机插同步一次性减N40%施肥处理(N 99 kg·hm-2)；CK:无N 施肥处理(N 0 kg·hm-2)。P 肥(P2O5)、K 肥(K2O)用量分别为36 kg·hm-2和90 kg·hm-2。CK 中过磷酸钙300.0 kg·hm-2、氯化钾75.0 kg·hm-2做基肥，分蘖期追施氯化钾75.0 kg·hm-2；农民习惯施肥中复混肥(20-8-12)450 kg·hm-2全部做基肥，分蘖期追施尿素163.05 kg·hm-2、氯化钾60.0 kg·hm-2。T2、T3、T4、T5 中金叶众望公司生产的专用肥(28.9-7-17.5) 514.3 kg·hm-2、(27.1-7.4-18.5)486.5 kg·hm-2、(25.4-7.9-19.8)455.7 kg·hm-2、(23.1-8.4-21)428.6 kg·hm-2全部做基肥机插同步施入。

各处理重复3次，随机区组排列。小区面积48 m2(12 m×4 m)，栽插密度12 cm×25 cm(早稻)和16 cm×25 cm(晚稻)，每穴插3～4 苗。CK、T1 提前半个月做好小区田埂，机插前按小区施好基肥，插后马上完善小区田埂。T2～T5 采用PVC 板(宽度为60 cm)隔离小区两侧，在机插同步施肥后马上固定小区两端PVC板。区组间设置4～6 m 宽的保护区，便于插秧机回转操作，区组间设排灌沟，单灌单排。早稻于3月15日播种，4月20日移栽，7月17日收获；晚稻于6月16日播种，7月19日移栽，10月24日收获。移栽后至返青期保持稻田浅水层，返青至有效分蘖临界叶龄期进行间歇湿润灌溉，当田间群体苗数达到计划穗数的85%时排水搁田7～8 d，再采用间歇湿润灌溉，在抽穗期间采用浅水灌溉，之后干湿交替灌溉，成熟前7 d 断水。田间其他管理按常规进行。

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。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2003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(LSD)检验法。

2 结果与分析

2.1 双季稻产量

由表1可知，稻季品种、施肥模式及二者交互效应对双季稻产量影响显著(P＜0.01～0.001)。早、晚稻成熟期施N处理实际产量较CK 分别增加90.1%～128.9%和54.9%～72.1%。与T1相比，T2、T3、T4和T5 早稻实际产量分别增加16.7%、19.4%、20.8%和8.3%，晚稻分别增加5.8%、10.1%、2.9%和1.4%。说明机插侧深一次性施肥定位、定量、均匀，能有效提高双季稻产量，实现高产稳产，而过量减N施用的增产效果差。

表1 不同施肥处理下机插双季稻产量及其构成因素Table1 Yield and its components of machine-transplanted double-cropping rice under different fertilization treatments

表1(续)

2.2 双季稻产量构成因素

由表1可知，稻季品种对双季稻产量及其构成因素影响显著(P＜0.01～0.001)，施肥模式对双季稻产量及其构成因素(结实率、谷草比除外)影响显著(P＜0.05～0.001)，二者交互效应显著(P＜0.05～0.001)(株高、结实率、总颖花数、千粒重、谷草比除外)。

早、晚稻施N处理的有效穗数较CK分别增加29.1%～38.8%和56.6%～91.9%，总实粒数分别增加66.0%～111.8%和78.5%～137.1%。与T1相比，T2、T3、T4和T5 早稻有效穗数分别提高5.5%、6.0%、7.5%和2.0%，总实粒数分别提高8.3%、22.4%、27.6%和14.1%；晚稻有效穗数分别提高20.3%、22.5%、15.8%和6.8%，总实粒数分别提高31.0%、31.6%、14.0%和-1.0%。说明机插侧深一次性施肥定位、定量、均匀，能有效提高双季稻有效穗数及总实粒数，为高产稳产奠定基础，而过量减施N肥会导致有效穗数降低，影响产量构成。

2.3 施N量与双季稻产量的回归模型分析

以双季稻产量为因变量(Y)，施N量为自变量(X)，通过逐步回归分析建立施N量对早、晚稻产量的回归方程如下:

对上述方程进行F检验，早、晚稻实际产量与方程预测值的相关性分别达到显著水平(rER=0.994 5*，FER= 90.160 1；rLR= 0.992 5*，FLR=66.049)，说明侧深施N肥用量与籽粒产量之间的回归关系显著。

由图1可知，侧深施N肥用量对双季稻产量的影响呈单峰曲线关系，即随着施N量的增加，产量逐渐上升，增幅逐渐下降；当施N量达到一定值时，进一步增加施N量反而导致产量下降。通过回归方程模拟分析，早、晚稻侧深施肥N量分别于130.0和161.5 kg·hm-2达到最高产量(8 538.2和7 459.1 kg·hm-2)。

2.4 产量及其主要构成因素的通径分析

由表2可知，不同施肥模式下早、晚稻4个产量因素中有效穗数的直接通径系数均较高，尤其是在晚稻中，说明保证一定数量的有效穗数是双季稻获得高产的基础。通径分析结果显示，早稻中直接通径系数表现为有效穗数(0.956)＞千粒重(0.118)＞每穗粒数(0.072)＞结实率(-0.067)，晚稻中表现为有效穗数(1.583)＞结实率(0.203)＞千粒重(-0.297)＞每穗粒数(-0.911)。说明要尽量协调有效穗数和每穗实粒数的关系，即在保证一定数量的有效穗数的基础上，尽量稳定每穗实粒数。

图1 不同施肥处理下双季稻产量回归拟合Fig.1 Regression analysis of grain yield of machine-transplanted double-cropping rice under different fertilization treatments

表2 不同施肥处理下机插双季稻产量构成因素对产量的通径分析Table2 Path analysis of yield components of machine-transplanted double-cropping rice under different fertilization treatments to yield

2.5 双季稻经济效益

由表3可知，稻季品种对双季稻经济效益指标效应显著(P＜0.001)，施肥模式对双季稻经济效益效应指标显著(P＜0.001)，二者交互效应显著(P＜0.01～0.001)。

早、晚稻施N处理经济效益较CK 分别增加107.3%～173.1%和58.0%～91.0%。与T1相比，T2、T3、T4和T5 早稻经济效益分别提高26.4%、29.6%、31.8%和17.8%，晚稻分别提高15.4%、20.9%、12.6%和9.9%。说明机插侧深一次性施肥定位、定量、均匀，且省工、省时、高效，能有效提高双季稻经济效益，为农户增收奠定基础，而过量减N施会导致经济效益降低。

早稻中，各施肥处理产投比大小表现为T4＞T3＞T5＞T2＞T1＞CK；晚稻中，各施肥处理产投比大小表现为T3＞T5＞T2=T4＞T1＞CK。

表3 不同施肥处理下机插双季稻经济效益Table3 Economic profit of machine-transplanted double-cropping rice under different fertilization treatments

3 讨论

3.1 机插侧深施肥对水稻产量及经济效益的影响

前人研究表明，机插深施水稻产量能有效提高有效穗数[6]、每穗粒数和千粒重[27]，因此较常规人工施肥产量有所提高。潘圣刚等[12]发现，机械同步深施水稻专用肥在0～1 500 kg·hm-2范围内可显著增加玉香油占和培杂泰丰的收获产量及单位面积穗数和每穗实粒数。而侧深施肥能显著提高水稻产量，产出明显大于投入，增产幅度达11.5%[28]。本研究中应用的螺杆强制推肥结构的侧深施肥装置性能较以往气吹式插秧等侧深施肥机可靠，结构简单、调整方便。采用双季稻机插同步一次性精量施肥技术，机械施肥工效高，可一次性完成插秧和施肥两道工序，能降低劳动强度，节约施肥用工，降低作业成本，提高农户收益，尤其是在当前劳动力成本居高不下且农作积极性普遍降低的情况下，机械插秧同步施肥意义深远。

林玉萍等[29]研究表明，基蘖肥侧深同施处理较常规施肥增产6.3%，而肥料全量侧深施处理的后期会出现脱肥现象。袁嫚嫚等[30]研究表明，一次性全量基施普通N肥不能满足水稻生长需要，会造成水稻减产；而基施控释N肥能提高群体的有效穗数，改善单株的产量构成结构，显著提高N肥利用率，最终提高水稻产量。本研究中晚稻的增产效果并不理想，可能是后期养分供应不足以及气候变化所致。而汤海涛等[31]研究表明，水稻在精量穴直播条件下，缓释复合肥机械定位深施肥有利于保持水稻生长后期的养分稳定供应，缓释复合肥机械定位深施肥比习惯全层施肥处理增产630.0～924.8 kg·hm-2，增幅达10.3%～16.5%。因此，今后应重点开展配合侧深施肥的相关缓控释肥料研发工作，充分保障水稻生长后期的养分吸收[32]，进一步实现单位面积增产增收。

3.2 精量施肥对水稻产量及经济效益的影响

与手工撒播和习惯撒施肥相比，机械精量穴直播和定位条施肥均有利于水稻稳健生长，增加有效穗数和每穗粒数，提高产量[33]。舒时富等[34]发现，机械定位深施超级稻专用肥较人工撒施肥，2个超级稻品种产量分别提高3.8%～5.6%和8.4%～10.0%，有效穗数、每穗粒数和结实率分别提高5.0%～12.4%、2.8%～8.8%和1.8%～4.7%。王在满等[19]研究表明，精量穴直播水稻同步深施肥技术较手施肥料产量提高约10%，可节省30%以上的肥料。与上述研究结果一致，本研究中双季稻插秧同步侧深施用配方肥技术改变了传统施肥模式，与人工表施肥料相比，通过机插同步一次性精量施肥作业，肥料用量可降低20%～30%，水稻增产显著，纯收益增加。此外，谷学佳等[35]研究表明，采用插秧施肥一体化技术能实现水稻增产，且缓释肥减量15%增产6.27%，减量30%增产4.04%；普通肥料基施一体化+追施模式减量15%增产3.87%。因此，控释肥施用技术结合机插模式将进一步实现稻田肥料用量的降低，从而促进稳产增产。

相关研究表明，水稻增产的主要控制因素表现在结实率和每穗粒数上，适当减少施氮量不影响产量[36]。在保证较多有效穗数的基础上，提高每穗粒数也可有效提高产量[37]。杨成林等[38]研究表明，减量5%～10%侧深施肥方式可提高寒地水稻产量，其中侧深施肥常量处理每穗粒数、结实率和千粒重均较高，有效穗数较多，产量高达9.97 t·hm-2。白雪等[24]研究表明，侧深施肥减氮25%增产最高，增幅达20.19%，主要是通过增加单位穗数来增加产量，且对每穗粒数、结实率和千粒重不会产生负面影响。这与本研究结果一致，通径分析结果表明，一定数量的有效穗数是保证双季稻获得高产的基础。因此，双季稻机插同步一次性精量减N施肥，可以结合合理的密植措施提高水稻有效穗数及总粒数进一步实现增产。

本研究中，随着施N量的增加，双季稻有效穗数、穗粒数及产量均呈现先增加后减少的趋势。通过回归方程模拟分析，早、晚稻最高产量(8 538.2 kg·hm-2和7 459.1 kg·hm-2)的侧深施N量分别为130.0 kg·hm-2和161.5 kg·hm-2，此施N处理水稻籽粒产量均达到最大值，此后施N量增加，产量增加不显著或有所降低。此外，早、晚稻产量增产增收效应差异明显，针对不同稻季品种的水稻采用侧深施肥技术时，选择的肥料种类及肥料用量还需要进一步深入探讨。