减氮和机械侧深施肥对机插杂交稻产量及氮素吸收利用的影响

伍杂日曲 郭长春 李飞杰 吕 旭 舒川海 孙永健 杨志远 马 均

(四川农业大学水稻研究所/作物生理生态及栽培四川省重点实验室，四川 成都 611130)

水稻是我国主要的粮食作物之一，约有60%以上的人口以稻米为主要食物[1]。我国所有作物中，水稻氮肥用量较多，氮肥对水稻产量的贡献率可达40%[2-3]，但在水稻生产中氮肥过量施用现象普遍。据统计，我国水稻生产中氮肥平均施用量为180 kg·hm-2，江苏省部分高产农田氮肥施用量高达300 kg·hm-2[4-5]。过量施用氮肥会导致肥料利用率下降，我国水稻生产氮素利用率仅为30%～35%，远低于世界平均水平，氮肥过量、不合理施用造成的肥料利用率下降和环境污染等问题也日益受到关注[6-11]。目前在农业生产上，施肥方式主要以人工表面撒施为主，该方法不仅增加了氮素流失风险，也降低了水稻种植作业效率。水稻机插同步侧深施肥技术是在水稻种植时将肥料集中施于秧苗一侧、深度3～5 cm土壤中的施肥方法，减少了肥料的挥发和流失，实现了插秧与施肥同步，从而减少作业次数与施肥量[12-14]。Liu等[15]研究表明，侧深施肥减少了氮素损失，促进了水稻对氮素的吸收，提高了水稻的氮肥利用率和产量。刘晓伟等[16]的研究也表明，氮肥深施可以较大程度减少氮素的损失，使肥料氮存留在土壤中供水稻吸收利用。前人已有较多关于侧深施肥的研究，但侧深施缓释肥是否可以改善氮肥减量施用对杂交水稻产量和稻田土壤肥力的影响尚鲜见报道。基于此，本研究以2个优质杂交稻品种为材料，采用大田试验方法，探究机械侧施缓释肥技术在机插杂交稻上的减氮效应，以期为杂交水稻的优质绿色高效生产，进而促进农业生产可持续发展和保障国家粮食安全提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

试验于2020年在成都市温江区四川农业大学水稻研究所试验田(30°71′N、103°87′E)进行，水稻生长期3—10月份月平均气温20.5℃，降雨量1 144 mm。试验田土壤质地为砂壤土，0～20 cm土层有机质含量为14.82 g·kg-1，全氮1.88 g·kg-1，碱解氮108.5 mg·kg-1，速效磷24.78 mg·kg-1，速效钾113.84 mg·kg-1。

1.2 试验设计

采用两因素裂区设计，主区为2个品种，两系优质杂交稻晶两优534(C1)和三系优质杂交稻宜香优2115(C2)；副区为5种肥料管理方式，即5个处理(详见表1)，缓释肥为烟台龙灯肥料有限公司生产的掺混缓控释肥，其中N、P2O5和K2O质量分数分别为27%、11%和12%。各处理中磷(P2O5)和钾(K2O)用量分别为75和150 kg·hm-2，P、K肥不足部分分别使用过磷酸钙和氯化钾代替，磷肥全部作基肥一次性施用，钾肥分基肥与穗肥(倒三叶时期)2次施用，各占50%。选用钵体毯状秧盘育秧，于3月19日播种育苗，4月21日机插秧，行、株距分别为30、15.5 cm。机插(YR60D，洋马农机中国有限公司)时，同步采用侧深施肥器，将底肥施于稻株根侧3 cm、深度5 cm处。田间各小区面积38 m2，3次重复，小区间筑埂(宽40 cm，高30 cm)并用塑料薄膜包裹，以防肥水互渗，其他田间管理措施按当地大面积生产田进行。

表1 不同处理施氮量和施肥方法

1.3 测定项目与方法

1.3.1 生育期及茎蘖动态的记录 记载水稻生长发育时期。自栽插7 d后，每小区随机选择水稻20穴标记，每隔7 d统计分蘖数至齐穗期，记录高峰苗、有效穗。

1.3.2 氮素吸收利用特征 于拔节期、齐穗期、成熟期，每小区取代表性植株3穴，茎鞘、叶片、穗分别单独装袋，于105℃杀青30 min，75℃烘干至恒重，再将样品粉碎过60目筛，用凯氏定氮仪(FOSS-8400，美国福斯公司)测定各器官的全氮含量，根据以下公式计算各指标：

氮素干物质生产效率=成熟期单位面积植株干物质量/地上部分氮积累量

(1)

氮素籽粒生产效率=水稻籽粒产量/成熟期氮素积累量

(2)

氮肥吸收利用率=(施氮区地上部吸氮量-空白区地上部含氮量)/氮肥施用量×100%

(3)

氮肥农学利用率=(施氮区产量-空白区产量)/施氮量

(4)

氮肥偏生产力=施氮区实际产量/施氮量

(5)。

1.3.3 土壤速效氮含量 于水稻拔节期、齐穗期和成熟期，按对角线取样法在各小区选择3个取样点，取0～20 cm土样，自然风干后用碱解扩散法测定速效氮含量。

1.3.4 考种与计产 成熟期每小区调查60穴的有效穗数，按平均穗数每小区取5穴，考查空瘪粒数、实粒数、千粒重，计算结实率等性状。各小区产量单收单晒，按实收穴数计产。

1.4 数据分析

采用Origin软件作图；采用DPS7.05软件进行差异显著性统计检验，各处理的比较采用最小显著差数(least significant difference, LSD)法。

2 结果与分析

2.1 侧深减氮施肥对机插稻产量及其构成因子的影响

由表2可知，机械侧深施肥方式对机插稻产量及其构成因素有显著影响。侧深施常规施氮量缓释肥处理(R150)比人工撒施常规施氮量尿素处理(N150)显著增产，晶两优534(C1)和宜香2115(C2)分别增产13.2%和12.9%，其增产的主要原因可能是显著提高了有效穗数和每穗粒数。2个品种减氮20%处理(R96N24)的产量均显著高于N150，R120和N150的产量无显著差异，R96N24增产的原因仍然是有效穗的提高和每穂粒数的增加。说明与人工撒施常规施氮量尿素(N150)相比，通过机械侧深一次性施缓控释肥(R120)，虽然减少了20%的氮肥施用量，但产量差异不显著，而减氮20%的“基缓追速”处理(R96N24)的产量显著高于人工撒施常规施氮量尿素处理(N150)，也高于相同施氮量的机械侧深一次性施缓释肥处理(R120)，达到了节本增效的目的。

表2 侧深减氮施肥对机插稻产量及其构成因子的影响

2.2 机械侧深减氮施肥对机插稻分蘖及成穂率的影响

由图1可知，不同肥料管理方式会影响机插稻的分蘖数，C1和C2的高峰苗均出现在返青后35 d左右。不同肥料管理方式下，群体分蘖数最终(返青后80 d)均表现为R150>R96N24>R120>N150>N0，表明侧深施缓释肥能提高水稻分蘖数。结合2.1中的结果，R150的分蘖成穗率显著低于其他处理，但增加了有效穗数，R96N24的分蘖成穗率高于R120，最终有效穗数也高于R120，N150与R96N24的分蘖成穗率差异不显著，但有效穗低于R96N24，表明减氮20%的“基缓追速”处理(R96N24)更能均衡整个生育期的氮素供应，提高成穗率，保证适宜的有效穗数。

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

2.3 侧深减氮施肥对机插稻氮素积累的影响

由表3可知，在水稻生育过程中2个品种的氮素累积量均以R150最高，成熟期茎、叶和穗氮素积累的两品种均值分别达到50.86、40.41和121.98 kg·hm-2，且在不同生育阶段R150均显著高于N150。拔节期R96N24的氮素积累低于R120，但齐穗期和成熟期R96N24的氮素积累均高于R120，而R120与N150水稻茎叶穗的氮素累积量大致相当。说明与人工撒施尿素处理相比，通过根侧深施专用缓释肥，即使减少20%的氮肥施用量，也能够保证稻株有较高的氮素积累量。

表3 侧深减氮施肥对机插稻氮素积累的影响

2.4 侧深减氮施肥对机插稻氮肥利用率的影响

侧深施缓释肥对水稻氮肥吸收利用率的影响如表4所示，2个品种水稻氮素干物质生产效率和氮素稻谷生产效率均以不施肥处理(N0)最高，R150最低，减氮20%的R120和R96N24与常规施氮的N150水稻氮素干物质生产效率差异不大。侧深施缓释肥总体显著提高了水稻的氮肥农学利用率、氮肥偏生产力和氮肥吸收利用率，与N150相比，R150、R120、R96N24的氮肥农学利用率分别平均提高了74.72%、35.13%、49.81%；氮肥偏生产力分别平均提高了13.23%、26.80%、29.40%。氮肥吸收利用率分别平均提高了26.42个百分点、1.46个百分点和17.42个百分点。表明与人工撒施常规尿素相比，采用侧深施缓释肥明显提高氮肥吸收利用率。

表4 侧深减氮施肥对机插稻氮素利用率的影响

2.5 侧深减氮施肥对机插稻土壤速效氮含量的影响

侧深施缓肥对稻田土壤速效氮含量的影响如图2所示，2个品种在不同时期稻田土壤中的速效氮含量均以R150最高，在拔节期、齐穗期和成熟期，平均分别比N150显著提高了7.25%、6.06%和3.95%；R120和R96N24的土壤速效氮含量在齐穗期和成熟期均与N150差异不显著，但均显著高于N0。说明与人工撒施处理相比，通过侧深施基肥，在减氮20%的条件下也能够保持稻田的土壤肥力不减。

图2 侧深减氮施肥对机插稻土壤速效氮含量的影响

2.6 土壤速效氮含量、氮素积累与氮素利用特征及产量的相关性

由表5可知，不同生育时期土壤速效氮含量与氮素积累总量、氮肥农学利用率和产量均呈显著或极显著正相关，拔节期和齐穗期的土壤速效氮含量与氮肥吸收利用率呈显著正相关。成熟期的氮素积累量与氮肥吸收利用率、氮肥农学利用率、产量均呈显著或极显著正相关。

表5 土壤速效氮含量、氮素积累与氮素利用特征及产量的相关性

3 讨论

将整个水稻生产季的肥料作为基肥一次性施用，同时利用缓释肥、侧深施肥技术是提高稻谷产量最有效且简便的途径[17-20]。前人研究表明，根区侧深施肥能提高水稻生育前期的供氮能力，促进水稻分蘖早生快发，显著提高水稻有效穗数和穗粒数，进而提高水稻产量[21-23]。本研究结果与之一致，等量施肥条件下，机械侧深施缓释肥处理(R150)的水稻产量结构性状优于常规施肥处理(N150)，显著提高了群体的有效穗数，更利于水稻增产。减氮20%的“基缓追速”处理(R96N24)与人工撒施尿素常规施氮量处理(N150)相比，由于侧深施用缓释肥将养分精确送达根区，整个生育期的养分释放与植株对养分的吸收基本同步，明显改善了水稻群体质量，其有效穗数和每穗粒数无显著差异，在减氮20%条件下产量保持不减。本研究结果还表明，与一次性侧深施基肥处理(R120)相比，由于R96N24后期追施穗肥，氮肥的分解释放与机插稻需肥关键期相契合，有利于防止叶片的早衰[24]，提高了分蘖成穗率和后期光合性能，更利于提高水稻产量，并可以替换20%的缓释肥，起到节本增效的作用。

不同施肥方式对水稻的氮素吸收有显著影响[25-26]，在作物产量大幅度提高的同时，简单、粗放的施肥方法也带来肥料浪费、肥力下降、环境污染等一系列问题[27-28]。丁艳锋等[29]研究表明，前期基蘖肥比例较大处理的氮肥利用率低于其他处理，随着基蘖肥在总施氮量中所占比例的增大，机插稻拔节前氮素基蘖肥利用效率增加，但氮肥利用率下降。这与本研究结果总体一致，前期基肥占比80%处理(R96N24)的氮肥利用效率显著高于前期基肥占比100%的处理(R120)。彭术等[30]指出，长期减施氮肥结合深施可维持土壤肥力稳定，显著提高氮肥偏生产力。前人研究也表明，侧深施肥可降低氮的损失，增加水稻对氮素的吸收利用，显著提高氮肥利用率[31-32]。本研究表明，减氮20%的“基缓追速”处理(R96N24)与常规施氮量撒施处理(N150)相比，水稻氮素干物质生产效率差异不大，氮肥农学利用率、氮肥偏生产力分别平均提高了49.81%和29.40%，氮肥吸收利用率平均提高17.42个百分点，这与前人研究结果基本一致。侧深施缓释肥保证了稻田土壤在关键时期的肥力水平，能够保证其氮素累积量不减，满足植株生长所需的养分供应需求，从而保障水稻产量。而与一次性侧深施缓释肥处理(R120)相比，减氮20%的“基缓追速”处理(R96N24)更有利于植株后期氮素的积累，灌浆结实期茎叶氮素转移量增加，提高了氮肥农学利用率和吸收利用率。综上可知，通过机械侧深施缓释肥，直接将肥料埋入土壤，减少了氮素的损失风险，同时可使氮素供应与稻株吸氮保持同步，增加稻株氮素积累量，提高稻株氮素利用效率，稳定水稻产量。

4 结论

本研究表明，与人工撒施尿素相比，通过缓释肥侧深施用，能够显著提高机插稻有效穗数、穗粒数，提高水稻产量。基缓追速施肥(R96N24)在减少20%氮肥施用量的情况下，其水稻产量、氮素累积量、氮素干物质生产效率、稻谷生产效率与人工撒施常规施氮基本相当，可在减少肥料施用量的同时，降低氮素损失，满足水稻生长的养分需求，有利于实现水稻绿色高效生产。