缓释尿素减量侧深施用对长江中下游水稻产量和品质的影响

姜恒鑫，黄 恒，汪 源，赵 灿，王维领，霍中洋

（江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省作物栽培生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心，扬州大学 农学院，江苏 扬州 225009）

水稻是我国三大粮食作物之一，我国2/3 人口以稻米为主食[1-2]。提高水稻产量对保障我国粮食安全具有重要意义。氮肥对水稻产量发挥着重要的作用，我国稻田单季水稻氮肥用量为180 kg/hm2[3]。我国氮肥消费量占世界氮肥消费总量的30%，其中水稻生产消耗了近1/4 的氮肥资源[4]。近年来，我国氮肥产量不断增加，成为世界第一出口大国，氮肥消费量也逐年增加[5]，但氮肥吸收利用率仅为40%[6]。氮肥的过度使用不仅造成资源浪费，更加重农业面源污染[7]。目前，我国水稻生产中常用的氮肥为速效尿素，不仅肥效短、用量大、肥料利用率低，造成大量营养元素的浪费，对环境造成不利影响，而且需要后期追肥才能满足作物对养分的需求。包膜缓释肥是在肥料颗粒表面涂一层高分子膜，这层高分子膜可以控制养分的释放，既延长肥效，又减轻了养分的损失，从而提高了肥料利用率[8]。相比速效氮肥，缓释氮肥因其养分释放特征与作物养分需求特性一致，可以提高水稻产量和氮素吸收利用率，减少稻田氮素损失，在水稻生产中被推广。因此，科学合理施用缓释氮肥，提高氮肥的利用效率，是发展可持续农业生产的重要途径[9]。

目前，我国绝大部分地区水稻生产中的施肥方式为人工撒施，不仅加大了人的劳动强度，降低了肥料的利用率，还浪费了资源，造成环境污染。水稻侧深施肥技术是在水稻插秧的同时，将肥料条状施于秧苗侧3 cm、深5 cm 的土壤中[10]。侧深施肥能够保证寒地水稻整个生育期对氮素的需求，成熟期干物质积累量显著增加，增加了水稻的产量，提高了氮肥利用率[11]。季雅岚等[12]以籼型杂交水稻N 两优1998 和万象优华占为材料进行水稻侧深施肥技术研究，发现当缓释肥和复合肥作基蘖肥侧深施且孕穗期追施尿素时，水稻产量显著高于传统人工施肥处理，并且当基蘖肥减少20%时水稻产量依然高于传统人工施肥处理。刘红江等[13]以常规粳稻龙粳31 为材料研究基肥侧深施条件下穗肥减量施用对水稻产量和氮素利用率的影响，发现当缓控释肥作基肥侧深施且追施穗肥时，水稻产量显著提高，并且在减少10%氮肥（穗肥）时，水稻不减产，同时水稻氮素利用率提高。赵红玉等[14]和张滨等[15]同样以龙粳31 为材料研究侧深施肥技术对寒地水稻产量形成的影响，发现在总施氮量相同的情况下，当采用基肥侧深施时水稻产量显著高于常规施肥，并且当基肥减少10%时水稻产量依然高于常规施肥，当氮肥减量更多时，不能满足水稻正常生长发育需求，产量明显降低。怀燕等[16]研究发现，在早稻栽培中，复合肥减量10%侧深施、缓释肥减量20%侧深施或撒施都能实现氮肥减施稳产的目的，但复合肥侧深施效果好于缓释肥侧深施或撒施，这是由于早稻生长前期温度较低，需要足够的铵态氮供应，缓释肥减量施用由于速效氮投入较少，影响了前期的氮肥供应；在单季晚稻栽培中，复合肥减量10%侧深施或缓释肥减量20%侧深施是适宜的氮肥减施方式。综上，目前关于水稻侧深施肥的研究多以东北地区和单季早稻为主，且主要集中在产量和氮肥利用率方面，对稻米品质的研究较少[16-17]。仅白雪等[18]研究发现，侧深施肥能够通过降低稻米中蛋白质含量，提高综合评分，提高品质；卞景阳等[19]研究发现，侧深施肥技术可以改善稻米的加工品质和外观品质，增加直链淀粉含量，减少蛋白质含量，对食味品质影响较小。关于南方地区中晚稻缓释氮肥减量侧深施对水稻产量和品质影响的系统研究尚未见报道。为此，以大面积推广的优质食味粳稻南粳9108（迟熟）和南粳5718（中熟）为材料，研究缓释尿素减量侧深施对水稻产量和品质的影响，为缓释肥侧深施技术在长江中下游地区更好的推广应用提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2020 年6—11 月在扬州大学农学院校外试验基地（江苏省泰州市兴化市钓鱼镇，33°05′N、119°58′E）进行。该地位于里下河腹部，属北亚热带湿润气候区，年平均气温约15 ℃，年降水量约1 024.8 mm，年日照时间约2 305.6 h，无霜期约227 d。土壤为勤泥土，质地黏性，地力中等，土壤含有机质26.8 g/kg、全氮1.9 g/kg、速效磷13.6 mg/kg、速效钾156.6 mg/kg。

供试水稻品种为优质食味粳稻南粳9108（迟熟）和南粳5718（中熟）。供试缓释肥为树脂包膜缓释尿素（含N 43%），常规化肥为速效尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O512%）、氯化钾（含K2O 60%）。

1.2 试验设计

试验以常规施氮总量300 kg/hm2、基蘖氮肥与穗氮肥比7∶3 处理为对照（CK），分别设计侧深基施缓释尿素为CK 基蘖氮肥的100%、90%、85%、80%、75%、70%，不施分蘖肥，穗氮肥均为速效尿素，用量为CK 总量的30%（90 kg/hm2），共6 个处理，即分别设计较常规基蘖氮肥减少0、10%、15%、20%、25%、30%6个处理，各处理磷、钾肥施用量均分别为150、240 kg/hm2，其中磷肥一次性基施，钾肥分基肥和穗肥各50%施用（表1）。单因素随机区组设计，每处理重复3次，小区面积10 m2。处理间筑埂隔离并且在埂上覆膜隔肥，保证每个小区单独排灌。软盘育秧，移栽秧龄为20 d，人工模拟机插与侧深施缓释尿素，栽插行距为30 cm，株距为12 cm，每穴栽4苗。移栽时保持土壤湿润，分蘖期保证小区浅水层；在茎蘖数达到预期穗数的80%时，开始放水搁田；拔节至成熟期田间实行干湿交替灌溉，直至收获前15～20 d。病虫草害防治同当地大田生产。

表1 试验处理与氮肥施用量Tab.1 Experimental treatment and nitrogen application rate

1.3 测定项目及方法

1.3.1 干物质积累量和叶面积指数 分别于水稻拔节期、抽穗期、成熟期，按照调查的平均茎蘖数各小区采用五点取样法随机取5 株代表性样本，用比叶重法测定叶面积，进而计算叶面积指数和光合势，光合势=（L1+L2）×（t2-t1）/2，式中，L1和L2为前后2次测定的叶面积，t1和t2为前后2 次测定的时间；然后将地上部植株放置于烘箱中，在80 ℃下烘干至恒质量，称干质量，计算播种至拔节、拔节至抽穗、抽穗至成熟各阶段干物质积累量。

1.3.2 产量及其构成因素 在收获前，各小区选取3 个观察点，连续调查5 行，每行1 m，计算有效穗数；各小区按平均有效穗数取1 m2装进网袋内风干，然后脱粒、去杂质（不去空瘪粒），调查穗粒数和结实率；取1 000 粒实粒样本（干种子）称质量，重复5次（误差不超过0.05 g），取平均值，计算千粒质量。成熟期，各小区选连续5 行（除去边3 行）收割，每行2 m，测定籽粒含水量，去除杂质，以14.5%含水量折算产量。

1.3.3 稻米品质 参照GB/T 17891—2017《优质稻谷》测定糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白度、胶稠度等。采用瑞典FOSSTECHTOR 公司生产的近红外谷物分析仪（Infrared grain analyzer 1241）测定精米的蛋白质含量和直链淀粉含量。食味值采用米饭食味计（STA1A）测定。

1.4 数据处理

采用Excel 2007 和SPSS 16.0 软件处理和分析数据。

2 结果与分析

2.1 缓释尿素减量侧深施对水稻生长发育的影响

2.1.1 叶面积指数 由表2 可知，在施氮量相同的情况下，当基氮肥采用缓释尿素侧深施时，2个水稻品种A 处理叶面积指数在拔节期与CK 无显著差异，在抽穗期和成熟期均显著高于CK，抽穗期分别较CK 提高11.48%、12.22%，成熟期分别较CK 提高10.22%、10.38%。在5 个减氮处理中，随着施氮量的减少，2 个水稻品种各时期叶面积指数都呈现下降的趋势。对于南粳9108，拔节期，除了B 处理叶面积指数与CK 无显著差异外，其余各处理均显著低于CK；抽穗期，B 处理叶面积指数显著高于CK，C和D 处理与CK 均无显著差异，E 和F 处理均显著低于CK；成熟期，B 和C 处理叶面积指数均显著高于CK，D 处理与CK 无显著差异，E 和F 处理均显著低于CK。对于南粳5718，拔节期，5 个减氮处理叶面积指数均显著低于CK；抽穗期，B 和C 处理叶面积指数均显著高于CK，D 处理与CK 无显著差异，E 和F处理均显著低于CK；成熟期，B和C处理叶面积指数均显著高于CK，D 处理与CK 无显著差异，E 和F处理均显著低于CK。综上，侧深基施缓释氮肥量较常规基蘖氮肥量减少20%以内均可提高抽穗期和成熟期水稻叶面积指数。

表2 缓释尿素减量侧深施对水稻叶面积指数的影响Tab.2 Effects of side deep and reduced application of slow-release urea on leaf area index of rice

2.1.2 干物质积累量 由表3 可知，在施氮量相同的情况下，当采用缓释尿素侧深施时，2个水稻品种A 处理干物质积累量除了在播种至拔节阶段与CK无显著差异外，其他阶段均显著高于CK。在拔节至抽穗阶段，2 个水稻品种干物质积累量分别较CK提高了10.01%和14.23%，在抽穗至成熟阶段分别较CK 提高了6.62%和5.47%，全生育期分别较CK提高了6.78%和7.54%。对于5个减氮处理，随着施氮量的减少，2 个水稻品种各阶段干物质积累量都呈现下降的趋势。南粳9108 在播种至拔节阶段各减氮处理干物质积累量均显著低于CK，在拔节至抽穗阶段和抽穗至成熟阶段，B、C、D 处理均显著高于CK，分别较CK 提高了8.97%、7.47%、5.23%和5.86%、5.42%、1.41%，E 处理和F 处理均显著低于CK；对于全生育期干物质积累量，B 处理和C 处理均显著高于CK，D 处理与CK 无显著差异，而E 处理和F 处理均显著低于CK。南粳5718 在播种至拔节阶段干物质积累量除了B 处理与CK 无显著差异外，其余各处理均显著低于CK，在拔节至抽穗阶段和抽穗至成熟阶段，B、C、D 处理均高于CK，分别较CK 提高了12.57%、10.64%、8.01%和4.49%、2.45%、1.84%，E 处理和F 处理均显著低于CK；对于全生育期干物质积累量，B 处理和C 处理均显著高于CK，D处理与CK 无显著差异，而E处理和F处理均显著低于CK。综上，侧深基施缓释氮肥量较常规基蘖氮肥量减少20%以内均可提高水稻全生育期干物质积累量。

表3 缓释尿素减量侧深施对水稻干物质积累量的影响Tab.3 Effect of side deep and reduced application of slow-release urea on dry matter accumulation of rice t/hm2

2.1.3 光合势 由表4 可知，在施氮量相同的情况下，当采用缓释尿素侧深施时，2 个水稻品种A 处理光合势除了在播种至拔节阶段高于CK 但无显著差异外，其他阶段均显著低于CK。在拔节至抽穗阶段，2 个水稻品种光合势分别较CK 提高了7.43%和7.42%，在抽穗至成熟阶段，分别较CK 提高了11.01%和11.53%。对于5 个减氮处理，随着施氮量的减少，2个水稻品种各阶段光合势都呈现下降的趋势。南粳9108 在播种至拔节阶段各减氮处理光合势均显著低于CK；在拔节至抽穗阶段，B 处理和C 处理分别较CK 提高了3.81%和0.63%，但差异不显著，其余各处理均显著低于CK；抽穗至成熟阶段，B、C、D 处理分别较CK 提高了6.96%、4.05%、1.13%，其余各处理均显著低于CK。南粳5718在播种至拔节阶段各减氮处理光合势均显著低于CK；在拔节至抽穗阶段，B处理较CK 提高了3.67%，C处理与CK 无显著差异，其余处理均显著低于CK；抽穗至成熟阶段，B、C、D 处理分别较CK 提高了8.01%、3.87%、1.23%，其余各处理均显著低于CK。综上，侧深基施缓释氮肥量较常规基蘖氮肥量减少20%以内总体上均可提高拔节至抽穗及抽穗至成熟阶段的光合势。

表4 缓释尿素减量侧深施对水稻光合势的影响Tab.4 Effects of side deep and reduced application of slow-release urea on photosynthetic potential of rice×104（m2·d）/hm2

2.2 缓释尿素减量侧深施对水稻产量及其构成因素的影响

由表5可知，在施氮量相同的情况下，当采用缓释尿素侧深施时，2 个水稻品种A 处理产量分别较CK 显著提高11.63%和10.61%。对于5 个减氮处理，随着施氮量的减少，水稻产量呈现下降的趋势。2 个水稻品种B、C 处理产量显著高于CK，分别较CK 提高了10.31%、8.70%和7.96%、6.48%；D 处理产量分别较CK 提高了3.54%和2.16%，但差异不显著；E、F 处理分别较CK 显著降低了9.81%、12.13%和8.35%、10.22%。进一步分析发现，在施氮量相同的情况下，2 个水稻品种A 处理有效穗数分别较CK显著提高了17.81%和14.00%，穗粒数与CK 无显著差异，结实率显著低于CK，千粒质量显著高于CK。因此，在缓释尿素作基肥侧深施时，适当减少施用量依然能够保证水稻的有效分蘖，提高千粒质量，从而达到增产的目的。对于5 个减氮处理，随着施氮量的减少，有效穗数和穗粒数整体呈现下降的趋势，结实率和千粒质量整体呈现上升的趋势。对于B、C 处理，2 个水稻品种有效穗数表现为B、C 处理均显著高于CK；穗粒数表现为B 处理与CK 无显著差异，C 处理显著低于CK；结实率表现为B 处理显著低于CK，C 处理与CK 无显著差异；千粒质量表现为B 处理和C 处理均显著高于CK。对于D 处理，2个水稻品种有效穗数与CK 无显著差异，穗粒数显著低于CK，结实率与CK 无显著差异，千粒质量显著高于CK。对于E、F 处理，2 个水稻品种有效穗数和穗粒数均较CK 显著降低；南粳9108 E、F 处理的结实率与CK 无显著差异，千粒质量显著高于CK，而南粳5718 E、F 处理结实率和千粒质量总体均显著高于CK。综上，侧深基施缓释氮肥量较常规基蘖氮肥量减少20%以内均可提高水稻产量。

表5 缓释尿素减量侧深施对水稻产量及其构成因素的影响Tab.5 Effects of side deep and reduced application of slow-release urea on rice yield and its components

2.3 缓释尿素减量侧深施对稻米品质的影响

2.3.1 加工和外观品质 由表6 可知，对于加工品质，在施氮量相同的情况下，当采用缓释尿素侧深施时，2 个水稻品种A 处理糙米率、精米率、整精米率均显著高于CK，分别较CK 提高了1.60%、2.63%、2.56%和1.53%、2.60%、4.19%。在5个减氮处理中，随着施氮量的减少，2个水稻品种糙米率、精米率和整精米率都呈现下降的趋势。对于糙米率，南粳9108除了B处理显著高于CK 及F处理显著低于CK外，其余处理均与CK 无显著差异；南粳5718 B 处理显著高于CK，E、F 处理均显著低于CK，C、D 处理与CK 无显著差异。对于精米率，2 个水稻品种B、C 处理均显著高于CK，D 处理与CK 无显著差异，E、F 处理均显著低于CK。对于整精米率，南粳9108 B、C、D处理均与CK无显著差异，而E、F处理均显著低于CK；南粳5718 B 处理显著高于CK，E、F 处理均显著低于CK，C、D 处理与CK 无显著差异。对于外观品质，在施氮量相同的情况下，2 个水稻品种A 处理垩白粒率和垩白度均显著高于CK，分别较CK 提高了3.68%、3.54%和4.43%、4.68%。在5个减氮处理中，随着施氮量的减少，2 个水稻品种垩白粒率和垩白度都呈现下降的趋势。南粳9108 除了B 处理垩白粒率和垩白度与CK 无显著差异外，其余处理均显著低于CK；南粳5718 B、C 处理垩白粒率和垩白度均与CK 无显著差异，其余处理均显著低于CK。综上，侧深基施缓释氮肥量较常规基蘖氮肥量减少20%以内均不会显著降低甚至可以提高稻米糙米率、精米率和整精米率，总体上均可降低稻米垩白粒率和垩白度。

表6 缓释尿素减量侧深施对稻米加工和外观品质的影响Tab.6 Effects of side deep and reduced application of slow-release urea on rice processing and appearance quality %

2.3.2 食味和营养品质 由表7 可知，在施氮量相同的情况下，当采用缓释尿素侧深施时，2个水稻品种A 处理直链淀粉含量、胶稠度均显著低于CK，分别较CK 降低了6.50%、6.45%和5.74%、5.49%，而蛋白质含量显著高于CK，分别较CK 提高了3.37%和2.93%，食味值显著低于CK，可知当缓释尿素作基肥侧深施时能够提高稻米的营养品质，但会降低食味品质。在5 个减氮处理中，随着施氮量的减少，2个水稻品种直链淀粉含量、胶稠度、食味值均随着施氮量减少而增加，蛋白质含量均随着施氮量减少而降低。对于直链淀粉含量，2 个水稻品种均表现为B处理显著低于CK，C、D 处理与CK 无显著差异，E、F 处理显著高于CK。对于胶稠度，2 个水稻品种均表现为B、C处理显著低于CK，D、E、F处理显著高于CK。对于蛋白质含量，2 个水稻品种均表现为B处理显著高于CK，C、D 处理与CK 无显著差异，E、F处理显著低于CK。对于食味值，2 个水稻品种均表现为B 处理显著低于CK，C 处理与CK 无显著差异，D、E、F处理显著高于CK。综上，侧深基施缓释氮肥量较常规基蘖氮肥量减少20%处理稻米食味品质和营养品质较优。

表7 缓释尿素减量侧深施对稻米营养品质和食味品质的影响Tab.7 Effects of side deep and reduced application of slow release-urea on rice nutritional and eating quality

3 结论与讨论

水稻产量构成因素主要包括穗数、穗粒数、结实率、千粒质量[20]。吴桂成等[21]研究认为，在保证水稻结实率和千粒质量的前提下，提高茎蘖成穗率是提高水稻产量的主要途径。本研究结果表明，在施氮量相同的情况下，当采用缓释尿素侧深施时可以显著提高水稻产量，这主要是由于有效穗数和千粒质量较常规施氮处理显著提高，可知采用缓释尿素侧深施时可以促进有效分蘖的形成，控制无效分蘖的发生，有利于抽穗后物质的积累，进而提高产量。常规施肥通过分施氮肥前期促进分蘖发生，中期保证足够的穗数，后期改善光合物质生产及干物质积累，在前期适宜的干物质积累量基础上增加后期干物质积累量是水稻高产的基础。本研究中，在施氮量相同的情况下，缓释尿素侧深施处理前期释放的养分满足了水稻前期生长的养分需求，而后期又追施了穗肥获得了较大的群体，群体干物质积累量和光合势总体显著提高。由于缓释尿素的释放速率较速效尿素缓慢，因此，当基蘖氮肥量减少10%和15%时，水稻产量仍然显著高于常规施氮处理，虽其穗粒数和结实率有所降低，但有效穗数和千粒质量较常规施氮处理显著提高，使得水稻仍然获得高产。在基蘖氮肥量减少20%时，水稻产量与常规施氮处理无显著差异，虽然穗粒数低于常规施氮处理，但有效穗数和常规施氮处理相当，而千粒质量显著高于常规施氮处理，从而保证产量与常规施肥处理无显著差异。当基蘖氮肥量减少25%和30%时，水稻产量显著低于常规施肥处理，虽然结实率与常规施肥处理无显著差异、千粒质量较常规施肥处理提高，但有效穗数显著低于常规施肥处理，这是由于前期施氮量减少加之缓释尿素释放的养分不能满足水稻前期生长的需要，导致分蘖发生较少，干物质积累不足，使得中期难以获得足够的颖花量，最终产量下降。可见在相同施氮量条件下，施用缓释尿素作基肥侧深施并追加穗肥可以显著提高水稻产量；在减少一定缓释尿素用量的情况下依然可以保证水稻产量，相比常规施肥处理不仅可以减少施肥次数，还降低了人工施肥成本。缓释尿素侧深施各处理水稻的千粒质量均高于常规施肥处理，这与沈欣等[22]研究发现的在机插侧深施肥条件下不同减氮量处理水稻结实率和千粒质量均高于农民习惯施肥处理的结果一致。

糙米率、精米率、整精米率是评价稻米加工品质的主要指标。莫钊文等[23]研究表明，机械深施缓控释肥一定程度上可以提高糙米率、精米率、整精米率，改善稻米的加工品质。本研究发现，与常规施肥处理相比，采用缓释尿素侧深施即使减少一定量的氮也可以改善稻米的加工品质，这与卞景阳等[19]研究发现的侧深施肥技术可以改善稻米加工品质的结果一致。稻米的蒸煮食味品质和营养品质是衡量优质稻米的重要标准。蛋白质含量是稻米营养品质的重要指标。前人研究表明，随着施氮量的增加，稻米蛋白质含量呈现上升的趋势[24]。本研究发现，与常规施肥处理相比，在相同施氮量甚至减少一定量氮的条件下，采用缓释尿素作基肥侧深施并于拔节期追施速效尿素能够显著提高稻米的蛋白质含量，这主要是由于缓释尿素在生育前期保证了一定的氮素供应，生育后期也能满足水稻籽粒的养分需求，从而提高蛋白质的含量。这与白雪等[18]、卞景阳等[19]研究发现的侧深施肥降低稻米蛋白质含量的结果不一致，原因是本试验采用缓释尿素作基肥侧深施，缓释尿素在水稻生育后期释放的养分能够满足水稻籽粒所需，从而提高了蛋白质含量。

水稻生产中，在获得高产的同时也要兼顾品质，综合产量和品质来看，采用缓释尿素作基肥侧深施并追施穗肥，当基肥施氮量较常规施肥处理基蘖肥施氮量减少20%时，水稻产量高于常规施肥处理，且还能改善稻米的加工品质和外观品质，提高稻米的食味品质。