隨水施肥技術在水稻上的應用研究

陳銳浩++程鳳嫻++官利蘭

摘要：為提高水稻施肥的均勻性和一致性，并減少勞動強度，通過施肥桶模型和田間試驗研究了水稻隨水施肥技術的流量穩定性和施肥均勻性，以及在水稻上的應用效果，探究水稻隨水施肥技術的可行性。結果表明：在稻田采用隨水施肥后16 h，均勻性變異系數降低至15%～10%之間，能滿足施肥均勻性的要求。在施肥作業時，施肥桶出水口起始開口角度30°，當液面低于40 cm后，開口角度45°，能維持施肥桶出水口流量的相對穩定。隨水施肥技術對水稻有效穗數、實粒數、產量等均有促進作用，同時顯著降低勞動成本，提高肥料利用效率和經濟效益。

關鍵詞：隨水施肥；水稻；均勻性；經濟效益

中圖分類號： S147.3；S511.06文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）05-0090-04

水稻（Oryza sativa L.）是我國最重要的谷類作物之一[1-2]，傳統的水稻施肥方式為人工撒施，費工費時，勞動強度大，且均勻性難以保障；受勞動力的限制，施肥次數也相對較少，每次施肥量均較大，這樣使得水稻長期處于“過飽過饑”的狀態，前期養分過多造成肥害，中后期養分不足，造成脫肥，難以滿足水稻整個生長期對養分的需求。同時，化肥的過度施用，大量養分流失到環境中，造成環境污染[3-7]；目前中國從事水稻生產的人員偏愛氮肥根深蒂固，施肥配比嚴重失調，不但降低了肥料利用率，而且嚴重影響稻谷的品質和增產增收。隨著我國人口壓力的不斷增大，外出務工人員不斷增加和人口老齡化，農業生產中勞動成本逐年上升，因此研究施肥技術的革新對提高水稻養分利用率和降低勞動成本具有重要意義[8-9]。

水稻隨水施肥技術是近年新發展的水稻水肥一體化施肥模式[10]，指在水稻灌溉的同時，借助灌溉水的動力將水溶性肥料隨水分散到田中，一方面可以節省施肥的人工，另一方面能夠實現“少量多次”，根據水稻的養分需求特點供應養分，達到高效、增產、節肥和節本的目的，施肥桶出水口流量穩定性和施肥的均勻性是隨水施肥技術的關鍵指標，但目前相關理論研究較少，流量輸出的恒定性以及施肥的均勻性等技術難題有待進一步解決。隨水施肥技術目前在大棚蔬菜種植應用廣泛[11-12]，通過肥水結合，讓可溶性的養分滲入土壤中再為作物根系所吸收，但用大水漫灌來沖施化肥，容易造成養分的隨水損失、水分利用率低的問題。同時，沖施化肥僅限于土壤表層，容易產生土壤鹽化[13]。在水稻上采用隨水施肥，可以實現少量多次施肥，減輕施肥工作量，并根據水稻養分規律及時供肥；水稻屬須根系作物，不定根發達，生育期的大部分階段需要淹水的環境且種植密度較大，隨水施肥是肥料溶于水，滲入地下被植物吸收，與水稻根系接觸面大，吸收快，吸收率高，減少了因作物來不及吸收而造成的肥料損失，同時滿足水稻的灌溉需求；隨水施肥還能避免施肥對水稻造成的機械損傷，克服封行后施肥困難。但水稻上采用隨水施肥可能存在施肥的均勻性；肥料停留在田間的積水中，養分的吸收會不會受影響等問題。針對水稻隨水施肥的問題，筆者進行了系統研究，主要研究了肥料在田間分布的均勻性，灌水口施肥速度與施肥均勻性的關系，隨水施肥與其他施肥方式相比對水稻生長的影響，分析其經濟效益和推廣的可行性，旨在為南方地區水稻隨水施肥技術的推廣應用提供理論參考。

1材料與方法

1.1隨水施肥技術均勻性研究

1.1.1試驗材料施肥桶模型：透明PVC管（外徑110 mm，內徑104 mm，長1.6 m），施肥桶出水口（4分口），內牙直通，恒流節水器，壓力補償閥，秒表，量筒，量杯。試驗于2015年在華南農業大學農學院植物營養系溫室進行。

田間試驗：于2015年3月在廣東省開平市赤坎鎮五龍村（22.4° N，112.6° E）進行。供試水稻品種為玉香油占。試驗用下墊物：PVC板（長20 cm，寬10 cm，高5 cm，材質為聚氯乙烯）；扇葉（如圖1所示，扇葉直徑19 cm，材質為塑料）。供試肥料為液體肥a（20-5-13）。

施肥桶設計：田間施肥桶為加厚塑料水桶（80 L），鉆孔后通過內牙直通等配件連接塑料施肥桶出水口，在施肥桶出水口和直通之間連接恒流節水器和壓力補償閥對施肥桶出水口流量進行調節使保持相對穩定，避免桶內液面下降過程中施肥桶出水口流量變化過大而造成施肥不均勻。施肥桶置于進水口的田埂上，將水溶性肥料在桶內加水溶解，配成濃縮肥液，同時在進水口安置一個扇葉，用加厚鐵絲固定于土中。打開進水口和施肥桶出水口，通過進水口的灌溉水流帶動扇葉轉動，肥液由施肥桶出水口流出，通過扇葉的帶動與灌溉水充分攪勻，以保證肥料與灌溉水快速混勻，確保施肥的均勻性。

1.1.2試驗設計施肥桶模擬試驗設施肥桶出水口角度為30°、45°、60°、90° 4個處理，每個處理3次重復。測定施肥桶中不同液面高度時出水口流量，每10 cm監測1次。

為研究不同下墊物對施肥均勻性的影響設無下墊物、PVC板、扇葉3個處理，每個處理3次重復。無下墊物處理指濃縮肥液在不加任何下墊物的情況下直接流入灌溉水進行混勻；PVC板處理指在施肥桶出水口的下方墊1塊PVC板，濃縮肥液與PVC板撞擊散開后再與灌溉水進行混勻；扇葉處理指在施肥桶出水口的下方放置扇葉，濃縮肥液撞擊扇葉，并由扇葉轉動與灌溉水進行攪勻。測定不同下墊物處理田間電導率（EC）的變化。

為研究不同田塊面積對隨水施肥技術施肥均勻性的影響設地塊面積333.5、667、1 334 m2 3個處理，分別記為Y1、Y2、Y3，每個處理3次重復。施肥后1、4、16 h分別按照對角線取樣法取5個點，用電導率儀測定不同位置田間水溶液EC值。

1.1.3測定項目施肥桶模型出水口開口角度為30°、45°、60°、90°時不同液面高度施肥桶出水口流量。

EC值采用DDS-307型電導率儀（上海精密儀器廠）測定。

1.2隨水施肥技術在水稻上的應用效果研究

1.2.1試驗材料試驗于2015年3—6月在廣東省開平市赤坎鎮五龍村（22.4 N，112.6 E）進行。該地區屬亞熱帶季風氣候區，年平均氣溫21.5 ℃，年平均降水量為1 700～2 400 mm。地勢平坦，各重復之間地力較均衡，前茬作物為水稻，雙季種植。供試土壤為紅壤，其基本理化性狀如下：pH值為5.85，堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別為186.0、24.9、115.0 mg/kg，有機質含量為46.2 g/kg。供試水稻品種為玉香油占。供試肥料：復合肥a（24-7-19）；復合肥b（16-16-16）；長效肥（18-10-18，以控氮為主）；液體肥a（20-5-13）；液體肥b（11-6-21）。

1.2.2試驗設計試驗采用隨機區組設計，3次重復，小區面積200 m2，設對照（不施肥，CK）、撒施（T1）、深施（T2）、沖施（T3）4個處理。對照不施肥；撒施處理基肥施用復合肥a 150 kg/hm2，分蘗中期施用復合肥b 450 kg/hm2；深施處理基施用長效肥600 kg/hm2，后期不再追肥；沖施處理基肥（2015-03-23）施用復合肥a 150 kg/hm2，分蘗初期（2015-04-01）追施液體肥a 120 kg/hm2，分蘗中期（2015-04-07）追施液體肥a 150 kg/hm2，孕穗期（2015-05-07）追施液體肥b 150 kg/hm2，具體施肥時間和養分投入量見表1。2015年3月23日插秧，種植密度為15萬穴/hm2，2015年6月29日收割，并進行產量和相關指標測定。表1水稻不同處理的養分投入量kg/hm2

時間CK撒施處理（T1）深施處理（T2）沖施處理（T3）NP2O5K2ONP2O5K2ONP2O5K2O2015-03-2303610.528.5108601083610.528.52015-04-01024615.62015-04-070727272307.519.52015-05-07016.5931.5總施肥量010882.5100.510860108106.53395.1

1.2.3測定項目各小區隨機選定15株水稻定期監測，成熟時于各小區中央隨機選定1 m2測定有效穗數，同時取9株水稻進行考種，烘干（14%的標準含水量）稱重，并考察穗粒數、結實率及千粒重等，并計算經濟效益。計算方法如下[14]：

凈收益=產出-肥料成本-施肥人工成本-設施成本；

產出（元/hm2）=稻谷產量（ kg/hm2）×當年稻谷價格（元/kg）。

成本和產出價格均依照2015年的市場價格計算，人工120元/d，8 h工作制。

1.3數據處理

試驗數據采用Microsoft Excel 2010（Microsoft Company）和SAS 8.1統計軟件進行相關數據處理和分析。

2結果與分析

2.1隨水施肥技術均勻性研究結果

2.1.1不同開口角度對施肥桶出水口流量的影響不同開口角度對施肥桶出水口流量的影響如圖2所示。不同開口角度流量均隨液面下降而緩慢下降。30°時，壓力補償效果較好，較長時間內維持流量相對恒定。液面下降到一定數值后，壓力補償失去效果，此時無法避免流量的減少。由圖2可知，起始開口角度30°，當液面低于40 cm以后，開至45°，可保持整個施肥過程流量相對平穩。

2.1.2不同下墊物對施肥均勻性的影響不同下墊物對施肥均勻性的影響如圖3所示，從圖中結果可以看出，3種方式施肥后1 h EC值均勻度變異系數呈下降趨勢，且扇葉處理的均勻度系數與無下墊物處理的均勻度系數間的差異達到 0.05 的顯著水平。PVC板處理的均勻度變異系數與無下墊物處理相比有所下降，但差異不顯著。說明下墊物為扇葉時，能顯著提高隨水施肥技術施肥的均勻性。因此試驗過程中以扇葉為下墊物。

2.1.3施肥后時間長短對施肥均勻性的影響由圖4可知，隨著時間的推移，Y1、Y2、Y3處理的均勻度變異系數均呈現

下降的趨勢。Y1與Y3施肥后1、4、16 h變異系數間的差異達到0.05的顯著水平，表明面積越大，施肥的均勻性也顯著下降。由圖5可知，施肥面積不同情況下，隨著施肥后時間的推移，均勻度變異系數均出現顯著下降，差異達到0.05的顯著水平，變異系數16 h后穩定在10%～15%之間。

2.2隨水施肥技術在水稻上的應用效果

2.2.1對水稻產量的影響從表2可知，沖施和深施處理有效穗數顯著高于撒施和對照處理，撒施處理與對照間的差異達到0.05的顯著水平。沖施處理每穴的實粒數顯著高于深施和對照處理，約為對照處理的1.5倍。施肥各處理千粒質量顯著高于對照處理，但不同施肥方式間差異不顯著。隨水施肥處理空秕率顯著低于撒施和對照處理。從產量上看，沖施處理顯著高于撒施、深施和對照處理，比撒施處理增產 729.59 kg/hm2，增幅11.42%，比深施處理增產1 392.11 kg/hm2，增幅達24.31%。綜上所述，隨水施肥技術增產效果顯著。

2.2.2對養分利用效率的影響由表3可知，沖施處理氮肥利用率顯著高于深施和撒施處理，與深施處理相比增幅達56.85%，與撒施處理相比增幅達46.60%。沖施處理磷肥利用率與深施和撒施處理間無顯著差異。不同施肥技術中鉀肥利用率表現為沖施>撒施>深施。沖施處理鉀肥利用率分別比撒施和深施處理高7.78、17.59百分點。由此可見，隨水施肥技術能有效提高水稻種植的肥料利用率，達到節肥目的。

2.2.3隨水施肥技術的經濟效益各處理的肥料投入成本如表4所示，均采用肥料的市場價格進行計算。液體肥料價格高，因此沖施處理肥料成本較深施和撒施處理高。

由表5可知，由于肥料成本的增加和施肥桶等設施成本、沖施處理的投入高于撒施和深施處理，但沖施處理人工成本比深施和撒施處理分別低48.37、160.87 元/hm2，節省施肥用工的投入。由于沖施處理產量提高，凈收益較撒施處理高316.47 元/hm2。深施處理雖施肥用工成本較低，但肥料成本較高，故凈收益較沖施處理仍少2 981.54 元/hm2?？梢?，隨水施肥技術經濟效益明顯高于其他2種施肥方式。

3討論與結論

壓力補償器一般通過改變不同壓力下水流通過流道的長度或過流斷面面積來調節流量，使流量在一定的壓力范圍內保持恒定[15]。施肥桶出水口通過壓力補償改良后，有一定的穩流作用，但由于無外源壓力，隨著液面的下降，無法避免桶內液壓的下降，流量不斷減小，在施肥作業時，起始開口角度為30°，當液面低于40 cm后，開口角度為45°，能維持施肥桶出水口流量的相對穩定；采用扇葉作為下墊物可使流體微團分散，因此能較好地迅速將濃縮肥液與灌溉水混勻，這與渦輪式攪拌器適用于低黏度到中等黏度流體的液—液分散描述一致[16]。

沖施處理施肥后1、4、16 h的均勻度變異系數呈現下降的趨勢且差異顯著，表明施肥結束后隨著時間的推移田間水層的EC值趨向一致，主要是因為溶質的擴散作用[17]，使均勻性逐漸提高。施肥后1 h均勻度變異系數均較大，可能是因為隨水施肥過程中水溶性肥料借助灌溉水動力分散到田間，若田間尚有水層存在，肥水只能推動田間水層往后移動，水溶肥料由近及遠擴散，故田間水層EC值表現為隨著與進水口距離的增加而降低，進水口處高，遠離進水口處低。不管田塊面積大小，均勻度變異系數在16 h后均能大幅下降，保持在 10%～15%之間，即施肥16 h后基本可以達到穩定。常用的拋撒式施肥機要求施肥均勻度變異系數CV≤20%，圓盤式撒肥機進行田間作業時橫向施肥均勻度變異系數CV為10%～15%[18]。由此可見，隨水施肥技術施肥后16 h，均勻度變異系數就能滿足施肥均勻性的要求，采用隨水施肥技術進行水稻施肥時，田間水層越少越有利于施肥均勻性的提高。

采用隨水施肥技術，水稻產量可達7 117.66 kg/hm2，比撒施處理增產729.59 kg/hm2，增幅達11.42%，較深施處理增產1 392.11 kg/hm2，增幅達24.31%。同時提高了養分利用率，氮肥利用率比撒施處理提高了10.55百分點，比深施處理提高12.03百分點，增幅分別達46.60%和56.85%。鉀肥利用率分別比撒施和深施處理高7.78、17.59百分點，增幅分別為23.38%、74.95%，磷肥利用效率差異不顯著。深施處理的氮磷鉀養分利用效率均比其他處理要低，可能是因為該長效肥主要為控氮產品，控磷控鉀功能較差，肥料損失較多。李殿平等開展的全程深施肥技術與本研究的隨水施肥技術有一定的相似性，其研究結果同樣表明，全程深施肥技術能夠促使水稻生育前期平穩生長，后期優勢生長，延長有效分蘗期，增加有效分蘗數，提高葉綠素含量和干物質積累量[19]。隨水施肥處理因采用“少量多次”[20-21]，并根據水稻需肥特點進行追肥，其氮磷鉀的養分利用率得到大幅度的提高[22-23]。

水稻隨水施肥技術的經濟效益均高于其他2種施肥模式，雖因采用的肥料為液體肥，成本高，但大幅度降低人工成本，降低水稻種植過程中施肥的勞動強度，因而顯著增產增收。隨水施肥技術的應用不限于僅使用商品復合液體肥，還可根據水稻的養分需求特點，采用尿素、氯化鉀、磷酸二銨等水溶性單質肥料配置成濃縮肥液，大幅度降低肥料成本，并提高肥料的利用效率。

隨水施肥技術水稻上能大幅度節肥、降低勞動成本并提高養分利用效率，增加產量，提高經濟效益低，而隨水施肥技術在其他作物上的應用方式及應用效果有待進一步研究。

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