機械側深施肥和栽培密度對水稻產量及氮肥利用率的影響

汪 浩 周永進 李 忠* 吳文革

（1郎溪縣農業技術服務中心，安徽郞溪 242100；2安徽省農業科學院水稻研究所，安徽合肥 230001）

水稻是我國重要的糧食作物之一，為50%以上人口提供主食[1-2]。在過去幾十年，隨著水稻新品種的培育、栽培技術的進步以及農業基礎設施的逐步完善，我國水稻產量實現了質的飛躍。全國水稻單產從1978 年的3.97 t/hm2上升到2020 年的7.07 t/hm2。然而，我國農業發展走過了一條高投入、高資源環境代價的道路，資源投入持續增加、產量不穩、肥料利用效率低下、環境安全問題凸顯[3]。過量的化肥氮肥投入既降低了作物氮素利用效率（NUE）[4]，也對人類棲息地環境造成了威脅[5]。如何實現糧食穩產、養分高效和環境安全協同發展是我國農業生產的重大課題。

近些年，伴隨農村勞動力結構和種植業生產經營主體結構變化，傳統農業生產模式已嚴重制約農業生產高質量發展，糧食生產全程機械化和優質綠色增產栽培技術模式是必然發展方向。水稻機插側深同步簡化減量施肥技術是一種行之有效的方法。該技術將高速插秧機有效結合配套的精確定量施肥機[6]，在機插秧操作的同時，將肥料定量、精準推送到距離水稻秧苗側深5 cm（距離根部5 cm且深度為5 cm）的耕作層中，肥料肥力在水稻生長關鍵期緩慢穩定釋放，利于水稻根部向下生長和吸收養分。同傳統的施肥方式相比，既減少了施肥次數，減輕了勞動強度，又降低了化肥使用量，節約了成本；既減少了肥料的隨水流失和揮發損失，提高了化肥利用率，又避免了過量施用化肥對環境造成的污染，是緩解農業面源污染的關鍵措施之一。

關于機插側深施肥技術已有大量研究，但多集中于肥料類型篩選以及肥料運籌方式等方面，而對施肥方式與栽培密度兩者綜合的研究相對較少。鑒于此，本研究以水稻Y兩優17為研究對象，設置3種不同的種植密度（M1：30 cm×14 cm、M2：30 cm×18 cm和M3：30 cm×21 cm）和2 種施肥方式（CK：普通機插秧+常規施肥；YH：機插同步側深施肥），通過對比不同處理對水稻分蘗及成穗的影響，探討栽培密度和施肥技術對水稻產量的影響，以期為深入研究和理解水稻產量形成的調控機制提供理論參考和科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為秈型兩系雜交水稻品種Y兩優17。

1.2 試驗設計與田間管理

采用大棚硬盤基質旱育秧方法，種子用量為26.25 kg/hm2。5月17日流水線播種，6月9日統一移栽，秧齡為22 d。設置3種不同密度（M1：30 cm×14 cm、M2：30 cm×18 cm 和M3：30 cm×21 cm）和2種不同施肥方法共6個處理（表1），每個處理3次重復。T1、T3和T5處理田塊采用普通機插秧+常規施肥的方式（CK，總施氮量188.25 kg/hm2），6 月8 日結合整田，統一施底肥（N-P-K=19%-10%-19%紅四方江淮復合肥）450.00 kg/hm2，6月20日統一追施分蘗肥尿素150.00 kg/hm2，7 月12 日（分蘗盛期）開始烤田，7 月22 日烤田結束復水并追施穗粒肥（N-P-K=18%-18%-18%）187.50 kg/hm2。T2、T4和T6處理田塊采用機插側深一次性施肥N-P-K=25%-10%-14%專用控釋肥450.00 kg/hm2+分蘗肥的方式（YH，總施氮量181.50 kg/hm2）。6 月9 日機插秧同步側深施肥NP-K=25%-10%-14%復合肥450.00 kg/hm2，6月20日統一追施分蘗肥尿素150.00 kg/hm2。其他栽培措施統一按照當地大田管理方式進行。

表1 水稻全程機械化試驗設計

1.3 測定指標與方法

1.3.1基本苗調查6 月16 日（移栽后的7 d）每塊大田定位生長發育一致的水稻20 穴，調查基本苗。

1.3.2水稻分蘗、產量和氮肥偏生產力測定定點觀察統計每個處理的水稻最高分蘗數，并換算成單位面積最高分蘗數。計算水稻分蘗力。于水稻收獲期，在每個處理田塊中間取3個5 m2的面積，采用小型聯合收割機進行實產測定。籽粒自然晾干稱重，并采用谷物水分測定儀測定稻谷的含水量。然后將稻谷換算成含水量為13.5%的產量。最后根據實測面積和實測產量換算出單位面積產量，即為實際產量。每個小區調查12 穴（4 行×3 穴）的有效穗數，并換算成單位面積穗數。同時計算每穗粒數、結實率和千粒重，然后計算理論產量。水稻氮肥偏生產力=水稻實際產量/氮肥總量。水稻分蘗力和成穗率的計算公式如下：

水稻分蘗力=（單位面積水稻最高分蘗數-單位面積水稻基本苗）/單位面積水稻基本苗；

水稻成穗率（%）=（單位面積水稻有效穗數/單位面積水稻最高分蘗數）×100

1.3.3水稻性狀及產量構成相關性分析采用Canoco 5 軟件將基本苗、最高分蘗數、有效穗、分蘗力、成穗率、每穗粒數、結實率、千粒重、產量和氮肥偏生產力進行相關性分析。

1.3.4數據計算和統計分析采用Excel 2013進行數據的錄入與計算；運用DPS 9.01 數據處理系統進行完全隨機設計-單因素數據統計分析，采用最小顯著差異法（LSD 法）進行數據間的多重比較；采用Origin 2022和Canoco 5軟件進行作圖。

2 結果與分析

由表2 可知，T1和T2處理的水稻公頃基本苗顯著性高于其他處理，其原因為插植密度最大。T1和T2處理的水稻最高分蘗數顯著性高于其他處理，而相同種植密度下YH施肥方式的水稻最高分蘗數均大于CK 施肥方式，但是只有T3和T4之間的差異達到顯著水平（P＜0.05）。有效穗的結果則是表明T3和T4處理下的有效穗數顯著性低于其他處理。T2處理的有效穗數顯著性高于T1處理，表明在30 cm×14 cm的插植密度下，YH施肥方式有利于增加稻田有效穗數。分蘗力方面，YH 施肥方式下的分蘗力均大于CK 施肥方式，但只有在T4和T3之間達到顯著性水平。M1和M2種植密度下YH 施肥方式和CK 施肥方式的成穗率差異未達到顯著性水平。

表2 不同處理對水稻分蘗及成穗的影響

由圖1 可知，CK 施肥方式下，株高趨勢為T1＞T3＞T5，表明了常規施肥處理下，隨著插植密度的增加，株高呈現下降趨勢。而YH 施肥方式下，T2、T4和T6處理的株高未達到顯著性差異，在同一插植密度下YH施肥方式的株高均顯著性大于CK施肥方式（T2＞T1，T4＞T3，T6＞T5）。可見，YH施肥方式有利于水稻高產群體的建立。

圖1 不同處理的水稻株高對比

通過產量和產量構成因素分析可知（表3），相同插植密度處理下，YH施肥方式的每穗粒數均顯著性大于CK施肥方式，這一結果暗示著相比于普通機插秧+常規施肥的方式，機插同步側深施肥方式有利于水稻每穗粒數的形成。相同施肥處理方式下，M2插植密度下的水稻每穗粒數顯著性大于M1和M3，表明合適的插植密度有利于水稻每穗粒數的形成。相同密度下，YH 施肥方式的結實率均顯著性低于CK施肥方式，分析其原因為CK施肥方式在水稻幼穗分化期施用了穗粒肥，有利于水稻的籽粒灌漿。對比產量結果和氮肥偏生產力發現，相同密度下的YH施肥方式產量和氮肥偏生產力均顯著性高于CK 施肥方式，M1、M2和M3處理下的理論產量和實際產量分別提升了15.34%、18.24 和17.60%，15.78%、17.65%和17.60%，氮肥偏生產力分別提升了20.08%、22.02%和21.77%，氮肥施用量減少3.59%。表明機插同步側深施肥方式有利于水稻產量和氮肥偏生產力的形成，同時減少了氮肥施用量。而在相同施肥方式下M1＞M2＞M3，說明在合理的插植密度范圍內，適當增加插植密度有利于提高水稻產量和氮肥偏生產力。

表3 不同處理的水稻產量、產量構成因素及其偏氮肥生產力

由圖2 可知，T1和T2處理的有效穗、分蘗力、分蘗數、基本苗、產量和氮肥偏生產力呈現正相關，表明在光溫資源有限的基礎上，合理的密植能夠顯著性提高水稻的分蘗數、分蘗力以及基本苗的形成，為水稻高產群體的構建奠定了基礎。同時，合理密植有利于水稻有效穗數的增加，有效彌補了結實率降低的不足，進而提高了水稻的產量。合理的密度還有利于提高水稻的氮肥偏生產力。以上結果表明，3種插植密度中，30 cm×14 cm 的插植密度最有利于水稻產量形成和氮肥的利用。

圖2 水稻性狀及產量構成相關性分析

3 結論與討論

水稻產量構成因子是水稻產量形成的關鍵[7]。本研究結果表明，機械側深施肥技術能夠有效提高水稻的最高分蘗數、有效穗數和產量，前人的研究同樣證實了這一觀點[8-10]。機械側深施肥技術在氮肥施用量減少3.59%的基礎上，還能夠顯著提高產量15.34%～18.24%，有效促進水稻增產的同時又保護了環境。傳統的施肥方式直接在水稻田表層施用大量肥料，極易導致氮肥的硝化和反硝化作用而分解，造成氮肥浪費，而機械側深施肥則可以有效避免氮肥的損失且對環境友好[11]，這與本研究的觀點相一致。我國的氮肥利用率遠低于國際平均水平。機械側深施肥技術可以顯著提高氮肥利用率，是實現氮肥利用率和水稻產量協同提升的關鍵[12]。本研究結果同樣證實機械側深施肥技術在提高肥料利用率的同時增加了水稻的產量。此外，隨著我國從事農業的勞動力老齡化問題加劇，大量勞動力轉移，嚴重影響了農業生產[13]。相比于傳統施肥方式，水稻機械側深施肥減少了穗粒肥的施用，操作簡化且有效減少了勞動力的投入，符合水稻生態化發展理念。栽培密度是水稻群體構建和產量形成的關鍵[14]。高密度栽培有利于增加單位面積的穗數，但是加劇了個體間的競爭，導致穗多、穗小、粒輕和產量低下等問題[15]；低密度有利于水稻個體的發育，但是影響群體結構和產量[16]。因此，合理的密植是水稻高產的關鍵。本研究結果表明，相比于其他處理，M1處理下水稻的分蘗、穗數和產量都能夠得到最大發展。

綜上，本研究將機械側深施肥技術與合理的栽培密度相結合，研究了不同密度和不同施肥方式下水稻群體質量和產量的形成規律，證實水稻機械側深施肥結合合理的栽培密度的技術具有優越性，科學減少了氮肥施用總量，減輕勞動強度，在降低生產成本的同時提高了肥料利用率和水稻產量。本研究為制定水稻優質高產綠色發展方案提供了理論依據和實踐意義。