控釋氮肥一次性減量基施和密植對機插粳稻產量、品質及經濟效益的影響

收稿日期：2023-10-17

基金項目：江蘇省重點研發計劃項目（BE2022338）；江蘇省農業科技自主創新資金項目[CX（23）3017]；全國農業重大技術協同推廣計劃項目（2022-ZYXT-04-1）；國家水稻產業技術體系項目（CARS-01）；江蘇省高等學校自然科學研究面上項目（22KJB210004）；江蘇省高校優勢學科建設工程資助項目（RAPD）

作者簡介：陸喜瞻（1998-），男，江蘇蘇州人，碩士研究生，研究方向為水稻產質效協同與水稻輕簡化栽培。（E-mail）228571866@qq.com

通訊作者：張洪程，（E-mail）hczhang@yzu.edu.cn；胡 群，（E-mail）huqun@yzu.edu.cn

摘要： 為探究控釋氮肥一次性減量基施及密植對機插粳稻產量、品質和經濟效益的影響，明確最優氮肥和栽插密度組合處理，以南粳5718為供試材料，在施用225 kg/hm2純氮條件下，將3種控釋期（60 d、80 d、100 d）的控釋肥和3個栽插密度（每穴栽插苗數分別為6、8、10）進行組合，共設置9種組合方式，并設置對照（CK）為300 kg/hm2純氮施用量+每穴栽插苗數為4+常規分次施肥，調查產量及其形成特征、稻米品質和經濟效益的差異。結果表明，2021、2022年各減氮處理中產量最高的均為80-6處理，較其他減氮處理產量顯著提高，較CK產量顯著降低4.77%～5.17%。拔節期至抽穗期，80-6處理的干物質積累量與其他減氮處理相比總體增加。在稻米品質指標方面，各減氮處理的堊白粒率、堊白度較CK降低，營養品質（蛋白質含量）顯著降低，但在外觀品質、食味品質方面均得到顯著改善。在經濟效益方面，80-6處理實現了2021、2022年控釋肥一次性基施下的最高經濟效益，經濟效益較CK增加3.60%～5.28%。因此認為，80-6處理在減氮和保證穩產的前提下，可以提升稻米品質，同時能夠獲得較高經濟效益，可作為機插粳稻豐產優質高效協同的一次性減氮施肥處理的氮肥和栽插密度組合。

關鍵詞： 粳稻；控釋肥；減氮密植；產量；品質；經濟效益

中圖分類號： S511.044 文獻標識碼： A 文章編號： 1000-4440（2024）08-1400-12

Effects of one-time base application with reduced amount of controlled-release nitrogen fertilizer and density increase on yield， quality and economic benefits of mechanized-transplanting japonica rice

LU Xizhan， ZHU Haibin， ZHANG Kaiwei， XU Fangfu， ZHU Ying， LI Guangyan， LIU Guodong，WEI Haiyan， HU Qun， ZHANG Hongcheng

（Research Institute of Rice Industrial Engineering Technology， Yangzhou University/Jiangsu Key Laboratory of Crop Cultivation and Physiology/Jiangsu Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops/Jiangsu Industrial Engineering Research Center of High Quality Japonica Rice， Yangzhou 225009， China）

Abstract： This study aimed to investigate the effects of one-time base application with reduced amount of controlled-release nitrogen fertilizer and increased density on the yield， quality and economic benefits of mechanized-transplanting japonica rice， thereby clarifying the optimal combination of nitrogen fertilizer and planting density. In the study， a japonica rice cultivar-Nanjing 5718 was selected as the test material. And nine combinations with three controlled-release periods （60 days， 80 days and 100 days） of controlled-release fertilizer and three planting densities （six seedlings per hole， eight seedlings per hole and ten seedlings per hole） were set up under 225 kg/hm2 pure nitrogen， while the conventional split fertilization treatment with 300 kg/hm2 pure nitrogen and a planting density of four seedlings per hole was installed as the control （CK）. The differences in yields and their formation characteristics， rice quality， and economic benefits were investigated. The results showed that the yield of 80-6 treatment was the highest in all nitrogen reduction treatments in 2021 and 2022， which was significantly higher than that of other nitrogen reduction treatments， and the yield was significantly reduced by 4.77%-5.17% compared with CK. From jointing stage to heading stage， the dry matter accumulation of 80-6 treatment was generally increased compared with other nitrogen reduction treatments. In terms of rice quality， the chalky grain rate and chalkiness degree of each nitrogen reduction treatment were lower than those of CK， and the nutritional quality （protein content） was significantly reduced， but the appearance quality and taste quality were significantly improved. In terms of economic benefits， the 80-6 treatment achieved the highest economic benefits under the one-time basal application of controlled-release fertilizer in 2021 and 2022， and the economic benefits increased by 3.60%-5.28% compared with CK. Therefore， 80-6 treatment can improve rice quality and obtain higher economic benefits under the premise of reducing nitrogen and ensuring stable yield. It can be used as a combination of nitrogen fertilizer and planting density for one-time nitrogen reduction fertilization treatment with high yield， high quality and high efficiency of mechanically transplanted japonica rice.

Key words： japonica rice;controlled-release fertilizer;nitrogen reduction and density increase;yield;quality；economic benefits

水稻是中國重要的糧食作物，其高產穩產對于維護中國糧食安全具有舉足輕重的意義[1]。當前，隨著中國糧食供給側結構性改革的進行，水稻生產已經由單一的高產導向轉變為“高產、優質、高效、生態、安全”多方向協調發展。氮素是影響植物生長發育的關鍵元素，對水稻產量、品質的形成具有重要影響。然而，在實際生產過程中，農戶往往為追求高產而施用過量氮肥[2-3]，這雖然有利于激發水稻生長潛力，但也帶來了稻米品質下降、氮素利用效率低和環境污染等問題。同時，隨著農村勞動力短缺和勞動力價格迅速上漲，農戶普遍使用的常規分次施肥技術帶來了高昂的勞動力開支，壓縮了水稻生產的經濟效益。因此，迫切需要將施肥技術朝著精量施肥、簡化施肥的方向轉變[4-5]。

控釋氮肥一次性基施技術是一種具有高機械化程度、低作業成本的肥料施用技術，即在水稻播種或移栽前將其全生育期所需的氮肥以控釋肥形式全量施入大田，后期不再進行追肥。相較于常規分次施肥技術，這種技術可大幅減少施肥次數，從而降低勞動成本[6-8]。另外，得益于生產企業日益成熟的制造工藝和技術，目前已經能夠實現部分控釋肥產品養分釋放和水稻吸收相匹配，從而實現氮肥的高效利用。有研究發現，在等量施用氮肥的條件下，與常規尿素分次施肥相比，控釋肥一次性基施處理可以增產17.75%，使氮肥利用效率提高27.64%，并使氮肥農學效率顯著提高[9-11]。然而，減少氮肥用量可能會導致水稻單位面積穗數、每穗粒數減少，從而影響產量。前人研究發現，通過適度密植能夠充分發揮群體優勢，提升水稻群體穎花量以實現增產[12-15]。通過改變機插秧行株距可以實現水稻減氮密植栽培，較單一減氮處理明顯增產，并且部分品種相較于常規對照能達到穩產效果[16-18]。

然而，已有的關于減氮密植的研究成果主要基于常規分次施肥，有關施用控釋肥配合減氮密植措施對稻米產量和品質影響的研究較少。因此，本研究的目的是探討密植及控釋氮肥一次性減量基施對機插粳稻產量和品質的影響，明確與其養分吸收相匹配的最優氮肥和栽插密度組合處理。旨在為水稻氮肥的高效利用和水稻高產、優質及高效生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗于2021-2022年在揚州大學校外試驗基地江蘇省宿遷市泗洪縣現代農業園區進行，土壤類型為黏壤土，有機質含量為27.31 g/kg，有效氮含量為118.42 mg/kg，速效磷含量為32.34 mg/kg，速效鉀含量為85.64 mg/kg。供試水稻品種為南粳5718，是優質食味遲熟中粳品種，生育期為145～150 d。供試肥料為山東茂施生態肥料有限公司提供的3種不同控釋期的控釋氮肥，控釋周期分別為60 d、80 d、100 d。

1.2 試驗設計

采用毯苗機插塑盤育秧，2年均于5月28日播種，播量設置為1盤150 g，并均于6月17日在秸稈還田條件下移栽。將行距×株距調整為30 cm×11 cm，分別設置1穴6苗、1穴8苗、1穴10苗3個栽插密度進行栽插，并在純氮施用量為225 kg/hm2的條件下分別一次性基施60 d、80 d、100 d控釋氮肥，基肥于移栽當天以側深施肥方式同步施入。同時，設置對照（CK），1穴栽插秧苗4株，在300 kg/hm2總氮施用條件下分施基肥、分蘗肥、穗肥，施用比例為3.5∶3.5∶3.0?；视谝圃郧? d施入，分蘗肥于移栽后7 d施用，穗肥于倒3.5葉期施用。磷肥（P2O5）、鉀肥（K2O）施用量均為94.5 kg/hm2，前者為過磷酸鈣（含12.5% P2O5），后者為氯化鉀（含57.0% K2O），均作為基肥于移栽前1 d一次性施入。表1為各處理的設置。

在本試驗中，每個處理設置2個重復，總共20個小區。每個小區的面積為20 m2。在不同肥料處理間采用覆膜田埂進行分隔，以防肥水交換。田塊在水稻移栽后進行化學除草和病蟲害防治，田間水分管理遵循生育中期擱田，收獲前7 d斷水，其余時間保持淺水層。

1.3 測定項目

1.3.1 莖蘗動態 各小區設置2個觀測點，并在每個觀測點選取10穴，移栽后每7 d記錄1次莖蘗動態，直至抽穗期。

1.3.2 干物質與葉面積 （1）干物質量的測定。分別于拔節期、抽穗期和成熟期依據平均莖蘗數在各小區進行取樣，取有代表性的植株3穴，將每穴植株分成莖、葉、穗（抽穗后）后放入烘箱，105 ℃殺青30 min，于80 ℃烘至恒重后稱重量。（2）葉面積指數的計算。分別于拔節期、抽穗期和成熟期依據平均莖蘗數在各小區進行取樣，取具有代表性的植株3穴，采用比重法測定葉面積。從每穴隨機取20張葉片，統一剪取0.1 m長度的葉片作為比重葉，用直尺測量出每張葉片寬度并求取總和（W），在烘干后對比重葉干物質、每穴葉片總干物質進行稱重量，每穴葉面積=每穴葉片總干物質量×0.1×W/比重葉干物質量。

1.3.3 產量及其結構 在各小區普查3個連續50穴的穗數，測量單位面積有效穗數，按照各小區每穴平均穗數取3穴，考察每穗粒數、結實率、千粒重，稱取1 000實粒干種子的重量，重復稱量3次（誤差不超過0.05 g）。測定實際產量，在各小區收獲3個連續的50穴，曬干后按14.00%含水率折算成實際產量。

1.3.4 稻米品質 參照《優質稻谷》（GB/T17891-2017）測定稻米的加工品質（糙米率、精米率和整精米率）；通過萬深CE-E大米外觀檢測儀測定稻米外觀品質（堊白粒率和堊白度）[19-20]。

使用全自動凱氏定氮儀（KjeltecTM8400， FOSS）測定精米總氮含量，以5.95的轉換系數計算總蛋白質含量[20]；通過碘藍法測定稻米中的直鏈淀粉含量[21]。通過食味儀（STA/A，日本佐竹公司）測定稻米食味值、平衡度、黏度、硬度和外觀值，具體步驟如下：取30 g精米，加入39 g純水，浸泡30 min后上鍋蒸煮，30 min后關閉電源燜煮10 min，然后在降溫盒中降溫20 min，取出后在室溫（25 ℃）條件下冷卻1.5 h，隨后使用米飯食味儀測定相關指標[22]。

1.3.5 經濟效益 經濟效益的計算公式：EB=YR-LW-MW-OW。式中，EB為1 hm2經濟效益（元），YR為水稻產量收入（元），LW為1 hm2人工和其他成本（元），MW為1 hm2種子成本（元），OW為1 hm2肥料成本（元）。其他成本包括地租、機械費用、農藥費用、管理費用、灌溉費用等。上述參數的計算參照生產季度當時的市場價格，包括水稻價格、用工價格、油價、水價等。

1.4 數據統計與計算

用Excel 2010處理數據，運用DPS V7.05數據處理軟件進行統計分析，以最小顯著性差異法（LSD）進行多重比較（P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 產量及其構成因素

由表2、表3可知，不同肥料與密度組合處理的機插稻產量有顯著差異。在減氮處理中，隨著控釋肥釋放期的增加，水稻產量呈現先增后減的趨勢，其中控釋期為80 d的處理的產量顯著高于其他處理（P<0.05）。隨著每穴苗數的增加，產量呈現降低的趨勢，每穴苗數為6株的處理的產量顯著高于其他處理（P<0.05）。80-6處理的產量是各減氮組合中最高的，2021年、2022年分別達10.28 t/hm2、10.38 t/hm2，2021年分別較60-6、100-6處理增加了4.15%、3.21%，2022年分別較60-6、100-6處理增加了4.74%、3.39%，但2021年、2022年分別較CK減產5.17%、4.77%。

在產量構成因素方面，控釋期的延長會導致穗數逐漸降低、穗粒數逐漸增加，群體穎花量呈先增后降的趨勢。在相同控釋期、不同每穴苗數處理間，穗粒數、群體穎花量呈現與產量相似的規律，即以每穴苗數為6株的處理最高；穗數呈現與產量相反趨勢，以每穴苗數為10株的處理最高。與60-6處理相比，80-6處理的穗數減少了3.09%～3.20%，穗粒數增加了8.79%～8.97%，群體穎花量增加了5.31%～5.53%；與100-6處理相比，80-6處理的穗數增加了1.72%～8.53%，穗粒數減少了0.19%～2.94%，群體穎花量增加了1.35%～5.16%。除80-6處理外，各減氮處理的群體穎花量較CK顯著降低了6.28%～14.42%。不同減氮處理在結實率上無顯著差異，與CK相比顯著增加了0.88%～1.95%。大部分處理的千粒重之間無顯著差異。

2.2 群體莖蘗動態和成穗率

由表4、表5可知，與CK相比，不同肥料與密度組合對機插稻生育期的莖蘗數有顯著影響。隨著控釋肥釋放期的延長，莖蘗數呈現下降的趨勢；隨著每穴苗數的增加，高峰苗期、拔節期、抽穗期和成熟期的莖蘗數均呈現增長趨勢。在高峰苗期和拔節期，一次性施肥處理的莖蘗數均高于CK，增幅為2.91%～34.33%。在抽穗期，除2021年的80-6、100-6、100-8處理與2022年的80-6、100-6處理外，其他一次性施肥處理的莖蘗數均較CK增加，增幅為6.73%～24.63%。在成熟期，各減氮處理的莖蘗數與CK相比規律不明顯。成穗率的變化趨勢與莖蘗數相反，隨著控釋肥釋放期的延長，莖蘗成穗率呈現升高的趨勢；隨著每穴苗數的增加，莖蘗成穗率呈現下降的趨勢。相較于CK，各減氮處理的莖蘗成穗率均降低，降幅為11.76%～21.00%。

2.3 群體干物質積累量

由表6、表7可知，與CK相比，不同肥料與密度組合處理對水稻干物質積累量有顯著影響。在播種期至拔節期，隨著控釋肥釋放期的延長，干物質積累量呈現降低的趨勢；隨著每穴苗數的增加，干物質積累量呈現增長的趨勢。60-10處理的干物質累積量最高，較其他減氮處理增加0.19%～22.48%。拔節期至抽穗期、抽穗期至成熟期的干物質累積量呈現如下規律：隨著控釋肥釋放期的延長，干物質積累量呈現增長或先增后降的趨勢；隨著每穴苗數的增加，干物質積累量呈現降低的趨勢。在各減氮處理中，80-6、100-6處理的干物質積累量整體較高，在抽穗期至成熟期分別較其他減氮處理增加了2.83%～18.32%、0.40%～17.70%，但分別較CK降低了3.58%～5.34%、5.84%～6.66%。收獲指數總體呈現出與拔節后干物質積累量相似的趨勢，各減氮處理的收獲指數較CK降低了0.42%～3.58%。

2.4 稻米加工和外觀品質

由表8、表9可知，與CK相比，各減氮處理的精米率下降了0.07%～2.15%。在外觀品質方面，堊白粒率、堊白度呈現如下規律：隨著控釋肥釋放期的延長，先降低后升高；隨著每穴苗數的增加，堊白粒率、堊白度總體呈現升高的趨勢。各減氮處理的堊白粒率、堊白度較CK均顯著降低（P<0.05）。相較于其他減氮處理和CK， 80-6處理的堊白粒率、堊白度分別下降了0.45%～12.17%、1.16%～40.86%。

2.5 稻米營養、蒸煮食味品質

由表10、表11可知，不同肥料與密度組合處理對稻米蛋白質含量、直鏈淀粉含量和食味值均有顯著影響。隨著控釋肥釋放期的延長，蛋白質含量呈現增長的趨勢；隨著每穴苗數的增加，蛋白質含量呈現降低的趨勢。相較于CK，各減氮處理的蛋白質含量呈下降趨勢，降幅為1.89%～7.19%。直鏈淀粉含量、食味值的變化表現出如下規律：隨著控釋肥釋放期的延長，直鏈淀粉含量、食味值呈現下降趨勢；隨著每穴苗數的增加，直鏈淀粉含量、食味值呈現升高的趨勢。各減氮處理的直鏈淀粉含量較CK增加了2.88%～7.93%，食味值較CK升高了0.45%～8.67%。

2.6 經濟效益

由表12、表13可知，不同肥料與密度組合處理對機插稻經濟效益的影響顯著。隨著控釋肥釋放期的延長，經濟效益呈現先上升后下降的趨勢，且控釋期為80 d的處理的經濟效益顯著高于其他處理（P<0.05）。相較于80-8、80-10處理，80-6處理的經濟效益分別提高了14.59%～14.92%、37.10%～38.95%。隨著每穴苗數的增加，經濟效益降低，每穴苗數為6株的處理的經濟效益顯著高于其他處理（P<0.05），與60-6、100-6處理相比，80-6處理的經濟效益分別提高了17.08%～19.38%、12.90%～13.22%。而相較于CK，80-6處理的經濟效益提高了3.60%～5.28%。

3 討論

3.1 控釋氮肥一次性減量基施和密植條件下機插粳稻的產量和群體質量特征

肥料，特別是氮肥的調控技術是影響水稻高產穩產栽培的關鍵因素之一[23-25]。其中，減氮密植已成為近年來水稻高產栽培的熱點研究之一。朱相成[26]認為，在180 kg/hm2氮肥用量、減少30%施氮量的前提下，可以通過增加40%的基本苗數獲得穩產和高產。蔡桂青[27]認為，在240 kg/hm2氮肥水平、減少25%施氮量的條件下，可以通過增加20%的基本苗數獲得高產。本試驗結果表明，在一次性施肥且減氮25%的條件下，不同控釋氮肥與密度組合對產量有顯著影響，各減氮處理中以80-6處理的機插稻產量較高。產生上述結果可能與控釋氮肥的養分釋放特征有關：釋放期為60 d的控釋氮肥在水稻生長前期養分釋放速率過快，導致無效分蘗增多，而后期養分供應不足，導致光合生產力下降，干物質積累量也隨之降低；100 d控釋肥處理減產是由于其養分釋放過慢，前期的養分釋放量少，養分供應不足造成分蘗發生不足，使得單位面積穗數減少，群體穎花量不足，雖然在中后期能夠持續提供養分，但仍無法實現高產。在80 d控釋肥處理下，其釋放周期能匹配水稻前期分蘗發生所需的養分，促進有效分蘗的發生和群體穎花量的增長，且在中后期仍能為抽穗、籽粒灌漿提供養分，從而形成較高產量[28-29]。此外，本試驗還發現，相較于80-6處理，盡管80-8、80-10處理均增加了栽插密度，但產量仍低于80-6處理；與CK相比，雖然80-6處理增加了栽插密度，但產量仍低于CK。上述結果說明，本試驗中限制產量進一步增加的主要原因是氮肥施用量，而不是密度。因此，在減氮25%的條件下，在控釋氮肥一次性基施條件下提高栽插密度并不能平衡氮肥施用量降低導致的產量降低，這與前人研究結果[12]一致。蔣偉勤[30]認為，施用控混肥能更好地匹配水稻養分吸收規律、提高氮素利用率，從而促進群體穎花量的增加，實現水稻增產。因此，接下來我們將研究施用控釋氮肥組合，而不是單一的控釋氮肥。

3.2 控釋氮肥一次性減量基施和密植條件下優質食味粳稻稻米品質特征與經濟效益

加工和外觀品質對稻米的商業價值至關重要。其中，前者在稻米流通中扮演著重要角色，而后者直接影響了稻米在市場上的認可度和單位價格[31]。前人關于增加種植密度會如何影響稻米加工品質尚無定論，這可能與增加密度的方式有關[13]。本研究發現，通過增加每穴栽插苗數而非減少行株距來實現密植，可以獲得主莖成穗占比更大的產量群體，而水稻主莖穗籽粒往往較分蘗穗具有更好的加工品質[32]，這可能是密植處理加工品質改善的原因。在本研究中，粳稻的外觀品質取得了顯著提升，可能是因為控釋肥的養分釋放相對平穩，有助于維持籽粒灌漿物質的合成與轉運速度的平穩，減少胚乳中的孔隙結構，從而改善籽粒的外觀品質[33]。

近年來，消費者越來越關注稻米的營養和食味品質。營養品質主要以蛋白質含量為評定指標，而蛋白質含量、直鏈淀粉含量共同影響著稻米的食味品質[34]。在本研究中，減氮水平下不同控釋氮肥處理的蛋白質含量均較CK顯著降低，且表現為隨著控釋期的延長蛋白質含量增加的趨勢。這一結果可能是因為氮素釋放期延長導致水稻植株生長后期氮素養分過多，促進了籽粒蛋白質合成[35-36]。在本試驗中，具有較低蛋白質含量的減氮密植處理表現出較高的食味品質，是由于稻米食味主要受到蛋白質含量的影響。此外，增加種植密度還將導致單莖可吸收的氮素含量較少，使得蛋白質合成受到抑制，因此呈現出蛋白質含量隨著栽插密度的提高不斷降低的趨勢，而食味品質則得到改善[37-39]。

對于農民而言，經濟效益是推動農業生產的強有力動力之一。在本試驗中，我們發現80-6處理在一次性基施控釋肥下實現了最高的經濟效益。盡管CK的產值顯著高于所有控釋肥減氮密植處理，且肥料成本最低，但由于CK需要人工分次施肥，受限于高昂的人工成本，其經濟效益反而低于80-6處理。考慮到當前中國面臨的人口老齡化、勞動力短缺問題不斷加劇，未來人工成本差距預計進一步擴大。因此，通過一次性基施控釋肥減氮密植，從而提高水稻產質效協同的可行性將持續提高。然而，從目前情況看，80-6處理的產量并不能更好地實現高產穩產。因此，進一步優化一次性施肥條件下的減氮密植設置，進一步提高水稻產量，將有助于在實現經濟效益的同時更好地保證水稻糧食安全。

4 結論

與常規分次施肥相比，在控釋氮肥一次性減量基施和密植的種植方式下，稻米產量雖有一定下降，但80-6處理仍取得較高水平。因此，建議在優質食味粳稻種植中一次性基施控釋氮肥225 kg/hm280 d，并1穴栽插6株苗，能在保證產量的前提下提升稻米品質，同時獲得較高經濟效益，可作為機插粳稻豐產優質高效協同的一次性減氮施肥的氮密組合。

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（責任編輯：徐 艷）