機(jī)插水稻側(cè)深施肥及其對(duì)水稻和環(huán)境的影響研究

馬軍 葉迎 趙考誠 黃麗芬 莊恒揚(yáng)

（揚(yáng)州大學(xué)/江蘇省作物遺傳生理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育點(diǎn)，江蘇 揚(yáng)州225009；第一作者：1289973246@qq.com；*通訊作者zhy7979356@sina.com）

氮肥是水稻生長(zhǎng)中最常見的營養(yǎng)肥料，水稻產(chǎn)量受氮肥施用量直接影響[1]。但在當(dāng)今中國的水稻生產(chǎn)中普遍存在著氮肥施用過量的問題，致使施氮量與水稻產(chǎn)量并沒有一直呈線性正相關(guān)關(guān)系[2]。盲目增施氮肥不僅會(huì)降低氮肥利用率，還會(huì)釋放有毒氣體造成環(huán)境污染[3]，不利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，也增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本。

采用不合理的施肥方式很大程度上會(huì)導(dǎo)致過量施氮。在我國水稻生產(chǎn)中，因受經(jīng)濟(jì)、設(shè)備條件等限制，大部分地區(qū)依然采用人工方式在水稻種植前撒施化肥，此種施肥方式不僅勞動(dòng)強(qiáng)度高，而且肥料會(huì)因風(fēng)力和光照等因素造成揮發(fā)損失，因地表水浸泡造成蒸發(fā)、徑流損失，也會(huì)因地下滲漏造成滲透損失，肥料利用率也因而偏低[4-5]，必須撒施充足的肥料才能滿足水稻生產(chǎn)需求，往往導(dǎo)致氮肥施用過多。隨著我國經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，水稻機(jī)插側(cè)深施肥技術(shù)逐漸新興起來，并成為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一[6]。本文將前人關(guān)于水稻側(cè)深施肥技術(shù)模式的研究以及側(cè)深施肥在水稻上的應(yīng)用效果和對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行了分析和總結(jié)。

1 水稻側(cè)深施肥技術(shù)模式

水稻側(cè)深施肥技術(shù)是指水稻插秧機(jī)在插秧的同時(shí)，利用提前裝備好的施肥裝置將肥料呈條狀集中施于一定土壤深度的局部施肥技術(shù)[7-8]。一般施肥深度為5 cm，并且肥料距離秧苗根處3 cm。目前水稻側(cè)深施肥方案可分為壟作雙側(cè)雙深施肥、寬窄行側(cè)深施肥與勻行側(cè)深施肥三類[9]。

根據(jù)不同的水稻品種、土壤條件以及環(huán)境條件等要素差異，水稻側(cè)深施肥技術(shù)所采取的主要措施也會(huì)有相應(yīng)的變化，然后逐漸演變成適宜當(dāng)?shù)厮旧a(chǎn)的側(cè)深施肥技術(shù)模式。水稻機(jī)插側(cè)深施肥時(shí)可以使用不同型號(hào)的機(jī)器，目前可供選的機(jī)器有水稻側(cè)深施肥一體機(jī)和配有強(qiáng)力螺旋推進(jìn)式或氣吹式側(cè)深施肥裝置的水稻插秧機(jī)[10]。水稻側(cè)深施肥技術(shù)可以采用不同品牌、不同成分配比的肥料，肥料可以采用普通單元素?zé)o機(jī)肥，也可采用不同成分比的復(fù)合肥，現(xiàn)在針對(duì)水稻側(cè)深施肥技術(shù)有專門的水稻側(cè)深施肥專用肥，生產(chǎn)上常見的有“云天化”“中化”“北大荒”等品牌，目前由于各區(qū)域土壤的基礎(chǔ)肥力、種類結(jié)構(gòu)等不盡相同，配方多樣化的肥料才能滿足不同區(qū)域、不同土壤條件的側(cè)深施肥需求[11]。此外，水稻側(cè)深施肥技術(shù)也可搭配不同的氮肥運(yùn)籌模式，比如側(cè)深基蘗肥同施或基蘗肥分施，不同的基蘗肥與穗肥施用比例等。

2 側(cè)深施肥在水稻中的應(yīng)用效果

2.1 對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

等量施肥條件下側(cè)深施肥處理的水稻產(chǎn)量結(jié)構(gòu)性狀要優(yōu)于常規(guī)施肥處理，更利于水稻增產(chǎn)。汪洋等[12]研究表明，施氮總量不變的前提下，常規(guī)施肥處理下的穗數(shù)、叢株數(shù)、穗粒數(shù)均比側(cè)深施肥處理低，只有結(jié)實(shí)率略高于側(cè)深施肥處理，最終側(cè)深施肥處理比常規(guī)施肥處理增產(chǎn)5.72%。這說明側(cè)深施肥技術(shù)不僅能促進(jìn)水稻增產(chǎn)，還有一定的氮肥減量潛力。

近幾年來，有較多學(xué)者進(jìn)行了水稻側(cè)深施肥減氮方面的研究，發(fā)現(xiàn)減少一定比例的施氮量，側(cè)深施肥并不會(huì)造成水稻顯著減產(chǎn)。劉愛云等[13]研究發(fā)現(xiàn)，側(cè)深施肥處理在每667 m2純氮減少5.5 kg 的情況下，比常量常規(guī)施肥處理每667 m2有效穗數(shù)多0.4 萬，每穗實(shí)粒數(shù)多2.3 粒，千粒重增加0.2 g，每667 m2產(chǎn)量提高29.97 kg，增產(chǎn)幅度為4.54%。陸建等[14]報(bào)道了側(cè)深施肥減量10%處理下的理論產(chǎn)量與實(shí)際產(chǎn)量均比常規(guī)施肥處理要高，而側(cè)深施肥減量20%處理雖理論產(chǎn)量要低于常規(guī)施肥處理，但實(shí)收產(chǎn)量與常規(guī)施肥處理相當(dāng)。吳紅星等[15]研究發(fā)現(xiàn)，側(cè)深施肥減氮30%處理與常規(guī)施肥處理的單株有效穗數(shù)和產(chǎn)量相當(dāng)。這說明在不顯著減產(chǎn)基礎(chǔ)上，采用水稻側(cè)深施肥技術(shù)可以減少一定比例的氮肥用量，但水稻側(cè)深施肥中合理的減氮比例不是固定的，受土壤條件、品種特性，以及施用的肥料種類等多因素影響。

2.2 對(duì)稻米品質(zhì)的影響

在現(xiàn)有不多的水稻側(cè)深施肥技術(shù)對(duì)稻米品質(zhì)的影響研究中，發(fā)現(xiàn)側(cè)深施肥處理可以降低稻米的蛋白質(zhì)含量，改善食味品質(zhì)，對(duì)稻米其他關(guān)鍵的品質(zhì)指標(biāo)無負(fù)面影響。卞景陽等[16]在黑龍江水稻園區(qū)進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果表明，在施氮總量相同的條件下側(cè)深施肥處理與常規(guī)施肥處理在糙米率、精米率、整精米率、直鏈淀粉含量等品質(zhì)指標(biāo)上無顯著差異，說明側(cè)深施肥技術(shù)對(duì)水稻的碾米品質(zhì)、蒸煮品質(zhì)沒產(chǎn)生負(fù)面影響；側(cè)深施肥處理的堊白粒率與常規(guī)施肥相比降低了24.45%，差異顯著，說明水稻側(cè)深施肥技術(shù)能有效改善稻米的外觀品質(zhì)；側(cè)深施肥處理的稻米蛋白質(zhì)含量比常規(guī)施肥顯著降低了2.59%，說明側(cè)深施肥技術(shù)能改善水稻的食味品質(zhì)。白雪等[17]研究發(fā)現(xiàn)，側(cè)深施肥常量處理、側(cè)深施肥減氮5%、15%、25%這4 個(gè)側(cè)深施肥處理與常規(guī)施肥處理相比，精米率、堊白粒率、直鏈淀粉含量等品質(zhì)指標(biāo)無顯著差異，所有側(cè)深施肥處理稻米蛋白質(zhì)含量均比常規(guī)施肥處理有所降低但差異不顯著。此外，在該試驗(yàn)條件下側(cè)深施肥減氮25%處理下的稻米品質(zhì)綜合評(píng)分最高，實(shí)際產(chǎn)量也最高。由此可以說明采用側(cè)深施肥技術(shù)減少一定施氮總量不僅不會(huì)引起產(chǎn)量下降，還能使稻米品質(zhì)有所提升。

2.3 對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響

多數(shù)研究表明，側(cè)深施肥技術(shù)能加快水稻的生育進(jìn)程，縮短水稻生育期，為水稻增產(chǎn)增收奠定了基礎(chǔ)。楊光鵬等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在施氮量一致的條件下，側(cè)深施肥技術(shù)比常規(guī)施肥技術(shù)提前3 d 返青，提前4 d 進(jìn)入分蘗期。任重金等[19]通過試驗(yàn)得出，側(cè)深施肥減氮10%的處理與常規(guī)施肥處理相比，分蘗期提前5 d，孕穗期提前5 d，拔節(jié)期提前4 d，成熟期提前4 d。此外，章飛杰等[20]研究也表明，側(cè)深施肥技術(shù)在不同肥料、施氮量不變或減少的情況下，相比常規(guī)施肥技術(shù)水稻生育期均有所縮短，總生育期提前1～3 d。

側(cè)深施肥技術(shù)不僅能縮短水稻的生育期，也能促進(jìn)水稻生長(zhǎng)發(fā)育，有效改善水稻生長(zhǎng)發(fā)育性狀指標(biāo)。楊成林等[21]研究表明，在施氮總量相同的情況下，側(cè)深施基肥、側(cè)深施蘗肥、側(cè)深基蘗同施及側(cè)深一次性施肥這4 種處理開始分蘗時(shí)間比常規(guī)施肥早，分蘗速度比常規(guī)施肥快，分蘗時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，單株分蘗數(shù)較常規(guī)施肥均顯著增加，此外各側(cè)深施肥處理的分蘗成穗率均極顯著高于常規(guī)施肥處理。懷寶東等[22]通過研究發(fā)現(xiàn)，側(cè)深施肥減氮15%的處理與常規(guī)施肥處理相比植株主莖數(shù)、分蘗數(shù)、株高和地上地下部干物質(zhì)量指標(biāo)均表現(xiàn)更優(yōu)，水稻在不同生育期干物質(zhì)積累量均更高，分蘗期、幼穗分化期和抽穗期干物質(zhì)積累量平均比常規(guī)施肥處理高14.7%、12.4%和12.0%。羅翔等[23]在江西奉新進(jìn)行的試驗(yàn)表明，不同季別，側(cè)深施肥減氮20%處理下水稻的分蘗數(shù)、葉片SPAD 值和產(chǎn)量均顯著高于常規(guī)施肥處理和側(cè)深施肥減氮30%處理。

2.4 對(duì)氮素利用率的影響

多數(shù)研究表明，機(jī)插側(cè)深施肥相比常規(guī)施肥更有利水稻對(duì)氮素的吸收，能有效提高氮肥利用率。荀賢玉等[24]研究發(fā)現(xiàn)，在同一施氮量下，側(cè)深施肥處理區(qū)的氮肥利用率比常規(guī)施肥處理區(qū)提高了8.08%。朱從樺等[25]研究認(rèn)為，總施氮量相同時(shí)機(jī)插側(cè)深施肥相比傳統(tǒng)撒施氮肥能顯著提高水稻氮素吸收量，提高灌漿結(jié)實(shí)期莖葉氮素表觀轉(zhuǎn)移量，同步提高氮肥利用效率。趙立軍等[26]報(bào)道了在常規(guī)施氮量基礎(chǔ)上減10%、減20%和減30%側(cè)深施肥處理的氮肥利用率相對(duì)常規(guī)施肥處理均有所升高，其中減量20%的側(cè)深施肥處理氮肥利用率最高。劉汝亮等[27]研究表明，緩釋肥側(cè)深施肥各不同減氮量處理的氮肥偏生產(chǎn)力在39.1～67.8 kg/kg 之間，而常規(guī)施肥的氮肥偏生產(chǎn)力只有23.7 kg/kg，各側(cè)深施肥處理的氮肥偏生產(chǎn)力顯著高于常規(guī)施肥處理。此外，楊成林等[28]研究指出，側(cè)深施肥減量施用處理相比常規(guī)施用處理水稻氮素籽粒生產(chǎn)效率、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率和氮肥偏生產(chǎn)力均有所提高。

側(cè)深施肥技術(shù)不僅能促進(jìn)水稻對(duì)氮素的吸收利用，還能控制氮素流失，減少氮素?fù)p失量。段然等[29]研究發(fā)現(xiàn)，側(cè)深施肥各處理的年際氮流失量?jī)H為4.66～6.73 kg/hm2，比常規(guī)施肥處理降低了3.54%～29.36%。劉汝亮等[30]研究表明，側(cè)深施肥各處理的水稻全生育期氮素徑流損失比常規(guī)施肥處理降低了37.32%～47.10%，而且淋溶水體的總氮濃度要更低，總氮濃度峰值出現(xiàn)時(shí)間有所延遲，降低了氮素淋濕損失的風(fēng)險(xiǎn)。張愛平等[31]通過試驗(yàn)得出，側(cè)深施肥減氮40%處理的氮肥回收率為63.5%，遠(yuǎn)高于常規(guī)施肥處理的36.9%，氮素流失風(fēng)險(xiǎn)有所降低，側(cè)深施肥減氮40%處理的全氮滲漏損失量為14.86 kg/hm2，比常規(guī)施肥處理減少了8.57 kg/hm2。

2.5 對(duì)溫室氣體排放的影響

稻田土壤中會(huì)排放出大量溫室氣體N2O，主要與氮肥的施用有關(guān)，氮肥用量與稻田土壤的N2O 排放量呈線性正相關(guān)關(guān)系[32]。由此可見，在水稻生產(chǎn)上，減氮施肥有利于減少N2O 的排放[33]。而機(jī)插水稻側(cè)深施肥技術(shù)是水稻節(jié)肥增效的新興技術(shù)，可以有效減少施氮量使稻田N2O 排放量減少。意大利稻田觀察結(jié)果顯示，施用尿素和硫銨后稻田對(duì)CH4的排放主要受施肥方式的影響，與氮肥表施相比，氮肥深施稻田CH4的排放量有所下降[34]。印度的雨養(yǎng)稻田同樣也觀察到尿素表施對(duì)稻田CH4排放無顯著影響，而尿素深施可以減少稻田CH4的排放[35]。機(jī)插水稻側(cè)深施肥也是肥料深施的一種方式，是將肥料定點(diǎn)、精確、條狀集中的施在土壤5 cm 的深度里，理論上也可以減少CH4的排放。

3 存在問題與應(yīng)對(duì)措施

相比常規(guī)施肥技術(shù)，側(cè)深施肥技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很多[36]，可以減少氮肥施用量、減少對(duì)環(huán)境的污染、顯著提高氮肥利用率，為水稻穩(wěn)定增產(chǎn)創(chuàng)造有利的條件。但這項(xiàng)技術(shù)目前也存在著一些問題[37]，在技術(shù)層面，目前市場(chǎng)上沒有與大部分小型兼容施肥插秧機(jī)成熟配套的側(cè)深施肥專用肥料產(chǎn)品，其次是目前側(cè)深施肥技術(shù)大多用于基肥、分蘗肥的施用，后期穗肥還是以表施為主。在人才層面，側(cè)深施肥技術(shù)要求施肥精度高、施肥深度適宜，這就需要專業(yè)性很強(qiáng)的工作人員操控機(jī)器，而目前具有此方面技能的人員相對(duì)較少。在應(yīng)用推廣層面，在原本的插秧機(jī)上加入一套側(cè)深施肥裝置需要額外增加上萬元費(fèi)用，大幅增加機(jī)器投資成本，這成為側(cè)深施肥技術(shù)應(yīng)用推廣的阻力之一。另外，水稻側(cè)深施肥技術(shù)在水稻生產(chǎn)上的認(rèn)可度依然欠缺，技術(shù)宣傳和推廣力度不足，使得很多地區(qū)對(duì)側(cè)深施肥技術(shù)沒有深層次了解，難以在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用。

針對(duì)水稻側(cè)深施肥存在的問題，可以采取以下措施。一要不斷完善側(cè)深施肥相關(guān)配套技術(shù)，不斷調(diào)節(jié)技術(shù)參數(shù)，制定適宜當(dāng)?shù)厥褂玫臋C(jī)插秧側(cè)深施肥技術(shù)方案。二要加強(qiáng)人才培訓(xùn)力度，制定相關(guān)鼓勵(lì)政策，向水稻生產(chǎn)中不斷輸送優(yōu)秀的技術(shù)人員。三要加大政府扶持力度，完善相關(guān)補(bǔ)貼措施，引導(dǎo)農(nóng)機(jī)服務(wù)組織、種田大戶等對(duì)農(nóng)機(jī)裝備的投入。四要加大宣傳推廣力度，使水稻側(cè)深技術(shù)的農(nóng)業(yè)認(rèn)可度不斷提升。

4 展望

未來水稻側(cè)深施肥技術(shù)體系應(yīng)不斷完善和進(jìn)一步延伸[38]。比如可以利用北斗導(dǎo)航技術(shù)輔助駕駛，提高插秧與施肥的精度，可以在原技術(shù)基礎(chǔ)上加入除草劑的滴施功能，減少除草劑用量，提高利用效率，也可與插秧覆膜一體化技術(shù)同步進(jìn)行，即在插秧的同時(shí)既施肥又覆蓋可降解膜，抑制雜草生長(zhǎng)。