機(jī)械側(cè)深施肥和栽培密度對(duì)水稻產(chǎn)量及氮肥利用率的影響

汪 浩 周永進(jìn) 李 忠* 吳文革

（1郎溪縣農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，安徽郞溪 242100；2安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所，安徽合肥 230001）

水稻是我國(guó)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(shù)的進(jìn)步以及農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的逐步完善，我國(guó)水稻產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。全國(guó)水稻單產(chǎn)從1978 年的3.97 t/hm2上升到2020 年的7.07 t/hm2。然而，我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展走過了一條高投入、高資源環(huán)境代價(jià)的道路，資源投入持續(xù)增加、產(chǎn)量不穩(wěn)、肥料利用效率低下、環(huán)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(duì)人類棲息地環(huán)境造成了威脅[5]。如何實(shí)現(xiàn)糧食穩(wěn)產(chǎn)、養(yǎng)分高效和環(huán)境安全協(xié)同發(fā)展是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重大課題。

近些年，伴隨農(nóng)村勞動(dòng)力結(jié)構(gòu)和種植業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)主體結(jié)構(gòu)變化，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式已嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量發(fā)展，糧食生產(chǎn)全程機(jī)械化和優(yōu)質(zhì)綠色增產(chǎn)栽培技術(shù)模式是必然發(fā)展方向。水稻機(jī)插側(cè)深同步簡(jiǎn)化減量施肥技術(shù)是一種行之有效的方法。該技術(shù)將高速插秧機(jī)有效結(jié)合配套的精確定量施肥機(jī)[6]，在機(jī)插秧操作的同時(shí)，將肥料定量、精準(zhǔn)推送到距離水稻秧苗側(cè)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(zhǎng)關(guān)鍵期緩慢穩(wěn)定釋放，利于水稻根部向下生長(zhǎng)和吸收養(yǎng)分。同傳統(tǒng)的施肥方式相比，既減少了施肥次數(shù)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，又降低了化肥使用量，節(jié)約了成本；既減少了肥料的隨水流失和揮發(fā)損失，提高了化肥利用率，又避免了過量施用化肥對(duì)環(huán)境造成的污染，是緩解農(nóng)業(yè)面源污染的關(guān)鍵措施之一。

關(guān)于機(jī)插側(cè)深施肥技術(shù)已有大量研究，但多集中于肥料類型篩選以及肥料運(yùn)籌方式等方面，而對(duì)施肥方式與栽培密度兩者綜合的研究相對(duì)較少。鑒于此，本研究以水稻Y兩優(yōu)17為研究對(duì)象，設(shè)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(jī)插秧+常規(guī)施肥；YH：機(jī)插同步側(cè)深施肥），通過對(duì)比不同處理對(duì)水稻分蘗及成穗的影響，探討栽培密度和施肥技術(shù)對(duì)水稻產(chǎn)量的影響，以期為深入研究和理解水稻產(chǎn)量形成的調(diào)控機(jī)制提供理論參考和科學(xué)依據(jù)。

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(yōu)17。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

采用大棚硬盤基質(zhì)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(tǒng)一移栽，秧齡為22 d。設(shè)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(gè)處理（表1），每個(gè)處理3次重復(fù)。T1、T3和T5處理田塊采用普通機(jī)插秧+常規(guī)施肥的方式（CK，總施氮量188.25 kg/hm2），6 月8 日結(jié)合整田，統(tǒng)一施底肥（N-P-K=19%-10%-19%紅四方江淮復(fù)合肥）450.00 kg/hm2，6月20日統(tǒng)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(jié)束復(fù)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(jī)插側(cè)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(jī)插秧同步側(cè)深施肥NP-K=25%-10%-14%復(fù)合肥450.00 kg/hm2，6月20日統(tǒng)一追施分蘗肥尿素150.00 kg/hm2。其他栽培措施統(tǒng)一按照當(dāng)?shù)卮筇锕芾矸绞竭M(jìn)行。

表1 水稻全程機(jī)械化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1基本苗調(diào)查6 月16 日（移栽后的7 d）每塊大田定位生長(zhǎng)發(fā)育一致的水稻20 穴，調(diào)查基本苗。

1.3.2水稻分蘗、產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力測(cè)定定點(diǎn)觀察統(tǒng)計(jì)每個(gè)處理的水稻最高分蘗數(shù)，并換算成單位面積最高分蘗數(shù)。計(jì)算水稻分蘗力。于水稻收獲期，在每個(gè)處理田塊中間取3個(gè)5 m2的面積，采用小型聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行實(shí)產(chǎn)測(cè)定。籽粒自然晾干稱重，并采用谷物水分測(cè)定儀測(cè)定稻谷的含水量。然后將稻谷換算成含水量為13.5%的產(chǎn)量。最后根據(jù)實(shí)測(cè)面積和實(shí)測(cè)產(chǎn)量換算出單位面積產(chǎn)量，即為實(shí)際產(chǎn)量。每個(gè)小區(qū)調(diào)查12 穴（4 行×3 穴）的有效穗數(shù)，并換算成單位面積穗數(shù)。同時(shí)計(jì)算每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重，然后計(jì)算理論產(chǎn)量。水稻氮肥偏生產(chǎn)力=水稻實(shí)際產(chǎn)量/氮肥總量。水稻分蘗力和成穗率的計(jì)算公式如下：

水稻分蘗力=（單位面積水稻最高分蘗數(shù)-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(shù)/單位面積水稻最高分蘗數(shù)）×100

1.3.3水稻性狀及產(chǎn)量構(gòu)成相關(guān)性分析采用Canoco 5 軟件將基本苗、最高分蘗數(shù)、有效穗、分蘗力、成穗率、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重、產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力進(jìn)行相關(guān)性分析。

1.3.4數(shù)據(jù)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析采用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)的錄入與計(jì)算；運(yùn)用DPS 9.01 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行完全隨機(jī)設(shè)計(jì)-單因素?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著差異法（LSD 法）進(jìn)行數(shù)據(jù)間的多重比較；采用Origin 2022和Canoco 5軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)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?yàn)椴逯裁芏茸畲蟆1和T2處理的水稻最高分蘗數(shù)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(shù)均大于CK 施肥方式，但是只有T3和T4之間的差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。有效穗的結(jié)果則是表明T3和T4處理下的有效穗數(shù)顯著性低于其他處理。T2處理的有效穗數(shù)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(shù)。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(dá)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(dá)到顯著性水平。

表2 不同處理對(duì)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(shì)為T1＞T3＞T5，表明了常規(guī)施肥處理下，隨著插植密度的增加，株高呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。而YH 施肥方式下，T2、T4和T6處理的株高未達(dá)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）?？梢?，YH施肥方式有利于水稻高產(chǎn)群體的建立。

圖1 不同處理的水稻株高對(duì)比

通過產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)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(shù)均顯著性大于CK施肥方式，這一結(jié)果暗示著相比于普通機(jī)插秧+常規(guī)施肥的方式，機(jī)插同步側(cè)深施肥方式有利于水稻每穗粒數(shù)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(shù)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(shù)的形成。相同密度下，YH 施肥方式的結(jié)實(shí)率均顯著性低于CK施肥方式，分析其原因?yàn)镃K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(duì)比產(chǎn)量結(jié)果和氮肥偏生產(chǎn)力發(fā)現(xiàn)，相同密度下的YH施肥方式產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力均顯著性高于CK 施肥方式，M1、M2和M3處理下的理論產(chǎn)量和實(shí)際產(chǎn)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(chǎn)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(jī)插同步側(cè)深施肥方式有利于水稻產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力的形成，同時(shí)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(nèi)，適當(dāng)增加插植密度有利于提高水稻產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力。

表3 不同處理的水稻產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素及其偏氮肥生產(chǎn)力

由圖2 可知，T1和T2處理的有效穗、分蘗力、分蘗數(shù)、基本苗、產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力呈現(xiàn)正相關(guān)，表明在光溫資源有限的基礎(chǔ)上，合理的密植能夠顯著性提高水稻的分蘗數(shù)、分蘗力以及基本苗的形成，為水稻高產(chǎn)群體的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，合理密植有利于水稻有效穗數(shù)的增加，有效彌補(bǔ)了結(jié)實(shí)率降低的不足，進(jìn)而提高了水稻的產(chǎn)量。合理的密度還有利于提高水稻的氮肥偏生產(chǎn)力。以上結(jié)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(chǎn)量形成和氮肥的利用。

圖2 水稻性狀及產(chǎn)量構(gòu)成相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子是水稻產(chǎn)量形成的關(guān)鍵[7]。本研究結(jié)果表明，機(jī)械側(cè)深施肥技術(shù)能夠有效提高水稻的最高分蘗數(shù)、有效穗數(shù)和產(chǎn)量，前人的研究同樣證實(shí)了這一觀點(diǎn)[8-10]。機(jī)械側(cè)深施肥技術(shù)在氮肥施用量減少3.59%的基礎(chǔ)上，還能夠顯著提高產(chǎn)量15.34%～18.24%，有效促進(jìn)水稻增產(chǎn)的同時(shí)又保護(hù)了環(huán)境。傳統(tǒng)的施肥方式直接在水稻田表層施用大量肥料，極易導(dǎo)致氮肥的硝化和反硝化作用而分解，造成氮肥浪費(fèi)，而機(jī)械側(cè)深施肥則可以有效避免氮肥的損失且對(duì)環(huán)境友好[11]，這與本研究的觀點(diǎn)相一致。我國(guó)的氮肥利用率遠(yuǎn)低于國(guó)際平均水平。機(jī)械側(cè)深施肥技術(shù)可以顯著提高氮肥利用率，是實(shí)現(xiàn)氮肥利用率和水稻產(chǎn)量協(xié)同提升的關(guān)鍵[12]。本研究結(jié)果同樣證實(shí)機(jī)械側(cè)深施肥技術(shù)在提高肥料利用率的同時(shí)增加了水稻的產(chǎn)量。此外，隨著我國(guó)從事農(nóng)業(yè)的勞動(dòng)力老齡化問題加劇，大量勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[13]。相比于傳統(tǒng)施肥方式，水稻機(jī)械側(cè)深施肥減少了穗粒肥的施用，操作簡(jiǎn)化且有效減少了勞動(dòng)力的投入，符合水稻生態(tài)化發(fā)展理念。栽培密度是水稻群體構(gòu)建和產(chǎn)量形成的關(guān)鍵[14]。高密度栽培有利于增加單位面積的穗數(shù)，但是加劇了個(gè)體間的競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致穗多、穗小、粒輕和產(chǎn)量低下等問題[15]；低密度有利于水稻個(gè)體的發(fā)育，但是影響群體結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量[16]。因此，合理的密植是水稻高產(chǎn)的關(guān)鍵。本研究結(jié)果表明，相比于其他處理，M1處理下水稻的分蘗、穗數(shù)和產(chǎn)量都能夠得到最大發(fā)展。

綜上，本研究將機(jī)械側(cè)深施肥技術(shù)與合理的栽培密度相結(jié)合，研究了不同密度和不同施肥方式下水稻群體質(zhì)量和產(chǎn)量的形成規(guī)律，證實(shí)水稻機(jī)械側(cè)深施肥結(jié)合合理的栽培密度的技術(shù)具有優(yōu)越性，科學(xué)減少了氮肥施用總量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)提高了肥料利用率和水稻產(chǎn)量。本研究為制定水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)綠色發(fā)展方案提供了理論依據(jù)和實(shí)踐意義。