机插侧深施肥条件下不同减氮梯度对水稻产量及种植收益的影响

沈欣 辛景树* 殷广德 陈莉萍 刘金伟 周璇 张赓

（1 全国农业技术推广服务中心，北京100125；2 江苏省耕地质量与农业环境保护站，南京210036；3 仪征市耕地质量管理站，江苏 仪征211400；4 仪征市新集镇农业综合服务中心，江苏 仪征211400；第一作者：1164848821@qq.com；*通讯作者）

水稻是我国第二大粮食作物，2019 年水稻播种面积2 966.67 万hm2，占粮食总播种面积的18.08%，稻谷产量2.096 亿t，占粮食总产量的31.57%。提高水稻综合生产能力是保证我国粮食安全的重要举措。充足的氮肥投入是保证水稻产量的前提[1]。但在追求水稻稳产增产的过程中，部分地区过量施氮、施肥方式和运筹不合理等现象依然存在，长三角地区水稻氮肥过量施用尤为突出。农户调查数据显示，2018 年江苏省水稻平均产量为8.84 t/hm2，化学氮肥施用量（折纯）平均270.00 kg/hm2，水稻氮肥偏生产力为32.70 kg/kg，显著低于泰国（43.00 kg/kg）、菲律宾（49.00 kg/kg）和日本（73.00 kg/kg）[2-3]。在我国，目前大部分地区在水稻生产过程中的施肥方式以人工表施浅施或机械抛洒为主，在强降雨、大水漫灌和大风条件下，导致氮素大量损失，带来了资源的浪费与环境污染。水稻机插侧深施肥是一种与机插秧作业配套的机械深施技术，在水稻机械插秧的同时采用水稻侧深施肥器将颗粒状的肥料（配方肥或缓控释肥）定位、定量、均匀地施于秧苗侧面3.0～5.0 cm 处，施肥深度4.0～5.0 cm。研究表明，侧深施肥技术在减氮省工方面发挥了巨大作用[4-5]，但有关该技术在长江下游单季稻区所取得的具体节肥效果、适宜减氮比例研究较少。本研究以南粳5055 水稻为供试品种，在江苏省仪征市研究了在不同减氮梯度下应用侧深施肥技术对水稻产量、产量构成因素及成本收益的影响，为该技术更好地在农业生产中推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2019 年6—11 月在仪征市新集镇新集村进行，前茬作物小麦。试验田排灌条件较好，土壤类型为棕淤泥土，0～20 cm 土层的土壤基础理化性质为：pH值6.20，有机质25.3 g/kg，全氮1.54 g/kg，有效磷20.7 mg/kg，速效钾106.0 mg/kg。

1.2 供试材料

供试水稻品种为南粳5055。供试肥料：缓控释肥为专用控释掺混肥料（26-10-12）、普通复合肥（18-10-14）、过磷酸钙（P2O512%）、氯化钾（含K2O 60%）、尿素（含N 46%）。所用机插秧侧深施肥机械型号为久保田FSPV6。

1.3 试验设计

试验采用单因子设计，除氮肥用量不同外，各处理磷钾肥用量均相同，即P2O5111.0 kg/hm2、K2O 201.0 kg/hm2。根据氮肥梯度设5 个处理：CK，水稻全生育期施N 313.5 kg/hm2；A（减氮10%），水稻全生育期施N 280.5 kg/hm2；B（减氮20%），水稻全生育期施N 252.0 kg/hm2；C（减氮30%），水稻全生育期施N 217.5 kg/hm2；D（减氮40%），水稻全生育期施N 190.5 kg/hm2。每个处理3 次重复。

CK 肥料施用采用“一基两追”方式，即分基肥、分蘖肥及穗肥3 次施用。其他处理施肥采用“一基一追”，即分基肥和穗肥2 次施用。CK 基肥（普通复合肥、过磷酸钙）、分蘖肥（尿素）、穗肥（氯化钾、尿素、普通复合肥）均为人工撒施。A、B、C、D 处理基蘖肥（专用缓控释肥、过磷酸钙）采用侧深机施，穗肥（氯化钾、尿素）为人工撒施。相应处理磷肥作基肥一次施入，分蘖肥于机插后7 d 施用，穗肥于倒4 叶期施入。小区面积100 m2，随机排列。小区四周设保护行，小区间及四周筑40 cm左右高的土埂并用双层薄膜包埂分隔，各小区单设灌排水口。秧苗在秧龄18 d 左右时选用带有侧深施肥装置的高速插秧机进行栽插，栽插规格为行距30 cm、株距12 cm，每667 m2插1.85 万丛、每丛插4 苗左右。机插时薄水活棵；分蘖期建稳定的浅水层；在有效分蘖临界叶龄的前1 叶龄，茎蘖数达预期有效穗80%时排水搁田；拔节至成穗期湿润灌溉、干湿交替；收获前6 d左右断水。病虫草害防治同大面积生产一致。具体试验处理及肥料运筹见表1。

1.4 测定项目及方法

水稻成熟期每小区随机抽样调查50 丛，计算有效穗数，取10 丛调查每穗粒数及结实率，取1 000 实粒重复3 次称重求取千粒重，计算理论产量。成熟期各处理实割50 丛，脱粒去杂晒干称重计算实际产量。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥处理对南粳5505 产量、产量构成因素及氮肥偏生产力的影响

由表2 可见，CK 穗粒数最高，但空瘪粒数较多，结实率最低。采用缓控释肥侧深施肥的处理结实率均高于CK，其中处理B 结实率最高，为97.61%，较CK 提高3.31 个百分点。

表1 各处理肥料用量及运筹

表2 各处理水稻产量构成因素及氮肥偏生产力

与CK 相比，A、B 处理水稻有效穗数无显著性差异，说明应用侧深施肥技术能够在适量减氮的前提下保证水稻有效分蘖。实地测产数据显示，不同施肥处理水稻籽粒产量为7.62～9.90 t/hm2。其中处理A 产量最高为9.90 t/hm2，较CK 增产0.45%，差异达显著水平。处理D 产量最低，较CK 降低16.56%，差异达显著水平。处理B 与处理C 产量较CK 分别降低了3.80%、14.47%，差异均达显著水平。因此，在水稻侧深施肥技术应用中不能过度减氮，避免因施氮量过低导致减产。综合理论产量与实际产量分析，处理A 在减少施肥次数的同时实现了减氮增产。

氮肥偏生产力是单位氮肥养分生产的作物籽粒产量，是衡量水稻生产过程中氮肥产出效率的重要指标，是从农业生产的角度对氮肥利用效率的评价，其值可以表征特定地区提高肥料利用率的潜力。由表2 可知，侧深施肥处理水稻氮肥偏生产力均显著高于CK，提高了16.9%～32.41%，其中，D 处理水稻氮肥偏生产力最高，较CK 提高了32.41%，A 处理与B 处理间无显著性差异。

2.2 不同氮肥处理的成本收益分析

除施肥、插秧作业外，各处理其他农事操作保持一致，因此在本研究中只考虑各处理间插秧、施肥环节成本差异。由表3 可知，处理A 较CK 增收1.5%，其他侧深施肥处理利润均低于CK。侧深施肥处理水稻插秧施肥环节作业与肥料总成本较CK 高8.0%～19.0%，侧深施肥专用控释掺混肥售价较普通复合肥高1 650 元/t，总肥料成本较CK 高13.0%～28.0%。与CK 相比，侧深施肥处理在插秧与施基肥环节作业费高8%，由于少了1 次追肥作业，追肥环节较CK 低150 元/hm2，侧深施肥处理在插秧、施肥环节作业成本较CK 低12.2%。说明应用侧深施肥技术收益提高不显著或造成收益降低的原因主要在于专用控释掺混肥料价格远高于普通复合肥。

表3 各处理水稻成本及收益

3 讨论

水稻是以分蘖夺取高产的作物，有效穗数、每穗粒数和粒重是水稻产量构成的三要素。本研究显示，侧深施肥在减氮10%～20%时水稻有效穗数与农民习惯施肥相比没有显著差异，侧深施肥各处理水稻结实率均高于习惯施肥处理，这与朱从桦等在等氮量条件侧深施用缓控释肥，水稻结实率低于尿素撒施的结果不一致[6]。钟雪梅等[7]以湖南双季稻为研究对象，对比了农民习惯施肥与机插同步一次性减氮10%～40%处理，发现机插同步一次性减氮处理水稻有效穗数、结实率均高于习惯施肥处理，这与本研究结果基本一致。然其发现，侧深施肥减氮处理水稻穗粒数均低于侧深施肥不减氮处理，这与本研究结果不一致。这可能与供试土壤、水稻品种、种植制度和施肥水平等差异有关。

本研究表明，侧深施肥减氮10%、20%处理水稻理论产量较农民习惯施肥处理无显著性差异，减氮10%处理水稻实际产量均高于其他处理。刘汝亮[8]研究显示，在施氮量降低10%～20%的条件下，东北寒地水稻采用控释氮肥侧条施用技术不会降低水稻产量，当氮肥减量30%时，水稻籽粒产量显著降低。这均表明了在磷钾投入量不变的前提下，侧深施用控释掺混肥料可在适量减氮的同时保证水稻产量稳定或增产。有研究显示，机插秧同步侧深施用同种专用缓控释肥（26-10-12）减基蘖肥10%处理，水稻产量较习惯施肥处理增产9.0%，继续降低基蘖肥施用量则会造成减产[9]，这与本研究结论一致。此外，全国农业技术推广服务中心在该地区开展的水稻侧深施肥技术集成示范结果显示，在目标产量为9 000 kg/hm2的中高产田，应用水稻侧深施肥技术可实现施氮量由315 kg/hm2降低到225 kg/hm2而不减产[10]。由此可以看出，在该研究的基础上再次优化养分运筹，可实现氮肥投入量进一步降低。

施氮量能够显著影响氮肥偏生产力。农户调研数据显示，全国农户水稻生产的平均产量、施氮量以及氮肥偏生产力分别为7.14 t/hm2、0.214 t/hm2和37.00 kg/kg。江苏省水稻单产虽然比全国农户平均水平高16.52%，然而其施氮量也高于全国平均水平，导致氮肥偏生产力偏低[11]。本研究表明，侧深施肥处理水稻氮肥偏生产力较农民习惯施肥处理提高16.90%～32.41%。这与易茜等在川西平原机插稻上的研究结论一致[12]。杨成林等研究了等[9，13]养分投入下不同养分运筹模式水稻侧深施肥对水稻氮肥偏生产力的影响，结果表明，所有侧深施肥处理均极显著高于习惯施肥处理，侧深施肥各处理间差异未达显著水平，其中“一基一追”模式较习惯施肥处理提高了20%，但在减氮30%、40%时造成了水稻减产，且造成了对土壤氮的过度消耗。因此，应综合水稻产量与偏生产力综合衡量最佳推荐施肥量。

侧深施肥技术的应用能否提高水稻种植者的收益是该技术能否被种植户接纳的决定性因素。已有研究表明，在磷钾投入量一致的情况下，侧深施肥减氮15%处理水稻种植效益最高，较习惯施肥处理增收1 182.33元/hm2，增幅7.51%[5,14]。季雅岚等[15]研究表明，侧深施肥基蘖肥减施10%处理种植效益较习惯施肥提高1 020元/hm2，其生产成本较习惯施肥高，但由于产量提高，故种植收益提高，这与本研究结果基本一致。由此可见，虽然侧深施肥种植模式肥料成本均较习惯施肥模式高，但合理养分运筹带来的增产和施肥次数减少带来的用工作业成本的降低，一定程度上抵消了肥料直接成本增加部分，能够给农民带来更高的收益。

4 结论

在供试条件下，较习惯施肥减氮10%～20%时应用水稻侧深施肥技术能够提高水稻结实率，保证水稻有效分蘖。侧深施肥减氮处理水稻氮肥偏生产力较农民习惯施肥处理提高16.90%～32.41%。在较习惯施肥减氮10%时侧深施肥既能稳产又能降本，还能减少过量施氮对环境造成农业面源污染的风险。由于专用缓控释肥料单位价格相对较高，建议通过财政适当补贴方式调动农户使用的积极性，以加快该技术的推广应用。