不同施氮水平对机插和覆膜机插水稻生长和产量的影响

熊家欢 陈惠哲 向镜 张义凯 王亚梁 王志刚 胡国辉 张玉屏

（中国水稻研究所/水稻生物学国家重点实验室，杭州311400；第一作者：13767052642＠163.com；*通讯作者：cnrrizyp＠163.com）

近年来，我国水稻生产一直保持稳定的增产趋势，总产达2亿t以上。而随着人们生活水平的逐步提高，对作物品质有了更多样化的需求，水稻生产向着绿色化优质化方向转变。在栽培措施方面有很多相关的技术，如双季稻“双季双直播”、稻田种养模式、水稻侧深施肥技术、覆膜栽培等都能够减少农药化肥的施用，实现绿色健康栽培[1-3]。在我国20世纪70年代开始就有相关水稻覆膜技术的研究[4]。最初覆膜技术在水稻上使用是由于其具有良好的节水保墒作用，能够使关键限制因子如季节性干旱和生长前期低温地区提高水稻产量[5-6]。随着研究的深入，发现水稻覆膜栽培技术不仅能够改良土壤、促进养分转换率，还能覆盖灭草，提高肥料利用率[7-8]，是一项优良的绿色栽培技术。但由于覆膜栽培所用的PE薄膜回收较为困难，且在土壤中难以降解，会造成环境污染，使得这项技术受到制约。

随着有机稻、生物可降解膜和水稻绿色高效生产等概念出现，水稻覆膜栽培再次被广泛关注。由于覆膜栽培具有节水抗旱、增温保墒、抑制杂草和防治病虫害等诸多优点，生物可降解膜为水稻绿色生态和高产高效生产提供了新的可能。因此，该技术在有机稻和水稻生态种植模式上运用，而且相关方面的研究和应用也在不断增多。生物可降解膜是一类可以在土壤中完全降解的膜[9]。近几年来随着覆膜机的研制，不同研究者对生物可降解膜覆盖水稻机插进行了探索，明确生物可降解膜覆盖机插种植能提高土壤温度，增加有效积温，促进水稻的生长发育，提高水稻产量，尤其适合北方的有机稻生产。由于“1公里绿色生态圈”的打造，南方水稻对绿色生态的要求越来越紧迫，覆膜机插得到广泛需求，其应用效果需要进一步加强研究。本试验采用覆膜机插一体化技术，探究不同施氮量对水稻生长和产量的影响，以期为绿色健康栽培理论与技术提供新的途径。

1 材料与方法

1.1 试验地点和生物可降解膜概况

于2019年和2020年在中国水稻研究所富阳试验基地（30°5′N，119°55′E）进行大田单季稻种植试验。富阳基地位于长江三角洲南翼，属中纬度亚热带季风性气候区，试验地土质为黏性水稻土，前季为冬闲。试验点土壤基本理化性质如表1所示。所用的生物可降解膜是由上海巴斯夫提供的Ecovio生物可降解农用地膜，其宽度为1.85 m、厚度为0.01 mm，降解膜在覆膜后45 d左右开始降解，最终生成二氧化碳和水。

表1 试验点土壤的基本理化性质

1.2 试验设计与田间管理

1.2.1 试验设计

两年试验均设置4个处理，分别为：CK，机插种植，不施氮；T1，机插种植，施用13 kg/667 m2（纯N）的包膜控释氮肥；T2，采用生物可降解膜覆盖机插种植，施用13 kg/667 m2（纯N）的包膜控释氮肥；T3，采用生物可降解膜覆盖机插种植，施用11 kg/667 m2（纯N）的包膜控释氮肥。3次重复，每个小区面积70.2 m2（长×宽=18 m×3.9 m）。

1.2.2 田间种植与管理

供试品种为籼粳杂交稻甬优538，全生育期153 d。每年的5月18日播种，6月8日移栽，用挂覆膜机的洋马插秧机机插，行株距30 cm×16 cm，栽插密度1.39万丛/667 m2，每丛栽1～2株苗；小区间筑宽为30 cm田埂并用塑料薄膜包裹，单区单灌，以防窜水窜肥。无覆膜处理采用浅湿干交替灌溉；覆膜处理返青后采用覆膜湿润栽培水分管理，保持田面没有水层，灌溉沟中有水，保证田间土壤含水量基本为饱和状态。各处理氮肥用量按试验设计，磷钾肥用量相同。磷肥为过磷酸钙（含P2O512.5%），施用量30 kg/667 m2。钾肥为氯化钾（含K2O 57%），施用量15 kg/667 m2。所有肥料全部作基肥一次性施用。其他田间管理同大面积生产田。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 茎蘖动态

每个小区定点10丛，记载基本苗数、移栽后每7 d的分蘖数。

1.3.2 干物质积累

在穗分化期、齐穗期和成熟期以平均茎蘖数为标准，每小区取代表性植株3丛，植株连根拔出，清洗，去根。把叶片、茎鞘、穗（齐穗期和成熟期）分开装袋烘干至恒质量（方法：在鼓风烘箱中，105℃下杀青30 min，80℃下烘干48～72 h），后称重记录，3次重复。

1.3.3 考种与测产

于成熟期每个小区调查30丛有效穗数，并计算每丛平均有效穗数，以平均有效穗数为标准，在小区不同区域取株高、穗型有代表性的植株4丛，测定每穗总粒数和每穗实粒数，3次重复。每个小区选定6.67 m2左右实割，单打单收和晒干后，测定稻谷质量和含水率，然后折算成标准含水量14.5%记为实收产量，并从测产的样本中取样，测定千粒重，3次重复。

1.3.4 氮肥偏生产力

氮肥偏生产力=施氮区籽粒产量/氮肥施用量。

1.4 数据处理

采用Excel 2010和SAS 9.4软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 对覆膜机插水稻茎蘖动态的影响

由图1所示，各处理在移栽后40 d左右达到分蘖高峰期。2019年T2处理高峰苗数高于T3处理，且明显高于T1处理和CK；2020年，T1、T2和T3处理高峰苗数基本上一致，但都远远高于CK，这可能与不同年份的气温不同，影响了分蘖发生有关；两年试验中，单丛有效穗数T3处理比T2处理都少1个，但没有显著差异，分蘖成穗率T2、T3处理略低于CK。同样氮肥用量条件下，两年试验中，T2处理成穗率分别为T1处理的98.8%和93.3%，所以在覆膜机插种植条件下要考虑如何提高分蘖成穗率。

图1 不同氮肥处理下机插和覆膜机插水稻茎蘖数变化

2.2 对覆膜机插水稻干物质积累的影响

由表2可知，与CK相比，2019年T1、T2、T3处理穗分化期干物质量分别增加42.6%、59.6%和68.1%，齐穗期分别增加41.4%、53.2%和51.4%，成熟期分别增加28.9%、51.3%和48.1%，T2和T3处理增长幅度大于T1处理，表明覆膜机插种植能提高水稻干物质积累量；但在2020年试验中，T2和T1处理干物质积累量基本一致，但T3处理增长的幅度减小。

表2 不同氮肥水平下机插和覆膜机插水稻干物质积累量

2.3 对覆膜机插水稻产量的影响

由表3可知，普通机插和覆膜机插模式下，水稻产量随着施氮量的增加而增加。产量增加的主要贡献因子为有效穗数及穗粒数，2年结果一致。在同等施氮量情况下，覆膜机插水稻产量显著提高，2019年T2处理较T1处理增产6.1%，主要是通过增加有效穗数增产；2020年T1、T2、T3产量虽无显著差异，但T2处理较T1处理增产2.6%，T3处理在减氮15%的条件下与T1处理产量基本一致。

表3 不同氮肥水平下覆膜种植对水稻产量及其构成因素的影响

2.4 对覆膜机插水稻氮肥偏生产力的影响

由图2可知，2019年T1、T2和T3处理氮肥偏生产力分别为58.5、62.1和72.1 kg/kg，2020年分别为58.4、60.0和68.9 kg/kg，两年变化趋势一致。在同样施氮量条件下，覆膜机插水稻氮肥偏生产力与不覆膜机插相比无显著性差异，但T2处理远小于T3处理的氮肥偏生产力。说明覆膜机插在保障一定产量条件下有减少氮肥施用的潜力。

图2 不同处理氮肥偏生产力比较

3 讨论与结论

覆膜栽培较传统水稻栽培对稻田环境影响较大，其显著改变了水稻的生长环境。覆膜能够提高土壤温度、改良土壤、加速有机质分解、促进养分转化等[7，10]，这都会影响水稻生长发育。本试验结果表明，相同施氮条件下，在南方水稻种植区传统机插的分蘖速率和株高生长速率要高于覆膜机插，这与胡国辉等[10]研究结果一致。徐俊增等[11]研究也表明，覆膜水稻在分蘖前期茎蘖增长缓于浅湿灌溉处理，分蘖高峰期时间推迟。但另有研究表明，水稻覆膜栽培能增温保墒，在移栽后具有生长恢复快、返青早、无效分蘖少的特点，水稻生长快于传统栽培[12-13]。这可能是由于试验地区环境条件不同产生所致。总的来说，覆膜对水稻生长最终都是一个促进的过程。

众多研究表明，覆膜栽培能够实现水稻减氮增产，提高氮肥利用效率[5，14-15]。不同地区试验对水稻增产的途径不尽相同。郭琳等[6]研究表明，在覆膜条件下水稻有效穗数、每穗粒数和千粒重会随着施氮量的增加而显著提高。郭慧等[16]研究也表明，覆膜能够使水稻的有效穗数增多，干物质积累量增加。这与本试验所得结论一致。在覆膜情况下，虽然T3处理施氮总量降低了15%左右，但较T1、T2处理水稻产量无明显差异，说明覆膜能够减少氮肥施用，并维持产量水平基本不变。

覆膜栽培技术对解决低温、缺水地区水稻生产的发展有重要意义，而随着研究的深入，覆膜技术不仅仅应用于解决上述问题，在光热条件良好的地区也有着防除杂草[17]、减少温室气体排放[18]、减氮增产的作用。覆膜机插为水稻绿色健康栽培理论与技术提供了新的依据。