水稻全程机械化轻简施肥试验研究

徐 萱 沈 鑫 董园园 李新宇 沈家禾

（1.常州市金坛区农机化技术推广服务站 江苏常州213200；2.常州市金坛区种植业技术推广中心 江苏常州213200；3.常州市农业技术推广中心 江苏常州213000）

水稻是常州市第一大粮食作物，常年种植面积稳定在80 万亩，是保障全市粮食安全的重中之重。 近年来常州市水稻高产栽培技术一直位于全省前列，并在全国率先实现水稻生产全程机械化， 具有深厚的产业优势。 但水稻超高产目标的实现，往往采用的是高投入高产出模式， 每亩化肥纯氮施用量在20 kg 以上，化肥当季利用率仅为30%~35%，造成了农业面源污染等生态环境问题。 另外水稻种植季出现的人工短缺、成本上升问题也越来越突出，亟需寻找省工节本的机械化轻简种植模式来替代传统的种植模式。

本试验研究旨在通过农机农艺融合，示范推广水稻精量、精准施肥技术模式，实现水稻全生育期施肥减量减次，形成具有常州地方特色的水稻机械化绿色轻简侧深施肥技术体系，为促进农民节本增效增收，保障全市粮食生产安全，推动水稻“绿色轻简、产出高效、资源节约”的现代农业发展之路提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地点基本概况

试验于2020 年5～12 月在常州市金坛区朱林镇沙湖农机专业合作社基地内进行。 金坛区地处江苏省南部，属北亚热带季风区，四季分明，雨量充沛，年降水量1 063.5 mm，日照充足，日照率46%；年平均气温15.3℃，无霜期228 d；年平均湿度78%。 沙湖农机专业合作社位于金坛区朱林镇沙湖村， 基地占地规模637 亩，合作社具有商品化育供秧、土地耕翻、机插、施肥、植保、收割及粮食烘干等一条龙机械化服务能力，农机服务面积超过1.2 万亩。

1.2 试验材料

1.2.1 供试作物 水稻品种镇糯19号（审定编号：苏审稻201312）。

1.2.2 供试机械 插秧施肥一体机、高地隙植保机。

1.2.3 供试肥料 常州市大地肥业科技有限公司生产的普通三元复合肥（NPK 比例为 15∶15∶15）、金坛水稻专用配方肥（NPK 比例为 18∶7∶10、15∶5∶15）、普通尿素（46%）、含硅叶面肥。

1.2.4 供试土壤 水稻土，土壤肥力中等偏上。 前茬作物为小麦。

1.3 试验设计

试验设置5 个大田处理。 其中处理1 为常规施肥，施用肥料为普通的三元复合肥（15∶15∶15）和尿素， 水稻全生育期内3 次施肥均采用常规的高地隙植保机撒施。 处理2 施用肥料为金坛区水稻专用配方肥（NPK 比例有 18∶7∶10、15∶5∶15 2 种）及尿素，基肥通过插秧施肥一体机在栽插的同时侧深施入根系3～4 cm 处，分蘖肥及穗肥采用高地隙植保机撒施。处理3 在处理2 的肥料运筹基础上，另外结合病虫防治施用 4 次含硅叶面肥（每次 150~200 g，兑水 25 kg）。 处理 4 施用肥料为新型水稻配方肥（20∶10∶15）及尿素，3 次施肥方式均同处理2。处理5 施用肥料为高浓度缓释肥（26∶9∶13），水稻全生育期仅施肥 1 次，通过插秧施肥一体机在栽插的同时一次性侧深施入。 各处理具体肥料运筹及用量见表1，氮、磷、钾养分含量（折纯）见表2。

表1 不同机械化施肥处理水稻施肥方式及肥料运筹

表2 不同机械化施肥处理水稻肥料用量（折纯）（单位：kg/亩）

试验采用大田种植方式，田块面积在3.45~4.34 亩，不设重复。 2020 年 5 月 20 日统一播种，6 月 12 日移栽并施基肥。 6 月24 日、7 月31 日分别撒施分蘖肥、穗肥。 7 月 22 日、8 月 4 日、8 月 16 日、9 月 3 日、9 月14 日分别喷洒农药防病治虫。 各处理除基肥施肥方式及肥料用量不同外，其他田间管理措施一致。

1.4 样品采集与测定

10 月26 日采集具有代表性的水稻植株样品进行考种测产。 11 月3 日采用半喂入式收割机实产实收，测算实际亩产量。 11 月5 日按照“S”型路线采集0～20 cm 耕层土壤用于测定其理化性状及养分含量。其中土壤pH 用电位法测定， 有机质用硫酸-重铬酸钾法测定， 全氮用半微量凯氏法测定， 全磷用氢氟酸-高氯酸消化法-钼蓝比色法测定，全钾用氢氟酸-高氯酸消化-火焰光度法测定，速效氮用扩散皿法测定， 速效磷用碳酸氢钠法测定， 速效钾用乙酸铵提取-火焰光度法测定。

2 结果与分析

2.1 机械化轻简施肥对水稻产量的影响

从图1 可以看出， 不同机械化施肥处理下水稻的理论及实际产量也有所不同。 从实际产量来看，4 个采用插秧施肥一体机侧深施肥的处理水稻实际产量均高于处理1 常规撒施， 其中处理2 与常规施肥相比，机械化施肥次数减少1 次，在总氮含量降低24%、 总养分含量降低43%的情况下， 水稻亩产达613.7 kg/亩，增产率为9.3%，减肥效果显著。 水稻为喜硅作物，处理3 在处理2 的基础上，水稻全生育期结合病虫防治施用4 次含硅叶面肥， 使得产量比常规施肥1 增加106.0 kg/亩，比处理2 增加53.4 kg/亩，增产效果明显且并未给农户增加施肥及用工负担。处理4 总氮、总养分含量分别比常规施肥减少19%、34%，亩产达582.8 kg/亩，比常规施肥持平略高。处理5 采用高浓度缓释肥料，全生育期仅在插秧的同时侧深施肥一次，免去分蘖肥和穗肥的施用，大大减轻了种田大户中后期的施肥管理压力，其氮肥与总养分均比处理1 常规施肥减少34%，水稻亩产达672.3 kg/亩，实现了水稻肥料施用减量减次， 机械化轻简施肥的效果非常明显。

图1 不同机械化施肥处理水稻理论及实际产量

水稻考种数据表明（表3），处理1 常规施肥的水稻穗长、每穗实粒数显著高于其他处理，但有效穗数偏低，出米率在5 个处理中最低。处理2、处理3 有效穗数、千粒重显著高于处理1，是其高产的主要因素，且2 个处理出米率均高于处理1，但穗长及每穗实粒数较低。 处理4 有效穗数及每穗实粒数优势不明显，制约了其产量的提升。 处理5 千粒重排名第2 位，出米率最高。5 个处理的实际产量以稻谷统计和以大米量统计高低顺序均为处理5>处理3>处理2>处理4>处理1。

表3 不同机械化施肥处理产量构成统计

2.2 机械化轻简施肥对水稻种植成本及效益的影响

由表4 可知，田租金、种子、育秧、耕轧磨田、农药、收割运输6 项成本各处理投入一致，肥料、人工、机械、烘干及精米加工5 项成本存在差异。 其中肥料成本处理1 常规施肥最高，为 162.8 元/亩，处理2 因肥料用量的减少，肥料成本也下降至96.5 元/亩，处理3因投入含硅叶面肥，成本较处理2 增加28.8 元/亩，处理5 肥料成本为137.5 元/亩，主要在于目前市场上缓释肥料价格明显高于普通复合肥和尿素。 处理5 免施分蘖肥及穗肥， 施肥人工成本比处理1 低17.3 元/亩，机械成本也下降26 元/亩， 处理2～处理4 机械成本则比处理1 减少6 元/亩， 主要因为分蘖肥仅使用尿素一种肥料，减少了机械施肥次数。 这3 个处理施肥人工低于常规施肥9.6 元/亩， 但由于机械化侧深施肥插秧速度相对较慢， 使得栽插人工成本高于常规施肥6.5 元/亩， 最终3 个处理人工成本略低于常规施肥处理。 烘干价格、精米加工价格均为0.2 元/kg，各处理烘干及精米成本跟产量呈正相关， 处理5 最高，处理1 最低。综合以上水稻种植成本，5 个处理高低顺序分别为处理1>处理3>处理5>处理4>处理2。

表4 不同机械化施肥处理水稻种植成本统计（单位：元/亩）

试验田收获的水稻全部加工成大米出售， 价格1.23 元/kg。

图2 为各处理水稻种植亩效益及亩净收益统计结果。与处理1 常规机械撒施相比，4 个侧深施肥处理下水稻种植效益均有所提高。 其中处理5 缓释肥（侧深施肥）最高，亩效益及亩净收益分别为2 421.3 元/亩、663.0 元/亩，其次为处理 3 配方肥（侧深施肥）+叶面肥，处理4 的提升幅度最小。

图2 不同机械化施肥处理水稻种植收益

2.3 机械化轻简施肥对土壤理化性状的影响

通过对收获后的土壤采样检测发现， 各处理0～20 cm 耕作层土壤含水率及pH 差异不大，有机质、全氮、全磷、全钾及速效磷钾含量均为处理1 常规施肥最高。处理2～处理4 全氮及碱解氮含量降低，可能与其施氮量下降有关。 处理5 施氮量最低，但水稻收获后土壤中全氮含量仅次于处理1，碱解氮含量为5 个处理中最高，这说明缓释肥养分释放速率缓慢，释放期较长，在作物的整个生长期都可以为水稻生长提供养分。 处理2～处理5 磷钾用量明显下降， 土壤中全磷、全钾及速效磷、速效钾含量虽然低于处理1，但其速效磷含量均在19 mg/kg 以上， 速效钾含量均在145 mg/kg 以上， 已达到金坛区区域测土配方施肥养分丰缺指标中磷钾含量的高等水平， 并不影响水稻对磷钾元素的吸收利用。 土壤电导率（EC）是反映土壤电化学性质和肥力特性的基础指标。 检测数据表明后4 个处理的电导率明显高于处理1，说明机械化侧深施肥方式能够提升根际土壤的水溶性盐含量，为水稻根系提供更充足的养分离子（表5）。

表5 不同机械化施肥处理土壤理化性状及养分含量

2.4 机械化轻简施肥对肥料利用效率的影响

由表 6 可知， 氮肥农学利用率 （NAE）（kg/kg）=（施氮区产量-无氮区产量）/施氮量； 氮肥偏生产力（PFPN）（kg/kg）=施氮区产量/施氮量； 氮肥贡献率（NCR）（%）=（施氮区产量-无氮区产量）/施氮区产量×100。3 个氮肥利用效率指标均随着施氮量的降低而提高。 说明相比处理1 机械化撒施普通三元复合肥， 处理2～处理5 通过机械化侧深施肥方式， 施用专用水稻配方肥或新型缓释肥等，能够有效提高肥料利用率，起到了机械化轻简高效施肥的预期效果。

表6 不同机械化施肥处理氮肥利用效率

3 结论与讨论

传统水稻施肥以撒施为主， 而常州地处长三角地区，雨水较多。 水稻基肥撒施、表施或在移栽期大水大肥引起肥料流失的风险很大。 国内外大量研究表明， 采用深施肥和根际集中施肥方式可显著提高肥料当季利用率。

侧深施肥技术在水稻机插秧时， 配套侧深施肥装置同步完成开沟、施肥、覆泥等作业，能够在秧苗侧深处定位、定量、均匀施肥，不仅减少了施肥工序、人工、化肥投入，而且提高了机械化生产水平，真正实现水稻全程机械化轻简施肥。

本试验研究结果同样表明，基于侧深施肥的“一次性基肥”或“一基两追”机械化轻简施肥模式，水稻全生育期较常规撒施可减少机械作业1～4 次， 减少氮肥用量19%～34%，提高水稻产量20 kg/亩以上，增加农户种植收益170 元/亩 （种植收益以销售大米4.9 元/kg 统计）以上。 水稻全程机械化轻简施肥技术具有施肥用量少、作业次数少、肥料利用率高、作物高产稳产等显著优势。

水稻侧深施肥技术对田块条件、农机装备、肥料品种、操作水平等方面要求较高。 首先，作业田块应确保前茬作物秸秆切碎均匀抛撒还田， 整地后适当沉实1~3 d。 其次，机具运转正常，排肥通道顺畅，施肥量调节精准可靠。 第三，肥料应选用氮磷钾配比合理、粒型整齐、硬度适宜、吸湿少、不黏不结块的品种，粒径以 2～5 mm 为宜。 第四，每天结束作业后，应做好肥箱、滤网、排肥部件、排肥管道等的清洁工作。