机械侧深施肥和栽培密度对水稻产量及氮肥利用率的影响

汪 浩 周永进 李 忠* 吴文革

（1郎溪县农业技术服务中心，安徽郞溪 242100；2安徽省农业科学院水稻研究所，安徽合肥 230001）

水稻是我国重要的粮食作物之一，为50%以上人口提供主食[1-2]。在过去几十年，随着水稻新品种的培育、栽培技术的进步以及农业基础设施的逐步完善，我国水稻产量实现了质的飞跃。全国水稻单产从1978 年的3.97 t/hm2上升到2020 年的7.07 t/hm2。然而，我国农业发展走过了一条高投入、高资源环境代价的道路，资源投入持续增加、产量不稳、肥料利用效率低下、环境安全问题凸显[3]。过量的化肥氮肥投入既降低了作物氮素利用效率（NUE）[4]，也对人类栖息地环境造成了威胁[5]。如何实现粮食稳产、养分高效和环境安全协同发展是我国农业生产的重大课题。

近些年，伴随农村劳动力结构和种植业生产经营主体结构变化，传统农业生产模式已严重制约农业生产高质量发展，粮食生产全程机械化和优质绿色增产栽培技术模式是必然发展方向。水稻机插侧深同步简化减量施肥技术是一种行之有效的方法。该技术将高速插秧机有效结合配套的精确定量施肥机[6]，在机插秧操作的同时，将肥料定量、精准推送到距离水稻秧苗侧深5 cm（距离根部5 cm且深度为5 cm）的耕作层中，肥料肥力在水稻生长关键期缓慢稳定释放，利于水稻根部向下生长和吸收养分。同传统的施肥方式相比，既减少了施肥次数，减轻了劳动强度，又降低了化肥使用量，节约了成本；既减少了肥料的随水流失和挥发损失，提高了化肥利用率，又避免了过量施用化肥对环境造成的污染，是缓解农业面源污染的关键措施之一。

关于机插侧深施肥技术已有大量研究，但多集中于肥料类型筛选以及肥料运筹方式等方面，而对施肥方式与栽培密度两者综合的研究相对较少。鉴于此，本研究以水稻Y两优17为研究对象，设置3种不同的种植密度（M1：30 cm×14 cm、M2：30 cm×18 cm和M3：30 cm×21 cm）和2 种施肥方式（CK：普通机插秧+常规施肥；YH：机插同步侧深施肥），通过对比不同处理对水稻分蘖及成穗的影响，探讨栽培密度和施肥技术对水稻产量的影响，以期为深入研究和理解水稻产量形成的调控机制提供理论参考和科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为籼型两系杂交水稻品种Y两优17。

1.2 试验设计与田间管理

采用大棚硬盘基质旱育秧方法，种子用量为26.25 kg/hm2。5月17日流水线播种，6月9日统一移栽，秧龄为22 d。设置3种不同密度（M1：30 cm×14 cm、M2：30 cm×18 cm 和M3：30 cm×21 cm）和2种不同施肥方法共6个处理（表1），每个处理3次重复。T1、T3和T5处理田块采用普通机插秧+常规施肥的方式（CK，总施氮量188.25 kg/hm2），6 月8 日结合整田，统一施底肥（N-P-K=19%-10%-19%红四方江淮复合肥）450.00 kg/hm2，6月20日统一追施分蘖肥尿素150.00 kg/hm2，7 月12 日（分蘖盛期）开始烤田，7 月22 日烤田结束复水并追施穗粒肥（N-P-K=18%-18%-18%）187.50 kg/hm2。T2、T4和T6处理田块采用机插侧深一次性施肥N-P-K=25%-10%-14%专用控释肥450.00 kg/hm2+分蘖肥的方式（YH，总施氮量181.50 kg/hm2）。6 月9 日机插秧同步侧深施肥NP-K=25%-10%-14%复合肥450.00 kg/hm2，6月20日统一追施分蘖肥尿素150.00 kg/hm2。其他栽培措施统一按照当地大田管理方式进行。

表1 水稻全程机械化试验设计

1.3 测定指标与方法

1.3.1基本苗调查6 月16 日（移栽后的7 d）每块大田定位生长发育一致的水稻20 穴，调查基本苗。

1.3.2水稻分蘖、产量和氮肥偏生产力测定定点观察统计每个处理的水稻最高分蘖数，并换算成单位面积最高分蘖数。计算水稻分蘖力。于水稻收获期，在每个处理田块中间取3个5 m2的面积，采用小型联合收割机进行实产测定。籽粒自然晾干称重，并采用谷物水分测定仪测定稻谷的含水量。然后将稻谷换算成含水量为13.5%的产量。最后根据实测面积和实测产量换算出单位面积产量，即为实际产量。每个小区调查12 穴（4 行×3 穴）的有效穗数，并换算成单位面积穗数。同时计算每穗粒数、结实率和千粒重，然后计算理论产量。水稻氮肥偏生产力=水稻实际产量/氮肥总量。水稻分蘖力和成穗率的计算公式如下：

水稻分蘖力=（单位面积水稻最高分蘖数-单位面积水稻基本苗）/单位面积水稻基本苗；

水稻成穗率（%）=（单位面积水稻有效穗数/单位面积水稻最高分蘖数）×100

1.3.3水稻性状及产量构成相关性分析采用Canoco 5 软件将基本苗、最高分蘖数、有效穗、分蘖力、成穗率、每穗粒数、结实率、千粒重、产量和氮肥偏生产力进行相关性分析。

1.3.4数据计算和统计分析采用Excel 2013进行数据的录入与计算；运用DPS 9.01 数据处理系统进行完全随机设计-单因素数据统计分析，采用最小显著差异法（LSD 法）进行数据间的多重比较；采用Origin 2022和Canoco 5软件进行作图。

2 结果与分析

由表2 可知，T1和T2处理的水稻公顷基本苗显著性高于其他处理，其原因为插植密度最大。T1和T2处理的水稻最高分蘖数显著性高于其他处理，而相同种植密度下YH施肥方式的水稻最高分蘖数均大于CK 施肥方式，但是只有T3和T4之间的差异达到显著水平（P＜0.05）。有效穗的结果则是表明T3和T4处理下的有效穗数显著性低于其他处理。T2处理的有效穗数显著性高于T1处理，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数。分蘖力方面，YH 施肥方式下的分蘖力均大于CK 施肥方式，但只有在T4和T3之间达到显著性水平。M1和M2种植密度下YH 施肥方式和CK 施肥方式的成穗率差异未达到显著性水平。

表2 不同处理对水稻分蘖及成穗的影响

由图1 可知，CK 施肥方式下，株高趋势为T1＞T3＞T5，表明了常规施肥处理下，随着插植密度的增加，株高呈现下降趋势。而YH 施肥方式下，T2、T4和T6处理的株高未达到显著性差异，在同一插植密度下YH施肥方式的株高均显著性大于CK施肥方式（T2＞T1，T4＞T3，T6＞T5）。可见，YH施肥方式有利于水稻高产群体的建立。

图1 不同处理的水稻株高对比

通过产量和产量构成因素分析可知（表3），相同插植密度处理下，YH施肥方式的每穗粒数均显著性大于CK施肥方式，这一结果暗示着相比于普通机插秧+常规施肥的方式，机插同步侧深施肥方式有利于水稻每穗粒数的形成。相同施肥处理方式下，M2插植密度下的水稻每穗粒数显著性大于M1和M3，表明合适的插植密度有利于水稻每穗粒数的形成。相同密度下，YH 施肥方式的结实率均显著性低于CK施肥方式，分析其原因为CK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浆。对比产量结果和氮肥偏生产力发现，相同密度下的YH施肥方式产量和氮肥偏生产力均显著性高于CK 施肥方式，M1、M2和M3处理下的理论产量和实际产量分别提升了15.34%、18.24 和17.60%，15.78%、17.65%和17.60%，氮肥偏生产力分别提升了20.08%、22.02%和21.77%，氮肥施用量减少3.59%。表明机插同步侧深施肥方式有利于水稻产量和氮肥偏生产力的形成，同时减少了氮肥施用量。而在相同施肥方式下M1＞M2＞M3，说明在合理的插植密度范围内，适当增加插植密度有利于提高水稻产量和氮肥偏生产力。

表3 不同处理的水稻产量、产量构成因素及其偏氮肥生产力

由图2 可知，T1和T2处理的有效穗、分蘖力、分蘖数、基本苗、产量和氮肥偏生产力呈现正相关，表明在光温资源有限的基础上，合理的密植能够显著性提高水稻的分蘖数、分蘖力以及基本苗的形成，为水稻高产群体的构建奠定了基础。同时，合理密植有利于水稻有效穗数的增加，有效弥补了结实率降低的不足，进而提高了水稻的产量。合理的密度还有利于提高水稻的氮肥偏生产力。以上结果表明，3种插植密度中，30 cm×14 cm 的插植密度最有利于水稻产量形成和氮肥的利用。

图2 水稻性状及产量构成相关性分析

3 结论与讨论

水稻产量构成因子是水稻产量形成的关键[7]。本研究结果表明，机械侧深施肥技术能够有效提高水稻的最高分蘖数、有效穗数和产量，前人的研究同样证实了这一观点[8-10]。机械侧深施肥技术在氮肥施用量减少3.59%的基础上，还能够显著提高产量15.34%～18.24%，有效促进水稻增产的同时又保护了环境。传统的施肥方式直接在水稻田表层施用大量肥料，极易导致氮肥的硝化和反硝化作用而分解，造成氮肥浪费，而机械侧深施肥则可以有效避免氮肥的损失且对环境友好[11]，这与本研究的观点相一致。我国的氮肥利用率远低于国际平均水平。机械侧深施肥技术可以显著提高氮肥利用率，是实现氮肥利用率和水稻产量协同提升的关键[12]。本研究结果同样证实机械侧深施肥技术在提高肥料利用率的同时增加了水稻的产量。此外，随着我国从事农业的劳动力老龄化问题加剧，大量劳动力转移，严重影响了农业生产[13]。相比于传统施肥方式，水稻机械侧深施肥减少了穗粒肥的施用，操作简化且有效减少了劳动力的投入，符合水稻生态化发展理念。栽培密度是水稻群体构建和产量形成的关键[14]。高密度栽培有利于增加单位面积的穗数，但是加剧了个体间的竞争，导致穗多、穗小、粒轻和产量低下等问题[15]；低密度有利于水稻个体的发育，但是影响群体结构和产量[16]。因此，合理的密植是水稻高产的关键。本研究结果表明，相比于其他处理，M1处理下水稻的分蘖、穗数和产量都能够得到最大发展。

综上，本研究将机械侧深施肥技术与合理的栽培密度相结合，研究了不同密度和不同施肥方式下水稻群体质量和产量的形成规律，证实水稻机械侧深施肥结合合理的栽培密度的技术具有优越性，科学减少了氮肥施用总量，减轻劳动强度，在降低生产成本的同时提高了肥料利用率和水稻产量。本研究为制定水稻优质高产绿色发展方案提供了理论依据和实践意义。