控释氮肥一次性减量基施和密植对机插粳稻产量、品质及经济效益的影响

收稿日期：2023-10-17

基金项目：江苏省重点研发计划项目（BE2022338）；江苏省农业科技自主创新资金项目[CX（23）3017]；全国农业重大技术协同推广计划项目（2022-ZYXT-04-1）；国家水稻产业技术体系项目（CARS-01）；江苏省高等学校自然科学研究面上项目（22KJB210004）；江苏省高校优势学科建设工程资助项目（RAPD）

作者简介：陆喜瞻（1998-），男，江苏苏州人，硕士研究生，研究方向为水稻产质效协同与水稻轻简化栽培。（E-mail）228571866@qq.com

通讯作者：张洪程，（E-mail）hczhang@yzu.edu.cn；胡 群，（E-mail）huqun@yzu.edu.cn

摘要： 为探究控释氮肥一次性减量基施及密植对机插粳稻产量、品质和经济效益的影响，明确最优氮肥和栽插密度组合处理，以南粳5718为供试材料，在施用225 kg/hm2纯氮条件下，将3种控释期（60 d、80 d、100 d）的控释肥和3个栽插密度（每穴栽插苗数分别为6、8、10）进行组合，共设置9种组合方式，并设置对照（CK）为300 kg/hm2纯氮施用量+每穴栽插苗数为4+常规分次施肥，调查产量及其形成特征、稻米品质和经济效益的差异。结果表明，2021、2022年各减氮处理中产量最高的均为80-6处理，较其他减氮处理产量显著提高，较CK产量显著降低4.77%～5.17%。拔节期至抽穗期，80-6处理的干物质积累量与其他减氮处理相比总体增加。在稻米品质指标方面，各减氮处理的垩白粒率、垩白度较CK降低，营养品质（蛋白质含量）显著降低，但在外观品质、食味品质方面均得到显著改善。在经济效益方面，80-6处理实现了2021、2022年控释肥一次性基施下的最高经济效益，经济效益较CK增加3.60%～5.28%。因此认为，80-6处理在减氮和保证稳产的前提下，可以提升稻米品质，同时能够获得较高经济效益，可作为机插粳稻丰产优质高效协同的一次性减氮施肥处理的氮肥和栽插密度组合。

关键词： 粳稻；控释肥；减氮密植；产量；品质；经济效益

中图分类号： S511.044 文献标识码： A 文章编号： 1000-4440（2024）08-1400-12

Effects of one-time base application with reduced amount of controlled-release nitrogen fertilizer and density increase on yield， quality and economic benefits of mechanized-transplanting japonica rice

LU Xizhan， ZHU Haibin， ZHANG Kaiwei， XU Fangfu， ZHU Ying， LI Guangyan， LIU Guodong，WEI Haiyan， HU Qun， ZHANG Hongcheng

（Research Institute of Rice Industrial Engineering Technology， Yangzhou University/Jiangsu Key Laboratory of Crop Cultivation and Physiology/Jiangsu Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops/Jiangsu Industrial Engineering Research Center of High Quality Japonica Rice， Yangzhou 225009， China）

Abstract： This study aimed to investigate the effects of one-time base application with reduced amount of controlled-release nitrogen fertilizer and increased density on the yield， quality and economic benefits of mechanized-transplanting japonica rice， thereby clarifying the optimal combination of nitrogen fertilizer and planting density. In the study， a japonica rice cultivar-Nanjing 5718 was selected as the test material. And nine combinations with three controlled-release periods （60 days， 80 days and 100 days） of controlled-release fertilizer and three planting densities （six seedlings per hole， eight seedlings per hole and ten seedlings per hole） were set up under 225 kg/hm2 pure nitrogen， while the conventional split fertilization treatment with 300 kg/hm2 pure nitrogen and a planting density of four seedlings per hole was installed as the control （CK）. The differences in yields and their formation characteristics， rice quality， and economic benefits were investigated. The results showed that the yield of 80-6 treatment was the highest in all nitrogen reduction treatments in 2021 and 2022， which was significantly higher than that of other nitrogen reduction treatments， and the yield was significantly reduced by 4.77%-5.17% compared with CK. From jointing stage to heading stage， the dry matter accumulation of 80-6 treatment was generally increased compared with other nitrogen reduction treatments. In terms of rice quality， the chalky grain rate and chalkiness degree of each nitrogen reduction treatment were lower than those of CK， and the nutritional quality （protein content） was significantly reduced， but the appearance quality and taste quality were significantly improved. In terms of economic benefits， the 80-6 treatment achieved the highest economic benefits under the one-time basal application of controlled-release fertilizer in 2021 and 2022， and the economic benefits increased by 3.60%-5.28% compared with CK. Therefore， 80-6 treatment can improve rice quality and obtain higher economic benefits under the premise of reducing nitrogen and ensuring stable yield. It can be used as a combination of nitrogen fertilizer and planting density for one-time nitrogen reduction fertilization treatment with high yield， high quality and high efficiency of mechanically transplanted japonica rice.

Key words： japonica rice;controlled-release fertilizer;nitrogen reduction and density increase;yield;quality；economic benefits

水稻是中国重要的粮食作物，其高产稳产对于维护中国粮食安全具有举足轻重的意义[1]。当前，随着中国粮食供给侧结构性改革的进行，水稻生产已经由单一的高产导向转变为“高产、优质、高效、生态、安全”多方向协调发展。氮素是影响植物生长发育的关键元素，对水稻产量、品质的形成具有重要影响。然而，在实际生产过程中，农户往往为追求高产而施用过量氮肥[2-3]，这虽然有利于激发水稻生长潜力，但也带来了稻米品质下降、氮素利用效率低和环境污染等问题。同时，随着农村劳动力短缺和劳动力价格迅速上涨，农户普遍使用的常规分次施肥技术带来了高昂的劳动力开支，压缩了水稻生产的经济效益。因此，迫切需要将施肥技术朝着精量施肥、简化施肥的方向转变[4-5]。

控释氮肥一次性基施技术是一种具有高机械化程度、低作业成本的肥料施用技术，即在水稻播种或移栽前将其全生育期所需的氮肥以控释肥形式全量施入大田，后期不再进行追肥。相较于常规分次施肥技术，这种技术可大幅减少施肥次数，从而降低劳动成本[6-8]。另外，得益于生产企业日益成熟的制造工艺和技术，目前已经能够实现部分控释肥产品养分释放和水稻吸收相匹配，从而实现氮肥的高效利用。有研究发现，在等量施用氮肥的条件下，与常规尿素分次施肥相比，控释肥一次性基施处理可以增产17.75%，使氮肥利用效率提高27.64%，并使氮肥农学效率显著提高[9-11]。然而，减少氮肥用量可能会导致水稻单位面积穗数、每穗粒数减少，从而影响产量。前人研究发现，通过适度密植能够充分发挥群体优势，提升水稻群体颖花量以实现增产[12-15]。通过改变机插秧行株距可以实现水稻减氮密植栽培，较单一减氮处理明显增产，并且部分品种相较于常规对照能达到稳产效果[16-18]。

然而，已有的关于减氮密植的研究成果主要基于常规分次施肥，有关施用控释肥配合减氮密植措施对稻米产量和品质影响的研究较少。因此，本研究的目的是探讨密植及控释氮肥一次性减量基施对机插粳稻产量和品质的影响，明确与其养分吸收相匹配的最优氮肥和栽插密度组合处理。旨在为水稻氮肥的高效利用和水稻高产、优质及高效生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与供试材料

试验于2021-2022年在扬州大学校外试验基地江苏省宿迁市泗洪县现代农业园区进行，土壤类型为黏壤土，有机质含量为27.31 g/kg，有效氮含量为118.42 mg/kg，速效磷含量为32.34 mg/kg，速效钾含量为85.64 mg/kg。供试水稻品种为南粳5718，是优质食味迟熟中粳品种，生育期为145～150 d。供试肥料为山东茂施生态肥料有限公司提供的3种不同控释期的控释氮肥，控释周期分别为60 d、80 d、100 d。

1.2 试验设计

采用毯苗机插塑盘育秧，2年均于5月28日播种，播量设置为1盘150 g，并均于6月17日在秸秆还田条件下移栽。将行距×株距调整为30 cm×11 cm，分别设置1穴6苗、1穴8苗、1穴10苗3个栽插密度进行栽插，并在纯氮施用量为225 kg/hm2的条件下分别一次性基施60 d、80 d、100 d控释氮肥，基肥于移栽当天以侧深施肥方式同步施入。同时，设置对照（CK），1穴栽插秧苗4株，在300 kg/hm2总氮施用条件下分施基肥、分蘖肥、穗肥，施用比例为3.5∶3.5∶3.0。基肥于移栽前1 d施入，分蘖肥于移栽后7 d施用，穗肥于倒3.5叶期施用。磷肥（P2O5）、钾肥（K2O）施用量均为94.5 kg/hm2，前者为过磷酸钙（含12.5% P2O5），后者为氯化钾（含57.0% K2O），均作为基肥于移栽前1 d一次性施入。表1为各处理的设置。

在本试验中，每个处理设置2个重复，总共20个小区。每个小区的面积为20 m2。在不同肥料处理间采用覆膜田埂进行分隔，以防肥水交换。田块在水稻移栽后进行化学除草和病虫害防治，田间水分管理遵循生育中期搁田，收获前7 d断水，其余时间保持浅水层。

1.3 测定项目

1.3.1 茎蘖动态 各小区设置2个观测点，并在每个观测点选取10穴，移栽后每7 d记录1次茎蘖动态，直至抽穗期。

1.3.2 干物质与叶面积 （1）干物质量的测定。分别于拔节期、抽穗期和成熟期依据平均茎蘖数在各小区进行取样，取有代表性的植株3穴，将每穴植株分成茎、叶、穗（抽穗后）后放入烘箱，105 ℃杀青30 min，于80 ℃烘至恒重后称重量。（2）叶面积指数的计算。分别于拔节期、抽穗期和成熟期依据平均茎蘖数在各小区进行取样，取具有代表性的植株3穴，采用比重法测定叶面积。从每穴随机取20张叶片，统一剪取0.1 m长度的叶片作为比重叶，用直尺测量出每张叶片宽度并求取总和（W），在烘干后对比重叶干物质、每穴叶片总干物质进行称重量，每穴叶面积=每穴叶片总干物质量×0.1×W/比重叶干物质量。

1.3.3 产量及其结构 在各小区普查3个连续50穴的穗数，测量单位面积有效穗数，按照各小区每穴平均穗数取3穴，考察每穗粒数、结实率、千粒重，称取1 000实粒干种子的重量，重复称量3次（误差不超过0.05 g）。测定实际产量，在各小区收获3个连续的50穴，晒干后按14.00%含水率折算成实际产量。

1.3.4 稻米品质 参照《优质稻谷》（GB/T17891-2017）测定稻米的加工品质（糙米率、精米率和整精米率）；通过万深CE-E大米外观检测仪测定稻米外观品质（垩白粒率和垩白度）[19-20]。

使用全自动凯氏定氮仪（KjeltecTM8400， FOSS）测定精米总氮含量，以5.95的转换系数计算总蛋白质含量[20]；通过碘蓝法测定稻米中的直链淀粉含量[21]。通过食味仪（STA/A，日本佐竹公司）测定稻米食味值、平衡度、黏度、硬度和外观值，具体步骤如下：取30 g精米，加入39 g纯水，浸泡30 min后上锅蒸煮，30 min后关闭电源焖煮10 min，然后在降温盒中降温20 min，取出后在室温（25 ℃）条件下冷却1.5 h，随后使用米饭食味仪测定相关指标[22]。

1.3.5 经济效益 经济效益的计算公式：EB=YR-LW-MW-OW。式中，EB为1 hm2经济效益（元），YR为水稻产量收入（元），LW为1 hm2人工和其他成本（元），MW为1 hm2种子成本（元），OW为1 hm2肥料成本（元）。其他成本包括地租、机械费用、农药费用、管理费用、灌溉费用等。上述参数的计算参照生产季度当时的市场价格，包括水稻价格、用工价格、油价、水价等。

1.4 数据统计与计算

用Excel 2010处理数据，运用DPS V7.05数据处理软件进行统计分析，以最小显著性差异法（LSD）进行多重比较（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 产量及其构成因素

由表2、表3可知，不同肥料与密度组合处理的机插稻产量有显著差异。在减氮处理中，随着控释肥释放期的增加，水稻产量呈现先增后减的趋势，其中控释期为80 d的处理的产量显著高于其他处理（P<0.05）。随着每穴苗数的增加，产量呈现降低的趋势，每穴苗数为6株的处理的产量显著高于其他处理（P<0.05）。80-6处理的产量是各减氮组合中最高的，2021年、2022年分别达10.28 t/hm2、10.38 t/hm2，2021年分别较60-6、100-6处理增加了4.15%、3.21%，2022年分别较60-6、100-6处理增加了4.74%、3.39%，但2021年、2022年分别较CK减产5.17%、4.77%。

在产量构成因素方面，控释期的延长会导致穗数逐渐降低、穗粒数逐渐增加，群体颖花量呈先增后降的趋势。在相同控释期、不同每穴苗数处理间，穗粒数、群体颖花量呈现与产量相似的规律，即以每穴苗数为6株的处理最高；穗数呈现与产量相反趋势，以每穴苗数为10株的处理最高。与60-6处理相比，80-6处理的穗数减少了3.09%～3.20%，穗粒数增加了8.79%～8.97%，群体颖花量增加了5.31%～5.53%；与100-6处理相比，80-6处理的穗数增加了1.72%～8.53%，穗粒数减少了0.19%～2.94%，群体颖花量增加了1.35%～5.16%。除80-6处理外，各减氮处理的群体颖花量较CK显著降低了6.28%～14.42%。不同减氮处理在结实率上无显著差异，与CK相比显著增加了0.88%～1.95%。大部分处理的千粒重之间无显著差异。

2.2 群体茎蘖动态和成穗率

由表4、表5可知，与CK相比，不同肥料与密度组合对机插稻生育期的茎蘖数有显著影响。随着控释肥释放期的延长，茎蘖数呈现下降的趋势；随着每穴苗数的增加，高峰苗期、拔节期、抽穗期和成熟期的茎蘖数均呈现增长趋势。在高峰苗期和拔节期，一次性施肥处理的茎蘖数均高于CK，增幅为2.91%～34.33%。在抽穗期，除2021年的80-6、100-6、100-8处理与2022年的80-6、100-6处理外，其他一次性施肥处理的茎蘖数均较CK增加，增幅为6.73%～24.63%。在成熟期，各减氮处理的茎蘖数与CK相比规律不明显。成穗率的变化趋势与茎蘖数相反，随着控释肥释放期的延长，茎蘖成穗率呈现升高的趋势；随着每穴苗数的增加，茎蘖成穗率呈现下降的趋势。相较于CK，各减氮处理的茎蘖成穗率均降低，降幅为11.76%～21.00%。

2.3 群体干物质积累量

由表6、表7可知，与CK相比，不同肥料与密度组合处理对水稻干物质积累量有显著影响。在播种期至拔节期，随着控释肥释放期的延长，干物质积累量呈现降低的趋势；随着每穴苗数的增加，干物质积累量呈现增长的趋势。60-10处理的干物质累积量最高，较其他减氮处理增加0.19%～22.48%。拔节期至抽穗期、抽穗期至成熟期的干物质累积量呈现如下规律：随着控释肥释放期的延长，干物质积累量呈现增长或先增后降的趋势；随着每穴苗数的增加，干物质积累量呈现降低的趋势。在各减氮处理中，80-6、100-6处理的干物质积累量整体较高，在抽穗期至成熟期分别较其他减氮处理增加了2.83%～18.32%、0.40%～17.70%，但分别较CK降低了3.58%～5.34%、5.84%～6.66%。收获指数总体呈现出与拔节后干物质积累量相似的趋势，各减氮处理的收获指数较CK降低了0.42%～3.58%。

2.4 稻米加工和外观品质

由表8、表9可知，与CK相比，各减氮处理的精米率下降了0.07%～2.15%。在外观品质方面，垩白粒率、垩白度呈现如下规律：随着控释肥释放期的延长，先降低后升高；随着每穴苗数的增加，垩白粒率、垩白度总体呈现升高的趋势。各减氮处理的垩白粒率、垩白度较CK均显著降低（P<0.05）。相较于其他减氮处理和CK， 80-6处理的垩白粒率、垩白度分别下降了0.45%～12.17%、1.16%～40.86%。

2.5 稻米营养、蒸煮食味品质

由表10、表11可知，不同肥料与密度组合处理对稻米蛋白质含量、直链淀粉含量和食味值均有显著影响。随着控释肥释放期的延长，蛋白质含量呈现增长的趋势；随着每穴苗数的增加，蛋白质含量呈现降低的趋势。相较于CK，各减氮处理的蛋白质含量呈下降趋势，降幅为1.89%～7.19%。直链淀粉含量、食味值的变化表现出如下规律：随着控释肥释放期的延长，直链淀粉含量、食味值呈现下降趋势；随着每穴苗数的增加，直链淀粉含量、食味值呈现升高的趋势。各减氮处理的直链淀粉含量较CK增加了2.88%～7.93%，食味值较CK升高了0.45%～8.67%。

2.6 经济效益

由表12、表13可知，不同肥料与密度组合处理对机插稻经济效益的影响显著。随着控释肥释放期的延长，经济效益呈现先上升后下降的趋势，且控释期为80 d的处理的经济效益显著高于其他处理（P<0.05）。相较于80-8、80-10处理，80-6处理的经济效益分别提高了14.59%～14.92%、37.10%～38.95%。随着每穴苗数的增加，经济效益降低，每穴苗数为6株的处理的经济效益显著高于其他处理（P<0.05），与60-6、100-6处理相比，80-6处理的经济效益分别提高了17.08%～19.38%、12.90%～13.22%。而相较于CK，80-6处理的经济效益提高了3.60%～5.28%。

3 讨论

3.1 控释氮肥一次性减量基施和密植条件下机插粳稻的产量和群体质量特征

肥料，特别是氮肥的调控技术是影响水稻高产稳产栽培的关键因素之一[23-25]。其中，减氮密植已成为近年来水稻高产栽培的热点研究之一。朱相成[26]认为，在180 kg/hm2氮肥用量、减少30%施氮量的前提下，可以通过增加40%的基本苗数获得稳产和高产。蔡桂青[27]认为，在240 kg/hm2氮肥水平、减少25%施氮量的条件下，可以通过增加20%的基本苗数获得高产。本试验结果表明，在一次性施肥且减氮25%的条件下，不同控释氮肥与密度组合对产量有显著影响，各减氮处理中以80-6处理的机插稻产量较高。产生上述结果可能与控释氮肥的养分释放特征有关：释放期为60 d的控释氮肥在水稻生长前期养分释放速率过快，导致无效分蘖增多，而后期养分供应不足，导致光合生产力下降，干物质积累量也随之降低；100 d控释肥处理减产是由于其养分释放过慢，前期的养分释放量少，养分供应不足造成分蘖发生不足，使得单位面积穗数减少，群体颖花量不足，虽然在中后期能够持续提供养分，但仍无法实现高产。在80 d控释肥处理下，其释放周期能匹配水稻前期分蘖发生所需的养分，促进有效分蘖的发生和群体颖花量的增长，且在中后期仍能为抽穗、籽粒灌浆提供养分，从而形成较高产量[28-29]。此外，本试验还发现，相较于80-6处理，尽管80-8、80-10处理均增加了栽插密度，但产量仍低于80-6处理；与CK相比，虽然80-6处理增加了栽插密度，但产量仍低于CK。上述结果说明，本试验中限制产量进一步增加的主要原因是氮肥施用量，而不是密度。因此，在减氮25%的条件下，在控释氮肥一次性基施条件下提高栽插密度并不能平衡氮肥施用量降低导致的产量降低，这与前人研究结果[12]一致。蒋伟勤[30]认为，施用控混肥能更好地匹配水稻养分吸收规律、提高氮素利用率，从而促进群体颖花量的增加，实现水稻增产。因此，接下来我们将研究施用控释氮肥组合，而不是单一的控释氮肥。

3.2 控释氮肥一次性减量基施和密植条件下优质食味粳稻稻米品质特征与经济效益

加工和外观品质对稻米的商业价值至关重要。其中，前者在稻米流通中扮演着重要角色，而后者直接影响了稻米在市场上的认可度和单位价格[31]。前人关于增加种植密度会如何影响稻米加工品质尚无定论，这可能与增加密度的方式有关[13]。本研究发现，通过增加每穴栽插苗数而非减少行株距来实现密植，可以获得主茎成穗占比更大的产量群体，而水稻主茎穗籽粒往往较分蘖穗具有更好的加工品质[32]，这可能是密植处理加工品质改善的原因。在本研究中，粳稻的外观品质取得了显著提升，可能是因为控释肥的养分释放相对平稳，有助于维持籽粒灌浆物质的合成与转运速度的平稳，减少胚乳中的孔隙结构，从而改善籽粒的外观品质[33]。

近年来，消费者越来越关注稻米的营养和食味品质。营养品质主要以蛋白质含量为评定指标，而蛋白质含量、直链淀粉含量共同影响着稻米的食味品质[34]。在本研究中，减氮水平下不同控释氮肥处理的蛋白质含量均较CK显著降低，且表现为随着控释期的延长蛋白质含量增加的趋势。这一结果可能是因为氮素释放期延长导致水稻植株生长后期氮素养分过多，促进了籽粒蛋白质合成[35-36]。在本试验中，具有较低蛋白质含量的减氮密植处理表现出较高的食味品质，是由于稻米食味主要受到蛋白质含量的影响。此外，增加种植密度还将导致单茎可吸收的氮素含量较少，使得蛋白质合成受到抑制，因此呈现出蛋白质含量随着栽插密度的提高不断降低的趋势，而食味品质则得到改善[37-39]。

对于农民而言，经济效益是推动农业生产的强有力动力之一。在本试验中，我们发现80-6处理在一次性基施控释肥下实现了最高的经济效益。尽管CK的产值显著高于所有控释肥减氮密植处理，且肥料成本最低，但由于CK需要人工分次施肥，受限于高昂的人工成本，其经济效益反而低于80-6处理。考虑到当前中国面临的人口老龄化、劳动力短缺问题不断加剧，未来人工成本差距预计进一步扩大。因此，通过一次性基施控释肥减氮密植，从而提高水稻产质效协同的可行性将持续提高。然而，从目前情况看，80-6处理的产量并不能更好地实现高产稳产。因此，进一步优化一次性施肥条件下的减氮密植设置，进一步提高水稻产量，将有助于在实现经济效益的同时更好地保证水稻粮食安全。

4 结论

与常规分次施肥相比，在控释氮肥一次性减量基施和密植的种植方式下，稻米产量虽有一定下降，但80-6处理仍取得较高水平。因此，建议在优质食味粳稻种植中一次性基施控释氮肥225 kg/hm280 d，并1穴栽插6株苗，能在保证产量的前提下提升稻米品质，同时获得较高经济效益，可作为机插粳稻丰产优质高效协同的一次性减氮施肥的氮密组合。

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（责任编辑：徐 艳）