水稻側(cè)深施肥技術(shù)的氮肥減施效應(yīng)

懷燕，陳照明，張耿苗，姜銘北，許劍鋒，王強(qiáng)*

（1.浙江省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心糧油科，杭州 310020；2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境資源與土壤肥料研究所，杭州 310021；3.諸暨市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 諸暨 311800；4.淳安縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局植保土肥站，杭州 311700）

氮肥在水稻生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，對(duì)水稻產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率可達(dá)40%[1]，但在水稻生產(chǎn)中氮肥過量施用的現(xiàn)象非常普遍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國水稻生產(chǎn)中氮肥平均施用量為180 kg/hm2[2]，江蘇省太湖流域部分高產(chǎn)田塊的氮肥施用量甚至高達(dá)300 kg/hm2[3]。而氮肥過量施用導(dǎo)致肥料利用率降低，我國水稻生產(chǎn)中氮肥利用率僅為30%～35%，遠(yuǎn)低于世界平均水平，甚至低于泰國、菲律賓和日本等國家[4]。氮肥過量及不合理施用帶來的養(yǎng)分利用率下降、農(nóng)業(yè)面源污染等問題也受到越來越多的關(guān)注[5-6]。

我國針對(duì)水稻合理施肥開展了長期研究，如：田卡等提出的“三控”施肥技術(shù)可有效提高氮肥利用效率[7]；劉曉偉等[8]研究表明，根區(qū)一次施氮技術(shù)的氮肥利用率可提高到50%以上，而且顯著降低稻田氨揮發(fā)和徑流損失比例。緩釋肥具有養(yǎng)分釋放速率慢、養(yǎng)分釋放與水稻需肥同步率高等優(yōu)點(diǎn)，能促進(jìn)水稻根系發(fā)育，增強(qiáng)水稻生長后期凈光合速率[9-10]，近年來在水稻生產(chǎn)中的應(yīng)用逐漸增加。但上述研究結(jié)果受人工成本或經(jīng)濟(jì)效益等因素的制約，在推廣方面受到限制[11]。

施肥方式不合理是導(dǎo)致氮肥過量施用的重要原因。水稻生產(chǎn)中施肥方式一般都為撒施，且農(nóng)民習(xí)慣通過增加施肥量的方式來保證水稻產(chǎn)量，造成稻田氨揮發(fā)和徑流損失嚴(yán)重[12]，養(yǎng)分利用率降低。機(jī)插側(cè)深施肥是指在插秧時(shí)通過機(jī)械將肥料條狀深施于水稻秧苗一側(cè)的施肥方式。與傳統(tǒng)基肥撒施方式相比，側(cè)深施肥具有施肥效率高、施肥位置和施肥量精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)。已有的研究表明，側(cè)深施肥可以提高水稻光合作用效率，減緩衰老[13]，而且能減少氮素?fù)p失，促進(jìn)水稻對(duì)氮素吸收，提高氮肥利用率和稻谷產(chǎn)量[14-15]。我國在20世紀(jì)90年代就開展過水稻側(cè)條施肥技術(shù)研究，但受到施肥機(jī)械的限制，無法大規(guī)模推廣應(yīng)用。近年來，隨著水稻側(cè)深施肥機(jī)械的研究和推廣，水稻側(cè)深施肥技術(shù)在浙江、江蘇和湖南等水稻生產(chǎn)區(qū)域得到了大規(guī)模的推廣應(yīng)用[16]，但側(cè)深施肥對(duì)氮肥減施的效應(yīng)仍不明確。本文通過田間大區(qū)對(duì)比試驗(yàn)，研究了側(cè)深施肥技術(shù)在早稻和單季晚稻上的氮肥減施效應(yīng)，擬為水稻綠色高效施肥技術(shù)的推廣提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

早稻試驗(yàn)地點(diǎn)位于浙江省諸暨市王家井鎮(zhèn)沿江新村，單季晚稻試驗(yàn)地點(diǎn)位于浙江省杭州市淳安縣汾口鎮(zhèn)仙居村。試驗(yàn)點(diǎn)土壤基本理化性狀見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理：處理1，N0（不施氮肥）；處理2，CF（常規(guī)施肥，氮肥施用量根據(jù)農(nóng)戶常規(guī)施肥量確定，基肥采用復(fù)合肥撒施）；處理3，90%CFD（比CF處理減氮10%，基肥采用復(fù)合肥側(cè)深施）；處理4，80%CRF（比CF處理減氮20%，基肥采用緩釋肥撒施）；處理5，80%CRFD（比CF處理減氮20%，基肥采用緩釋肥側(cè)深施）。試驗(yàn)用緩釋肥為沃夫特水稻專用肥，由山東金正大生態(tài)工程股份有限公司生產(chǎn)，其中N、P2O5、K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為22%、8%和12%。各處理氮肥施用量和運(yùn)籌方式見表2。早稻試驗(yàn)中磷（P2O5）和鉀（K2O）用量分別為58.5 kg/hm2和117 kg/hm2，單季晚稻試驗(yàn)中磷（P2O5）和鉀（K2O）用量分別為90 kg/hm2和135 kg/hm2，各處理中磷和鉀不足部分分別用過磷酸鈣和氯化鉀補(bǔ)足，都作為基肥撒施。采用大區(qū)對(duì)比試驗(yàn)，每個(gè)處理大區(qū)面積為250 m2。

表1 試驗(yàn)土壤基本理化性狀Table 1 Basic physicochemical properties of tested soil

早稻試驗(yàn)時(shí)間為2017年3—7月，供試水稻品種為中早39。試驗(yàn)采用機(jī)插塑盤育秧，3月15日播種，播種量為每盤100 g；4月12日機(jī)械移栽，栽插密度為33.3萬穴/hm2（株行距10.0 cm×30.0 cm），每穴2株苗；7月12日收割。單季晚稻試驗(yàn)時(shí)間為2017年5—11月，供試水稻品種為甬優(yōu)538。試驗(yàn)采用機(jī)插塑盤育秧，5月18日播種，播種量為每盤85 g；6月15日機(jī)械移栽，栽插密度為18.5萬穴/hm2（株行距18.0 cm×30.0 cm），每穴2株苗；11月8日收割。

表2 不同季節(jié)水稻氮肥運(yùn)籌方式和施用量Table 2 Application method and rate of N fertilizer at different growth stages of rice kg/hm2

1.3 測定指標(biāo)與方法

葉綠素含量測定：將每個(gè)大區(qū)等距離分成3個(gè)區(qū)域，在每區(qū)域中間定位10株。分別在早稻和單季晚稻的分蘗盛期、幼穗分化期用SPAD-502葉綠素儀測定葉綠素含量。測定位置為每株水稻所有分蘗最新完全展開葉的中部。

氨揮發(fā)測定：稻田氨揮發(fā)測定采用王朝暉等的通氣法[17]。測定時(shí)每個(gè)大區(qū)等距離分成3個(gè)區(qū)域，在每區(qū)域中間放置2個(gè)氨揮發(fā)測定裝置。該測定裝置采用厚度為6 mm、直徑為15 cm的不透光聚氯乙烯（polyvinyl chloride,PVC）管制作，管子上部開透氣孔。測定時(shí)將海綿朝下的一面浸透磷酸甘油，放入PVC管中，在PVC管頂部蓋上塑料蓋，防止雨水進(jìn)入和污染。分別在每次施肥后1、3和5 d取海綿測定，然后放入新的海綿。第5天更換后的海綿持續(xù)到下一次施肥或收獲。將海綿樣品放入塑料袋中密封，帶回實(shí)驗(yàn)室后，用100 mL KCl溶液（1.0 mol/L）浸提吸收在海綿中的氨，采用AA3型連續(xù)流動(dòng)分析儀測定浸提液中的銨態(tài)氮含量，再根據(jù)測定裝置面積折算成每公頃氨揮發(fā)量。

考種和測產(chǎn)：水稻成熟期將每個(gè)大區(qū)等距離分成3個(gè)區(qū)域，在每區(qū)域分別調(diào)查有效穗數(shù)，并按平均穗數(shù)取5株代表性稻株考種，測定每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量等產(chǎn)量構(gòu)成因子；同時(shí)，取3株植株測定氮、磷、鉀養(yǎng)分含量，植株樣品分析采用常規(guī)分析方法[18]。收割時(shí)每個(gè)大區(qū)按3個(gè)區(qū)域分別實(shí)割測產(chǎn)，取平均值作為各處理產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

氮肥表觀利用率=（施氮處理吸氮量－不施氮處理吸氮量）/氮肥施用量。其中，吸氮量為稻谷氮素吸收量和秸稈氮素吸收量的總和。稻谷氮素吸收量=稻谷氮含量×稻谷產(chǎn)量，秸稈氮素吸收量=秸稈氮含量×稻谷產(chǎn)量×m（草）/m（谷），各處理m（草）/m（谷）的比值根據(jù)收獲期用于養(yǎng)分分析的植株樣品秸稈和稻谷干物質(zhì)質(zhì)量計(jì)算[19]，取3次重復(fù)的平均值。

采用Excel 2010和DPS 7.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 側(cè)深施肥對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

田間測產(chǎn)和考種結(jié)果（表3）表明，早稻試驗(yàn)中除了N0處理顯著降低早稻產(chǎn)量外，不同施肥處理間產(chǎn)量都沒有顯著差異。90%CFD處理的產(chǎn)量構(gòu)成因子與CF處理間沒有顯著差異，80%CRF、80%CRFD處理的每叢有效穗數(shù)和每穗總粒數(shù)有下降趨勢，但結(jié)實(shí)率略高于CF處理。這可能是由于緩釋肥前期速效氮供應(yīng)不足，影響了早稻有效分蘗，但后期充足的養(yǎng)分供應(yīng)提高了水稻結(jié)實(shí)率。

單季晚稻試驗(yàn)中90%CFD和80%CRFD處理的水稻產(chǎn)量高于CF處理，但差異不顯著。80%CRF處理的產(chǎn)量與CF處理間差異不顯著，但顯著低于90%CFD和80%CRFD處理，可能是由于緩釋肥減量20%撒施時(shí)單季晚稻生長后期養(yǎng)分供應(yīng)不足，影響了水稻產(chǎn)量。80%CRF和80%CRFD處理的有效穗數(shù)呈現(xiàn)高于CF處理的趨勢，每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量等指標(biāo)與CF處理間沒有明顯差異（表3）。

2.2 側(cè)深施肥對(duì)水稻關(guān)鍵生育期葉綠素含量的影響

水稻關(guān)鍵生育期SPAD值測定結(jié)果（圖1）表明：與CF處理相比，早稻試驗(yàn)中90%CFD處理顯著增加了分蘗盛期植株葉綠素含量；80%CRF處理在分蘗盛期和幼穗分化期葉綠素含量略有下降，而80%CRFD處理略有升高，但與CF處理間差異均不顯著。單季晚稻試驗(yàn)中除了N0處理顯著降低了分蘗盛期和幼穗分化期植株葉綠素含量外，其他施肥處理間葉綠素含量都沒有顯著差異。

表3 側(cè)深施肥對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響Table 3 Effect of side-deep placement of fertilizer on the yield and its component factors of rice

2.3 側(cè)深施肥對(duì)稻田氨揮發(fā)的影響

從表4可以看出，側(cè)深施肥顯著降低了稻田氨揮發(fā)量。早稻試驗(yàn)中90%CFD、80%CRF和80%CRFD處理的氨揮發(fā)總量為12.45～18.50 kg/hm2，比CF處理減少了24.5%～49.2%，氨揮發(fā)率為9.3%～12.6%，比CF處理減少了2.0～5.3百分點(diǎn)。側(cè)深施肥對(duì)降低單季晚稻氨揮發(fā)也具有明顯的效果。90%CFD、80%CRF和80%CRFD 3個(gè)處理的單季晚稻試驗(yàn)中氨揮發(fā)總量為18.75～26.23 kg/hm2，比CF處理減少了23.8%～45.5%，氨揮發(fā)率為10.4%～12.9%，比CF處理降低了2.4～4.9百分點(diǎn)。其中，緩釋肥結(jié)合側(cè)深施肥技術(shù)能進(jìn)一步降低稻田氨揮發(fā)量：試驗(yàn)中80%CRFD處理在早稻和單季晚稻上的氨揮發(fā)總量、氨揮發(fā)率都明顯低于90%CFD和80%CRF處理。

圖1 側(cè)深施肥對(duì)水稻關(guān)鍵生育期葉綠素含量的影響Fig.1 Effect of side-deep placement of fertilizer on the SPAD value of rice at the key growth stages

表4 側(cè)深施肥對(duì)稻田氨揮發(fā)的影響Table 4 Effect of side-deep placement of fertilizer on the ammonia volatilization

2.4 側(cè)深施肥對(duì)水稻氮素吸收和氮肥表觀利用率的影響

水稻收獲期氮素吸收量和氮肥表觀利用率見表5。

早稻試驗(yàn)中90%CFD和80%CRF處理的秸稈和稻谷含氮量、稻谷氮素吸收量和地上部氮素吸收量與CF處理間差異都不顯著，而80%CRFD處理的稻谷氮素吸收量和地上部氮素吸收量都顯著高于CF處理。3個(gè)減氮量處理的氮肥表觀利用率為35.6%～46.9%，比CF處理增加了4.0～15.3百分點(diǎn)。

單季晚稻試驗(yàn)中90%CFD和80%CRFD處理顯著增加了地上部氮素吸收量，氮肥表觀利用率分別比CF處理增加了10.9和10.1百分點(diǎn)。80%CRF處理的氮素吸收量（秸稈、稻谷、地上部）和表觀利用率與CF處理間差異都不顯著。而緩釋肥結(jié)合側(cè)深施肥技術(shù)能有效促進(jìn)水稻氮素吸收，早稻和單季晚稻試驗(yàn)中80%CRFD處理的地上部氮素吸收量、氮肥表觀利用率都顯著高于80%CRF處理。

表5 側(cè)深施肥對(duì)水稻氮素吸收和利用率的影響Table 5 Effect of side-deep placement of fertilizer on the N uptake by rice and N use efficiency

3 討論

水稻化肥減施可以分為2個(gè)階段。首先是以現(xiàn)階段水稻栽培水平下適宜施肥量為目標(biāo)的化肥減施，其次是通過提高養(yǎng)分利用率來進(jìn)一步降低化肥用量。我國通過對(duì)測土配方施肥技術(shù)的研究和推廣，水稻施肥量明顯下降，基本滿足了基于現(xiàn)階段水稻栽培水平下適宜施肥量的要求。當(dāng)前，浙江省早稻施氮量約為180 kg/hm2[20]。楊梢娜[21]研究認(rèn)為，杭嘉湖平原地區(qū)單季晚稻最佳施氮量為217.3～240.1 kg/hm2，相應(yīng)的水稻產(chǎn)量為9 119.8～9 801.9 kg/hm2。本試驗(yàn)中CF處理的早稻和單季晚稻氮肥施用量分別為168.0和225.0 kg/hm2，產(chǎn)量分別達(dá)到了8 140.5和9 572.0 kg/hm2，基本代表了浙江省水稻種植大戶的施肥和產(chǎn)量水平。更進(jìn)一步的化肥減量目標(biāo)，只能采用化肥品種更新、施肥方式優(yōu)化等措施，通過提高養(yǎng)分利用率來實(shí)現(xiàn)[22]。

氮肥集中深施可將更多的肥料養(yǎng)分長時(shí)間保留在施肥點(diǎn)周圍的土壤中，增加水稻對(duì)肥料氮的吸收，從而提高水稻氮肥利用率和產(chǎn)量[23]。由于施肥機(jī)械的限制，氮肥深施技術(shù)推廣較為緩慢。近年來，機(jī)插秧側(cè)深施肥機(jī)械的發(fā)展為氮肥深施技術(shù)的推廣提供了支撐。研究表明，側(cè)深施肥技術(shù)可使水稻增產(chǎn)6.31%～8.03%，氮肥利用率提高32.52%～50.79%[13]。本研究也表明，90%CFD和80%CRFD處理在氮肥分別減量10%和20%時(shí)，早稻和單季晚稻的產(chǎn)量與常規(guī)施肥間差異都不顯著，氮肥表觀利用率顯著提高。表明側(cè)深施肥技術(shù)在水稻化肥減量中具有明顯的效果。氮肥深施后由于土壤覆蓋，減少了氨揮發(fā)損失，是提高氮肥利用率的重要因素。本研究中，90%CFD和80%CRFD處理的稻田氨揮發(fā)總量、氨揮發(fā)率顯著低于常規(guī)施肥處理，與侯朋福等[16]的研究結(jié)果一致。對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因子的分析發(fā)現(xiàn)，80%CRFD處理在早稻試驗(yàn)中每叢有效穗數(shù)呈下降趨勢，在田間試驗(yàn)中也觀察到緩釋肥撒施或側(cè)深施處理的早稻起發(fā)偏慢，可能是由于早稻生產(chǎn)前期氣溫較低，需要足夠的銨態(tài)氮供應(yīng)，緩釋肥減量處理由于速效氮投入量少，而且減施了分蘗肥，影響了前期氮肥供應(yīng)。因此，早稻生產(chǎn)中復(fù)合肥側(cè)深施的氮肥減施效應(yīng)好于緩釋肥減量側(cè)深施，或者選擇含硝化抑制劑的穩(wěn)定性肥料更能滿足早稻生長的需求。

緩釋肥具有養(yǎng)分釋放速率慢，養(yǎng)分釋放與作物需肥同步率高的特點(diǎn)。已有研究表明，應(yīng)用緩釋肥作基肥，氮肥減量16.7%時(shí)，水稻能保持穩(wěn)產(chǎn)，氮肥利用率可提高2.9～9.0百分點(diǎn)[24]。本研究表明，早稻試驗(yàn)中緩釋肥減量20%撒施處理的早稻產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收量與常規(guī)施肥間沒有顯著差異，緩釋肥減量20%側(cè)深施處理還增加了早稻的氮素吸收量。但單季晚稻試驗(yàn)中緩釋肥減量20%撒施時(shí)，水稻產(chǎn)量比CF處理減少了5.2%，雖然產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收量與常規(guī)施肥處理間差異都不顯著，但都略低于CF處理，氮肥表觀利用率與CF處理間也沒有顯著差異。表明應(yīng)用緩釋肥減量20%時(shí)，由于單季晚稻生長期較長，可能存在后期養(yǎng)分供應(yīng)不足的問題，水稻有減產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。緩釋肥結(jié)合側(cè)深施肥技術(shù)能有效提高氮肥的利用率，保證氮肥減量20%時(shí)的穩(wěn)產(chǎn)效應(yīng)，試驗(yàn)中80%CRFD處理的單季晚稻產(chǎn)量顯著高于80%CRF處理，氮素吸收量和氮肥表觀利用率也顯著高于80%CRF處理。因此，單季晚稻栽培中緩釋肥減量20%側(cè)深施是較適宜的氮肥減施方式。

側(cè)深施肥技術(shù)不但能實(shí)現(xiàn)水稻精準(zhǔn)施肥，提高氮肥利用率，而且能延長肥料在土壤中的養(yǎng)分供應(yīng)時(shí)間。本研究表明，應(yīng)用緩釋肥側(cè)深施肥時(shí)，早稻和單季晚稻可分別比常規(guī)施肥減少1次追肥，有效降低了人工施肥成本；但也發(fā)現(xiàn)，在氨揮發(fā)量測定中重復(fù)性較差，可能是受到了田塊平整程度的影響。土壤平整度不夠時(shí)，機(jī)器僅起到開溝效果，肥料條施后土壤未能覆蓋，降低了側(cè)深施肥的效果。因此，加強(qiáng)側(cè)深施肥配套技術(shù)研究十分必要。

4 結(jié)論

復(fù)合肥減量10%側(cè)深施（90%CFD）、緩釋肥減量20%撒施（80%CRF）和緩釋肥減量20%側(cè)深施（80%CRFD）處理的早稻、單季晚稻產(chǎn)量與常規(guī)施肥（CF）間差異都不顯著，而稻田氨揮發(fā)總量和揮發(fā)率都顯著低于常規(guī)施肥處理，氮肥表觀利用率則顯著高于常規(guī)施肥處理。在單季晚稻試驗(yàn)中，80%CRF處理的水稻產(chǎn)量顯著低于80%CRFD處理。綜合分析，早稻生產(chǎn)中復(fù)合肥減量10%側(cè)深施、緩釋肥減量20%側(cè)深施或撒施，都能實(shí)現(xiàn)氮肥減施穩(wěn)產(chǎn)的目標(biāo)，單季晚稻生產(chǎn)適宜采用復(fù)合肥減量10%側(cè)深施或緩釋肥減量20%側(cè)深施的施肥方式。