陸 雨，徐南清，段建設(shè)，朱紅英，洪 果，凌 冬，鄭冬曉，滿建國

（1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江中游作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070；2.襄州區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，湖北 襄陽 441104；3.襄陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖北 襄陽 441104）

水稻是中國第一大糧食作物，約占糧食總產(chǎn)量的40%［1］。施肥是水稻生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對于保障水稻產(chǎn)量至關(guān)重要。當(dāng)前稻田肥料施用方式主要為人工撒施和機(jī)械撒施，但這2 種方式均會(huì)通過氨揮發(fā)和徑流的方式導(dǎo)致稻田肥料損失。水稻側(cè)深施肥技術(shù)是在插秧機(jī)插秧的同時(shí)將肥料同步施在稻株根側(cè)3 cm、深度5 cm 處，是一項(xiàng)與培肥地力、培育壯苗、灌水管理、肥料選用、病蟲防治、機(jī)械選用等單項(xiàng)技術(shù)綜合組裝配套的栽培體系，是減肥、省力、節(jié)本、增效的一項(xiàng)技術(shù)措施。2018 年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部在黑龍江建三江舉辦全國水稻機(jī)械插秧同步側(cè)深施肥技術(shù)集成示范活動(dòng)，展示示范水稻機(jī)插秧同步側(cè)深施肥技術(shù)應(yīng)用成果，被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部正式確定為十大重大引領(lǐng)性農(nóng)業(yè)技術(shù)［2］。與傳統(tǒng)撒施相比，該技術(shù)有利于水稻根部吸收肥料，極大程度提高肥料利用率［3，4］。耿輝輝等［5］研究表明，側(cè)深施肥有利于水稻的低位分蘗成穗，成穗率可提高7.4%，每穗粒數(shù)增加11 粒，可顯著提高產(chǎn)量。學(xué)者對水稻側(cè)深施肥進(jìn)行了大量研究，但關(guān)于側(cè)深施肥下水稻分別對氮、磷、鉀等主要養(yǎng)分的吸收利用仍不明確，而這對于協(xié)同提高水稻產(chǎn)量和資源利用效率至關(guān)重要。

本研究通過設(shè)置人工撒施和機(jī)械側(cè)深施肥2 種施肥方式，結(jié)合不同肥料處理，探究2 種施肥模式下水稻產(chǎn)量和對氮、磷、鉀等養(yǎng)分的吸收利用差異，以期為進(jìn)一步協(xié)同提升水稻產(chǎn)量和資源利用效率提供理論支持，為進(jìn)一步推廣側(cè)深施肥技術(shù)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020 年水稻季在湖北省襄陽市襄州區(qū)張集鎮(zhèn)何崗村（N32°4′40″；E112°13′3″）進(jìn)行。前茬作物為小麥。試驗(yàn)點(diǎn)土壤基本理化性狀見表1，2 種施肥模式下的土壤養(yǎng)分基本一致。

表1 試驗(yàn)土壤基本理化性狀

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試水稻品種為粵禾絲苗，移栽密度為22.5×104株/hm2，2020 年 5 月 12 日播種，6 月 4 日移栽，全部機(jī)械移栽，株行距為13 cm×30 cm。

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為施肥方式處理，分為機(jī)械側(cè)深施肥（S）和傳統(tǒng)人工撒施（C）；副區(qū)為肥料配施處理，共5 個(gè)水平：全生育期不施肥（CK），氮磷鉀全施（NPK），磷鉀配施（PKN0），氮鉀配施（NKP0）、氮磷配施（NPK0），各處理肥料施用量見表2。為更好地展現(xiàn)機(jī)械側(cè)深施肥效果，本研究的機(jī)械側(cè)深施肥小區(qū)面積為70 m2，人工撒施部分為保證肥料施用均勻，在20 m2的小區(qū)進(jìn)行。各處理3 次重復(fù)，完全隨機(jī)排列，小區(qū)間設(shè)置隔離，小區(qū)外設(shè)置保護(hù)區(qū)。

表2 各處理肥料施用量

本研究氮肥來源尿素（含N 46%）、磷肥來源過磷酸鈣（含P2O512%），鉀肥來源氯化鉀（含K2O 60%）。氮肥施用分為基施和追施，追施在水稻幼穗分化始期（PI 期）施用，基追比為7∶3。磷肥和鉀肥均為一次性基施。側(cè)深施肥小區(qū)基施肥料采用機(jī)械施肥，肥料施用與秧苗移栽同期進(jìn)行，在幼穗分化始期進(jìn)行人工撒施追肥；人工撒施小區(qū)肥料在移栽前一天均勻撒于各小區(qū)內(nèi)。

田間各小區(qū)均筑埂，并采取黑色薄膜覆蓋以保證各小區(qū)單排單灌，避免串排串灌。水稻于2020 年9 月25 日左右收獲。除施肥外，各小區(qū)其他田間管理措施均與本地高產(chǎn)田管理措施一致。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 成熟期干物質(zhì)量 于成熟期，各小區(qū)分別取6 蔸具有代表性的樣品，去掉根和其余雜質(zhì)，按照莖稈+葉鞘、葉片和穗分開，放于80 ℃烘箱中烘干至恒重，稱量，記錄各器官干物重，干樣放于密封塑料袋中保存，用于后期測定氮素積累。

1.3.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因子 于成熟期，在各小區(qū)中間選取長勢一致，面積約為5.0 m2的區(qū)域作為測產(chǎn)區(qū)，人工收割后測量實(shí)際面積，并記錄測產(chǎn)蔸數(shù)。稻谷脫粒曬干后，風(fēng)選機(jī)去除雜質(zhì)和空癟粒，待稻谷吸濕平衡后稱量稻谷重量，并換算成含水量為13.5%的重量，計(jì)算各小區(qū)單位面積產(chǎn)量。

產(chǎn)量構(gòu)成因子的測定。首先在烘干前記錄6 蔸樣品的有效穗數(shù)，根據(jù)所占面積計(jì)算單位面積有效穗數(shù)；脫粒后的子粒自然風(fēng)干，采用水選法將飽粒和非飽粒（半飽粒和空粒）分開，自然風(fēng)干后再用風(fēng)選法將半飽粒和空粒分開。置于室內(nèi)吸濕平衡后分別稱量飽粒、半飽粒和空粒的總重量。然后用精度0.001 g 的天平分別從每個(gè)小區(qū)的飽粒重稱取3 個(gè)30 g 的小樣，從空粒中稱取3 個(gè)2 g 的小樣，記錄每個(gè)小樣的實(shí)際重量。人工統(tǒng)計(jì)各小樣的粒數(shù)以及每個(gè)小區(qū)中全部的半飽粒數(shù)。然后將全部飽粒小樣、空粒小樣以及所有半飽粒置于80 ℃烘箱中烘干至恒重后稱重。最后計(jì)算產(chǎn)量構(gòu)成因子，單位面積穗數(shù)、每穗穎花數(shù)（單位面積穎花數(shù)/單位面積穗數(shù)）、單位面積穎花數(shù)、結(jié)實(shí)率（飽粒數(shù)/總粒數(shù)）、粒重和H（I飽粒干重/地上部總干重）。

1.3.3 養(yǎng)分元素吸收積累 烘干后粉碎，用同位素質(zhì)譜儀（Elementar Trading Co.，Ltd，Germany）測定各器官氮濃度，用鉬銻抗比色法測定各器官全磷的含量，用火焰光度計(jì)法測定各器官全鉀的含量，再根據(jù)各部分干物質(zhì)重計(jì)算養(yǎng)分積累總量。

1.3.4 養(yǎng)分（氮、磷、鉀）利用效率計(jì)算 肥料農(nóng)學(xué)利用率（kg/kg）=（施肥小區(qū)子粒產(chǎn)量-不施肥小區(qū)產(chǎn)量）/肥料施用量［6］

肥料生理利用率（kg/kg）=（施肥小區(qū)子粒產(chǎn)量-不施肥小區(qū)產(chǎn)量）（/施肥小區(qū)總養(yǎng)分積累量-不施肥小區(qū)總養(yǎng)分積累量）

肥料偏生產(chǎn)力（kg/kg）=子粒產(chǎn)量/肥料施用量

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對稻谷產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

由表3 可知，機(jī)械側(cè)深施肥各處理的稻谷產(chǎn)量均高于同一處理下的人工撒施，其中NPK 全施處理的產(chǎn)量要顯著高于其他處理，機(jī)械側(cè)深施肥和傳統(tǒng)人工撒施下NPK 全施處理的產(chǎn)量均最高，分別為7 633.7、7 050.4 kg/hm2，其次為NP 配施處理，不施氮處理的產(chǎn)量最低；與NPK 全施處理相比，PK 配施、NK 配施和NP 配施處理的產(chǎn)量在機(jī)械側(cè)深施肥條件下分別降低21.2%、16.6%、9.6%，在傳統(tǒng)人工撒施條件下分別降低15.9%、11.0%、8.6%；單位面積有效穗數(shù)在機(jī)械側(cè)深施肥條件下分別降低15.1%、3.8%和0.2%，在傳統(tǒng)人工撒施條件下分別降低22.1%、8.8%、8.1%。這表明單位面積穗數(shù)是處理間產(chǎn)量差異的主要原因。此外，PK 配施、NK 配施和NP 配施處理間產(chǎn)量差異顯著，其中NP 配施處理產(chǎn)量最高，NK 配施次之，PK 配施最低。這說明N 肥對產(chǎn)量的影響效應(yīng)最高，K 肥最低。

表3 不同施肥處理下稻谷產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

2.2 不同處理對水稻成熟期干物質(zhì)積累的影響

由圖1 可知，施肥可以顯著提高水稻成熟期干物質(zhì)積累量，機(jī)械側(cè)深施肥下水稻成熟期干物質(zhì)量高于傳統(tǒng)人工撒施，這主要是由于機(jī)械側(cè)深施肥下的莖稈與葉片的干物質(zhì)量積累較高，在同一施肥模式下，機(jī)械側(cè)深施肥各處理的莖稈與葉片的干物質(zhì)量均顯著高于傳統(tǒng)人工撒施的各個(gè)處理。

圖1 不同施肥處理下成熟期干物質(zhì)積累量

在機(jī)械側(cè)深施肥方式下，NPK 處理下莖稈與葉片、子粒和總干物質(zhì)積累量最高，NK 配施和NP 配施處理次之，PK 配施處理最低，這與傳統(tǒng)人工撒施方式下各個(gè)處理干物質(zhì)積累情況一致。該結(jié)果表明，N、P、K 這3 種養(yǎng)分元素中，施氮對提高水稻成熟期干物質(zhì)量最有效，施磷提升效應(yīng)次之，鉀肥最低。

2.3 不同處理下水稻成熟期地上部植株養(yǎng)分元素吸收量差異

成熟期水稻地上部莖稈與葉片、子粒的N、P、K吸收積累量如圖2 所示。與CK 相比，施肥處理顯著提高了水稻植株地上部N、P、K 養(yǎng)分的吸收量，其中對K 的吸收量最高，N 次之，P 最低。與傳統(tǒng)人工撒施相比，機(jī)械側(cè)深施肥下水稻植株N 積累量較低，P積累量與之基本一致，K 積累量顯著增加。

圖2 不同施肥處理下成熟期不同器官N、P、K 養(yǎng)分積累

機(jī)械側(cè)深施肥下，NPK 處理下莖稈與葉片、子粒和總的氮、磷和鉀素積累量最高，其次為NP 配施處理，再次為NK 處理，PK 配施處理最低。傳統(tǒng)人工撒施方式下各處理N、P、K 積累量與機(jī)械側(cè)身施肥保持一致，表現(xiàn)為 NPK 全施處理＞NP 處理＞NK 處理＞PK 處理。

2.4 不同處理下水稻肥料利用效率差異

由表4 可知，在2 種施肥方式下，PK 處理下水稻P、K 農(nóng)學(xué)利用效率和生理利用效率以及NK 處理下K 農(nóng)學(xué)利用效率和生理利用效率均為負(fù)值。機(jī)械側(cè)深施肥方式下的水稻N、P、K 和NPK 全素的農(nóng)學(xué)利用效率，N、P 的生理利用效率，N、P、K 和 NPK 全素的偏生產(chǎn)力均高于傳統(tǒng)人工撒施。同一施肥方式下，NPK 處理的 N、P、K 和 NPK 全素的農(nóng)學(xué)利用效率、生理利用效率和偏生產(chǎn)力均最高，其中N、P 的農(nóng)學(xué)利用效率、生理利用效率和偏生產(chǎn)力要顯著高于其他處理。

表4 不同施肥處理下水稻肥料利用率

機(jī)械側(cè)深施肥方式下，水稻N 素的農(nóng)學(xué)利用效率、生理利用效率和偏生產(chǎn)力表現(xiàn)為NPK 處理最高，NP 配施處理次之，NK 處理最低。傳統(tǒng)人工撒施方式下，水稻N 素的農(nóng)學(xué)利用效率和偏生產(chǎn)力則表現(xiàn)為NPK 處理最高，NP 和NK 處理間無顯著差異；N素生理利用率表現(xiàn)為NPK 處理＞NK 處理＞NP 處理。

3 討論

3.1 施肥方式與肥料配施對水稻產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成的影響

單位面積穗數(shù)、每穗穎花數(shù)、結(jié)實(shí)率及千粒重是水稻產(chǎn)量構(gòu)成的重要組成部分，每穗穎花數(shù)與結(jié)實(shí)率決定每穗實(shí)粒數(shù)。研究認(rèn)為，水稻產(chǎn)量首先取決于有效穗數(shù)，其次是每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重［7］。此外，合理的施肥方式也能夠促進(jìn)有效分蘗的形成，使水稻具有較高的群體穎花量［8］。研究表明，機(jī)械側(cè)深施肥可有效促進(jìn)水稻分蘗，單位面積穗數(shù)較常規(guī)撒施提高20%～30%，同時(shí)還可以提高單穗實(shí)粒數(shù)，進(jìn)而提高產(chǎn)量［9］。合理的肥料配施有利于提高土壤肥力水平，挖掘農(nóng)田生產(chǎn)潛力，增加作物產(chǎn)量［10］。顏兵［11］研究認(rèn)為配方施肥較常規(guī)施肥對作物穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒質(zhì)量有顯著的促進(jìn)作用，氮磷鉀三要素的復(fù)合施用比任意混施2 種肥料的增產(chǎn)效果更好。黃晶等［12］通過長期定位試驗(yàn)揭示了肥料對于水稻產(chǎn)量的貢獻(xiàn)，表現(xiàn)為：有機(jī)肥＞化肥氮＞化肥磷＞化肥鉀。

本研究結(jié)果表明在機(jī)械側(cè)深施肥下水稻產(chǎn)量和單位面積穗數(shù)均高于傳統(tǒng)人工撒施，且NPK 全施處理的單位面積穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)和產(chǎn)量顯著高于PK、NK 和 NP 處理。研究還發(fā)現(xiàn)，2 種養(yǎng)分配施處理中，NP 配施處理的產(chǎn)量最高，NK 配施次之，PK 配施最低，表明氮肥對水稻產(chǎn)量提升的效應(yīng)最高，鉀肥最低，這與黃晶等［12］研究結(jié)論基本一致。

3.2 施肥方式與肥料配施對水稻干物質(zhì)積累量的影響

水稻產(chǎn)量主要來自于光合產(chǎn)物的積累，充足的干物質(zhì)積累是水稻高產(chǎn)的重要前提。研究表明，在水稻各關(guān)鍵生育階段物質(zhì)積累量合理、積累比例協(xié)調(diào)是水稻高產(chǎn)的前提［7］。凌啟鴻［13］研究發(fā)現(xiàn)在水稻抽穗至成熟時(shí)期，干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，是衡量水稻群體質(zhì)量的核心指標(biāo)。朱從樺等［14］研究發(fā)現(xiàn)，與人工撒施相比，機(jī)械側(cè)深施肥顯著提高了水稻關(guān)鍵生育期干物質(zhì)量，其中穗分化期、齊穗期、成熟期干物質(zhì)積累量分別增加14.72%～28.61%、9.78%～10.33%和6.89%～8.08%，這是機(jī)械側(cè)深施肥下水稻高產(chǎn)的主要原因。本研究結(jié)果與前人基本一致，在機(jī)械側(cè)深施肥下水稻成熟期干物質(zhì)量比傳統(tǒng)人工撒施高17.5%，這取決于機(jī)械側(cè)深施肥下較高的莖稈與葉片的干物質(zhì)積累。本研究還發(fā)現(xiàn)，N、P、K 這 3 種養(yǎng)分元素中，施氮對提高水稻成熟期干物質(zhì)量最有效，施磷提升效應(yīng)次之，鉀肥最低，這與各養(yǎng)分元素對產(chǎn)量的效應(yīng)一致。

3.3 施肥方式與肥料配施對水稻養(yǎng)分吸收利用的影響

合理的施肥方式有利于提高肥料吸收與利用效率，減少肥料用量，降低生產(chǎn)成本，提高作物生產(chǎn)效益［15-17］。研究表明，側(cè)深施氮的植株氮素吸收總量和氮素利用效率顯著高于人工撒施，與人工撒施相比，機(jī)械側(cè)深施肥下氮肥吸收利用率、氮肥農(nóng)學(xué)效率分別增加 17.91%～54.10% 和 19.61%～37.39%［14，18，19］。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，機(jī)械側(cè)深施肥下水稻植株氮素積累量較傳統(tǒng)人工撒施低，磷素積累量與之基本一致，鉀素積累量顯著增加，這與機(jī)械側(cè)深施肥條件下單位面積穗數(shù)高而單莖氮素濃度較低有關(guān)。肥料利用效率方面，機(jī)械側(cè)深施肥方式下的水稻N、P、K 肥的農(nóng)學(xué)利用效率和偏生產(chǎn)力以及N、P 肥的生理利用效率均高于傳統(tǒng)人工撒施處理，這與前人研究基本一致［18，19］。

研究發(fā)現(xiàn)，水稻吸收的氮與磷養(yǎng)分大部分轉(zhuǎn)運(yùn)到了子粒中，而鉀元素則存在于水稻莖稈中［16］。本研究發(fā)現(xiàn)，在2 種施肥方式下，N 和P 素在莖稈+葉片和子粒中的積累比例基本為1∶1，莖稈+葉片中略高，但K 素在莖稈+葉片和稻谷中的積累比例為11.5∶1。研究結(jié)果還表明，NPK 全素配施下的肥料利用率最高，施氮可以促進(jìn)水稻對磷和鉀的吸收利用，磷肥對水稻氮素吸收和利用的促進(jìn)效果高于鉀肥。

4 小結(jié)

與傳統(tǒng)人工撒施處理相比，機(jī)械側(cè)深施肥可有效提高水稻單位面積有效穗數(shù)和成熟期干物質(zhì)積累量，進(jìn)而提高稻谷產(chǎn)量。NPK 全施處理下的稻谷產(chǎn)量最高，施氮處理次之，不施氮處理的產(chǎn)量最低，單位面積有效穗數(shù)是造成處理間產(chǎn)量差異的主要原因。在養(yǎng)分吸收與利用方面，與傳統(tǒng)人工撒施相比，機(jī)械側(cè)深施肥有利于水稻對K 的吸收積累，但對N的積累較低，P 積累基本一致，機(jī)械側(cè)深施肥下的水稻氮肥、鉀肥、磷肥和全素肥料的農(nóng)學(xué)利用效率和偏生產(chǎn)力以及氮肥和磷肥的生理利用效率較高。肥料配施亦對水稻養(yǎng)分吸收利用有顯著影響，NPK 全施處理下的水稻氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、生理利用效率和偏生產(chǎn)力最高，兩元素配施處理中以施氮處理較高，施氮處理的磷肥和鉀肥利用效率均高于不施氮處理。綜上，機(jī)械側(cè)深施肥技術(shù)下NPK 全施或氮磷配施可有效協(xié)同提高水稻產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率。