褚光，徐冉，陳松，徐春梅，王丹英，章秀福

（中國(guó)水稻研究所水稻生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州 311400）

水稻（Oryza sativa L.）是我國(guó)主要糧食作物之一，穩(wěn)定水稻產(chǎn)量，對(duì)保障糧食安全具有重要戰(zhàn)略意義。改革開放特別是本世紀(jì)以來，隨著農(nóng)村城鎮(zhèn)化的推進(jìn)和發(fā)展，糧食生產(chǎn)的比較效益日趨降低。農(nóng)村勞動(dòng)力，尤其是青壯年勞動(dòng)力加速向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移，我國(guó)農(nóng)村非農(nóng)就業(yè)人口從1978年的2 320萬人增長(zhǎng)到2016年的15 153萬人。目前，人們對(duì)優(yōu)質(zhì)稻米需求增長(zhǎng)和農(nóng)村勞動(dòng)力短缺的矛盾，使我國(guó)水稻生產(chǎn)模式從傳統(tǒng)的散戶種植向規(guī)?；C(jī)械化、輕簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)變［1，2］。

水稻直播是近年來在我國(guó)迅速擴(kuò)大的一種輕簡(jiǎn)栽培技術(shù)。該技術(shù)省去了育秧、拔秧、運(yùn)秧、栽秧等主要作業(yè)環(huán)節(jié)，整地后直接播撒稻種，有顯著的省工、省力、高效優(yōu)勢(shì)［3，4］。但農(nóng)業(yè)主管部門內(nèi)部對(duì)直播稻的爭(zhēng)論較大。持肯定態(tài)度者認(rèn)為，伴隨農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的持續(xù)深入，發(fā)展直播稻符合當(dāng)前農(nóng)村的實(shí)際情況；但不可盲目、粗獷、無序的發(fā)展，需制定合理的發(fā)展目標(biāo)與方向，良種良法相配套，推動(dòng)直播稻生產(chǎn)健康、穩(wěn)定發(fā)展。持否定態(tài)度者則認(rèn)為，直播稻是一種原始的生產(chǎn)方式，是一種“懶田”行為，對(duì)我國(guó)糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有嚴(yán)重威脅。盡管存在較大的爭(zhēng)論，但我國(guó)直播稻仍在質(zhì)疑聲中不斷前行，種植面積逐年攀升。

近年，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)羅錫文院士團(tuán)隊(duì)研制了水稻精量穴直播機(jī)，并與中國(guó)水稻研究所栽培團(tuán)隊(duì)合作研發(fā)了配套栽培技術(shù)體系。水稻精量穴直播機(jī)及其配套栽培技術(shù)基于農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝融合，在技術(shù)創(chuàng)新、機(jī)具發(fā)明和農(nóng)藝創(chuàng)建三方面取得了顯著成效［5］。目前，該項(xiàng)技術(shù)發(fā)明已在國(guó)內(nèi)26個(gè)省、市、自治區(qū)以及泰國(guó)、老撾、緬甸、越南、柬埔寨和意大利等國(guó)推廣，為水稻機(jī)械化、輕簡(jiǎn)化種植提供了先進(jìn)的技術(shù)，引領(lǐng)了全國(guó)水稻機(jī)械化直播技術(shù)的發(fā)展。

氮素是影響水稻產(chǎn)量形成最關(guān)鍵的栽培因素。近年來，隨著品種改良與氮肥投入的持續(xù)增加，我國(guó)水稻單產(chǎn)已超過6.6 t／hm2，高出世界平均水平55%，這對(duì)于我國(guó)糧食安全與社會(huì)穩(wěn)定起到了十分重要的作用［6］。但目前我國(guó)稻田單季氮肥用量平均為185 kg／hm2，比世界平均用量高約75%［7］。過高的氮肥投入，不僅降低了氮肥利用率，還會(huì)造成一系列不良的環(huán)境反應(yīng)。因此，如何通過合理的氮肥投入與氮肥運(yùn)籌，提高水稻單產(chǎn)與氮素利用效率，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要解決的重大課題。側(cè)深施肥技術(shù)與緩／控釋肥的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)肥料利用率和稻谷產(chǎn)量協(xié)同提高的有效途徑［8-10］。截至目前，控釋尿素側(cè)深施對(duì)機(jī)械精量穴直播水稻產(chǎn)量形成與氮肥利用效率的影響尚不清楚。為此，本研究以尿素和控釋尿素為氮源，開展機(jī)械側(cè)深施氮試驗(yàn)，以期明確側(cè)深施肥技術(shù)對(duì)水稻產(chǎn)量以及氮肥利用效率的影響，為水稻輕簡(jiǎn)高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)與技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本情況

試驗(yàn)于2018—2019年在中國(guó)水稻研究所富陽基地試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行（119°55′E，30°04′N）。土壤為黏性水稻土，2年水稻移栽前土壤含有機(jī)質(zhì)50.20 g／kg、全氮2.42 g／kg、全磷0.68 g／kg、全鉀19.70 g／kg、堿解氮260.00 mg／kg、銨態(tài)氮9.26 mg／kg、有效磷25.20 mg／kg、速效鉀51.00 mg／kg。水稻移栽至成熟期的氣象數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 2018-2019年試驗(yàn)區(qū)水稻生長(zhǎng)期降水量、日照以及平均氣溫Table 1 Monthly totals precipitation and sunshine hours，and averages temperatures during the growing seasons for rice from 2018 to 2019

1.2 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

水稻品種為超大穗型秈／粳雜交稻品種甬優(yōu)1540，播種至成熟生育期為155 d。氮肥類型為尿素（N含量≥46.7%，中化化肥控股有限公司生產(chǎn)）和控釋尿素（N含量≥41.6%，金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)，25℃釋放期為60 d）。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積12 m×10 m，3次重復(fù)。相鄰小區(qū)之間筑田埂并用黑色塑料薄膜覆蓋，以防肥水串灌。設(shè)置3種施氮方式，即：N0.不施用氮肥；UB.氮源為尿素，施用量折合純氮200 kg／hm2，按基肥∶分蘗肥∶促花肥∶?；ǚ剩?∶2∶2∶2比例施用，均為人工撒施；CDP.氮源為控釋尿素，施用量折合純氮180 kg／hm2，在播種時(shí)作基肥1次機(jī)械側(cè)深施。不同處理磷、鉀肥施用量相同，基施過磷酸鈣（含P2O513.5%，浙江江山塔峰化肥廠生產(chǎn)）445 kg／hm2；氯化鉀（含K2O 62.5%，中農(nóng)集團(tuán)控股有限公司生產(chǎn)）120 kg／hm2，在移栽前1 d和拔節(jié)期分2次施用，2次用量相等。2年試驗(yàn)，水稻生育期較接近。水稻經(jīng)催芽露白后于6月1日采用上海世達(dá)爾公司生產(chǎn)的2-BD型水稻機(jī)械精量穴直播機(jī)直播，株行距為33 cm×16.5 cm，每穴3～5粒稻種，播種量為22.5 kg／hm2，8月28-29日齊穗，10月30日收獲。按照文獻(xiàn)［11］的方法，全生育期嚴(yán)格控制病蟲草害。

1.3 取樣與測(cè)定

（1）莖蘗動(dòng)態(tài)與莖蘗成穗率。分別于拔節(jié)期、齊穗期、成熟期調(diào)查各小區(qū)莖蘗數(shù)，每小區(qū)考察100穴植株，并按照文獻(xiàn)［11］的方法計(jì)算莖蘗成穗率。

（2）干物質(zhì)量與作物生長(zhǎng)速率。與上述相同時(shí)期，按平均莖蘗數(shù)取6穴植株，分成莖鞘、葉片（綠葉與枯葉）與穗（拔節(jié)期除外），先將分解后的植株置于烘箱中105℃殺青30 min，再將烘箱溫度調(diào)至70℃，恒溫72 h烘干稱重，按照文獻(xiàn)［12］的方法計(jì)算作物生長(zhǎng)速率（Crop growth rate，CGR）。

（3）葉面積指數(shù)與光合勢(shì)。與上述相同時(shí)期，用Li-Cor 3050型葉面積儀測(cè)定植株葉面積，并根據(jù)文獻(xiàn)［11］的方法計(jì)算光合勢(shì)（Leaf area duration，LAD）。

（4）劍葉凈光合速率。在齊穗后12、24、36 d，于9∶00采用Li-Cor 6400便攜式光合測(cè)定儀測(cè)定劍葉光合速率，期間天氣晴朗無風(fēng)。葉室CO2濃度為380μmol／mol，使用紅藍(lán)光源，光量子通量密度（PFD）為1 400μmol／m2·s，溫度28～30℃。各處理重復(fù)測(cè)定6張葉片。

（5）根系氧化力。與測(cè)定劍葉凈光合速率的相同時(shí)期，挖取3穴水稻根系用于測(cè)定根系氧化力。根系取樣與根系氧化力測(cè)定均參照文獻(xiàn)［12］的方法。

（6）考種與計(jì)產(chǎn)。成熟期各小區(qū)考察50穴植株的有效穗數(shù)，并按平均有效穗數(shù)取10穴用于測(cè)定結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量，各小區(qū)實(shí)收計(jì)產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用以下公式計(jì)算各參數(shù)：

莖蘗成穗率（%）＝成熟期有效穗數(shù)／拔節(jié)期莖蘗數(shù)×100

氮肥農(nóng)學(xué)利用效率（kg／kg）＝（施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量）／施氮量

氮肥吸收利用率（%）＝（成熟期施氮區(qū)地上部氮素積累量-成熟期不施氮區(qū)地上部氮素積累量）／施氮量×100

氮素稻谷生產(chǎn)效率（kg／kg）＝籽粒產(chǎn)量／成熟期地上部氮素積累量

式中：L1和L2為前后兩次測(cè)定的葉面積（m2／m2）；T1和T2為前后測(cè)定的時(shí)間（d）。

式中：W1和W2為前后兩次測(cè)定的地上部干物質(zhì)量（g／m2）；T1和T2為前后測(cè)定的時(shí)間（d）。

用SAS／STAT統(tǒng)計(jì)軟件（Version 6.12，SAS Institute，Cary，NC，USA）進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成要素

施氮方式能顯著影響水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素。與UB相比，CDP處理顯著增加水稻產(chǎn)量，增幅為5.1%～5.7%。CDP的總穎花量較UB顯著降低，主要是單位面積穗數(shù)的降低導(dǎo)致總穎花量的降低，每穗粒數(shù)在CDP與UB間沒有顯著差異（表2）。CDP的結(jié)實(shí)率與千粒質(zhì)量均較UB有大幅提升，這是其產(chǎn)量增加的主要原因。

表2 不同施氮方式的水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素比較Table 2 Comparison of grain yield and its yield components under different N managements

2.2 植株吸氮量與氮素利用效率

與N0相比，UB與CDP植株吸氮量顯著提高，但UB與CDP間并沒有顯著差異（表3）。與UB相比，CDP的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥吸收利用率以及氮素稻谷生產(chǎn)效率均顯著提高。

表3 2018-2019年不同施氮方式的水稻氮肥利用效率比較Table 3 Comparison of nitrogen use efficiency of rice under different N managements from 2018 to 2019

2.3 莖蘗數(shù)與莖蘗成穗率

與N0相比，UB與CDP顯著增加了水稻生育期的莖蘗數(shù)，但莖蘗成穗率卻顯著降低。CDP的莖蘗數(shù)在拔節(jié)期、齊穗期與成熟期均顯著低于UB，而莖蘗成穗率則較UB顯著提高（表4）。說明CDP可以在生育前期將有限的氮素資源更多的集中到有效分蘗上，進(jìn)而獲得較高的產(chǎn)量與氮肥利用效率。

表4 2018-2019年不同施氮方式處理的水稻莖蘗數(shù)與莖蘗成穗率比較Table 4 Comparison of number of tillers and percentage of productive tillers under different N managements from 2018 to 2019

2.4 干物質(zhì)量與作物生長(zhǎng)速率

施氮方式對(duì)水稻主要生育期的地上部干物質(zhì)量與作物生長(zhǎng)速率均有影響（表5）。與N0相比，UB與CDP能顯著提高整個(gè)生育期的地上部干物質(zhì)量與作物生長(zhǎng)速率。CDP處理拔節(jié)期的地上部干物質(zhì)量及拔節(jié)前的作物生長(zhǎng)速率均顯著低于UB，齊穗期與成熟期的地上部干物質(zhì)量及拔節(jié)—齊穗和齊穗—成熟的作物生長(zhǎng)速率與UB無顯著差異。

表5 2018-2019年不同施氮方式處理的水稻干物質(zhì)量與作物生長(zhǎng)速率（CGR）比較Table 5 Comparison of shoot dry weight and crop growth rate（CGR）of rice under different N managements from 2018 to 2019

2.5 葉面積指數(shù)與光合勢(shì)

施氮方式對(duì)水稻主要生育期的葉面積指數(shù)及光合勢(shì)均有影響（表6）。與N0相比，UB與CDP顯著提高了整個(gè)生育期的葉面積指數(shù)與光合勢(shì)。CDP處理拔節(jié)期的葉面積指數(shù)、拔節(jié)前的光合勢(shì)均顯著低于UB，齊穗期的葉面積指數(shù)、拔節(jié)—齊穗的光合勢(shì)與UB無顯著差異，而成熟期的葉面積指數(shù)以及齊穗—成熟的光合勢(shì)則顯著高于UB。

表6 2018-2019年不同施氮方式處理的水稻葉面積指數(shù)（LAI）與光合勢(shì)（LAD）比較Table 6 Comparison of leaf area index（LAI）and leaf area duration（LAD）of rice under different N managements from 2018 to 2019

2.6 根系氧化力與劍葉凈光合速率

施氮方式對(duì)水稻灌漿期的根系氧化力與劍葉凈光合速率均有影響（表7）。灌漿早期3種施氮方式的根系氧化力無顯著差異。與N0相比，UB與CDP顯著提高了灌漿中期與后期水稻根系氧化力。CDP的根系氧化力在灌漿中期與UB無顯著差異，但灌漿后期顯著高于UB。同期還測(cè)定了劍葉凈光合速率，其變化規(guī)律與根系氧化力一致。

表7 2018-2019年不同施氮方式處理的灌漿期水稻根系氧化力與劍葉凈光合速率比較Table 7 Comparison of ROA and flag leaf photosynthetic rate of rice after heading under different N managements from 2018 to 2019

3 討論

當(dāng)前我國(guó)水稻生產(chǎn)中肥料的施用方式以速效肥料表面撒施為主，養(yǎng)分流失嚴(yán)重。機(jī)械側(cè)深施肥技術(shù)，通過機(jī)械將養(yǎng)分精準(zhǔn)送達(dá)水稻根區(qū)，減少了養(yǎng)分損失，促進(jìn)植株對(duì)根際氮素的吸收，進(jìn)而提高產(chǎn)量與氮肥利用效率。朱從樺等［8］發(fā)現(xiàn)，機(jī)械側(cè)深施肥替代傳統(tǒng)撒施能夠顯著增加機(jī)插水稻干物質(zhì)積累量，增加有效穗數(shù)，提高水稻氮素吸收量，提高灌漿結(jié)實(shí)期莖葉氮素表觀轉(zhuǎn)移量和干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量，同步提高水稻產(chǎn)量和氮肥吸收利用率。近年來，緩／控肥料的研發(fā)與推廣迅速展開。緩／控肥料利用多種調(diào)控機(jī)制使養(yǎng)分按照設(shè)定的釋放速率和周期緩慢或控制釋放，以滿足作物在一定生長(zhǎng)季內(nèi)對(duì)養(yǎng)分的需求，可有效降低施肥勞動(dòng)強(qiáng)度、提高肥料利用率。很多研究指出，施用緩／控釋肥料可顯著降低稻田表層水中銨態(tài)氮的含量，減少氮素因氨揮發(fā)而損失，提高葉片氮代謝酶活性，改善根系構(gòu)型，延緩根系衰老，協(xié)同提高水稻產(chǎn)量與氮肥利用效率［13-16］。本研究表明，與UB相比，CDP處理可顯著提高水稻產(chǎn)量與氮肥利用效率。

有效穗數(shù)是水稻高產(chǎn)形成的重要因素。有效穗的多寡，取決于水稻分蘗的多少和莖蘗成穗率。前人研究表明，控制無效分蘗，提高莖蘗成穗率，是塑造高質(zhì)量水稻群體的有效途徑［17-19］。本研究中，與UB相比，CDP處理顯著降低了水稻拔節(jié)期與齊穗期的莖蘗數(shù)和成熟期的有效穗數(shù)，從而顯著提高了莖蘗成穗率?？蒯尫柿蠙C(jī)械側(cè)深施可以減少無效分蘗的發(fā)生，將更多的養(yǎng)分集中到有效穗上去。無效分蘗的減少有利于改善群體的通風(fēng)透光條件，有利于抽穗后物質(zhì)的生產(chǎn)與積累，進(jìn)而提高產(chǎn)量與氮肥利用效率。

每穗穎花數(shù)是水稻產(chǎn)量構(gòu)成的另一重要因素。一般認(rèn)為，在長(zhǎng)江中下游稻區(qū)實(shí)現(xiàn)超高產(chǎn)的主要途徑是主攻大穗［20，21］。生產(chǎn)實(shí)踐中，主要通過采取施用速效氮肥調(diào)控水稻穎花的形成，即在穗軸分化期、雌雄蕊分化期至減數(shù)分裂前期分2次施用尿素，前者為促花肥，促進(jìn)穎花多分化，后者為?；ǚ?，可減少穎花退化，從而利于大穗形成。在本研究中，UB處理的氮肥運(yùn)籌方式按基肥∶分蘗肥∶促花肥∶?；ǚ剩?∶2∶2∶2比例施用，其每穗粒數(shù)高達(dá)315粒以上。CDP處理則是將控釋尿素在移栽前1次深施，但UB與CDP處理水稻每穗穎花數(shù)之間并無顯著差異。說明控釋尿素深施盡管減少了氮肥的施用次數(shù)，但在穎花形成方面卻可以達(dá)到相似的效果，從而實(shí)現(xiàn)省工節(jié)本增效。

籽粒灌漿是水稻產(chǎn)量形成的最后階段，是粒重、產(chǎn)量及稻米品質(zhì)的決定性階段［22］。水稻籽粒灌漿所需的光合同化產(chǎn)物來源于兩方面：花后功能葉片的光合作用以及花前儲(chǔ)存在莖和其他器官（主要為葉鞘）中的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物［23］。其中，灌漿物質(zhì)有近90%來源于葉片的光合作用。因此，維持灌漿期較高的葉片光合作用能力，延緩植株衰老，對(duì)于水稻籽粒充實(shí)具有重要的影響。本研究中，與UB相比，CDP處理顯著提高了齊穗至成熟期的LAD與CGR，提高地上部葉片凈光合速率并延長(zhǎng)葉片光合作用時(shí)間，提升花后干物質(zhì)生產(chǎn)能力，促進(jìn)籽粒灌漿。此外，CDP處理可顯著提高灌漿期根系氧化力，延緩根系衰老。健壯的根系不僅可以從土壤中汲取更多的水分與養(yǎng)分，而且可以合成并向地上部輸送植物內(nèi)源激素，調(diào)控地上部生長(zhǎng)發(fā)育；另一方面，地上部植株又可以保證充足的碳水化合物輸送至根部，從而維持根系強(qiáng)大的生理活性［24，25］。因此，推測(cè)控釋尿素機(jī)械側(cè)深施可以改善灌漿期植株生長(zhǎng)發(fā)育，延緩根系衰老，促進(jìn)籽粒灌漿。

4 結(jié)論

與尿素面施相比，控釋尿素機(jī)械側(cè)深施可抑制生育前期無效分蘗的發(fā)生，提高莖蘗成穗率；提高生育中后期水稻光合勢(shì)與作物生長(zhǎng)速率，促進(jìn)干物質(zhì)積累；提高灌漿期劍葉凈光合速率與根系活性，延緩植株衰老，促進(jìn)籽粒灌漿?？蒯屇蛩貦C(jī)械側(cè)深施是提高機(jī)械精量穴直播水稻產(chǎn)量和氮素利用的有效施肥方法。