覆膜機插緩混一次施肥對水稻生長、產量和氮素利用效率的影響

陳洋洋 洪金枝 張子涵 金佳雯 唐心傲 李剛華

（三亞南京農業大學研究院/江蘇省現代作物生產協同創新中心/南京農業大學作物生理生態與生產管理重點實驗室，南京 210095；第一作者：31319103@njau.edu.cn；*通信作者：lgh@njau.edu.cn）

水稻是我國重要的糧食作物，65%的人口以大米為主食，據預測到2030 年我國水稻需求量在現有基礎上將增加20%[1]。常規水稻栽培模式是淹水栽培，且施肥量大，常造成水分和肥料利用率低等問題[2-4]。隨著覆膜材料和栽培技術的發展，水稻覆膜栽培逐漸被關注，其主要特征是在土壤表層覆蓋薄膜，只在土壤表層保留淺層水分并且保持土壤水分始終飽和。眾多研究表明，覆膜栽培具有增溫保水、減蟲減草和增產增效作用[5-8]。針對水稻栽培過程中施肥量高、施肥次數多等問題，研究者從尿素、復合肥等常規肥料開始關注一次施肥即能滿足水稻整個生育期的特殊緩混肥[9]。丁艷鋒等[10]研究表明，與傳統施肥模式相比，機插緩混一次施肥技術在減氮25%條件下，水稻產量仍表現出增加趨勢。目前的研究大多僅針對覆膜或機插緩混一次施肥技術對水稻產量和氮肥利用效率的影響，尚未見覆膜（生物可降解膜）栽培和緩混肥一次施用相結合對水稻產量和氮肥利用效率影響的報道。本研究將覆膜栽培技術和機插緩混一次施肥技術有機結合，探究其對水稻產量和氮肥利用效率的影響，為綠色高產的稻作方式提供新思路。

1 材料與方法

1.1 試驗地及相關材料概況

本試驗于2022 年在南京農業大學白馬教學科研基地（31.61°N 119.18°E）進行，基地屬于亞熱帶季風氣候，水稻季（6—10 月）平均氣溫24.6 ℃，總降水量443.2 mm。試驗地土質為黏質水稻土，0~20 cm 土層有機質含量18.1 g/kg，全氮1.3 g/kg，速效磷13.4 mg/kg，速效鉀101.7 mg/kg。試驗所用膜為全生物可降解地膜，寬1.9 m、厚度0.01 mm，降解時間小于60 d。試驗所用緩混肥是南京農業大學水稻栽培課題組研發的水稻專用緩混肥（專利號：ZL201410175904.8）。參試水稻品種為寧香粳9 號。

1.2 試驗設計和田間管理

采用隨機區組設計，分別設置不施氮處理（N0）、常規分次施肥（CK）、緩混肥一次基施（T1）、覆膜緩混肥一次基施（T2）、覆膜尿素兩次分施（T3）。所有施肥處理氮肥總量均為210.0 kg/hm2（純N），CK 分3 次施用（基肥∶分蘗肥∶穗肥為3∶3∶4），T3 分2 次施用（基肥∶穗肥為6∶4）；磷肥用量105.0 kg/hm2（P2O5），鉀肥用量168.0 kg/hm2（K2O），鉀肥和磷肥全部作基肥。每個處理3 次重復。5 月中下旬播種，6 月中下旬移栽。在移栽時采用機插覆膜與基施一體化操作，機插規格30.0 cm×12.1 cm，其余栽培管理措施按試驗基地高產栽培要求進行。

1.3 測定性狀及方法

1.3.1 莖蘗動態

于水稻移栽后第12、21、31、45、74 和130 d 調查各小區莖蘗數，每個小區選取具有代表性的3 行水稻植株，調查每行10 叢的莖蘗數，每小區莖蘗數取3 行莖蘗數的平均值。

1.3.2 SPAD 動態

于水稻移栽后第12、21、31、45、74 和94 d，每個小區調查具有代表性的植株5 株，用SPAD-502 葉綠素儀測定頂3 葉的SPAD 值，每小區取5 葉的平均值作為該小區水稻植株頂3 葉SPAD 值。

1.3.3 LAI

于水稻分蘗期、拔節期、抽穗期調查各小區莖蘗數，后按平均莖蘗數取3 叢代表性植株，用葉面積儀（LICOR）測量每個小區3 叢代表性植株的葉面積指數。

1.3.4 地上部干物質量和氮素積累量

于水稻分蘗期、拔節期、抽穗期和成熟期，調查各小區莖蘗數，按平均莖蘗數取3 叢代表性植株，按莖、葉和穗分樣裝袋。各部位植株樣品在105 ℃恒溫下殺青30 min，后于80 ℃下烘干至恒質量，稱重后磨樣，使用Dumas 快速定氮儀測定各器官的含氮量。

器官氮素吸收量（kg/hm2）=器官干物質量×器官氮含量；

氮素利用率（NUE，%）=（施氮區氮素積累量－不施氮區氮素積累量）/施氮量；

氮素農學利用率（NAE，kg/kg）=（施氮區產量－不施氮區產量）/施氮量；

氮肥偏生產力（NPP，kg/kg）=單位面積產量/單位面積施氮量；

氮收獲指數（NHI，%）=收獲時籽粒氮素積累量/植株氮素積累量。

1.3.5 產量及產量構成

于成熟期，在每個小區考察30 叢水稻有效穗數，并計算平均值，按每小區平均有效穗數取4 叢有相同有效穗數的水稻，考察其穗粒數、結實率和千粒重。每小區選定60 叢水稻單收，曬干后測產。

1.4 數據處理

運用Excel 2021 進行數據處理，使用IBM SPSS Statistics 27 軟件進行統計分析，采用單因素（one-way ANOVA）方差分析和Duncan 法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 覆膜機插緩混一次施肥對水稻生長和產量的影響

2.1.1 水稻產量及其構成因素

從表1 可見，與CK 相比，T2 處理產量顯著提高9.1%、有效穗數顯著提高18.0%，T1、T3 處理產量分別提高6.0%和6.5%、有效穗數分別提高10.4%和12.8%；與CK 相比，T1、T2 和T3 處理結實率分別顯著提高15.1%、12.5%和9.1%。

表1 不同處理水稻產量及產量構成因素

2.1.2 莖蘗動態

從圖1 可見，所有處理均在移栽后第31 d 達到分蘗高峰，之后隨著無效分蘗的退化，分蘗數逐漸穩定。T2 處理在各時期的分蘗數均大于其他處理，CK 的莖蘗數始終少于其他處理。

圖1 不同處理對水稻莖蘗動態的影響

2.1.3 地上部干物質量

從表2 可見，分蘗期，T1 和T2 處理地上部干物質量較CK 分別顯著提高40.2%和49.2%，T3 處理較CK提高18.9%；拔節期，T2 處理較CK 顯著提高25.0%，T1和T3 處理較CK 分別提高10.0%和12.8%；抽穗期，T1和T2 處理較CK 分別顯著提高17.8%和22.2%，T3 處理較CK 提高10.5%; 成熟期，T1、T2 和T3 分別較CK顯著提高11.2%、12.5%和17.2%。

表2 不同處理對地上部干物質量的影響（單位：t·hm-2）

2.1.4 LAI

從圖2 可見，分蘗期，T1 和T2 處理LAI 較CK 分別顯著提高51.3%和62.0%，T3 與CK、T1 和T2 處理差異不顯著；拔節期，T2 處理LAI 較CK、T1、T3 處理分別顯著提高26.7%、28.2%和29.4%；抽穗期，T2 處理LAI與其他處理差異不顯著，T1 處理較CK 顯著提高35.0%。

圖2 不同處理對各生育時期葉面積指數的影響

2.2 覆膜機插緩混一次施肥對氮肥吸收利用的影響

2.2.1 SPAD 動態

從圖3 可見，水稻頂3 葉SPAD 動態總體呈先增大后減小的趨勢。水稻拔節期前（移栽31 d 前），4 個處理SPAD 值相差不大；移栽后45 d，CK 和T3 處理的SPAD 值較分蘗期下降，而T1 和T2 處理到達高峰；移栽后74 d，CK 和T3 處理的SPAD 值恢復至移栽后31 d的水平，而T1 和T2 處理的SPAD 值不斷下降。在水稻生育中后期，T1 和T2 處理的SPAD 值下降較快，葉色較CK 和T3 處理植株褪淡更明顯。

2.2.2 氮肥利用率

從表3 可見，氮素積累量和氮素利用率各處理表現為T3＞T2＞T1＞CK，T3 處理的氮素積累量和氮素利用率較CK 分別顯著提高18.3%和43.9%；T2 處理的氮肥偏生產力和氮素農學利用率較CK 顯著提高9.1%和47.7%；T1、T2 和T3 處理的氮素生產效率和氮收獲指數與CK 差異不顯著。

表3 不同處理對氮肥利用率的影響

3 討論

3.1 覆膜機插緩混一次施肥對水稻生長和產量的影響

本研究發現，僅T2 處理的產量顯著大于CK（表1），增產原因在于T2 處理提高了有效穗數和結實率。覆膜具有增溫效應，提高了水稻分蘗期的有效積溫和生育前期的光合有機物質積累，促進水稻分蘗的早發和形成[12]；同時由于緩混肥料養分的合理充分供應，也在一定程度上促進了水稻分蘗發生，而前期的分蘗可為后期有效穗數奠定基礎，最終使得T2 處理的有效穗數顯著大于CK（表1），這與LIU 等[8]研究結果一致。而T1處理得益于其肥料供應合理和充分，一定程度促進水稻生長，促進分蘗發生[13]，但效果不如覆膜。

T2 處理抽由于前期覆膜條件下分蘗的早發提高了分蘗數量，緩混肥有效釋放滿足了拔節期水稻需肥，共同作用下使得拔節期T2 處理的干物質量和LAI 顯著高于CK（表2、圖2），為籽粒灌漿提供了充分的物質保障，產量提高。

3.2 覆膜機插緩混一次施肥對水稻氮素吸收利用的影響

水稻對氮素的吸收利用不僅與水稻品種固有特性有關，而且受施肥量和施肥方式影響很大[14-15]。本試驗各處理施氮量相同，但存在多次施肥和一次施用緩混肥的氮肥運籌差異和有無覆膜的栽培措施差別，均對水稻的氮肥吸收利用產生影響。覆膜尿素兩次分施處理（T3）氮素積累量較CK 顯著提高18.3%，這與董瑜皎等[16]研究結果一致，但覆膜緩混肥一次基施處理（T2）較CK 只提高7.7%，且未達到顯著，原因可能是生育后期土壤中銨態氮含量差異導致，具體原因需進一步探究。

對于水稻頂3 葉SPAD 來說，覆膜尿素兩次施肥處理（T3）其氮肥是作為基肥和穗肥，在移栽后45 d由于植株分蘗消耗大量營養以及肥料的供應不足，另外一方面，由于2022 年夏季溫度較高加上覆膜本身的增溫效應，稻田溫度較高，水稻生長受到一定的影響，導致其SPAD 低于T1 和T2 處理（圖3），在分次施肥后，SPAD 得以恢復并在中后期高于非分次施肥的處理。覆膜機插緩混一次施肥（T2）顯著提高了氮肥偏生產力，相同施氮量下，其產量顯著提高、氮肥農學利用率顯著提高，可能與覆膜下溫度和肥料氮素釋放效應有關。

需要指出的是，本研究僅為1 年期試驗，緩混肥和覆膜具有的互作效應本試驗并未明晰，因此，還需要進行多年試驗。

4 結論

相比單一覆膜處理或緩混肥處理，覆膜機插緩混一次施肥顯著提高水稻產量、氮素農學利用率、氮肥偏生產力。覆膜機插緩混一次施肥能夠有效促進水稻分蘗早發，顯著增加分蘗數，顯著提高植株干物質積累量和生育前期的葉面積指數，還可以提高分蘗后期的葉片SPAD，提高氮素積累量。