陈立强，赵海成，赫 臣，周 健，吕艳东，李红宇，殷大伟，郑桂萍

(黑龙江八一农垦大学 农学院/黑龙江省教育厅寒地作物遗传育种与栽培重点实验室，黑龙江 大庆 163319)

现行稻田耕作制度造成土壤结构破坏、土壤板结[1-2]，水整地、搅浆平地导致水资源严重浪费[3]，全层施肥致使肥料利用率降低[4]。针对以上问题，黑龙江八一农垦大学水稻研究中心提出水稻旱平垄作双侧双深高效栽培新模式[5]，并配套研发了水稻旱起垄分类施肥机。该模式特点：一是由水整地、搅浆平地变为旱整地、旱起垄，免除了水整地、搅浆平地导致的土壤紧实致密、通透性差、土壤结构破坏等问题，同时提高了地温；二是由全层施入基肥变为垄上苗带双侧、双深施入基蘖肥，可实现分层分类、速缓结合，从而提高利用率、均衡供肥等；三是由早泡田变为晚泡田，可节约泡田用水；四是由多次作业变为少次作业，基蘖肥同施、免水整地等减少作业次数；五是未来将实现垄上机插“宽窄行”，有利于实现高光效。目前，关于垄作栽培的增产研究较多[6-7]，但均为垄体中央一条肥带而无分层施肥，且多为一年试验，涉及的水稻生长连年动态较少，稳产效果没有体现。此外，稻米品质除由遗传因素控制外，还受栽培环境、肥水管理、贮藏加工等因素影响[8]。其中，氮肥是影响水稻产量和稻米品质的敏感因素，合理的氮肥运筹不仅可以提高水稻产量，而且能够有效地改善稻米品质。关于氮肥运筹对水稻稻米品质的影响，国内外学者从施氮量和施氮比例等方面做了大量的研究，并提出很多有价值的理论[9-12]。然而近年来，垄作栽培多数应用于冷浸田[13-15]等土壤状况较差的田块，并未在一些土壤肥力较好的白浆土、草甸土等上应用；有关氮肥运筹对水稻产量及稻米品质的影响研究颇多[16-18]，但针对寒地水稻的研究颇少，且结论不统一，试验多为人工插秧，不利于大面积推广。综合以上情况，从产量与品质双重角度，分析氮肥运筹模式下垄作双深对水稻产量及品质的影响，以期为垄作双深栽培模式下合理施用氮肥提供理论依据和技术指导，进一步完善大田栽培管理技术，形成具有寒地特色的垄作双深高产、高效、优质栽培技术。

1 材料和方法

1.1 试验材料

水稻品种为龙粳43号。

肥料主要为中化复合肥(N∶P2O5∶K2O=21∶15∶16)、尿素(含N 46%)、磷酸二铵(含N 16%、P2O548%)、硫酸钾(含K2O 50%)。

于2016年在黑龙江农垦八五九农场科技园区进行大田试验，该地土壤为白浆土，其养分状况见表1。

表1 供试土壤养分含量及pH值

1.2 试验设计

试验采用耕作方式和氮肥运筹二因素随机区组设计。耕作方式有2种：旱平垄作双侧双深高效栽培模式(简称垄作双深，L)；常规平作(P，旱旋耕，搅浆平底，全层施肥)。氮肥运筹有3种模式，穗氮前移基施(F1)、调节氮前移基施(F2)、常规施肥(F3)。各处理施肥总量及施肥比例(N∶P2O5∶K2O=2∶1.13∶1.83)相同。各处理施肥量如表2所示。每个处理3个重复。

1.3 栽培方式

采用水田旱起垄双侧双深分类施肥机进行起垄施肥。当土壤墒情适宜(土壤水分含量不宜过大，否则垄体不能形成)时进行秋起垄，同时施肥和镇压，要求垄底宽60 cm(宽窄行插秧机要求50～60 cm)，垄面宽40 cm(宽窄行插秧机要求30～40 cm)，镇压后垄高达到10 cm以上。

旱起垄的同时，将基肥分层深施于垄中形成一深二浅共3条肥带，深肥带位于垄正中央，将肥施入距垄面6～8 cm深处，选择含缓效氮的肥料(中化复合肥)，2条浅肥带分别位于深肥带两侧水平距离10.5 ～18 cm(根据插秧机类型确定)处，将肥施入距垄面2～3 cm深处，选择常规化肥，这样就形成了一垄三肥带，即实现了苗带双侧双深、分层分类、速缓结合的立体施肥效果(图1)。

表2 2016年施肥种类及施用量 kg/hm2

图1 水稻垄作双深栽培模式的垄型施肥布局

1.4 测定项目及方法

1.4.1 SPAD值 在分蘖盛期、灌浆期和成熟期，每个处理选有代表性的植株10穴，用日本柯尼卡美能达SPAD-502叶绿素测定仪测定倒三叶SPAD值(抽穗后测定剑叶)，测定部位为叶片中部，测定时避开叶脉和有损伤的叶片。

1.4.2 地上部质量及叶面积指数 在分蘖盛期、灌浆期和成熟期，每小区分3点取样，每点连续数20穴，取平均茎数的2穴，测量绿叶叶长与叶宽，计算叶面积指数，叶面积指数=测定株数×平均单株绿叶面积/取样的土地面积；分蘖盛期分叶片、茎鞘两部分，灌浆期和成熟期分叶片、茎鞘、穗3部分，采用烘干法测定地上部干质量。

1.4.3 产量及穗部性状 水稻成熟时，每个处理选取有代表性的植株6穴，带回室内考察农艺性状和产量性状，测定指标主要有穗数、一次枝梗数、二次枝梗数、实粒数、空秕粒数，并称取粒质量，计算结实率、千粒质量。

1.4.4 稻米品质 收获后，风干2～3个月，用FC-2 K型实验砻谷机(YAMAMOTO，离心式)将稻米加工成糙米，计算糙米率；用日本YAMAMOTO公司生产的VP-32型实验碾米机(直立式)加工成精米，计算精米率、整精米率；用日本静冈机械株式会社生产的ES-1000便携式品质分析仪测定精米的垩白粒率、垩白度；用FOSS 1241近红外谷物分析仪测定糙米的直链淀粉、蛋白质含量；用日本佐竹公司(SATAKE)生产的米饭食味计(STA1A)测定精米食味品质，主要指标包括香气、光泽、完整性、味道、口感。

1.5 数据处理

分别采用SPSS 20.0、Excel 2010进行方差分析和制图,用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 氮肥运筹模式下垄作双深对水稻产量及其构成因素的影响

由表3可知，耕作方式对水稻穗数、产量的影响均达到极显著水平；氮肥运筹对千粒质量的影响达到显著水平；两因素互作对结实率的影响达到极显著水平。

在3种不同氮肥运筹模式下，L处理产量均较P处理增加，平均增产幅度达19.66%。在P方式下，产量最高的为F3处理，其次为F1处理，两者差异不显著；在L方式下，F1处理产量最高，其次为F3处理，两者差异不显著。总体来看，以LF1处理产量最高，LF3处理次之，PF2处理最低，LF1处理较PF2处理增产40.56%。因此，为确保产量不推荐调节氮前移基施，垄作双深配合穗氮前移基施的效果最佳。

从不同产量构成因素来看，在3种不同氮肥运筹模式下，总体上L处理较P处理增加了水稻穗数、穗粒数、千粒质量和结实率，从而增加了产量。在L方式下，与F3处理相比， F1处理提高了穗粒数与千粒质量，F2处理提高了穗粒数、千粒质量和结实率。在P方式下，F1处理提高了结实率和千粒质量，降低了穗数和穗粒数；F2处理降低了穗粒数和结实率，提高了穗数和千粒质量。总体来看，LF1处理增加了穗粒数和千粒质量是其增产的主要原因。结实率在不同耕作方式下表现趋势相反，在L方式下表现为F2>F3>F1，而在P方式下表现为F1>F3>F2。

表3 不同处理水稻产量及其构成因素的比较

注：同列数据后不同小、大写字母分别表示处理间差异显著(P<0.05)、极显著(P<0.01)，*、**分别表示影响显著(P<0.05)、极显著(P<0.01)，下同。

2.2 氮肥运筹模式下垄作双深对水稻穗部性状的影响

由表4可知，耕作方式对一次枝梗结实率和二次枝梗千粒质量的影响均达到极显著水平，对一次枝梗数与二次枝梗粒数、结实率的影响均达到显著水平；氮肥运筹对一次枝梗结实率和二次枝梗千粒质量的影响均达到极显著水平；两因素互作对二次枝梗结实率的影响达到极显著水平，对一次枝梗结实率、二次枝梗粒数和千粒质量的影响均达到显著水平。

在3种不同氮肥运筹模式下，总体上L处理较P处理主要提高了二次枝梗的各项指标及一次枝梗结实率。在L 方式下，与F3处理相比，F1处理提高了一次枝梗千粒质量及二次枝梗数、粒数、结实率、千粒质量，F2处理提高了一次枝梗千粒质量及二次枝梗数、结实率、千粒质量；在P方式下，与F3处理相比，F1处理提高了一次枝梗结实率、千粒质量及二次枝梗数、结实率、千粒质量，F2处理提高了二次枝梗数和千粒质量，显著降低了一、二次枝梗的结实率。总体来看，LF1处理提高了一、二次枝梗千粒质量，二次枝梗数、粒数，且其一次枝梗结实率也较高，从而提高了产量。

表4 不同处理水稻穗部性状的比较

2.3 氮肥运筹模式下垄作双深对水稻地上部干质量和叶面积指数的影响

由表5可知，3个生育时期，耕作方式、氮肥运筹及两因素互作对水稻地上部干质量的影响均不显著。对于叶面积指数来说，灌浆期、成熟期，耕作方式分别对其影响极显著、显著；氮肥运筹及两因素互作分别对分蘖盛期、成熟期叶面积指数影响显著、极显著。

在3种不同氮肥运筹模式下，除分蘖盛期外，L处理水稻地上部干质量和叶面积指数总体上均较P处理增加，成熟期地上部干质量增幅最大，为12.22%；灌浆期叶面积指数增幅最大，达35.65%。在F1模式下，灌浆期和成熟期L处理的叶面积指数显著高于P处理，其他时期两处理地上部干质量和叶面积指数的差异均不显著；在F2模式下，分蘖盛期L处理地上部干质量、叶面积指数均显著低于P处理，成熟期L 处理的叶面积指数极显著低于P处理。在不同耕作方式下，灌浆期不同氮肥运筹处理地上部干质量的排序相同，均为F1>F2>F3，其他时期不同处理之间的排序均有所不同。在L方式下，分蘖盛期叶面积指数表现为F2>F3>F1，灌浆期表现为F1>F3>F2，而成熟期表现为F1>F3>F2；在P方式下，灌浆期和成熟期均表现为F3>F2>F1，而分蘖盛期表现为F2>F1>F3。整体来看，分蘖盛期，PF2处理地上部干质量和叶面积指数最大。灌浆期，LF1处理地上部干质量和叶面积指数最大。成熟期，LF3处理地上部干质量最大，随后依次为PF3、LF1处理；LF1处理叶面积指数最大，其次为LF处理。LF1处理虽在分蘖盛期降低了叶面积指数，但其叶面积增长率最高，灌浆期叶面积指数达到最高，为7.08，良好的叶面积指数使其灌浆期干物质积累量达到最高，进而为齐穗期提供更多养分，为籽粒形成提供物质基础。

表5 不同处理水稻地上部干质量和叶面积指数的比较

2.4 氮肥运筹模式下垄作双深对水稻叶片SPAD值的影响

由表6可知，除分蘖盛期外，其余生育时期耕作方式对水稻叶片SPAD值的影响均达到极显著水平；除灌浆期外，其余生育时期氮肥运筹对水稻叶片SPAD值的影响均达到显著或极显著水平；灌浆期，两因素互作对水稻叶片SPAD值的影响达到极显著水平。

表6 不同处理水稻叶片SPAD值的比较

在3种不同氮肥运筹模式下，除分蘖盛期外,L处理水稻叶片SPAD值总体均较P处理增加，灌浆期、成熟期分别平均增加2.79、1.56。在F1模式下，分蘖盛期L处理显著低于P处理，灌浆期和成熟期显著高于P处理;在F3模式下，仅成熟期L处理显著高于P处理，其他时期差异均不显著；在F2模式下，L处理与P处理之间的差异不显著。在不同耕作方式下，不同氮肥运筹处理之间的SPAD值排序不同。在L方式下，分蘖盛期和灌浆期均表现为F1>F2>F3；在P方式下，灌浆期和成熟期均表现为F2>F3>F1，而分蘖盛期表现为F1>F2>F3。总体来看，分蘖盛期，PF1处理水稻叶片SPAD值最大，随后依次为LF1、PF2处理；灌浆期，LF1处理最大，随后依次为LF2、PF2处理；成熟期，LF3处理最大，随后依次为PF2、LF2处理。

2.5 氮肥运筹模式下垄作双深对稻米品质的影响

由表7可知，耕作方式对稻米整精米率的影响达到极显著水平；氮肥运筹及两因素互作对稻米的加工、外观、营养品质的影响均没有达到显著水平。

在3种不同氮肥运筹模式下，与P处理相比，L处理总体提高了稻米糙米率、精米率、整精米率，进而提高了稻米的加工品质。在L方式下，与F3处理相比，F1处理增加了稻米糙米率、精米率、整精米率，降低了垩白度、垩白粒率、直链淀粉与蛋白质含量，F2处理除降低了糙米率外，整体规律同F1处理；在P方式下，F1处理提高了稻米精米率、蛋白质含量及垩白度、垩白粒率，降低了糙米率、整精米率、直链淀粉含量，F2处理降低了垩白度、垩白粒率，提高了直链淀粉、蛋白质含量。总体来看，LF1处理提高了糙米率、精米率、整精米率，降低了垩白度、垩白粒率，为最优处理。

由表8可知，耕作方式对综合评分的影响达到显著水平；氮肥运筹对食味品质指标的影响均未达到显著水平；两因素互作对综合评分的影响达到显著水平。

在3种不同氮肥运筹模式下，总体上L处理较P处理提高了稻米的香气、光泽、完整性、味道、口感及综合评分。在L方式下，与F3处理相比，F1处理提高了稻米的香气、光泽、味道、口感及综合评分，其中综合评分提高了3.63分；F2处理规律同F1处理，但综合评分较F3处理提高了2.30分。在P方式下，与F3处理相比，F1处理提高了稻米的完整性，但综合评分较F3处理低1.33分；F2处理提高了香气、光泽及综合评分，其中综合评分较F3处理提高1.94分。总体来看，LF1处理的综合评分最高，达到82.53分，随后依次为LF2、PF2处理，PF1处理最低。

表7 不同处理稻米加工、外观与营养品质的比较 %

表8 不同处理稻米食味评分的比较 分

3 结论与讨论

3.1 氮肥运筹模式下垄作双深对水稻地上部干质量与叶面积指数的影响

郑华斌等[19]研究表明，水稻垄作栽培总干质量比传统栽培高16.00%，尤其以齐穗后期的干质量差距最大。本研究结果表明，除分蘖盛期外，垄作双深处理水稻地上部干质量和叶面积指数总体上均较常规平作处理增加，成熟期地上部干质量增幅最大，为12.22%；灌浆期叶面积指数增幅最大，达35.65%。垄作双深模式可提高肥料利用率，促进植株干物质积累，在水稻营养生长转至生殖生长的关键时期，提供了更多的养分。胡雅杰等[20]研究表明，在不增加氮肥用量的前提下，通过适当提高基肥比例(基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶3∶3)，可提高干物质积累量、氮素积累量和氮肥利用效率。蒋明金等[21]也得到了相似的结果。本研究中穗氮前移基施和调节氮前移基施均为提高基肥比例的方法，得出的结果与前人研究结果基本一致。

3.2 氮肥运筹模式下垄作双深对水稻产量及其构成因素的影响

高明等[22]研究表明，稻田长期免耕较常规平作可增产10.30%。郑华斌等[19]研究表明，垄作梯式下水稻有效穗数较传统稻作提高12.00%～20.00%，穗粒数、结实率和千粒质量的差异不显著，产量提高24.20%。本研究中垄作双深处理较常规平作处理对产量构成因素的影响结果与前人一致，但增产幅度稍有不同，增产幅度为19.66%。氮肥运筹在特定的比例下可以达到增产的效果，但对施氮比例的研究结果却不尽一致。刘红江等[23]研究表明，前氮后移与常规氮肥运筹相比，对水稻产量、氮素累积量和氮素籽粒生产效率的影响不大。本研究结果表明，与常规施肥相比，穗氮前移基施与调节氮前移基施总体上均降低了产量，但差异不显著，有待进行深入研究分析。

3.3 氮肥运筹模式下垄作双深对稻米品质的影响

张自常等[24]研究表明，畦沟灌溉和干湿交替灌溉不仅可提高水稻产量，而且可提高稻米的加工品质，降低垩白度与垩白粒率。本研究结果表明，与常规平作处理相比，总体上垄作双深处理提高了稻米的加工和食味品质，但对外观和营养品质的影响不大。李广宇[25]研究表明，前氮后移处理提高了抽穗后干物质积累量，降低了干物质转运率，因此，整精米率比常规施肥处理提高了4.4%～9.9%；前氮后移处理主要增加了抽穗后的氮积累量，对抽穗前氮的同化量、转运量影响不显著，所以蛋白质含量并没有显著增加；前氮后移对垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量、食味品质的影响也不显著。本研究结果表明，调节氮前移基施处理降低了稻米的加工品质，同时降低了垩白度及垩白粒率，提高了食味品质，对前人研究进行了补充。胡群等[26]研究表明，稻米的糙米率、精米率和整精米率均随着基蘖肥比例的降低而逐渐增加；直链淀粉含量和胶稠度均随着基蘖肥比例的降低而逐渐减小，但蛋白质含量变化趋势相反，后期施氮量大时蛋白质含量增大；垩白粒率和垩白度均随着基蘖肥比例的降低呈先增加后减小的趋势。本研究结果表明，稻米的糙米率、精米率和整精米率随着基蘖肥比例的升高表现不一，调节氮前移基施处理与前人研究结果一致，但穗氮前移基施处理相反，说明影响加工品质的因素不仅是基蘖肥比例，还应注重在水稻生育关键时期的追肥。