侧深施氮对机插水稻产量形成及氮素利用的影响

2020-01-14朱从桦张玉屏向镜张义凯武辉王亚梁朱德峰陈惠哲

中国农业科学 2019年23期

朱从桦，张玉屏，向镜，张义凯，武辉，王亚梁，朱德峰，陈惠哲

朱从桦1, 2，张玉屏1，向镜1，张义凯1，武辉1，王亚梁1，朱德峰1，陈惠哲1

（1中国水稻研究所/水稻生物学国家重点实验室，杭州 311401；2四川省农业科学院作物研究所，成都 610066）

【】水稻机插同步侧深施肥是一项新兴的技术，正在迅速发展。深入探究不同类型氮肥机械侧深施用对机插水稻产量及氮素利用效率的影响，有利于提高水稻机械化种植水平，为机插水稻节本增效提供理论依据。2017年和2018年开展大田试验，采用完全随机区组试验设计，设置5种施氮处理，即不施氮肥（N0）、尿素撒施（CUB）、尿素机械侧深施（CUM）、控释尿素撒施（CRUB）和控释尿素机械侧深施（CRUM），测定水稻物质生产特性、氮素积累分配、氮素利用效率、产量及产量构成因素。2年各施氮处理对水稻产量形成、氮素利用的影响基本一致。与尿素相比，控释尿素可以显著提高水稻干物质积累量、氮素积累量、氮肥利用率以及稻谷产量；2017年成熟期干物质积累量和氮素积累量、氮肥吸收利用率（NRE）、氮肥农学效率（NAE）和稻谷产量分别增加3.22%、17.50%、46.00%、17.79%和3.72%，2018年相应增幅分别为8.77%、13.27%、32.07%、12.74%和3.32%。与人工撒施相比，机械侧深施可以显著提高氮肥利用率，2017年NRE和NAE分别增加17.91%—43.14%和19.61%—37.39%；2018年NRE和NAE分别增加53.80%—54.10%和21.11%—35.11%。与人工撒施相比，机械侧深施肥处理的产量分别增加4.46%—6.95%（2017年）、5.55%—8.11%（2018年）；增产的主要原因是其具有更多有效穗数和颖花总量。齐穗至成熟期，CRUM处理茎叶鞘氮素积累量和茎叶氮素表观转移量（TNT）均显著高于其他施氮处理。此外，在穗分化期和齐穗期，相比其他施氮处理，CRUM处理的氮素积累量、SPAD值、干物质积累量均显著增加。控释尿素机械侧深施（CRUM）是一种能提高机插水稻产量和氮素利用的有效施肥方法。

水稻；控释尿素；侧深施肥；产量；氮肥利用率

0 引言

【研究意义】当前我国水稻生产中普遍存在施肥均匀性差、施肥机械缺乏、施氮偏多、产量较低、氮肥利用效率低、生产效益较低等问题，其主要原因有：（1）随着水稻规模化生产蓬勃发展，新型经营主体为降低用工成本，水稻生产季仅施肥1—2次，忽视追肥和穗肥[1-3]；（2）水稻生产中氮肥以尿素、碳铵等速效肥为主，增加氮素通过径流、挥发、渗透等途径的损失量[1, 4]；（3）施肥主要依靠人力或简易机械进行表面撒施[1, 4-5]，增加施肥劳作强度，施肥深度和单位面积施肥量很难精确控制，降低种植作业效率。为解决上述问题，研究机械侧深施氮[6]，对提升水稻机械化精确定量施肥水平，提高水稻氮肥利用效率和产量，实现水稻节本增效目标具有重要意义。【前人研究进展】围绕提高水稻氮肥利用率和产量，国内外主要从施氮量[7]、氮肥深施[8-10]、氮肥运筹策略[11]、平衡施肥[12]、水氮管理、抑制剂研发[13]、肥料类型[14-15]、实时实地氮肥管理[16]等方面开展研究，其中施用控释尿素、侧深施肥是实现肥料利用率和稻谷产量协同提高的有效途径。尿素和控释尿素是两类重要的氮肥，在影响水稻生长和产量形成方面存在较大差异，其中尿素养分释放快，有利于水稻早生快发；控释尿素养分释放缓慢，释放周期长，能够减少土壤氨挥发损失量，在整个生长期都能持续为水稻提供养分，保证水稻稳产，提高氮肥利用效率[7, 17-18]。控释尿素一次性撒施能够满足水稻整个生育期对氮素的需求，提高土壤碱解氮和植株体内氮含量，增强光合生产能力[19]；施用控释尿素能够改善水稻根系生长，延长氮素释放供应期，促进稻株积累氮素，提高氮肥利用率[14-15]；但是，控释尿素作底肥一次撒施或者单独施用的效果因作物类型、土壤环境和养分释放特性不同而存在较大差异。氮肥表面撒施是一种粗放的施肥手段，氮肥损失量较大[9, 17]，而浅层施肥可以促进表层根系生长，有利于秧苗生长[20-21]，深施肥进一步将养分精确送达根区，减少氮素等养分损失，提高氮肥利用率和稻谷产量[8-10, 22-23]。尿素深施可以减少稻田N2O和NO释放量[24]，减少氮素通过径流损失[25]，增加养分在土壤中的贮存时间，提高氮肥利用率和稻谷产量[9, 26-27]。目前，为实现水稻节肥增效目标，水稻机插同步侧深施肥技术已经大面积运用，能够显著提高种稻效率，提高稻谷产量和经济效益[6, 10, 28-29]。【本研究切入点】在耙地、镇压、磨平基础上，侧深施肥插秧机将秧苗栽插和侧深施肥同步完成，降低水稻种植施肥劳作强度和用工成本，精确控制施肥量和施肥深度。然而，不同类型氮肥机械侧深施用对水稻产量形成及氮素利用的影响鲜见报道，此外难以准确评估控释氮肥机械侧深施用的增产效应，限制了控释氮肥机械侧深施用配套技术的推广。【拟解决的关键问题】本研究以尿素和控释尿素为氮源，在水稻季节开展机械侧深施氮试验，明确不同氮肥类型机械侧深施用对水稻氮素利用和水稻产量形成的影响，为水稻机械侧深施肥配套种植技术提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验于2017年7—11月在浙江省金华市婺城区琅琊镇琅新粮食合作社农场（119°28′ E，29°01′ N）、2018年5—10月在浙江省杭州市富阳区中国水稻研究所试验农场（119°55′ E，30°04′ N）实施，两地均属于亚热带季风气候，水稻季月平均气温、最高温度、最低温度、蒸发量、降水量、相对湿度和日照时数详见表1。2017年试验地土壤为黄泥田水稻土，试验前0—25 cm耕层土壤pH 5.38、有机质30.16 g·kg-1、全氮1.69 g·kg-1、速效氮86.80 mg·kg-1、有效磷9.08 mg·kg-1、速效钾70.00 mg·kg-1；2018年试验地土壤为黏性水稻土，试验前0—25 cm耕层土壤pH 5.63、有机质35.89 g·kg-1、全氮1.76 g·kg-1、速效氮79.58 mg·kg-1、有效磷8.11 mg·kg-1、速效钾82.00 mg·kg-1。

表1 水稻生长季平均气温、最高温度、最低温度、蒸发量、降水量、相对湿度和日照时数

1.2 供试材料

水稻品种为天优华占，籼型三系杂交水稻，2017年作为晚稻平均生育期119.5 d，2018年作为中稻平均生育期142.2 d。氮肥类型为尿素（N含量≥46.7%，中化化肥控股有限公司生产）和控释尿素（N含量≥41.6%，金正大生态工程集团股份有限公司生产，25℃释放期为60 d）。

1.3 试验设计

试验采用随机区组设计，设置5种施氮方式，即N0：不施用氮肥；CUB：氮肥类型为尿素，按基肥﹕分蘖肥﹕穗肥=5﹕3﹕2施用，基肥、分蘖肥和穗肥均采用人工撒施；CUM：氮肥类型为尿素，按基肥﹕分蘖肥﹕穗肥=5﹕3﹕2施用，基肥在插秧时机械侧深施，分蘖肥和穗肥采用人工撒施；CRUB：氮肥类型为控释尿素，按基肥﹕分蘖肥﹕穗肥=5﹕3﹕2施用，基肥、分蘖肥和穗肥均采用人工撒施；CRUM：氮肥类型为控释尿素，按基肥﹕分蘖肥﹕穗肥=5﹕3﹕2施用，基肥在插秧时机械侧深施，分蘖肥和穗肥采用人工撒施。每个处理重复3次，小区面积为60 m2。

22017年和2018年纯氮用量分别为150 kg·hm-2和180 kg·hm-2；所有小区P2O5（过磷酸钙，P2O5≥12%）用量分别为45 kg·hm-2和60 kg·hm-2，全部作基肥；K2O（钾肥为氯化钾，K2O≥60%）用量均为180 kg·hm-2，按照基肥﹕穗肥=1﹕1施用。全部磷肥和50%钾肥作基肥于插秧前1 d撒施，50%钾肥作穗肥在主茎倒3叶期撒施；50%氮肥作基肥（CUB和CRUB于移栽前1 d撒施，CUM和CRUM在插秧时机械侧深施），30%氮肥作分蘖肥在移栽后第7天撒施，20%氮肥作穗肥在主茎倒3叶期撒施。小区间筑高30 cm、宽30 cm的田埂，并覆塑料膜，独立排灌。

试验于2017年7月8日、2018年5月20日采用基质进行钵形毯状育秧（9寸秧盘），每盘播种量为105 g芽谷，出苗后适时浇水培育壮秧。2017年7月25日、2018年6月24日采用侧深施肥插秧机栽插施肥，插秧同时通过机械臂在窄行秧苗侧面（5±0.5）cm处开沟施肥，沟深（5.5±0.5）cm，泥土回填覆盖肥料，机插规格为宽行33 cm，窄行17 cm，株距20 cm，每穴栽插3—4苗。所有小区前期浅水勤灌，待田间分蘖数达到预期穗数的80%时排水晒田7 d，孕穗至成熟期采用干湿交替灌溉，收获前7 d停止灌水；病虫和杂草防控同当地一般大田栽培。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 叶片SPAD值在穗分化期、齐穗期，每个小区选取30个代表性叶片（穗分化期选择顶上第1完全展开叶，齐穗期选择完全展开的剑叶），用SPAD-502PLUS叶绿素仪测定。

1.4.2 干物质重在穗分化期、齐穗期和成熟期，每个小区按照平均分蘖数选取代表性植株3丛，分叶、茎（含叶鞘）和穗（齐穗期和成熟期），105℃杀青30 min，80℃烘干至恒重，称量干重。

1.4.3 叶、茎和穗部氮含量利用1.4.2的干样磨碎成粉（过80目筛），采用浓H2SO4+H2O2消煮（420℃，消解2 h），用全自动凯氏定氮仪（KjeltecTM8400，FOSS公司生产）测定氮含量。

1.4.4 收获与计产收获前，每个小区调查30丛的有效穗，按照平均穗数取6丛代表性植株，调查结实率、每穗粒数、千粒重等产量构成指标；选取15 m2人工脱粒，晒干后换算成标准含水量13.5%进行计产，每处理重复3次。

1.4.5 参数计算

营养器官干物质输出量（t·hm-2）=齐穗期营养器官干重-成熟期营养器官干重；

营养器官干物质转运率（%）= 营养器官干物质输出量/齐穗期营养器官干重×100；

茎叶氮素表观转移量（kg·hm-2）=齐穗期茎叶氮素积累量-成熟期茎叶氮素积累量[18]；

茎叶氮素表观转移率（%）=茎叶氮素表观转移量/齐穗期茎叶氮素积累量×100[18]；

茎叶转移的氮对籽粒氮的贡献率（%）=茎叶氮素表观转移量/成熟期籽粒中氮素积累量×100[18]；

茎鞘（叶片）氮素转移量（kg·hm-2）=齐穗期茎鞘（叶片）氮素积累量-成熟期茎鞘（叶片）氮素积累量[18]；

茎鞘（叶片）氮素转移率（%）=茎鞘（叶片）氮素转移量/齐穗期茎鞘（叶片）氮素积累量×100[18]；

氮素干物质生产效率（kg·kg-1）=成熟期地上部干物质积累量/成熟期地上部氮素积累量[29-30]；

氮素稻谷生产效率（kg·kg-1）=籽粒产量/成熟期地上部氮素积累量[29-30]；

氮肥吸收利用率（%）=（成熟期施氮区地上部氮素积累量-成熟期不施氮区地上部氮素积累量）/施氮量×100%[11, 16]；

氮肥农学效率（kg·kg-1）=（施氮区籽粒产量-不施氮区籽粒产量）/施氮量[11, 16]。

1.5 数据分析

采用DPS 7.05软件进行试验数据统计分析，用最小显著差法LSD检验平均数（＜0.05），用OriginPro 2017软件制图。

2 结果

2.1 产量和产量构成因素

施氮方式能够显著影响水稻产量及产量构成因素（表2）。施用控释尿素比尿素平均增产3.72%（2017年）和3.32%（2018年），侧深施肥比人工撒施平均增产5.67%（2017年）和6.80%（2018年），控释尿素侧深施处理（CRUM）比尿素人工撒施处理（CUB）增产9.67%（2017年）和10.41%（2018年）。2年籽粒产量均表现为CRUM＞CUM＞CRUB＞CUB＞N0。

与撒施相比，机械侧深施肥可以显著提高水稻的有效穗数和颖花总量，其中颖花总量以CRUM处理最高。机械侧深施肥处理的结实率低于撒施处理，2018年尤其显著。各施氮处理间千粒重差异较小。综上所述，机械侧深施肥处理CRUM和CUM产量较高的主要原因是具有更高的有效穗数和颖花总量。

2.2 叶片SPAD值

施肥方式能够显著影响水稻穗分化期、齐穗期叶片的SPAD值（表3）。在穗分化期，叶片SPAD值为CRUM＞CRUB＞CUM＞CUB，CUM处理和CRUB处理无显著差异。在齐穗期，CRUM处理叶片SPAD值显著高于CUB处理，而CUM、CRUB和CRUM处理之间叶片SPAD值无显著差异。

表2 机械侧深施氮对水稻产量及产量构成的影响

同列不同小写字母表示同一年份施肥处理间差异显著（＜0.05）。下同

Different lowercase letters in a column among different fertilization treatments in the same year indicate significant differences at＜0.05. The same as below

表3 机械侧深施氮对水稻叶片SPAD值的影响

2.3 干物质积累、转运和收获指数

施肥方式能够显著影响水稻干物质积累和营养器官干物质转运（表4）。穗分化期、齐穗期和成熟期，干物质积累量均表现为控释尿素显著高于尿素，侧深施肥显著高于人工撒施。与尿素相比，控释尿素穗分化期、齐穗期、成熟期干物质积累量分别增加12.55%、10.60%、3.22%（2017年）和3.91%、1.22%、8.77%（2018年）。与人工撒施相比，机械侧深施肥穗分化期、齐穗期、成熟期干物质积累量分别增加14.72%、10.33%、8.08%（2017年）和28.61%、9.78%、6.89%（2018年），营养器官干物质转运量分别增加7.69%（2017年）和30.47%（2018年）。与CUB处理相比，CRUM处理穗分化期、齐穗期和成熟期干物质积累量分别增加29.52%、22.21%、11.57%（2017年）和33.91%、11.07%、16.33%（2018年），营养器官干物质转运量分别增加44.54%（2017年）和26.05%（2018年）。CRUM处理收获指数均低于其他施氮处理。综上所述，机械侧深施氮提高水稻干物质积累量和灌浆期营养器官干物质输出量，进而获得高产。

2.4 氮素积累和分配

施用氮肥可以显著提高水稻穗分化期、齐穗期和成熟期的氮素吸收总量（图1）。在穗分化期、齐穗期和成熟期，控释尿素的氮素吸收总量显著高于尿素，侧深施氮的氮素吸收总量显著高于人工撒施。在成熟期，水稻穗部氮素分配比例达到68.63%—82.30%（2017年）、67.93%—71.83%（2018年）。相比其他3个施氮处理，CRUM处理成熟期茎叶鞘（含叶鞘）中氮素积累量最高，因此，该处理稻草还田腐解后能够为下季作物生长提供更多的氮素。

表4 机械侧深施氮对水稻干物质积累、转运和收获指数的影响

PI：穗分化期；FH：齐穗期；FTM：齐穗—成熟；MS：成熟期；RDMA-FHBY：齐穗后干物质积累所占比例；DME：营养器官输出量；TRDV：营养器官干物质转运率

PI: panicle initiation stage; FH: full heading stage; FTM: full heading to maturity stage; MS: maturity stage; RDMA-FHM: ratio of dry matter accumulation from full heading to maturity stage; DME: dry-matter exportation from vegetative-organs; TRDV: transportation rate of dry-matter from vegetative-organs

柱上不同小写字母表示不同施肥方式地上部氮素吸收总量间差异显著（P＜0.05）

2.5 茎叶氮素转移量、氮素转移率及贡献率

施氮方式对水稻茎叶氮素表观转移量（TNT）、茎叶氮素表观转移率（TNTE）和茎叶转移的氮对籽粒氮的贡献率（NCR）有显著影响（表5）。撒施条件下，与尿素相比，施用控释尿素可以显著提高茎鞘氮素转移量（SNT）和叶片氮素转移量（LNT），进而提高TNT。CUM处理的TNT显著高于CUB处理，而CRUB处理和CRUM处理间TNTE、NCR无显著差异。所有施氮处理中，CRUM处理的TNT最高，但是其TNTE却较低。可见，CRUM处理灌浆结实期茎叶鞘等营养器官氮素向籽粒转移量增加，进而能够避免稻株贪青陡长。

表5 机械侧深施氮对水稻氮素转移的影响

TNT：茎叶氮素表观转移量；TNTE：茎叶氮素表观转移率；NCR：茎叶转移的氮对籽粒氮的贡献率；SNT：茎鞘氮素转移量；SNTE：茎鞘氮素转移率；LNT：叶片氮素转移量；LNTE：叶片氮素转移率

TNT: N apparent translocation amount from stems-sheathes and leaves; TNTE: N apparent translocation efficiency of stems-sheathes and leaves; NCR: contribution rate of transferred N; SNT: N apparent translocation amount from stems-sheathes; SNTE: N apparent translocation efficiency of stems-sheathes; LNT: N apparent translocation amount from leaves; LNTE: N apparent translocation efficiency of leaves

2.6 氮素利用

施肥方式能够显著影响水稻氮素利用（表6）。与尿素相比，控释尿素的氮肥吸收利用率（NRE）提高32.07%—46.00%，氮肥农学效率（NAE）提高12.74%—17.79%。与人工撒施相比，机械侧深施可以显著提高水稻氮肥利用率，2017年和2018年NRE分别增加17.91%—43.14%和53.80%—54.10%；NAE分别增加19.61%—37.39%和21.11%—35.11%。与CUB处理相比，2017年CUM、CRUB、CRUM处理NRE和NAE分别增加43.14%、62.86%、92.12%和37.39%、27.33%、52.30%，2018年CUM、CRUB、CRUM处理NRE和NAE分别增加54.10%、32.22%、103.36%和35.11%、19.88%、45.18%。可见，控释尿素机械侧深施处理（CRUM）是提高水稻NRE和NAE的最佳施肥方式。

表6 机械侧深施氮对水稻氮素利用的影响

3 讨论

3.1 控释尿素对产量形成和氮素利用的影响

充足的干物质积累是水稻高产的重要前提，干物质生产积累能力较高的水稻群体都具有适宜的叶片SPAD值；等量施氮条件下，施用控/释尿素能够提高水稻光合势、光合速率、叶面积指数和干物质积累量，最终提高水稻产量[14-15, 19, 31]。本研究表明，中稻生长季CRUB处理穗分化期叶片SPAD值和成熟期干物质积累量均显著高于CUB处理，而CRUB和CUB处理、CUM和CRUB处理、CUM和CRUM处理籽粒产量无显著差异；晚稻生长季，控释尿素的穗分化期叶片SPAD值均显著高于尿素，CRUB处理籽粒产量和成熟期干物质积累量均显著高于CUB处理，而CUM和CRUB处理、CUM和CRUM处理籽粒产量无显著差异，CUM和CRUM处理成熟期干物质积累量也无显著差异（表2—表4）。水稻是以分蘖夺取高产的作物，充足的有效穗数是高产的前提，施用控释氮肥能够影响最高分蘖数和成穗率等产量构成因素[14-15, 19]。水稻产量首先取决于有效穗数，在此基础上依靠较高每穗粒数、结实率和千粒重；然而氮肥类型对水稻分蘖形成有显著的影响，也会影响到水稻穗粒数和千粒重。彭玉等[32]研究认为控释尿素可以显著提高水稻有效穗数、千粒重，提高稻谷产量。本研究表明，中稻生长季CRUB处理有效穗数和颖花总量均显著高于CUB处理，而CUM和CRUB处理、CUM和CRUM处理之间无显著差异；晚稻生长季，控释尿素的有效穗数显著高于尿素，CRUB处理颖花总量显著高于CUB处理，CUM处理有效穗数和颖花总量均显著高于CRUB处理，CUM和CRUM处理之间颖花总量无显著差异（表2）。综上所述，撒施条件下控释尿素的增产效果优于尿素，尿素侧深施用可以延长其肥效，进而提高籽粒产量。

氮肥施入灌溉稻田，大部分通过氨挥发、反硝化作用、表面流失及渗漏等途径损失，一部分被土壤固定，一部分被水稻吸收利用。改用控释氮肥、改良施肥方式、减少氮素损失是促进稻株吸收利用氮素和提高氮肥利用效率的捷径[2, 14-15, 18]。本研究表明，与尿素相比，控释尿素的稻株氮素吸收量显著增加（图1），氮肥吸收利用率提高32.07%—46.00%，氮肥农学效率提高12.74%—17.79%（表6），其主要原因是控释尿素氮素在水稻生长中前期养分释放期更长，水稻茎叶等营养器官生长旺盛，稻株吸收积累更多氮素，灌浆结实期茎叶（含叶鞘）具有更高的氮素表观转移总量，氮素养分高效转入籽粒（表5）。此外，控释尿素的养分释放速率会受温度的影响，2018年中稻季移栽施肥后60 d内的平均气温低于2017年晚稻季，有利于延长该季控释尿素（25℃释放期为60 d）养分释放周期；2018年中稻季水稻生育期比2017年晚稻季更长，稻株养分吸收与氮肥养分释放更加匹配，进一步提高该季控释尿素处理的氮肥吸收利用率。

3.2 侧深施氮对产量形成和氮素利用的影响

水稻生育前期充足的干物质积累量是水稻获得高产的关键，齐穗期积累充足的干物质量是高产水稻群体的重要特征；生育后期适当延长叶片功能期，可以进一步提高水稻产量。侧深施氮也可以明显提高水稻生育前期干物质积累量，提高水稻有效穗数、结实率和稻谷产量[23]，本研究结果与之基本一致（表1和表4）。此外，与尿素人工撒施相比，尿素采用机械化深施处理穗分化期、齐穗期叶片SPAD值提高2.90%—3.64%、1.44%—2.53%，产量最终增加6.95%—8.11%；与控释尿素人工撒施相比，控释尿素采用机械侧深施处理穗分化期、齐穗期叶片SPAD值提高4.03%—5.10%、0.31%—2.10%，产量最终增加4.46%—5.55%（表2—3）。控释尿素机械侧深施到根区土壤中，水稻生育中后期氮素持续释放，维持稻株生长不脱肥，充足的氮素营养可以提高水稻光合生产能力，促进“源”—茎叶（含叶鞘）干物质积累更加充足，灌浆结实期茎叶（含叶鞘）中更多物质被转运到籽粒（表4），进而促进籽粒灌浆，增加稻谷产量。本研究还表明，尿素采用机械侧深施可以显著增加有效穗数和颖花总量；尿素机械侧深施处理（CUM）与控释尿素撒施处理（CRUB）产量间无明显差异（表2），其主要原因是尿素机械侧深施用也能够降低氮素损失率[24-25, 33]，促进稻株吸收氮素（图1），进而提高物质生产能力；CUM和CRUB处理穗分化期和齐穗期叶片SPAD值均无显著差异，灌浆结实期的物质生产能力相近，最终稻谷产量无明显差异。此外，CRUM处理的有效穗数和产量均高于CUM和CRUB处理，其主要原因是机械侧深施控释尿素前期氮素直接释放到根区土壤，能够快速供给根系吸收，分蘖期撒施的控释尿素也能够为返青后的秧苗提供足量氮素，促进分蘖早生快发；控释尿素在水稻生育中后期持续释放氮素[34]，延长叶片功能期，减少无效分蘖，提高成穗率，促使灌浆期叶片物质生产高效进行，籽粒灌浆流畅，茎叶鞘物质转移充足，结实率和千粒重无显著下降，最终获得高产高效。

此外，机械侧深施肥的氮素干物质生产率和氮素稻谷生产率均低于撒施（表6），表明机械侧深施肥方式能够促进稻株从外界环境吸收更多氮素进入氮代谢环节，但氮代谢和碳代谢（碳水化合物合成）改善不同步[30]，植株一定程度上表现出“氮素冗余吸收”。我国水稻生产中氮肥以尿素、碳铵等速效氮肥为主，施肥方式通常为撒施、表层浅施，如此施入稻田的氮肥很快溶入水体，具有很强的流动性[1, 17, 18-19]，极容易通过挥发、渗漏、径流等途径损失。刘晓伟等[27]研究认为根区一次施尿素可以明显提高施肥点周围土壤中铵态氮含量，增强根区土壤氮素供应能力，提高水稻氮肥利用效率；此外，也有研究证实尿素深施能够减弱氮素损失途径，进而提高氮素利用效率[9, 22, 24, 35-36]。孙浩燕等[20-21, 31]研究还认为适宜的浅层施肥促使速效养分主要分布于土壤上层，有利于秧苗根系生长，促进秧苗吸收氮素等养分，提高秧苗养分含量，促进水稻秧苗的生长发育，增加养分积累量，最终提高氮素等养分资源利用效率。本研究中，与人工撒施相比较，控释尿素或尿素采用机械侧深施后水稻整个生育阶段氮素吸收量以及氮肥利用效率均大幅提高，氮肥吸收利用率和氮肥农学效率增幅达到17.91%—54.10%和19.61%—37.39%（表6），其主要原因为：（1）插秧时机械臂将尿素、控释尿素精确送达水稻根区附近（秧苗侧面（5.0±0.5）cm，深度为（5.5±0.5）cm的区域），水稻返青后根系能够更快、更足地吸收氮素养分（硝态氮和铵态氮为主要氮源）；（2）机械侧深施还能减少氮素通过NH3、NO2-、N2O和NO等途径的损失量，提高土壤供氮能力；（3）控释尿素（25℃释放期为60 d）养分释放曲线与水稻需氮较为吻合，保证根区氮素有效供应，且控释尿素缓慢释放氮素的特性也能进一步减少氮素损失量[9, 24, 28, 35-36]。综上可得，控释尿素或尿素机械侧深施既减轻水稻施肥劳动强度，又节本增效，对推进水稻产业全程机械化生产具有重要实践意义。

4 结论

控释尿素替代尿素、机械侧深施替代传统撒施都能够显著增加水稻干物质积累量，增加有效穗数，提高水稻氮素吸收量，提高灌浆结实期茎叶氮素表观转移量和干物质转移量，同步提高水稻产量和氮肥吸收利用率。与尿素相比，控释尿素产量增加3.32%—3.72%，氮肥吸收利用率（NRE）提高32.07%—46.00%，氮肥农学效率（NAE）提高12.74%—17.79%。与传统撒施相比，机械侧深施产量增加4.46%—8.11%，NRE提高17.91%—54.10%，NAE提高19.61%—37.39%。与尿素撒施相比，控释尿素侧深施用产量增加9.67%—10.41%，NRE提高92.04%—103.36%，NAE提高45.18%—52.30%。可见，控释尿素侧深施用既能减轻水稻生产施肥劳作强度，又能增产增效，值得大面积推广应用。

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Effects of side deep fertilization on yield formation and nitrogen utilization of mechanized transplanting rice

ZHU CongHua1,2, ZHANG YuPing1, XIANG Jing1, ZHANG YiKai1, WU Hui1, WANG YaLiang1, ZHU DeFeng1, CHEN HuiZhe1

(1China National Rice Research Institute/State Key Laboratory of Rice Biology, Hangzhou 311401;2Crop Research Institute of Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Chengdu 610066)

【】Mechanized transplanting of rice with synchronous side deep application of fertilizer is a new and advanced technology that is still developing rapidly. In-depth studies on the effects of mechanized side deep placement of different types of nitrogen (N) fertilizer on the grain yield and N utilization efficiency of mechanized transplanted rice will be helpful for devising strategies to improve the mechanization of planting and fertilization, and to provide a theoretical basis for reducing costs and increasing fertilization efficiency in rice production. 【】Field experiments were conducted in 2017 and 2018 with a 0randomized complete block design, with five N fertilizer application treatments: N0-plots without N fertilizer; CUB-manual surface broadcast of urea (CU); CUM-mechanized side deep placement of CU; CRUB-manual surface broadcast of controlled release urea (CRU); and CRUM-mechanized side deep placement of CRU. The characteristics of matter production, as well as N uptake and distribution, N use efficiency, yield, and yield components of rice were determined. 【】Each N fertilizer application treatment had similar effects on yield formation and N use efficiency in the two years. Compared with the CU treatm ent, the CRU treatment significantly improved dry matter accumulation, N uptake, N utilization efficiency, and grain yield. The dry matter accumulation and N uptake at maturity, N recovery efficiency (NRE), N agronomy efficiency (NAE), and grain yield were higher in the CRU treatment than in the CU treatment by 3.22%, 17.50%, 46.00%, 17.79%, and 3.72%, respectively, in 2017; and by 8.77%, 13.27%, 32.07%, 12.74%, and 3.32%, respectively, in 2018. Compared with surface broadcasting, mechanized deep placement of N fertilizer, regardless of the type of N fertilizer, significantly enhanced N use efficiency, and increased NRE and NAE by 17.91%-43.14% and 19.61%-37.39% respectively, in 2017; and by 53.80%-54.10% and 21.11%-35.11%, respectively, in 2018. Compared with surface broadcasting, mechanized deep placement of N fertilizer (CU or CRU) increased the grain yields in 2017 and 2018 by 4.46%-6.95% and 5.55%-8.11%, respectively, because of increased numbers of effective panicles and spikelets. The N uptake in stems-sheaths and leaves and the apparent amount of N translocated in stems-sheaths and leaves (TNT) were significantly higher in the CRUM treatment than in any other N application treatments from the heading stage to the maturity stage. Compared with the other N fertilizer treatments, the CRUM treatment also increased N uptake, SPAD values, and total aboveground biomass at the panicle initiation stage and full heading stage. 【】Mechanized side deep placement of controlled release urea is an efficient fertilization method to increase the grain yield and N use efficiency of mechanized transplanted rice.

rice; controlled release urea; side deep fertilization; yield; nitrogen utilization efficiency