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水稻是我国种植面积最大的粮食作物，约 60% 的人以稻米为主食，化肥对保障粮食安全具有巨大作用[1]。据统计，化肥特别是氮肥对水稻产量贡献率可达 40%～60%[2]。我国水稻生产中氮肥平均施用量为 180 kg/hm2，比世界平均用量约高 75%，江苏省水稻产量高，氮肥用量平均为 270 kg/hm2[3-4]。氮肥利用率低是我国普遍现象，当季利用率仅为 30%～35%，而发达国家化肥利用率在 60% 左右[5]。因此，提高肥料利用率，减少氮肥投入，已成为化肥减量增效和科学施肥的主攻方向[6]。大量研究从 3 个方面切入：一是控制氮肥总量，优化运筹；二是调整养分结构，平衡供应；三是转变施肥方式，深施肥料[7-10]。其中，转变施肥方式特别是侧深施肥技术是当前关注的焦点和热点。
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侧深施肥技术是利用水稻插秧施肥一体机作业，在秧苗一侧 3～5 cm 处开宽 2～3 cm、深 2～5 cm 的沟，将颗粒肥料条施入沟内，施肥后机具自动覆土[11-12]。前人在侧深施肥氮肥减量、减次研究方面取得了丰富成果[13-14]。研究发现，侧深施肥降低氨挥发和径流损失，改善根系营养，促进氮肥吸收利用，可节约 10%～20% 的化学氮肥，仍保产或增产[5，15-17]。在减少施肥次数方面，侧深施肥多与缓控释肥配合使用。侯坤等[18]在双季稻上探究了一次性侧深施肥作业方式下缓控释氮与速效氮合理配比，认为缓控释氮占总氮 20% 稳产控污效果较合适。吴文革等[19]研究表明，侧深施肥配合生物基包膜控释肥，可减少中稻施肥次数，实现稳产和肥料利用效率提升。以往侧深施肥研究实现了氮肥减量和施肥次数减少，但所用肥料多为复合肥或缓控释肥，用量较高，达 450～750 kg/hm2。侧深施肥将肥料集中施于秧苗根系，根际氮肥浓度比表施高 5～6 倍[20]。农业生产实践中，常出现因肥料用量过高或水浆管理不到位造成的僵苗、烧苗现象。同时，侧深施肥机肥箱容量有限，可装颗粒状肥料 80 kg 左右，如肥料用量大，则需频繁装肥，每作业 20～30 min 或 0.1～1.7 hm2 就需停机装肥，降低了机械作业效率，不利于侧深施肥技术的推广和应用。另外，水稻分蘖肥时效性强，规模化生产中往往因为分蘖肥施用不及时，导致减产现象。侧深施肥能够实现肥料深施，减少损失，提高利用效率，那么能否通过侧深施肥技术实现免施分蘖肥是本研究的关注点之一。因而，水稻生产亟须开发一套安全、高效、轻简、节肥的侧深施肥技术。本研究在减氮的前提下，开展尿素侧深施和免施分蘖肥试验，以期为优化和推广水稻侧深施肥技术提供理论支持。
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1 材料与方法
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1.1 试验区域概况
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试验共进行 4 年，于 2018 年始 2021 年止，采取大区试验。试验区位于江苏省常州市金坛区太湖上游，属北亚热带海洋性季风气候，年平均气温 15.3℃，年日照时数 2034 h，年降水量 1000 mm 左右，无霜期 250 d。种植制度为稻-麦轮作，土壤为水稻土，质地中壤。不同年份和地点土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量和 pH 范围分别为 26～30 g/kg、1.6～1.8 g/kg、18～20 mg/kg、 100～120 mg/kg 和 6.7～7.0。
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1.2 供试材料
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水稻品种：2018 年为宁粳 8 号，2019 和 2020 年为南粳 5055，2021 年为宁香粳 9 号。机插秧，秧龄为 3.5 叶，株行距为 30 cm×12 cm，每公顷栽 27 万穴，每穴 3～4 株秧苗。
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肥料品种：配方肥（N-P2O5-K2O 为 18-7-10 和 15-5-15，当地水稻测土配方施肥主推肥料品种）、尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O5 12%）、氯化钾（K2O 60%）。
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施肥机械：洋马和久保田机插秧侧深施肥机。
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1.3 试验设计
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设 4 个处理：处理 1，无氮处理（N0），P2O5、 K2O 总用量分别为 37.5、71.3 kg/hm2；处理 2，测土配方撒施模式（SF），N、P2O5、K2O 总用量分别为 253、37.5、71.3 kg/hm2；处理 3，侧深施肥减氮模式（CSF），N、P2O5、K2O 总用量分别为 226、27、 56.3 kg/hm2；处理 4，侧深施肥减氮免施分蘖肥模式（CSM），N、P2O5、K2O 总用量同处理 3。具体施肥方案见表1。试验为 4 年重复，同一年不设重复，除 N0 处理小区面积为 66 m2 （10 m×6.6 m），其它 3 个处理均为大区，面积为 2500～3500 m2。
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1.4 测定方法
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茎蘖动态测定：每小区定位 5 个苗情点，每点定 10 穴，于插秧后 10 d 到水稻分蘖盛期每 5 d 检查 1 次水稻茎蘖数。仅 2021 年试验时测定该项指标。
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SPAD 值、叶面积测定：水稻开花期每试验区按苗情点每穴平均苗数，选取 5 穴水稻，测定冠层顶部 3 张叶片的 SPAD 值、叶面积。SPAD 值用 SPAD-502 叶绿素仪测定叶片中部，叶面积（cm2） 按叶片长（cm）× 宽（cm）×0.7 计，仅 2021 年试验时测定此指标。
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注：分蘖肥在插秧后 10 d 施，穗肥在倒三叶期施。
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产量和产量构成因子：水稻收获时，各试验区进行单独收获、测产。水稻成熟期各处理调查 3 点，每点 10 穴，考察有效穗、每穗总粒数、空秕粒数和千粒重。
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氮肥表观回收利用率（%）=（施氮区水稻地上部总吸氮量-未施氮区水稻地上部总吸氮量）/ 施肥量 ×100
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氮农学效率（kg/kg）=（施氮区籽粒产量-未施氮区籽粒产量）/ 氮肥施用量
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1.5 统计分析
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采用 Excel 2007 和 SPSS 11.0 处理数据，并利用 LSD 法进行多重比较。
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2 结果与分析
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2.1 不同施肥模式水稻产量构成
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由表2 可知，水稻产量因处理而异。氮肥显著增加产量，增幅 61.9%～79.3%。4 年间，CSF 处理产量均最高，较 SF 处理平均增产 5.2%；CSM 与 SF 处理年度间产量略有不同，基本持平。产量构成显示，CSF 和 SF 处理有效穗、千粒重、实粒数均未达显著差异，但 CSF 处理有效穗、千粒重增幅高于 SF 处理，进而显著增加了产量；CSM 较 SF 处理有效穗增加 15.4%，实粒数减少 14.0%，千粒重略有增加。可见，侧深施肥减氮 10.6% 稳定或增加有效穗数，进而保障产量。
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注：数据后不同字母表示处理间在 0.05 水平差异显著。下同。
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2.2 不同施肥模式水稻氮肥当季吸收利用率
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氮肥表观回收利用率表征水稻吸收氮肥的能力，农学效率用以表达施氮肥增产程度。由表3 可知，与 SF 处理相比，CSF 和 CSM 处理显著提高了水稻的氮肥表观回收利用率，4 年平均值分别提高 9.4 和 3.4 个百分点。SF 与 CSM 处理氮肥农学效率基本持平，显著低于 CSF 处理。可见，侧深施肥减氮 10.6% 可提高氮肥当季吸收利用率，免施分蘖肥不影响氮肥农学效率。
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2.3 不同施肥模式水稻茎蘖动态变化
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由图1 水稻茎蘖动态变化可知，插秧 10 d 后，施氮处理显著高于同期无氮处理，增幅 10.9%～60.8%。插秧后 16 d 施氮处理间茎蘖数出现差异，同期以 CSM 处理最高，其次为 CSF 处理，SF 处理最低。插秧后 38 d CSM 和 CSF 处理达到分蘖高峰，较 SF 处理提早 5 d，CSM 和 CSF 处理分别比 SF 处理水稻最大茎蘖数高出 8.4% 和 12.9%。可见，侧深施肥可加快水稻生长进程，促进分蘖早发，增加茎蘖数。
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图1 不同处理水稻茎蘖数动态变化
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2.4 不同施肥模式水稻冠层顶三叶叶面积
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施肥方式显著影响水稻开花期冠层叶面积（图2），同一叶位以 CSF 处理最高，SF 与 CSM 处理持平，N0 处理最小。CSF 处理叶面积分别比 SF 和 CSM 处理倒一叶高出 16.1% 和 13.6%，倒二叶高出 7.0% 和 10.2%，倒三叶高出 7.5% 和 7.9%。除 N0 处理外，同一施氮处理叶位间叶面积均为倒三叶最高，其次为倒二叶，倒一叶最低。可见，侧深施肥可稳定或增加冠层顶三叶叶面积。
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图2 不同处理水稻开花期主要功能叶叶面积
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注：同一组柱上不同小写字母代表处理间达显著差异水平（P <0.05）。下同。
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2.5 不同施肥模式水稻冠层顶三叶 SPAD 值
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图3 显示，施氮显著提高了开花期顶三叶 SPAD 值。同一叶位，SF 与 CSM 处理 SPAD 值无显著差异。然而，CSF 处理倒一叶 SPAD 值明显比 SF 处理提高 5.5%。同时，CSF 处理顶三叶 SPAD 值高于 CSM 处理，其中 CSF 处理水稻倒一叶 SPAD 值明显增加 6.5%，倒二叶明显增加 6.0%。同一处理，顶三叶间 SPAD 值差异不显著。
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图3 不同处理水稻开花期主要功能叶 SPAD 值
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3 讨论与结论
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侧深施肥实现了基肥深施、条施和覆土，大幅减少氮肥流失，为基肥减施、分蘖肥免施提供了空间。季雅岚等[21]研究表明，侧深施肥基蘖肥减施 10%，水稻依然增产。沈欣等[22]利用侧深施肥技术配合控释掺混肥料，实现了分蘖肥免施、氮肥减施 10% 和产量增加，这与本研究结果相似。本研究中，2 种侧深施肥模式在基蘖肥氮素减少 19.8%，穗肥保持一致。总施氮量下降 10.6% 的情况下，水稻当季氮肥表观回收利用率与 SF 处理相比显著提高，水稻达到稳产或增产，其中，CSF 处理有利于增加水稻产量。主要原因为侧深施肥能够降低氨挥发和径流损失，与提高水稻对氮肥的吸收利用效率紧密相关[15-17]。另外，胡群等[23]研究认为侧深施肥模式，氮肥靠近根系，有利于水稻氮素营养，促进返青活棵和分蘖早发。本试验结果也表明，侧深施肥模式促进水稻分蘖早发，增加茎蘖数和有效穗数，进而增加产量。CSF 处理由于侧深基施配方肥，提高肥料利用效率，促进了分蘖早发，增加了茎蘖数，加之水稻生育后期增加了千粒重，因此达到高产的目的。这一点从 CSF 处理增加了顶三叶面积、提高 SPAD 值得以佐证。研究表明，籽粒产量的 80%～90% 来自开花后叶片光合产物的累积，比例越高，产量越高。叶片尤其是顶部 3 张叶片是水稻抽穗后光合作用的主要场所，叶面积与叶绿素直接关系光合效率和光合产物累积，影响结实率和粒重[17，24-25]。
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肥料形态影响养分释放，一般尿素较复合肥更易溶于水，侧深施肥减氮免施分蘖肥模式（CSM 处理）将尿素侧深施入土壤，加之整地后、耱田前撒施配方肥作为底肥，使水稻茎蘖数显著高于 CSF 和 SF 处理。然而，水稻具有一定自我调控能力，群体穗数太大，则穗型变小[26]。本试验产量结构也显示 CSM 处理虽然增加了穗数，但穗粒数不占优势，这和马良等[27]的研究结果相似。另外，CSM 处理未施分蘖肥，而 CSF 和 SF 处理均施了分蘖肥，是否存在分蘖肥在土壤中残留与穗肥的叠加效果，共同促进水稻后期穗分化和灌浆，需要进一步研究明确。
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综上，侧深施肥基蘖肥减氮 19.8%，可保障水稻稳产或增产，提高氮肥表观回收利用率。CSF 模式可作为高产模式，CSM 模式可作为稳产模式，水稻种植规模大、施肥劳动力紧缺可采取此方式。
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摘要
通过 4 年田间试验，以测土配方撒施模式（SF）为对照，研究比较了侧深施肥减氮模式（CSF）和侧深施肥减氮免施分蘖肥模式（CSM）对水稻产量及构成因素、氮肥利用效率的影响，并分析了茎蘖动态、高光效叶面积和叶片 SPAD 值的变化特征。结果表明：侧深施肥减氮 10.6% 能够稳定或增加水稻有效穗数，保障产量，同时能够提高氮肥利用率。CSM 与 SF 处理水稻平均产量基本一致，CSF 较 SF 处理增产 5.2%，CSF 和 CSM 处理水稻氮肥表观回收利用率分别比 SF 处理提高 9.4 和 3.4 个百分点。侧深施肥促进分蘖早发，增加茎蘖数，水稻提早 5 d 达到最大茎蘖数，CSM 和 CSF 处理最大茎蘖数分别比 SF 处理高 8.4% 和 12.9%。与 SF 处理相比，CSF 处理显著增加开花期顶三叶叶面积，提高倒一叶叶片 SPAD 值，为后期光合物质累积创造良好物质基础。可见，2 种侧深施肥模式均可实现氮肥减量增效，其中 CSF 模式利于高产，CSM 模式较为稳产，适合种植规模大、施肥劳动力紧缺的情况。
Abstract
Through a 4-years field experiment，the effects of three fertilization modes，including nitrogen reduction mode （CSF），mode of nitrogen reduction and no tillering fertilizer（CSM）and mode of broadcast-application formula fertilization by soil testing（SF），on rice yield and its components，nitrogen use efficiency were studied and the stem tiller dynamics and variation characteristics of leaf area with high light efficiency and leaf SPAD value were analyzed，which were closely related with rice yield and nitrogen use efficiency．The results showed side deep fertilization with reducing nitrogen application by 10.6% either stabilized or increased the number of effective panicles，guaranteed yield and improved nitrogen use efficiency．During the periods of four years，the average yield of CSM treatment reached the same level with SF treatment． CSF treatment increased rice yields by 5.2% compared to SF．Moreover，CSM and CSF treatments significantly increased crop recovery of fertilizer nitrogen by 9.4 and 3.4 percentage points，respectively，compared with SF．Side deep fertilization promoted early tillering，increased the number of stems and tillers，and made the peak seedlings reached 5 days early．The peak seedlings numbers in CSM and CSF treatment were 8.4% and 12.9% higher than that in SF treatment，respectively． CSF significantly increased the top three leaves’areas at flowering stage and increased the SPAD value of flag leaves compared with SF，which created a good material basis for photosynthetic material accumulation at later growth stage． Therefore，both the two fertilization modes can reduce nitrogen fertilizer application，meanwhile increased nitrogen use efficiency，of which CSF mode is conducive to high yield production，and CSM mode is more stable for yield production and is suitable for the situation of large planting scale and shortage of fertilization labor force．