过量的氮肥施用以及不科学的施肥方式不但增加了生产成本，还造成稻田氮肥利用率急剧降低、稻米品质显著下降、土壤养分失衡，并由此引发了温室气体排放增多、地下水污染等一系列的环境问题^[1]。因此，如何提高稻田氮肥增产效果和氮肥利用率、减少稻田氮素损失以减轻其对环境造成的压力，保证水稻生产的高产、高效和绿色可持续发展，成为现阶段我国水稻生产的严峻挑战。这一问题在我国长江中下游稻区尤为突出，部分地区水稻单季施氮量已超过 350 kg/hm²。崇明区是著名的鱼米之乡，现有水稻种植面积 17333 hm²，其大米产量占上海市大米总产量的 22%^[2]。2020 年，通过对全岛 300 个水稻种植户的调研发现，崇明区水稻氮肥用量超过 400 kg/hm²，远高于国家环保部门制定的生态岛化肥用量标准（N 250 kg/hm²），这与崇明生态岛建设目标严重不符^[3]，化肥施用量偏高、施肥方式不科学、肥料用量比例不协调等问题依然存在。

崇明水稻生产过程中施肥环节一直沿用人工撒施的方式，既加大了人工投入，也造成了肥料浪费^[4]。普通复合肥养分释放快，氮素在土壤中容易通过各种途径损失，难以保证水稻全生育期的养分需求，水稻生产中通常通过分次施肥的方式提高氮肥的利用率^[5-6]。随着水稻规模化生产的推进和农业劳动力成本的提高，轻简化施肥技术成为水稻生产的现实需求^[7]。侧深施肥是一个有效解决农业生产中多次施肥的方式，特别是一次性侧深施肥。侧深施肥技术可以同时实现施肥与机插秧或稻种直播一体化，并将养分直接定量输送至根区，实现肥料的精准深施。在江苏和上海等地的研究发现，侧深施肥可以促进水稻对氮素的吸收^[8-9]，提高水稻产量 6%～12%^[10-11]。应用侧深施肥技术可使肥料减施 5% 以上^[12]。但是这些研究大多采用传统肥料，并且多次使用，没有解决省工节本的问题，导致侧深施肥发展缓慢。采用缓控施肥是保障一次施用的关键，缓控释肥料可以通过对肥料和土壤中养分的控制及氮素的转化过程来达到提高肥料利用率、调节作物生长机制和改善土壤理化性质的目的^[13-15]。 Xia 等^[16]基于文献整合分析的方法对中国水稻主产区水稻试验的结果进行汇总分析，结果表明与常规分次施肥相比，缓释肥一次性施肥水稻的产量和氮肥利用率分别提高了 9.3% 和 36.6%。侧深施肥技术搭配缓释肥一次性施用，可有效满足农民轻简化施肥的需求，降低劳动成本^[17]，但这些区域现有技术仍然需要追肥，尤其对于目前主流的长生育期的直播稻，一次性侧深施肥是否可行仍不确定，选用什么样的肥料产品也是一个亟待回答的问题。

新型肥料可以通过对肥料和土壤中养分的控制及氮素的转化过程来达到提高肥料利用率、调节作物生长机制和改善土壤理化性质的目的^[15-17]。目前市面上的缓释肥料多是含有包膜尿素的掺混肥料，现有树脂包膜尿素仍存在降解不完全的问题，不符合崇明生态岛的发展定位。无机包裹型复合肥是郑州大学独创的一种缓释肥料，具有良好的缓释性能，而且具有无残留的特点，但这款肥料是否可用于长生育期的直播稻却鲜有研究，尤其是其养分释放规律能否满足水稻高产、优质的目标尚未报道。为此，本文针对崇明区水稻施肥存在的氮肥调控不合理的问题，初步在无机包裹型复合肥的基础上设计了适用于崇明区水稻品种南粳 46 的施肥配方，筛选出适用于一次性施用新型肥料产品的合适用量，并进行田间试验，探究侧深施肥技术一次性施用该方案的效果，以期为区域水稻养分管理和资源高效利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点位于上海市崇明区绿华镇绿园村，属亚热带季风气候，年平均气温 15.3℃，年均降水量 1004 mm，年均日照 2104 h，全年无霜期 229 d。试验地耕层土壤（0～20 cm）理化性质：pH 7.68、有机质 14.40 g/kg、碱解氮 139.90 mg/kg、有效磷 27.64 mg/kg、速效钾 87.77 mg/kg，土壤地力分布均匀。试验水稻品种为南粳 46（江苏省农业科学院），属中熟晚粳稻品种，在江苏南部、上海等地广泛种植。种植制度为单季晚稻。前茬作物为水稻，稻秆留茬约 20 cm，其余全部移出。

1.2 试验设计

根据氮肥总量控制、磷钾衡量监控的原理，结合崇明区当地土壤基础地力、直播稻养分需求规律和目标产量（9.0～9.75 t/hm²），设计出适合崇明区直播稻品种南粳 46 的肥料养分投入量（N-P₂O₅-K₂O 配比为 30-6-12）。其中，氮肥总量的确定用斯坦福差值法计算：施氮总量（kg/hm²）=[目标产量需氮量（kg/hm²）-土壤供氮量（kg/hm²）]/ 氮肥的当季利用率（%）。上海崇明区处于长江下游单双季稻区，南粳 46 生育期较长，从播种到收获一般在 160 d 以上，应将氮肥向穗粒肥再转移一部分，根据前期研究发现其全生育期氮素需求分配为基肥∶分蘖肥∶穗粒肥 =4∶4∶2。新型肥料肥包肥中含有尿素等速效氮肥，满足了水稻发芽期间的需求，而稳定性脲铵氮肥养分释放期为 20～30 d，满足分蘖期的需要，通过室内养分释放试验得到肥包肥的肥芯中氮素释放高峰约在 70 d，正好处于拔节和破口抽穗的关键时期，两种新型肥料搭配正好满足水稻全生育期内各个时期的养分需求。

供试肥料有肥包肥 46%（21-11-14）、稳定性脲铵氮肥（31-0-0）、氯化钾（0-0-60）。肥包肥是郑州大学独创的一种缓释肥料技术产品，是采用以肥料包裹肥料的工艺思路，通过改变不同肥料的空间结构及化学组成而形成的一种具有缓释功能的缓释复合肥料。肥包肥以微溶性肥料为包裹层，采用反应性粘结剂，形成致密包裹层，肥料的缓释化与复合肥同步完成，全部原料来源均为肥料，不含石蜡、塑料、树脂等，对环境友好。针对崇明水稻需求，中国农业大学、安徽农业大学提出肥料农艺配方，郑州大学通过工艺配方升级，创制出以肥料包裹肥料的无机包裹型缓释复合肥料肥包肥 46%（21-11-14）。稳定性脲铵氮肥是安徽红四方绿色智能复合肥研究院重磅推出的一款功能性智能肥料，这款产品含氮量为 31%，同时添加了具有延缓养分释放、抑制尿素水解的脲酶抑制剂正丁基硫代磷酰三胺，可以降低氨挥发损失。产品中含有尿素态氮 19%，铵态氮 12%，充分发挥铵态氮肥效快、稳定性尿素态氮释放慢的特点，可将肥效延长到 20 d 以上，满足水稻氮素需求规律。铵态氮来自于工业副产品氯化铵，推动了肥料产品的绿色发展，是一种高效、节能、环保的绿色肥料。

试验于 2022 年 6—11 月在上海市崇明区绿华镇进行，共设有 5 个处理，其中处理 N₀ 是不施氮处理，为对照组，FFP 为当地农户习惯施肥处理， N₂₂₅ 处理是一次性侧深施用基肥，纯氮投入量为 225 kg/hm²，N₂₇₀ 是在 N₂₂₅ 基础上追施分蘖肥，纯氮投入量总计为 270 kg/hm²，N₃₁₅ 是在 N₂₇₀ 的基础上追施穗肥，纯氮投入量共计为 315 kg/hm²，除 FFP处理外各处理磷肥、钾肥纯养分投入量相同。

各处理折纯养分投入量见表1。每个处理设置 3 次重复，共 15 个小区，每个小区长 8 m、宽 7 m，试验地于 5 月中旬开田，6 月初进行耕整地、稻种催芽、拌种（用种量 150 kg/hm²），N₂₂₅、N₂₇₀、N₃₁₅ 处理中基肥均于 6 月 18 日采用斯塔尔水稻直播机搭载湖北永祥气吹式侧深施肥机进行机直播同步侧深施肥，其余基肥、蘖肥与穗肥都为人工撒施，于 11 月 12 日进行测产。

1.3 样品采集与测定方法

1.3.1 各时期生长动态

总茎蘖数：自播种后 35～56 d 内每小区定点选取有代表性的植株 12 穴，每隔 3 d 调查 1 次茎蘖数。

生物量积累：在水稻分蘖期、拔节期和穗期取样，每个时期每个处理随机取样 9 株，将植物样品剪去根系后按叶片、茎鞘和穗分别洗净后置于烘箱中，105℃杀青 30 min 后，再调至 70℃烘干至恒重，干燥冷却至室温后称取样品干物重。

1.3.2 产量及构成因子

于 11 月 12 日进行测产，每个小区随机框选 3 个 1 m² 长势均匀的样方，根据样方中有效穗数、穗粒数和千粒重计算理论产量^[18]。

1.3.3 加工品质和营养品质

每个小区随机取 2 kg 稻谷去壳碾米，精米率、垩白度参照《米质测定方法》（NY/T83—2017）^[19] 测定，直链淀粉含量参照《稻米直链淀粉的测定分光光度法》（NY/T2639—2014）^[20]测定，胶稠度参照《粮油检验大米胶稠度的测定》（GB/T22294— 2008）^[21]中的方法测定。

1.3.4 测定指标及计算方法

植物样品经 H₂SO₄-H₂O₂ 消解，分别采用凯氏定氮法、钼锑抗比色法和火焰光度法^[22]测定氮、磷和钾含量。

氮肥偏生产力 = 施氮区籽粒产量 / 施氮量

氮素农学效率 =（施氮区籽粒产量-无氮区籽粒产量）/ 施氮量

氮肥利用率 =（成熟期施氮区地上部氮素积累量-成熟期无氮区地上部氮素积累量）/ 施氮量 ×100%

经济产投比 = 收入 / 成本

成本包括肥料成本、施肥成本以及其他成本，本试验所涉及的其他成本主要包括机械整地、除草、灌排水、机械收割等管理试验田块的费用，各处理之间产生的其他成本相同。

1.4 统计分析

应用 Excel2022、SPSS 26.0 进行数据统计与处理，应用 Origin 2021 绘制相关图表；应用 SPSS 26.0 对数据进行方差和相关性分析（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对水稻茎蘖动态的影响

如图1 所示，各处理茎蘖动态差异明显。N₀ 处理各时期分蘖数一直处于最低水平，由于没有氮素供应，N₀ 处理在生育期第 53 d 茎蘖数到达峰值后下降，其他处理在分蘖期茎蘖数呈现递增趋势。FFP 处理由于基肥时期氮素投入量比其他处理减少 40%，总茎蘖数在分蘖前期比其他新型肥料处理少，新型肥料多次施肥处理 N₂₇₀ 和 N₃₁₅ 相较于一次性施肥处理 N₂₂₅ 在分蘖期均增加了氮肥投入量，但分蘖动态基本无差异。

2.2 不同施肥处理对各时期生物量积累的影响

如图2 所示，随水稻生育进程推进，植株地上部生物量在不断积累。N₀ 处理由于没有氮肥投入，拔节期和灌浆期的地上部生物量均显著低于其他处理。水稻分蘖期，由于 FFP 处理基肥的氮肥投入量较少，其地上部生物量显著低于其他施氮处理，但 3 个施氮侧深施肥处理之间没有显著差异。4 个侧深施肥处理之间在拔节期未开始表现出差异，在灌浆期各个处理表现明显差异，N₃₁₅ 的生物量显著低于 N₂₂₅ 和 N₂₇₀ 处理 5.9% 和 5.6%。

注：不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。

2.3 不同施肥处理对产量及产量构成的影响

如表2 所示，通过对水稻产量及有效穗数、穗粒数、结实率、千粒重等产量构成因子分析发现， N₀ 处理的产量及有效穗数、穗粒数均显著低于其他施氮处理，N₂₂₅ 处理的结实率相较于 N₀ 和 N₃₁₅ 处理显著提高了 2.5% 和 2.0%，而其他 3 个新型肥料施肥处理间有效穗数、穗粒数、结实率、千粒重和产量指标无显著差异，一次性施用新型肥料处理 N₂₂₅ 由于合理调控氮素投入，每穗粒数在各个处理中最高，为 119.3 粒，相对于多次施肥处理有所提升，说明一次性施用新型肥包肥和脲铵氮肥可以满足全生育期的需求，在分蘖期和穗期追施氮肥没有带来更大的产量收益。

注：表中数字为平均值 ± 标准差，不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。

2.4 纯氮投入量与水稻产量的相关性分析

采用线性加平台模型，对不同供氮水平下水稻的籽粒产量进行拟合。由图3 可知，产量与施氮量模拟的可信度达到了极显著水平（P<0.001）。一般认为，首次达到平台值即为试验的最佳施氮量，本试验中最佳氮用量为 229.07 kg/hm²。

2.5 不同施肥处理对稻米品质的影响

不同施肥处理对稻米品质的影响如表3 所示。N₂₂₅ 处理的糙米率显著高于 N₀ 处理，提高了 2.3%； N₂₂₅ 处理的垩白度为 3.8%，相比 N₀、N₂₇₀、N₃₁₅ 处理显著降低 7.3%、2.6%、11.6%。透明度和直链淀粉含量是评价大米蒸煮品质的重要指标，N₂₂₅ 处理的稻米透明度和直链淀粉含量只与 N₃₁₅ 处理有显著差异，与其他两个处理无显著差异。N₂₂₅ 处理的稻米透明度显著低于 N₃₁₅ 处理 0.6%。通常来说直链淀粉含量越低，大米的食味值越高，N₂₂₅ 处理直链淀粉含量最低，为 9.2%，相比 N₃₁₅ 处理显著降低 11.5%。综上所述，N₂₂₅ 处理在糙米率、垩白度、透明度和直链淀粉这些品质指标上均有明显优势。

稻米中的蛋白质、直链淀粉含量直接关系到其口感，一般认为蛋白质和直链淀粉含量低的稻米食味更好，胶稠度越大，则米饭越柔软，品质越好。

2.6 不同施肥处理间经济效益的对比

各处理的成本、收益如表4 所示。根据当季肥料售价计算肥料成本，基肥均为侧深施肥，作业成本为 750.00 元 /hm²，分蘖期和穗期每次追肥为人工撒施，按当地价格为 225.00 元 /hm²。由于 N₀ 处理仅为一次性侧深施肥，且不施氮肥，其成本最低，为 8400.00 元 /hm²。其他处理成本随肥料施用量和后期追肥次数增加而增加。N₂₂₅ 处理相对 FFP、N₂₇₀ 和 N₃₁₅ 处理成本减少 1.6%、8.7% 和 14.0%，稻米收益按照当年稻米收购价 3 元 /kg 的标准进行计算，N₂₂₅ 处理经济产投比为 1.94，分别比 N₀、FFP、N₂₇₀ 和 N₃₁₅ 处理增加了 38.6%、5.4%、 12.8% 和 34.7%。一次性施用新型肥料处理 N₂₂₅ 在节时省工省肥料的同时可以带来更好的经济效益。

注：稻米收益 = 产量 × 当年稻米收购价，纯收益 = 稻米收益-肥料成本-施肥成本-其他成本，其他成本包括稻种、整地、除草剂、收割等费用，为 6300 元 /hm²。

2.7 不同施肥处理对肥料吸收利用的影响

2.7.1 不同施肥处理对氮肥偏生产力的影响

不同施肥处理对氮肥偏生产力影响如图4 所示，随着施氮量的增加，处理间氮肥偏生产力逐渐下降。由于 N₂₂₅ 处理的施氮量相对 FFP、N₂₇₀ 和 N₃₁₅ 处理分别减少了 27.2%、16.7% 和 28.6%，但产量和其他 3 个处理无显著差异，氮肥偏生产力为各处理中最高，相对 FFP、N₂₇₀ 和 N₃₁₅ 处理显著增加了 40.18%、18.7% 和 45.3%。

2.7.2 不同施肥处理对氮素农学效率的影响

不同施肥处理对氮素农学效率影响如图5 所示，N₂₂₅ 处理的氮素农学效率最高，为 15.1 kg/kg。随着施氮量的增加，氮素农学效率逐渐下降，N₃₁₅ 处理的氮素农学效率显著低于 N₂₂₅ 处理，相比 N₂₂₅ 处理降低了 57.3%。

2.7.3 不同施肥处理对氮肥利用率的影响

不同施肥处理对氮肥利用率影响如图6 所示，随着施氮量的增加，不同处理氮肥利用率逐渐下降，N₂₂₅ 处理的氮肥利用率显著高于其他处理，为 47.5%，相较于 FFP、N₂₇₀ 和 N₃₁₅ 处理分别显著提高了 51.0%、23.7% 和 37.3%。

3 讨论

3.1 新型肥料一次性侧深施用对水稻生长动态的影响

相较常规施肥处理，缓控释肥通过缓慢释放的养分增加水稻深层土壤中的根系数量，扩大根系养分摄取范围^[23]，促进合理群体结构的形成。本试验中肥包肥和稳定性脲铵氮肥一次施用能够满足一季直播粳稻中高产水平的生长发育，在于肥包肥中含有尿素等速效氮肥，满足了发芽期间的需求，而稳定性脲铵氮肥养分释放期为 20～30 d，满足分蘖期的需要，肥包肥的肥芯中尿素的释放高峰约在 70 d，正好处于拔节和破口抽穗的关键时期。本试验中新型肥料多次施肥处理 N₂₇₀ 和 N₃₁₅ 相较于一次性施肥处理 N₂₂₅ 在分蘖期和穗期增加了氮肥投入量，但分蘖动态基本无差异。一次性侧深施用新型肥料 N₂₂₅ 处理相对农户习惯施肥 FFP 处理氮投入量减少了 27.2%，但在水稻灌浆期 N₂₂₅ 处理的地上部生物量相对 FFP 处理仍有所提高。前人研究得到有效穗数随施氮量的增加而不断增加，但到达一定水平时会减缓增加的数量，同时成穗率会下降。本试验中 N₃₁₅ 处理在穗期进一步补充氮肥，N₃₁₅ 处理的地上部生物量显著低于 N₂₂₅ 和 N₂₇₀ 处理 5.9% 和 5.6%，水稻有效穗数和产量也均有下降，这与冯洋等^[24]、陈露等^[25]的研究结果一致。

3.2 新型肥料一次性侧深施用对水稻产量及其构成因素的影响

不同施氮量和氮肥运筹显著影响水稻有效穗数、穗实粒数、千粒重和理论产量。选择合适的肥料和施肥技术是提高水稻产量和氮肥利用效率的前提^[26]。新型氮肥具有比常规肥料更高效和更稳定的氮素供应能力，可通过提高产量构成因素来达到水稻增产的效果^[27-28]。过多施用穗肥易导致成穗率下降，最终均不利于水稻高产优质^[29]。研究发现，在穗期和粒期追施氮肥并没有带来显著的增产作用，反而会降低品质并增加成本。本试验中一次性施用新型肥料处理 N₂₂₅ 由于合理调控氮素投入，每穗粒数在各个处理中最高，为 119.3 粒，相对与多次施肥处理有所提升，达到的最大产量水平 （10226.9 kg/hm²），这与当地研究的高产水平相差 274 kg/hm²，与当地农户产量水平相比提高 3.2%，但本研究确定的纯氮养分用量 225 kg/hm² 显著低于高产研究的用量，也显著低于当地 309 kg/hm² 的用量。本研究还发现，分蘖肥和穗肥分次施用对作物产量及其构成因子无显著影响，多次施氮肥甚至会造成减产，这与白洁瑞等^[30]的研究结果类似。本研究中，一次性侧深施肥技术搭配新型肥料并控制纯氮投入量为 225 kg/hm² 即可以实现较高的产量。

3.3 新型肥料一次性侧深施用对水稻稻米品质的影响

居静等^[31]研究表明，与常规施氮相比，施用控释氮肥并没有明显提高糙米率和精米率。本试验中农户常规施肥处理 FFP 和新型肥料处理 N₂₂₅、 N₂₇₀ 和 N₃₁₅ 相比，糙米率和精米率均无显著差异，与上述研究结果相似，说明施用含有包膜尿素的缓释掺混肥和无机包裹型复合肥对稻米加工品质无明显影响。李宏亮^[32]研究发现，与常规分次施肥相比，一次性施用缓控释肥能够降低垩白度和垩白率，显著改善稻米外观品质。本试验中，N₂₇₀ 和 N₃₁₅ 处理在分蘖期和穗期追施氮肥，并没有对于稻米的垩白度带来显著的提升作用，与上述研究结果相似。随着施肥次数增加，稻米直链淀粉含量增加，N₃₁₅ 处理的直链淀粉含量相对 N₂₂₅ 处理显著提高了 13%，严重影响稻米品质。由于稻米的品质主要受遗传和环境因素影响，在氮肥的施用中，应结合水稻品种，综合考虑土壤、水分、温度等因素，采取合理的氮肥用量及施氮措施，才能达到水稻的高产优质。

3.4 新型肥料一次性侧深施用对水稻氮肥吸收利用及经济效益的影响

Shen 等^[33]研究发现，局部施肥有利于刺激根系偏向性生长，缓释氮施用能提高氮素吸收和氮肥利用率。在农业生产中合理使用新型肥料是提高肥料效率的重要手段^[34-35]，虽然本研究没有测定养分损失，但结合侧深施肥和缓释肥料，既减少养分损失，又能进一步调控水稻根系生长，提高肥料利用率，N₂₂₅ 处理氮肥利用率达到了 47.5%，相较于农户常规施肥处理提升了 51.0%，225 kg/hm² 的氮素投入正好与每公顷 9750 kg 产量需求一致。我国每年因肥料利用率低都会造成高达几百亿元的经济损失，这不仅是巨大的资源浪费，而且增加了农业生产成本^[36]。本研究实现了一次施肥，N₂₂₅ 处理相对当地农户常规施氮用量处理 FFP 减少氮肥投 27.2% 的氮肥投入量，产量提高了 2.1%，减少 2～3 次追肥，减少 2% 的肥料成本，减少人工施肥成本 60.0%，N₂₂₅ 处理经济产投比为 1.94，比 FFP 处理增加了 5.5%。因此，结合产量效益、经济效益和肥料吸收利用等相关指标进行综合评判，一次性侧深施肥技术搭配新型肥料施肥模式值得推广。

4 结论

在直播稻种植区域内采用一次性侧深施肥技术搭配无机包裹缓控释肥料的施肥模式，可以满足在控制施氮量为 225 kg/hm² 的条件下有效提高水稻产量、稻米品质、氮肥利用率和经济效益。这种轻减化施肥模式表现出显著的提质增产、养分高效和节本增收的优势，有助于水稻绿色可持续生产。

参考文献