摘要
水稻机插秧技术是提高水稻生产效率和稳定增产的关键手段，施肥管理对秧苗的生长和成苗率至关重要。探讨了不同类型氮肥在水稻机插育秧过程中对出苗率、秧苗素质、根系发育及根际土壤养分含量的影响。以杂交水稻甬优 1540 和华浙优 210 为材料，选用不同类型的氮肥，按照常规育秧方式设置不同氮用量（250 ～ 750 mg/kg）开展水稻育秧试验。结果表明，秧盘营养土施用硫酸铵时，纯氮用量 250 ～ 500 mg/kg 对水稻种子出苗率没有影响，显著提高水稻秧苗综合素质，增加秧苗根系盘结力；秧盘营养土施用尿素时，水稻种子的出苗和根系生长被显著抑制，出苗率和根系盘结力分别平均降低了 9.7% 和 27.0%。与硫酸铵处理相比，尿素处理显著增加根际土壤中酰胺态氮的积累，对种子萌发和早期根系生长产生了毒害效应。水稻育秧土施用铵态氮肥（硫酸铵）较酰胺态氮（尿素）更有利于种子的出苗、秧苗素质和根系盘结力的提高，且纯氮适宜用量在 250 ～ 500 mg/kg，可为水稻育秧施肥管理提供技术支撑与有效指导。
Abstract
Machine transplanting technology is a critical approach for enhancing rice production efficiency and ensuring stable yield increases，with fertilization management being essential for seedling growth and emergence rates. This study investigated the effects of different types of nitrogen fertilizers on seedling emergence rate，seedling quality，root development，and rhizosphere soil nutrient content during the mechanized rice transplanting process. Hybrid rice varieties Yongyou 1540 and Huazheyou 210 were utilized in the experiment，different types of nitrogen fertilizers were employed，and various nitrogen application rates（250-750 mg/kg）were set up according to conventional seedling cultivation methods. The results showed that when applying ammonium sulfate，a pure nitrogen application rate of 250-500 mg/kg had no effect on rice seedling emergence rate，significantly improved the overall quality of the rice seedlings，and increased the root binding force of the seedlings. In contrast，applying urea significantly inhibited rice seedling emergence and root growth，resulting in an average decrease of 9.7% in emergence rate and 27.0% in root binding force. Compared with ammonium sulfate，urea significantly increased the accumulation of amide nitrogen in the rhizosphere soil，leading to toxicity. Overall，applying ammonium-type nitrogen fertilizers（ammonium sulfate）to rice seedling soil was more beneficial than amide-type nitrogen fertilizers（urea） for enhancing seedling emergence，seedling quality，and root binding force. Additionally，a pure nitrogen application rate of 250-500 mg/kg was recommended as the most suitable range.
Keywords
水稻是世界主要的粮食作物，中国是最大的水稻生产国，目前水稻生产总量占世界的 28%[1]。随着城镇化的不断推进，农村劳动力转移和老龄化，农业生产实现现代化转型的需求越来越紧迫[2]。因此，需尽快实现水稻育秧的“社会化、轻简化”革命，以期提高水稻播种育秧精准性和育供秧效率，实现机器换人[3]。据统计，2022 年我国水稻机械化水平（耕种收综合）达到 86%，而机械化种植比例仅为 61% 左右，已成为影响我国整体水稻机械化发展的制约因子之一[4]。全面推进我国水稻机械化种植的核心是提高育秧水平，其中合理的肥料施用是培育健壮秧苗的关键措施。
氮肥是作物生长发育中不可或缺的矿质营养元素，在水稻壮秧培育中发挥着重要作用。水稻秧苗的营养供给主要来自苗床土壤，在生产中一般采用营养土施肥方式为秧苗提供养分[5-6]。水稻育秧生产最常用的氮肥种类是酰胺态氮（尿素）和铵态氮（硫酸铵等），均属于速溶性肥料，施用时具有在土壤中浓度高、活性大、肥效快的特点[7]。然而，研究发现，尿素在施用过程中会与种子直接接触，经过脲酶水解后引发的碱化作用会产生毒性物质[8]，从而影响水稻种子的发芽和苗期生长。而硫酸铵的特性较为稳定，不容易吸潮，对水稻种子萌发及秧苗的生长更为有利[9]。已有研究发现，非水淹环境下施用尿素比硫酸铵显著抑制水稻秧苗的生长，会对旱稻种子发芽和生长有不利影响[9-10]，然而，在水稻盘育秧过程中，不同氮肥类型对种子出苗的影响仍待探究。水稻盘育秧存在空间小、播种密度大与养分易流失等问题，营养土底肥用量的盲目增大及肥料类型的不合理施用均会造成烧种、烧芽[11]；育秧期间追肥不当也容易导致烧苗、烧根、盘根不良等问题，增加了育秧生产的风险[12]。因此，如何选择适宜的育秧氮肥类型，保证水稻养分充足供应与壮秧培育成为水稻育秧肥方面的重要突破点。
本研究针对水稻育秧生产存在的问题，通过探讨水稻育秧生产中不同类型的氮肥处理（尿素与硫酸铵）对秧苗出苗率、根系形态及秧苗素质的影响，分析不同施肥处理对根际土壤氮素形态的变化，为优化水稻机插育秧施肥模式提供科学依据，并为水稻育秧施肥管理提供技术支撑与有效指导。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试品种 2 个，分别为当前在长江中下游稻区大面积推广的籼型杂交稻华浙优 210 和粳型杂交稻甬优 1540。供试的育秧土为黄泥土，土壤的基础理化性质为 pH 4.92，有机质 8.89 g/kg，土壤全氮 0.49 g/kg，有效磷 0.56 mg/kg，速效钾 64.57 mg/kg。肥料包括硫酸铵（N 21%，上海宝钢化工有限公司）和尿素（N 46%，安徽昊源化工集团有限公司）。
1.2 试验设计
试验共设 6 个处理，每个处理设 3 次重复，育秧盘为标准硬盘（58 cm×28 cm×2.5 cm）。试验选择两种类型的氮肥，分别为硫酸铵（S）和尿素 （U），分别设置 3 个氮肥用量：250 mg/kg（S1）、 500 mg/kg（S2）、750 mg/kg（S3）和 250 mg/kg（U1）、 500 mg/kg（U2）、750 mg/kg（U3）。其他肥料各处理间用量一致，磷肥为过磷酸钙（P2O5 12%），用量为 300 mg/kg，钾肥为氯化钾（K2O 60%），用量为 400 mg/kg。播种量为每盘 70 g 干谷，种子经清水选种后晾干，浸种前及浸种后播种前均称重。采用 80% 乙蒜素 2000 倍液浸种消毒 24 h，随后浸种 48 h，再在 30℃条件下催芽 12 h。播种前，按照各处理配比将肥料和营养土混合，浇水量保持一致。育秧采用叠盘方式出苗（6 月 7 日播种），期间保持遮光，待秧苗生长出苗约 0.7 cm 后摆盘（平均温度 30℃，约 2 d），进行大田旱育秧管理。
1.3 测定项目
1.3.1 出苗率
在叠盘出苗摆盘后，于每个秧盘随机选取 3个直径为 7 cm 的圆形区域，数出秧苗数、未成苗种子数。出苗率（%）=出苗数 /（出苗数 +未成苗种子数）×100
1.3.2 土壤氮素含量测定
在播种后第 6 d，分别采集基质和土壤样品，测定土壤 pH、酰胺态氮、铵态氮和硝态氮含量。测定方法参照《土壤农业化学分析方法》[13]。
1.3.3 根系盘结力
在播种后第 20 d，每个重复中随机取 1 盘，用细绳捆住 3 株秧苗的底部，另一端固定在弹簧秤上钩拉，当秧苗根部断开时，记录弹簧秤显示的最大数值，该数值即为根系盘结力，每个重复测定 5 次。
1.3.4 水稻秧苗素质及根系形态特征
在播种后第 20 d随机取 3盘秧盘作为 3次重复，于每秧盘中部分别取 10 cm×10 cm 的秧块，每块取 20 株秧苗分别测定秧苗的株高、叶龄和干重。测定根系形态特征时，再次取样并将含根秧块置于细网筛上用细流水冲洗，随后将洗净后的根系保存在自封袋（3 次重复、每个重复 20 株），置于冰上带回实验室备用。在分析前，用去离子水小心解冻并清洗干净根系，用镊子在盛有去离子水的有机玻璃托盘（28 cm×21 cm）中将根系仔细展开以避免交叉。随后，使用 Epson V800 扫描仪捕获根系图像，并利用 WinRHIZO Pro 2017（Regent Instruments，Quebec，Canada） 软件量化根系形态参数（根系长度、根表面积、平均直径和根系体积）。
1.3.5 统计分析方法
试验数据使用 Excel 2019 预处理，统计分析首先进行了单因素方差分析（ANOVA）。在方差分析显示有显著差异的情况下，采用 Duncan’s Multiple Range Test（Duncan test）对组间均值进行多重比较。所有数据处理和图表绘制使用 R 4.4.2 版本进行。
2 结果与分析
2.1 不同类型氮肥对水稻种子出苗率的影响
在低施肥量（低于 500 mg/kg）的情况下，施用尿素对秧苗的出苗率有显著抑制作用。如图1所示，U2 相比 U1，华浙优 210 和甬优 1540 的出苗率分别显著降低了 2.50% 和 11.43%；而营养土施用硫酸铵没有影响华浙优 210 和甬优 1540 的出苗率。
在较高施肥量（高于 500 mg/kg）时，无论是硫酸铵还是尿素，均对出苗率产生显著抑制作用。如图1所示，U3 相比 U2，华浙优 210 和甬优 1540 的出苗率分别显著降低了 7.69% 和 3.23%，且 U3 处理的出苗率最低，分别为 72.67% 和 57.33%。S3 相比 S2，两个品种的出苗率也显著降低，华浙优 210 和甬优 1540 的出苗率分别下降了 10.64% 和 8.33%。
2.2 不同类型氮肥对水稻秧苗根际土壤氮素形态的影响
根际土壤中氮素形态的变化对秧苗的养分吸收和生长有重要影响。试验结果（图2）显示，不同氮肥对根际土壤中不同形态氮素的含量存在显著差异。在硫酸铵处理下（S1～S3），根际土壤中的酰胺态氮含量为 0 mg/kg；而在尿素处理下（U1～U3），酰胺态氮含量显著高于硫酸铵处理，尤其在 U3 处理时（757.52 mg/kg），随着施氮量的增加，酰胺态氮含量逐步增加，U3 相比 U1 提高了 94.79%。
图1不同类型氮肥对水稻秧苗出苗率的影响
注：A 为华浙优 210，B 为甬优 1540；小写字母不同表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。
图2不同类型氮肥对水稻秧苗根际土壤氮含量的影响
根际土壤中铵态氮的含量在硫酸铵处理中显著高于尿素处理。如图2所示，S1～S3 处理的铵态氮含量分别为 67.63、133.92 和 163.83 mg/kg，而 U1～U3 的铵态氮含量分别为 24.99、17.84 和 23.13 mg/kg。硝态氮含量在两组处理之间表现出基本相同的趋势，U1 处理的硝态氮含量（24.08 mg/kg） 高于 S1 处理（19.97 mg/kg）。随着施氮量的增加硫酸铵处理下的硝态氮含量无显著性差异，而尿素处理下随着施氮量提高硝态氮含量显著下降，最低为 U3（15.54 mg/kg），较 U1 降低了 35.47%。可能尿素过量施用后，快速升高的 pH 和 NH3 分子降低了土壤硝化微生物活性，抑制了硝态氮含量的增加。
2.3 不同类型氮肥对水稻秧苗根系盘结力的影响
良好的盘结力有助于水稻秧苗运输和机插质量的提高，在等氮量施肥的条件下，施用尿素的盘结力显著低于硫酸铵。如图3所示，U1、U2 和 U3 处理下，华浙优 210 的盘结力分别显著降低了 13.41%、34.60% 和 11.89%；相比 S1、S2 和 S3，对于甬优 1540，U1、U2 和 U3 处理下的盘结力分别显著降低了 32.00%、42.54% 和 21.97%。
试验结果表明，施用尿素会显著抑制根系盘结力，而硫酸铵仅在施肥量高于 S2 时才会出现显著抑制作用。U3 相比 U1，华浙优 210 和甬优 1540 的盘结力分别显著降低了 15.49% 和 24.94%；对于硫酸铵，S3 相比 S2，华浙优 210 和甬优 1540 的盘结力分别显著降低了 19.02% 和 33.64%。然而，S2 相比 S1，两品种的盘结力未表现出显著差异。这表明，施肥量低于 S2 时（500 mg/kg），硫酸铵有助于保证良好根系盘结力的形成。
图3不同类型氮肥对水稻秧苗根系盘结力的影响
注：A 为华浙优 210；B 为甬优 1540。
2.4 不同类型氮肥对水稻根系形态的影响
不同施肥处理下，水稻幼苗的根系形态差异显著，尤其是在总根长和根系平均直径上。尿素处理（U1～U3）下，两个品种的总根长显著低于等氮量施用硫酸铵的处理（S1～S3）。随着施氮量的增加，硫酸铵和尿素均对总根长表现出抑制作用。如图4所示，甬优 1540 在尿素处理下，总根长从 U1 的 97.99 cm 下降至 U2 的 84.18 cm，显著低于等量氮的 S1～S3 处理。同样，华浙优 210 在尿素处理下的根长从 U2 的 127.75 cm 降至 U3 的 82.46 cm，呈现下降趋势。
图4不同类型氮肥对水稻秧苗根系长度和直径的影响
注：A、C 为华浙优 210，B、D 为甬优 1540。
根系平均直径在两个品种中表现出相反的趋势。对于华浙优 210，尿素处理下的根系平均直径显著高于硫酸铵处理；而对于甬优 1540，尿素处理则抑制了根系平均直径的增长。如图4所示，相比 S1～S3，华浙优 210 施用尿素的根系平均直径分别增加了 5.00%、8.91% 和 9.83%；而相对于 S1～S3，甬优 1540 在尿素处理下的根系平均直径分别减少了 3.25%、5.81% 和 7.98%。
根系表面积和根系体积的趋势表现一致。硫酸铵处理下，无论是华浙优 210 还是甬优 1540，随着施肥量的提高，根系表面积和根体积均显著降低。如图5所示，S3 相对于 S1，甬优 1540 的根表面积和根体积分别降低了 27.25% 和 28.27%，华浙优 210 的根表面积和根体积也分别降低了 37.91% 和 21.18%。而在尿素处理下，甬优 1540 的根表面积和根体积在施肥量超过 U1 时就出现显著性降低，U3 的根表面积和根体积分别相较于 U1 降低了 47.51% 和 45.75%，然而，华浙优 210 的这两个指标在施肥量超过 U2 时才出现显著降低，U3 相比 U2 分别降低了 33.57% 和 31.67%，而在 U2 之前表现为升高趋势，U2 相比 U1 分别升高了 21.71% 和 2.45%，这表明两个品种根系发育对不同尿素施用耐受性的差异。
综上所述，两种肥料均对水稻幼苗根系的生长产生不同程度的抑制作用，施用尿素处理导致两个水稻品种的根系呈现短、粗化的形态特征。对甬优 1540 表现出更显著的根系抑制，而对华浙优 210 的抑制作用则不明显。
图5不同类型氮肥对水稻秧苗根表面积和根体积的影响
注：A、C 为华浙优 210，B、D 为甬优 1540。
2.5 不同类型氮肥对水稻秧苗生长的影响
施用硫酸铵和尿素对两种水稻秧苗的地上部素质有显著影响。随着硫酸铵施用量的增加，两个品种的株高、叶龄和地上部干重均显著提高，相比于等氮量的尿素，硫酸铵在提升秧苗素质方面表现更为显著。而施用尿素时，随着施氮量的增加，株高、叶龄和地上部干重的变化不显著。如表1所示，S3 相较于 S1 处理，华浙优 210 的株高、叶龄和地上部干重分别显著增加了 26.81%、18.14% 和 18.11%；甬优 1540 的株高、叶龄和地上部干重也分别显著增加了 25.09%、11.85% 和 33.95%。然而，U3 相较于 U1 处理，华浙优 210 和甬优 1540 的株高、叶龄和地上部干重未显示显著差异。
硫酸铵和尿素在对地下部干重的影响上呈现相似的趋势。随着施氮量的增加，两品种的地下部干重均显著下降。如表1所示，S3 处理相比 S1，华浙优 210 和甬优 1540 的地下部干重分别降低了 31.38% 和 43.86%；同样，U3 相比 U1，华浙优 210 和甬优 1540 的地下部干重也分别降低了 23.90% 和 48.65%。过量施用硫酸铵和尿素均对根系产生显著的抑制作用。
表1不同类型氮肥对水稻秧苗生长的影响
3 讨论与结论
水稻育秧期间合理的肥料施用对培养壮秧起重要作用，特别是考虑到不同类型的氮肥对秧苗生长有较大的影响。铵态氮、硝态氮以及部分酰胺态氮是作物氮素吸收利用的主要类型，水稻是喜铵的作物，适量的氮肥供应有利于促进水稻秧苗形态建成[10]。本研究中不同类型氮肥对水稻种子的出苗率和秧苗生长存在显著的影响。与施用硫酸铵相比，施用尿素显著降低了种子的出苗率和秧苗根系的生长 （图1）。这一结果与 Haden 等[14]的研究结果一致，表明尿素做营养土底肥育秧抑制了水稻种子的萌发。
营养土施用尿素后，在脲酶催化作用下发生水解反应产生氨（NH3）和二氧化碳（CO2）[15]。水解产生的氨一部分挥发，一部分与土壤水反应水解形成铵离子（NH4 +）。然而，这个过程会释放 OH-导致土壤 pH 在短期内急剧上升[16]，升高的 pH 又会促进 NH4⁺ 向 NH3 的转化[17]。本研究中，尿素处理下土壤 pH 由 4.85 显著提高到 6.45，且整体高于硫酸铵处理（未发表数据）；水稻播种后施用等氮量尿素的土壤 NH4 +-N 含量显著低于施用硫酸铵的土壤，而酰胺态氮（N-CONH2）大量累积 （图2），导致水稻种子萌发和生长时遭受毒害，从而影响种子的出苗和根系生长[8，18]。相比之下，施用硫酸铵后，氮素以铵态氮（NH4 +-N）形式存在，并被土壤胶体吸附[19]，在酸性土壤条件下没有氨挥发，因此，硫酸铵作为底肥对水稻种子发芽影响较小。但需要注意的是，过量施用硫酸铵（超过 750 mg/kg）仍然会抑制水稻种子的出苗。
良好的秧苗素质和根系盘结力有助于提高秧苗的成毯性，确保机插均匀度和基本苗数的可控性[20]。研究结果表明，相较于尿素，施用硫酸铵显著提高了两个水稻品种的秧苗素质和根系盘结力 （表1和图3）。过量施用尿素影响水稻秧苗的生长，对根系抑制作用更大[21]。本研究中，施用尿素的两个水稻品种根系长度显著低于施用硫酸铵 （图4），可能是由于氨毒性作用影响了侧根的分枝，造成根系整体形态的改变，类似的抑制现象也在小麦和玉米等作物中被报道[19，22]。在尿素的转化过程中，产生的氨易以气体形式挥发，进而对水稻产生毒害作用，显著抑制了水稻种子萌发、根毛的形成及根系伸长。然而，当施肥量超过 500 mg/ kg 时，过量施用硫酸铵同样会显著抑制秧苗的根系盘结力。在水稻育秧生产中，施用尿素的纯氮量应控制在 250 mg/kg 以内，以避免高氮量抑制秧苗生长，建议选择硫酸铵作为底肥，纯氮用量在 250～500 mg/kg 较为适宜。