徐秋月 沈明星 陸長嬰 沈園 陸麗華 郁耀闖 董林林

關鍵詞：施肥深度；水稻直播；正位施肥；土壤養(yǎng)分

我國是目前最大的水稻生產(chǎn)國，當前我國的水稻生產(chǎn)總量占全世界的35%[1-3]。水稻的生長狀況與土壤養(yǎng)分供應有著極大的關系，土壤中養(yǎng)分供應狀況能夠影響作物對營養(yǎng)元素的吸收利用，進而影響作物的產(chǎn)量。而肥料是當前農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)的基本保障，也是影響土壤質(zhì)量和獲得糧食穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的關鍵因子[4]?；瘜W肥料施用能夠滿足植物生長對營養(yǎng)元素的需求，但是也會對土壤養(yǎng)分產(chǎn)生重要影響。

目前，我國不少地區(qū)的水稻單產(chǎn)并不高，雖然化肥施用強度較大，但是化肥利用率并不高，這與化肥施用方式及土壤肥力等因素密切相關[5-6]。已有研究表明，發(fā)達國家肥料利用率達50%～55%，而我國的肥料利用率一般只有30%～35%，低于國外平均水平[7]。施肥過程中“重產(chǎn)量，高施肥”現(xiàn)象成為常態(tài)，且水稻生產(chǎn)中偏施氮肥[8]，忽視了化肥的均衡施用，導致土壤養(yǎng)分不均衡，土壤團粒結構變差，保水、保肥能力下降，制約著農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為減少化肥施用量、改善農(nóng)田土壤質(zhì)量、提高作物產(chǎn)量，改變當前施肥方式勢在必行。目前已有研究表明，采用肥料深施的舉措有利于改善稻田土壤肥力，優(yōu)化農(nóng)田土壤養(yǎng)分循環(huán)，可為作物生長提供充足的養(yǎng)分供應和良好的生長環(huán)境，能夠促進作物對肥料的吸收利用，提高肥料利用率，改善土壤理化性質(zhì)，增加作物產(chǎn)量。侯坤等[9]研究結果表明，0～20cm耕層土壤中，肥料深施能有效提高潮砂田水稻土中的全氮、全磷含量，且當施肥深度小于10cm時，土壤全氮含量隨施肥深度的增加呈增加趨勢，全氮含量在施肥深度大于10cm時呈下降趨勢，當施肥深度為10cm時，土壤中氮磷營養(yǎng)元素的利用率最佳。LIU等[10]研究認為，在水稻生長的不同階段，依據(jù)土壤對氮肥吸收、利用的情況以及作物的產(chǎn)量，8～10cm為氮肥的最佳施用深度。陳亞宇[11]的研究表明，肥料深施可提高土壤的養(yǎng)分供應能力，隨著施肥深度的增加，土壤當季和潛在的養(yǎng)分供應能力均有所升高，肥料施入深度為9cm時，土壤的供氮、供鉀、供磷水平分別比不施肥和其他施肥處理有所提高。孫浩燕等[12]研究結果表明，在施肥深度為1、5cm處理下，土壤0～10cm深度內(nèi)無機氮、速效磷、速效鉀含量顯著高于施肥深度為10、15cm的處理，使有效養(yǎng)分集中分布于土壤耕作層，利于水稻根系對養(yǎng)分的吸收利用，促進水稻的生長和養(yǎng)分的累積。舒時富等[13]研究結果表明，與面施相比，深施超級稻專用肥能顯著增加土壤中有機質(zhì)和氮、磷、鉀養(yǎng)分及大團聚體組成，提高土壤脲酶、過氧化氫酶和蔗糖酶活性，增加水稻產(chǎn)量。隨著土地流轉和種糧大戶的增多，進一步促進了水稻規(guī)?；?、機械化種植，在勞動力緊缺且成本不斷增加的影響下[14]，省工、省力、節(jié)本、增效的水稻機直播種植具有更廣闊的應用前景。近年來，隨著農(nóng)業(yè)機械化水平的不斷提高，智能化、多功能農(nóng)用機器的開發(fā)與應用受到重視并開展了大量研究，而智能化一體機的推廣應用對肥料減量施用和利用率提高意義重大。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，基肥深施的效益與影響研究主要集中在化肥利用率、作物產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分變化等方面[15-20]，但因研究地區(qū)耕作方式、作物品種、肥料種類、農(nóng)藝技術、耕作時間、土壤類型和研究方法等因素的不同，各地區(qū)采用基肥深施的耕作方式所取得的增產(chǎn)效果和化肥利用率也不一樣，適宜的施肥深度問題并未形成一致的結論。太湖地區(qū)水稻種植面積大，但由于長年化肥施用量大而利用率不高，導致太湖地區(qū)水稻土養(yǎng)分結構失調(diào)，成為制約當?shù)剞r(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要限制性因子?；诖?，本研究借助旋耕—滅茬—施肥—播種—開溝—鎮(zhèn)壓六位一體機進行機直播水稻基肥施入深度試驗，實現(xiàn)化學肥料的精準施用，一次性完成水稻種植的全部環(huán)節(jié)，測定了5種不同施肥深度下水稻不同生育期土壤全氮、速效磷、速效鉀等養(yǎng)分含量，對比研究基肥正位施入深度對抽穗期和成熟期土壤養(yǎng)分和水稻產(chǎn)量的影響，探索既能提高化肥利用率和水稻產(chǎn)量，又能增加稻田土壤養(yǎng)分儲備的基肥合理施用深度，為提升水稻生產(chǎn)效益和培肥地力提供實踐支撐和理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2019年在江蘇省蘇州市太倉市沙溪鎮(zhèn)泰西村（31°33′N，121°1′E）進行。該區(qū)屬亞熱帶季風氣候，年均溫15.3℃，年均降水量1017mm，土壤類型為黃泥土，土壤有機碳含量為13.59g/kg，全氮含量為1.25g/kg，全磷含量為0.52g/kg，有效磷含量為27.37mg/kg，速效鉀含量為173.33mg/kg，堿解氮含量為117.55mg/kg，pH值為7.23。

1.2 試驗材料

供試水稻品種為南粳46，由江蘇省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所選育，適種于江蘇省太湖地區(qū)東南部。

1.3 試驗設計

試驗區(qū)耕作制度為稻麥輪作，稻麥秸稈均在作物收獲時機械粉碎至5～10cm，翻耕還田，本試驗開始前為冬閑休耕地。采用大田試驗，將一整塊試驗田分為5小塊，設置不施肥（CK）、基肥施入深度0、5、10、15cm等5個處理，對應的田塊面積分別為1527、1527、2361、2368、1708m2。采用太倉項氏農(nóng)機有限公司研發(fā)的施肥—播種—翻耕六位一體機進行基肥正位深施和水稻旱直播。

水稻于2019年5月28日播種，11月2日收獲，生育期157d，播種量為干谷60kg/hm2，除對照外，各處理肥料、農(nóng)藥使用量一致，均為純氮270kg/hm2、純磷32.4kg/hm2、純鉀189kg/hm2。其中，氮肥的施用比例為基肥∶蘗肥∶穗肥=3∶4∶3，分蘗肥按4∶6分2次在2葉1心、3葉1心至4葉1心期施用，基肥為N∶P2O5∶K2O=20∶8∶14的復合肥，分蘗肥為含氮46%的尿素。水分管理為常規(guī)管理，前期保持1～3cm淺水、中期排水烤田、后期干濕交替，灌水后自然落干。

1.4 測定項目及方法

在水稻抽穗期和成熟期采集土壤樣品，取部分新鮮樣測定土壤含水量，剩余土壤樣品于陰涼處風干后磨細過0.149、0.250mm篩后，用于測定土壤全氮、有機碳、pH、速效磷以及速效鉀等理化性質(zhì)，測定方法參考文獻[21]進行。

在成熟期采集1m×1m樣方的水稻樣品，帶回實驗室于105℃殺青30min，80℃烘干至恒質(zhì)量，測定成熟期水稻產(chǎn)量，并計算氮肥偏生產(chǎn)力。

氮肥偏生產(chǎn)力=水稻產(chǎn)量/施氮量（1）

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用MicrosoftExcel2003軟件以及SPSS26.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用LSD法在P<0.05水平上進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 基肥正位深施對土壤含水量的影響

圖1顯示，基肥施入深度對抽穗期和成熟期土壤含水量沒有顯著影響。在抽穗期，與不施肥處理相比，基肥施入深度為0、5cm時，土壤含水量分別增加0.42%、0.85%，基肥施入深度為10、15cm時，土壤含水量分別降低了8.42%、11.90%，當基肥施入深度為5cm時，土壤含水量增加最多，當基肥施入深度為15cm時，土壤含水量降低最多；在成熟期，與不施肥處理相比，基肥施入深度為0、15cm時，土壤含水量分別增加1.70%、2.16%，基肥施入深度為5、10cm時，土壤含水量分別降低了8.96%、1.33%，基肥深施15cm處理下土壤含水量增加最多，當基肥施入深度為5cm時，土壤含水量降低最多。

基肥不同施入深度下，對抽穗期和成熟期土壤含水量沒有顯著影響。總體而言，含水量隨施肥深度的增加呈下降的趨勢。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是，在不施肥的情況下，水稻生長相對緩慢，對水分的需求量也少，土壤含水量相對較高，而施肥為作物生長提供了更多的養(yǎng)分，特別是水稻根系的生長可以吸收更多的土壤水分，降低了土壤含水量；另一方面，不施肥和表施處理對土壤擾動小[22]，土壤孔隙小且相對緊實，土壤水分蒸發(fā)慢，因此，表層土壤含水量較高，而在基肥深施處理時，土壤相對松散，灌溉水分入滲深度相對較深，但土壤水分蒸發(fā)量增加，土壤含水量降低。

2.2 基肥正位深施對土壤全氮的影響

圖2顯示，基肥施入深度對抽穗期和成熟期土壤全氮含量的影響均不顯著。在抽穗期，與不施肥處理相比，肥料表施（施入深度為0cm）的土壤全氮含量降低8.96%，基肥施入深度為5、10、15cm時，土壤全氮含量分別增加10.85%、14.39%和5.19%，基肥施入深度為10cm時，土壤全氮含量增加最多；在成熟期，與不施肥處理相比，基肥施入深度為0、10、15cm時，土壤全氮含量分別增加4.10%、1.28%、4.35%，基肥施入深度為5cm時，土壤全氮含量減少了1.27%，當基肥施入深度15cm時，土壤全氮含量最高，為1.36g/kg。除基肥表施下，水稻抽穗期土壤全氮含量比成熟期土壤全氮含量低5.44%外，其余各處理下水稻抽穗期土壤全氮含量均高于成熟期土壤全氮含量，分別高7.78%、17.87%、18.35%、8.52%，且在基肥深施5、10cm下，水稻抽穗期土壤全氮含量顯著高于成熟期土壤全氮含量（P<0.05）。在不同基肥深施處理下，土壤全氮含量整體上均呈增加的趨勢，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是由于氮肥本身的化學性質(zhì)不穩(wěn)定，具有揮發(fā)性、移動性強等特點，化肥深施減小了氮肥的直接揮發(fā)、隨水流失、硝化脫氮等方面的損失[23-24]，更多的氮素殘留并吸附在土壤中，土壤全氮含量增加。基肥深施5、10cm下，水稻抽穗期土壤全氮含量顯著高于成熟期土壤全氮含量，可能是由于前期補充了分蘗肥，且以氮肥為主，土壤中的氮含量增多，抽穗期植株對氮素的吸收量下降[25]，土壤中全氮含量增加，而在成熟期，水稻的吸氮量增加，促使其根系伸長來獲得土壤中相對充足的氮素養(yǎng)分[26]，并將營養(yǎng)物質(zhì)轉運至地上部分，從而使成熟期土壤全氮含量下降[15]。結合圖2可知，基肥深施能夠增加土壤的全氮含量，提高氮素的供應能力，其他相關研究也認為，基肥深施能減少氮素的損失，氮素利用率增加[27]。

2.3 基肥正位深施對土壤有機碳的影響

圖3顯示，基肥施入深度對抽穗期和成熟期土壤有機碳含量并沒有顯著影響。在抽穗期，與不施肥處理相比，基肥施入深度為0、10、15cm時，土壤有機碳含量分別增加了1.46%、15.76%、11.69%，基肥施入深度為5cm時，土壤有機碳含量降低了4.58%，當基肥施入深度為10cm時，土壤有機碳含量最高；在成熟期，與不施肥處理相比，基肥施入深度為0、5、10cm時，土壤有機碳含量分別降低了7.25%、8.11%、5.32%，基肥施入深度為15cm時，土壤有機碳含量增加了2.93%，在基肥施入深度為5cm時，土壤有機碳含量降低最多，土壤有機碳含量隨基肥施入深度增加呈現(xiàn)出先降低后增加的趨勢。除不施肥情況下，水稻抽穗期土壤有機碳含量比成熟期土壤有機碳含量低3.04%外，其余各處理下抽穗期土壤有機碳含量比成熟期土壤有機碳含量分別高6.17%、0.78%、18.66%、5.31%，且在基肥深施10cm下，抽穗期土壤有機碳含水量顯著高于成熟期土壤有機碳含量（P<0.05）。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是一方面隨著肥料的深施，表面作物根茬和枯枝落葉等來源的有機碳物質(zhì)被翻耕到下層，減弱了其礦化分解，從而形成更多的土壤有機質(zhì)；另一方面肥料深施增大了土壤孔隙度，土壤透氣性增強，改善了土壤的水、氣、熱狀況，促進了作物根系生長，并增加了土壤微生物數(shù)量[28]，微生物死后其殘體進一步積累，不僅增加了土壤有機碳含量，還有助于提升有機碳穩(wěn)定性[29]。

2.4 基肥正位深施對土壤pH的影響

圖4顯示，基肥施入深度對抽穗期土壤pH影響不顯著，但對成熟期土壤pH影響顯著（P<0.05）。在抽穗期，與不施肥處理相比，基肥施入深度為0、5、10cm時，土壤pH分別增加3.61%、0.70%、1.17%，基肥施入深度為15cm時，土壤pH降低了2.25%，在基肥施入深度為0cm時，土壤pH最高，在基肥施入深度為15cm時，土壤pH最低。在成熟期，與不施肥處理相比，基肥施入深度為0、5、10、15cm時，土壤pH分別增加了1.60%、7.00%、4.12%、3.66%，當基肥施入深度為5cm時，土壤pH最高，土壤pH隨基肥施入深度增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。在各處理下，成熟期土壤pH比抽穗期土壤pH分別高2.63%、0.63%、9.04%、5.61%、8.83%，且在基肥施入深度為5、10、15cm時，成熟期土壤pH顯著高于抽穗期土壤pH（P<0.05）?；适┤肷疃葘ν寥纏H變化產(chǎn)生重要影響，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的可能原因有：一方面，基肥深施可促進作物對肥料的充分吸收，減少氮素流失與殘留，減輕土壤酸化，使土壤pH維持在相對較高的水平；另一方面，水稻生長過程中，根系分泌的離子、有機酸、氨基酸等物質(zhì)降低了土壤pH，從而使土壤的pH下降[30]，但隨著水稻生長對化學氮素吸收量的增加，殘留在土壤中氮素不斷減少，土壤pH升高。另外，稻田干濕交替的淹水環(huán)境，影響了土壤的氧化還原反應，會使土壤pH上升[31]。

2.5 基肥正位深施對土壤速效磷和速效鉀的影響

圖5顯示，施肥深度對抽穗期和成熟期土壤速效磷含量影響不顯著，但對抽穗期土壤速效鉀含量影響顯著（P<0.05），對成熟期土壤速效鉀含量影響不顯著。在抽穗期，與不施肥處理相比，基肥施入深度為0、5、10、15cm時，土壤速效磷含量分別降低了4.17%、16.09%、15.95%、26.63%，基肥施入深度為0cm時，土壤速效磷含量降低最少，而在基肥施入深度為15cm時，速效磷含量降低最多，且土壤速效磷含量隨施肥深度增加呈下降趨勢；在成熟期，與不施肥處理相比，基肥施入深度為0、15cm時，土壤速效磷含量分別增加8.81%和5.50%，基肥施入深度為5、10cm時，土壤速效磷含量分別降低了10.33%和19.31%，基肥施入深度為10cm時，土壤速效磷含量降低最多，而在基肥施入深度為0cm時，土壤速效磷含量增加最多。在不同施肥水平下，水稻成熟期土壤速效磷含量分別比抽穗期高32.26%、50.17%、41.34%、26.96%、90.17%，其中在表施和深施15cm處理下，水稻成熟期土壤速效磷含量顯著高于抽穗期土壤速效磷含量（P<0.05）。

由圖5可知，在抽穗期，與不施肥處理相比，基肥施入深度為0、5、15cm時，土壤速效鉀含量分別增加了3.60%、9.20%和6.91%，基肥施入深度為10cm時，速效鉀含量降低7.41%，基肥深施5cm時，土壤速效鉀含量增加最多；在成熟期，與不施肥處理相比，基肥施入深度為10cm時，土壤速效鉀含量增加2.10%，基肥施入深度為0、5、15cm時，土壤速效鉀含量分別減少21.69%、9.75%和4.92%，基肥表施土壤速效鉀含量顯著降低（P<0.05），不同施肥深度下，抽穗期和成熟期土壤速效鉀含量的變化趨勢相反。當基肥施入深度10cm時，抽穗期土壤速效鉀含量比成熟期土壤速效鉀含量低5.75%，不施肥及基肥施入深度為0、5、15cm的各處理中，抽穗期土壤速效鉀含量分別高于成熟期4.11%、27.51%、20.75%、14.71%，且在基肥深施5cm時，抽穗期土壤速效鉀含量顯著高于成熟期土壤速效鉀含量（P<0.05）。

施肥深度對抽穗期和成熟期土壤速效磷含量影響不顯著，基肥施入深度對抽穗期土壤速效鉀含量影響顯著，對成熟期土壤速效鉀含量影響不明顯。在抽穗期，土壤速效磷含量隨施肥深度的增加呈逐漸降低的趨勢，原因可能是施入農(nóng)田的磷肥在土壤中移動性差且易被吸附在表土層，施肥深度的增加有利于作物對磷酸鹽的吸收，使土壤根系比例增加，致使土壤中的有效磷含量下降[32-34]。在成熟期，基肥施入深度為0、15cm時，土壤速效磷含量增加，基肥施入深度為5、10cm時，土壤速效磷含量降低。在抽穗期，與不施肥處理相比，基肥施入深度為0、5、15cm時，土壤速效鉀含量均增加，基肥施入深度為10cm時，速效鉀含量降低；在成熟期，基肥施入深度為10cm時，土壤速效鉀含量增加，基肥施入深度為0、5、15cm時，土壤速效鉀含量減少，這與植株在不同土層對磷、鉀素的吸收利用以及元素自身特性密切相關[15]。

2.6 基肥正位深施對水稻產(chǎn)量和化肥利用率的影響

水稻產(chǎn)量對土壤不同施肥深度的響應是不同的。圖6顯示，水稻產(chǎn)量在各施肥深度處理下差異不顯著，不同施肥深度對土壤氮肥偏生產(chǎn)力有顯著影響（P<0.05）。本研究中各處理水稻產(chǎn)量為7.90～9.48t/hm2，基肥施入深度處理為0、5、10、15cm的水稻產(chǎn)量分別比不施肥處理的水稻產(chǎn)量增加4.99%、5.81%、19.92%、7.78%，施肥深度為10cm時水稻產(chǎn)量最高，且明顯高于其他處理，說明基肥施入深度10cm是最有利于水稻生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的施肥深度。隨著施肥深度的增加，水稻的產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，說明合理增加施肥的深度，更有利于作物吸收營養(yǎng)物質(zhì)，促進生長，提高產(chǎn)量。姜恒鑫等[35]的研究結果表明，在總施氮量相同的處理下，采用緩釋尿素側深施用能夠促進水稻生長，顯著提高水稻品種。因此，從增加水稻產(chǎn)量和提高土壤養(yǎng)分含量的角度考慮，基肥施入的最合理深度為10cm，其他相關研究也認為基肥施入深度為10cm較為適宜[3，9]。

氮肥偏生產(chǎn)力隨基肥施入深度增加呈先增加后減小的趨勢，10cm深施處理的氮肥偏生產(chǎn)力明顯高于表施和深施5cm，且氮肥偏生產(chǎn)力最高時的基肥施入深度為10cm（圖6）。與基肥表施相比，基肥深施提高了氮肥偏生產(chǎn)力，增加幅度為0～0.13%，其中基肥施入深度為10cm時，增加幅度最高，說明適當增加基肥施入深度有利于提高氮肥偏生產(chǎn)力，提高水稻產(chǎn)量。適宜的施肥深度對肥料利用率的影響，直接關系水稻根系的生長，進而影響作物的生物量和產(chǎn)量[36]。側深施肥可有效提高水稻干物質(zhì)積累量，特別是拔節(jié)后的氮素積累量，從而提高了作物經(jīng)濟產(chǎn)量和氮素偏生產(chǎn)力[37]。綜合而言，當基肥施入深度為10cm時，有利于提高氮肥偏生產(chǎn)力和化肥的利用率，增加作物產(chǎn)量。

3 結論

施肥深度關系到土壤養(yǎng)分狀況、作物的生長和產(chǎn)量及肥料的利用率，對節(jié)約種植成本和保護環(huán)境具有重要意義。使用現(xiàn)代化智能旋耕—滅茬—施肥—播種—開溝—鎮(zhèn)壓六位一體機進行基肥深施對土壤營養(yǎng)元素和水稻產(chǎn)量產(chǎn)生重要影響。在本研究中，基肥施入深度對抽穗期和成熟期土壤含水量、有機碳含量無顯著影響；基肥施入深度對抽穗期和成熟期土壤全氮含量也無顯著影響，但總體上土壤全氮含量隨施肥深度增加而增加；基肥施入深度對成熟期土壤pH的影響要大于對抽穗期土壤pH的影響，且在各基肥施入深度下，成熟期土壤pH均高于抽穗期土壤pH；基肥施入深度對抽穗期和成熟期土壤速效磷含量無顯著影響，對抽穗期土壤速效鉀含量影響顯著，對成熟期土壤速效鉀含量影響不明顯，基肥施入深度為10cm時，水稻產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力達到最大。適當增加基肥施入深度能夠降低土壤中氮、磷、鉀營養(yǎng)元素的損失，提高土壤中氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素利用率，有利于培肥土壤，能夠提高化肥利用率，增加作物產(chǎn)量。通過對不同施肥深度下土壤中養(yǎng)分含量、水稻產(chǎn)量及化肥利用率等指標的綜合評價，基肥施入深度為10cm是太湖地區(qū)水稻生產(chǎn)相對適宜的深度。