随着农业生产水平日益提高，农田尤其是稻田化肥过量施用导致的退水面源污染正在成为影响宁夏引黄灌区黄河水质的重要原因。长期以来，“大肥大水”促高产是农民追逐高产的主导思想，宁夏引黄灌区化肥的投入已经处于较高水平，加上大水漫灌等不合理灌溉方式，不仅造成水资源的浪费，而且还导致肥料流失严重。据统计，宁夏引黄灌区近年来化肥平均施用量为1400~1500 kg·hm^-2，单位面积施用纯N量为300~360 kg·hm^{-2[1, 2]}。氮素在土壤中的迁移受到灌溉的显著影响，随着水分运移淋失是导致各种环境问题产生的直接原因^{[3, 4]}。因此，减少因稻田退水导致的农业面源污染对保障宁夏段黄河水质安全与整个黄河流域社会经济的可持续发展，具有现实迫切性与长远的战略意义。

氮肥的种类和施用方式是降低肥料用量和提高利用率的有效途径^[5]。近年来国内研究结果表明缓/控释肥料因其溶解和释放速度缓慢，可以减少肥料损失，提高氮素利用率^[6]。翟军海等^[7]报道了施用控释/缓释肥料可使氮肥利用率达60%~80%，达到相同作物产量氮肥用量降低10%~50%，减少淋溶损失，降低NO₃^--N 污染。侧条施肥技术在提高氮肥利用率、降低养分流失方面效果显著，为控制农业面源污染，日本从20 世纪90年代开始推广应用。侧条施肥是指利用侧条施肥机器在水稻插秧时将肥料呈条状集中施在水稻一侧3~5 cm 左右，施肥深度为2~5 cm，肥料在水稻根际形成一个贮肥库逐渐释放供给水稻吸收，降低了养分的固定和流失，从而提高了肥料的利用率^[8]。扈艳萍等^[9]研究结果表明，水稻机插侧条施肥与常规施肥相比，肥料利用率提高了19. 87%，增产16.00%。国内将缓释肥料和侧条施肥技术结合起来的研究还未见报道，本文利用中日政府合作项目———环境友好型农业技术开发和利用，从日本引进了侧条施肥机在宁夏引黄灌区开展田间试验，旨在明确基于缓释肥的侧条施肥技术对提高水稻产量和减少氮素损失的效果，为环境友好型农业技术提供依据。 1 材料与方法 1.1 试验地概况

田间试验于2011年4月—10月在宁夏灵武市灵武农场三队农田进行。试验点位于东经106°17′58″，北纬38°07′33″，该区属温带大陆性半干旱气候，海拔为1 110 m，多年平均降水量192.9 mm，年蒸发量1 762.9 mm，平均温度8.9 ℃，全年日照4 434.7 h，无霜期163 d，年平均积温为3 866.3 ℃。供试土壤类型为灌淤土，2011 年试验开始前农田土壤基本理化性质如表 1 所示，供试田块土壤基础肥力中等偏上。

表 1 供试土壤的基本理化性质 Table 1 Basic properties of tested soil

表选项

田间小区试验设以下5 个处理：（1）CK（不施肥料）；（2）LF（Low fertilizer，低量缓释肥）；（3）MF（Middle fertilizer，中量缓释肥）；（4）HF（High fertilizer，高量缓释肥）；（5）FP（Farmer Practice，农民常规施肥）；各处理施肥量见表 2。缓释肥料由山东施可丰化工有限公司生产，其中N 含量为23.0%，P₂O₅为13.0%，K₂O为10.0%。农民常规施肥处理氮素用尿素（N，46%），磷肥用重过磷酸钙（P₂O₅，46%），钾肥用氯化钾（K₂O，60%）。缓释肥料全部作基肥在插秧时用机器一次施入，农民常规处理60%的氮素肥料和全部磷钾肥料在整田时作基肥施入，剩余氮肥分别在水稻分蘖期和孕穗期作追肥施入，2次追肥量均为20%。

表 2 侧条施肥试验设计（kg·hm^-2） Table 2 Side bar fertilization experiment design（kg·hm^-2）

表选项

供试水稻品种为96D10。2011 年5 月20 日育秧，6 月17 日插秧，10月12 日收获。用侧条插秧机配套的专用育秧盘，每盘448 穴。当秧苗高度长至12cm左右时用侧条施肥机器插秧。水稻株距为16 cm，行距33 cm，每穴3~4 株（图 1）。试验小区长43.5 m，宽7.8 m，面积340 m²。各试验小区之间在水稻种植前用双层塑料膜隔离，地下埋深30 cm，地面田埂包高30 cm，以减少处理间的侧渗和串流。每个小区都设有单独的排水口和灌水口，单排单灌，灌溉水引自黄河水，其余田间管理同当地的农作习惯。水稻生长期间，水不人为排出田外，保持田面原有水深，让其自然渗漏和蒸发。每个处理重复3次，小区随机区组排列。水稻测产方法为小区全部收获，同时采集1 m2的样品进行室内考种。

注释 图 1 侧条施肥技术概念图 Figure 1 The side bar fertilization concept map

图选项

水样硝态氮和铵态氮用法国产FUTURA 流动分析仪测定，土壤容重用环刀法，土壤和植株全氮用凯氏法，全磷用钼锑抗比色法，全钾用火焰光度法。

数据处理采用EXCEL 和SAS（8.0）软件，方差分析用LSD 检验。 2 结果与分析 2.1 侧条施肥技术对水稻产量的影响

施肥是水稻获得高产的保障。试验结果表明（表 3），各处理水稻植株和子粒产量均随着施肥量的提高而增加。各施肥处理间比较，农民常规施肥（FP）处理子粒产量最高，为7 098 kg·hm^-2，其次是高缓释肥（HF）处理，子粒产量为6 879 kg·hm^-2，分别比对照提高了3 711 kg·hm^-2 和3 492 kg·hm^-2，但农民常规施肥（FP）处理与高缓释肥（HF）处理间差异不显著。中量缓释肥（MF）处理子粒产量为5 800 kg·hm^-2，显著低于FP 和HF 处理。利用缓释肥料配合侧条施肥技术，HF 处理在氮素投入降低约40%的条件下，水稻子粒产量与FP 处理比较没有显著降低，这是因为缓释肥料在水稻根际附近形成的贮肥库可以缓慢释放养分供给水稻的需求，为水稻产量形成奠定基础。

表 3 侧条施肥对水稻产量的影响 Table 3 Effect of side bar fertilization on rice yield

表选项

水稻苗期之后分蘖消长是水稻生长发育的基本特性之一，也是形成水稻健康群体进而实现高产的前提^[10]。农民常规施肥处理模式一般为基肥占60%，分蘖期追施20%。由于在水稻分蘖前就投入了大量的氮素，能够促进水稻早生快发，形成较高的分蘖数，从而为水稻高产打下基础。缓释肥料由于前期分解速率慢，势必会影响到水稻分蘖。在本研究条件下，农民常规施肥（FP）处理水稻有效穗为417 个·m^-2（表 4），高于其他处理。高缓释肥（HF）处理由于在水稻生育后期可以持续提供养分供应，提高了水稻的穗粒数，比FP 处理增加了8.3%，所以最终水稻产量并没有出现显著的降低。研究结果表明，侧条施肥还可以降低水稻子粒的空秕率，提高千粒重，从而增加水稻的产量，增产幅度在16%左右^{[11, 12]}。

表 4 侧条施肥对水稻产量构成因素的影响 Table 4 Effect of side bar fertilization on rice yield composition

表选项

不同施肥处理对水稻秸秆吸氮量、子粒吸氮量和地上部总吸氮量都有显著影响。氮素吸收累积主要集中在子粒中，作物秸秆也累积相当量的氮素，且其与秸秆产量密切相关。水稻秸秆和子粒吸氮量随着施肥量提高而增加，FP 处理和HF 处理水稻地上部总吸氮量显著高于其他施肥处理，但FP处理和HF处理差异不显著（表 5）。FP处理吸氮量为158.1 kg·hm^-2，其次为HF 处理的135.1 kg·hm^-2，其他施肥处理总吸氮量显著低于FP 处理和HF 处理。HF处理可以满足水稻生育期对氮素的需求，在减少氮肥用量的前提下并没有减少植株对氮素的吸收量，降低了氮素流失的风险。

表 5 侧条施肥对水稻氮素吸收和氮肥偏生产力的影响 Table 5 Effect of side bar fertilization on rice N uptake and PFP

表选项

氮肥偏生产力（PFP_N）表示施用每千克氮肥能生产的粮食产量，其大小可以表征提高氮肥利用率的潜力^{[13, 14]}。从PFP_N角度评价了水稻氮肥生产效率情况，结果表明，施入每千克氮肥不同施肥处理可生产作物子粒产量存在差异，PFP_N 随着施氮量的增加呈现出降低的趋势。LF 处理、MF 处理、HF 处理和FP 处理PFP_N 分别为67.8、46.4、39.1 kg·kg^-1 和23.7 kg·kg^-1。侧条施肥各处理的PFPN 均显著高于农民常规施肥（FP）处理。可见，侧条施肥技术可以显著提高氮肥的生产效率^[14]。 2.3 侧条施肥技术对土壤-水稻体系中氮素表观平衡的影响

根据水稻整个生育期间的氮素输入和输出项，以0~100 cm 深度土层为界面，计算水稻原土壤体系内氮素表观平衡，结果如表 6 所示。氮肥投入和残留的N_min是当季水稻的主要氮素输入途径，其次是灌水带入的氮，稻田土壤长期处于淹水状态，矿化作用很难发生，当季土壤氮素矿化量仅有2.4 kg·hm^-2。水稻氮素输出主要是表观损失、作物吸收和土壤残留。常规施肥处理氮素的表观损失量显著高于各侧条施肥处理，不同施肥处理下表观损失达49.2~174.2 kg·hm^-2，最高的为FP处理，整个水稻生育期氮素的表观损失量为174.2 kg·hm^-2；其次是MF 处理，氮素的表观损失为61.9 kg·hm^-2。各处理间土壤N_min残留差异不大，CK 处理在水稻收获后0~100 cm土层N_min是54.2 kg·hm^-2，而FP处理虽然施氮量高达300 kg·hm^-2，水稻收获后0~100 cm土层N_min残留也只有93.5 kg·hm^-2。说明施入的氮肥随着渗漏水淋洗和干湿交替导致的氨挥发损失严重，大部分损失出水稻原土壤体系，造成对环境的危害^[13]。

表 6 水稻生育期0~100 cm 土层氮素表观平衡（kg·hm^-2） Table 6 Apparent N balance during the whole rice season in 0~100 cm soil layer（kg·hm^-2）

表选项

水稻侧条施肥技术是日本近年来开始推广的一种水稻栽培技术，占到日本国内水稻种植面积的60%左右。由于肥料呈条状施在根系一侧，肥料的脱氮和溶出损失少，肥料用量减少30%左右，但根际氮肥浓度高于常规施肥的5~6 倍，水稻分蘖数比常规增加20%~30%。李昊儒等^[11]在山东夏玉米上进行的侧条施肥结果表明，侧条施肥夏玉米产量分别比常规混施高3.26%，同时提高了氮肥利用率。本课题组连续进行了2 年的田间小区试验，2010 年水稻产量结果见参考文献^[14]，2011 年水稻产量和2010 年差异较大，有20%左右的降幅，原因是2011 年9 月下旬水稻灌浆期，宁夏出现连续10 d的持续降雨天气，导致当年引黄灌区水稻产量下降，但2 年的趋势表现一致，侧条施肥HF处理与农民常规施肥处理比较，水稻产量均没有出现显著降低。

采用侧条施肥技术并配合缓释肥料，可以显著提高水稻地上部对氮素的吸收量。侧条施肥各处理水稻生育期间氮素表观损失显著低于农民常规施肥（FP）处理，氮素表观损失在49.2~61.9 kg·hm^-2，远低于FP处理的174.2 kg·hm^-2，侧条施肥技术较大程度上降低了氮素损失。朱兆良等^[12]认为稻田生态系统中化肥氮的当季表观利用率低、损失率偏高，有时有明显的净残留。当氮素供应输入超过作物同化能力时，稻田系统氮出现盈余^[15]，将导致损失增加，并对环境产生影响^[16]。缓释肥在提高氮肥利用率上效果显著，与普通肥料相比，其肥效长、一次施用能够满足作物整个生育期生长的养分需求，配合侧条施肥技术，可以减少施肥次数并提高作物产量，提高肥料利用率，降低肥料流失对环境的污染。缓释肥价格虽然高于普通肥料，但施肥量减少了约40%，并没有增加经济投入，水稻全生育期一次施肥，降低了劳动强度，在将来的水稻种植中应用前景广阔。 4 结论

（1）采用侧条施肥技术，HF处理在氮肥用量减少约40%的条件下，与农民常规施肥（FP）处理比较子粒产量没有显著降低；HF 处理水稻有效穗低于FP处理，但穗粒数比FP处理增加了8.3%。

（2）水稻地上部吸氮量随着施肥量提高而增加， FP 处理和HF 处理水稻地上部总吸氮量显著高于其 他处理，但FP处理和HF处理差异不显著。氮肥偏生 产力（PFP_N）随着施氮量的增加呈现出降低的趋势，侧 条施肥各处理的PFPN 在39.1~67.8 kg·kg^-1之间，显 著高于FP 处理，侧条施肥技术可以显著提高氮肥生 产效率。

（3）FP 处理氮素表观损失量最高，为174.2 kg·hm^-2，大部分氮素损失出水稻原土壤体系，造成对环境的危害。侧条施肥各处理氮素表观损失量在49.2~61.9 kg·hm^-2之间，显著低于常规施肥处理。