1. 引言
水稻是我国最重要的粮食作物，65%以上的人口主食稻米，水稻占种植面积的35%、总产量的45%，在国家粮食安全生产中起着举足轻重的作用，主攻水稻单产是水稻栽培研究的一个永恒的主题。化肥{主要是氮肥}，在我国的粮食增产技术中，贡献了55%多的力量 [1]。然而，化肥的增产能力受报酬递减规律的控制，加上稻田氮肥长期过量投入，导致氮肥利用率低、种稻成本高、产量下降、土壤板结，病虫害严重，并引发环境污染等问题，进而使得水稻生产与资源环境的矛盾日益突出 [2] [3]。基于国家对粮食的刚性需求，我国正在大力开展化肥农药减施增效科技行动 [3] [4]，减少氮肥用量的同时，必须保证不减少水稻产量，这对保障国家粮食安全和农业可持续发展具有重要意义。
目前，水稻减氮高产主要依靠栽培技术和肥料产品的改进，吴爱国、赵伟等将生产中应用的减氮技术划分为7种模式，如水稻叶龄诊断精准高效施肥、水稻康养种植、有机肥部分替代、控混肥一次施用、水稻侧深施肥、稻鸭共作、新型肥料应用等，且对模式应用效果和推广前景进行了评价 [5]。在本地区水稻700 kg/667m2需要的施氮量基础上，减少一定比例的氮肥用量，是最简易、节本减氮的方式，在这一模式下，通过最佳的氮肥运筹比例，能否实现减氮目标，又不减少水稻产量，甚而增产，对指导大面积生产减肥增效，具有十分重要的意义。2021年，在江苏省水稻产业技术体系团队专家杨洪建研究员指导下，姜堰基地团队实施了水稻氮肥减量绿色调优栽培技术试验示范，以姜堰区大面积示范推广的优良食味主推品种为主体，通过开展肥料不同运筹比例试验，明确适宜当地推广应用的氮肥减量绿色调优栽培技术，为大面积生产开展化肥农药减施增效科技行动提供技术支撑。
2. 材料与方法
2.1. 试验地点
试验研究在江苏省现代农业(稻麦)产业技术体系姜堰水稻科技综合示范基地、姜堰区三水街道大杨村井贤农场实施。土壤资料：pH 6.0，渗育型水稻土，有机质29.6 g/kg，全氮2.12 g/kg，有效磷10.4 mg/kg，速效钾224 mg/kg。上茬口种植水稻。
2.2. 试验设计
2.2.1. 水稻品种
试验选用由江苏省农业科学院粮食作物研究所选育的、姜堰区主要种植品种、优质食味粳稻品种南粳9108，迟熟中粳类型品种，姜堰区2021年种植面积2.57万hm2，占全区水稻种植面积86%。
2.2.2. 试验处理
1) 姜堰区水稻生产高产田氮肥施用量。姜堰区水稻700 kg/667m2一般667 m2施氮量18~20 kg，本次试验常规对照处理设计667 m2施氮量18 kg，试验肥料品种选用N-P-K比例为15-15-15的复混肥料和46.2%尿素，复合肥料用作基肥和促花肥，尿素用于分蘖肥、促花肥和保花肥。
2) 试验处理。试验设计5个处理，
① 处理1：常规施肥对照，基蘖肥:穗肥 = 6:4；
② 处理2：较常规施氮量减氮10%，基蘖肥:穗肥 = 5:5；
③ 处理3：较常规施氮量减氮10%，基蘖肥:穗肥 = 6:4；
④ 处理4：较常规施氮量减氮10%，基蘖肥:穗肥 = 7:3；
⑤ 处理5：较常规施氮量减氮10%，基蘖肥:穗肥 = 8:2。
每个试验处理面积667 m2，不设重复。肥料品种、栽插方式、栽插规格密度、水分管理对照和处理一致。处理肥料667 m2施用量见表1。
Table 1. Fertilizer dosage of 667 m2 in different treatments (Unit: kg)
表1. 不同处理667 m2施肥用量(单位：kg)
2.3. 项目测定及方法。
2.3.1. 水稻生育期
处理水稻移栽期、抽穗期、成熟期和全生育期。
2.3.2. 叶龄及茎蘖动态
移栽后每隔7天测定不同处理叶龄及单位面积水稻总茎蘖数，分析不同处理对叶龄和茎蘖发生的影响。
2.3.3. 水稻产量及其构成因子
按照对角线方法，每个处理实割3个小区，每个小区收割面积8~10 m2，自然晒干测量水分，折算14.5%水分的水稻亩产量；收割前调查穗粒结构，分析不同处理对构成因子的影响。
3. 结果与分析
3.1. 不同运筹比例各个处理产量表现(表2)
不同氮肥运筹比例各个处理水稻667 m2产量从高到低分别为处理2、处理1 (对照)、处理3、处理4、处理5；处理2较对照处理1667 m2增产13 kg，667 m2增2.28%；处理3、处理4和处理5较对照处理1667m2减产分别为3.6 kg、29.7 kg和63.4 kg，667 m2减幅分别为0.63%、5.2%和11.1%；处理2是唯一增产处理，处理3减产不显著，处理5和处理4减幅显著。
以上表明，在减氮10%情况下，不同氮肥运筹比例各个处理，随着穗肥比例下降，667 m2产量下降，基蘖肥:穗肥 = 5:5表现显著增产，基蘖肥:穗肥 = 6:4减产不显著，基蘖肥:穗肥 = 7:3和基蘖肥:穗肥 = 8:2减产显著。
Table 2. Yield performance and grain formation of various treatments for reducing nitrogen (Unit: kg, g)
表2. 减氮各种处理产量表现及穗粒成(单位：kg、g)
3.2. 穗粒构成因子变化(表2)
1) 667 m2有效穗数。减氮10%条件下，不同氮肥运筹比例各个处理667 m2有效穗数从高到低分别为处理4、处理5、处理3、处理2，处理5、处理4、处理3 667 m2有效穗数均多于处理1 (对照)，且增加显著，处理2增加不显著。
以上表明，在减氮10%情况下，不同肥料运筹比例各个处理基本遵循基蘖肥比例高，667 m2有效穗数相应较高的趋势，但也有个例，处理4 667 m2有效穗高于处理5，分析认为是处理5后期穗肥用量不足，导致动摇分蘖或高位分蘖成穗低的原因。仅考虑667 m2有效穗数，基蘖肥:穗肥 = 7:3 (处理4)氮肥运筹比例最有利提高667 m2有效穗数(见图1)。
Figure 1. The relationship between effective ears per mu and the proportion of different nitrogen fertilizers
图1. 亩有效穗与不同氮肥运筹比例关系
2) 每穗总粒。减氮10%条件下，不同肥料运筹比例各个处理每穗总粒从高到低分别为处理2、处理3、处理4、处理5，分别较对照处理1增加9.7粒、2粒、−16.4粒和−22.9粒，增幅分别为8.5%、1.8%、−14.4%和−20.1%。
以上表明，在减氮10%条件下，不同氮肥运筹比例各个处理，随着穗肥用量增加，每穗总粒增加，基蘖肥:穗肥 = 5:5 (处理2)每穗总粒最高，且增加显著，基蘖肥:穗肥 = 7:3 (处理4)、基蘖肥:穗肥 = 8:2 (处理5)减粒显著(见图2)。
Figure 2. The relationship between the total kernels per panicle and the proportion of different nitrogen fertilizers
图2. 每穗总粒与不同氮肥运筹比例关系
3) 结实率。减氮10%条件下，不同氮肥运筹比例各个处理结实率从高到低分别为处理5、处理3、处理4和处理2，较对照处理1分别减少0.8、2.4、3.1和3.4粒，减幅分别为0.85%、2.6%、3.3%和3.6%。
以上表明，在减氮10%条件下，不同氮肥运筹比例各个处理结实率较常规施肥对照处理均表现下降，基蘖肥: 穗肥 = 8:2降幅不显著，接近常规对照处理，其余3个处理减幅显著，且3个处理之间变化不显著(见图3)。
Figure 3. The relationship between the seed setting rate and the proportion of different nitrogen fertilizers
图3. 结实率与不同氮肥运筹比例关系
4) 千粒重。减氮10%条件下，不同氮肥运筹比例各个处理千粒重均高于对照处理，千粒重从高到低分别为处理5、处理4、处理2和处理3，分别较对照处理1增加0.7 g、0.4 g、0.2 g和0 g，增幅分别为2.63%、1.5%、0.75%和0%。
以上表明，在减氮10%条件下，不同氮肥运筹比例各个处理，随着穗肥用量减少，千粒重增加(见图4)。
Figure 4. The relationship between thousand-grain weight and the proportion of different nitrogen fertilizers
图4. 千粒重与不同肥筹运氮比例关系
5) 综合以上表明，在减氮10%条件下，随着穗肥比例增加，667 m2有效穗数呈现倒U趋势，基蘖肥:穗肥 = 7:3处理667 m2有效穗数最高；每穗总粒呈现折线上升趋势；结实率整体表现下降趋势，但无明显规律；千粒重呈现减少趋势。
3.3. 不同处理对茎蘖发生的影响(表3)
7月16日到达水稻叶龄有效叶龄临界期，水稻叶龄9.2叶，各个处理均达到穗数苗，不同处理667 m2茎蘖苗从高到低分别为处理5、处理3、处理4、处理2，处理3、处理4、处理5分别高于对照；7月27日到达拔节期、也是水稻高峰苗期，水稻叶龄12.6叶，高峰苗从高到低分别为处理4、处理3、处理3、处理2，其中处理4和处理5高于对照；667 m2有效穗从高到低分别为处理4、处理5、处理3、处理2，处理3、处理4和处理5分别高于对照；成穗率是衡量群体质量主要指标，成穗率从高到低分别为处理2、处理3、处理4和处理5，其中处理5低于对照。
Table 3. Stem and tiller dynamics of different treatments (Unit: 10 Thousand)
表3. 不同处理茎蘖动态(单位：万)
以上表明，与对照比较，减氮10%后，不同氮肥运筹比例各个处理均可能在有效叶齿前达到穗数苗，能满足前期肥量供应需求；前期肥料比例高，亩高峰苗高，亩有效穗高，但成穗率低，水稻产量与成穗率正相关。见表3和图5。
Figure 5. Dynamics of seedling situation in different treatments
图5. 不同处理苗情发生动态
4. 小结与讨论
4.1. 小结
1) 在减氮10%情况下，不同氮肥运筹比例各个处理，随着穗肥比重下降，667 m2产量下降，基蘖肥:穗肥 = 5:5模增产显著，基蘖肥:穗肥 = 6:4减产不显著，基蘖肥:穗肥 = 7:3、基蘖肥:穗肥 = 8:2减产显著。
2) 穗粒结构变化。亩有效穗与前期用肥量基本呈正相关，基蘖肥占比70%亩有效穗最多；每穗总粒与穗肥用量呈正相关，穗肥占比50%每穗总粒最高；结实率整体表现下降趋势；千粒重呈现下降趋势。
3) 苗情变化。在减氮10%后，基蘖肥占比50%模式也能满足前期肥量需求；前期肥量比例越高，高峰苗和有效穗数越高，但茎蘖成穗率低，水稻667 m2产量与茎蘖成穗率正相关。
4) 综合表明，在减氮10%情况下，实现减氮不减产或增产目标，氮肥运筹最佳比例为基蘖肥:穗肥= 5:5，667 m2总颖花量最高，667 m2有效穗与每穗总粒搭配合理，茎蘖成穗率最高，667 m2产量最高。
4.2. 讨论
本次试验没有设计重复处理，也没有进行年度间重复试验，部分结论不一定正确，如结实率变化随穗肥用量下降没有原因没有理论支撑，本次试验示范结果仅作为参考。
5. 水稻机插氮肥减量绿色调优栽培技术
5.1. 减氮绿色调优总途径
保证适宜穗数的前提下，通过压缩高峰苗，提高茎蘖成穗率，攻取大穗，获取高产 [6]。
5.2. 产量和减氮指标
667 m2产量650 kg以上，较生产上减肥10%以上。
5.3. 栽培关键技术
1) 优良食味水稻新品种精准选用。根据区域生态条件与市场需求，选用优良食味优质高产综合抗性强水稻新品种。
2) “三控一促”培育适龄毯苗壮秧。秧池耕翻做板前，667 m2施45%复合肥25~35 kg与尿素10~15 kg；播种处理，每3.0 kg种子拌海安产苗壮丰一袋(150 ml/袋)。机械化流水线精准控种播种，每盘100~110 g。出苗前以保持秧床湿润为主，出苗至起盘前，旱育控水，待秧盘表面发白或晴天中午叶片卷叶时微喷灌补水。移栽前每盘施尿素2~4 g作送嫁肥，以肥促壮。移栽前1天喷施送嫁药，预防本田早期纹枯病、稻瘟病与稻飞虱等。
3) 高质量机插。移栽叶龄3.0~4.0叶，株高15~18 cm，667 m2栽1.7万穴以上，每穴3~4苗，667 m2基本苗7~8万，栽插深度不高于2 cm。
4) 精准诊断施肥。667 m2总用N 16 kg，基蘖肥: 穗肥 = 50:50。基肥亩用25 kg 45%复合肥，栽后7、12 d分别667 m2尿素施7.0、5 kg，穗肥于倒4叶、倒3叶分别667 m2施15 kg 45%复合肥及5 kg尿素、5 kg尿素。
5) 模式化精准灌溉。采用“薄(湿) –浅–搁–湿”灌溉模式，即薄水浅插后湿润护苗；活棵后浅水勤灌促早发并适期够苗；80%~90%够苗后断水多次轻搁田；田面搁实后，除治虫防病保持短期水层外，实施干湿交替灌溉直至水稻成熟前一周。
6) 病虫无人化精准绿色飞防。全程根据病虫监测与绿色综合防治指标，选用无人机及其配套的农药品种与助剂精准防治纹枯病、稻瘟病、螟虫、稻纵卷叶螟等病虫害。
基金项目
江苏现代农业产业技术体系建设项目(编号：JATS[2021]298)。