靶向施肥提高水稻产量和品质的研究

Research on Targeted Fertilization for Improving Rice Yield and Quality

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2025.05.004

李鹏 Peng LI , 李鑫 Xin LI , 马萍 Ping MA , 刘玉萍 Yuping LIU , 郭志刚 Zhigang GUO

1 融通农业发展〔杭州〕有限责任公司浙江杭州 310000 Rongtong Agricultural Development 〔Hangzhou〕 Co., Ltd., Hangzhou, Zhejiang 310000, China 2 北京水木沃土生物科技有限公司北京 100080 Beijing Shuimu Wotu Biotechnology Co., Ltd., Beijing 100080, China 3 清华大学化学工程系北京 100080 Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100080, China

Author notes:

Correspondence to: 刘玉萍(1972—)，女，硕士，北京水木沃土生物科技有限公司总经理，研究植物生长发育控制、植物营养，主要从事靶向施肥提高不同作物产量和品质的研究；mibojing@126.com

摘要：

为提高沿海滩涂区盐碱地水稻产量并改善稻米品质，实现减肥增产提质，开展了靶向施肥与常规施肥效果对比的田间试验。结果表明：与常规施肥相比，靶向施肥促进了水稻的生长发育，出苗率提升6.0%，分蘖数增加18.2%，抽穗天数缩短15.4%，秸秆坚挺整齐、抗倒伏能力强；水稻产量提高5.9%，千粒质量增加3.5%，稻米品质有一定程度的改善；施肥总量减少37.1%，大幅减少了氮、磷肥的施用量，适当提高了钾肥用量，施肥成本降低16.0%，利润提高35.2%。

关键词：

靶向施肥; 盐碱地; 水稻; 产量; 品质; 减肥增效;

Abstract：

A field experiment comparing targeted fertilization with conventional fertilization is conducted to enhance rice yield and improve grain quality in coastal tidal flat saline-alkaline soil, aiming to achieve the goals of reduced fertilizer application, increased yield, and enhanced quality. The results show that, compared to conventional fertilization, targeted fertilization promotes rice growth and development: the seedling emergence rate increases by 6.0%, tiller number rises by 18.2%, and heading days decreases by 15.4%. The rice plants exhibit sturdier and more uniform straw with enhanced lodging resistance. Furthermore, rice yield increases by 5.9%, and the 1 000 grain weight increases by 3.5%, along with a certain degree of improvement in grain quality. The total fertilizer application is reduced by 37.1%, achieved primarily through significant reductions in nitrogen and phosphorus fertilizer inputs, while potassium fertilizer application is appropriately increased. Consequently, fertilization cost decreases by 16.0%, and profit increases by 35.2%.

Keyword：

targeted fertilization; saline-alkaline soil; rice; yield; quality; reduced fertilizer input with increased efficiency;

水稻是我国最重要的粮食作物之一，因其具有耐盐碱性，在我国沿海一带广为种植。然而，沿海农田大多由滩涂演化而来，土壤盐碱度较高。为提高水稻产量，农户往往过量施用化肥，致使盐碱地水稻产量降低，稻米品质下降。在“双碳”目标驱动农业绿色转型的背景下，解决化肥过度使用问题是平衡粮食安全、经济效益和环境可持续性的关键课题^[1-2]。已有研究表明，通过耕作、适度灌溉、施肥、秸秆还田和有机培肥等措施，可以有效改善盐碱地的土壤结构，调控土壤盐分含量，实现地下水浅埋条件下土壤盐分剖面由平均型向底聚型的空间格局发展，并能够保证其效果的可持续性^[3-5]。魏由庆等^[6]通过多年的盐碱地土壤培肥研究，提出了“淡化肥沃层”的概念，指出通过定向培育良好的水肥盐耕层环境，可在不减少区域土体盐贮量的条件下，实现对土壤剖面盐分的时空优化调控，确保作物正常生长^[7]。

融通农业发展(杭州)有限责任公司(以下简称融通发展公司)富民基地作为典型的长江入海口滩涂区，其堆积性土壤具有高盐碱、低有机质含量、弱团粒结构等障碍特征^[8]。该区域水稻施肥面临三重挑战：①生态约束。盐分胁迫抑制养分吸收，常规施肥效率不足30%。②技术瓶颈。依赖单质肥料(尿素占比65%±7%，平衡肥占比34%±3%)，导致氮、磷、钾比例失衡(N-P₂O₅-K₂O= 31-4.5-4.5)^[9]。③次生危害。肥料淋失率增大，引发土壤板结与面源污染(水体硝态氮含量超标)^[8]。同时，当前施肥体系还存在显著缺陷：①生长障碍。氮肥过量(纯氮质量分数≥35%)，导致株高超限，倒伏率增大^[9-10]。②环境代价。每季氮素损失严重，增加了碳排放当量^[8]。③品质制约。在盐胁迫下，稻米胶稠度降低，直链淀粉异常累积^[10]。针对以上问题，通过靶向精准施肥技术可调控水稻的长势和稻米品质，在抗倒伏、确保增产的同时，提高杂交稻的稻米品质，可为长江三角洲地区杂交稻靶向施肥提供必要的试验参数^[11-12]。

靶向施肥是一种精准施肥技术，指根据不同区域的不同作物在不同生长发育阶段的需肥规律、土壤肥力状况或特定营养需求，定向、定量地供应肥料，以实现养分高效利用并减少资源浪费与对环境的影响，以达到提高作物产量和品质的效果。其核心特点为：①按需供给。不再进行“统一施肥”，而是针对作物在苗期、花期、结果期等不同阶段对氮、磷、钾及中微量元素的差异化需求，进行精准施肥^{[9, 11]}。②定位补充。结合土壤条件，对肥力不足的地块或作物根系集中区域定向进行施肥，避免肥料分散流失^[4-5]。③技术支撑。依据植物营养学、植物细胞工程和植物代谢工程理论基础，确保施肥时间、用量、营养比例、营养元素消耗量与作物生长发育需求量高度匹配^[12]。

本项目通过靶向施肥技术，根据试验基地杂交稻生长发育过程中对营养元素的需求及消耗量，同时考虑土壤理化性状及环境因素对水稻养分吸收的影响，结合矿物元素对支链淀粉和蛋白质合成的调控作用，设计出杂交稻生长所需的全营养配方肥料(简称为“水稻靶向肥”)，并通过大田试验来验证该水稻靶向肥的有效性。

1 材料与方法

1.1 供试农田和肥料来源

试验在上海崇明岛的融通发展公司富民基地进行，试验田和对照田的种植面积各为100亩(1亩=667 m²)，试验所用水稻品种为杂交稻“花优14”。土壤类型为滩涂堆积土壤，土壤的含盐量较高，pH为8.5左右，土壤肥力为中上等。试验施用的水稻靶向肥(N-P₂O₅-K₂O=13-4-20)由清华大学团队设计，指定公司配制生产。对照田施用的肥料为市购的复合肥(N-P₂O₅-K₂O=15-15-15)和灵谷化工集团有限公司生产的中颗粒尿素[w(N)≥46.4%]。

1.2 施肥设计

2024年6月18日，采用机械化直播种子3 kg/亩。试验田施用水稻靶向肥47.5 kg/亩、尿素7.5 kg/亩，折有效养分N+P₂O₅+K₂O=9.7+1.9+9.5=21.1(kg/亩)；对照田施用复合肥30 kg/亩、尿素57.5 kg/亩，折有效养分N+P₂O₅+K₂O=31.2+4.5+4.5=40.2(kg/亩)。

1.3 施肥方法

试验田：第一次于播种时施用尿素7.5 kg/亩；第二次于水稻分蘖期施用水稻靶向肥17.5 kg/亩；第三次于水稻拔节期施用水稻靶向肥30 kg/亩。

对照田：第一次于播种时施用尿素7.5 kg/亩；第二次间隔15 d，施用复合肥15 kg/亩、尿素15 kg/亩；第三次间隔12 d，施用复合肥15 kg/亩、尿素15 kg/亩；第四次在水稻抽穗期施用尿素20 kg/亩。

全程采用绿色平行防控技术进行病虫害防治。按照浅水促蘖、间歇灌溉的模式进行水分管理。

1.4 成熟与测产

选取代表性地块，每田块随机选取3个样点(每个样点1 m²)进行实测实收，折算标准含水量(质量分数为13.5%)产量。

1.5 水稻品质检测

将试验田、对照田成熟的稻谷分别充分混匀后各取1 kg，送至农业农村部谷物品质监督检验测试中心，检测稻谷色泽、气味、整精米率、糙米率、不完善粒等指标。脱壳后取稻米进行含水量、垩白粒率、垩白度、直链/支链淀粉含量、粗蛋白质含量、胶稠度、碱消值和总评分值等的测定。

2 结果与分析

2.1 生长发育状态观察

田间对比观察发现，试验田的水稻植株在生长发育过程中，其出苗率和分蘖数表现出明显的优势，植株的茎秆较粗，维管束发育良好，抗倒伏性强；叶片坚挺，为提高光合效率和物质运输奠定了基础；对照田的叶片偏下垂，尤其在晴热的中午时段，其光合能力有所下降。试验田的水稻植株根系较发达，为植株的养分摄取提供了保障，有利于养分供给，并促进光合产物向穗粒的转移；抽穗整齐度和成熟期稻穗的颜色较对照田的也有明显的优势。试验田的水稻成熟进程为5~7 d，呈现出“齐穗、齐熟”的特点，这表明养分供给较均匀；而对照田的水稻成熟时间跨度较大(7~12 d)，田间出现了“青黄不齐”的现象。试验田水稻的稻穗颜色均匀，呈现出优质品种特有的“金黄色”，且色泽鲜亮、无杂色(如褐色、青灰色)；而对照田的稻穗则存在颜色不均的问题，部分稻穗颜色偏浅(呈淡黄色)或带有零星褐变粒，且稻粒间颜色差异明显，影响水稻的外观商品性。不同施肥处理的水稻生长发育状态见表 1。

表 1

不同施肥处理的水稻生长发育状态

处理	出苗率计算值/%	分蘖数实测值/ (万·亩^-1)	抽穗天数实测值/d
试验田	91.5±2.1	28.6±1.8	51.5±3
对照田	86.3±3.4	24.2±2.0	60.9±4

从表 1可以看出，试验田的出苗率较对照田的提升6.0%，分蘖数提高18.2%，抽穗天数缩短15.4%。结果表明，适宜的营养配比能够增强种子活力，促进分蘖，有利于提高抽穗的同一性和群体的均匀度。

2.2 靶向施肥对水稻产量的影响

调查发现，试验田的水稻成熟期提前了3~5 d，成熟度均一，穗粒颜色金黄，秸秆坚挺；而对照田的水稻成熟度不均，穗粒颜色灰暗，且存在倒伏现象。不同施肥处理的水稻测产结果见表 2。

表 2

不同施肥处理的水稻测产结果

处理	有效穗数实测值/ (万穗·亩^-1)	穗粒数实测值/ (粒·穗^-1)	含水量测定值/%	折标准亩产量/kg
试验田	14.5±2.2	135±8	14.4±0.5	504.7
对照田	13.7±1.7	135±10	15.2±0.4	476.4

试验田的水稻平均实收产量为510.0 kg/亩，折标准亩产量为504.7 kg。对照田的水稻平均实收产量为486.0 kg/亩，折标准亩产量为476.4 kg。结果表明，施用水稻靶向肥的水稻标准亩产量较施用常规复合肥的增加了28.3 kg/亩，增产率为5.9%。

2.3 靶向施肥对水稻品质的影响

不同施肥处理的水稻表观品质指标见表 3。

表 3

不同施肥处理的水稻表观品质指标

处理	色泽、香味	不完善粒实测值/%	糙米率计算值/%	整精米率计算值/%	垩白粒率计算值/%	垩白度计算值/%
试验田	正常	2.5	83.5	71.8	29.0	9.3
对照田	色泽偏暗，气味正常	11.1	84.0	72.9	30.0	9.7

从表 3可看出：与对照田相比，试验田的稻米不完善粒大幅减少了77.5%，垩白度降低了4.1%；试验田成熟稻谷的香味正常，而对照田稻谷的色泽偏暗。试验结果表明，靶向施肥处理的稻米不完善粒明显减少，糙米率、整精米率、垩白粒率和垩白度均有所降低。

不同施肥处理的稻米理化品质见表 4。

表 4

不同施肥处理的稻米理化品质

处理	千粒质量/g	w(粗蛋白质)¹⁾/%	w(支链淀粉)¹⁾/%	胶稠度/mm	碱消值/级	感官评价/分
试验田	29.4	7.38	82.2	44	7.0	77
对照田	28.4	8.63	81.5	42	7.0	75
注: 1)干基

从表 4可看出：试验田的稻米千粒质量较对照田的高3.5%，但粗蛋白质含量降低14.5%，可能是因试验田氮肥施用比率较低所致；试验田的稻米胶稠度提高4.8%，支链淀粉含量提升0.9%，2个处理的碱消值相同。在品尝口感方面，试验田的稻米具有优势，感官评价得分比对照田的高2.7%。

2.4 靶向施肥的减肥效果

靶向施肥技术的减肥效果见表 5。

表 5

靶向施肥技术的减肥效果 kg/亩

处理	施肥量	N	P₂O₅	K₂O	N+P₂O₅+K₂O
试验田	55.0	9.7	1.9	9.5	21.1
对照田	87.5	31.2	4.5	4.5	40.2

从表 5可看出，试验田的施肥量较对照田的减少了37.1%，其中N施用量减少了68.9%，P₂O₅施用量减少了57.8%，K₂O施用量增加了111.1%，N+P₂O₅+K₂O合计总量减少了47.5%。因钾肥在增强光合作用和抗倒伏方面起着重要作用，适当增加钾肥的施用量有利于提高作物产量^[13-14]。试验结果也表明，试验田虽大幅减少了N和P₂O₅的施用量，不但未造成减产，还提高了水稻产量并且稻米品质得到整体提升；在减少肥料浪费的同时，有利于维持土壤的生态平衡，推动了农业绿色发展。

2.5 靶向施肥的投入产出

不同施肥处理的投入产出见表 6。

表 6

不同施肥处理的投入产出

处理	机械及种子/ (元·亩^-1)	人工/ (元·亩^-1)	农药/ (元·亩^-1)	肥料/ (元·亩^-1)	产量/ (kg·亩^-1)	售价/ (元·kg^-1)	利润/ (元·亩^-1)
试验田	269.9	90.0	213.7	222.0	504.7	2.42	425.8
对照田	269.9	90.0	213.7	264.4	476.4	2.42	314.9

与对照田相比，试验田的肥料成本减少了42.4元/亩，降幅为16.0%；试验田的产量提高了28.3 kg/亩，增幅为5.9%；试验田的亩利润增加了110.9元，增幅为35.2%。试验结果表明，靶向施肥对水稻的减肥提质增效效果非常显著。

3 结语

大田试验结果表明，靶向施肥技术在减少施肥量37.1%，特别是大幅减少N和P₂O₅施用量的情况下，不但没有造成水稻减产，还降低了不完善粒、糙米率、整精米率、垩白粒率和垩白度。虽然由于水稻靶向肥中氮素占比较低，影响了粗蛋白质的合成，但是稻米的黏稠度仍得到了提高。在外观和品尝口感方面，靶向施肥的稻米评分具有优势。靶向施肥的水稻产量提高了28.3 kg/亩，亩利润提高了110.9元，利润增幅达到35.2%。在总施肥量减少37.1%、减氮68.9%、减磷57.8%的情况下，水稻的产量和品质得到了提升。本研究成果为长三角杂交稻精准施肥控量增效提供了重要的试验参数，为沿海滩涂区建立盐碱地靶向施肥标准化奠定了基础，并为粮食安全、双碳目标和新质生产力发展提供了技术支持。

ckwx 参考文献

周卫, 丁文成. 新阶段化肥减量增效战略研究[J]. 植物营养与肥料学报, 2023, 29(1): 1-7.

付浩然, 李婷玉, 曹寒冰, 等. 我国化肥减量增效的驱动因素探究[J]. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(3): 561-580.

姚荣江, 杨劲松. 黄河三角洲地区浅层地下水与耕层土壤积盐空间分异规律定量分析[J]. 农业工程学报, 2007(8): 45-51.

陈敏, 马婷婷, 丁艳萍, 等. 配方施肥对水稻养分吸收动态及产量的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(1): 237-246.

杨丹, 杨天昱, 何娜, 等. 施用生物炭基肥对盐渍型水稻土肥力及水稻产量的影响[J]. 土壤通报, 2024, 55(6): 1676-1684.

魏由庆, 严慧峻, 张锐, 等. 黄淮海平原季风区盐渍土培育"淡化肥沃层"措施与机理的研究[J]. 土壤肥料, 1992(5): 28-32.

LIU W F, YANG H, LIU J G, et al. Global assessment of nitrogen losses and trade-offs with yields from major crop cultivations[J]. Science of the Total Environment, 2016, 572: 526-537. doi:10.1016/j.scitotenv.2016.08.093

WANG X Y, ZHU H, HOU S N, et al. Environmental impacts of fertilization during rice production in saline-alkali paddy fields based on life cycle assessment[J]. Journal of Cleaner Production, 2024, 467: 142947. doi:10.1016/j.jclepro.2024.142947

彭显龙, 车俊杰, 宋聪, 等. 确定经济合理施氮量的新方法: 基于施氮量与稻米产量效应函数[J]. 植物营养与肥料学报, 2022, 28(7): 1182-1193.

成臣, 曾勇军, 王祺, 等. 氮肥运筹对南方双季晚粳稻产量及品质的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(5): 1386-1395.

徐新朋, 丁文成, 何萍, 等. 基于产量反应和农学效率的水稻智能化推荐施肥方法研究[J]. 植物营养与肥料学报, 2023, 29(5): 802-812.

覃夏, 王绍华, 薛利红. 江西鹰潭地区早稻氮素营养光谱诊断模型的构建与应用[J]. 中国农业科学, 2011, 44(4): 691-698.

郭志刚, 胡山鹰, 金涌, 等. 玉米均衡营养肥对玉米产量和品质的影响[J]. 肥料与健康, 2021, 48(3): 11-14.

郭志刚, 韦杏花, 沈补根. 水稻均衡营养肥对杂交稻生长发育的影响及养分吸收特性[J]. 中国稻米, 2017, 23(5): 54-57.