氮肥与种植密度优化：提升埃塞俄比亚旱直播Shaga水稻产量与氮肥利用效率的策略

《Discover Life》：Optimizing nitrogen fertilizer and planting density to improve yield and nitrogen use efficiency of dry direct seeded shaga rice in Ethiopia

本文推荐一项针对埃塞俄比亚旱直播Shaga水稻的研究。针对当地缺乏氮肥与密度的精准推荐、水稻单产低且氮肥利用效率(NUE)不高的问题，研究人员开展了氮肥(N)施用量(184、276、368 kg ha–1)与播种密度(D: 60、80、100 kg ha–1)的耦合效应研究。结果表明，优化组合（如N184+D100和N276+D60）可显著提高谷物产量（达6.7 t ha–1）和氮肥偏生产力(PFPN)，同时获得最高净收益。该研究为埃塞俄比亚水稻产区实现高产、高效和盈利提供了关键优化策略。

　　

在埃塞俄比亚，水稻作为保障粮食安全的重要作物，其生产潜力却未能完全发挥。全国平均产量仅为3.1吨/公顷，远低于世界平均水平。这背后的困境在于，许多农民在种植过程中缺乏科学的指导，尤其是在两个关键环节上：氮肥应该用多少？种子应该播多密？不合理的氮肥施用不仅无法带来增产，反而可能导致资源浪费、环境污染，甚至造成减产。而过低或过高的种植密度，也会影响水稻对光、水、肥等资源的利用效率。在Fogera和North Achefer这两个埃塞俄比亚重要的水稻产区，这些问题尤为突出。传统的施肥和种植习惯，使得水稻生产面临着产量瓶颈和效益低下的双重挑战。如何通过精确的农艺管理，在减少投入的同时实现增产增收，并减轻环境压力，成为了一个亟待解决的现实问题。

为此，由Christian Tafere领导的研究团队在《Discover Life》上发表了一项研究，旨在为埃塞俄比亚旱直播Shaga水稻找到氮肥和种植密度的“黄金组合”。研究人员在两个地点（Fogera和North Achefer）进行了连续两年的田间试验，采用了随机区组设计。研究的关键技术方法包括：设置不同氮肥水平（184, 276, 368 kg N ha^-1）和播种密度（60, 80, 100 kg 种子 ha^-1）的处理组合；系统测量了物候期（如抽穗期、成熟期）、生长指标（株高、干物质积累）、产量构成要素（有效穗数、每穗实粒数、千粒重）以及氮肥利用效率（如氮肥偏生产力，PFP_N）；并进行了详细的经济效益分析（包括总可变成本、总收益、净收益和边际回报率分析），以评估不同管理策略的经济可行性。

3.1 Fogera研究区

3.1.1 气候条件

研究表明，气候变量显著影响旱直播Shaga水稻的生长、产量和氮肥利用效率。低温胁迫（特别是在生殖生长阶段）会导致颖花不育，而降雨量的分布不均（如生殖期缺水）也是造成减产的重要因素。

3.1.2 Shaga水稻的物候

氮肥施用量显著影响水稻到达50%抽穗的天数。增加氮肥会延迟抽穗，而高氮肥（N₃₆₈）与高密度（D₁₀₀）的组合使抽穗最晚。增加氮肥从N₁₈₄到N₃₆₈ kg ha^-1，会使开花和生理成熟期推迟约9天，这可能是由于营养生长过旺所致。

3.1.3 谷物产量

氮肥主效及其与密度的互作对谷物产量有显著影响。最高的谷物产量（6.7 t ha^-1）来自N₁₈₄ + D₁₀₀ kg ha^-1的组合。相反，最高的氮肥用量（N₃₆₈）反而导致产量最低（3.1 t ha^-1）。这表明过量施氮不利于增产。

3.1.4 有效穗数、穗长和总分蘖数

氮肥用量显著影响有效穗数和穗长。最高氮肥用量（N₃₆₈）下有效穗数最低，但穗长最长。种植密度和氮肥的互作对总分蘖数无显著影响。

3.1.5 实粒数和每穗粒数

种植密度主效及其与氮肥的互作显著影响每穗实粒数。较低密度（D₆₀）有利于增加每穗实粒数，而较高密度（D₁₀₀）则通过增加有效穗数来补偿。N₁₈₄ + D₁₀₀的组合获得了最高的每穗实粒数（119.9）。

3.1.6 生物量积累

氮肥用量和氮密互作显著影响干物质积累。最高生物量（23.2 t ha^-1）出现在最高氮肥用量（N₃₆₈）下，但高氮也伴随着较低的谷物产量和收获指数。

3.1.7 收获指数

收获指数受氮肥用量和互作效应的显著影响。最低氮肥（N₁₈₄）处理的收获指数最高（37.2%），而最高氮肥（N₃₆₈）处理的收获指数最低（15.1%），表明过量施氮使生物量更多分配至营养器官而非籽粒。

3.1.8 株高

株高受氮肥用量和互作效应的显著影响。最高氮肥（N₃₆₈）处理下植株最高，这源于氮素促进了细胞分裂和伸长。

3.1.9 秆长

秆长受氮肥用量和互作效应的显著影响。趋势与株高类似，高氮处理导致秆长增加。

3.1.10 生理性状

3.1.10.1 叶面积指数

叶面积指数受氮肥用量和互作效应的显著影响。氮肥用量为N₂₇₆ kg ha^-1时叶面积指数最高，过量施氮（N₃₆₈）反而使其降低。

3.1.12 氮肥偏生产力

氮肥偏生产力随氮肥用量的增加而降低。N₁₈₄处理的PFP_N最高（27.7 kg kg^-1），而N₃₆₈处理的PFP_N最低（11.4 kg kg^-1），表明高氮用量利用率低。

3.1.13 经济回报

经济分析显示，组合N₁₈₄ + D₁₀₀ kg ha^-1能获得最高的净收益（151,456 Birr ha^-1）和极高的边际回报率，是该地区最具经济效益的种植方案。

3.2 North Achefer研究区

3.2.1 谷物产量

在North Achefer，氮肥用量、种植密度及其互作对谷物产量有显著影响。最高产量（6.2 t ha^-1）来自N₂₇₆ + D₆₀ kg ha^-1的组合。

3.2.2 有效穗数

有效穗数受密度和氮肥用量的显著影响。高密度（D₁₀₀）有效穗数最多，但每穗粒数较少。N₂₇₆ + D₁₀₀的组合能产生最多的有效穗数。

3.2.9 经济回报

在North Achefer，组合N₂₇₆ + D₆₀ kg ha^-1能获得最高的净收益（137,810.9 Birr ha^-1），被推荐为该地区的最佳策略。

4 结论与推荐

本研究系统评估了氮肥和种植密度对旱直播Shaga水稻的协同效应。优化组合（Fogera: N₁₈₄ + D₁₀₀；North Achefer: N₂₇₆ + D₆₀）能显著提高谷物产量（分别达6.7和6.2 t ha^-1）和氮肥利用效率（PFP_N），同时获得最高的经济净收益。适当增加种植密度并合理减少氮肥用量，可以优化农艺性状，提高收入，降低肥料成本，并减少环境风险。因此，该研究为埃塞俄比亚水稻主产区实现高产、高效和可持续生产提供了具体的、可操作的农艺方案。