湖南晚稻施磷效應及土壤速效磷豐缺指標研究

陳 煦 ，魯艷紅 ，廖育林 ，羅尊長 ，黃鐵平 ，聶 軍

（1.湖南省水稻研究所，湖南 長沙 410125；2.湖南省土壤肥料研究所，湖南 長沙 410125；3.農業部望城水稻土生態環境重點野外觀測實驗站，湖南長沙410125；4.湖南省土壤肥料工作站，湖南長沙410005）

水稻是我國最重要的糧食作物，其產量高低直接關系到我國的糧食安全[1]。湖南省位于長江中下游洞庭湖以南，水稻播種面積和產量均居我國第一。施肥是作物增產的物質基礎，然而在當前水稻生產中，不合理或盲目施肥現象相當普遍，不僅造成肥料效應不能充分發揮，土壤肥力下降，同時導致資源浪費和環境污染等問題突出[2]。

根據作物的養分需求及土壤養分供應狀況，施肥成為關鍵。磷是植物必需的營養元素之一[3]，是植物體內許多重要化合物的組成部分，也是許多生理過程不可缺少的元素。全國第二次土壤普查期間，我國土肥科技工作者開展了測土推薦施肥參數和土壤養分豐缺指標研究，但隨著農民施肥方式、施肥用量、栽培方式及土壤養分狀況的變化，當時制定的指標已經不能適應目前生產條件的需要。我國從2005年開始在全國范圍內開展測土配方施肥工作，對于科學準確地評價農業土壤肥力狀況、制定新的作物施肥指標體系和促進農業生產的可持續發展具有重要意義[4]。研究通過分析湖南省不同地區近年來的晚稻磷肥田間試驗，研究晚稻施磷對產量和經濟效益的影響，探討土壤速效磷與施磷效應的關系，建立晚稻種植體系中不同區域土壤速效磷肥力指標，旨在為湖南晚稻生產高效施肥提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

數據來源于2005～2010年期間在湖南進行的89個晚稻田間肥效試驗。根據行政區劃和地理位置將試驗點分為3個區域。具體劃分如下。

湘北環洞庭湖平原、低山丘陵區：資陽、岳陽、大通湖、桃江、平江、臨湘、湘陰、南縣、汨羅、赫山、臨澧、津市、桃江、鼎城、華容；湘東-湘中丘陵、中低山區：湘潭、洞口、邵陽、澧臨、新邵、寧鄉、邵東、武岡、漣源、長沙、韶山、婁星、株洲、隆回、湘鄉、瀏陽；湘南中低山、丘陵區：道縣、江永、冷水灘、汝城、衡東、衡南、常寧、衡山、祁陽、資興、耒陽、衡陽、東安、祁東、藍山、桂陽、永興、零陵、嘉禾、安仁、寧遠。

其中布置在湘北環洞庭湖平原、低山丘陵區的試驗點39個，湘東-湘中丘陵、中低山區22個，湘南中低山、丘陵區28個。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 試驗設施磷（+P）和不施磷對照（CK）處理。由于不同田塊磷素肥力的差異，施磷（+P）處理磷肥用量變化幅度為P2O530～135 kg/hm2，試驗施磷（+P）處理磷肥平均用量為P2O559 kg/hm2。氮、鉀施用量一般為 N 150 kg/hm2，K2O 75 kg/hm2。氮、磷、鉀化肥品種分別為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。磷肥全部作基肥在早稻移栽時施用，60%～70%的氮、鉀肥作基肥施用，余下的作分蘗肥于晚稻移栽后5～7 d追施。小區面積20m2，3次重復，隨機區組排列，其他栽培管理措施與當地大田管理一致。耕作制度為雙季稻種植制度。

供試田塊耕層基礎土壤主要養分狀況見表1。

1.2.2 測定及分析方法 土壤的pH、有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀采用常規分析方法測定[5]。產量以各小區實收計產。

1.2.3 土壤速效磷豐缺指標建立方法 根據晚稻產量對土壤有效養分含量的響應，建立土壤養分豐缺指標體系。具體方法為用對照區和施磷區的產量計算相對產量，用獲得的相對產量與土壤速效磷含量進行方程擬合。

表1 供試田塊耕層基礎土壤養分基本狀況（n=89）

計算相對產量的公式為：相對產量（%）=不施磷處理產量/施磷處理產量×100

建立的數學模型為：y=a ln（x）+b[6-7]，式中 y為相對產量（%），x為土壤速效磷含量（mg/kg）。以相對產量＜75%、75%～95%、＞95%為標準，將土壤速效磷含量定為“低”、“中”、“高”3 個豐缺等級，計算并建立土壤速效磷豐缺指標。

用Excel軟件進行數據分析和圖形繪制。

2 結果與分析

2.1 施用磷肥的產量效應及經濟效益分析

如表2所示，晚稻施磷（+P）具有較明顯的增產效果，3個區域所有試驗點94.4%的試驗施磷均增產，平均增產率達6.3%。湘北環洞庭湖平原、低山丘陵區晚稻施磷（+P）較不施磷（CK）處理平均增產稻谷408 kg/hm2，平均增產率5.3%，每千克 P2O5平均增收5.34 kg稻谷；湘東-湘中丘陵、中低山區施磷平均增產339 kg/hm2，增產幅度5.0%，每千克P2O5平均增產8.14 kg稻谷；湘南中低山、丘陵區施磷平均增產436 kg/hm2，增產幅度7.1%，每千克P2O5平均增產10.59 kg稻谷。

經濟收益是農民種植農作物追求的的目標之一。通過計算施磷增加的利潤表明，晚稻施用磷肥的經濟效益較高（表2）。僅15.7%試驗晚稻施磷出現負利潤，84.3%的試驗晚稻施磷獲利，施磷平均增加利潤達到431.79元/hm2，增加利潤最高達1 649.90元/hm2。其中，湘東-湘中區晚稻施磷較不施磷平均增加收入562.21元/hm2，湘南區平均增收507.49元/hm2，湘北區平均增收303.85元/hm2。

當肥料施用產投比達到2.0時，一般認為經濟效益顯著，而產投比為1.0～2.0時盡管經濟效益不顯著，但基本為農民所接受，當低于1.0時則會虧本[8]。產投比分析結果表明晚稻施磷能產生一定的經濟效益（表2），所有試驗平均產投比為2.64，最高產投比達到10.26。若以產投比作為判定標準，56.2%的田塊晚稻施磷經濟效益顯著，24.7%的田塊施磷雖能增收但效果不明顯，19.1%的田塊施磷在經濟上出現了虧損。

表2 磷肥施用量及施磷對水稻產量和經濟效益的影響

2.2 土壤速效磷含量對施磷效應的影響

土壤速效磷含量與晚稻產量及施磷效果回歸分析表明（表3），土壤速效磷含量與對照產量極顯著相關（r=0.443 6**，n=89），說明土壤磷素養分對晚稻產量的貢獻是隨土壤速效磷增加而提高的。

表3 土壤速效磷（x，mg/kg）與晚稻籽粒產量及施磷增產增收效果（y）的關系（n=89）

土壤速效磷含量顯著影響晚稻施磷增產效應。土壤速效磷與施磷增產量及增產率均呈極顯著負相關，相關系數分別為-0.646 2**和-0.693 7**（n=89），與相對產量極顯著正相關（r=0.682 4**，n=89），說明隨土壤速效磷含量的提高晚稻施磷的增產趨勢減緩。

土壤速效磷也顯著影響施磷經濟效益。土壤速效磷含量與施磷增加的利潤及施磷產投比均呈極顯著性負相關，相關系數分別為-0.530 4**和-0.429 8**（n=89），表明施磷經濟回報隨著土壤速效磷含量的提高而呈遞減的變化趨勢。

2.3 土壤速效磷豐缺分級指標的建立

土壤肥力指標法是基于農作物營養元素的土壤化學原理，以生物相對指標校驗土壤有效養分肥力指標，確立相應的分級范圍值，用于指導土壤肥力評價和科學施肥[9]。土壤速效磷含量與晚稻產量效應及施磷經濟效益密切相關。因此，可以利用土壤速效磷含量來建立晚稻種植體系中磷素養分的豐缺分級指標，作為雙季稻種植區晚稻是否需要施磷及施磷量多少的判定依據。由于湖南省不同地區地形地貌、土壤類型、氣候條件及土壤本身養分含量的差異，本研究在建立湖南省晚稻土壤速效磷指標同時，也按湘北環洞庭湖平原、低山丘陵區，湘東-湘中丘陵、中低山區和湘南中低山、丘陵區3個區域分別建立土壤速效磷豐缺指標。

以相對產量為縱坐標，土壤速效磷為橫坐標，根據相對產量對土壤速效磷含量的響應關系，建立對數曲線回歸模型（圖1）。湖南省及3個區域回歸模型的決定系數（R2）表明相對產量和土壤速效磷的相關性均達到極顯著水平。以相對產量＜75%、75%～95%、＞95%為標準，計算湖南省晚稻土壤速效磷“低”、“中”、“高”豐缺指標分別為“＜1.3 mg/kg”、“1.3～19.0 mg/kg”和“＞19.0 mg/kg”；湘北環洞庭湖平原、低山丘陵區分別為“＜1.4mg/kg”、“1.4～18.5 mg/kg”和“＞18.5mg/kg”；湘東-湘中丘陵、中低山區分別“＜2.2 mg/kg”、“2.2～19.4 mg/kg”和“＞19.4 mg/kg”；湘南中低山、丘陵區為“＜1.1mg/kg”、“1.1～19.8 mg/kg”和“＞19.8mg/kg”。

圖1 相對產量與土壤速效磷的關系圖

3 結論與討論

土壤磷素的豐缺狀況，是衡量土壤肥力水平高低的標志之一[10]。土壤中的磷素主要來自母質中的含磷礦物、土壤有機質及施用的含磷肥料。根據全國第二次土壤普查的結果，湖南省土壤速效磷含量＜10 mg/kg的耕地面積占總耕地面積的80%以上，＜5 mg/kg的面積超過50%[11]。但是經過長期耕種，尤其是在20世紀80年代后中國化肥施用經歷了一個快速增長期，同時由于耕作技術的提高，農田土壤肥力水平有了較大變化。近期的研究結果普遍認為，與20年前相比，農田土壤肥力水平有較大提高[12-13]。本研究的89個試驗中沒有土壤速效磷＜5 mg/kg的試驗點，土壤速效磷＜10 mg/kg的占10.1%，其他試驗點土壤速效磷均＞10 mg/kg。表明經過20多年的耕種和磷肥施用，農田土壤速效磷含量有了較大幅度提高，這與全國其他地方的研究結果是一致的。

與該地區早稻施磷相比[14]，晚稻施磷的增產效果和經濟效應雖不及早稻，但在本研究的89個試驗中，有94.4%的試驗晚稻施磷水稻產量是增加的，所有試驗平均增產率為6.3%，平均產投比2.64，其中，56.2%的試驗施磷產投比＞2.0，獲得了較好的經濟收益；晚稻施磷平均增加利潤431.79元/hm2，這說明晚稻施磷仍然具有一定的增產效果和經濟效益，在晚稻生產中仍要重視磷肥的合理施用。

根據不同作物，不同區域，通過土壤養分測試和田間肥效試驗建立土壤養分豐缺指標，是指導土壤肥力評價和科學施肥的關鍵。20世紀80至90年代，國內眾多學者對土壤速效養分豐缺指標開展了大量研究，建立了適合當時生產條件的土壤養分豐缺指標，但是由于當前農田土壤速效磷養分狀況及耕作條件與20年前相比都有了很大變化，速效磷的指標應該有相應變化。我國土肥科技工作者在全國第二次土壤普查期間，將全國水稻土Olsen-P“低”“中”“高”水平分別確定為“＜2.6±1.4mg/kg”、“（2.6±1.4）～（11±3.5）mg/kg”和“＞11±3.5mg/kg”[11]，本研究建立的湖南省晚稻土壤速效磷“低”、“中”、“高”豐缺指標分別為“＜1.3mg/kg”、“1.3～19.0mg/kg”和“＞19.0mg/kg”。

以往研究對于水稻土養分指標的研究一般忽略了早稻、晚稻和中稻的指標差異[15]，但實際上早稻、晚稻和中稻生長對于磷素養分的需求是有差異的，因而在研究土壤速效磷指標時不僅要考慮不同類型的作物，同一類型作物不同季別的差異也應給予充分考慮。研究建立的湖南省不同地區的晚稻土壤速效磷的“低”、“中”、“高”豐缺指標與早稻[14]相比均有一定的差異。

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