水稻產量主要養(yǎng)分限制因子及養(yǎng)分運籌應對技術研究

艾玉春， 董 月， 汪吉東， 張永春

(1.江蘇省農業(yè)科學院農業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京 210014;2.農業(yè)部江蘇耕地保育科學觀測實驗站，江蘇 南京210014)

江蘇省是中國重要的水稻生產大省。在水稻高產研究方面，中國的水稻栽培理論與技術研究居世界領先水平［1-3］。在主攻單產的同時，兼顧優(yōu)質、高效、生態(tài)和稻米安全的栽培理論與技術越來越受到重視。通過增施有機肥，以及采用根據(jù)倒三葉葉色差進行施肥的葉色診斷施肥技術和區(qū)域化精確定量施肥技術，取得了顯著的增產效果［4-5］。但由于各地環(huán)境氣候條件、栽培方式、耕作制度等的差異，相關栽培技術措施具有很大的局限性。生產中高產與優(yōu)質、高產與資源高效、高產與生態(tài)安全仍然是水稻生產中十分突出的問題［6］。

丹陽市、金壇市及姜堰市是江蘇省重要的水稻生產基地，其中丹陽市和姜堰市區(qū)劃屬蘇中地區(qū)［7］。丹陽市、金壇市及姜堰市由于區(qū)位接近，氣候相似，經濟水平相近，水稻種植管理水平相當，因此在本研究中作為泛蘇中水稻種植區(qū)。目前該區(qū)稻田肥料施用方式是無機化、高量施肥，水稻的平均氮肥用量已達300 kg/hm2，有的農田甚至高達350 kg/hm2，肥料的增產作用逐漸降低，對環(huán)境的污染卻不斷加重［8-10］。本試驗系統(tǒng)研究不同地力稻田養(yǎng)分的合理投入問題，確定不同地力稻田影響?zhàn)B分投入效率的主要限制因子，并開展相應的養(yǎng)分運籌研究，以期為該水稻種植區(qū)養(yǎng)分的合理及高效投入提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

根據(jù)2008～2009年測土配方施肥調查結果，以基礎產量為依據(jù)，結合當?shù)赝寥罈l件和平均產量，確定基礎地力條件下產量高于6 000 kg/hm2的田塊為高產田，產量低于6 000 kg/hm2的田塊為低產田。2011年在確定的丹陽市和姜堰市高、低產田塊上開展水稻養(yǎng)分最佳投入方式試驗，在金壇市開展氮肥運籌試驗。各試點土壤基本理化性狀見表1。

養(yǎng)分最佳投入方式試驗(OPT):在丹陽和姜堰高、低產田塊中各布置1個試驗，共4個。處理設計為:(1)CK(不施肥);(2)NPKZn(施 N 240 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2、ZnSO4·7H2O 15 kg/hm2);(3)OPT-N(不施氮處理，其他養(yǎng)分施用量同處理2);(4)OPT-P(不施磷處理，其他養(yǎng)分施用量同處理2);(5)OPT-K(不施鉀處理，其他養(yǎng)分施用量同處理2);(6)OPT-Zn(不施鋅處理，其他養(yǎng)分施用量同處理2);(7)FFP(農民習慣);(8)OCC(有機無機配合施用處理，以氮為衡量指標，30%有機肥+70%化肥，有機肥施用腐熟豬糞)。氮肥施用均采用4∶3∶2∶1(基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥)方式，鉀肥施用方式為基肥與穗肥各50%，其他肥料均作基肥一次施用。每個試驗小區(qū)面積為20 m2，每個處理重復3次。

氮肥運籌試驗在金壇市水稻基礎產量差異較大的2地塊進行。處理設計為:(1)CK(不施肥);(2)10∶0∶0∶0(基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥);(3)4∶3∶2∶1(基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥);(4)4∶2∶2∶2(基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥);(5)3∶2∶3∶2(基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥);(6)2∶2∶4∶2(基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥);(7)1∶2∶5∶2(基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥);(8)4∶2∶2∶2(基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥)。處理2～7中K肥基肥與穗肥各50%，處理8中鉀肥100%作基肥。整個生育期施N 240 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2、ZnSO4·7H2O 15 kg/hm2;磷肥和鋅肥全部一次性作基肥。每個試驗小區(qū)面積為20 m2，每個處理重復3次。

表1 各試驗點土壤基本理化性狀Table 1 Soil basic properties at each plot

1.2 取樣及分析

各試點植株樣品于2011年10月18日-10月25日采集，每個處理隨機取20穴混勻后帶回考種。植株樣品于60℃烘干后磨細，留存分析全氮、全磷、全鉀含量。

植株樣品采用H2SO4-H2O2消煮法消解后進行養(yǎng)分含量測定，全氮、全磷、全鉀分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法、火焰光度計法測定。

1.3 測定指標及方法

通過以下公式計算氮肥利用率、利用效率等參數(shù)，氮收獲指數(shù)(氮轉移效率)=籽粒氮積累總量/植株氮積累總量×100%;氮生理效率(氮利用效率或氮效率比)=生物量(kg)/植物吸氮量(kg);氮肥效率(氮肥偏生產力或氮肥生產效率)=經濟產量(kg)/施氮量(kg);氮肥利用率=(施氮處理作物吸氮量-不施氮處理作物吸氮量)/施氮量×100%。

2 結果

2.1 不同地力條件和不同施肥方式下的水稻產量

養(yǎng)分最佳投入方式試驗(OPT)結果(表2)顯示，4個試驗點中，各處理都以NPKZn處理產量最高，缺Zn處理產量次之，缺氮處理水稻減產最多。與NPKZn處理相比，丹陽高、低肥力土壤缺氮處理產量分別減產24.2%、29.7%，姜堰高、低肥力試驗點缺氮處理產量分別降低36.8%、41.8%。丹陽和姜堰兩地都以低肥力試驗點不施氮處理的產量降幅大于高肥力試驗點，表明低肥力土壤對氮的敏感性更強。不施磷肥、鉀肥下各試驗點水稻當季產量降幅分別為2.0% ～12.5%、2.6% ～13.5%。丹陽2個試驗點不施磷、鉀的水稻產量降幅均高于姜堰試點，這與丹陽地區(qū)土壤有效磷、速效鉀含量低于姜堰有關。各試驗點不施Zn下水稻產量降幅為1.1%～3.8%，也表現(xiàn)為丹陽試點的水稻產量低于姜堰試驗點。各試驗點中有機無機肥料配合處理水稻產量比NPKZn處理產量略低，降幅為2.6%～3.6%。而農民習慣施肥處理水稻產量降幅為3.8% ～6.6%。

表2 丹陽和姜堰試驗點水稻養(yǎng)分最佳投入方式試驗(OPT)的水稻產量Table 2 Rice production of OPT experiments in Danyang and Jiangyan

2.2 不同地力條件和不同施肥方式下的水稻養(yǎng)分吸收量

在丹陽農民習慣施肥處理的高肥力及低肥力試驗點的水稻氮、鉀吸收量都大于合理施肥的NPKZn處理(表3)。有機和無機肥配合施用處理在低肥力試驗點氮、鉀的吸收量則顯著高于對應的NPKZn處理，而在高肥力試驗點與NPKZn處理差異不顯著;有機與無機配合施用處理在高肥力、低肥力兩試驗點水稻的磷吸收量差異都較小。說明在丹陽施肥方式對氮、鉀吸收量的影響比對磷吸收量的影響要大，姜堰試驗點也存在相同趨勢(表4)。

不同肥力水平試驗點間水稻的磷、鉀養(yǎng)分吸收量存在差異。在姜堰低地力土壤水稻的磷、鉀吸收量分別為 24.0～40.5 kg/hm2、133.5～247.5 kg/hm2，平均值分別為 37.5 kg/hm2、241.5 kg/hm2，而高地力土壤水稻的磷、鉀吸收量分別為 19.5～33.0 kg/hm2、123.0 ～214.5 kg/hm2，平均值分別為31.5 kg/hm2、207.0 kg/hm2;但無論丹陽及姜堰，高肥力土壤水稻氮素吸收量都高于低肥力土壤。結合水稻產量(表2)可以看出，氮素供應能力可能是土壤肥力高低的決定性因子，而水稻產量的主要限制因子為氮肥。

表3 丹陽試驗點不同肥力農田水稻的養(yǎng)分吸收量Table 3 Rice nutrient accumulation in high-yielding and low-yielding fields of Danyang

表4 姜堰不同肥力農田水稻的養(yǎng)分吸收量Table 4 Rice nutrient accumuⅠation under different fertility in Jiangyan

2.3 不同氮肥運籌對水稻產量的影響

氮肥運籌試驗結果(表5)顯示，施用氮肥處理的產量較不施肥對照均大幅上升，氮肥運籌(基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥)為1∶2∶5∶2時水稻在高、低肥力土壤中產量均最高，而以10∶0∶0∶0處理產量最低，莖稈產量也呈相同趨勢。表明適當將氮肥施用期后移，保持穗肥∶粒肥比例為 3∶7可獲得較高的產量和生物量。

2.4 不同基施比例下氮肥利用率比較

不同肥力土壤中水稻的氮肥利用率差異明顯。在高肥力土壤中，不同施肥方式下的氮肥利用率為24.6% ～38.3%，以單施基肥處理最低，而基肥比例為10%的處理最高(表6);在低肥力土壤中，水稻的氮肥利用率為16.0%～26.2%，處理間的變化同高肥力土壤(表7)。

表5 不同肥料運籌對水稻產量的影響Table 5 Effect of fertilizer application mode on the yield of rice

表6 高肥力土壤中不同基施比例下水稻氮素累積與氮肥利用率Table 6 Nitrogen accumulation and nitrogen use efficiencies in high-yielding soil with different nitrogen application modes

表7 低肥力土壤中不同基施比例下水稻氮素累積與氮肥利用率Table 7 Nitrogen accumulation and nitrogen use efficiencies in low-yielding soil with different nitrogen application modes

3 討論

研究結果表明在水稻生產過程中，大部分農民沒有根據(jù)土壤基礎地力進行施肥量的調節(jié)，與最佳養(yǎng)分投入(NPKZn處理)結果對比，農民習慣施肥的水稻產量降低3.8% ～6.6%，存在養(yǎng)分投入不平衡，養(yǎng)分利用效率低等情況。根據(jù)稻田土壤基礎地力，進行合理的養(yǎng)分管理，在增加水稻產量的同時提高氮肥利用率，對降低生產成本，減少環(huán)境污染，實現(xiàn)水稻優(yōu)質、高產、高效生產具有十分重要的意義［11-12］。

地力水平和施肥量對水稻產量和生物量影響顯著。本試驗中，江蘇省內肥力高、低不同的4個試驗點各處理都以NPKZn處理產量最高，缺Zn處理產量次之，而其他缺素處理中以缺氮處理水稻減產最多，這說明合理施氮對水稻增產效果顯著，氮素供應能力可能是土壤肥力高低的決定性因子，水稻生產中的主要限制因子為氮肥，這與劉艷陽等［13］的研究結果一致。土壤肥力水平對水稻氮肥當季利用率也有一定影響，表現(xiàn)為低肥力土壤對氮的敏感性更強。趙海東等［14］研究發(fā)現(xiàn)肥料當季利用率與土壤肥力成反比，不同肥力水平條件下水稻當季肥料利用率大小順序為低肥力＞中肥力＞高肥力。

李菊梅等［15］研究發(fā)現(xiàn)有機無機肥合理配施能夠顯著降低稻田氨揮發(fā)，減少氮素損失，提高氮肥利用效率。本試驗結果表明有機無機肥配施處理與NPKZn處理的水稻養(yǎng)分吸收和利用率并無顯著差異。增施有機肥能夠減少化肥投入，在節(jié)約資源的同時可減少氮肥損失帶來的環(huán)境壓力［16］。

適當減少水稻基肥、蘗肥，增加穗肥能夠提高水稻籽粒產量和生物量，基肥∶蘗肥∶穗肥∶粒肥比例為1∶2∶5∶2是該研究區(qū)最佳氮肥施用比例。吳文革等［17］研究發(fā)現(xiàn)，在雙季稻北緣地區(qū)適當減少蘗肥，增加穗肥有利于促進水稻干物質的積累，提高產量。前氮后移，減少基蘗肥，增加穗肥施用量，能夠為水稻的整個生育期提供較為平衡合理的氮素供應，促進水稻氮素吸收，提高當季水稻氮素利用效率［15，18］。

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