西南區不同地域雜交中稻的地力產量對氮高效施用量及其農學利用率的影響

徐富賢 劉茂 張林 周興兵 朱永川 郭曉藝 蔣鵬 熊洪

（四川省農業科學院水稻高粱研究所/農業部西南水稻生物學與遺傳育種重點實驗室，四川德陽618000；第一作者：xu6501@163.com）

西南區不同地域雜交中稻的地力產量對氮高效施用量及其農學利用率的影響

徐富賢 劉茂 張林 周興兵 朱永川 郭曉藝 蔣鵬 熊洪

（四川省農業科學院水稻高粱研究所/農業部西南水稻生物學與遺傳育種重點實驗室，四川德陽618000；第一作者：xu6501@163.com）

為了提高雜交水稻的施氮效率，2009-2016年以雜交中稻品種Ⅱ優7號、渝香優203、川香優9838、蓉18優1015為材料，在我國西南稻區的四川、重慶、云南、貴州4省（市）的7個生態點，采用相同的施氮量方案，研究了地理位置、土壤養分對稻谷地力產量的影響及其與高效施氮量和氮肥利用效率的關系。結果表明，稻田地力產量受土壤供肥能力影響較大，在西南區4個省（市）的7個生態點的地力產量變幅為5 251.4～8 559.2 kg/hm2，4個品種的地力產量對施氮高產處理的平均貢獻率73.55%～83.67%；7個生態點的地力產量對施氮高產處理的平均貢獻率為80.05%，建立了稻田地力產量與土壤養分的回歸預測模型，決定系數76.77%～99.99%。指出地力產量與土壤全氮、全磷呈顯著正效應，與海拔、全鉀和有效磷呈極顯著負效應。西南稻區土壤氮供應不足，需要補施氮肥才能獲得較高產量，施磷肥和施鉀肥不是西南稻區水稻增產的主攻方向。建立了水稻氮高效施用量及其農學利用率與地力產量的回歸預測方程，決定系數分別為66.68%和65.46%。稻田地力產量從5 250 kg/hm2到9 000 kg/hm2，相應的氮高效施用量為192.21～74.46 kg/hm2、氮高效施用量的農學利用率為19.88～4.51 kg/kg，可作為指導大面積高效施氮的參考依據。

西南稻區；雜交中稻；地力產量；氮高效施用量；農學利用率

2015年我國水稻種植面積3 021.3萬hm2，總產2.08億t、單產6.89 t/hm2，稻谷總產和單產均再創歷史新高[1]。我國西南稻區現有稻田面積460多萬hm2，以種一季雜交中秈稻為主，各地水稻生產高產典型層出不窮，但無一不是通過肥料的高投入下獲得[2]。因此，在水稻高產前提下如何減肥增效是當前及今后很長時期內水稻栽培的熱點課題之一[3-5]。

關于氮肥管理對水稻產量的影響國內已有較多研究[3-14]。多數認為，適當減少前期氮肥施用量，增加中后期穗肥或粒肥施用量有明顯的增產效果[6，8-12]；也有研究表明，氮肥后移沒有增產作用[13-14]。徐富賢等[7]則指出，氮肥施用量與氮后移比例對稻谷產量的影響試驗點間表現各異，取決于試驗地點的土壤肥力，氮后移的增產效果及高效施氮量分別與地力、產量呈顯著負相關，當未施肥的空白處理產量超過7 000 kg/hm2時，氮后移沒有增產作用。水稻精確定量栽培是目前實現高產與氮高效利用的重要途經之一，其關鍵技術是以稻田地力產量和目標產量確定其最佳高產高效施氮量[6]。我國地域遼闊，不同地區生態條件、稻田肥力水平千差萬別，對稻田地力產量和潛力產量均有較大影響[15-17]，并針對不同地力稻田開展了水稻高產栽培的目標產量確定[17]、不同基礎地力土壤優化施肥技術[18-19]等研究。但就如何因地制宜、精準地確定稻田地力產量和氮高效施用量是一個至今仍未能很好解決的生產實際問題[7]。為此，本文通過多點多年氮肥施用量試驗，研究了西南稻區地理位置、土壤養分對稻谷地力產量的影響及其與高效施氮量和氮肥利用效率的關系，以期為西南稻區水稻高產節氮技術的制定與實踐提供科學依據。

1 稻田地力產量與地理位置及土壤基礎肥力關系研究

1.1 試驗設計

2009年以大面積推廣的雜交中稻品種Ⅱ優7號、渝香優203為材料，在西南稻區的四川、重慶、云南、貴州4省（市）的7個生態點（表1）進行。均采用相同的試驗方案，按各地常年高產播種期播種，地膜濕潤育秧，中苗移栽，栽插規格30.0 cm×16.7 cm，每叢栽2株苗。在施P2O575 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2用作底肥基礎上，試驗設4個施氮水平：0、90、150、210 kg/hm2（其中，底肥占60%、蘗肥占20%、穗肥占20%），并以不施任何肥料的空白處理作對照（CK）。試驗采用裂區設計，以肥料為主處理，品種為副處理，共10個處理，3次重復。小區面積16.5 m2，小區間走道寬53.3 cm，扎單埂，區組間走道寬86.6 cm，扎雙埂，均用地膜包覆。

表1 各試驗點的地理位置及稻田基礎肥力

2010年以渝香優203為材料，在2009年的各試驗點附近只設不施肥的空白處理，3次重復，其他密、肥、水措施與2009年相同。

1.2 水稻氮高效施用量及其農學利用率與地力產量關系研究

2011-2012年以雜交中稻川香優9838為材料，在西南稻區的四川、重慶、云南、貴州4省（市）的5個或6個生態點，選擇土壤質地均勻的中上等肥力稻田開展試驗。所有試驗點均采用相同的試驗方案，按各地常年春季高產播種期播種，地膜濕潤育秧，中苗移栽葉齡4.5葉，移栽規格30.0 cm×16.7 cm，每叢栽2株苗。將磷肥（P2O575 kg/hm2）和鉀肥（K2O 105 kg/hm2）全部作底肥基礎上，設4個施氮量處理：0、105、150、195 kg/hm2。小區面積16.5 m2，3次重復，小區間走道寬53.5 cm，扎單埂，區組間走道寬86.5 cm，扎雙埂，均用地膜包覆。成熟期收小區實產。小區實產和千粒重均按13.5%含水量折合為標準質量。

2015-2016年在四川省農業科學院水稻高粱研究所瀘縣基地冬水田進行密肥試驗。以大面積推廣的高產雜交中稻品種蓉18優1015為材料，2015年于3月5日、2016年于3月8日播種，地膜濕潤培育中苗秧，4.5葉移栽本田，每叢栽2株。在施P2O575 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2用作底肥基礎上，試驗設4個施氮量水平：0、75、150、225 kg/hm2（其中，底肥占70%、蘗肥占30%），3個移栽密度：12.50、18.75、28.13萬叢/hm2。試驗采用裂區設計，以施氮量為主區，移栽密度為裂區，共12個處理，3次重復。小區面積13.34 m2，小區間走道寬35 cm，區組間走道寬45 cm，各施氮量的區組四周用田間肥料試驗專用塑料板隔離，塑料隔板高度45 cm，其中入泥30 cm左右，隔板與第1行秧苗間距6～8 cm。成熟期收小區實產和千粒重均按13.5%含水量折合為標準質量。

1.3 考查項目

用GPS定位儀測定各點試驗田所處位置的經度、緯度，用180K海拔儀測海拔高度；在本田施肥前按梅花五點取樣法，取稻田0～25 cm耕作層混合土樣2 kg并風干。所有土壤（3次重復混和樣）均集中于四川省農業科學院水稻高粱研究所，統一送四川省農業科學院分析測試中心分析各試驗點稻田基礎土壤肥力。成熟期收小區實產，并按13.5%的籽粒含水量折合單產。

1.4 統計分析

首先對各處理籽粒產量進行7個點與各處理間的方差分析，然后利用各試驗點、各試驗處理的稻谷地力產量（y），分別與試驗點的經度（x1）、緯度（x2）、海拔（x3），土壤基礎肥力的有機質（x4）、全氮（x5）、全磷（x6）、全鉀（x7）、pH（x8）、有效氮（x9）、有效磷（x10）、有效鉀（x11）進行逐步回歸分析。所有計算由DPS數據處理系統和Excel操作系統完成。

表2 各試驗點水稻地力產量（kg/hm2）

表3 稻谷地力產量（y）與試驗點的地理位置、土壤養分（x）的回歸分析

2 結果與分析

2.1 地理位置及稻田基礎肥力對稻田地力產量的影響

從表2可見，2009-2010年2個參試品種在西南區7個生態點的地力產量變幅為5 251.4～8 559.2 kg/ hm2。為了探索地理位置及稻田基礎肥力對地力產量的影響，以表1各試驗點的地理位置和試驗田的養分測試值為自變量，以表2地力產量的稻谷產量為因變量進行多元回歸分析。從分析結果（表3）可見，2009年Ⅱ優7號的地力產量與有效氮（x9）呈顯著正效應，與有效磷（x10）呈極顯著負效應；渝香優203則分別與有機質（x4）、有效氮（x9）呈極顯著正效應，與全鉀（x7）、有效磷（x10）和有效鉀（x11）呈極顯著負效應。2010年渝香優203地力產量與全氮（x5）、有效氮（x9）和有效磷（x10）呈極顯著正效應，與有機質（x4）和pH值（x8）呈顯著或極顯著負效應。將以上2年數據合并分析結果顯示，地力產量分別與全氮（x5）、全磷（x6）呈顯著正效應，與海拔（x3）、全鉀（x7）和有效磷（x10）呈極顯著負效應。

以上結果表明，稻田地力產量主要受土壤供肥能力影響，但不同年度間、品種間受影響的主要因子不完全相同，可能與各年度間、試驗點間土壤供肥狀況差異有關。分品種的回歸預測模型的決定系數高達97.82%～99.99%，總體決定系數76.77%，表明用以預測稻田地力產量的可靠度較高。總體表現為與全氮或有效氮呈顯著正效應，說明供試土壤中氮的供應不足，需要補充氮肥才能獲得較高產量；而磷、鉀則有呈負效應表現，表明供試土壤中磷、鉀含量較高，施磷、鉀肥不是西南稻區水稻增產的主攻方向。

2.2 水稻氮高效施用量及其農學利用率與地力產量關系

從表4可以看出，未施氮處理（施P2O575 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2）產量與無肥區（CK）產量差異不顯著，說明試驗基礎土壤不缺磷、鉀。因此，以后試驗均用無氮區產量代表空白區產量研究氮肥高效施用量（高效施氮量為各施氮水平中產量在較高產水平中的最低施氮量）[20]及其農學利用率[（高效施氮量處理的產量-無氮區產量）/高效施氮量]與地力產量的關系。

本研究結果表明，不同年度和試驗地點間的稻田地力產量、氮高效施用量及其農學利用效率差異較大，如2009年的變幅分別為5625.60～8312.70 kg/hm2、90～150 kg/hm2和4.98～15.48 kg/kg（表4）；2011年、2012年的變幅分別為5072.1～8070.6 kg/hm2、105～195 kg/hm2和8.82～25.31 kg/kg（表5），2015年、2016的變幅分別為6 694.56～8 351.55 kg/hm2、75～150 kg/hm2和10.68～15.74 kg/kg（表6）。不同品種地力產量對高產的貢獻率（地力產量/施氮最高產量×100%），以渝香優203最高為71.22%～94.43%，平均83.67%；Ⅱ優7號為71.14%～92.57%，平均82.29%（表4）；蓉18優1015為73.93%～89.60%，平均80.68%（表6）；川香優9838最低為58.03%～89.74%，平均73.55%（表5）。西南稻區地力產量對高產的平均貢獻率為80.05%。

表4 不同地點和施氮量下的收割產量 （2009）

表5 不同地點和施氮量下的水稻收割產量（川香優9838）

表6 不同密度和施氮量下的水稻收割產量（蓉18優1015）

為了明確水稻地力產量對氮高效施氮量及其農學利用效率的影響，分別將水稻氮高效施用量及其農學利用率與地力產量的回歸分析結果列于表7、表8。從分析結果看出，水稻氮高效施用量、農學利用率分別與零氮水平下水稻地力產量呈顯著負相關關系，即地力產量越高的稻田，其氮農學利用率越低，氮高效施用量也越低。

2.3 氮高效施用量與目標產量預測

在大面積水稻生產中，為了提高稻田施氮效率，需要明確不同稻田地力產量下的氮高效施用量。為此，分別應用表7、表8中多年合計的氮高效施用量及農學利用率與稻田地力產量的回歸方程（其回歸方程r值分別為-0.8166**、-0.8091**，決定程度高達66.68%和65.46%），計算出預測值，再利用試驗測定值與預測值之間的均方差根（RMSE）對模型進行檢驗[21]，RMSE分別為2.07%和0.59%，測定數據與預測值之間表現較好一致性。因此，可用這2個回歸方程作為預測不同地力產量下的氮高效施用量及農學利用率。從預測結果（表9）可見，稻田地力產量從5 250 kg/hm2到9 000 kg/ hm2，其氮高效施用量為192.21～74.46 kg/hm2，氮高效農學利用率為19.88～4.51 kg/kg，可作為指導大面積高效施氮的參考依據。

表7 水稻氮高效施用量（y）與稻田地力產量（x）的回歸分析

表8 水稻氮高效施用量下的農學利用率（y）與稻田地力產量（x）的回歸分析

表9 不同稻田地力產量下的氮高效施用量與氮農學利用率

3 討論

3.1 稻田水稻地力產量的確定方法

由于不同地區稻田生態條件和土壤肥力有較大差異，必然造成水稻地力產量的差異。李建軍等[15]研究指出，2003-2012年在農民習慣性耕作施肥管理水平下，全國各區域土壤基礎地力的高低順序為長江中下游區＞東北區≥華南區＞西南區；鄒應斌等[16]根據2012-2013年在海南澄邁、廣東懷集、廣西賓陽、湖南長沙和貴州興義5個地點進行的不同施氮量、不同品種大田試驗的結果顯示，各試驗地點的平均基礎地力產量（不施氮處理）以興義點最高（10.52 t/hm2），其次為長沙、澄邁、賓陽，懷集點最低（4.53 t/hm2）；梁濤等[17]進一步研究表明，四川盆地不同生態區土壤基礎地力和養分供應能力均表現為成都平原＞盆地中部淺丘區＞盆地周邊丘陵區＞盆地東部丘陵區。稻田地力產量是確定水稻高產栽培的目標產量[16]、水稻高產高效施氮量[6]及其是否采用氮后移技術的重要依據[7]。因此，面對大面積生產不同田塊，如何準確、簡便地確定其地力產量尤為重要。而目前通常采用的方法是通過無肥區實測產量[15-19]，雖然準確率高，但耗時長（需5～6個月），難以應用于生產上以億計數的田塊測算，生產實用性不強。本研究初步建立了西南區稻田地力產量與海拔（x3）、全氮（x5）、全磷（x6）、全鉀（x7）和有效磷（x10）的關系模型，決定系數為76.67%～99.99%（表3），可以利用先期各縣對稻田土壤普測及測土配方施肥項目的土壤養分含量（或針對目標田塊速測土壤養分）預測地力產量，具有普遍實用性。由于稻田地力產量還與種植的水稻品種有關[16]，因此需針對生產上推廣面積較大的典型品種建立稻田地力產量與地理位置和土壤養分含量的預測模型，方能提高其預測精度，本預測模型可作為其他品種預測地力產量的參考依據。

3.2 稻田高效施氮量的確定方法

本田插秧密度與施肥技術的耦合是水稻高產、肥料高效利用的核心技術[2，5]，不同地力下水稻高產施氮量各異[7]。土壤基礎地力越高越容易實現水稻高產，土壤基礎地力與土壤貢獻率呈顯著正相關，而與肥料貢獻率呈顯著負相關，土壤基礎地力越高，產量可持續性和穩定性越高[15，17]。培肥土壤地力是實現水稻目標產量栽培的重要舉措[16]，而優化施肥則可降低水稻產量對土壤基礎地力的依賴，提高氮肥利用率[18]。基蘗肥運籌比例對產量及氮素利用率的影響因地力水平的差異而不同，并受總施氮量的影響；在低地力下要保證高產并減少氮肥用量，必須注重基蘗肥的合理運籌，保證一定量的基肥投入，并調整好基蘗肥比例[19]。

以上研究結果說明，在基于稻田地力產量條件下明確適宜的氮高效施用量，是水稻獲得高產高效的重要基礎，但怎樣根據稻田的地力產量確定其高產施氮量，是一個難度較大的問題。李建軍等[15-16]認為，稻田土壤基礎地力與相對應的施肥區產量之間存在顯著正相關關系，即土壤基礎地力的提升可以實現土壤生產力的提高，施肥增產量與基礎地力產量貢獻率呈極顯著的負相關關系。梁濤等[17]研究結果顯示，四川盆地稻田土壤氮、磷、鉀養分供應量分別為103.0～120.0 kg/hm2、23.2～27.5 kg/hm2和139.0～185.0 kg/hm2，土壤養分對產量的平均貢獻率達到78.2%、88.8%、90.8%，而施肥對產量的貢獻率低于30.00%，且氮肥的增產效果高于磷肥和鉀肥。本研究結果表明，供試品種地力產量對高產的平均貢獻率以渝香優203最高為83.67%，Ⅱ優7號為82.29%，蓉18優1015為80.68%，川香優9838最低為73.55%；西南稻區地力產量對高產的平均貢獻率為80.05%，并根據稻田地力產量初步建立了預測氮高效施用量及其農學利用率的回歸方程。其中，基于稻田地力產量獲得的氮高效預測值，可直接應用于大面積生產；而基于稻田地力產量獲得的農學利用率預測值，則需配合目標產量進一步推算出氮高效施用量。

4 結論

稻田地力產量受土壤供肥能力影響較大，Ⅱ優7號和渝香優203在西南稻區4個省（市）的7個生態點的地力產量變幅為5 251.4～8 559.2 kg/hm2，供試品種地力產量對施氮高產的平均貢獻率以渝香優203最高為83.67%，Ⅱ優7號為82.29%，蓉18優1015為80.68%，川香優9838最低為73.55%；西南稻區地力產量對施氮高產的平均貢獻率為80.05%，建立了稻田地力產量與土壤養分的回歸預測模型，決定系數為76.77%～99.99%。指出地力產量分別與土壤全氮、全磷呈顯著正效應，分別與海拔、全鉀和有效磷呈極顯著負效應。西南稻區土壤氮供應不足，需要補施氮肥才能獲得較高產量，施磷、鉀肥不是西南稻區水稻增產的主攻方向。分別建立了水稻氮高效施用量及其農學利用率與地力產量的回歸預測方程，決定系數分別為66.68%和65.46%。稻田地力產量從5 250 kg/hm2到9 000 kg/ hm2，其氮高效施用量為192.21～74.46 kg/hm2，氮高效農學利用率為19.88～4.51 kg/kg，可作為指導大面積高效施氮的參考依據。

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Effects of Soil-based Yield at Different Region in Southwest China on Optimized Application Amounts of Nitrogen and its Agronomic Efficiency of Mid-season Hybrid Rice

XU Fuxian,LIU Mao,ZHANG Lin,ZHOU Xingbing,ZHU Yongchuan,GUO Xiaoyi,JIANG Peng,XIONG Hong
（Rice and Sorghum Research Institute,Sichuan Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Southwest Rice Biology and Genetic Breeding，Ministry of Agriculture,Deyang,Sichuan 618000,China;1st author:xu6501@163.com）

In order to improve the nitrogen efficiency of hybrid rice,the soil-based yield,optimized application amounts of nitrogen and its agronomic efficiency of mid-season hybrid rice were studied,usingⅡ-you 7,Yuxiangyou 203,Chuanxiangyou 9838 and Rong18 you 1015 as materials,in different ecological sites,soil nutrient statuses and N application levels in 2009-2016.Data were analyzed by using variance correlation,correlation regression and partial correlations.The results showed that the soil-based yield were influenced greatly by soil nutrient statuses,the variations of soil-based yield ranged from 5072.1 to 8351.55 kg/hm2at 7 ecological sites in Southwest China,the contributions of the soil-based yield（the percentage of the soil-based yield in the fertilized yield）ranged from73.55%to 83.67%on the average of four varieties and 80.05%on the average of seven locations,the regression forecasting model were established between the soil-based yield and soil nutrient statuses（R2ranged from76.77%to 99.99%）.There were significant positive effects between the soil-based yield and total nitrogen,total phosphorus of soil，and has significant significantly negative effects with altitude,total potassium and effective phosphorus,respectively.Need to fill nitrogen supply to obtain rice high yield because of the soil nitrogen deficiency,P and K application is not the main direction for increasing rice yield in the Southwest area China.Regression equations were established respectively between optimized application amounts of nitrogen as well as its agronomic efficiencies and the soil-based yield in rice（R266.68%and 65.46%）.Applying optimized application amounts of nitrogen ranged from 192.21～74.46 kg/hm2or the agronomic efficiencies ranged from 19.88～4.51 kg grain/kg N as the soil-based yield ranged from 5 250 kg/hm2to 9 000 kg/hm2,which would be used as the scientific basis for the determination of efficient applied N amount for full scale rice cultivation.

Southwest China;mid-season hybrid rice;soil-based yield;efficient applied nitrogen amount;agronomic efficiency

S511.04

A

1006-8082（2017）04-0044-07

2017－05－01

國家現代農業產業技術體系建設專項（CARS-01-29）；國家公益性行業（農業）專項（20120302）；國家糧食豐產科技工程（2013BAD07B13-05）；四川省財政基因工程