減肥增效措施下的水稻肥效研究*

李接勵，廖紅蕖，袁 宸，梁 濟，陳明良

(上海化工研究院有限公司 上海 200062)

化肥是作物的“糧食”，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的貢獻不容置疑。在過去的幾十年中，由于化肥的大量施用導致肥料利用率逐漸降低。在當前的新形勢下，化肥走過了總量增長階段，迎來了減施增效新階段[1]。“3414”肥料方案作為原農(nóng)業(yè)部測土配方施肥技術(shù)規(guī)范推薦采用的方案設(shè)計[2]，吸收了回歸最優(yōu)設(shè)計處理少、效率高的優(yōu)點，被國內(nèi)肥料效應(yīng)田間試驗研究廣泛應(yīng)用，不僅在水稻、玉米、小麥、甘薯等糧食作物上得到應(yīng)用[3-6]，近年來在草莓種苗繁育[7]、三七生產(chǎn)[8]等較高經(jīng)濟作物上也借鑒了這種高效研究方法。“3414”試驗針對性強，針對不同作物品種、不同生產(chǎn)環(huán)境、不同土壤肥力，都能得出適宜于該作物品種種植的最佳施肥方案。通過在上海市崇明區(qū)滧東村連續(xù)2年“3414”試驗設(shè)計下的水稻種植，得到了適宜于當?shù)厮咀魑锷L的較佳施肥方案。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點設(shè)在上海市崇明區(qū)滧東村，水稻種植時間為2017年3月至2018年11月，數(shù)據(jù)為2年平均值。

試驗地灌溉條件良好，供試土壤理化性狀如表1所示。

表1 供試土壤理化性狀

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 試驗因素與水平

以南粳46為供試品種，采用“3414”田間肥效試驗方案，設(shè)置三因素四水平共14個處理。三因素指氮、磷、鉀3個因素，四水平指每個因素的施肥量為當?shù)爻Ｒ?guī)施肥量的0.0、0.5、1.0以及1.5倍4個水平。

1.2.2 試驗小區(qū)設(shè)置

試驗設(shè)3次重復(fù)，共42個小區(qū)，數(shù)據(jù)取3個重復(fù)的平均值。每個小區(qū)為4 m×6 m的長方形地塊，各小區(qū)之間田埂包裹薄膜以防止水肥互竄流通。小區(qū)周圍設(shè)置保護行，每個小區(qū)設(shè)置標識牌并標記小區(qū)號及處理編號。

1.2.3 施肥方案

磷肥和鉀肥作為基肥一次性施入；氮肥以追肥形式分3次施入，每次施入量分別占總質(zhì)量的20%、40%和40%。不同處理施肥情況如表2所示，其中：各處理中“0”表示不施肥，“1”表示施肥量為當?shù)爻Ｒ?guī)施肥量的0.5倍，“2”表示施肥量為當?shù)爻Ｒ?guī)施肥量的1.0倍，“3”表示施肥量為當?shù)爻Ｒ?guī)施肥量的1.5倍；尿素中w(N)按46.00%、氯化鉀中w(K2O)按60.00%、普鈣中w(P2O5)按10.61%折合計算；1畝=667 m2，下同。

1.3 測定內(nèi)容與方法

1.3.1 土壤測定

試驗前后采用S取樣法在每個小區(qū)取9個耕層土壤樣品混勻后進行肥力測定，其中：有機質(zhì)采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測定；pH采用電位法(水土質(zhì)量比為2.5∶1.0)測定；全氮采用凱氏定氮法測定；堿解氮采用堿解擴散法測定；速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用1.0 mol/L CH3COONH4浸提，火焰光度法測定。

表2 不同處理施肥情況 kg/畝

1.3.2 水稻農(nóng)藝性狀測定

在每個小區(qū)中隨機框取0.06 m2進行取樣，測定水稻樣品的株高、穗長、有效穗數(shù)、千粒重，并計算谷草比(谷草比=稻谷產(chǎn)量/秸稈產(chǎn)量)。

1.3.3 水稻產(chǎn)量測定

每個小區(qū)分別收獲，脫粒后稱重，按照水稻現(xiàn)場驗收測水分計算單產(chǎn)方法計算產(chǎn)量，計算公式[9]為：產(chǎn)量=實收產(chǎn)量×(1-實測水分含量)×(1-標準水分含量)×667/實收面積。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理，采用DPS 14.5軟件進行數(shù)據(jù)分析，LSD作差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮、磷、鉀肥對水稻農(nóng)藝性狀的影響

各處理水稻農(nóng)藝性狀統(tǒng)計如表3所示。

表3 各處理水稻農(nóng)藝性狀統(tǒng)計

2.1.1 氮肥對水稻農(nóng)藝性狀的影響

分析N0P2K2、N1P2K2、N2P2K2和N3P2K2處理可得：不施氮處理株高顯著低于施氮處理，僅77.11 cm，而施氮處理的株高均大于85.00 cm，施0.5倍氮處理的株高最高，為88.73 cm，各施氮處理間差異不大；不施氮處理的穗長顯著大于正常施氮處理，但與0.5倍和1.5倍施氮處理無顯著差異；不施氮處理的有效穗數(shù)顯著少于其他施氮處理，為229 744.44穗/畝，約為其他處理的50%，而0.5倍施氮處理的有效穗數(shù)最多，但與其他施氮處理無顯著差異；0.5倍施氮處理千粒重最重，顯著大于1.5倍施氮處理，但與不施氮處理和正常施氮處理無明顯差異；從谷草比來看，不施氮處理>0.5倍施氮處理>1.5倍施氮處理>正常施氮處理，且不施氮處理與正常施氮處理、1.5倍施氮處理間呈顯著差異，正常施氮處理的谷草比顯著小于其他處理。

從單因素角度分析氮肥對水稻生長發(fā)育的影響可知，不施氮會顯著限制水稻株高，影響水稻分蘗能力，但能提高水稻光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)化效率；過量施氮將導致水稻不飽滿，降低了水稻谷草比，影響水稻經(jīng)濟產(chǎn)量。

2.1.2 磷肥對水稻農(nóng)藝性狀的影響

分析N2P0K2、N2P1K2、N2P2K2和N2P3K2處理可得：各處理的株高無顯著差異；從穗長來看，1.5倍施磷處理>不施磷處理>0.5倍施磷處理>正常施磷處理，其中1.5倍施磷處理的穗長顯著大于正常施磷處理；各處理有效穗數(shù)、千粒重無顯著差異；不施磷處理的谷草比顯著大于其他處理，1.5倍施磷處理與正常施磷處理無顯著差異但顯著大于0.5倍施磷處理，正常施磷處理與0.5倍施磷處理間無顯著差異。

從單因素角度分析磷肥對水稻生長發(fā)育的影響可知，磷肥的施用對水稻株高、有效穗數(shù)、千粒重無顯著影響，但當?shù)爻Ｒ?guī)施磷量不利于水稻穗長的生長發(fā)育，合理施用磷肥有利于水稻光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化積累。

2.1.3 鉀肥對水稻農(nóng)藝性狀的影響

分析N2P2K2、N2P2K0、N2P2K1和N2P2K3可得：各處理的株高、有效穗數(shù)、千粒重無顯著差異；1.5倍施鉀處理的穗長最長，為13.23 cm，而正常施鉀處理的穗長最短，僅10.64 cm，兩者之間差異顯著；從谷草比來看，0.5倍施鉀處理、正常施鉀處理與1.5倍施鉀處理差異不大，其中1.5倍施鉀處理最大，顯著大于不施鉀處理。

從單因素角度分析鉀肥對水稻生長發(fā)育的影響可知，鉀肥的施用主要影響水稻穗長發(fā)育、改善水稻谷草比、優(yōu)化其光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化效果。

2.2 不同處理對水稻產(chǎn)量的影響

不同處理水稻產(chǎn)量統(tǒng)計(實測含水質(zhì)量分數(shù)為28.0%，標準含水質(zhì)量分數(shù)按13.5%計算)如表4所示，不施肥處理產(chǎn)量明顯低于其他施肥處理，說明肥料是水稻生長過程中不可缺少的養(yǎng)分來源。

表4 不同處理水稻產(chǎn)量統(tǒng)計

分析N0P2K2、N1P2K2、N2P2K2和N3P2K2處理可得，施氮處理的水稻產(chǎn)量明顯大于不施氮處理，說明氮素是水稻生長發(fā)育非常重要的元素，直接影響水稻產(chǎn)量。分析N2P0K2、N2P1K2、N2P2K2和N2P3K2處理可得：不施磷處理的水稻產(chǎn)量明顯低于其他施磷處理；隨著施磷量增加，水稻產(chǎn)量逐漸升高，當施磷量達到常規(guī)施磷量的1.5倍時水稻產(chǎn)量出現(xiàn)下降。這說明過高的施磷量對產(chǎn)量會產(chǎn)生負面影響，原因可能是過高的施磷量影響水稻對鈣、鎂、鐵等中微量元素的吸收，同時還有可能影響水稻對氮的吸收。分析N2P2K2、N2P2K0、N2P2K1和N2P2K3可得，0.5倍施鉀處理的水稻產(chǎn)量最高，其次是未施鉀處理，正常施鉀處理和1.5倍施鉀處理產(chǎn)量均低于未施鉀處理。這說明在該試驗中水稻對外施鉀肥需求量不高，可能是由于土壤中本身鉀含量偏高所致。

2.3 肥料效應(yīng)模型與推薦施肥量

對此試驗進行三元二次肥料效應(yīng)模型擬合，所得三元二次肥料效應(yīng)方程：

(1)

式中：y——稻谷產(chǎn)量；

x1、x2、x3——分別為氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)用量。

從式(1)可看出，二次項系數(shù)為負值，一次項系數(shù)為正值，F(xiàn)檢驗(F=5.27>F0.05=0.06)顯著，方程擬合成功[10-11]，并根據(jù)肥料價格及產(chǎn)品價格(尿素2 000元/t、普鈣600元/t、氯化鉀2 450元/t，當?shù)禺斈甑竟仁召弮r2.90元/kg)得出最大施肥量、最大施肥產(chǎn)量及最佳施肥量、最佳施肥產(chǎn)量[12](表5)。結(jié)果表明，當?shù)刈罴咽┑?N)量為28.04 kg/畝，最佳施磷(P2O5)量為6.72 kg/畝，最佳施鉀(K2O)量為0.61 kg/畝，N、P2O5、K2O質(zhì)量比為1.00∶0.24∶0.02。

表5 N、P2O5、K2O回歸分析 kg/畝

3 結(jié)語

上海市崇明區(qū)滧東村往年水稻施肥量為畝施50 kg尿素、30 kg復(fù)合肥(15-15-15)，折N 27.5 kg、P2O54.5 kg和K2O 4.5 kg。這種不平衡、不根據(jù)實際情況進行調(diào)整的肥料投入，會導致土壤中氮、磷、鉀比例的失調(diào)[13]。試驗證明，肥料仍然是水稻生長發(fā)育中不可缺少的部分，對水稻產(chǎn)量起著決定性作用，而減施增效措施會改善水稻農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量。在化肥的施用中，氮、磷、鉀的合理配施對產(chǎn)量有顯著影響。

通過試驗可得出如下結(jié)論：缺氮會影響水稻植株的分蘗能力，根本性影響產(chǎn)量，根據(jù)當?shù)貭顩r適量施用氮肥能增加水稻有效穗數(shù)；當?shù)爻Ｒ?guī)施磷量不足以滿足植株生長需求，多施磷肥能提高谷草比，改善水稻光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化能力；當?shù)赝寥篮浟枯^高，可適當減少鉀肥施用量。在三因素分析中，結(jié)合邊際收益與邊際成本得出，當?shù)厮咀罴咽┓柿繛榈?N)28.04 kg/畝、磷(P2O5)6.72 kg/畝、鉀(K2O)0.61 kg/畝，N、P2O5、K2O質(zhì)量比為1.00∶0.24∶0.02，此施肥條件下的水稻產(chǎn)量約為637.33 kg/畝。該試驗的三元二次肥料效應(yīng)方程擬合良好，數(shù)據(jù)可靠，有參考價值，對當?shù)厮旧a(chǎn)中化肥的施用能起到指導作用。若在試驗結(jié)果分析中無法成功擬合出三元二次肥料效應(yīng)方程，可建立2種肥料間的二元二次方程或單種肥料的一元一次方程，通過側(cè)面分析各肥料對水稻的影響。