氮、磷和鉀肥配施對寒地粳稻生長發育及產量的影響

趙宏偉，孫立超，賈 琰，俞聰慧，付金旭，趙佳鵬，梅英文，許美榮，羅永緒，王 皓

（東北農業大學農學院，寒地糧食作物種質創新與生理生態教育部重點實驗室，哈爾濱 150030）

水稻是一種重要糧食作物，我國是水稻生產和消費大國，黑龍江省是我國重要水稻生產種植基地之一，水稻高產穩產為我國糧食安全提供重要保障。水稻生長發育過程中，肥料施用是提高水稻產量主要農藝措施之一[1]。營養元素不足導致水稻產量降低，因此，人工施肥，保證土壤養分濃度，可提高水稻產量[2]。

氮磷鉀是水稻生長過程中最主要營養元素，氮肥對水稻促進作用最大。研究表明，隨氮肥施用量增加，水稻株高、分蘗數和有效穗數增加，生育前期葉面積逐漸增加，隨生育進程推進，氮肥用量過高導致內部競爭加劇，群體結構惡化，增加無效分蘗數，降低水稻生育后期葉面積，影響生育后期光合產物生產，導致產量降低[3-4]。氮肥施用量對水稻穗部性狀、產量構成因素及產量均有顯著影響，穗長、一次枝梗數和穗粒數隨施氮量增加先增后降；穗數隨施氮量增加而增加；千粒重逐漸降低，產量先增后降[5]。施用磷肥可促進水稻生長發育，增加株高、分蘗和葉面積指數，但磷肥過量施用，降低水稻生育后期葉面積指數[6]，不利于生育后期光合產物合成與積累，導致產量降低[7-8]。適量施用磷肥提高水稻有效穗數、穗粒數、千粒重和結實率，進而提高水稻產量[9]。增施鉀肥增加水稻株高[10]，改善莖蘗結構，提高有效穗數[11]，增加群體葉面積指數，保證植株光合作用，有利于光合產物合成與轉運，提高籽粒千粒重，提高水稻產量[12-13]。氮磷鉀配合施用可有效增加株高[14]，提高有效穗數和葉面積指數[15]，促進光合產物合成與積累[16]，增加水稻產量[17]。

農業生產中，針對不同地域和品種制定合理施肥方案具有重要的現實意義[18]。通常選用“3414” 試驗方案明確最佳施肥量及配比，其優勢在于試驗效率高，工作量少，已在南方地區廣泛推廣[19]。研究結果主要集中在氮磷鉀肥配施對南方秈稻產量和肥料利用率的影響，明確最佳施肥量，指導大田生產[20]。但關于氮磷鉀肥配施對寒地粳稻生長發育、產量及產量構成因素全面系統的研究鮮有報道。因此，本試驗以寒地粳稻東農427為試驗材料，采用“3414”最優設計方案，研究氮磷鉀肥配施對寒地粳稻株高、分蘗、葉面積、產量及產量構成因素的影響，明確氮磷鉀肥最適施用量，為寒地粳稻合理施肥奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與條件

試驗于2018、2019 年在東北農業大學實驗實習與示范阿城基地開展，該地區位于東經127°22′～127°50′，北緯45°34′～45°46′。供試土壤為黑土，土壤基礎肥力見表1。

1.2 試驗材料

表1 試驗區0～20 cm耕層土壤基礎理化性狀Table1 Physical and chemical properties of soil foundation at surface layer 0-20 cm in the test area

本試驗選用寒地粳稻品種東農427，是黑龍江省第一積溫區主栽水稻品種，該品種具有優質、高產、分蘗旺盛、株型好、抗病、耐冷等優點。

1.3 試驗設計

試驗采用“3414”施肥方案，3 個因素分別為氮、磷、鉀，每個因素4個水平，共14個處理（見表2），每個處理3 次重復。供試肥料氮肥為尿素，含N 46%；磷肥為磷酸二胺，含N 18%，含P2O546%；過磷酸鈣，含P2O512%；鉀肥為硫酸鉀，含K2O 50%。氮肥施入方式為基肥∶蘗肥∶穗肥=6∶3∶1，磷、鉀肥作為基肥一次性施入，N0處理中磷肥用過磷酸鈣。每小區四周設保護行和隔離行，小區間筑埂，單排單灌。每個小區面積為20 m2。于2018年4 月20 日（2019 年4 月17 日）播種，2018 年5 月20 日（2019 年5 月24 日）移栽，插秧規格為：30 cm×10 cm。全生育期田間管理同生產田。

1.3 測定項目及方法

表2 “3414”施肥設計各處理3種肥料用量Table 2 Dosage of three fertilizers for each treatment in fertilization design of "3414"

1.3.1 株高

水稻返青后各區定點選取5 穴整齊一致稻株掛牌標記，3 次重復，每3 d 測定株高，至抽穗期結束。

1.3.2 分蘗

水稻返青后各區定點選取5穴整齊一致稻株掛牌標記，3 次重復，每3 d 測定分蘗數，至抽穗期結束。

1.3.3 葉面積

水稻返青后各區定點選取5穴整齊一致稻株掛牌標記，3次重復，分別于分蘗期、拔節期、孕穗期、抽穗期、灌漿期、成熟期利用打孔稱重法測量葉面積，計算葉面積指數。抽穗期時，測定水稻高效葉面積并計算高效葉面積率。

1.3.4 穗部性狀、產量構成因素及產量

每區另取代表性稻株5 穴，3 次重復，室內考種，測定水稻穗長、一次枝梗數、一次枝梗粒數、二次枝梗數、二次枝梗粒數、有效穗數、每穗粒數、結實率和千粒重。各處理選取2 m2實割，3次重復，收獲后自然風干，脫粒稱重并計算實際產量。

1.3.5 相關計算

①光合勢（m2·d）·m-2=1/2（LAI1+LAI2）（t2-t1），LAI1和LAI2為前后2次測定葉面積指數，t1和t2為前后2次測定時間（d）。

②高效葉面積率（%）=高效葉面積指數/最大葉面積指數×100%。

1.4 數據整理與分析

運用Microsoft Excel 2007 和SPSS 19.0 統計軟件對上述結果作圖及統計分析。

2 結果與分析

2.1 氮、磷和鉀肥配施對水稻生長發育的影響

2.1.1 氮、磷和鉀肥配施對水稻株高的影響

由圖1可知，寒地粳稻品種東農427株高在全生育期內呈“S”型曲線增長；隨生育進程推進，株高在分蘗期（6月8日）增長速度較為緩慢，分蘗期-拔節期（6月8日～7月2日）株高增長迅速，拔節期-抽穗期（7月2日～7月26日）增長速度下降，并于齊穗期（8 月1 日）達最大值后趨于穩定。由表3 可知，水稻最終株高分別為78.37～88.73 cm（2018年）和77.23～88.07 cm（2019年）；株高生長速率分別為1.10～1.25 cm·d-1（2018 年）和1.08～1.23cm·d-1（2019年）。氮磷鉀肥配施對水稻最終株高及株高生長速率影響顯著；肥料施用量為“2”水平和“3”水平的處理（N2P2K2、N3P2K2、N2P3K2、N2P2K3）最終株高與缺少單一肥料處理（N0P2K2、 N2P0K2、N2P2K0)、對照組處理（N0P0K0）最終株高差異顯著。在3 種肥料任意兩種肥料施用量為“2”水平時，水稻最終株高以及株高生長速率均隨另一種肥料施用量增加而增加。其中，N3P2K2處理水稻最終株高以及株高增長速率顯著高于其他處理，較N0P0K0 處理最終株高增加13.22%（2018 年）、13.10%（2019年）；株高增長速率增加14.68%（2018年）、13.89%（2019年）。缺少單一肥料處理水稻最終株高及株高生長速率均表現為N2P2K0＞N2P0K2＞N0P2K2，說明氮肥在水稻株高生長過程中作用高于磷肥和鉀肥。

2.1.2 氮、磷和鉀肥配施對水稻分蘗的影響

表3 氮、磷和鉀肥配施對寒地粳稻最終株高及株高生長速率的影響Table 3 Effects of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer combined application on final plant height and plant height growth rate of japonica rice in cold region

由圖2可知，水稻分蘗數從移栽返青開始呈先增后降趨勢，齊穗期趨于穩定；不同氮、磷和鉀肥配施處理影響寒地粳稻最高分蘗數和最終分蘗數。

水稻最終分蘗數分別為13.11～19.11 個·穴-1（2018 年）、12.44-18.00 個·穴-1（2019 年），其中N3P2K2 處理最終分蘗數最高， 較對照處理（N0P0K0）最終分蘗數分別增加45.78%（2018年）和44.69%（2019年）。

氮、磷和鉀肥配施對寒地粳稻分蘗速率及成穗率的影響見表4。

由表4可知，氮、磷和鉀肥配施處理對寒地粳稻分蘗生長速度的影響與最終分蘗數一致，當氮、磷和鉀肥料任意兩種肥料施用量為“2”水平時，水稻分蘗生長速度隨另一種肥料施用量增加而增加，其中N3P2K2處理分蘗生長速度最快，每穴水稻分蘗生長速度分別為0.30 個·d-1（2018 年）、0.28個·d-1（2019年），與對照處理（N0P0K0）顯著提高，分蘗生長速度分別增加44.17%（2018 年）和43.65%（2019 年）。由表4 還可知，水稻成穗率受氮磷鉀肥配施調控。當氮、磷和鉀3種肥料任意兩種肥料施用量為“2”水平時，隨另一種肥料施用量增加，水稻成穗率隨第3 種肥料施用量增加而降低。 成穗率分別為68.39% ～80.02%（2018 年）、69.95%～80.12%（2019 年）。N3P2K3 成穗率最低，降幅分別為17.01%（2018 年）和14.53%（2019 年）。缺少單一肥料處理水稻最終分蘗數和分蘗生長速度表現為N2P2K0＞N2P0K2＞N0P2K2，但成穗率變化為N0P2K2＞N2P0K2＞N2P2K0。說明氮肥對水稻分蘗影響最大，高于磷肥和鉀肥，但肥料施用過量導致水稻成穗率降低，氮肥尤其明顯。

表4 氮、磷和鉀肥配施對寒地粳稻分蘗速率及成穗率的影響Table 4 Effects of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer combined application on tillering rate and heading rate of japonica rice in cold areas

2.1.3 氮、磷和鉀肥配施對水稻葉面積的影響

葉面積指數是影響水稻群體冠層特征重要指標之一，氮、磷和鉀肥配施對水稻葉面積指數（LAI）有顯著調控作用。由圖3 可知，LAI 隨生育進程推移呈先增后減變化，抽穗期達最大值。當任意兩種肥料施用量為“2”水平時，隨另一種肥料施用量增加，分蘗期-抽穗期LAI 表現為增加趨勢，N3P2K2 處理水稻LAI 最大，顯著高于其他施肥處理，抽穗期LAI 較N0P0K0 處理增加87.87%（2018年）、80.87%（2019年）；抽穗期-成熟期LAI呈先增后減變化，N2P2K2 處理LAI 表現最大，與其他施肥處理相比顯著提高。由表5可知，通過對水稻各生育期葉面積指數作方差分析，各施肥處理在水稻不同生育期葉面積指數差異極顯著。

氮、磷和鉀肥配施對水稻抽穗期高效葉面積指數（率）的影響見表6。

表5 氮、磷和鉀肥配施對水稻葉面積指數影響方差分析Table 5 Analysis of variance of the effects of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer combined application on rice leaf area index

表6 氮、磷和鉀肥配施對水稻抽穗期高效葉面積指數（率）的影響Table 6 Effects of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer combined application on efficient leaf area index at heading stage of rice

由表6 可知，當任意兩種肥料施用量為“2”水平時，隨另一種肥料施用量增加，水稻高效葉面積指數及高效葉面積率呈先增后降變化。當3種肥料施用量為“2”水平時（N2P2K2），高效葉面積指數及高效葉面積率達最大值，并顯著高于其他處理；高效葉面積指數較N0P0K0 處理增加108.82%（2018年）、112.33%（2019年）；高效葉面積率較對照處理（N0P0K0）增加19.25%（2018 年）、19.97%（2019年）。缺少單一肥料處理水稻葉面積指數和高效葉面積指數表現為N2P2K0＞N2P0K2＞N0P2K2，說明氮肥對水稻葉面積指數提高發揮促進作用，高于磷肥和鉀肥。

2.1.4 氮、磷和鉀肥配施對水稻光合勢的影響

由圖4可知，氮、磷和鉀肥配施對水稻光合勢影響顯著。水稻光合勢在拔節期-孕穗期、孕穗期-抽穗期逐漸增高；在分蘗期-拔節期和抽穗期-成熟期呈逐漸下降趨勢。3種肥料任意兩種肥料施用量為“2”水平時，光合勢隨另一種肥料施用量在分蘗期-抽穗期呈逐漸增加趨勢，而抽穗期-成熟期水稻光合勢呈先增后降趨勢。由表7可知，通過對水稻光合勢作方差分析，各施肥處理在水稻不同生育期光合勢差異極顯著。缺少單一肥料處理水稻光合勢表現為N2P2K0＞N2P0K2＞N0P2K2，說明氮肥對水稻光合勢影響大于磷肥和鉀肥。

2.2 氮、磷和鉀肥配施對水稻穗部性狀、產量構成因素及產量的影響

由表8可知，氮、磷和鉀肥配施對水稻穗部性狀影響差異顯著。任意兩種肥料施用量為“2”水平時，隨另一種肥料施用量增加，水稻穗長、一次枝梗數、一次枝梗粒數、二次枝梗數、二次枝梗粒數呈先增后降變化；N2P2K2處理穗部性狀相關指標最大，較N0P0K0處理顯著提高，其中肥料配施對二次枝梗數和二次枝梗粒數影響最大，二次枝梗數增幅為41.77%（2018 年）、 39.73%（2019年）， 二次枝梗粒數增幅為33.94%（2018 年）、31.87%（2019年）。任意一種肥料施用量為“3”水平時處理（N3P2K2、N2P3K2、N2P2K3）穗部性狀相關指標較N2P2K2處理相比顯著降低；缺少單一肥料處理水稻穗部性狀相關指標，N2P2K0 處理最小，說明氮肥對水稻穗部性狀影響最大。

由表9可知，氮、磷和鉀肥配施對水稻產量構成因素影響顯著。任意兩種肥料施用量為“2”水平時，隨另一種肥料施用量增加，水稻有效穗數顯著增加；穗粒數先增后降；結實率顯著降低；千粒重變化不顯著。有效穗數以N3P2K2 處理最高，與對照處理（N0P0K0）相比，增幅為43.00%（2018年）、43.88%（2019 年）；穗粒數以N2P2K2 處理最高，與對照處理（N0P0K0）相比，增幅為24.10%（2018 年）、25.14%（2019 年）；結實率隨肥料施用顯著降低，與對照處理（N0P0K0）相比，其降幅為8.86%（2018年）、7.88%（2019年）。當肥料施用量為“3”水平時，處理（N3P2K2、N2P3K2、N2P2K3）與N2P2K2處理相比，有效穗數顯著增加，穗粒數顯著降低，結實率顯著降低。說明氮、磷和鉀肥配施對有效穗數、穗粒數影響較大，對產量有直接影響。在缺少單一肥料處理中，N2P2K0處理有效穗數、穗粒數最小，說明氮肥對水稻影響最大，大于磷肥和鉀肥。由表9還可知，氮、磷和鉀肥配施可顯著增加水稻產量。在3種肥料任意兩種肥料施用量為 “2” 水平時，水稻產量隨第3 種肥料施用量增加而呈先增后減變化，各處理間產量差異達顯著；最終產量以N2P2K2 處理最高，較N0P0K0處理增加28.29%（2018 年）、31.87% （2019 年）。缺少單一肥料處理水稻產量表現為N2P2K0＞N2P0K2＞N0P2K2，說明氮肥對水稻增產影響最大。

2.3 相關分析

由表10 可知，水稻最終株高、分蘗與產量呈極顯著正相關，進一步表明合理的群體結構有利于水稻生長，提高水稻產量。

由表11 和12 可知，水稻全生育期葉面積指數、抽穗期高效葉面積指數和光合勢均與產量呈極顯著正相關。說明氮、磷和鉀肥配施可增加葉面積指數和光合勢，維持群體較高光合產物生產能力，對提高水稻產量具有促進作用。

由表13 可知，水稻穗長、一次枝梗數、一次枝梗粒數、二次枝梗數、二次枝梗粒數與產量呈極顯著正相關。其中，二次枝梗數相關系數最大，對提高產量作用最明顯。

表7 氮、磷和鉀肥配施對水稻光合勢影響方差分析Table 7 Variance analysis of the effects of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer combined application on the photosynthetic potential of rice

表8 氮、磷和鉀肥配施對水稻穗部性狀的影響Table 8 Effects of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer combined application on panicle traits of rice

表9 氮、磷和鉀肥配施對水稻產量構成因素及產量的影響Table 9 Effects of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer combined application on rice yield components and yield

表10 寒地粳稻株高、分蘗與產量相關性Table 10 Correlation between plant height, tillering and yield of japonica rice in cold region

表11 寒地粳稻葉面積指數（LAI）與產量相關性Table11 Correlation between japonica leaf area index (LAI) and yield in cold areas

表12 寒地粳稻光合勢與產量相關性Table12 Correlation between photosynthetic potential and yield of japonica rice in cold region

表13 寒地粳稻穗部性狀與產量相關性Table 13 Correlation between panicle traits and yield of japonica rice in cold region

3 討論與結論

氮肥、磷肥和鉀肥對水稻促進作用顯著，而3種肥料合理配施對植株生長發育和產量促進作用更顯著[14]。水稻產量在一定范圍內隨株高和最終分蘗數增加而增加，合理株高和最終分蘗數為提高水稻產量奠定基礎[21]。本試驗研究結果表明，在氮磷鉀肥配施情況下，與N0P0K0處理相比，水稻最終株高與分蘗數均顯著提高，當任意兩種肥料施用量為“2”水平時，水稻最終株高和分蘗數隨另一種肥料施用量增加呈增加趨勢，以N3P2K2處理最高，其株高平均為88.40 cm（2018 年、2019 年平均）， 較對照處理（N0P0K0）兩年平均增幅為13.16%；分蘗數平均為18.56 個（2018 年、2019 年平均），較對照處理（N0P0K0）兩年平均增幅為45.24%，說明氮肥對株高和成穗影響最大，與陳亞宇研究一致[22]；最終株高、分蘗數與產量呈極顯著正相關（見表10），說明隨最終株高與分蘗數增加水稻產量也呈增加趨勢。

葉片是作物光合作用和物質生產主要器官，葉面積指數可有效反映水稻群體結構，適宜的葉面積指數是水稻高產基礎。本試驗研究結果表明，在氮磷鉀肥配施情況下，與N0P0K0處理相比，水稻全生育期葉面積指數均顯著提升。當任意兩種肥料施用量為“2”水平時，水稻分蘗期-抽穗期LAI隨另一種肥料施用量增加而增加，N3P2K2處理時LAI 達最大；抽穗期-成熟期LAI 呈先增后減變化規律，N2P2K2處理時LAI表現最大，由于“3”水平處理（N3P2K2、 N2P3K2、 N2P2K3）肥料施用過高，分蘗期-抽穗期LAI 過高，葉片相互遮擋，群體質量變差、營養物質供應不足，引起大量無效分蘗消亡，導致生育后期LAI降低；N2P2K2處理后期營養物質供應充足，同時延緩葉片衰老，有利于光合物質生產，提高水稻產量，與段云軒研究結果一致[15]。水稻各施肥處理全生育期葉面積指數、抽穗期高效葉面積指數和光合勢均與產量呈極顯著正相關（見表11、12），說明氮磷鉀肥料配施可有效提高水稻葉面積指數，為提高水稻產量奠定基礎。

水稻穗部性狀優劣是高產基礎。本試驗研究結果表明，在氮磷鉀肥配施情況下，與N0P0K0處理相比，水稻穗部性狀相關指標均顯著提升，當任意兩種肥料施用量為“2”水平時，水稻穗部性狀相關指標隨另一種肥料施用量增加呈先增后降趨勢，以N2P2K2處理最高；各指標與產量均呈極顯著正相關（見表13）。肥料配施對二次枝梗數和二次枝梗粒數影響最大，較對照處理（N0P0K0）兩年平均增幅為40.75%（二次枝梗數）和32.91%（二次枝梗粒數），從而提高水稻產量，與邱福林等研究結果一致[23]。

水稻有效穗數、每穗粒數、結實率和千粒重是水稻產量構成因素，直接影響水稻產量。本試驗研究表明，在氮磷鉀肥配施情況下，與N0P0K0處理相比，各施肥處理差異顯著，當任意兩種肥料施用量為“2”水平時，隨另一種肥料施用量增加，有效穗數增加，穗粒數先增后降，結實率降低，千粒重變化不顯著；說明肥料配施對有效穗數、穗粒數影響較大，且對水稻增產貢獻最大，與吳桂成等研究結果一致[24]。

水稻產量受氮磷鉀肥共同調節[13]，本試驗研究表明，N2P2K2 處理水稻產量最高，較對照處理（N0P0K0）兩年平均增產30.08%，說明肥料配施可有效提高水稻產量，與王旭等研究結果一致[14]。

綜上所述，合理氮磷鉀肥配施可有效改善水稻生長發育，提高水稻株高和有效分蘗數，優化水稻群體結構，提高水稻葉面積指數和光合勢，有利于光合產物積累，提高有效穗數和每穗粒數，最終實現增產目的。本研究可為寒地粳稻肥料施用提供理論依據和技術支持，對黑龍江省水稻生產可持續發展具有參考價值。