丘陵山區(qū)養(yǎng)分管理對水稻產(chǎn)量、養(yǎng)分利用率及地力的影響

邱詩春，周 靜，徐 燕，馮山柴

（重慶三峽農(nóng)業(yè)科學院，重慶 萬州 404155）

水稻是我國主要糧食作物之一，我國水稻生產(chǎn)和消費占全球總量的50%。因此，確保水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對我國糧食安全具有重要的作用[1-2]。而水稻生長發(fā)育時間長、產(chǎn)量高，是一種高需肥作物，充足的養(yǎng)分供給是保障產(chǎn)量的前提，施肥是養(yǎng)分供給的重要手段[3-7]。在水稻生產(chǎn)中為了追求高產(chǎn)，存在嚴重的化肥施用不合理現(xiàn)象，從而導致化肥利用率低、農(nóng)業(yè)面源污染嚴重、生態(tài)環(huán)境惡化、種植成本高、經(jīng)濟效益低等問題，極大地影響了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[8-10]。

重慶地貌以丘陵山地為主，水稻是重慶市第一大糧食作物，全市稻田面積在76萬hm2以上，每年稻谷產(chǎn)量約500萬t，在保證產(chǎn)量的前提下對養(yǎng)分進行科學的管理，不僅能在經(jīng)濟上降低產(chǎn)投比，提高水稻生產(chǎn)經(jīng)濟效益，還能在環(huán)保上降低種植區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染排放、生產(chǎn)可持續(xù)上維持和提升地力[11-12]。因此，本研究通過2年連續(xù)大田試驗，以農(nóng)民習慣施肥為基礎對養(yǎng)分進行了適當?shù)膬?yōu)化，分析了優(yōu)化養(yǎng)分管理對水稻的產(chǎn)量及產(chǎn)量構成、養(yǎng)分吸收利用率及土壤肥力的影響，以期為渝東北片區(qū)水稻科學的養(yǎng)分管理提供參考。

1 材料和方法

1.1 供試土壤與作物

1.1.1 供試土壤 試驗地位于重慶市萬州區(qū)甘寧鎮(zhèn)，東經(jīng)：108°14′51.0″，北緯：30°37′29.1″，海拔545.2 m。試驗地約800 m2，紫色土，地塊肥力均勻、中等。試驗前土壤理化性狀如下：pH 5.3，有機質25.9 g·kg-1，堿解氮154.0 mg·kg-1，有效磷33.8 mg·kg-1，速效鉀150.2 mg·kg-1。

1.1.2 供試作物 該研究供試作物為水稻‘Q優(yōu)6號’，是重慶市種子公司培育的一個優(yōu)質、高產(chǎn)、耐高溫雜交水稻品種，適宜于重慶和四川800 m海拔以下區(qū)域做中稻種植。種植制度為一年一季。

1.2 試驗設計

試驗設置常規(guī)施肥（CF）、優(yōu)化養(yǎng)分管理施肥（RF）2種模式，設置常規(guī)施肥（CF）、常規(guī)施肥缺氮（CF-N）、常規(guī)施肥缺磷（CF-P）、常規(guī)施肥缺鉀（CFK）、優(yōu)化施肥（RF）、優(yōu)化施肥缺氮（RF-N）、優(yōu)化施肥缺磷（RF-P）、優(yōu)化施肥缺鉀（RF-K）共8個處理。每個處理3次重復，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積為24 m2（4 m×6 m），小區(qū)間隔1.0 m，各小區(qū)筑梗寬30 cm、高30 cm，并用塑料薄膜對0～100 cm土層進行水分隔離。常規(guī)施肥使用氮、磷、鉀比例為15∶15∶15的復合肥作為基肥，施用尿素作為追肥；施肥及施肥缺素推薦使用尿素、過磷酸鈣、氯化鉀；20%的尿素，全部磷肥和80%的鉀肥用作基肥；70%的尿素在水稻分蘗期用作第一次追肥；10%的尿素和20%的鉀肥在水稻孕穗期施入。各處理具體施肥情況見表1。

表1 各處理氮、磷、鉀肥施用情況 kg·hm2

1.3 樣品采集及指標測定

1.3.1 土壤樣品采集及指標測定 在水稻基肥施用和收獲后，采用棋盤式采樣法采集耕作層（0～20 cm）土壤樣品，經(jīng)風干、磨細、過篩后測定其理化性質，采用電位法（水∶土=2.5∶1)測定pH值，重鉻酸鉀法測定有機質含量、擴散法測定堿解氮含量、鉬銻抗比色法測定有效磷含量、火焰光度法測定速效鉀含量。

1.3.2 植株樣品采集及指標測定 收獲時，測定各小區(qū)產(chǎn)量、稻草質量；隨機選取20株測定株高、有效穗數(shù)、分蘗數(shù)、穗長；采集每小區(qū)具有代表性植株樣品5穴用以測定秸稈和籽粒中氮、磷、鉀含量、每穗粒數(shù)及千粒質量，采用NY/T2017—2011《植物中氮、磷、鉀的測定》方法測定樣品中全氮、全磷、全鉀含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

氮吸收量（kg·hm-2）=（秸稈氮g·kg-1×秸稈產(chǎn)量kg·hm-2+籽粒中氮g·kg×籽粒量kg·hm-2）/1000

氮農(nóng)學效率（kg·kg-1）=（NPK全施處理產(chǎn)量-缺氮處理產(chǎn)量）/施氮量[13]

氮吸收利用率=（NPK全施總吸氮量-缺氮處理產(chǎn)量總吸氮量）/施氮量×100%[14]

偏生產(chǎn)力（kg·kg-1）=NPK處理產(chǎn)量/NPK施用總量

磷鉀計算方法同氮，氮、磷、鉀分別為N、P2O5、K2O。

試驗數(shù)據(jù)為第2年收獲時測定，采用Excel 2017進行數(shù)據(jù)計算，DPSv15.10中LSD法對作物產(chǎn)量、產(chǎn)量結構及氮、磷、鉀吸收量進行差異顯著性分析(P＜0.05)，采用WPS進行圖表繪制。

2 結果分析

2.1 水稻生產(chǎn)及養(yǎng)分利用情況

2.1.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量結構 由表2可知，CF和RF 2個處理下產(chǎn)量分別為9.47、10.38 t·hm-2，RF處理產(chǎn)量較CF增加了9.6%，而2種模式下缺氮、缺磷、缺鉀處理產(chǎn)量均出現(xiàn)了一定程度的下降，下降率為8.9%～27.9%，其中氮的缺失對產(chǎn)量的影響達顯著水平。

表2 水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量結構

水稻單位面積有效穗數(shù)及每穗粒數(shù)是影響水稻產(chǎn)量的關鍵因素。由表2可以看出，RF處理有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)分別比CF處理高6.9%、0.9%，RF-N、CF-N處理能顯著減少有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)，減少率分別為19.3%、14.8%和15.3%、13.2%。RF-N、CFN處理的結實率最低，分別是79.4%、83.7%，缺磷、缺鉀對結實率的影響差異不顯著。CF、RF處理的千粒質量無顯著差異，且CF處理與相應的缺素處理對千粒質量的影響不大，RF處理與相應的缺磷、缺鉀處理差異不顯著，僅與缺氮處理存在顯著差異，缺氮時千粒質量反而增加了18%。

2.1.2 養(yǎng)分吸收及利用效率 如圖1所示，優(yōu)化養(yǎng)分管理（RF）較常規(guī)施肥（CF）能有效促進水稻對氮素的吸收，提高率為8.0%。比較2種模式下的缺素處理可知，缺磷顯著降低了水稻對氮素的吸收。CF、RF處理磷的吸收量相當，均在33 kg·hm-2左右，而缺氮、缺鉀降低13.1%～31.6%的水稻磷吸收，達顯著水平。RF處理較CF處理提高了8.7%的鉀吸收，但缺氮均能顯著降低水稻對鉀的吸收，其中CF-N、RF-N處理較CF、RF處理分別降低了59.8%、32.9%的鉀吸收量，而水稻吸收鉀對磷的缺失無明顯響應。

圖1 水稻植株養(yǎng)分吸收量

表3中氮、磷、鉀吸收利用率數(shù)據(jù)顯示，RF模式較CF模式分別提高了1.28%、0.33%、22.77%的水稻氮、磷、鉀吸收利用率。農(nóng)學效率數(shù)據(jù)顯示，RF模式較CF模式提高了氮、磷、鉀肥對水稻產(chǎn)量的貢獻，每千克氮磷鉀投入可分別多生產(chǎn)水稻5.02、5.39、17.80 kg。從偏生產(chǎn)力角度上看，CF和RF模式下偏生產(chǎn)力分別為29.14和36.42 kg·kg-1，說明RF模式下單位質量的養(yǎng)分投入能收獲更多的水稻。綜上，RF模式下氮、磷、鉀肥轉化利用效率更高，其投入量和配比更符合水稻生長的需要。

表3 肥料利用率

2.2 對地力的影響

由表4可知，2種模式與試驗前土壤pH值無差異，均為5.3，但2種模式下的缺素處理都有提高土壤pH值的趨勢。與試驗前土壤中有機質含量相比，2種模式有機質含量下降1.2%～15.1%，其中RF-P處理降幅最大，有機質含量僅為22.0 g·kg-1，CF處理有機質含量顯著高于RF處理。2種模式堿解氮含量較試驗前下降26.5%～40.8%，總體上看，CF模式下堿解氮含量均高于RF模式，其中CF處理堿解氮含量為113.2 mg·kg-1，顯著高于RF處理的107.3 mg·kg-1，2種模式下的缺素處理堿解氮含量均低于氮、磷、鉀全施處理。有效磷含量除缺磷處理外，其他處理均比試驗前土壤中有效磷含量高，RF處理比CF處理有效磷含量高2.9%。2種模式下的速效鉀含量均比試驗前低15.6%～41.9%，RF處理比CF處理速效鉀含量高5.5%。

表4 不同處理土壤基本理化性質

3 結論與討論

化肥是作物優(yōu)質高產(chǎn)的物質基礎，據(jù)統(tǒng)計，化肥對糧食增產(chǎn)的貢獻率達40%[15]。為了追求高產(chǎn)，我國水稻生產(chǎn)中存在化肥施用量大、施用比例不合理、養(yǎng)分損失嚴重等問題突出[16]。因此，在水稻生產(chǎn)中進行科學的養(yǎng)分管理具有重要意義。本研究中養(yǎng)分管理施肥（RF）較農(nóng)民習慣施肥（CF）減少了21.0%的磷肥和50.0%的鉀肥投入，RF處理不僅未對水稻產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響，反而增產(chǎn)了9.6%，有效穗、每穗粒數(shù)、結實率、千粒質量均較CF處理有不同程度的提升。CF-N、RF-N處理水稻產(chǎn)量分別降低22.7%、27.9%，且達顯著水平。這說明氮肥對水稻產(chǎn)量起到了決定性的作用。本研究在農(nóng)民習慣施肥的基礎上綜合考慮水稻產(chǎn)量形成的養(yǎng)分需求、土壤地力、生長環(huán)境等因素，優(yōu)化了氮、磷、鉀配比，提高了水稻養(yǎng)分的吸收積累，施肥方案更加科學合理，實現(xiàn)了水稻的增產(chǎn)增收。

肥料利用率和農(nóng)學效率是反映作物、土壤、肥料之間關系的動態(tài)參數(shù)，也是科學施肥的重要參考指標，與土壤養(yǎng)分、肥料用量和養(yǎng)分管理等方面息息相關[17-19]。本研究中，RF模式較CF模式提高了水稻氮、磷、鉀吸收利用率分別為1.28%、0.33%、22.77%。農(nóng)學效率數(shù)據(jù)顯示，RF模式較CF模式提高了氮、磷、鉀肥對水稻產(chǎn)量的貢獻，每千克氮磷鉀投入可分別多生產(chǎn)水稻5.02、5.39、17.80 kg。

肥料偏生產(chǎn)力是指用某一特定肥料下的作物產(chǎn)量與施肥量的比值，是反映當?shù)赝寥阑A養(yǎng)分水平和化肥施用量綜合效應的重要指標[13]。CF和RF模式下偏生產(chǎn)力分別為29.14、36.42 kg·kg-1，說明RF模式下單位質量的養(yǎng)分投入能產(chǎn)出更多的水稻[19]。

本研究結果發(fā)現(xiàn)，與試驗前土壤相比，CF、RF 2種處理模式有機質含量均下降，下降率為1.2%～15.1%。因此，2種施肥模式均需注意有機肥的施用[20]，尤其是RF處理，其有機質含量較CF處理低11.3%，且差異達顯著水平。2模式下堿解氮含量差異同有機質，而有效磷和速效鉀含量在2個處理間無顯著差異，說明本研究中RF模式在培肥地力方面無明顯優(yōu)勢。

在農(nóng)民習慣施肥基礎上對養(yǎng)分進行管理，在氮肥施用量相同的情況下，減少21.0%的磷肥和50.0%的鉀肥，水稻產(chǎn)量增加9.6%。氮、磷、鉀吸收利用率分別提高1.28%、0.33%、22.77%；氮、磷、鉀農(nóng)學效率分別提高35.1%、43.1%、62.4%；偏生產(chǎn)力提高25.0%；培肥土壤方面無顯著優(yōu)勢。這說明本研究中的養(yǎng)分管理模式在減少磷、鉀肥的基礎上可保證產(chǎn)量，提高了水稻養(yǎng)分吸收利用率、農(nóng)學效率及偏生產(chǎn)力，是一項能兼顧產(chǎn)量、養(yǎng)分高效利用的重要施肥措施。