氮、磷、鉀對廣西高寒山區(qū)水稻產量及肥料利用效率的影響

梁武旺 蔣顯斌

摘要：為解決廣西高寒山區(qū)水稻合理施肥問題，研究了氮、磷、鉀肥配施對水稻產量、養(yǎng)分吸收和肥料利用效率的影響。研究于2022年在廣西金秀瑤族自治縣進行田間試驗，設置缺氮區(qū) 、缺磷區(qū) 、缺鉀區(qū)和全肥區(qū)處理，于水稻成熟期測定稻谷產量、稻草生物量、稻谷以及植株的氮、磷、鉀含量。結果表明，全肥區(qū)處理的產量最高（7108 kg/hm2），缺氮區(qū)的產量最低（5050 kg/hm2），除缺磷區(qū)（6164 kg/hm2）與缺鉀區(qū)（5858 kg/hm2）相比差異不顯著外，其余各處理間的水稻產量差異均達顯著水平。施用氮、磷、鉀肥后，水稻養(yǎng)分總吸收量和每100 kg籽粒需N、P2O5量顯著增加， 而氮素和磷素稻谷生產效率、鉀素收獲指數(shù)顯著下降。水稻對磷肥的吸收利用率（Recovery efficiency， RE）最低，僅為27.8%，但對磷肥的生理利用率最高；對氮肥、磷肥和鉀肥的農學利用率差異不顯著。廣西高寒山區(qū)稻區(qū)合理配施氮、磷、鉀肥可顯著提高水稻產量、養(yǎng)分積累以及肥料利用效率，實現(xiàn)水稻高產與環(huán)境保護的統(tǒng)一協(xié)調。

關鍵詞：水稻；氮肥；磷肥；鉀肥；產量；肥料利用率

中圖分類號：S143;S511 文獻標志碼：A

Effects of Nitrogen， Phosphorus and Potassium on Rice Yield and Utilization Efficiency of Fertilizer in Alpine Mountain Areas of Guangxi

LIANG Wuwang1， JIANG Xianbin2*

（1Agricultural and Rural Comprehensive Service Center of Tongmu Town， Laibin， Guangxi 545708， China； 2Rice Research Institute， Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanning， Guangxi 530007， China）

Abstract：In order to determine the appropriate amount of fertilization of rice in alpine mountain areas of Guangxi， the paper studied the effects of nitrogen （N）， phosphorus （P） and potassium （K） fertilization on rice yield， nutrient accumulation， and utilization efficiency of fertilizer. These field experiments were conducted in Jinxiu Yao Autonomous County， Guangxi in 2022. Treatments of nitrogen-deficient areas， phosphorus-deficient areas， potassium-deficient areas and full fertilizer areas were set up to determine the rice yield， biomass， as well as N， P and K contents of rice and plants at rice ripening stage. The results showed that the highest yield （7108 kg/hm2） was obtained in the full-fertilizer area treatment， the lowest yield （5050 kg/hm2） was obtained in the nitrogen-deficient area treatment， and the differences in rice yield among treatments reached the significant level， except for the one between the phosphorus-deficient area treatment （6164 kg/hm2） and the potassium-deficient area treatment （5858 kg/hm2） which was not significant compared with that of the other treatments. The application of N， P and K fertilizers significantly increased the total nutrient accumulation and the absorption of N and P2O5 per 100 kg seeds， while the grain production efficiency of N and P and the harvest index of K decreased significantly. The recovery efficiency of rice on P fertilizer was the lowest， only 27.8%， but the physiological utilization efficiency of P fertilizer was the highest. There was no significant difference in the agronomic utilization efficiency among N， P and K fertilizers. It is concluded that the appropriate allocation of N， P and K fertilizers in the rice area of Guangxi alpine mountain areas can significantly improve rice yield， nutrient accumulation， and fertilizer utilization efficiency， so as to maintain the balance of high rice yield and environmental protection.

Keywords： Rice; nitrogen fertilizer; phosphorus fertilizer; potassium fertilizer; yield; utilization efficiency of fertilizer

中國是水稻生產和消費大國。氮（N）、磷（P）、鉀（K）是水稻三大營養(yǎng)元素。氮肥、磷肥、鉀肥等在糧食生產中發(fā)揮了無可取代的作用。當前，我國糧食安全與資源消耗的矛盾尖銳。盡管化肥用量持續(xù)增長，我國糧食產量卻增長緩慢[1]。

長期以來，研究人員在施肥對水稻產量、品質、養(yǎng)分吸收利用的影響方面進行了大量研究。但由于具體試驗條件的不同，研究結果也不盡相同。王偉妮等[2]的研究結果顯示施用氮、磷、鉀肥顯著提高了水稻產量，可改善堊白度、直鏈淀粉含量等米質性狀，顯著增加水稻養(yǎng)分總吸收量和每100 kg籽粒養(yǎng)分需求量，顯著降低養(yǎng)分干物質生產效率和養(yǎng)分稻谷生產效率，隨著這3種肥料施用量的增加其吸收利用率（Recovery efficiency， RE）、農學利用率及生理利用率均下降。董作珍等[3]的研究表明施用氮、磷、鉀肥顯著提高了水稻產量，其作用順序為N>K>P；隨著化肥施用量的增加，水稻養(yǎng)分總吸收量和100 kg籽粒養(yǎng)分需求量增加，肥料吸收利用率及農學利用率下降。吳可等[4-5]認為氮、磷、鉀肥對水稻產量有顯著影響，缺氮、缺磷、缺鉀處理與全肥處理相比分別減產17.43%、6.64%、4.83%；氮、磷、鉀肥的施用可以顯著增加水稻干物質，效應從大到小依次為氮肥、磷肥、鉀肥。陳曉萍等[6]認為高肥力土壤減施化肥沒有顯著降低水稻產量，低肥力土壤肥料減施化肥產量降低了13.0%。郭振希等[7]研究發(fā)現(xiàn)全肥區(qū)水稻產量較缺氮區(qū)、缺磷區(qū)和缺鉀區(qū)分別增加了33.4%、16.7%和8.2%，氮、磷和鉀肥表觀利用率分別為27%、14%和62%，平均化肥利用效率為34%，低于2020年全國水稻化肥利用率的40.2%。

根據(jù)氣候特點，廣西分為桂南、桂中、桂北和高寒山區(qū)4個稻作區(qū)。高寒山區(qū)稻作區(qū)包括龍勝、資源、三江、金秀、南丹、樂業(yè)等縣和部分縣海拔在500 m以上的稻田。金秀瑤族自治縣地處大瑤山，屬于高寒山區(qū)稻區(qū)。該稻作區(qū)的特點是山高谷深、日照少、霜期長、氣溫低、春暖遲、秋冷早、寒露風早且強度大。和廣西其他稻作區(qū)明顯不同的是，金秀位于高緯度或高海拔地區(qū)的高寒山區(qū)由于受光、溫條件限制，多數(shù)稻田一年只種植一季。目前少有針對廣西高寒山區(qū)開展的水稻氮、磷、鉀肥研究。為此，筆者通過在廣西金秀縣開展田間試驗研究了氮、磷、鉀肥對水稻產量及養(yǎng)分吸收利用的影響，旨在為高寒山地優(yōu)質高產水稻的合理施肥提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗設在來賓市金秀瑤族自治縣大樟鄉(xiāng)互助村額村屯，位于我國廣西壯族自治區(qū)中部（109°55'E，23°53'N）。供試土壤為潴育性潮沙田，成土母質為河流沖積物，前茬作物為水稻，該砂壤土耕層厚度為20 cm。排灌條件良好。試驗前土壤肥力基本情況為：pH 5.62，有機質36.1 g/kg，全氮1.81 g/kg，有效磷51.7 mg/kg，速效鉀26 mg/kg。供試水稻品種為廣8優(yōu)郁香。

1.2 試驗設計

試驗于2022年進行，于當年4月13日移栽，? 7月23日收割。試驗設置 4個施肥處理，全肥區(qū)（NPK），同時施用氮、磷、鉀肥；缺氮區(qū)（PK），在全肥基礎上不施氮肥；缺磷區(qū)（NK），在全肥基礎上不施磷肥；缺鉀區(qū)（NP），在全肥基礎上不施鉀肥。施肥量為氮肥（按純N計）135 kg/hm2，磷肥（折合P2O5 ） 45 kg/hm2，鉀肥（折合K2O）? ? ? ? ?90 kg/hm2。磷肥為廣西鹿寨化肥有限責任公司生產的鈣鎂磷肥，作基肥一次性施用；氮肥為廣西柳州化工控股有限公司生產的尿素，作基肥（30%）、分蘗肥（40%）、幼穗分化期（20%）和齊穗肥（10%）4次施用；鉀肥為中化化肥控股有限公司生產的氯化鉀，作基肥（50%）和分蘗肥（50%）2次施用。每個處理重復3次，共 12個小區(qū)，為隨機區(qū)組排列。小區(qū)面積 24 m2，長6 m，寬 4 m。重復間和相鄰2個處理間留50 cm走道，便于田間觀察和農事操作。常規(guī)方法育秧，3～4 葉期人工移栽，行距20 cm，株距20 cm，每穴栽雙苗，每小區(qū)栽20行，每行栽30穴，每小區(qū)600穴苗。田間管理按常規(guī)栽培技術要求進行。

1.3 調查內容與方法

1.3.1 水稻產量

在水稻成熟期于各小區(qū)采用人工收割單獨收獲全部植株，脫粒后曬干，稱重，并按實際收獲的株數(shù)折算成單位面積產量。

1.3.2 樣品采集與分析

在水稻成熟期采集植株樣本，每個小區(qū)選取代表性植株5蔸，剪去根部，分為稻谷和稻草，于105 ℃殺青30 min后，75 ℃烘干至恒重。樣品粉碎過60目篩，分別測定稻谷和稻草氮、磷、鉀養(yǎng)分含量。制備好的稻谷和稻草樣品采用H2SO4-H2O2法進行高溫消煮，氮素含量采用凱氏定氮法測定，磷素含量采用釩鉬黃比色法測定，鉀素含量采用火焰光度法測定，具體方法見參考文獻[2]。

1.4 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)用 WPS Office 2019 for Linux進行整理，養(yǎng)分吸收利用效率按參考文獻[2]中有關參數(shù)的方法計算。以氮為例介紹養(yǎng)分吸收利用效率計算公式（磷、鉀公式與氮相同）：N總吸收量=稻谷產量×稻谷含N量+稻草產量×稻草含N量；每100 kg籽粒需氮量=N總吸收量/稻谷產量×100；氮素干物質生產效率=干物質積累量/N總吸收量；氮素稻谷生產效率=稻谷產量/N總吸收量；氮素收獲指數(shù)（%）=稻谷N吸收量/N總吸收量×100；氮肥吸收利用率（%）=（全肥區(qū)N總吸收量-缺氮區(qū)N總吸收量）/施N量×100；氮肥農學利用率=（全肥區(qū)稻谷產量-缺氮區(qū)稻谷產量）/施N量；氮肥生理利用率=（全肥區(qū)稻谷產量-缺氮區(qū)稻谷產量）/（全肥區(qū)N總吸收量-缺氮區(qū)N總吸收量）。用SPSS 15.0進行數(shù)據(jù)分析；用Origin 9.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 氮、磷、鉀肥對水稻產量的影響

不同施肥處理水稻產量見圖1，可見全肥區(qū)處理的產量最高（7108 kg/hm2），缺氮區(qū)的產量最低（5050 kg/hm2）；除缺磷區(qū)（6164 kg/hm2）與缺鉀區(qū)（5858 kg/hm2）差異不顯著（P>0.05）外，其余處理間差異均達顯著水平（P<0.05）。

2.2 氮、磷、鉀肥對水稻養(yǎng)分吸收的影響

氮、磷、鉀肥對水稻養(yǎng)分吸收及利用效率的影響見表1至表3全肥區(qū)處理的N總吸收量和每100 kg籽粒需N量均顯著高于缺氮區(qū)處理；氮素稻谷生產效率顯著低于缺氮區(qū)處理；氮素干物質生產效率和氮素收獲指數(shù)均差異不顯著（表1）。

全肥區(qū)處理的P2O5總吸收量和每100 kg籽粒需P2O5量均顯著高于缺磷區(qū)處理；磷素干物質生產效率和磷素稻谷生產效率顯著低于缺磷區(qū)處理；磷素收獲指數(shù)均差異不顯著（表2）。

全肥區(qū)處理的K2O總吸收量顯著高于缺鉀區(qū)處理；鉀素收獲指數(shù)顯著低于缺鉀區(qū)處理；每? ? 100 kg籽粒需K2O量、鉀素干物質生產效率和鉀素稻谷生產效率這3項指標的全肥區(qū)處理和缺鉀區(qū)處理間的差異均未達顯著水平（表3）。

2.3 水稻對氮、磷、鉀肥的利用效率

在本試驗中，水稻對鉀肥的吸收利用率最高，其次是氮肥，對磷肥的吸收利用率最低，對這3種肥料的吸收利用率差異顯著（圖2）。水稻對氮肥、磷肥和鉀肥的農學利用率差異未達顯著水平? ? ? ? （圖3）。水稻對磷肥的生理利用率最高，且顯著高于對氮肥和鉀肥的生理利用率（圖4）。

3 結論與討論

本文研究結果顯示，氮、磷、鉀肥無論缺哪一種都會造成顯著減產，其中又以缺氮區(qū)處理的產量最低，缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)處理的產量效應次之，缺磷區(qū)與缺鉀區(qū)處理間差異不顯著，其余各處理間的水稻產量差異均達顯著水平。該結果與吳可等[4]和郭振希等[7]的部分研究結果相似。吳可等[4]的試驗在廣西桂中稻區(qū)和桂南稻區(qū)完成，其中桂中稻區(qū)（象州）結果顯示缺氮區(qū)與全肥區(qū)差異顯著，缺氮區(qū)與缺磷區(qū)和缺鉀區(qū)處理間差異不顯著，缺磷區(qū)和缺鉀區(qū)與全肥區(qū)差異不顯著；桂南稻區(qū)的龍州點和福綿點的缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)、全肥區(qū)各處理間差異均不顯著；桂南稻區(qū)的岑溪點除了缺鉀區(qū)與全肥區(qū)比較處理間差異不顯著外，其余各處理間差異均達顯著水平。這些研究結果的不同可能與試驗田塊基礎肥力水平不同有關，也可能與其他因素相關，因為稻作模式、區(qū)域、氣候和土壤質地條件等各種因素均對水稻肥料貢獻率有影響[8]。高寒山區(qū)由于氣候原因，跟廣西其他稻作區(qū)相比水稻生長期明顯延后、延長，這一改變對水稻生長和發(fā)育的影響較為復雜，很難簡單概括。盡管如此，水稻在不同稻作區(qū)的基本生物學特性仍然保持一致。因此，其他稻作區(qū)的合理施肥方案對于高寒山區(qū)也應該同樣適用，只是在大面積應用前要開展小規(guī)模實驗并注意做好基礎數(shù)據(jù)的收集和分析工作。廣西高寒山區(qū)的水稻安全生長期在170 d左右，一季綽綽有余，兩季捉襟見肘。但可能因為市場份額等原因，較少有專門針對這一稻作區(qū)的水稻新品種。廣西高寒山區(qū)的水稻生產若要取得較大發(fā)展，培育和種植適合當?shù)氐膶倨贩N可能是更需要優(yōu)先考慮的問題。

本研究結果顯示，全肥區(qū)處理的N總吸收量、P2O5總吸收量和K2O總吸收量均顯著高于對應的缺氮區(qū)、缺磷區(qū)和缺鉀區(qū)，這一結果與王偉妮等[2]的研究結果一致。其余如每100 kg籽粒需N（P2O5、K2O）量、氮（磷、鉀）素稻谷生產效率、氮（磷、鉀）素干物質生產效率和氮（磷、鉀）素收獲指數(shù)等指標則不盡相同，這可能與采用的試驗設計不同有關。

肥料利用率是我國學術界和政府持續(xù)關注的焦點。本文研究結果顯示，本試驗氮肥、磷肥、鉀肥的吸收利用率平均值為53.1%，其中磷肥的吸收利用率最低，僅為27.8%，這一水平遠低于董作珍等[3]試驗中的磷肥吸收利用率（38.3%）。我國耕地土壤速效磷含量呈顯著增加趨勢，部分耕層土壤速效磷含量表現(xiàn)為過量累積，土壤磷盈余是我國土壤有效磷變化的主要特征[1]，如何協(xié)調糧食生產與資源利用以及環(huán)境保護的關系，提高磷肥利用率成為擺在我們面前必須花大力氣解決的重大問題。

另一方面，當前的實際產量僅發(fā)揮了高產潛力的50％左右，水稻產量潛力仍未充分挖掘，養(yǎng)分高效作物品種將在不增加肥料養(yǎng)分投入和不改變播種面積的情況下實現(xiàn)糧食增產，需要加強研究以提高肥料利用效率[1]。盡量縮小產量潛力和實際產量之間的差距是當前農業(yè)科研工作者的一項重要任務，盡管這項任務充滿挑戰(zhàn)，有遺傳育種、耕作栽培、植物保護以及土壤肥料等諸多方面的問題需要解決。在植物營養(yǎng)方面，加大肥料施用量可以在一定范圍內提高產量，但這既增加了農民的種植成本，又加大了農用化學品帶來的環(huán)境污染風險，單純依靠加大化肥用量來增加產量并不是經濟、環(huán)保的技術措施。同樣的，本文中的全肥區(qū)處理也更多體現(xiàn)的是當?shù)囟嗄晁靖弋a栽培經驗的總結，而非某一具體田塊的最優(yōu)施肥方案。但要針對每一田塊優(yōu)化出相應的最優(yōu)方案顯然技術難度相當大。從技術實施的角度來看，通過遺傳育種方法來提高水稻植株自身對肥料的吸收利用進而提高水稻產量是一條更容易實施應用也更經濟和環(huán)保的技術路徑，這也是眾多農業(yè)科研工作者正在努力實現(xiàn)的一項農業(yè)技術。如筆者所在團隊以廣西普通野生稻Y11為供體，獲得3個耐低氮、12個高氮素利用率和3個氮高效且耐低氮的野生稻滲入系株系，可為水稻氮高效育種提供育種材料[9]。水稻品種不同，對氮、磷、鉀素的利用效率也會有很大不同[3， 10， 11]。在水稻生產中，應根據(jù)當?shù)氐慕洕鷹l件、目標產量以及水稻品種來確定氮磷鉀肥的最佳配施方案[2]。但現(xiàn)在每年都有大量水稻新品種進入市場，要針對每一個品種單獨進行最佳配施方案設計顯然不可行，但可以對品種的需肥特性進行分類，按不同類別進行更科學精準的水肥管理。

參考文獻

[1] 張福鎖， 王激清， 張衛(wèi)峰， 等. 中國主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑[J]. 土壤學報， 2008， 45（5）： 915-924.

[2] 王偉妮， 魯劍巍， 何予卿， 等. 氮、磷、鉀肥對水稻產量、品質及養(yǎng)分吸收利用的影響[J]. 中國水稻科學， 2011， 25（6）： 645-653.

[3] 董作珍， 吳良歡， 柴婕， 等. 不同氮磷鉀處理對中浙優(yōu)1號水稻產量、品質、養(yǎng)分吸收利用及經濟效益的影響[J]. 中國水稻科學， 2015， 29（4）： 399-407.

[4] 吳可， 謝慧敏， 劉文奇， 等. 氮、磷、鉀肥對南方雙季稻區(qū)水稻產量及產量構成因子的影響[J]. 作物雜志， 2021（4）： 178-183.

[5] 吳可， 謝慧敏， 劉文奇， 等. 氮、磷、鉀肥對水稻養(yǎng)分積累與利用的影響[J/OL]. 分子植物育種，1-17[2023-06-28]. http：//kns.cnki.net/kcms/deta.

[6] 陳曉萍， 曹雪仙， 陳文偉， 等. 氮肥減施對水稻產量、氮吸收和利用的影響[J]. 浙江農業(yè)科學， 2021， 62（12）： 2367-2370.

[7] 郭振希， 薛振亞， 趙錦儒， 等. 氮、磷、鉀肥配施對遼寧棕壤水稻產量與養(yǎng)分吸收利用的影響 [J]. 土壤與作物， 2023， 12（1）： 18-24.

[8] 李亞貞， 韓天富， 曲瀟琳， 等. 我國水稻的肥料貢獻率時空變化及影響因素[J]. 中國農業(yè)科學， 2023， 56（4）： 674-685.

[9] 荘潔， 張宗瓊， 農保選， 等. 廣西普通野生稻滲入系耐低氮和氮素利用率的鑒定評價[J]. 熱帶作物學報， 2022， 43（10）： 2071-2079.

[10] 孫永健， 孫園園， 蔣明金， 等. 施肥水平對不同氮效率水稻氮素利用特征及產量的影響[J]. 中國農業(yè)科學， 2016， 49（24）： 4745-4756.

[11] 潘俊峰， 劉彥卓， 梁開明， 等. 長期和短期減施磷肥對華南雙季稻產量與磷肥利用的影響[J]. 作物雜志， 2022（5）： 241-248.

責任編輯：謝紅輝

基金項目：廣西科技重大專項（桂科AA22068087）。

第一作者：梁武旺（1974—），男，廣西金秀，農藝師，主要從事農業(yè)技術推廣工作，E-mail：LWW197411013514@163.com。

*通信作者：蔣顯斌（1979—），研究員，主要從事水稻育種研究，E-mail：350139343@qq.com。

收稿日期：2023-06-30