氮、磷、鉀配施對超級稻產量的肥料效應

摘要：為了研究氮、磷、鉀平衡施肥對超級稻產量的肥料效應，通過“3414”最優回歸設計方法，在大田試驗條件下研究了氮、磷、鉀配施對超級稻產量的影響，并探討了氮、磷、鉀單因素及互作效應。結果表明，施用氮、磷、鉀均可以提高水稻產量，3種肥料配合施用的增產效果顯著高于任何2種肥料配施。氮、磷，鉀3種肥料的農學利用率均隨施肥量的增加先增加后降低。氮、磷，鉀兩兩互作對水稻產量均有極顯著的影響，對產量的影響為氮磷>氮鉀>磷鉀；三元二次方程擬合結果確定試驗區超級稻氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）最佳施用量為158.55、62.25、58.35 kg/hm2，可獲得最佳經濟產量9 451.05 kg/hm2。

關鍵詞：超級稻；氮、磷、鉀配施；“3414”肥效試驗；互作效應；產量

中圖分類號：S511；S147.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）24-5990-06

水稻對氮、磷、鉀的吸收和利用受品種特性、施肥技術、管理措施及環境條件等因素的綜合影響，研究不同施肥水平下超級稻的養分吸收和利用規律，對超級稻高效施肥，提高肥料當季利用率，減少環境污染有著重要意義[1]。隨著超級稻推廣面積的擴大，產量和化肥用量也逐漸增大，施肥成為提高水稻產量的一個重要手段，大量研究者在肥料合理施用及提高當季利用率等方面進行了研究，為肥料合理運籌和水稻高產、高效栽培提供了理論依據[2-6]。但隨著產量的增加，肥料的施用增加幅度卻遠高于產量的增加幅度[7]，有研究認為，生產同樣多的稻谷，在高產條件下需要更多的養分供應[8]，超級稻在高養分供應條件對養分的吸收前人研究多集中在氮營養方面[9-11]，在磷、鉀肥方面的研究較少，且超級稻的產量差異與肥料的施用水平、施用比例、施用方法及養分交互作用研究方面的數據還較缺乏[12]。本研究利用超級稻品種在不同施肥量和施肥比例下，采用水稻測土配方施肥技術，通過田間試驗示范，綜合比較肥料投入、作物產量、肥料當季利用率等指標，探討氮、磷、鉀肥交互作用對產量及養分吸收的影響，旨在為制定超級稻高產、高效施肥技術提供理論依據，同時為“3414”試驗數據的歸納總結提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗水稻品種為超級稻品種Q優6號，系重慶中一種業有限公司選育的遲熟秈型中稻。該品種于2006年通過國家品種審定委員會和湖北省農作物品種審定委員會審定，系農業部首批超級稻認定品種，目前已推廣應用面積達13萬hm2。該品種全生育期137 d，豐產性好，株型緊湊，分蘗中等，莖稈粗壯，穗大粒多，成熟期轉色好，品質優，適宜于長江流域審（認）定水稻區域作中稻種植。

1.2 試驗地點與供試土壤

試驗于2011年在湖北省襄陽市吳店鎮周寨村（超級稻品種示范與推廣項目示范區）進行。項目區全年日平均氣溫15.5 ℃，年平均降水量大部分地區在865～1 080 mm，降水多集中在每年6～8月，多年平均蒸發量為672.4 mm，最大蒸發量在6～7月。 項目區年光照時間在2 009.6～2 059.7 h，無霜期220～240 d，全年大于10 ℃的活動積溫為5 299 ℃，年平均太陽輻射量為423～444 kJ/cm2。

試驗田選擇中等肥力田塊，于試驗前取0～20 cm耕層土壤測定養分含量，土壤堿解氮92 mg/kg，有效磷9.24 mg/kg，速效鉀131 mg/kg，有機質1.95%，pH 6.4。

1.3 試驗設計

根據《測土配方施肥技術規范》提出的氮、磷、鉀3因素、4水平、14個處理的“3414”試驗的設計方案（表1）進行。3因素是指氮、磷、鉀3個因子；4水平即0水平為不施肥，2水平為當地習慣施肥量的平均值（評估值），1水平=2水平×0.5，3水平=2水平×1.5。隨機排列，2次重復，各小區肥料用量見表1。南北向排列，東西向重復，小區面積20 m2，各小區單獨排灌，小區間壘埂，覆蓋地膜，防串灌串排。

1.4 田間管理

4月20日播種，6月4日插秧，秧齡為6.2葉，秧苗較壯，帶蘗3～4個，基本苗密度均設為91.95萬/hm2。6月20日結合中耕除草第一次追肥，同時用30%稻瘟靈乳油1 500 mL/hm2對水900 L/hm2+18%三唑酮混合噴灑防治稻瘟病，用50%復合乳油1 000倍稀釋液+單甲脒水劑混合噴灑防治鉆心蟲1次；7月24日第二次追肥，同時用吡蟲啉、撲虱靈混合噴灑防治飛虱1次。9月28日測產驗收。施肥方法：磷肥全部作基肥，氮肥和鉀肥70%作基肥，另外30%作追肥，分2次施用，各15%。試驗小區單灌、單排、單打、單曬、單計產量。

1.5 測定指標與數據分析

收獲前，各小區取代表性水稻6蔸，調查水稻株高、穗長、每穗粒數、每穗實粒數、結實率和千粒重；全小區收獲，單收測產。參照文獻[13，14]計算土壤供肥量、肥料農學利用率、肥料偏生產力、肥料貢獻率和土壤貢獻率。

試驗數據采用Microsoft Office Excel 2003軟件整理后用SPSS 11.5統計軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 氮、磷、鉀施用量對超級稻群體生長的影響

從表2可以看出，在氮因子處理中（即磷、鉀肥用量不變），株高、穗長隨施氮量增加呈現先增加后減少的趨勢；適量施用氮肥能明顯增加最高苗數和有效穗數，繼續增加氮肥至236.25 kg/hm2時，最高苗數繼續增加，而有效穗數呈現略下降的趨勢，最高苗數以處理N3P2K2最高，有效穗數則以處理N2P2K2最高。在磷因子的處理中（即氮、鉀肥用量不變），株高、穗長隨著施磷量變化趨勢不明顯；最高苗數和有效穗數隨著施磷量的增加呈現先增后減的趨勢，以處理N2P2K2最高，繼續增加磷肥用量，有效穗數略有下降，下降幅度為3.37%，說明磷過量不利于分蘗成穗。在鉀因子的處理中（即氮、磷肥用量不變），株高、穗長隨著施鉀量增加呈現先降后升的趨勢，均以處理N2P2K3最高；有效穗數隨施鉀量的增加而增加，說明鉀對成穗有促進作用。

2.2 氮、磷、鉀施用量對超級稻產量性狀的影響

由表3可知，在氮因子處理中，隨著施氮量的增加，其有效穗數、每穗粒數和每穗實粒數均呈現先增加后降低的趨勢，以2水平施氮處理最高，當施氮量達到3水平時下降，其中又以每穗實粒數下降最為明顯，下降幅度為13.4%。分析原因可能為穗粒數形成期為營養生長和生殖生長并進，需肥量增加，此時也是決定每穗粒數的關鍵時期，配方施肥后，氮、磷、鉀比例趨于平衡，元素吸收相互促進，一定程度上有利于每穗粒數增加，但隨著施肥量繼續增加，營養生長過量，影響和干擾了生殖生長，導致每穗粒數和實粒數下降。千粒重在各氮肥處理中變化不明顯。

在磷因子的處理中，有效穗數隨施磷量增加呈現先增后減的趨勢，施磷量達到2水平時最高，繼續增加施磷量有效穗數反而有所下降；適當使用磷肥能增加每穗粒數、每穗實粒數和千粒重，這與劉德友等[15]的研究結果一致，分析原因可能是磷、氮施用比例增加，單株養分供應量增加，植株健壯，且干物質重及充實度均增加，根系發達等。但繼續增加磷肥施用量時每穗粒數、每穗實粒數和千粒重均表現為下降趨勢。

在鉀因子的處理中，有效穗數和每穗實粒數表現為隨著施鉀量增加而增加的趨勢，每穗粒數和千粒重則表現為先減少后增加的趨勢。

2.3 氮、磷、鉀施用量對超級稻產量的影響及其增產效應分析

由表4可知，施用氮、磷、鉀能明顯增加產量，以處理6（N2P2K2）產量最高，比無肥區（N0P0K0，產量最低）增產76.10%。將處理6（全肥區）分別與處理2（無氮區）、處理4（無磷區）、處理8（無鉀區）的產量進行比較，得出N、P、K對超級稻的增產效應，具體見表4。由表4可知，增產最明顯的為N肥，其增產效應達到2 518.5 kg/hm2，增產率為35.16%，其次為K肥，增產效應為1 023.0 kg/hm2，增產率為11.82%。從單位養分的增產效果看，N增產效果最佳，單位增產15.99 kg/kg；K次之，單位增產15.16 kg/kg；P最低，單位增產11.23 kg/kg。可見，3種肥料的增產效應為N>K>P。

2.4 氮、磷、鉀不同施肥水平下的肥料利用效率

肥料農學利用率反映的是施用1 kg純氮、磷、鉀增產稻谷的能力；肥料偏生產力反映作物吸收肥料氮、磷、鉀和土壤氮、磷、鉀后所產生的邊際效應。隨著氮、磷、鉀施用量的增加，肥料農學利用率呈現先升高后降低的趨勢，以2水平處理肥料農學利用率最高（表5），肥料偏生產力均呈明顯下降趨勢。

肥料貢獻率是指肥料對稻谷產量的貢獻率，土壤貢獻率是指土壤基礎肥力對產量的貢獻。水稻產量的獲得主要來自土壤肥力的貢獻，土壤N、P、K的貢獻率分別為73.99%～90.06%、93.21%～100.00%、89.43%～97.96%（表5）。其中，當磷肥達到3水平時，肥料貢獻率為負值，表明試驗區土壤中磷素過量，反而導致減產。肥料貢獻率的順序為N>K>P，這與土壤基礎地力有關，試驗區土壤氮處于低水平，而磷、鉀處于中等偏上水平。

2.5 常規5處理的相對產量及土壤養分情況

對試驗中缺素區處理N0P2K2、N2P0K2、N2P2K0的產量分別與全肥區處理 N2P2K2的產量進行比較，以缺素區產量占全肥區產量的百分比即相對產量的高低反映土壤N、P、K養分的豐缺。相對產量低于50%的土壤養分為極低水平，50%～75%為低水平，75%～95%為中水平，大于95%為高水平[16]。從表6可知，試驗區域土壤N處于低水平，P處于中等偏高水平，K處于中水平，表明施用氮肥能顯著增加產量，施用鉀肥有一定的增產效應，施用磷肥無明顯增產效果。

2.6 肥料效應模型與推薦施肥量

2.6.1 肥料效應模型的擬合 分別采用一元二次、二元二次及三元二次肥料效應模型對氮（XN）、磷（XP）、鉀（XK）施肥量與產量（Y）之間的關系進行擬合，結果見表7。

在N因素肥料效應中，純氮經濟施用量為221.10 kg/hm2，經濟產量為9 412.05 kg/hm2；純氮最大施用量為237.6 kg/hm2，最高產量為9 519.0 kg/hm2，與實際最高產量（9 681.0 kg/hm2）比較接近，方程可靠。

在P因素肥料效應中，純磷的經濟施用量為52.80 kg/hm2，經濟產量為9 595.05 kg/hm2；純磷的最大施用量為57.90 kg/hm2，最高產量為9 599.95 kg/hm2。

在K因素肥料效應中，純鉀的經濟施用量為86.85 kg/hm2，經濟產量為9 490.95 kg/hm2，純鉀最大施用量為97.20 kg/hm2，最高產量為9 501.45 kg/hm2。

依據二元回歸方程可知，氮、磷、鉀對產量的互作效應為N、P正互作，N、K正互作，P、K負互作，互作效應大小為NK>NP>PK。

2.6.2 最佳施肥配方推薦 依據統計分析擬合NPK的三元二次回歸方程表明施肥與產量之間為正相關，且達顯著水平，說明產量與氮、磷、鉀施用量之間有顯著的回歸關系，根據方程求解得最大施肥量為N 168.90 kg/hm2、P2O5 68.25 kg/hm2、K2O 58.35 kg/hm2，最高產量為9 464.25 kg/hm2。最佳施肥量為N 158.55 kg/hm2、P2O5 62.25 kg/hm2、K2O 58.35 kg/hm2，最佳經濟產量為9 451.05 kg/hm2。

3 小結與討論

Ying等[2]認為提高總干物重而非收獲指數對提高水稻產量更為重要，本試驗也印證了這一結論，隨著施肥量的增加，谷草比間變化不明顯，甚至略呈下降趨勢，但總生物量明顯增加，且變化趨勢同產量變化趨勢一致，因此生產上構建大群體生物量有利于水稻的產量增加。

Ao等[17]研究表明，水稻產量取決于單位面積的有效穗數和每穗粒數，而有研究認為單位面積有效穗數與每穗粒數呈負相關[18，19]，因此，要想獲得高產，關鍵在于協調穗數與粒數、粒數與結實率間的矛盾。本研究中，不同施肥處理間產量差異主要表現在有效穗數和穗粒數間的差異，從變異系數變化來看，不同施肥處理對有效穗數影響最大，變異系數為10.36%，每穗粒數次之，為7.99%，每穗實粒數和千粒重分別為3.88%、5.14%。隨著氮、磷、鉀用量的增加，產量并不是一直增加，反而有所下降，其主要原因即有效穗數、每穗粒數和每穗實粒數在高肥水平下反而下降。這與張軍等[20]研究結果一致，即增施肥料無疑是超級稻栽培的基本條件，而盲目地增施肥料未必就能完全發掘出超級稻大庫容的潛力。因此，通過穩定有效穗數，適當增加每穗粒數擴大產量庫容，是實現超級稻高產、穩產的重要途徑。

施肥是水稻增產的重要措施，由于氮、磷、鉀虧缺構成了水稻產量限制因子[21]。本試驗中N、P、K作為養分限制因子對產量的作用效果順序為N>K>P，N、P、K配合施用（N2P2K2）產量比N（N0P2K2）、K（N2P2K0）、P（N2P0K2）缺素區分別增產35.16%、11.82%、 7.28%。從相對產量來看，施用氮肥能明顯增加產量，施用鉀肥有一定的增產效應，施用磷肥無明顯增產效果，表明本試驗區土壤中磷元素豐富，在生產實踐中應注意施好氮、鉀肥，控制好磷肥，以提高施肥的經濟效益。

氮、磷、鉀是水稻生長的三大必需營養元素，大量研究表明，氮、磷、鉀的互作對作物產量有顯著影響[22，23]，且三者之間存在復雜的交互作用[24]。本研究中根據效應模型結果得出氮、磷、鉀對產量的互作效應為N、P正互作，N、K正互作，P、K負互作，互作效應大小為NK>NP>PK。氮肥用量不變（2水平），增施鉀肥能增加產量，但鉀肥由0水平到1水平的增產幅度遠遠小于1水平到2水平的增產幅度，當鉀肥水平達到2水平時，繼續增加鉀肥產量反而降低，表明要保證產量的增加，維持氮、鉀的適宜水平很重要，因為氮、鉀在植物代謝過程中有互補作用，不適宜的N/K會阻礙生長發育[25]。本研究中磷、鉀互作表現出負互作效應，即其中一種肥料用量越低，另一種肥料增產效果越高。

供試田塊的整體地力屬中低水平，土壤中有效養分含量豐缺程度表現為低氮、高磷、中鉀。在該地力條件下，以2水平處理（N2P2K2）的產量最高，產量為9 681.0 kg/hm2。氮、磷、鉀對水稻產量的貢獻率分別為19.84%、2.74%、5.70%，相對應土壤中氮、磷、鉀對產量的貢獻率分別為80.16%、97.03%、94.30%，表明土壤基礎肥力對產量具有重要意義，因此在水稻生產中應加強土壤基礎地力的培肥。

通過擬合肥料一元二次、二元二次和三元二次肥料效應模型，發現一元二次肥料效應方程N、P肥料效應模型達顯著水平，K肥料效應模型未達顯著水平，而三元二次肥料方程達顯著水平，故應用三元二次肥料模型推薦的施肥量更能反映試驗地實際情況，可用于生產實踐指導施肥。根據三元二次肥料模型確定試驗區獲得最高產量的純氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）施用量為168.90、68.25、58.35 kg/hm2，可獲得最高產量為9 464.25 kg/hm2；最佳產量的純氮、磷、鉀施用量為158.55、62.25、58.35 kg/hm2，可獲得最佳經濟產量為9 451.05 kg/hm2。實際生產中，最高施肥量雖然能獲得最高產量，但過量的施肥會導致環境污染和經濟效益下降，因此在生產實踐中確定配方施肥方案要結合土壤養分測定、品種需肥特性與目標產量以及植株養分測定等因素綜合分析，同時還需在更大范圍內布置田間試驗，考慮不同土壤的供肥水平，提出不同土壤條件下的適宜肥料用量，以綜合確定某地區最佳的測土配方施肥技術，最大限度地提高肥料當季利用率。

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