酸性硫酸鹽土壤水稻氮磷鉀肥推薦用量指標研究

黃旭　唐拴虎　楊少海　黃巧義　蔣瑞萍　李蘋　付弘婷

摘 要 針對酸性硫酸鹽土壤（ASS）養(yǎng)分障礙性因素多、水稻產(chǎn)量較低的狀況，通過開展田間肥效試驗，采用肥料效應函數(shù)法及養(yǎng)分平衡法模擬水稻推薦施肥指標。結果表明，采用養(yǎng)分平衡法獲得的氮磷鉀推薦用量更適宜ASS水稻生產(chǎn)，推薦ASS早稻依目標產(chǎn)量從4 500～7 500 kg/hm2分別施用N 67～112 kg/hm2、P2O5 59～98 kg/hm2、K2O 84～140 kg/hm2，氮磷鉀配比為1 ∶ 0.87 ∶ 1.25；晚稻依目標產(chǎn)量從4 500～7 500 kg/hm2分別施用N 53～88 kg/hm2、P2O5 55～92 kg/hm2、K2O 71～118 kg/hm2，氮磷鉀配比為1 ∶ 1.04 ∶ 1.33。

關鍵詞 酸性硫酸鹽土壤；水稻；推薦施肥指標；肥料效應函數(shù)；養(yǎng)分平衡

中圖分類號 S365 文獻標識碼 A

酸性硫酸鹽土壤（acid sulphate soils，簡稱ASS）是一種廣泛分布于熱帶、亞熱帶沿海三角洲平原和低緯度海岸帶的特殊的沖積土壤[1]，在我國主要分布于廣東、福建、海南及廣西等濱海地區(qū)，廣東省面積約為1.04萬hm2，占全省土壤面積的8.07%[2]。該類型土壤富含還原性硫化物的成土母質(zhì)或土層，經(jīng)氧化后產(chǎn)生硫酸，并伴隨鋁、錳、鐵等毒害，農(nóng)作物產(chǎn)量水平普遍較低，在生產(chǎn)中氮磷鉀養(yǎng)分用量常難以把握[3-6]。

通過田間肥效試驗構建施肥模型并獲得相應的養(yǎng)分施用指標是合理施肥研究體系中的一個重要構成部分，一般通過用經(jīng)驗函數(shù)來描述作物產(chǎn)量和施肥量之間的定量關系，或模擬作物生長發(fā)育的整個過程， 估算作物對養(yǎng)分的需求量等方式實現(xiàn)[7]。戢林等[8]以水稻3414試驗結果為基礎，研究其三元二次施肥模型、一元施肥模型、線性+平臺型對3414 肥料試驗結果的擬合情況，并獲得相應的施肥指標值。李娟等[9]建立了土測值與氮、磷、鉀推薦用量的回歸方程式，獲得了不同土壤肥力等級的水稻氮、磷、鉀推薦用量。蘇榮瑞等[10]通過肥料效應試驗結果為數(shù)據(jù)源構建Logistic逐步回歸模型，得到不同目標產(chǎn)量下的Logistic模型。本研究中采用“3414”最優(yōu)設計方案，研究不同養(yǎng)分水平對ASS水稻生長的影響，并通過肥料效應函數(shù)法及養(yǎng)分平衡法模擬ASS水稻推薦施肥指標，以期獲得ASS地區(qū)水稻最佳養(yǎng)分施用量，為指導ASS地區(qū)水稻生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試材料 供試水稻品種為當?shù)刂髟云贩N銀晶軟占，早稻播種日期為2月20日，插秧日期為3月20日，于7月23日開始收獲。晚稻播種日期為7月24日，插秧日期為8月13日，于11月13日開始收獲。

試驗用肥料分別為：尿素（含N46%）、過磷酸鈣（含P2O5 12%）、氯化鉀（含K2O 60%）。

1.1.2 試驗地概況 試驗于2011年3～11月在廣東省臺山市沖蔞鎮(zhèn)齊洛村開展，試驗地土壤為酸性硫酸鹽土，常年連作種植水稻，試驗前土壤基本狀況為：pH 4.2、有機質(zhì)33.0 g/kg、堿解氮N 125.9 mg/kg、有效磷P2O5 7.5 mg/kg、速效鉀K2O 66.0 mg/kg、交換性酸6.53 cmol/kg、活性鐵Fe 6.38 g/kg、交換性鋁Al 6.0 cmol/kg、陽離子交換量15.2 cmol/kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 試驗采用“3414”完全實施方案（表1），即氮磷鉀三因素，4個養(yǎng)分水平共14個處理。4個水平中：0水平指不施肥，2水平為當?shù)亓晳T施肥量，1水平=2水平×0.5，3水平=2水平×1.5。其中2水平N用量180 kg/hm2，P2O5用量60 kg/hm2，K2O用量180 kg/hm2。每處理設3重復，小區(qū)試驗面積為20 m2，每小區(qū)間田基用尼龍薄膜覆蓋，以防養(yǎng)分滲漏，各小區(qū)均單灌單排。各施肥處理磷肥均作底肥于栽植前全部施入，鉀肥于水稻移栽前及移栽后25 d分別施入總量的60%及40%，氮肥于水稻移栽前、移栽后5～7 d及移栽后25 d分別施入總量的40%、20%及40%。

1.2.2 樣品采集與分析方法 植株養(yǎng)分吸收量指標：水稻成熟收割前一天，避開小區(qū)邊行和兩端的水稻，隨機而均勻地在各處理不同重復內(nèi)各選取一行1 m長的樣段，拔出水稻，將根部泥土清洗干凈后脫粒，并將稻桿及稻谷裝袋，105 ℃殺青20 min，70 ℃烘干后制樣，常規(guī)分析法測定植株樣本的N、P、K含量[11]。

產(chǎn)量指標：收獲時按不同處理將整區(qū)水稻收割脫粒，自然風干后清除秕谷并稱重。

產(chǎn)量構成因素指標：避開小區(qū)邊行和兩端的水稻，每小區(qū)調(diào)查10株水稻的穗數(shù)，用紙袋收集各重復一整株有效穗數(shù)居中的稻穗，風干后脫粒，分別數(shù)秕粒及實粒數(shù)后稱粒重，從而獲得有效穗數(shù)、結實率、穗粒數(shù)、千粒重等數(shù)據(jù)。

水稻百千克稻谷養(yǎng)分吸收量計算公式為：

UN=×100 （1）

其中，UH為水稻百千克稻谷養(yǎng)分吸收量，WS為稻稈產(chǎn)量，WG為稻谷產(chǎn)量，NCS為稻稈養(yǎng)分含量，NCG為稻谷養(yǎng)分含量。

養(yǎng)分表觀利用率（RE）計算公式為：

REM=×100 （2）

其中，REM代表不同元素養(yǎng)分表觀利用率（REN、REP、REK），U為施用養(yǎng)分后作物收獲時植株的養(yǎng)分吸收總量，U0為未施相應養(yǎng)分時作物收獲期植株的養(yǎng)分吸收總量，F(xiàn)代表相應養(yǎng)分的投入量。

缺素區(qū)相對產(chǎn)量計算公式為：

RYM=×100 （3）

其中，RYM代表缺素區(qū)（RYN、RYP、RYK）相對產(chǎn)量，YM為缺素區(qū)（YN、YP、YK）產(chǎn)量，YNPK為全肥區(qū)（N2P2K2）產(chǎn)量。

養(yǎng)分平衡法計算推薦施肥量公式為：

FR= （4）

其中，F(xiàn)R為推薦施肥量，UH為水稻百千克籽粒養(yǎng)分吸收量，TY為水稻目標產(chǎn)量，RYM為缺素區(qū)（RYN、RYP、RYK）相對產(chǎn)量，REM為對應元素（REN、REP、REK）養(yǎng)分表觀利用率。

統(tǒng)計分析方法：試驗結果應用Microsoft excel 2003和SPSS18.0軟件進行統(tǒng)計分析，LSD法檢驗差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同氮磷鉀養(yǎng)分用量對水稻產(chǎn)量及其構成因素的影響

早稻試驗結果表明（表2），N2P2K2處理產(chǎn)量最高，為4 664 kg/hm2，P2K2基礎上，氮用量從0水平增加至3水平，水稻分別增產(chǎn)3.2%、13.7%及2.8%；N2K2基礎上，磷用量從0水平增加至3水平，水稻分別增產(chǎn)2.6%、10.9%及2.9%；N2P2基礎上，鉀用量0水平增加至3水平，水稻分別增產(chǎn)8.7%、17.3%及16.5%；但各處理間產(chǎn)量差異未達顯著水平。N2P2K3處理的有效穗最高，N3P2K2處理的穗實粒數(shù)最高，N0P0K0處理的結實率最高，各處理間千粒重無明顯差異。說明不同養(yǎng)分用量水平處理的增產(chǎn)作用主要表現(xiàn)在促進水稻有效穗形成及增加穗粒數(shù)上。

晚稻試驗產(chǎn)量結果表現(xiàn)趨勢與早稻有所不同（表3），N1P2K2處理產(chǎn)量最高，為4 373 kg/hm2，P2K2基礎上，氮用量從0水平增加至3水平，水稻分別增產(chǎn)8.2%、2.1%及-12.0%；N2K2基礎上，磷用量從0水平增加至3水平，水稻分別增產(chǎn)2.1%、12.2%及6.6%；N2P2基礎上，鉀用量0水平增加至3水平，水稻分別增產(chǎn)7.3%、9.3%及10.2%；各處理間產(chǎn)量差異未達顯著水平。有效穗數(shù)總體較早稻有所提高，但大部分處理穗實粒數(shù)及結實率大幅下降，使其總體產(chǎn)量較早稻有一定幅度降低。

2.2 酸性硫酸鹽土壤水稻氮磷鉀養(yǎng)分用量的優(yōu)化

推薦施肥指標體系的構建就是數(shù)量化模擬施肥與產(chǎn)量之間的確定性關系，通過模擬作物生長發(fā)育所需的基本條件，估算作物對養(yǎng)分的需求量。目前運用較廣泛和成熟的包括肥料效應函數(shù)法及養(yǎng)分平衡法等。本研究分別采用兩種方法對養(yǎng)分用量進行優(yōu)化對比，從而獲得最適水稻生長的養(yǎng)分推薦量。

2.2.1 肥料效應函數(shù)法進行優(yōu)化 眾多研究表明[8-10，12-14]，肥料效應函數(shù)能夠通過建立二次多項式來反映施肥量與產(chǎn)量間的拋物線型關系及養(yǎng)分間的交互作用，且易于統(tǒng)計分析和計算最佳施肥量。通過3414試驗結果，分別建立了早晚稻產(chǎn)量二次多項式模型（表4）。

建立的二次多項式模型經(jīng)F檢驗，均未達到α=0.05顯著水平，說明根據(jù)本模型進行模擬的養(yǎng)分推薦量可能存在一定偏差。使用偏導法通過邊際分析計算相應的最佳經(jīng)濟效益施肥量，即dy/dx=px/py（py為稻谷價格，px為肥料養(yǎng)分價格）時的施肥量，依據(jù)“只有當邊際產(chǎn)值與邊際成本的比率相等，且都大于或等于時，投入或投入組合才是合理的”生產(chǎn)經(jīng)濟學原理，確定經(jīng)濟最佳施肥量[9]。計算結果時以三元二次方程結果為主，結合一元二次方程獲得的早晚稻最佳效益氮磷鉀養(yǎng)分推薦用量見下表4。結果表明，ASS早稻推薦施用N 147 kg/hm2、P2O5 53 kg/hm2、K2O 229 kg/hm2，晚稻推薦施用N 93 kg/hm2、P2O5 66 kg/hm2、K2O 204 kg/hm2。早晚稻推薦磷、鉀用量較接近，而氮用量差距較大，這是由于晚稻試驗中N1P2K2處理的產(chǎn)量最高，而磷鉀肥增產(chǎn)效應趨勢接近所致表5。

2.2.2 養(yǎng)分平衡法進行優(yōu)化 通過分析不同養(yǎng)分用量水平處理的水稻相應氮磷鉀養(yǎng)分吸收量，對一定目標產(chǎn)量下的水稻進行養(yǎng)分供給預測，以養(yǎng)分平衡的方式進行模擬。

表6及表7為試驗水稻養(yǎng)分吸收量及氮磷鉀肥表觀利用率結果。其中氮肥表觀利用率較低是由于本試驗中土壤基礎氮養(yǎng)分含量較高，施用氮肥的增產(chǎn)效應較低造成。同時，試驗中設置的氮磷鉀養(yǎng)分施用量偏高也一定程度上降低了表觀利用率。

公式（4）計算得出養(yǎng)分推薦指標列見表8。結果表明，ASS早稻依目標產(chǎn)量從4 500～7 500 kg/hm2分別推薦施用N 67～112 kg/hm2、P2O5 59～98 kg/hm2、K2O 84～140 kg/hm2；晚稻依目標產(chǎn)量從4 500～7 500 kg/hm2分別推薦施用N 53～88 kg/hm2、P2O5 55～92 kg/hm2、K2O 71～118 kg/hm2。早晚稻推薦用量相比，早稻氮磷鉀推薦用量均高于晚稻，其中氮、磷、鉀推薦用量分別高25.8%～26.8%、6.3%～6.9%及18.5%～19.5%。

3 討論與結論

本研究中采用的肥料效應函數(shù)法及養(yǎng)分平衡法均是目前國內(nèi)外應用較廣的一種估算施肥量的方法[7-10， 12]。其中肥料效應函數(shù)法通過求函數(shù)極值、邊際分析等確定最大或經(jīng)濟最佳產(chǎn)量的施肥量， 單一試驗點結果反映了特定土壤狀況下施肥量與產(chǎn)量之間的數(shù)量關系， 屬于生物統(tǒng)計模型。多點次試驗結果的情況下還可結合土壤養(yǎng)分豐缺指標法對不同養(yǎng)分等級土壤進行推薦施肥。前人通過肥料效應試驗結果為數(shù)據(jù)源構建Logistic逐步回歸模型，得到不同目標產(chǎn)量下的Logistic模型，模型引入有效磷、速效鉀養(yǎng)分等級和氮肥用量為自變量，幾個回歸模型的顯著性和各參數(shù)效應均滿足了顯著性檢驗[10，15]。而養(yǎng)分平衡法通過比較基礎地力及高產(chǎn)區(qū)組間作物養(yǎng)分需求量差異，以作物目標產(chǎn)量為預測點，模擬平衡供給作物養(yǎng)分吸收量。有研究將其應用于水稻、玉米、油菜等作物上進行推薦施肥[9，16]，其推薦指標值由土壤養(yǎng)分供應狀況決定，因此對于不同基因型水稻品種均具有一定指導意義。

本研究結果中，肥料效應函數(shù)法推薦ASS早稻施用N 147 kg/hm2、P2O5 53 kg/hm2、K2O 229 kg/hm2，晚稻施用N 93 kg/hm2、P2O5 66 kg/hm2、K2O 204 kg/hm2。養(yǎng)分平衡法推薦ASS早稻依目標產(chǎn)量從4 500～7 500 kg/hm2分別施用N 67～112 kg/hm2、P2O5 59～98 kg/hm2、K2O 84～140 kg/hm2，氮磷鉀配比為1 ∶ 0.87 ∶ 1.25；晚稻依目標產(chǎn)量從4 500～7 500 kg/hm2分別施用N 53～88 kg/hm2、P2O5 55～92 kg/hm2、K2O 71～118 kg/hm2，氮磷鉀配比為1 ∶ 1.04 ∶ 1.33。兩種方法獲得的磷肥推薦量在低目標產(chǎn)量水平時較接近，而氮、鉀推薦用量差異較大。雖然養(yǎng)分平衡法受土壤依存率（缺素區(qū)產(chǎn)量占目標產(chǎn)量比重）影響，隨土壤肥力的提高而增加，土壤肥力越高，缺素區(qū)產(chǎn)量也就越高，而施肥增產(chǎn)率就越低，導致計算出來的推薦施肥量水平也就越低。但肥料效應函數(shù)法形成的數(shù)學模型回歸檢驗不顯著，根據(jù)模型獲得推薦值將存在一定偏差。因此在ASS水稻生產(chǎn)中，宜采用養(yǎng)分平衡法結果進行推薦施肥。

此外，由于本試驗采用常規(guī)稻品種，早、晚稻最高產(chǎn)處理產(chǎn)量分別為4 664 kg/hm2及4 375 kg/hm2，對于超過此產(chǎn)量水平的水稻養(yǎng)分需求量預測可能會出現(xiàn)誤差，而產(chǎn)量水平增高亦可能導致通過施肥轉化到土壤中去的養(yǎng)分減少，出現(xiàn)地力下降的情況，仍有待進一步深入研究。

參考文獻

[1] Laurent B， Abdallahi O M， Lucien R. The origin of Vertisols and their relationship to Acid Sulfate Soils in the Senegal valley[J]. Catena， 2005， 59（1）： 93-116.

[2] 羅 薇. 廣東省酸性硫酸鹽土的鹽分特性及其變化研究[J]. 熱帶亞熱帶土壤科學， 1998， 7（3）： 239-241.

[3] 王建武. 酸性硫酸鹽土的環(huán)境影響及其防治[J]. 熱帶亞熱帶土壤科學， 1998， 7（4）： 314-318.

[4] 章家恩，駱世明，王建武. 酸性硫酸鹽土研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨向[J]. 熱帶亞熱帶土壤科學， 1998， 7（4）： 309-313.

[5] 林初夏，吳志峰. 酸性硫酸鹽土的酸度類型及其測定方法[J]. 生態(tài)環(huán)境， 2003， 12（4）： 505-507.

[6] 劉振乾， 王建武， 駱世明，等. 幾種利用方式下酸性硫酸鹽土的環(huán)境風險及其連鎖效應[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境保護， 2002， 21（3）： 211-214.

[7] 王興仁， 陳新平， 張福鎖，等. 施肥模型在我國推薦施肥中的應用[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報， 1998， 4（1）： 67-74.

[8] 戢 林， 張錫洲， 李廷軒. 基于“3414”試驗的川中丘陵區(qū)水稻測土配方施肥指標體系構建[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學， 2011， 44（1）： 84-92.

[9] 李 娟， 章明清， 孔慶波，等. 福建早稻測土配方施肥指標體系研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報， 2010， 16（4）： 938-946.

[10] 蘇榮瑞，金衛(wèi)斌，艾天成. 基于Logistic回歸的中稻推薦施肥模型， 湖北農(nóng)業(yè)科學， 2009， 48（7）： 1 594-1 598.

[11] 李酉開. 土壤農(nóng)業(yè)化學常規(guī)分析方法[M]. 北京： 科學出版社， l983： 273-278.

[12] 侯彥林，陳守倫. 施肥模型研究綜述[J]. 土壤通報， 2004， 35（4）： 493-501.

[13] 韓 峰， 高 雪， 彭志良， 等. 貴州水稻3414肥料試驗模型擬合的探討[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學， 2009， 37（6）： 235-238.

[14] 張福鎖， 曾振嶺， 王激清，等. 中國土壤和植物養(yǎng)分管理現(xiàn)狀與改進策略[J]. 植物學通報， 2007， 24（6）： 687-694.

[15] 施建平， 魯如坤， 時正元，等. Logistic回歸模型在紅壤地區(qū)早稻推薦施肥中的應用[J]. 土壤學報， 2002， 39（6）： 853-862.

[16] 代 勇， 胡 松， 姚民英，等. 養(yǎng)分平衡法在黔東南州油菜測土推薦施肥中的應用研究[J]. 土壤通報， 2008， 39（3）： 712-714.