長期不同施肥顯著影響雙季稻產量及養分吸收

摘 要：為了解決雙季稻氮、磷肥料施用過量、養分利用率偏低等問題，在典型雙季稻區設置不同氮、磷施肥處理，對雙季稻的產量效應和養分吸收進行分析，探討合理的施肥量，為雙季稻施肥管理提供理論支持。研究結果表明：（1）施肥顯著影響水稻稻谷產量與秸稈生物量，水稻植株體氮、磷含量和積累總量隨施肥量增加而顯著增加。早稻氮（N，下同）、磷（P2O5，下同）施肥量分別在150和90 kg/hm2，晚稻氮、磷施肥量分別在180和90 kg/hm2范圍內時，稻谷產量與秸稈產量隨施氮量增加顯著增加。超過該施肥量，對稻谷產量水稻增產沒有顯著效果。（2）區域早稻理論最高產量對應的氮、磷量分別為158.5和100.2 kg/hm2，晚稻理論最高產量對應的氮、磷量為190.1和77.5 kg/hm2。（3）稻田生態系統每年接受環境中氮、磷養分達108.1和29.8 kg/hm2。

關鍵詞：施肥；養分吸收；雙季稻

中圖分類號：S511.4+2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）05-0028-05

Long-term Different Fertilization Significantly Effected the Yield and Nutrient

Accumulation of Double-cropping Rice

ZHU Jian1，2， PENG Hua1，2， LI Chang-jun1， CAI Jia-pei1， 3， JI Xiong-hui1

（1. Hunan Institute of Agro-Environment and Ecology， Key Laboratory of Agro-Environment in Midstream of Yangtze Plain，

Ministry of Agriculture， P.R. China， Key Lab of Prevention， Control and Remediation of Soil Heavy Metal Pollution in

Hunan Province， Changsha 410125， PRC； 2.Longping Branch of Graduate School of Central South University，

Changsha 410125， PRC； 3. Hunan University， Changsha 410125， PRC）

Abstract：In order to solve the problem of overdose application of nitrogen and phosphorus fertilizer and low utilization rate of nutrient on double-cropping rice， long-term monitoring of different nitrogen and phosphorus fertilization treatments were carried out on typical double-cropping rice area. The yield effect and nutrient utilization rate of fertilizer were analyzed. The rational fertilization areas and fertilizer utilization rate were discussed to provide theoretical support for double cropping rice nutrient management. The results indicated that the total nitrogen and phosphorus contents and accumulation of rice plants increased significantly with the increase of fertilizer application， but the nutrient utilization rate decreased significantly with the increase of fertilizer application. Fertilization of the highest yield of early and late rice is 158.5 kg/hm2 N， 100.2 kg/hm2 P2O5 and 190.1 kg/hm2 N， 77.5 kg/hm2 P2O5， respectively. And 108.1 kg/hm2 N and 29.8 kg/hm2 P2O5 from the environment enter into paddy field ecosystem every year.

Key words：fertilization； nutrient accumulation； double-cropping rice

隨著人口增加、生活水平提高、耕地面積減少、品種結構性矛盾加劇以及種稻效益偏低等因子的驅動，糧食供給已經面臨嚴峻挑戰[1]。養分利用效率的低下和化肥的大量投入，導致了一系列的環境問題[2-4]。使得氮、磷積累導致的負面生態效應遠遠大于作物的產量增益[5-7]，加上不合理的水肥管理等因素，稻田已經成為農業面源污染的重要源頭。在化肥用量持續增加的同時，農作物產量卻沒有相應地持續提高，使農業生產成本急劇上升[8]。因此，如何提高稻田養分利用率，少施肥且保證水稻穩產，已成為人們關注的焦點。

長期以來，國內外在施肥對水稻產量和養分吸收利用的影響方面進行了大量研究。不少學者[9-11]就不同氮肥用量對水稻產量、品質及吸氮特性的影響進行了探討，發現產量及氮肥利用率均隨施氮量的增加呈先增加后下降的趨勢。王偉妮[12]、莫釗文[13]、杜加銀等[14]研究了養分管理措施對水稻產量及養分利用效率的影響，結論均證明在合適的氮磷鉀配比下，水稻能獲得較高的產量及養分利用效率。侯云鵬等[15]的研究表明，適宜的氮肥用量可顯著提高水稻產量，各生育時期養分吸收總量，提高水稻生育后期秸稈中氮、磷、鉀向籽粒的轉運量，并能降低土壤氮素表觀損失量。黃東鳳[16]的研究表明，“優化施肥+節水灌溉”處理不僅能保障水稻產量和養分吸收量，還可明顯降低稻田地表徑流的氮、磷流失量，并能取得較好的經濟效益和環境效益。但是，關于同時調控氮磷施肥對水稻產量及養分吸收的研究在雙季稻并不多。研究在長期大田試驗條件下，監測減氮控磷對雙季稻產量、養分積累和吸收利用的影響，探討減氮控磷的穩產、提效效應，旨在為雙季稻生產實現資源高效利用及可持續發展提供實踐依據和理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗地點位于湖南省長沙縣干杉鄉（28°08′18″ N，113°12′0″ E），海撥42 m。試驗土壤為第四紀紅壤母土發育的水稻土。定位試驗開始前（2007年底）試驗前耕層土壤基礎養分性狀為：有機質30.0 g/kg，全氮1.99 g/kg，全磷0.63 g/kg，全鉀8.1 g/kg，堿解氮177. 0 mg/kg，有效磷23.5 mg/kg，速效鉀126.0 mg/kg，pH值5.2。試驗地屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年均氣溫17.1℃，年均降水量1 500 mm，≥10℃活動積溫5 300～6 500℃，無霜期270～310 d。

1.2 試驗設計

試驗設5個處理，分別為：T1，空白對照，完全不施肥；T2，常規氮磷施肥處理；T3，中量氮磷施肥處理；T4，低氮磷施肥處理；T5，高氮磷施肥處理。具體處理及肥料用量見表1。氮肥中70%為碳酸氫銨（17%N），作基肥于插秧前一天施入，30%用尿素（46%N）作追肥于插秧后10 d施入。磷、鉀肥分別為過磷酸鈣（12% P2O5）和氯化鉀（60% K2O）均作基肥于插秧前一天施入。各小區面積24 m2，設3次重復，隨機區組排列。供試早稻品種為湘早24號，每年4月下旬移栽，7月上旬收獲；晚稻為岳優 360，7月上旬移栽，10月上旬收獲。稻田移栽前帶水耕作與施肥，基肥施用方式為與表土混施，使表面水保持3 cm 深水層進行移栽，土面不現明水時進行灌溉，并保持水層為5 cm，追肥施用方式為表面撒施，其他如育秧方式、病蟲害防治等田間管理措施與當地水稻種植保持一致。該試驗為長期定位監測試驗，從2008年開始，各處理施肥量和水稻品種保持一致。

1.3 樣品采集與分析方法

試驗前采集基礎土壤樣品，收獲期每個小區分別采集水稻籽粒、秸稈樣品，每個小區單獨計產，測定含水量并計算烘干重，植株樣品風干后磨碎制成樣品待測。土壤樣品經自然風干、磨碎后分別過1 mm和0.25 mm篩待測。

土壤基本理化性質采用常規方法測定；植株樣品采用H2SO4-H2O2消煮，待測液中的氮、磷、鉀分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法和火焰光度法測定[17]。

1.4 數據計算與統計分析方法

采用Excel 2007和SPSS 17.0進行數據處理分析，并用 LSD（Least significant difference test）進行樣本平均數的差異顯著性比較。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理條件下的雙季稻產量

不同施肥處理年際間的稻谷產量與秸稈產量見表2。結果表明，雙季稻稻谷產量與秸稈產量年際間差異較大。以常規施肥處理（T2）為例，不同年份間，早、晚稻季稻谷產量分別在4 547～6 309 kg/hm2和6 555～

8 694 kg/hm2范圍內波動。早稻稻谷產量以2011年最高，2010年最低。晚稻稻谷產量2014年最高，2011年最低；早、晚稻季秸稈產量分別在2 605～4 879 kg/hm2

和5 124～8 092 kg/hm2范圍內波動。早稻秸稈產量以2013年最高，2009年最低。晚稻秸稈產量2014年最高，2011年最低。產量差異的原因這主要與各年氣候、降雨條件有關。不同處理間比較發現，不施肥處理（T1）產量最低，施肥處理（T2～T5）的稻谷產量和秸稈產量均顯著高于不施肥處理（T1）（P<0.05），由此可見，稻田施用化肥能夠有效提高水稻籽粒產量和秸稈生物量。不同處理間秸稈生物量隨施肥量增加而增加，達到顯著水平（P<0.05）；施肥量低于T2處理時，稻谷產量也隨施肥量增加而增加。從不同年份的產量數據發現，常規施肥處理（T2）的稻谷產量較高氮磷施肥處理（T5）差異不顯著，甚至高于T5處理。說明過量施用氮肥和磷肥并不能保證增產，反而有減產

風險。

2008～2014年雙季稻的平均產量效應如圖1所示。早稻氮磷施肥量分別在150和90 kg/hm2，晚稻氮磷施肥量分別在180和90 kg/hm2范圍內，稻谷產量與秸稈產量隨施氮量增加顯著增加（P<0.05）。早稻稻谷與秸稈產量趨勢為T2>T5>T3>T4>T1，晚稻稻谷與秸稈產量趨勢為T5≥T2>T3>T4>T1。不考慮氮、磷間的交互作用，通過一元二次肥料效應方程進行模擬回歸分析。可知，早稻產量與氮肥用量的回歸方程為y=-0.106 2 x2+33.666 x+2 616.9，r=0.998 7**，

晚稻產量與氮肥用量的回歸方程y=-0.075 2 x2+28.594 x+

5 024.5，r=0.993 9**，由方程可知，早、晚稻理論最高產的施氮量分別為158.5和190.1 kg/hm2。早稻產量與磷肥用量的回歸方程為y=-0.265 5 x2+53.232 x+

2 610.9，r=0.996 0**，晚稻產量與磷肥用量的回歸方程為y=-0.489 5 x2+75.841 x+5 220.6，r=0.933 0**；由方程可知，早、晚稻理論最高產的施磷量分別為100.2和77.5 kg/hm2。

2.2 不同施肥處理條件下的水稻氮含量和積累量

連續7 a不同施肥處理的平均產量、植株氮含量和積累量結果見表3。早、晚稻季不同處理間稻谷中氮含量分別在10.71～13.13 g/kg和9.60～11.44 g/kg，秸稈中氮含量分別在6.48～8.32 g/kg和6.09～7.90 g/kg，水稻地上部分氮素積累總量分別為40.92～98.01 kg/hm2和67.39～137.89 kg/hm2。監測結果表明，水稻地上部氮素積累總量隨施氮量增加顯著增加（P<0.05）。

早稻不同施肥處理間，稻谷中氮含量和氮積累量均表現為T5>T2>T3>T4、T1，說明增加施氮量，早稻的稻谷氮含量和氮積累量均增加。秸稈氮含量與氮積累量與稻谷的趨勢一致。由表3可知，常規氮磷處理（T2）與高氮磷處理（T5）秸稈氮含量顯著高于T1處理（P<0.05），但T3和T4處理秸稈氮含量與T1處理間差異不顯著。

晚稻的結果與早稻相似，稻谷中氮含量和氮積累量表現為T5>T2>T3>T4、T1，隨施氮量增加，稻谷中氮含量增加，T3、T4、T5處理氮含量較T1、T2比，達到顯著水平（P<0.05）。不同處理間稻谷氮積累量隨著施氮量增加而顯著增加（P<0.05）；秸稈中氮含量為T5>T2>T3>T4、T1，氮積累量與氮含量的規律一致。

不施肥處理（T1）早、晚稻地上部從環境中吸收的氮素總量分別達40.92和67.39 kg/hm2，合計達108.1 kg/hm2。分析水稻產量與地上部氮積累總量的關系發現，隨雙季稻產量的增加，地上部分氮積累總量呈線性增加趨勢（y=0.017 1x-4.694 5；R2=0.901 2）。

2.3 不同施肥處理條件下的水稻磷含量和積累量

連續7 a不同施肥處理的平均產量、植株磷含量和積累量結果見表4。早、晚稻不同處理間稻谷中磷含量分別在0.028～0.029 g/kg和0.072～0.083 g/kg，秸稈中磷含量分別在0.02～0.05 g/kg和0.09～0.19 g/kg。隨施磷量增加，稻谷與秸稈中的磷含量和磷積累量呈現增加的趨勢。

早稻不同處理間，稻谷中磷含量為T2>T5>T3>T1>T4，并非表現為施磷量高，稻谷中磷含量越高，說明磷肥施用過量反而影響水稻對磷素的吸收利用；不同處理間，秸稈中的磷含量沒有明顯規律，T1處理磷含量大于T3和T4處理，秸稈中的磷積累量表現為隨施磷增加，磷積累量增加。

不同處理間，晚稻稻谷中的磷含量沒有顯著差異，但是稻谷磷積累量表現為隨施磷量增加而顯著增加的趨勢。秸稈中的磷含量和積累量均隨施磷量增加顯著增

加（P<0.05）。其中，常規施肥處理（T2）秸稈磷含

量和積累量分別是不施肥處理 （T1）的2.4倍和1.7倍。

晚稻施磷量低于早稻（表4），但從稻谷和秸稈中的磷含量與磷積累總量來看，均是晚稻高于早稻。原因可能是晚稻光熱氣條件適宜，土壤中的微生物和磷酸酶的活性較高，促進了土壤磷庫中磷素的活化有關[18]。

不施肥處理（T1）早、晚稻地上部從環境中吸收的磷素總量分別達9.74和20.03 kg/hm2，合計達29.8 kg/hm2。分析水稻產量與地上部吸磷總量的關系發現，隨雙季稻產量的增加，地上部分吸磷總量呈現線性增加趨勢（y=8×10-5x-0.174 2；R2=0.926 6）。

3 討 論

合理施肥是確保水稻高產穩產的主要措施[19]。不合理施肥給水稻生產及農業環境造成的影響較減產更嚴重。水稻當季施肥量高于目標產量養分需求量時，產量與品質開始下降，養分流失風險加劇[20]。主要是由于化肥的過量供應會造成水稻植株對氮、磷的奢侈吸收，貪青遲熟，病蟲害加劇，從而影響產量與品質。這與梁濤等[21]和孫永健等[10]的研究結果基本一致。研究結果表明，年均氮、磷用量分別在低于330、180 kg/hm2范圍內，水稻產量隨肥料用量增加而顯著提高，氮、磷用量超過390和225 kg/hm2后，水稻產量呈下降趨勢。高量氮、磷投入，雖然水稻植株氮、磷養分積累量增加，但產量并沒有較中量氮磷處理高（常規施肥的氮肥從330減至240 kg/hm2，磷肥從180減至103.5 kg/hm2）。因此，協調產量和養分利用之間的矛盾，必須在保證水稻產量的前提下，避免水稻營養體對氮磷養分的過度吸收。

養分吸收是水稻物質生產和稻谷產量形成的基

礎[22]。施用氮肥可顯著增加水稻成熟期氮吸收總量[23]，

成熟期氮、磷吸收總量與肥料投入量具有顯著的正相關性[24]。研究結果表明，不同氮、磷水平條件下，水稻成熟期氮、磷吸收總量隨肥料投入量的增加而增加。水稻氮、磷積累量均與產量呈現顯著正相關關系，其中氮積累量與產量的關系為：y=0.017 1x-4.694 5，R2=0.901 2；磷積累量與產量的關系為：y=8×10-5x-0.174 2；

R2=0.926 6。研究結果還發現，氮磷肥不同用量與植株積累量的關系并非一致。比如，施氮量與植株氮積累總量的關系可以用直線關系很好的擬合（早稻：R2=0.983 0；晚稻：R2=0.983 0），但是施磷量與植株磷積累量的關系用二次曲線擬合較好（早稻：R2=0.990 0；晚稻：R2=0.965 0）。產生差異的原因可能是過度施肥，水稻植株體已經對養分產生奢侈吸收，但產量卻降低有關（表3和表4）。

環境中大氣、水體等含有的一些養分能通過沉降、灌溉等途徑帶入農田生態系統，其與土壤養分、肥料養分一起構成了植物養分的三大來源[1]。據估計，地表灌溉水帶入農田的氮為0.6 Tg N[25]、地下水灌溉補充到土壤的氮達到174～298 kg/hm2[6]、大水漫灌每年補充的氮量也有87 kg/hm2[7]。研究中連續7 a不施肥處理，水稻產量雖然較施肥處理有所降低，但并沒有出現持續下降，而是在一定產量范圍內波動（6 257～

9 071 kg/hm2）。按照土壤無肥區估算法[26]計算該區域環境養分的輸入量，研究區域平均每年接收環境中氮磷養分達108.1和29.8 kg/hm2（表2）。因此，科研工作者應高度重視大氣沉降和灌溉水為主體的環境養分對農田生態系統養分輸入，充分利用這部分環境養分資源、減少化肥的不合理投入，從而實現養分資源的高效利用。

4 結 論

（1）雙季稻模式下，早稻氮磷施肥量分別在150和90 kg/hm2，晚稻氮磷施肥量在180和90 kg/hm2范圍內，稻谷產量與秸稈產量隨施氮量增加顯著增加

（P<0.05）。區域生產條件下，早稻理論最高產量的氮、磷施肥量分別為158.5和100.2 kg/hm2，晚稻理論最高產量的氮、磷施肥量分別為190.1和77.5 kg/hm2。

（2）水稻稻谷、秸稈中的氮磷含量和積累量隨氮磷用量的增加而顯著增加（P<0.05）。

（3）稻田生態系統環境養分的輸入不容小視，平均每年接收環境中氮磷養分達108.1和29.8 kg/hm2。加強環境養分在農田養分管理及自然生態系統養分循環中的研究有利于高效利用環境養分資源和減少氮磷化肥的投入。

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（責任編輯：肖彥資）