養分專家系統推薦施肥對水稻產量的影響

楊中保　郭海　汪霄　吳萍萍　楊鵬金　李錄久

摘要 [目的]驗證水稻養分專家系統（NE）在淮南市潘集地區的應用效果。[方法]通過田間小區試驗，設置養分專家系統推薦施肥NE及不施氮（NE-N）、磷（NE-P）、鉀（NE-K）和空白無肥的對照CK，并與測土配方施肥ST和農民習慣施肥FP相比較。水稻成熟期考察產量性狀，測定籽粒產量。[結果]NE對水稻生長發育具有明顯的促進作用，并能顯著提高籽粒產量。相較于FP和ST，NE平均節氮23.1% 和14.9%，磷肥投入較FP增加12.4%而與ST持平，鉀肥用量比FP增多41.6%較ST節省16.6%，氮磷鉀比例較為適宜。NE較不施氮、磷、鉀的對照分別增產23.68%～72.48%、7.05%～16.05%、5.35%～19.27%，平均增長42.66%、11.63%和12.28%;與CK和FP相比，NE產量相應提高25.90%～84.31%和8.05%～16.17%，平均增產52.95%和12.19%，與ST產量基本持平。氮磷鉀的增產效應順序為N>>K>=P。[結論]水稻養分專家系統NE具有很好的節肥增產效果和技術優勢。

關鍵詞 養分專家系統;氮磷鉀用量;水稻產量

中圖分類號 S 511文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）16-0151-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.16.041

Effects of Nutrient Expert Recommended Fertilization on Rice Yield

YANG Zhong-bao1，GUO Hai1，WANG Xiao2 et al （1.Agro-Tech Extension and Service Center in Panji District， Huainan，Anhui 232082;2.Institute of Soil and Fertilizer， Anhui Academy of Agricultural Sciences， Hefei，Anhui 230031）

Abstract [Objective]To study the effects of nutrient expert （NE） on rice yield in Panji District， Huainan City.[Method]Seven treatments were designed in the rice field experiments， including NE，eliminating nitrogen （N）， phosphorus （P） or potassium （K） input in the NE treatment （NE-N， NE-P， NE-K）， no fertilization （CK），farmers practices （FP）， and soil testing from the local agricultural technical department （ST）.The yield traits and grain yield were investigated at harvest.[Result]NE could improve the growth and development of rice and increase yield significantly.P and K fertilizer input in NE treatment were increased 12.4% and 41.6%， while N fertilizer input was decreased 23.1% than in FP.N and K fertilizer input in NE treatment were decreased 14.9% and 16.6% than in ST， while P fertilizer input was almost flat.The yield in NE treatment increased 23.68%-72.48%， 7.05%-16.05% and 5.35%-19.27% than in NE-N， NE-P and NE-K treatments， and the average yield increased 42.66%，11.63% and 12.28%.Compared with CK and FP treatments， the yield in NE treatment increased 25.90%-84.31% and 8.05%-16.17%，and the average yield increased 52.95% and 12.19%.The yield in NE treatment was fairly flat with yield in ST treatment.The yield-increasing effect was followed as N>>K>=P fertilizer.[Conclusion]The NE recommendation for rice not only increased the yield， but also reduced the fertilization amounts， was superior to the other recommended fertilization method.

Key words Nutrient expert system;Nitrogen，phosphorus and potassium application rates;Rice yield

基金項目 公益性行業（農業）科研專項經費課題（20150311802）;國家重大研發項目課題（2018YFD0200505）。

作者簡介 楊中保（1976—），男，安徽淮南人，高級農藝師，從事農技推廣工作。*通信作者，研究員，從事土壤肥料研究。

收稿日期 2020-05-28

水稻是淮南市潘集區主要糧食作物，據統計，全區常年水稻種植面積為2.4×104 hm2，總產量2.0×105 t，種植面積約占全區糧食作物播種面積的48%，總產量占全區糧食總產的62%，單位面積產量高于小麥和玉米，農民非常重視水稻生產，因此水稻生產在潘集區占有極為重要的地位[1-3]。然而，水稻是一種高需肥作物，生長發育時間長、產量高，需要吸收大量養分，施肥是重要手段。調查表明，農民為了追求水稻高產，長期高量施用化肥，不僅增加了農業生產成本，降低了施肥的經濟效益，還造成未被吸收利用的肥料養分大量流失，成為農業面源污染物的主要來源，導致農業生態環境受損和破壞。如何在不繼續增加化肥用量的狀況下提高水稻產量，減肥增效，是潘集區農業科技人員當前面臨的重大課題和挑戰。

養分專家系統（nutrient expert，NE），應用當前國際最新的4R養分管理技術，依據農作物產量反應和農學效率，進行推薦施肥和養分管理的一種推薦施肥方法[4-6]。與測土配方施肥相比，節省了土壤樣品采集和化驗等繁雜工作，既充分利用農田基礎養分資源、提供合理的養分用量，避免農作物對養分的奢侈吸收，又保障植物養分供應，最終達到高產、高效的目的[7]。2013年起，筆者與安徽省農業科學院土壤肥料研究所合作，在潘集水稻主產區連續多年開展了水稻NE田間試驗，以進一步驗證水稻NE系統在淮南市一季中稻的適應性。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況 試驗于2013—2016年在淮南市潘集區古溝、賀疃等鄉鎮進行，供試土壤為砂姜黑土發育而成的水稻土。試驗前0～20 cm耕層土壤養分狀況：pH 5.12～6.50，有機質12.3～20.9 g/kg，全氮1.08～1.90 g/kg，有效磷12.3～17.4 mg/kg，速效鉀156.8～233.0 mg/kg。

1.2 試驗材料 供試水稻品種為兩優6號、Y兩優651、皖稻197等當地主栽品種，每年5月中旬育秧，6月上中旬移栽，10月上旬收獲，栽插密度25 cm×20 cm。

1.3 試驗設計 每年試驗均設置以下7個處理：① NE（在調查農民施肥和水稻產量等信息的基礎上，基于水稻養分專家系統NE計算的NPK推薦用量）;② NE-N（NE推薦施肥量的基礎上，不施氮肥）;③ NE-P（NE推薦施肥量基礎上，不施磷肥）;④ NE-K（NE推薦施肥量基礎上，不施鉀肥）;⑤ 完全不施肥的空白對照CK;⑥ ST（當地農技推廣部門測土推薦的施肥量）;⑦ FP（當地農民習慣施肥量）（表2）。供試肥料品種：氮肥為尿素，磷肥為磷酸二銨或過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀。小區面積20～60 m2，隨機排列，不重復[8]。全部磷肥作基肥，鉀肥按基肥-孕穗肥50%-50%的比例施用。氮肥，NE及減P減K處理按基肥-分蘗肥-孕穗肥50-30-20的百分比施用，ST及FP處理分別按60-25-15和70-30-0的百分比施肥。基肥于水稻移栽前全層撒施，與土壤充分混合。其他栽培管理措施，如病蟲草害防治及水分管理，同當地一般大田水稻。

2 結果與分析

2.1 養分專家系統NE的推薦施肥量 從表1可以看出，4年試驗農民習慣施肥FP處理N、P2O5、K2O的施用量分別為195～255、56.0～90.0和45.0～60.0 kg/hm2，總平均為228.8、66.5和55.3 kg/hm2，投入的養分N∶P2O5∶K2O平均比例為1∶0.29∶0.24，整體上以氮為主，磷和鉀投入量很少。當地測土配方施肥或農技部門推薦施肥ST處理氮磷鉀養分投入量相應為197.5～210.0、72.0～75.0和90.0～105.5 kg/hm2，4年總平均為206.9、74.3和93.9 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O為1∶0.36∶0.45。NE系統計算推薦的氮磷鉀養分投入量分別為165.0～195.0、60.0～90.0和63.0～90.0 kg/hm2，總平均為176.0、74.8和78.3 kg/hm2，投入的N∶P2O5∶K2O為1∶0.42∶0.45。由此可見，NE處理的氮肥投入量大幅度減少，相較于FP和ST處理，4年降幅分別為13.4%～27.5%和7.1%～19.0%，平均減氮23.1%和14.9%，即FP和ST較NE分別多施氮肥30.0%和17.6%。至于磷肥，4年4地NE投入差異較大，較FP和ST分別增加-23.3%～50.0%和-16.7%～20.0%，平均增加12.4%和0.6%， 即NE比FP多施磷12.4%而與ST處理相當。鉀肥施用量，NE處理較FP明顯提高，4年增長25.0%～50.0%，平均提高41.6%;但NE又顯著低于ST，其中2013和2015年少施鉀33.6% 和30.0%，另2年持平，4年平均NE較ST節鉀16.6%。總體上，養分專家系統NE推薦的氮磷鉀施肥量較適宜，既增加了FP的鉀供應又避免ST的奢侈吸收，氮磷鉀養分投入的比例也較為適宜，適合水稻生長發育。

2.2 養分專家系統NE對水稻生長發育和產量的影響

2.2.1 水稻生長發育。

施肥對水稻生長發育有重要影響，不僅前期外觀有所表現，最終也體現在水稻籽粒產量及其構成因素等方面[9]。4年4地試驗收獲期水稻考種結果表明，養分專家系統NE推薦的氮磷鉀優化配合施用，對沿淮淮北水稻-小麥輪作區一季中稻的生長發育具有明顯的促進作用。與不施肥的空白對照CK或不施氮、磷、鉀肥的對照NE-N、NE-P和NE-K相比，NE處理分蘗形成的有效穗數增多，穗長增長，穗粒數增加，結實率提高，空癟粒數減少，不施氮肥對水稻生長發育的影響最大。與農民習慣施肥FP相比，推薦施肥NE處理的產量性狀也有一定程度的改善和提高，而與當地農技部門的測土配方施肥ST處理相近（數據未列出）。

2.2.2 水稻養分專家系統NE的增產效應。

由表2可知，淮南市潘集水稻主產區，水稻養分專家系統NE推薦的氮磷鉀優化施肥組合具有較為明顯的增產效應。4 年4地試驗，以不施氮、磷、鉀的處理NE-N、NE-P和NE-K及無肥的空白CK為對照，水稻氮磷鉀配合施用的NE處理較不施氮肥的對照（NE-N）的增產率為23.68%～72.48%，與無磷處理（NE-P）相比產量相對提高7.05%～16.05%，較缺鉀處理（NE-K）增產5.35%～19.27%，相比無肥的CK產量增長25.90%～84.31%，平均增產42.66%、11.63%、12.28%和52.95%。由此可見，增施氮肥的增產幅度較大，增產效應極為明顯;施用磷鉀肥的增產幅度相對較小，增產效應明顯。總體上，施氮的增產效應最為明顯、也最穩定，增產幅度一般在20%以上;施用磷鉀的增產效應則存在變數，與試驗地土壤有效磷鉀含量有較大的關系，有時增產幅度會低于5%。氮磷鉀增產效應的表現為N>>K>=P。

水稻養分專家系統推薦施肥NE處理較農民習慣施肥FP也有一定的產量優勢[10]。4年4地試驗，NE較FP增產8.05%～16.17%，平均增長12.19%，3年的增產效應均超過10%，增產效應也較為明顯。進一步與當地農業技術部門測土配方施肥ST相比，NE前2年分別減產9.28%和0.53%，后2年則相應增產6.11%和6.20%，總平均增產0.83%，產量基本持平，表明NE與測土配方施肥ST有相當的效果，盡管減少了施肥量，也沒有測試土壤。

3 結論

（1）水稻養分專家系統NE氮肥投入量大幅度降低，4年4地試驗，相較于農民習慣施肥FP和當地農技術部門推薦施肥ST，減氮幅度分別為13.4%～27.5%和7.1%～19.0%，平均減氮23.1%和14.9%。磷肥投入，NE較FP和ST分別增加-23.3%～50.0%和-16.7%～20.0%，平均增加12.4%和0.6%， NE比FP多施磷12.4%而與ST相當。鉀肥施用量，NE處理較FP明顯提高，4年增長25.0%～50.0%，平均提高41.6%;但NE又顯著低于ST處理，其中2年持平另2年少施鉀33.6%和30.0%，4年平均NE較ST節鉀16.6%。NE處理氮磷鉀比例較為適宜。

（2）水稻養分專家系統NE推薦的氮磷鉀施肥量對沿淮淮北一季中稻具有較為明顯的增產效應。4 年4地試驗，NE較不施氮的對照增產23.68%～72.48%，施磷產量相對提高7.05%～16.05%，施鉀增產5.35%～19.27%，相比無肥的CK產量增長25.90%～84.31%，平均增產42.66%、11.63%、12.28% 和52.95%，總體上施氮的增產率很高，施磷、施鉀的增產效應也較明顯，但磷鉀的增產率遠低于氮、鉀又略高于磷。氮磷鉀的增產效應表現為N>>K>=P。

（3）當地農技部門測土配方施肥ST水稻籽粒產量與養分專家系統NE相近，農民習慣施肥FP表現較差，產量明顯低于NE和ST處理。4年4地試驗，NE較FP和ST分別增產8.05%～16.17%和-9.28%～6.20%，平均提高12.19%和0.83%，NE較ST產量基本持平，NE與FP相比增產效應較為明顯，總體上NE具有很好的應用效果和技術優勢。

參考文獻

[1] 李錄久，王家嘉，吳萍萍，等.秸稈還田下氮肥運籌對白土田水稻產量和氮吸收利用的影響[J].植物營養與肥料學報， 2016，22（1）：254-262.

[2] 國家統計局.2018年全國農作物生產統計調查資料[Z].2018.

[3] 安徽省統計局.安徽農村統計調查資料[Z].2017.

[4] Nutrient Expert養分專家系統：基于產量反應和農學效率的推薦施肥方法[J].中國土壤與肥料，2014（4）：96.

[5] 徐新朋，魏丹，李玉影，等.基于產量反應和農學效率的推薦施肥方法在東北春玉米上應用的可行性研究[J].植物營養與肥料學報，2016，22（6）：1458-1467.

[6] 何萍，金繼運，PAMPOLINO M F，等.基于作物產量反應和農學效率的推薦施肥方法[J].植物營養與肥料學報，2012，18（2）：499-505.

[7] 姚禮發，吳萍萍，姚文麒，等.專家系統推薦施肥對水稻生長和氮素利用的影響[J].現代農業科技，2019（24）：3-4，6.

[8] 黃厚寬，王家嘉，李錄久，等.施用氮肥對小麥生長和經濟效益的影響[J].安徽農業科學，2011，39（24）：14684-14686.

[9] 浙江農業大學.植物營養與施肥[M].北京：中國農業出版社，1998.

[10] 宋蝶，陳新兵，董洋陽，等.養分專家系統推薦施肥對蘇北地區水稻產量和肥料利用率的影響[J].中國生態農業學報，2020，28（1）：68-75.