配方施肥對(duì)早、中、晚稻產(chǎn)量和肥料利用率的影響

李榮會(huì)，周江明，毛倩

(1.衢州市土肥與農(nóng)村能源技術(shù)推廣站，浙江 衢州 324000； 2.江山市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 江山 324100)

研究表明，我國(guó)化肥對(duì)水稻產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率大多在29.6%～38.7%，平均為34.6%[1-6]。由于化肥具有顯著的增產(chǎn)效應(yīng)，因此，很多農(nóng)戶為片面追求高產(chǎn)而大量施用化肥。史常亮等[7]對(duì)2004—2013年的相關(guān)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)表明，我國(guó)水稻生產(chǎn)中化肥施用量已超過(guò)了其經(jīng)濟(jì)意義上的最優(yōu)施用量，過(guò)量程度高達(dá)24.67%，施入的化肥有超過(guò)一半的養(yǎng)分可能通過(guò)揮發(fā)、硝化和徑流而損失[8]，既浪費(fèi)資源，增加生產(chǎn)成本，降低肥料利用效率，又污染農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，嚴(yán)重威脅農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[8-11]。為解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥濫用的問(wèn)題，從2005年起，我國(guó)啟動(dòng)了測(cè)土配方施肥工作，隨著施肥技術(shù)的優(yōu)化和推廣應(yīng)用，水稻肥料施用漸趨合理，肥料中N、P2O5、K2O的利用率從2001—2005年的27.3%～28.3%、13.0%～13.1%、28.1%～32.4%[12-13]上升到2013年的35%、25%、41%[14]。但與發(fā)達(dá)國(guó)家50%～60%的養(yǎng)分利用率相比，我國(guó)肥料利用率仍處于較低水平。因此，在確保糧食安全的前提下，如何進(jìn)一步提高肥料利用率、降低面源污染風(fēng)險(xiǎn)仍是值得重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。鑒于目前還有很多農(nóng)業(yè)主體存在“重氮輕鉀”的施肥觀點(diǎn)，本文特在浙江省江山市根據(jù)當(dāng)?shù)厥┓是闆r結(jié)合大區(qū)域配方開(kāi)展了早、中、晚稻配方施肥試驗(yàn)，系統(tǒng)地研究配方施肥對(duì)各季水稻產(chǎn)量和肥料利用率的影響，旨在為全面提高水稻產(chǎn)量和肥料利用率、減少面源污染提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018—2019年在浙江省江山市長(zhǎng)臺(tái)鎮(zhèn)華豐村(HF-01、HF-02)、清湖鎮(zhèn)九村(JC)、賀村鎮(zhèn)湖前村(HQ)和雙塔街道黃家村(HJ)5個(gè)地塊進(jìn)行。江山市位于118°22′35″～118°48′48″E、28°14′29″～28°53′29″N，年平均氣溫為17.4 ℃，年降水量1 825.8 mm，年日照時(shí)數(shù)1 758.3 h，年無(wú)霜期264 d，年太陽(yáng)輻射467.98 kJ·cm-2[15]。當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)以稻-稻-肥或稻-油一年二熟或三熟為主，試驗(yàn)地土壤為水稻土。試驗(yàn)前5塊田土壤的基本理化性狀如下:HF-01，土壤質(zhì)地為壤土，pH值5.3，有機(jī)質(zhì)28.0 g·kg-1，全氮1.65 g·kg-1，有效磷5.8 mg·kg-1，速效鉀57 mg·kg-1；HF-02，土壤質(zhì)地為壤土，pH值5.2，有機(jī)質(zhì)25.1 g·kg-1，全氮1.79 g·kg-1，有效磷7.2 mg·kg-1，速效鉀166 mg·kg-1；JC，土壤質(zhì)地為砂壤，pH值5.1，有機(jī)質(zhì)23.1 g·kg-1，全氮1.48 g·kg-1，有效磷3.3 mg·kg-1，速效鉀115 mg·kg-1；HQ，土壤質(zhì)地為黏壤，pH值4.9，有機(jī)質(zhì)16.0 g·kg-1，全氮1.15 g·kg-1，有效磷97.0 mg·kg-1，速效鉀75 mg·kg-1；HJ，土壤質(zhì)地為壤土，pH值5.8，有機(jī)質(zhì)43.9 g·kg-1，全氮2.58 g·kg-1，有效磷28.0 mg·kg-1，速效鉀175 mg·kg-1。

1.2 處理設(shè)計(jì)

2018年7—11月在HF-01和JC地塊上開(kāi)展晚稻試驗(yàn)，供試水稻品種分別為甬優(yōu)8050和甬優(yōu)1540；2019年3—7月在HF-02和HQ地塊上開(kāi)展早稻試驗(yàn)，供試水稻品種分別為中早39和金早47；2019年5—10月在HJ地塊上開(kāi)展中稻試驗(yàn)(單季稻)，供試水稻品種為Y兩優(yōu)689。

各地塊上的試驗(yàn)均設(shè)計(jì)6個(gè)處理:CK，不施化肥；CF，常規(guī)施肥(依當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)習(xí)慣量)；FFNPK，配方施肥，結(jié)合常規(guī)施肥量和區(qū)域大配方適量調(diào)整；FFPK，配方施肥，不施氮，其他養(yǎng)分投入量同F(xiàn)FNPK；FFNK，配方施肥，不施磷，其他養(yǎng)分投入量同F(xiàn)FNPK；FFNP，配方施肥，不施鉀，其他養(yǎng)分投入量同F(xiàn)FNPK。每個(gè)處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列，每小區(qū)面積35 m2。

HF-01地塊上CF的N、P2O5、K2O投入量分別為210.8、90.0、90.0 kg·hm-2，F(xiàn)FNPK的N、P2O5、K2O投入量分別為219.8、75.0、90.0 kg·hm-2；HF-02地塊上CF的N、P2O5、K2O投入量分別為159.8、56.3、56.3 kg·hm-2，F(xiàn)FNPK的N、P2O5、K2O投入量分別為150.0、60.0、75.0 kg·hm-2；JC地塊上CF的N、P2O5、K2O投入量分別為173.6、56.3、56.3 kg·hm-2，F(xiàn)FNPK的N、P2O5、K2O投入量分別為162.0、75.0、90.0 kg·hm-2；HQ地塊上CF的N、P2O5、K2O投入量分別為120.0、45.0、45.0 kg·hm-2，F(xiàn)FNPK的N、P2O5、K2O投入量分別為120.0、78.8、78.8 kg·hm-2；HJ地塊上CF的N、P2O5、K2O投入量分別為140.9、78.8、78.8 kg·hm-2，F(xiàn)FNPK的N、P2O5、K2O投入量分別為126.0、60.0、96.0 kg·hm-2。

試驗(yàn)用肥料為復(fù)合肥1(N 15%，P2O515%，K2O 15%)、復(fù)合肥2(N 26%、P2O510%、K2O 16%)、尿素(N 46%)、過(guò)磷酸鈣(P2O512%)、氯化鉀(K2O 60%)。各處理下，水稻移栽前基施40%～60%的N、100%的P2O5、60%的K2O，其余養(yǎng)分在分蘗期作追肥施用。

各處理除施肥差異外，灌溉、除草、病蟲(chóng)害防治等均參照當(dāng)?shù)亓?xí)慣操作統(tǒng)一管理。

1.3 樣品采集與分析

成熟期分別于每小區(qū)調(diào)查3個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)20穴，共調(diào)查60穴有效穗，按平均法取水稻植株3株，測(cè)定植株高度，考查穗粒結(jié)構(gòu)。按小區(qū)全部收割，稱出濕谷和濕秸稈質(zhì)量，再稱2.5 kg濕谷和濕秸稈烘干，折算干谷和干秸稈實(shí)際產(chǎn)量，換算小區(qū)產(chǎn)量。烘干樣品(籽粒和秸稈)送到檢測(cè)中心作分析用。

植株全氮采用H2SO4-H2O2消煮-凱氏滴定法測(cè)定，全磷采用釩鉬黃分光光度法測(cè)定，全鉀采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度法測(cè)定[16]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

參照趙海東等[16]計(jì)算水稻地上部養(yǎng)分(氮、磷、鉀)積累量和當(dāng)季養(yǎng)分利用率。

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS 9.5進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)有顯著(P<0.05)差異的，采用LSD法進(jìn)行多重比較。用Origin Pro 9.1軟件作柱狀圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

化肥對(duì)作物生長(zhǎng)具有顯著的促進(jìn)作用，本研究中采用常規(guī)施肥量的CF處理的水稻產(chǎn)量比空白區(qū)(CK)增15.6%～66.6%(表1)。配方施肥與常規(guī)施肥相比，優(yōu)化了施肥結(jié)構(gòu)和肥料施用量，但對(duì)水稻產(chǎn)量并無(wú)顯著負(fù)面影響，且在HJ試驗(yàn)田上的產(chǎn)量顯著高于CK。對(duì)比FFPK、FFNK、FFNP的水稻產(chǎn)量，各田塊均以FFPK的產(chǎn)量最低，且均顯著低于FFNK，說(shuō)明氮磷鉀三元素中，氮的增產(chǎn)效果最明顯。

表1 不同施肥處理的水稻產(chǎn)量 單位:kg·hm-2

2.2 對(duì)水稻養(yǎng)分吸收積累的影響

從圖1可知，水稻地上部分(籽粒+秸稈)養(yǎng)分積累量依次為K>N>P，說(shuō)明水稻對(duì)鉀營(yíng)養(yǎng)需求較大。對(duì)比氮、磷、鉀缺乏對(duì)植物氮、磷、鉀積累的影響，可見(jiàn)，其對(duì)水稻植株氮積累的影響依次為N>K>P，對(duì)磷積累的影響依次為N>P>K，對(duì)鉀積累的影響依次為N>K>P，可見(jiàn)氮肥是制約水稻養(yǎng)分積累的關(guān)鍵因子。同時(shí)，除HJ試驗(yàn)點(diǎn)CF處理的水稻氮、鉀積累量顯著低于FFNPK外，其他試驗(yàn)點(diǎn)2個(gè)處理的水稻氮、磷、鉀積累量均無(wú)顯著差異。

同一地點(diǎn)各處理柱上無(wú)相同字母的表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖1 各處理水稻地上部分氮、磷、鉀積累量

2.3 對(duì)肥料利用率的影響

如圖2所示，F(xiàn)FNPK處理的水稻氮、磷、鉀肥利用率分別為40.1%、12.8%、53.5%，氮肥利用率顯著高于CF處理，而鉀肥利用率顯著低于CF處理。

同一養(yǎng)分柱上無(wú)相同字母的表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖2 配方施肥與常規(guī)施肥的水稻肥料利用率

從圖3可以看出，不同季別的水稻肥料利用率有一定差異，其中FFNPK處理的氮肥利用率較為穩(wěn)定，在40%左右；而CF處理的氮肥利用率在早稻、晚稻、單季稻上分別為33.1%、32.9%和25.0%，均顯著低于FFNPK處理。不同季別的水稻上，農(nóng)戶常規(guī)施肥的肥料利用率差別較大，在早稻上較高，而在單季稻上較低，這可能與不同季別水稻的生長(zhǎng)環(huán)境、施肥習(xí)慣有關(guān)，而配方施肥因優(yōu)化了施肥用量和施肥結(jié)構(gòu)，肥料利用率相對(duì)穩(wěn)定，且處于較高水平。

同一季別水稻相同養(yǎng)分不同處理柱上無(wú)相同字母的表示差異顯著(P<0.05)。圖3 早、中、晚稻配方施肥與常規(guī)施肥的肥料利用率

3 討論

配方施肥是根據(jù)土壤肥力和作物養(yǎng)分需求規(guī)律進(jìn)行養(yǎng)分合理配比的一種科學(xué)施肥技術(shù)[2]。眾多研究表明，配方施肥在水稻增產(chǎn)增效、提高肥料利用率和改善生態(tài)環(huán)境方面成效顯著[17-18]。本研究的早、中、晚稻配方施肥處理比常規(guī)施肥處理的增產(chǎn)效果除HJ試驗(yàn)田外并不顯著，這除與土壤環(huán)境、水稻品種、常規(guī)施肥管理水平等有關(guān)外，可能還受到當(dāng)前配方施肥優(yōu)化設(shè)計(jì)的限制。根據(jù)化肥減量要求，配方參照區(qū)域大配方適當(dāng)調(diào)整而成，并沒(méi)有完全參考每塊試驗(yàn)田的土壤養(yǎng)分條件做最優(yōu)化設(shè)計(jì)，這可能導(dǎo)致其未充分發(fā)揮配方施肥的最大增產(chǎn)潛能。不同試驗(yàn)田中，水稻產(chǎn)量以JC田塊最高。這除了受到水稻品種和季節(jié)因素的影響外，還可能和土壤肥力、施肥量有關(guān)。HQ田塊上開(kāi)展的為早稻試驗(yàn)，試驗(yàn)田土壤養(yǎng)分低于JC田塊且存在缺鉀現(xiàn)象，而單位面積鉀用量卻低于JC田塊，這可能對(duì)水稻生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響而降低產(chǎn)量。同時(shí)，很多農(nóng)業(yè)主體為搶播雙晚，也普遍存在提早收割早稻的現(xiàn)象，這可能也是導(dǎo)致早稻產(chǎn)量下降的另一個(gè)原因。本試驗(yàn)中氮對(duì)水稻增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率最大，表明氮肥是水稻增產(chǎn)的主要因素，應(yīng)該在糧食生產(chǎn)上予以充分重視。

養(yǎng)分積累不僅促進(jìn)水稻正常的生長(zhǎng)發(fā)育，也有利于將無(wú)機(jī)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為有機(jī)養(yǎng)分而減少流失、提高肥料利用率。王偉妮等[19]認(rèn)為，氮磷鉀均缺乏不僅顯著影響相應(yīng)元素的吸收，也會(huì)影響到其他元素的吸收，其中影響水稻對(duì)氮、磷、鉀吸收的因子從大到小依次為N>K>P、K>N>P、K>N>P，氮和鉀是關(guān)鍵因素。而本試驗(yàn)結(jié)果顯示，影響水稻對(duì)三大元素吸收的關(guān)鍵因子是氮，這可能與本試驗(yàn)條件下缺氮導(dǎo)致產(chǎn)量大幅下降有關(guān)。在肥料利用率方面，之前許多研究顯示配方施肥具有較大的優(yōu)勢(shì)[20-21]。在不同季別的水稻生產(chǎn)中，肥料利用率差異明顯，由于配方施肥中往往側(cè)重于準(zhǔn)確調(diào)整氮素應(yīng)用量，因而不同季別中配方施肥處理氮肥利用率波動(dòng)較小，而磷、鉀肥利用率變幅較大；常規(guī)施肥中氮、磷、鉀肥利用率均有較大差異，且整體呈早稻>晚稻>單季稻趨勢(shì)。上述養(yǎng)分利用率的差異可能與水分條件、土壤類型、農(nóng)藝措施、作物品種、肥料用量等密切相關(guān)[2, 22-24]。糧食生產(chǎn)與肥料利用效率是一對(duì)矛盾統(tǒng)一體，在一定幅度內(nèi)，隨著肥料用量增加，水稻產(chǎn)量上升，但當(dāng)水稻產(chǎn)量的增加幅度低于肥料施用增加速度時(shí)，肥料利用效率自然下降。當(dāng)然，也不能反過(guò)來(lái)僅為片面地提高肥料利用率而大量降低化肥用量。在現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)條件下，要追求糧食生產(chǎn)與肥料利用效率的平衡，除適當(dāng)降低不合理施肥量外，還需要全面改善水稻生產(chǎn)中的各種農(nóng)藝措施，如肥料類型、施肥方式、施肥時(shí)間、水分管理、土壤培育、耕作制度等[2, 22, 24-25]。