氮·磷·鉀肥對優質稻T香優557產量·米質及養分吸收利用的影響

徐婭 李樹杏 涂敏 黃佑崗 朱速松

摘要 [目的]科學調整氮、磷、鉀肥比例和用量，同步提高水稻產量、品質及肥料利用率，為建立更科學的施肥模型提供基礎。[方法]采用“3413”試驗設計，研究不同氮、磷、鉀施肥處理對T香優557水稻籽粒產量、品質、養分吸收利用的影響，建立肥料效應方程，并探討3種肥料間的互作效應。[結果]氮、磷、鉀肥的施用均能顯著提高水稻產量，且3種肥料配施的增產效果最優。其對籽粒產量的作用順序為N>K>P。N2P2K3處理產量最高，為9 606 kg/hm2。氮、磷、鉀肥的施用可以改善部分米質性狀，如提高整精米率、膠稠度，降低堊白度。水稻養分總吸收量和每100 kg籽粒養分需求量均隨氮、磷肥施用顯著增加，同時養分干物質生產效率及養分稻谷生產效率則顯著下降，且肥料的吸收利用率、農學利用率也隨之下降。氮、磷、鉀肥兩兩互作對水稻產量均有極顯著影響，對水稻氮、磷、鉀養分吸收影響最大的交互作用分別是氮磷、磷鉀和氮鉀，互作差異達顯著水平。利用肥料效應方程，得出該地區獲得最高產量的氮、磷（P2O5）和鉀（K2O）肥施用量分別為202.2 、70.2 和337.0 kg/hm2。[結論]肥料對水稻生長的影響是多方面的，肥料用量及配比應在土壤自身養分的基礎上全面考慮水稻產量、品質及肥料利用率而確定。

關鍵詞 水稻;“3413”試驗;產量;品質;養分吸收利用

中圖分類號 S511? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）20-0151-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.20.041

Effects of N，P，K Fertilizer Application on Grain Yield，Quality，Nutrient Uptake and Utilization of T Xiangyou 557

XU Ya，LI Shu-xing，TU Min et al （Rice Research Institute，Guizhou Academy of Agricutural Sciences，Guiyang，Guizhou 550006）

Abstract [Objective]The rate and ratio of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizer should be established with an integrated consideration，to improve rice yield，quality and fertilizer utilization concurrently，further，to provide theory foundation for establishment of a more scientific fertilization model and formulation of fertilization.[Method]A field experiment was conducted to reveal the effects of different nitrogen，phosphorus and potassium treatments on T Xiangyou 557 yield，quality，nutrient absorption-utilization by using the “3413”fertilizer experiment design，and fertilizer effect equations were established，furthermore，the interactive effects among N，P，K were elucidated.[Result]The application of NPK significantly increased grain yield，and the effect of combined application of three fertilizers was optimal.The yield-increasing effect followed the order of N>P>K.The highest yield was obtained in N2P2K3 treatment，being 9 606 kg/hm2.The application of fertilizer also improved rice quality partially.For example，head rice rate，gel consistency was increased，and chalkiness，chalky rice was decreased due to the application of N，P and K.And，the application of N and P fertilizer increased total nutrient accumulation and nutrient absorption per 100 kg seeds，but nutrient dry matter production efficiency and nutrient grain production efficiency was reduced.Meanwhile，fertilizer recovery efficiency，agronomic efficiency always declined with the increasing N and P application rate.Grain yield was significantly influenced by the interaction between N and P，N and K，P and K，respectively.The most significant interactive effect on total N，P2O5 and K2O accumulation was between N and P，P and K，N and K，respectively.According to the fertilizer effect equations，the N，P2O5 and K2O application amout for the highest grain yield were 202.2，70.2 and 337 kg/hm2.[Conclusion]Taken together，the influence of fertilize on rice growth was various，which means that fertilizers application rate and ratio should be established with an integrated consideration of several factors including grain yield，grain quality and nutrient uptake，utilization efficiency，based on the soil nutrient.

Key words Rice;“3413”experiment;Yield;Quality;Nutrient absorption-utilization

我國是世界水稻生產大國，同時也是稻米消費大國，生活水平的提高和國際貿易往來的加強使我國稻米生產從簡單追求高產轉向高產優質并重，水稻產量及品質受遺傳特性和環境條件的綜合影響 [1]。作為眾多環境因子中重要的影響因素。氮、磷、鉀是水稻生長發育的三大必需營養元素，三者之間存在復雜的交互作用。故而科學調整氮、磷、鉀肥比例及用量，可實現水稻產量、品質及肥料利用率的同步提高 [2]。長期以來，前人就水稻氮磷鉀肥的配施問題開展了大量研究。其中，氮肥方面開展的研究較為全面深入。Zhou等 [3]研究證明相比傳統施氮方式（TFA），優化施氮方式（OFA）可以顯著提高水稻氮素吸收利用率，同時ATM 1∶1、NH4+、GS等和氮轉運相關的因子表達顯著上調 [3];從夕漢等 [4]以4個不同基因型的水稻品種為材料研究氮肥水平對水稻產量與品質的影響，結果表明合理施用氮肥可以顯著增加水稻的有效穗數和每穗粒數，改善稻米籽粒品質，協同實現水稻的高產和優質;魏海燕等 [5]研究了不同氮肥水平下超級粳稻產量與品質的變化，結果表明隨氮肥用量增加超級粳稻產量先上升后下降; 5個超級粳稻品種的糙米率、精米率、整精米率及蛋白質含量均隨氮肥用量增加而增加，而直鏈淀粉含量、膠稠度和食味值均下降。有關鉀肥水平對水稻的影響也有研究，王強盛等 [6]研究了鉀肥用量對2個水稻品種產量、品質及鉀素積累利用的影響，適量地增施鉀肥可以提高產量，改善米質，同時肥料的生理效率和農藝效率也得到提高;楊曾平等 [7]以14個晚稻品種為試驗對象，研究不同品種在差異鉀供應量情況下產量和對鉀肥的吸收利用率。磷肥方面的研究則最少，陳世平等 [8]研究發現，隨施磷量的增加，水稻產量顯著提高，高水稻淀粉、粗蛋白、氨基酸含量也有所增加，并促進了稻谷、秸稈的磷素吸收。目前的研究中關注更多的是氮肥效果，而磷、鉀肥方面的研究較少。且氮、磷、鉀配施對產量、米質和肥料利用率3個方面的綜合研究也相對缺乏。“3414”肥料效應田間試驗作為獲得作物最佳施肥量的有效方式 [9]，目前全國關于水稻的“3414”肥料效應田間試驗已有很多報道。但由于不同地區的氣候類型、土壤類型、水稻品種等因素，得到的水稻最佳施肥量也各有不同。這說明不能套用已有的試驗結果，需要依據實際情況開展當地對應的水稻“3414”肥料效應田間試驗，所提供的水稻施肥指導更為科學 [10]。筆者以T香優557水稻品種為試驗材料，通過比較不同氮、磷、鉀肥配施比例及施用量下水稻的產量、米質和肥料利用率的變化，為水稻的優質高效生產提供全面的施肥參考。同時，在不同類型的土壤基礎上實施不同水稻品種的肥效試驗，發現諸多試驗結果的共性，總結規律特征，從而建立更加科學的施肥模型，也為測土配方施肥提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料優質水稻品種T香優557，該品種于 2016年通過貴州省農作物品種審定委員會審定（審定編號：黔審號 2016009）。系早熟秈型三系雜交稻，全生育期154 d，米質達國標1級;品種由貴州省水稻研究所提供。

1.2 試驗地概況

試驗于2018年在貴州省水稻研究所試驗田進行。土質為壤土，肥力為中等級，冬閑田。土壤含全氮2.102 g/kg、速效氮 182.021 mg/kg、速效磷26.347 mg/kg、速效鉀214.34 mg/kg、有機質33.308 g/kg。

1.3 試驗設計 試驗采用裂區設計。采用“3414”完全實施肥料試驗，氮、磷、鉀 3個 因素，每個因素4個水平，計14個設計方案。4 個水平中0 水平指不施肥，2 水平為當地最佳施肥量的近似值，1 水平為當地最佳施肥量的50%，3水平為過量施肥水平即最佳施肥量的1.5倍。14 個處理包括：①N0P0K0，②N0P2K2，③N1P2K2，④N2P0K2，⑤N2P1K2，⑥N2P2K2，⑦N2P3K2，⑧N2P2K0，⑨N2P2K1，⑩N2P2K3，B11N3P2K2， B12N1P1K2，B13N1P2K1，B14N2P1K1。該地區秈稻的最佳施氮量（純N）為225 kg/hm2，按基肥∶蘗肥∶穗肥=3.5∶2.5∶4.0比例施用，其中穗肥分別于倒4葉和倒2葉葉齡期等量施入。磷肥（P2O5）施用量 150 kg/hm2，全部用作基肥;鉀肥（K2O）施用量225 kg/hm2，分2次即基肥和拔節肥等量施用。每個小區試驗面積20 m2，隨機區組排列。按照常規栽培技術要求進行田間管理。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 產量。

于成熟期定點觀察各小區連續20株植株的有效穗數，按平均有效穗數取3株稻穗進行考種，用水漂法測定實粒數、總粒數，計算結實率。將實粒烘干后測千粒重，重復3次。各小區單打單收，將稻谷曬干后稱重并測定水分，換算為含水量為13.5%的稻谷產量。收割的同時，小區隨機選取6蔸植株，風干后分為稻谷和稻草兩部分稱重，計算谷草比，以此換算稻草產量。

1.4.2 品質。

取陰干并簸干凈的稻谷1 kg測定品質。送農業部稻米及制品質量監督檢驗測試中心（武漢），參照中華人民共和國國家標準《GB/T 17891—2017》測定檢驗。

1.4.3 植株氮、磷、鉀含量。收割前各小區取代表性植株6蔸，分稻谷和稻草兩部分分別裝入紙袋于烘箱內105 ℃ 下殺青30 min后，75 ℃下烘干至恒重，粉碎后測定其氮、磷、鉀含量。經硫酸-高氯酸消煮法消煮后，全氮采用半微量開氏定氮法測定，全磷采用鉬銻抗比色法測定，全鉀采用火焰光度計法測定。

1.4.4 有關參數的計算。養分總吸收量=稻谷產量×稻谷含養分量+稻草產量×稻草含養分量

每100 kg籽粒所需養分量=養分總吸收量/稻谷產量×100

養分素干物質生產效率=干物質積累量/養分總吸收量

養分素稻谷生產效率=稻谷產量/養分總吸收量

養分素收獲指數=稻谷養分吸收量/養分總吸收量×100%

養分肥吸收利用率=（施肥區養分總吸收量-未施肥區養分總吸收量）/施肥量×100%

養分肥農學利用率=（施養分區稻谷產量 -未施肥區稻谷產量）/施肥量

1.5 數據分析 數據統計分析和作圖利用DPS 18.10高級版和Excel 2013進行。

2 結果與分析

2.1 氮、磷、鉀肥對T香優557干物質量的影響 由表1可知，施肥處理稻谷和稻草產量均高于空白區（N0P0K0），收獲指數均較對照稍低。在磷、鉀施用水平不變的基礎上（P2K2），稻谷和稻草產量均隨氮肥施用顯著提高，且稻谷產量隨施氮量增加呈先上升后略微下降的趨勢，稻草產量則逐漸上升。在氮、鉀施用水平不變的基礎上（N2K2），適當施用磷肥能顯著提高稻谷產量，且N2P1K2及N2P2K2施磷處理產量顯著高于N2P0K2及N2P3K2，其產量也呈先上升后下降的趨勢;稻草產量在N2P2K2處理時最高。在氮、磷施用水平不變的基礎上（N2P2），稻谷和稻草產量均表現為施鉀

處理顯著高于不施鉀處理，且稻谷產量隨施鉀量的增加逐漸增加。施用氮、磷、鉀肥獲得的稻谷增產量最大值分別為 1 830、557和1 032 kg/hm2，氮肥是影響稻谷產量形成的主導因子。

氮、磷、鉀3種肥料配施（N2P2K2）以及其中2種肥料配施處理（N2P0K2、N0P2K2、N2P2K0）的稻谷產量均較對照（N0P0K0）顯著提高（圖1）。其中，N2P2K2增產 2 222 kg/hm2，N0P2K2、N2P2K0和N2P0K2分別增產392、 1 560 和1 802 kg/hm2，其中N2P2K2處理顯著高于N0P2K2、N2P0K2、N2P2K0處理，由此可見，氮、磷、鉀肥合理配施才能最大限度提高水稻產量。3種元素中氮素（N0P2K2）缺乏處理對產量的影響最顯著。影響籽粒產量最大的因子為氮肥，其次為鉀肥，再次為磷肥。

2.2 肥料效應分析

采用三元二次模型、二元二次模型和一元二次模型擬合不同氮、磷、鉀處理的籽粒產量，得到7個肥料效應方程。舍棄其中未達顯著水平的肥效函數，并對剩下的肥效函數進行典型性判別分析 [11]，將通過顯著性檢驗及

典型性判別的結果列于表2。利用剩余的氮磷鉀三元模型計算得出最高籽粒產量的氮（N）、磷（P2O5）和鉀（K2O）施用量分別為202.2、70.2和337.0 kg/hm2。氮（N）、磷（P2O5）和鉀（K2O）按6、4和8元/kg，稻谷2.5元/kg的價格計算水稻的最佳經濟施肥量。當水稻達到最佳經濟效益時的氮、磷施用量分別為90.3、144.1 kg/hm2，不施加鉀肥。

2.3 氮、磷、鉀肥對T香優557米質的影響

施肥能明顯改善部分米質性狀（表3）。施氮能明顯提高稻米膠稠度，與N0P2K2相比N2P2K2和 N3P2K2分別提高32%和62%。出糙率隨施氮量增加而增加，N3P2K2處理的出糙率提高2.1百

分點;與此同時整精米率卻隨施氮量逐步降低;就堊白性狀來看，適量氮肥的施用可顯著降低堊白粒率、堊白度，而繼

續施氮（N2P2K2和N3P2K2）則會導致堊白粒率和堊白度重新上升。堊白粒率和堊白度均以N1P2K2最低，分別比N0P2K2低6.0和0.4百分點。磷肥對稻米品質的影響則不如氮肥明顯（表3），適度范圍內施磷可以起到改善品質的作用，但若繼續增加用量則會抑制品質的改善，如膠稠度隨著施氮量增加先上升后下降。N2P2K2高于其他3個處理。同時堊白粒率隨施磷量增加先下降后上升，N2P2K2顯著低于其他3個處理。鉀肥對整精米率和堊白度有明顯影響，堊白度隨施鉀量的增加逐漸下降;整精米率則隨施鉀量的增加先下降后上升，以N2P2K2處理最低，與N2P2K0相比該處理降低3.9百分點。

2.4 氮、磷、鉀肥對T香優557養分吸收利用的影響

從表4可以看出，氮總吸收量和每100 kg籽粒需氮量均隨施氮量的增加而提高;與之相反，氮素干物質生產效率和氮素稻谷生產效率則隨施氮量的增加而降低，氮素收獲指數也以N3P2K2水平最低。由此可見，施氮雖然可促進水稻對氮素的吸收，但隨用量持續增加，單位氮素生產干物質及稻谷的能力以及稻谷中氮素所占比例都會下降，即多吸收的氮素更多積累在稻草中 [12]。故而施氮量的增加也導致氮肥吸收利用率和氮肥農學利用率的降低。與氮肥結果相似，磷總吸收量和每100 kg籽粒需磷量均隨施磷量增加而提高，磷素干物質生產效率和磷素稻谷生產效率以及磷素收獲指數則隨施磷量的增加而降低;磷肥吸收利用率隨施磷量的增加先上升后下降，以N2P2K2水平最高;磷肥農學利用率隨施磷量的增加顯著下降（表5）。施鉀對鉀總吸收量和每100 kg籽粒需鉀量的影響不明顯，鉀素干物質生產效率和鉀素稻谷生產效率以及鉀素收獲指數則隨施鉀量的增加而有所提高;鉀肥的吸收利用率一直處于較低水平，且隨施鉀量的增加先上升后下降，鉀肥農學利用率隨施鉀量的增加而下降（表6）。由表4～6可知，鉀素收獲指數明顯低于氮素收獲指數和磷素收獲指數。這是因為水稻吸收的鉀主要集中在營養器官（稻草）中 [13]。

2.5 氮、磷、鉀肥的交互作用對T香優557產量、總干物質量及養分吸收量的影響

以二次多項式回歸分析 “3413”試驗的14個處理結果，建立3種肥料與稻谷產量、稻草產量、總干物質量、氮總吸收量、磷總吸收量及鉀總吸收量之間的關系模型，若模型F值檢驗達顯著水平，即表明其擬合性較好，也就是說回歸理論值與實際值相符。方差分析發現模型擬合性均較好。從表7可以看出，除磷對干物質的影響不顯著外，氮、磷、鉀及其交互作用對稻谷產量和總干物質量的影響均達極顯著水平。對于稻谷產量而言，單因子的影響為N>P>K，雙因素互作的影響為N×P> P×K >N×K;對于總干物質量而言，單因子的影響為N>K>P，雙因素互作的影響為N×K > N×P>P×K。氮及氮磷相互作用對稻草的影響也達顯著水平（表7）。

3 討論

由土壤養分含量測試結果可知，供試地塊氮、鉀營養水平偏高（全氮2.1 g/kg，速效氮182.0 mg/kg，速效鉀 214.3 mg/kg），磷水平中等（有效磷26.3 mg/kg）。不施肥小區的產量為7 014 kg/hm2，表明該地塊的基礎供肥能力屬于中等偏高水平。該研究中，隨著氮、磷單一養分施用量的增加籽粒產量先升高后下降，這和王偉妮等 [2]的研究結果一致，但施鉀使籽粒產量一直增加，并未出現產量隨施鉀量先上升后下降的現象。其原因可能是試驗所設磷推薦用量偏低或是T香優557水稻品種較耐高鉀環境，基于供試地本身鉀營養水平高，認為該品種耐鉀的可能性更高，尚待進一步驗證 [14]。不同氮、磷、鉀施用水平顯著影響水稻產量，在氮、磷、鉀三要素中，氮肥為影響產量的首要因素，施肥效果為氮肥>鉀肥>磷肥，這與前人研究結果相同 [15-16]。

該研究發現，氮、磷、鉀肥的施用對某些稻米品質也有較大影響。如膠稠度隨施氮量增加顯著變長，使得稻米蒸煮食味品質顯著提高。另外在一定范圍內施氮肥可降低堊白粒率及堊白度，而施氮量繼續增加時，堊白粒率及堊白度同時上升，從而影響外觀品質。該研究中整精米率及出糙率兩項加工品質變化趨勢相反，黃清龍等 [17]認為糙米率和堊白粒率與堊白度均呈正相關，而整精米率則與堊白粒率及堊白度均呈負相關，這也許能解釋出糙率呈上升趨勢而整精米率呈下降趨勢。同樣適量施磷可降低堊白粒率，繼續增施則會導致堊白粒率大幅提高，這與王偉妮等 [13]的試驗結果一致。施鉀則能降低堊白度，且隨著施鉀量增加逐步下降。該研究條件下各施肥處理間的直鏈淀粉含量和堿消值均無顯著差異，表明該研究條件下直鏈淀粉含量及堿消值受施肥處理的影響較小。

該研究中，水稻養分積累總量表現為 K>N>P，養分收獲指數表現為 N>P>K，大部分氮與磷進入了籽粒中，而鉀卻留在了營養器官中。氮、磷肥施用后，水稻養分總吸收量和每100 kg籽粒養分需求量均明顯增加，養分收獲指數下降，表明高養分水平雖然促進了水稻養分吸收，但高養分水平的養分利用率較低，故而隨著施用量持續增加，其利用率逐漸下降。一些學者認為，這主要源于植株的“奢侈”吸收 [18]。該研究結果表明，氮、磷和鉀肥料吸收利用率分別為19.5%、 29.0%和1.1%（以N2P2K2處理的結果計算），其中鉀肥吸收利用率遠低于全國平均水平 [19]。水稻對鉀的反應因季節、品種、土壤肥力及氣候條件等因素影響而差異很大 [20]。推測原因可能是因為該研究中土壤的供鉀水平高于全國平均水平 [21]，因而施鉀效果不好。另一方面從養分吸收積累到稻谷生產經過一系列復雜的生理、生化過程，也可能是該品種利用體內鉀的能力較弱 [22]，這也可以解釋該研究條件下，每生產100 kg籽粒的需鉀量對比前人研究稍低（以N2P2K2的標準計算）。由于不同處理間氮、磷、鉀肥的用量不同且單價不一，使得肥料的總投入差別較大，任何一種肥料施用過多，均會增加肥料成本，從而影響經濟效益。該研究中，最高經濟效益下建議不施鉀肥。

研究表明，氮、磷、鉀肥的互作對作物產量具有顯著影響 [23-25]，且氮磷、氮鉀和磷鉀的互作效應各不相同。有研究指出氮磷交互作用較大，當其中一種肥料投入較低時，增加另一種肥料的投入能提高作物產量 [26]。這在該研究中也再次得到驗證，3個互作效應中最高的就是氮磷互作。

4 結論

氮、磷、鉀的施用可以調控水稻品種T香優557的生長，從而影響產量和品質的形成。其中增施氮、磷、鉀肥顯著提高總干物質量，對收獲指數影響并不顯著;對于品質中的膠稠度、堊白粒率、堊白度、出糙率、整精米率都有明顯影響。在氮、磷、鉀三要素中，氮肥為影響產量的首要因素，施肥效果為氮肥>鉀肥>磷肥。該研究中，施肥同樣影響該品種對養分的吸收及分配，隨施肥量增加，氮、磷肥的吸收利用率、農學利用率均呈下降趨勢，由于土壤養分充足，鉀肥的吸收利用率也一直在極低水平。說明肥料施用越多損失越多，合理施肥是提高肥料利用率的主要措施。氮、磷、鉀肥的互作對水稻產量具有顯著影響，其中氮磷交互作用最大。該研究為水稻的優質高效生產提供全面的施肥參考。

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