磷肥調(diào)控對直播水稻產(chǎn)量及磷肥利用率的影響

張 怡 ， 曹 寧 ， 王金明 ， 孫 強*

（1 吉林大學(xué) 植物科學(xué)學(xué)院，長春 130062；2 吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 水稻研究所，長春 136100）

水稻直播作為一種省工省力、節(jié)本高效的輕簡種植方式逐漸在我國興起［1］。 與傳統(tǒng)移栽種植方式相比，水稻直播可使勞動生產(chǎn)率提高30%左右［2］。 重視直播水稻栽培技術(shù)研究，對人少地多的吉林省西部稻區(qū)水稻生產(chǎn)、資源利用以及環(huán)境保護均具有重要意義。目前，在播種量、水分管理和氮肥運籌對直播水稻產(chǎn)量、物質(zhì)生產(chǎn)以及氮肥利用率等方面已有大量研究［3～8］，但如何通過磷肥調(diào)控實現(xiàn)直播水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、提高肥料利用率等少有研究。 磷是植物生長發(fā)育必需的大量營養(yǎng)元素之一［9］，大多數(shù)耕作土壤中有效磷缺乏，成為限制作物增產(chǎn)的重要因素［10］。而且，磷肥的當(dāng)季利用率較低，一般僅有10%～25%，大部分磷肥由于不能被作物及時吸收利用而流失， 不僅加速磷礦資源的耗竭， 也增加水體污染風(fēng)險， 并引起一系列生態(tài)環(huán)境問題［11，12］。 合理施磷并提高水稻的磷肥利用率一直是研究的重點。 已有研究表明，局部供磷可以提高作物的產(chǎn)量和對肥料磷的吸收效率［13～15］。 另外，磷肥本身的組成和形態(tài)也影響其有效性和作物產(chǎn)量［16，17］。 因此，有必要研究局部供磷、磷肥類型等磷肥調(diào)控對直播水稻產(chǎn)量及磷肥利用率的影響。 本研究以適宜直播水稻JZ－3 為供試材料，設(shè)置4 種磷肥調(diào)控處理，研究不同磷素管理下直播水稻產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成特點，以及磷肥調(diào)控對肥料利用率的影響，旨在為吉林省稻區(qū)直播水稻的養(yǎng)分高效利用及高效磷肥管理提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2018 年在吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所直播試驗田進行。 試驗田0～20 cm 耕作層土壤pH 值7.13，水溶性鹽總量1 148.94 μS·cm－1，有機質(zhì)31.46 g·kg－1，有效氮16.85 mg·kg－1，有效磷20.45 mg·kg－1。 供試品種為耐鹽堿、適宜直播水稻JZ－3，全生育期150～155 d。

1.2 試驗設(shè)計

根據(jù)吉林省水稻機械旱直播生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程［18］，試驗共設(shè)置4 個處理，分別為：不施磷肥（CK）、當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥（FFP）、基肥條施（P1）以及綜合調(diào)控（P2），具體試驗設(shè)計見表1。 每個小區(qū)面積約為90 m2、隨機排列，4 次重復(fù)。 小區(qū)間作埂并覆塑料膜，以防止水肥串流。

表1 磷肥調(diào)控試驗設(shè)計

當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥 （FFP） 為施N 150 kg·hm－2、P2O560 kg·hm－2、K2O 75 kg·hm－2，分別選用尿素、磷酸二銨和硫酸鉀作為氮磷鉀肥。磷肥作為基肥一次性施入，氮肥按基肥：分蘗肥：穗肥＝1：2：2 的比例施入，鉀肥按基肥：穗肥＝1：1的比例施入。 基肥在播種前撒于土壤表面，均勻旋至5 cm深。 基肥條施處理時，先開一條深約5 cm 的溝，撒入基肥后快速覆土至距地表2 cm。5 月7 日施肥后播種，旱直播，播種量200 kg·hm－2，行距20 cm，播深約2 cm。 其他田間管理按照當(dāng)?shù)厣a(chǎn)技術(shù)規(guī)程和栽培習(xí)慣進行，7 月19 日撒施分蘗肥，8 月9 日撒施穗肥，10 月2 日收獲。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤指標(biāo)測定 播種前，取耕層（0～20 cm）土壤樣品測定pH、電導(dǎo)率、有機質(zhì)、有效氮和有效磷含量。 土壤pH 采用電位法，土壤水溶性鹽總量用電導(dǎo)法，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法， 有效磷用0.5 mol／LNaHCO3浸提－鉬銻抗比色法進行測定。

1.3.2 考種與測產(chǎn) 水稻成熟期時，在每個小區(qū)中間位置隨機選取10 穴水稻植株進行考種，調(diào)查有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重。 小區(qū)除去邊行后，全部收獲，進行測產(chǎn)。

1.3.3 植株全磷測定 將1.3.2 中獲得的植株分成稻草和稻谷，在105 ℃殺青30 min，轉(zhuǎn)至80 ℃烘干至恒重，測定干物質(zhì)重量。 將烘干后的樣品粉碎、過篩，用H2SO4－H2O2消化，AA3 連續(xù)流動分析儀（SEAL，Germany）測定磷含量。

1.3.4 有關(guān)參數(shù)計算 根據(jù)1.3.2、1.3.3 中測定結(jié)果進行植株總吸磷量、磷肥利用率等參數(shù)的計算，具體計算公式如下［19，20］：

植株總吸磷量 （Total P2O5accumulation， TPA， kg·hm－2）＝收獲期單位面積地上部干物重×植株含磷量；

百千克籽粒吸磷量 （P2O5absorption of 100kg seeds，kg）＝植株總吸磷量／產(chǎn)量×100；

磷肥貢獻率 （P contribution rate， PCR，%）＝（施磷區(qū)產(chǎn)量－不施磷區(qū)產(chǎn)量）／施磷區(qū)產(chǎn)量×100；

磷素收獲指數(shù) （P2O5harvest index， PHI）＝籽粒吸磷量／植株總吸磷量；

磷肥農(nóng)學(xué)利用率 （P2O5agronomic efficiency， PAE，kg·kg－1）＝（施磷區(qū)產(chǎn)量－不施磷區(qū)產(chǎn)量）／施磷量；

磷肥吸收利用率（P2O5recovery efficiency， PRE， %）＝（施磷區(qū)植株總吸磷量－不施磷區(qū)植株總吸磷量）／施磷量×100；

磷肥生理利用率（P2O5physiological efficiency， PPE，kg·kg－1）＝（施磷區(qū)產(chǎn)量－不施磷區(qū)產(chǎn)量）／（施磷區(qū)植株總吸磷量－不施磷區(qū)植株總吸磷量）；

土壤磷素依存率 （soil P dependent rate， SPDR， %）＝不施磷區(qū)植株總吸磷量／施磷區(qū)植株總吸磷量×100；

磷肥偏生產(chǎn)力（partial factor productivity， PFPP， kg·kg－1）＝施磷區(qū)產(chǎn)量／施磷量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013 進行錄入和處理，用SPSS 22.0 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷肥調(diào)控對直播水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.1.1 磷肥調(diào)控對產(chǎn)量的影響 由表2 可知，與不施磷肥

表2 磷肥調(diào)控對直播水稻產(chǎn)量的影響

的CK 相比，施用磷肥具有明顯的增產(chǎn)效果。 其中FFP 處理（施用磷酸二銨、基肥撒施）的增產(chǎn)量為1 333 kg·hm－2；P1 處理（施用磷酸二銨、基肥條施）的產(chǎn)量增長了2 183 kg·hm－2；P2 處理（施用磷酸一銨、基肥條施）的增產(chǎn)量為267 kg·hm－2。 P1 處理的產(chǎn)量最高，為10 650 kg·hm－2。 與當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥（FFP）相比，P1 處理的增產(chǎn)量為850 kg·hm－2，P2 處理產(chǎn)量下降了1 067 kg·hm－2。 不同磷肥調(diào)控下，增產(chǎn)率和磷肥貢獻率均表現(xiàn)為P1＞FFP＞P2。 P1 處理的磷肥貢獻率達到了20.5%，F(xiàn)FP 和P2 分別為13.6%和3.1%。

2.1.2 磷肥調(diào)控對產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響 與CK 相比，F(xiàn)FP、P1、P2 處理的單位面積有效穗數(shù)分別顯著提高了18.3×104·hm－2、19.3×104·hm－2和18.3×104·hm－2； 千粒重分別提高了1.6 g、0.8 g 和0.6 g（表3）。 施磷后結(jié)實率無明顯變化，主要集中在93.6%～95.4%區(qū)間，說明磷肥對結(jié)實率的影響不大。 P2 與CK、FFP 和P1 處理相比，每穗粒數(shù)顯著降低， 表明磷酸一銨的施用不利于每穗粒數(shù)的增加，進而影響產(chǎn)量的形成。總體來說，磷肥施用后，直播水稻產(chǎn)量的增加主要歸因于單位面積有效穗數(shù)和千粒重的增加。與基肥撒施（FFP）相比，基肥條施（P1）能夠提高有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)，從而提高產(chǎn)量。

表3 磷肥調(diào)控對直播水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.2 直播水稻磷素吸收與利用效率研究

2.2.1 磷肥調(diào)控對磷素吸收的影響 由表4 可知，與不施磷肥相比，直播水稻施磷后的植株總吸磷量分別顯著提高了12.6 kg·hm－2、15.2 kg·hm－2和3.2 kg·hm－2，百千克籽粒吸磷量分別提高了0.07 kg、0.07 kg 和0.02 kg。 與CK 和FFP 相比，P1 處理（施用磷酸二銨和基肥條施）能夠提高水稻植株總吸磷量和百千克籽粒吸磷量。 關(guān)于磷素收獲指數(shù)，4 種磷肥調(diào)控結(jié)果差異不顯著。 FFP 和P1 處理較CK分別提高了0.05 和0.10。其中，P1 處理的磷素收獲指數(shù)最高，為0.73，即水稻植株吸收的磷有73%存在于籽粒中，有27%存在于莖稈中，說明局部供磷有利于水稻植株吸收的磷向籽粒中轉(zhuǎn)移。

表4 磷肥調(diào)控對直播水稻磷素吸收的影響

2.2.2 磷肥調(diào)控對磷肥利用效率的影響 由表5 可知，直播水稻的磷肥（P2O5）農(nóng)學(xué)利用率、吸收利用率、生理利用率以及偏生產(chǎn)力的大小均表現(xiàn)為P1＞FFP＞P2。 其中，P1 處理的三種利用率分別為36.4 kg·kg－1、25.2%和144.3 kg·kg－1，偏生產(chǎn)力為177.5 kg·kg－1； 比FFP 處理分別提高了14.2 kg·kg－1、4.2%、38.6 kg·kg－1和14.0 kg·kg－1。 土壤磷素依存率表現(xiàn)為P2＞FFP＞P1，分別為90.0%、69.4%和65.4%，說明水稻吸收的磷主要來自于土壤。 其中施用磷酸一銨時，直播水稻從土壤中吸收的磷最多，肥料利用率最低；局部供應(yīng)磷酸二銨時，土壤依存率最低，肥料利用率最高。

表5 磷肥調(diào)控對直播水稻磷肥利用率的影響

3 討論

3.1 磷肥調(diào)控對直播水稻產(chǎn)量的影響

施用磷肥可顯著提高水稻產(chǎn)量，其在水稻增產(chǎn)中發(fā)揮重要作用［20］。目前關(guān)于直播水稻肥料的研究主要集中在氮肥［3，5～8］，缺少關(guān)于磷肥調(diào)控方式影響直播水稻產(chǎn)量等方面的研究。 本研究結(jié)果表明，施用磷肥對于直播水稻同樣具有增產(chǎn)效果，與不施磷肥（CK）相比，當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥（FFP）、基肥條施（P1）和綜合優(yōu)化（P2）處理的產(chǎn)量分別提高了15.7%和25.8%和3.1%。 研究表明，磷肥條施能夠有效提高作物產(chǎn)量［13，21］。 本研究中，與FFP 相比，P1 處理增產(chǎn)850 kg·hm－2，增產(chǎn)率8.7%，與前人研究結(jié)果一致。

有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重是產(chǎn)量構(gòu)成的四個重要因素，共同決定水稻產(chǎn)量［22］。研究表明，在保證結(jié)實率和千粒重的基礎(chǔ)上，促進水稻群體發(fā)育（單位面積穗數(shù)×每穗粒數(shù)）是水稻增產(chǎn)的關(guān)鍵［20，23］。 本研究中，施磷處理（FFP、P1）的單位面積有效穗數(shù)和千粒重均顯著高于不施磷處理（CK），磷肥的施入有利于直播水稻進行有效分蘗，提高成穗率。但施磷后結(jié)實率無明顯變化，說明施用磷肥對直播水稻結(jié)實率的影響較小。另外，與基肥撒施（FFP）相比，基肥條施（P1）通過提高有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)來提高直播水稻產(chǎn)量。

磷肥選用磷酸一銨（P2）時，與其他處理相比，每穗粒數(shù)顯著降低、增產(chǎn)不顯著。 磷酸一銨為酸性肥料，pH 值為4.35，一般情況下比磷酸二銨（pH8.16）更適宜于中性和石灰性土壤［17］。 但在本試驗中，磷酸一銨的施用（P2 處理）并未顯著增加直播水稻的產(chǎn)量，其原因可能是磷肥類型的選擇不僅與酸堿性有關(guān)，還受肥料溶解度的影響，磷酸一銨的溶解度顯著低于磷酸二銨［17］。 因此，直播水稻磷肥施用時，需根據(jù)稻田土壤特點，綜合考慮磷肥的酸堿類型和水溶性。

3.2 磷肥調(diào)控對肥料利用率的影響

前人從播種量、水分管理以及氮肥施用量、施用時間和肥料種類等對直播水稻物質(zhì)生產(chǎn)和氮肥利用率等方面進行了研究［3～8］，但關(guān)于磷肥調(diào)控的研究少有報道。 本研究表明，與不施磷肥（CK）相比，當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥（FFP）和基肥條施（P1）均提高了植株總吸磷量，說明施用磷肥可以促進水稻植株對磷的吸收，增加植株總吸磷量。 P1 調(diào)控下，磷肥利用率的各項指標(biāo)均較FFP 增高，其原因可能是局部供磷進一步促進了水稻植株對磷的吸收利用，并減少了磷素在營養(yǎng)器官中的大量積累， 使吸收的磷向籽粒中轉(zhuǎn)移［24，25］。 另外，F(xiàn)FP、P1、P2 的土壤磷素依存率分別為69.4%、65.4%和90.0%。 條施磷酸一銨（P2）時，直播水稻吸收的磷主要來自于土壤，其對土壤磷素的依賴程度最大；局部供應(yīng)磷酸二銨（P1）時依賴程度最低，肥料利用率最高。

4 結(jié)論

本研究探討了不同磷肥調(diào)控對直播水稻產(chǎn)量及磷肥利用率的影響。 結(jié)果表明，施用磷酸二銨具有顯著的增產(chǎn)效果，與不施磷肥相比，當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥（FFP）和基肥條施（P1）處理的產(chǎn)量分別提高了15.7%和25.8%。 產(chǎn)量的增加主要歸因于單位面積有效穗數(shù)和千粒重的增加。與FFP 處理的撒施相比， 基肥條施使直播水稻的磷肥農(nóng)學(xué)利用率、吸收利用率、生理利用率和偏生產(chǎn)力分別提高了14.2 kg·kg－1、4.2%、38.6 kg·kg－1和14.0 kg·kg－1； 土壤磷素依存率降低了4.1%。 因此，播種前局部供磷（磷酸二銨），有利于降低直播水稻植株對土壤磷素的依賴性，提高產(chǎn)量和磷肥利用率。但如何實現(xiàn)直播水稻高產(chǎn)與磷素養(yǎng)分高效利用的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，還需要進一步的研究探討。