有機無機復混肥稻田適宜施用量及養分利用效率研究

戴華軍 韓雪梅 許俊偉 曹敏旭 鄒鑫 朱正斌

（1蘇州市種子管理站，蘇州 215011；2蘇州市吳中區農業環境與土壤肥料站，蘇州 215128）

肥料是農作物的“糧食”，在農作物生產中起著不可替代的支撐作用，既是農產品產量和品質的物質基礎，也是資源高效利用和生態環境保護的關鍵因子[1-2]。2015年以來，農業農村部組織實施了化肥使用量零增長行動[3]，各地以農業供給側結構性改革為主線，以綠色發展為導向，按照“精、調、改、替”的技術路徑，在保障我國糧食持續穩產的情況下，持續推進化肥減量增效工作，并取得了顯著成效，為保障國家糧食安全、促進農業綠色發展做出了突出貢獻[4]。“十四五”期間科學施肥工作仍以保障國家糧食安全為底線，以綠色發展為引領，牢固樹立“高產、優質、經濟、環保”的施肥理念，堅持創新驅動、依靠科技進步，構建現代科學施肥技術體系，深入推進科學施肥。蘇州市吳中區積極響應政策要求，一方面通過提升肥料利用率、降低農業面源污染，從而實現農業節本增效和保護生態環境的目標，另一方面確保化肥減量不減產、不減收。鑒于此，筆者于2021年開展了稻田施用有機無機復混肥的適宜用量及養分利用率的探索與實踐，旨為吳中區落實化肥減量行動方案提供理論依據和技術支撐。現將相關試驗結果報道如下。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在吳中區臨湖鎮湖嘉生態農場進行。該農場位于長江三角洲太湖流域，屬亞熱帶濕潤季風氣候，年平均氣溫為15.7 ℃，平均降水量為1 100 mm。試驗田前茬為休耕。開展試驗前的耕作層土壤基本理化性質為有機質含量21.7 g/kg、全氮含量1.64 g/kg、有效磷含量3.3 mg/kg、速效鉀含量103 mg/kg、pH 5.83。

1.2 試驗材料

供試的有機無機復混肥為江蘇華昌化工股份有限公司生產，N-P-K含量為12-0-3，有機質含量≥25%。供試的水稻品種為當地常規水稻品種“南粳46”，屬中熟晚粳稻，由江蘇省農業科學院糧食作物研究所選育，適宜在江蘇省太湖地區東南部種植。

1.3 試驗設計與實施

試驗共設置6個處理，每667 m2純氮施用量分別為0、7.2、9.6、12、14.4、16.8 kg，折算為有機無機復混肥每667 m2施用量分別為0、60、80、100、120、140 kg，各小區有機無機復混肥均于6月10日作基肥一次性施入。每個處理重復3次，隨機區組排列，小區面積為39 m2（6 m×6.5 m），各小區以田埂隔開，并用農膜包埂，以防串水串肥。

試驗于2021年6月18日進行秧苗人工移栽，葉齡為4.5～5葉，移栽規格為14 cm×30 cm，水稻大田生育期為6月18日—10月24日。試驗在水稻分蘗末期至幼穗分化始期進行擱田，視水稻生長情況擱田期約持續半個月（約在7月14日—8月2日），其余時期保持淺水層約3 cm，至收割前10 d停止灌水，于10月24日進行收割。各處理的病蟲草害防治等田間管理措施均與當地大田相同。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 產量及產量構成測定

在水稻成熟期，采用收割的方法測定水稻實際產量，每大區選擇3個點，每個點選擇2 m2水稻齊根人工收割，然后裝入尼龍網袋中，自然風干、脫粒，稱量計實際產量。各小區隨機調查50穴植株的穗數，根據調查的平均穗數取具有代表性的10穴植株測定水稻產量構成因子。將水稻植株樣品分成秸稈和籽粒，調查有效穗數，采用四分法選取100 g籽粒風干樣品，用于測定每穗粒數，用水漂法區分飽粒和空癟粒，計算每穗實粒數、結實率，稱量千粒重[6]。

1.4.2 植株生物量和養分含量測定

于水稻抽穗揚花期、成熟期，每小區分別在前、中、后3個位置進行采樣，根據調查的水稻分蘗數平均值，每小區共取9穴具有代表性的植株樣品，平均分成3份，作為3次重復，計算干物質重量。將成熟期植株樣品按秸稈和籽粒分開，于105 ℃下殺青20 min 后繼續在75 ℃下烘干至恒重，分別測定籽粒和秸稈干物質重量；植株樣品經粉碎機粉碎后，過60目篩后用于測定植株氮、磷、鉀含量。樣品經H2SO4-H2O2消煮后，采用凱氏定氮法測定氮含量，采用鉬銻抗比色法測定磷含量，用火焰光度計法測定鉀含量，并分別計算籽粒和秸稈的氮、磷、鉀累積量[7]。

1.5 數據處理與分析

試驗數據采用Excel 2013進行整理和制圖，采用SPSS 23.0進行方差分析和曲線擬合分析。

計算公式[8]：抽穗后累積生物量=成熟期干物質重量-抽穗期干物質重量，吸氮（磷、鉀）量=氮（磷、鉀）含量×干物質重量，氮（磷、鉀）素籽粒生產效率（kg/kg）=成熟期籽粒產量÷成熟期植株吸氮（磷、鉀）總量，氮（磷、鉀）素干物質生產效率（kg/kg）=單位面積干物質重量÷成熟期植株吸氮（磷、鉀）總量，氮（磷、鉀）素收獲指數= 成熟期籽粒中氮（磷、鉀）積累量÷成熟期地上部總氮（磷、鉀）積累量×100%，氮肥利用率=[（施氮處理總吸氮量-不施氮處理總吸氮量）÷總施氮量]×100%，氮肥偏生產力（kg/kg）=產量÷氮肥施用量。

2 結果與分析

2.1 不同有機無機復混肥施用量對水稻產量及其構成的影響

由表1可知，施用有機無機復混肥對水稻產量具有明顯的增產作用，隨著有機無機復混肥（純氮）施用量的增加，水稻產量呈先升后降的趨勢。其中，每667 m2純氮施用量為7.2 kg時，水稻產量較低，每667 m2為463.2 kg；每667 m2純氮施用量為14.4 kg時，水稻產量最高，每667 m2為628.6 kg，即每增加1 kg氮素，水稻產量增加23 kg。

表1 不同有機無機復混肥（純氮）施用量對水稻產量及其構成的影響

由表1還可知，隨著施氮量的增加，水稻的有效穗數、每穗粒數均呈先升后降的趨勢。其中，每667 m2施氮量為14.4 kg時，水稻的每667 m2有效穗數和每穗粒數均為最高，分別達20萬穗和140.7粒，可見提高施氮量有利于提高水稻的庫容，但并不是氮素施用量越高越有利。結實率隨著施氮量的增加呈下降的趨勢，主要是因為施氮量過多，水稻貪青遲熟，影響了水稻灌漿結實[9]。另外，不同施氮量處理之間的水稻千粒重變化無明顯的規律性。

2.2 不同有機無機復混肥施用量對水稻干物質形成和積累的影響

水稻干物質積累是水稻獲得產量的基礎。由表2可知，在水稻抽穗期，不同施肥處理之間的干物質積累量差異幅度較小，雖然總體呈現施氮量越高，抽穗期干物質積累量越大的趨勢，但無明顯的規律性；而在水稻成熟期，隨著施氮量的增加，成熟期干物質積累量逐漸上升，每667 m2施氮量為14.4 kg時，干物質積累量達到最大（每667 m2為1 382.6 kg），之后呈降低趨勢。一般而言，水稻在抽穗前主要為營養生長，抽穗后為生殖生長，抽穗后累積的干物質主要用于水稻灌漿并進一步形成產量。在水稻抽穗—成熟期間的干物質積累量隨著氮素施用量的增加呈先升后降的趨勢，其中每667 m2氮素施用量為14.4 kg時，抽穗—成熟期間積累的干物質量最大，這也是該處理產量最高的直接原因。另外，每667 m2氮素施用量為16.8 kg的處理，其抽穗期的干物質積累量最大，但在抽穗—成熟期間積累的干物質量低于每667 m2氮素施用量為14.4 kg的處理，這可能也是該處理產量相對較低的原因。

表2 不同有機無機復混肥施用量對水稻干物質形成與積累的影響

2.3 不同有機無機復混肥施用量對水稻氮素吸收及利用的影響

氮素是水稻生長發育的必需營養物質。由表3可知，水稻植株的含氮率隨著施氮量的增加呈下降的趨勢，這主要是因為施氮量高的處理，其生物量也高，由于作物生長的稀釋作用，單位干物質中的氮素含量相對值則較小。另外，隨著施氮量的增加，水稻植株的吸氮量呈先升后降的趨勢，但不同處理之間水稻吸氮量的差異幅度逐漸減小。可見，水稻對氮素的吸收并不會隨施氮量的增加而持續上升，氮素施用量越多，則氮素的流失風險越大。

表3 不同有機無機復混肥施用量對水稻氮素吸收效率的影響

氮素干物質生產效率、氮素籽粒生產效率分別表明了單位質量氮素可生產的干物質或籽粒產量的相對質量。由表4可知，隨著有機無機復混肥（純氮）施用量的增加，水稻的氮素干物質生產效率呈逐漸增長的趨勢；隨著施氮量的增加，氮素籽粒生產效率呈先上升后下降的趨勢，其中，每667 m2施氮量為12.0 kg時，氮素籽粒生產效率最大，即1 kg純氮可生產52.2 kg籽粒；氮素收獲指數表明了水稻吸收的氮素量，隨著施氮量的增加，氮素收獲指數總體呈下降趨勢，即水稻籽粒中吸收的氮素相對全株吸氮量，并不是施氮量越高，進入籽粒中的比例越高，這進一步反映所吸收的氮素有更多比例進入了稻草秸稈中。

表4 不同有機無機復混肥施用量對水稻氮素利用效率的影響

另外，氮肥利用率一直是農田生產中最為關注的指標，既體現了氮肥施用的經濟性價比，也反映了可能對環境造成的潛在風險。由表4可知，隨著有機無機復混肥（純氮）施用量的增加，水稻對氮素利用效率呈持續下降的趨勢，其中，每667 m2施氮量為7.2 kg時，水稻對氮素的利用率最高，為48.4%，而每667 m2施氮量為16.8 kg時，水稻氮素的利用率最低，為36.1%。綜合產量結果來看，施氮過多并不利于產量的形成，也不利于氮素利用率的提高。

2.4 不同有機無機復混肥施用量對水稻磷素吸收及利用的影響

由表5可知，不同處理之間水稻植株的含磷率無明顯的差異性和規律性，這是由于本試驗選用的有機無機復混肥已協調了氮磷鉀三元素的混合比例（12-0-3），也就是有機無機復混肥中不含磷素，故當試驗設計以氮素施用量為變化因子時，各處理均不存在磷素施用。因此，隨著施肥量的增加，水稻植株的每667 m2吸磷量在2.2～3.3 kg之間，總體呈現施肥量越多，水稻植株吸磷量越高的變化趨勢，但處理間差異幅度較小。

表5 不同有機無機復混肥施用量對水稻磷素吸收效率的影響

目前，水稻生產中對氮素的利用效率關注較多，而對磷素利用率的關注較少，一方面是因為磷素在土壤中遷移緩慢，易被固定，但磷素也是因水土流失或地表徑流而導致水體污染的重要因子。由表6可知，不同處理之間水稻吸收磷素而形成的干物質重及籽粒產量無明顯的變化規律，且各處理間差異較小。但進一步觀察磷素收獲指數發現，隨著施肥量的增加，水稻磷素收獲指數呈下降的趨勢，說明施肥量越多，磷素進入籽粒中的相對比例也并非呈上升趨勢。

表6 不同有機無機復混肥施用量對水稻磷素利用效率的影響

2.5 不同有機無機復混肥施用量對水稻鉀素吸收及利用的影響

由表7可知，隨著有機無機復混肥施用量的增加，水稻植株含鉀量總體呈上升的趨勢，且水稻植株吸鉀量也隨著施肥量的增加持續上升。

表7 不同有機無機復混肥施用量對水稻鉀素吸收效率的影響

由表8可知，隨著有機無機復混肥施用量的增加，鉀素的干物質生產效率、籽粒生產效率均呈下降的趨勢，這主要是因為鉀素能促進水稻生長發育，干物質積累增長速率大于鉀素吸收的增長速率，從而導致其相對值變小。另外，隨著有機無機復混肥施用量的增加，鉀素收獲指數也呈下降的趨勢，一方面水稻秸稈中的鉀含量顯著高于籽粒中的鉀含量，另一方面增加有機無機復混肥施用量，并沒有增加籽粒中鉀素的相對含量。

表8 不同有機無機復混肥施用量對水稻鉀素利用效率的影響

2.6 稻田有機無機復混肥適宜施用量分析

以施肥量為x軸、水稻產量為y軸進行曲線擬合分析，結果表明，水稻產量與有機無機復混肥施用量之間呈顯著的開口向下的一元二次拋物線相關（y=-3.15x2+88.115x-10.017，R2=0.927 6，P<0.05），根據曲線方程計算得出，獲得水稻最高產量的每667 m2復混肥純氮適宜施用量為13.965 kg，見圖1。另外，以施肥量為x軸、氮素利用率為y軸進行曲線擬合分析，結果表明，氮素利用率與施肥量之間呈極顯著的開口向下的一元二次拋物線相關（y=-0.210 8x2+3.867 9x+31.031，R2=0.982，P<0.01），根據曲線方程可知，每667 m2有機無機復混肥純氮施用量為13.965 kg時，肥料的氮素利用率最高（43.94%），見圖2。

3 結論與討論

3.1 有機無機復混肥施用量對水稻產量及其構成的影響

有機無機復混肥是一種既含有機質又含適量化肥的混合肥，由于兼具速效態養分釋放快和有機養分持續期長的特點，對水稻增產效果明顯[10-11]。本研究中，隨著有機無機復混肥施用量的增加，水稻產量呈先升后降的趨勢，當每667 m2純氮施用量為14.4 kg時，水稻產量達最高，每667 m2為628.6 kg，且該處理的有效穗數、每穗粒數、結實率和抽穗—成熟期間干物質量較高，表明適宜的有機無機復混肥施用量可在一定程度上提高水稻成穗率、結實率和干物質積累，從而增加水稻產量[12]。但是，過量施用有機無機復混肥,也會導致水稻貪青遲熟和空癟粒增加，從而影響水稻產量；在本研究中，當每667 m2純氮施用量為16.8 kg時，其水稻產量和結實率較每667 m2純氮施用量為14.4 kg時明顯降低。

3.2 有機無機復混肥施用量對水稻養分吸收及利用的影響

實踐證明，隨著氮肥施用量的增加，氮素利用率和水稻增產效果逐漸下降[13-14]。本研究結果與上述結論一致，隨著有機無機復混肥（純氮）施用量的增加，水稻植株吸氮量逐漸增加，但各處理間差異幅度逐漸減小；同時，隨著有機無機復混肥（純氮）施用量的增加，水稻的氮素干物質生產效率逐漸增加，但氮素籽粒生產效率則表現出先上升后下降的趨勢，氮素收獲指數總體呈下降的趨勢，說明水稻籽粒中吸收的氮素相對全株吸氮量，并不是施氮量越高，進入籽粒中的氮素比例越高，吸收的氮素更多進入了稻草秸稈中，主要原因是氮素供應過多，會導致水稻氮素奢侈吸收，但體內過量氮素往往以非蛋白質態氮的增加為主[15]，使增產效果明顯降低，甚至引發經濟產量減少，從而降低氮肥施用的經濟性價比[16]，同時未被水稻吸收的氮素還有可能對環境造成潛在污染風險[17]。本研究中施用的有機無機復混肥不含磷素，故各處理間在水稻磷素吸收和利用效率方面無明顯的變化規律。在鉀素吸收利用方面，水稻吸鉀量隨鉀素施用量的增加而增加，但鉀素的干物質生產效率、籽粒生產效率和收獲指數均呈下降的趨勢，主要原因是吸收的鉀素會促進水稻生長發育，但干物質積累增長速率大于吸收增長速率，從而導致其相對值變小，且鉀素吸收后分配轉運至秸稈的例比較高，但秸稈含鉀量的增加有利于提高其抗倒伏能力[18]。

3.3 小 結

本研究通過擬合方程得出，水稻產量及氮素利用率均與施肥量呈顯著的一元二次拋物線相關，每667 m2施氮量為13.965 kg時，獲得的水稻產量最高，超過該用量則水稻產量降低，這一施肥水平的氮素利用率也為最高（43.94%），這一結果可為有機無機復混肥在蘇州吳中地區的施用提供參考。