長期和短期減施磷肥對華南雙季稻產量與磷肥利用的影響

潘俊峰 劉彥卓 梁開明 黃農榮 彭碧琳 傅友強 胡香玉 鐘旭華 李妹娟 胡 銳

（廣東省農業科學院水稻研究所/廣東省水稻育種新技術重點實驗室，510640，廣東廣州）

水稻是我國主要糧食作物，種植面積占農作物總種植面積的25.8%，產量占全國糧食總產量的32.2%[1]。土壤中磷素狀況是影響作物產量和品質的重要因素[2]。施用磷肥可有效緩解土壤磷缺乏，對水稻單產和總產快速增加做出了重要貢獻[3-5]。過量施肥導致我國大多數農田磷素處于盈余狀態[6]，1984年至2010年，廣東省耕地土壤有效磷含量總體水平增長了近3倍[7]，并且最近10年仍在增長[8]。磷肥用量過高或管理不當會直接降低磷肥利用效率和增加農業面源污染風險[9]。研究[10-11]表明，施用磷肥中5%的磷和有機質礦化分解作用釋放的部分無機磷或低分子量活性有機磷均會以水溶態和顆粒態形式隨降雨徑流向水體遷移，而農田磷的大量輸出正是目前農業面源污染和受納水體富營養化的重要原因。太湖流域地表水中總磷中39%來自于農業面源污染[12]。來自農業面源污染的總磷是導致廣東省珠三角、東江、韓江及粵東諸河、粵西諸河等重大流域部分支流水體富營養化現象嚴重的三大污染物之一[13]。因此，在保證糧食穩產和高產的前提下，減少磷肥施用量和提高磷肥利用效率對減輕農業面源污染具有重要意義。

磷肥運籌和品種布局是實現水稻高產、高效和環境友好的重要手段，也是農學和環境科學研究的重點[14-15]。水稻分蘗期吸收的磷僅占整個生育期吸收量的2.6%，而在抽穗灌漿期吸收的磷約占44.3%[15]。不同水稻基因型之間，磷籽粒生產效率、磷轉運效率和磷收獲指數可相差2.1～3.0倍[16]。郭再華等[17]研究表明，適度低磷更利于耐低磷品種對氮和鉀等養分的吸收。研究發現，一季中稻在總磷施入量不變情況下，30%磷肥后移施入可提高產量7.1%～8.2%[15,18]，土壤有效磷＞20mg/kg時，磷肥施用量減少50%對一季稻產量無顯著影響[19]。有研究[20-21]發現，磷肥減量10%～20%一次性基施對雙季稻的產量無顯著影響，但磷肥減量30%會導致早、晚稻均減產5%以上。當前研究大多關注磷肥施用量以及磷肥運籌對水稻產量和肥料利用率等的影響，而在減磷條件下，不同水稻品種（組合）的產量反應、磷肥利用效率、面源污染程度的效果以及土壤磷平衡情況等問題有待進一步研究。

本試驗以常規稻品種粵晶絲苗2號和雜交稻品種晶兩優華占為材料，研究大田條件下磷肥減量和部分后移對水稻產量、磷肥利用效率、磷肥環境污染控制效果以及土壤磷平衡的影響，為科學施用磷肥、提高磷肥利用效率和降低面源污染提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2016年晚季和2017年早季在廣東省農業科學院白云試驗基地（113°25′E，23°25′N）進行。基地位于廣東省廣州市白云區鐘落潭鎮，該地屬亞熱帶海洋性季風氣候，溫暖多雨，光熱充足，無霜期長。2016-2017年的氣象條件詳見表1。

表1 短期試驗的氣象條件Table 1 Meteorological conditions from transplanting to maturity for short-term experiments

1.2 試驗設計

1.2.1 短期磷肥試驗 試驗于2016年晚季和2017年早季在距長期定位試驗田50m的另一田塊進行，2016年8月取樣測定耕作層土壤理化性質，pH 5.9、有機質20.6g/kg、全氮1.2g/kg、全磷0.4g/kg、全鉀8.3g/kg、堿解氮47.9mg/kg、有效磷13.6mg/kg、速效鉀82.9mg/kg，按照廣東省土壤普查辦公室[22]評級指標分級標準，有效磷含量13.6mg/kg屬于“中等”類型。采用二因素裂區試驗設計，以磷肥為主區，設常規基施磷肥（P1）、磷肥減半基施（P2）和磷肥減半且基肥和穗肥各50%施用（P3）3個磷肥運籌處理。水稻品種為副區，包括常規稻品種粵晶絲苗2號（YJSM2）和雜交稻品種晶兩優華占（JLYHZ），重復3次。施用肥料分別為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）和氯化鉀（含K2O 60%），3個主區磷肥施用量和比例見表2。采用常規水育秧。2016年晚稻于7月21日播種，8月8日人工移栽；2017年早稻于3月8日播種，4月9日移栽。栽插密度均為20cm×20cm，每穴3株苗（粵晶絲苗2號）或2株苗（晶兩優華占）。主區面積為62m2，副區面積為31m2。各處理統一施用氮肥和鉀肥，氮肥用量早稻為150kg/hm2，晚稻為180kg/hm2，鉀肥早、晚稻用量均為150kg/hm2。主區各處理間筑田埂并用塑料薄膜包埋，以防肥水滲漏。

表2 不同處理的磷肥施用時間和施用量Table 2 Time and amount of P fertilizer application under different treatments

1.2.2 長期定位試驗 試驗始于2008年，試驗前耕作層土壤養分含量為pH 5.1、有機質14.9g/kg、全氮0.9g/kg、全磷0.2g/kg、全鉀10.6g/kg、堿解氮106.8mg/kg、有效磷7.2mg/kg、速效鉀28.8mg/kg，試驗田土壤有效磷屬于“較缺”類型。采用完全隨機區組設計，包含8個處理，均為正常施磷處理，另設不施磷處理（M0）。本文從中抽取M0和正常施磷（M1）2個處理中9年18季（2009-2017年早、晚稻）的數據。9年間使用的品種先后為桂農占、合豐占和粵農絲苗。早稻3月上旬播種，4月上旬插秧，秧齡30～35d；晚稻7月中下旬播種，8月上中旬插秧，秧齡18d左右。均采用水育秧，種植密度為20cm×20cm，每穴3苗，小區面積為37.2m2。施用肥料類型與短期試驗相同，M1處理早季磷肥用量為45kg/hm2，晚季為27kg/hm2，2個處理早、晚季氮肥用量分別為 150和 180kg/hm2，鉀肥用量分別為 90和108kg/hm2。測定成熟期實收產量，以M0和M1處理的相對產量（M0/M1）進行統計分析。

1.3 測定項目與方法

1.3.2 田面水水樣采集 移栽前（施磷以前）、移栽后3d、分蘗中期（MT）、穗分化始期（PI）（P3處理施P）、PI+3d和抽穗期各取1次田面水，采用50mL醫用注射器，在不擾動土層前提下，按“S”型5點取樣，混合后注入250mL集水瓶，每個處理均取3份，將其pH調為1～2后于-20℃冷凍保存，待測。每次取樣時間為上午9:00-11:00。

1.3.3 土樣采集 分別于2016年晚季插秧前、收割后和2017年早稻收割后取試驗田的耕作層土壤樣品，采樣深度為20cm，采樣時沿“S”型路線。2016年插秧前整田采集30個點組成混合樣。2016和2017年收割后，按照重復布局，每個主區采集3個點組成混合樣，混合樣經充分混勻后，用四分法取樣品1kg。土壤樣品經自然晾干后，按照NY/T 1121.7-2014標準進行測定。

1.3.4 測定方法 采用鉬銻抗分光光度法和過硫酸鉀氧化-鉬銻抗分光光度法分別測定水樣可溶性磷和總磷含量；植物樣品首先用硫酸-雙氧水消煮，再用釩鉬黃比色法測定總磷含量。

成熟期每個小區調查24穴，計算單穴有效穗數，按平均穗數取12穴，考查穗粒數、結實率、千粒重和收獲指數（HI）等產量構成因素，每小區實割5m2測產。

1.4 數據處理與統計方法

磷素籽粒生產效率（PUEg，kg/kg）=籽粒產量/成熟期植株總磷積累量；

磷素物質生產效率（PUEb，kg/kg）=成熟期總生物量/成熟期植株總磷積累量；

磷收獲指數（PHI）=籽粒磷積累量/成熟期植株總磷積累量；

稻田磷素輸入包括來源于化肥、秸稈還田、灌溉水、大氣干濕沉降和作物種子的磷素養分。其中，秸稈100%直接還田，每季大氣干濕沉降輸入到農田的磷素為0.189kg/hm2[23]，晚季補水型灌水量為310mm[24]，灌溉水總磷含量為0.0075mg/L，水稻種子磷素輸入為0.45kg/hm2。

教學環境也是影響學生課堂學習質量的一個重要因素.在課堂教學中，輕松愉快的教學環境會讓學生大腦細胞非常活躍，并且還可以激發他們學習的興趣和欲望.但是，如何在現在的課堂教學中，去創造一個輕松的氛圍和愉悅的學習環境呢？眾所周知，古代有孟母三遷的故事，就是為了讓孟子能夠身臨其境的去學習、去感受，讓孟子的學習有更大的收獲.在現如今，則要求教師在課堂氛圍中去改善，教師要善于從實際出發，以一種輕松的節奏讓學生去感受數學學習的魅力.與此同時，教師作為一個知識的傳播者，要去引導學生如何更好地獲得知識，如何更好地去感知學習的快樂.

本研究中稻田磷素輸出僅統計收獲產量（經濟器官）輸出的磷元素量，磷素平衡=磷素輸入-磷素輸出。

運用 Microsoft Excel處理數據。采用STATISTICA（StatSoft Inc.Statistica.Tulsa OK.1991）軟件進行數據分析，用LSD（least significant difference test）進行樣本平均數的差異顯著性比較。

2 結果與分析

2.1 磷肥運籌對產量的影響

短期磷肥試驗中，不同處理下水稻產量如表3所示。年度（季別）間，產量和部分產量構成因素差異顯著，晚季產量高17.0%。不同磷肥運籌處理對產量及其構成因素和收獲指數均無顯著影響。JLYHZ的產量顯著高于YJSM2，2年平均高15.3%，高產主要得益于JLYHZ的每穗穎花數更高。磷肥和品種間互作對產量的影響達到顯著水平，主要是由于不同磷肥運籌處理對2個品種的產量影響不一致。

表3 短期試驗磷肥運籌對產量及其構成因素的影響Table 3 Effects of short-term P fertilizer treatments on grain yield and its components

2.2 不同磷肥運籌處理對磷肥吸收與利用效率的影響

由表4可知，2016年不同磷肥運籌處理對磷積累量、PUEg、PUEb和PHI均無顯著影響，JLYHZ的穗分化至抽穗期磷積累量、PUEg和PUEb均顯著高于YJSM2。

表4 2016年磷肥運籌對磷素積累量、磷效率和磷收獲指數的影響Table 4 Effects of P fertilizer management on uptake,use efficiency and harvest index of phosphorus in 2016

2.3 不同磷肥運籌處理對干物質積累量的影響

由表5可知，2年中磷肥運籌對2個品種的總干物質量和物質轉運量均無顯著影響。2個品種間干物質積累量和物質轉運均存在顯著差異。JLYHZ從穗分化至抽穗期和成熟期干物質積累量均顯著高于YJSM2。2016年晚季，2個品種抽穗至成熟期干物質轉運量占總干物質量的13.6%～14.9%；2017年早季占30.3%～38.0%，干物質轉運量季節間存在較大差異。

表5 磷肥運籌對干物質積累量和轉運的影響Table 5 Effects of different P fertilizer management on dry matter accumulation and transportation

2.4 不同磷肥運籌處理對稻田土壤磷含量的影響

短期試驗中，不同磷肥運籌對稻田土壤總磷含量的影響如圖1a所示，總體上看，P1、P2和P3處理的土壤總磷含量在2個取樣時期均無顯著差異。土壤可溶性磷含量變化如圖1b所示，不同處理土壤可溶性磷含量在2個取樣時期也無顯著差異。

圖1 磷肥運籌對稻田耕作層土壤總磷和可溶性磷含量的影響Fig.1 Effects of various P fertilizer managements on total phosphorus and available phosphorus content in upper-level soil

2.5 不同磷肥運籌處理對田面水磷含量的影響

2016年田面水總磷和可溶性磷動態變化如圖2所示。在監測期內，各處理田面水中總磷含量變化趨勢基本一致，P1、P2和P3處理平均含量分別為150、140和150μg/L，可溶性磷含量分別為30、30和30μg/L。2017年的結果顯示，在移栽后20d內田面水總磷和可溶性磷含量均有1次峰值。總體上看，田面水總磷和可溶性磷含量在移栽后20d內較高，若在此期間遇到強降雨，稻田磷素的流失風險較大。

2.6 不同磷肥運籌處理對磷素輸入、輸出和平衡的影響

2016年晚季短期試驗磷素輸入、輸出和平衡狀況見表6。磷素的輸出僅統計了收獲物稻谷（經濟器官）輸出的磷素量，未計算其他途徑的損失。P1處理磷素輸入與輸出基本持平，其他2個磷肥處理的磷素均處在虧缺狀態，虧缺率分別為35.3%和31.8%。2個品種的磷平衡無顯著差異。

表6 2016年晚季不同處理下磷素的輸入、輸出及平衡狀況Table 6 Input,output and balance of phosphorous under different treatments in 2016

2.7 長期試驗中不施磷肥對產量的影響

長期定位試驗的相對產量如圖3所示。以相對產量（M0/M1）作為磷肥對產量影響的主要分析指標，按照3年6季為一組進行組間分析（圖3）。3組相對產量平均值分別為0.98、0.95和0.87，相鄰組間差異不顯著，但第1組（2009-2011年）和第3組（2015-2017年）間差異達顯著水平，相差12.7%，說明第13～18季不施磷肥處理的產量與施磷處理的產量差異顯著。

圖3 長期定位試驗條件下相對產量的變化Fig.3 Changes of relative yield under long-term experiment

3 討論

3.1 減施磷肥對華南雙季稻產量和磷肥利用率的影響

長期定位試驗結果顯示，隨著種植季的增加，M0處理產量與M1處理產量差距不斷擴大（圖3），經過3年6季的雙季稻種植后，M0處理產量有所降低，但差異不顯著，可見，華南稻區施磷水平有相當大的下調空間；經過6年12季連續種植雙季稻后，M0處理產量進一步降低。前人[25]研究發現，無磷肥投入條件下，紅壤區土壤有效磷14年間下降超過50%，黑土區土壤速效磷24年間下降60%，可見長期不施用磷肥會導致土壤磷素缺乏。短期試驗中，種植兩季后處理間產量無顯著差異，3個處理土壤總磷和有效磷含量也無顯著變化。此結果說明，在中等磷肥力田塊，1年2季減施磷肥在短期內對水稻產量無顯著影響。黃繼川等[26]研究發現，廣東省內珠三角、粵東、粵西、粵北地區中等和高磷肥力土壤占比分別為94.5%、80.0%、95.1%和87.7%。綜上所述，在廣東省內大部分稻田，短期內磷肥減量50%是可行的，在土壤磷含量處于中等及以上稻田，在3年內磷肥減施50%對水稻產量無顯著影響。

盡管晶兩優華占的產量、PUEg和PUEb均顯著高于粵晶絲苗2號，但在前季常規施磷量情況下，磷肥用量減少和施用時間改變對2個品種的產量及其構成因素和干物質生產均無顯著影響，說明磷肥殘效效應在短期內可滿足后茬作物正常生長。以上結果說明，生產上選用高產且對磷肥施用不敏感的水稻品種也是減少稻田磷肥投入和磷排放的一條途徑。

3.2 減施磷肥對華南雙季稻田田面水磷含量和土壤磷平衡的影響

降低水稻種植期田面水磷含量是控制稻田磷徑流流失的關鍵。謝學儉等[27]指出，稻田磷流失主要是田面水中磷隨降雨溢出水田或人工排水而損失。在本試驗條件下，人工排水僅發生在分蘗末期，磷肥施入后7d內并不進行人工排水，因而施肥后由排水而引起的稻田磷流失風險較小。每年5-11月是華南地區臺風頻發季節，且臺風常伴有降雨，擾動施肥后稻田磷素主要存在隨降雨溢出而流失的風險。因此，應避免雨前施肥以防止田面水中的磷以農田徑流方式進入水體。此外，減少稻田田面水層，提高田塊蓄雨緩沖能力，對減少降雨導致的田面水及氮磷養分的徑流損失有較大的幫助[28]。

短期試驗結果顯示，種植1季和2季后，不同磷肥運籌處理間，稻田土壤磷含量均無顯著差異。P1處理下土壤磷素輸入與輸出基本持平，略有盈余；磷肥減半后土壤磷素出現虧缺，不同品種的使用對磷素表觀平衡無顯著影響。在華南雙季稻種植制度下，每季水稻應施磷肥（P2O5）45kg/hm2左右，可維持稻田土壤磷素表觀平衡。

由以上結果可知，短期內磷肥減量施用，并不影響稻田田面水磷含量的變化，但會造成稻田磷素表觀虧缺。

4 結論

短期內磷肥減施對水稻產量、磷的吸收利用、土壤磷含量和稻田田面水磷濃度均無顯著影響；每季施磷量（P2O5）達到45kg/hm2時，可實現雙季稻磷輸入與輸出的基本平衡；3年內磷肥減半施用，并不影響華南雙季稻產量。