湖南晚稻施磷效应及土壤速效磷丰缺指标研究

陈 煦 ，鲁艳红 ，廖育林 ，罗尊长 ，黄铁平 ，聂 军

（1.湖南省水稻研究所，湖南 长沙 410125；2.湖南省土壤肥料研究所，湖南 长沙 410125；3.农业部望城水稻土生态环境重点野外观测实验站，湖南长沙410125；4.湖南省土壤肥料工作站，湖南长沙410005）

水稻是我国最重要的粮食作物，其产量高低直接关系到我国的粮食安全[1]。湖南省位于长江中下游洞庭湖以南，水稻播种面积和产量均居我国第一。施肥是作物增产的物质基础，然而在当前水稻生产中，不合理或盲目施肥现象相当普遍，不仅造成肥料效应不能充分发挥，土壤肥力下降，同时导致资源浪费和环境污染等问题突出[2]。

根据作物的养分需求及土壤养分供应状况，施肥成为关键。磷是植物必需的营养元素之一[3]，是植物体内许多重要化合物的组成部分，也是许多生理过程不可缺少的元素。全国第二次土壤普查期间，我国土肥科技工作者开展了测土推荐施肥参数和土壤养分丰缺指标研究，但随着农民施肥方式、施肥用量、栽培方式及土壤养分状况的变化，当时制定的指标已经不能适应目前生产条件的需要。我国从2005年开始在全国范围内开展测土配方施肥工作，对于科学准确地评价农业土壤肥力状况、制定新的作物施肥指标体系和促进农业生产的可持续发展具有重要意义[4]。研究通过分析湖南省不同地区近年来的晚稻磷肥田间试验，研究晚稻施磷对产量和经济效益的影响，探讨土壤速效磷与施磷效应的关系，建立晚稻种植体系中不同区域土壤速效磷肥力指标，旨在为湖南晚稻生产高效施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

数据来源于2005～2010年期间在湖南进行的89个晚稻田间肥效试验。根据行政区划和地理位置将试验点分为3个区域。具体划分如下。

湘北环洞庭湖平原、低山丘陵区：资阳、岳阳、大通湖、桃江、平江、临湘、湘阴、南县、汨罗、赫山、临澧、津市、桃江、鼎城、华容；湘东-湘中丘陵、中低山区：湘潭、洞口、邵阳、澧临、新邵、宁乡、邵东、武冈、涟源、长沙、韶山、娄星、株洲、隆回、湘乡、浏阳；湘南中低山、丘陵区：道县、江永、冷水滩、汝城、衡东、衡南、常宁、衡山、祁阳、资兴、耒阳、衡阳、东安、祁东、蓝山、桂阳、永兴、零陵、嘉禾、安仁、宁远。

其中布置在湘北环洞庭湖平原、低山丘陵区的试验点39个，湘东-湘中丘陵、中低山区22个，湘南中低山、丘陵区28个。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验设施磷（+P）和不施磷对照（CK）处理。由于不同田块磷素肥力的差异，施磷（+P）处理磷肥用量变化幅度为P2O530～135 kg/hm2，试验施磷（+P）处理磷肥平均用量为P2O559 kg/hm2。氮、钾施用量一般为 N 150 kg/hm2，K2O 75 kg/hm2。氮、磷、钾化肥品种分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾。磷肥全部作基肥在早稻移栽时施用，60%～70%的氮、钾肥作基肥施用，余下的作分蘖肥于晚稻移栽后5～7 d追施。小区面积20m2，3次重复，随机区组排列，其他栽培管理措施与当地大田管理一致。耕作制度为双季稻种植制度。

供试田块耕层基础土壤主要养分状况见表1。

1.2.2 测定及分析方法 土壤的pH、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾采用常规分析方法测定[5]。产量以各小区实收计产。

1.2.3 土壤速效磷丰缺指标建立方法 根据晚稻产量对土壤有效养分含量的响应，建立土壤养分丰缺指标体系。具体方法为用对照区和施磷区的产量计算相对产量，用获得的相对产量与土壤速效磷含量进行方程拟合。

表1 供试田块耕层基础土壤养分基本状况（n=89）

计算相对产量的公式为：相对产量（%）=不施磷处理产量/施磷处理产量×100

建立的数学模型为：y=a ln（x）+b[6-7]，式中 y为相对产量（%），x为土壤速效磷含量（mg/kg）。以相对产量＜75%、75%～95%、＞95%为标准，将土壤速效磷含量定为“低”、“中”、“高”3 个丰缺等级，计算并建立土壤速效磷丰缺指标。

用Excel软件进行数据分析和图形绘制。

2 结果与分析

2.1 施用磷肥的产量效应及经济效益分析

如表2所示，晚稻施磷（+P）具有较明显的增产效果，3个区域所有试验点94.4%的试验施磷均增产，平均增产率达6.3%。湘北环洞庭湖平原、低山丘陵区晚稻施磷（+P）较不施磷（CK）处理平均增产稻谷408 kg/hm2，平均增产率5.3%，每千克 P2O5平均增收5.34 kg稻谷；湘东-湘中丘陵、中低山区施磷平均增产339 kg/hm2，增产幅度5.0%，每千克P2O5平均增产8.14 kg稻谷；湘南中低山、丘陵区施磷平均增产436 kg/hm2，增产幅度7.1%，每千克P2O5平均增产10.59 kg稻谷。

经济收益是农民种植农作物追求的的目标之一。通过计算施磷增加的利润表明，晚稻施用磷肥的经济效益较高（表2）。仅15.7%试验晚稻施磷出现负利润，84.3%的试验晚稻施磷获利，施磷平均增加利润达到431.79元/hm2，增加利润最高达1 649.90元/hm2。其中，湘东-湘中区晚稻施磷较不施磷平均增加收入562.21元/hm2，湘南区平均增收507.49元/hm2，湘北区平均增收303.85元/hm2。

当肥料施用产投比达到2.0时，一般认为经济效益显著，而产投比为1.0～2.0时尽管经济效益不显著，但基本为农民所接受，当低于1.0时则会亏本[8]。产投比分析结果表明晚稻施磷能产生一定的经济效益（表2），所有试验平均产投比为2.64，最高产投比达到10.26。若以产投比作为判定标准，56.2%的田块晚稻施磷经济效益显著，24.7%的田块施磷虽能增收但效果不明显，19.1%的田块施磷在经济上出现了亏损。

表2 磷肥施用量及施磷对水稻产量和经济效益的影响

2.2 土壤速效磷含量对施磷效应的影响

土壤速效磷含量与晚稻产量及施磷效果回归分析表明（表3），土壤速效磷含量与对照产量极显著相关（r=0.443 6**，n=89），说明土壤磷素养分对晚稻产量的贡献是随土壤速效磷增加而提高的。

表3 土壤速效磷（x，mg/kg）与晚稻籽粒产量及施磷增产增收效果（y）的关系（n=89）

土壤速效磷含量显著影响晚稻施磷增产效应。土壤速效磷与施磷增产量及增产率均呈极显著负相关，相关系数分别为-0.646 2**和-0.693 7**（n=89），与相对产量极显著正相关（r=0.682 4**，n=89），说明随土壤速效磷含量的提高晚稻施磷的增产趋势减缓。

土壤速效磷也显著影响施磷经济效益。土壤速效磷含量与施磷增加的利润及施磷产投比均呈极显著性负相关，相关系数分别为-0.530 4**和-0.429 8**（n=89），表明施磷经济回报随着土壤速效磷含量的提高而呈递减的变化趋势。

2.3 土壤速效磷丰缺分级指标的建立

土壤肥力指标法是基于农作物营养元素的土壤化学原理，以生物相对指标校验土壤有效养分肥力指标，确立相应的分级范围值，用于指导土壤肥力评价和科学施肥[9]。土壤速效磷含量与晚稻产量效应及施磷经济效益密切相关。因此，可以利用土壤速效磷含量来建立晚稻种植体系中磷素养分的丰缺分级指标，作为双季稻种植区晚稻是否需要施磷及施磷量多少的判定依据。由于湖南省不同地区地形地貌、土壤类型、气候条件及土壤本身养分含量的差异，本研究在建立湖南省晚稻土壤速效磷指标同时，也按湘北环洞庭湖平原、低山丘陵区，湘东-湘中丘陵、中低山区和湘南中低山、丘陵区3个区域分别建立土壤速效磷丰缺指标。

以相对产量为纵坐标，土壤速效磷为横坐标，根据相对产量对土壤速效磷含量的响应关系，建立对数曲线回归模型（图1）。湖南省及3个区域回归模型的决定系数（R2）表明相对产量和土壤速效磷的相关性均达到极显著水平。以相对产量＜75%、75%～95%、＞95%为标准，计算湖南省晚稻土壤速效磷“低”、“中”、“高”丰缺指标分别为“＜1.3 mg/kg”、“1.3～19.0 mg/kg”和“＞19.0 mg/kg”；湘北环洞庭湖平原、低山丘陵区分别为“＜1.4mg/kg”、“1.4～18.5 mg/kg”和“＞18.5mg/kg”；湘东-湘中丘陵、中低山区分别“＜2.2 mg/kg”、“2.2～19.4 mg/kg”和“＞19.4 mg/kg”；湘南中低山、丘陵区为“＜1.1mg/kg”、“1.1～19.8 mg/kg”和“＞19.8mg/kg”。

图1 相对产量与土壤速效磷的关系图

3 结论与讨论

土壤磷素的丰缺状况，是衡量土壤肥力水平高低的标志之一[10]。土壤中的磷素主要来自母质中的含磷矿物、土壤有机质及施用的含磷肥料。根据全国第二次土壤普查的结果，湖南省土壤速效磷含量＜10 mg/kg的耕地面积占总耕地面积的80%以上，＜5 mg/kg的面积超过50%[11]。但是经过长期耕种，尤其是在20世纪80年代后中国化肥施用经历了一个快速增长期，同时由于耕作技术的提高，农田土壤肥力水平有了较大变化。近期的研究结果普遍认为，与20年前相比，农田土壤肥力水平有较大提高[12-13]。本研究的89个试验中没有土壤速效磷＜5 mg/kg的试验点，土壤速效磷＜10 mg/kg的占10.1%，其他试验点土壤速效磷均＞10 mg/kg。表明经过20多年的耕种和磷肥施用，农田土壤速效磷含量有了较大幅度提高，这与全国其他地方的研究结果是一致的。

与该地区早稻施磷相比[14]，晚稻施磷的增产效果和经济效应虽不及早稻，但在本研究的89个试验中，有94.4%的试验晚稻施磷水稻产量是增加的，所有试验平均增产率为6.3%，平均产投比2.64，其中，56.2%的试验施磷产投比＞2.0，获得了较好的经济收益；晚稻施磷平均增加利润431.79元/hm2，这说明晚稻施磷仍然具有一定的增产效果和经济效益，在晚稻生产中仍要重视磷肥的合理施用。

根据不同作物，不同区域，通过土壤养分测试和田间肥效试验建立土壤养分丰缺指标，是指导土壤肥力评价和科学施肥的关键。20世纪80至90年代，国内众多学者对土壤速效养分丰缺指标开展了大量研究，建立了适合当时生产条件的土壤养分丰缺指标，但是由于当前农田土壤速效磷养分状况及耕作条件与20年前相比都有了很大变化，速效磷的指标应该有相应变化。我国土肥科技工作者在全国第二次土壤普查期间，将全国水稻土Olsen-P“低”“中”“高”水平分别确定为“＜2.6±1.4mg/kg”、“（2.6±1.4）～（11±3.5）mg/kg”和“＞11±3.5mg/kg”[11]，本研究建立的湖南省晚稻土壤速效磷“低”、“中”、“高”丰缺指标分别为“＜1.3mg/kg”、“1.3～19.0mg/kg”和“＞19.0mg/kg”。

以往研究对于水稻土养分指标的研究一般忽略了早稻、晚稻和中稻的指标差异[15]，但实际上早稻、晚稻和中稻生长对于磷素养分的需求是有差异的，因而在研究土壤速效磷指标时不仅要考虑不同类型的作物，同一类型作物不同季别的差异也应给予充分考虑。研究建立的湖南省不同地区的晚稻土壤速效磷的“低”、“中”、“高”丰缺指标与早稻[14]相比均有一定的差异。

[1] 程式华，胡培松.中国水稻科技发展战略[J].中国水稻科学，2008，22（3）：223-226.

[2] 唐珍琦，荣湘民.湖南省水稻施肥现状分析及对策[J].湖南农业大学学报（自然科学版），2009，35（1）：89-91.

[3] 朱先进，宇万太，马 强，等.不同磷肥用量对下辽平原作物体内养分分配的影响[J].中国土壤与肥料，2009，（2）：78-79.

[4] 陈新平，张福锁.通过“3414”试验建立测土配方施肥技术指标体系[J].中国农技推广，2006，22（4）：36-39.

[5] 鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业科学技术出版社，2000.

[6] 张德军.利用“3414”试验设计进行水稻测土配方施肥研究[J].中国土壤与肥料，2009，（6）：52-56.

[7] 刘国顺，邢 岩，韩晓日，等.辽宁省水稻测土配方施肥指标体系研究[J].辽宁农业科学，2009，（5）：17-20.

[8] 鲁明星，邹 娟，鲁剑巍，等.湖北省油菜磷肥施用效果与土壤速效磷分级标准研究 [J].中国油料作物学报，2006，28（4）：448-452.

[9] 章明清，徐志平，姚宝全，等.福建主要粮油作物测土配方施肥指标体系研究[J].福建农业学报，2009，24（1）：68-74.

[10] 骆东奇，白 洁，谢德体.论土壤肥力评价指标和方法[J].土壤与环境，2002，11（2）：202-205.

[11] 全国土壤普查办公室.中国土壤[M].北京：中国农业出版社，1998.

[12] 孙 波，潘贤章，王德建，等.我国不同区域农田养分平衡对土壤肥力时空演变的影响 [J].地球科学进展，2008，23（11）：1201-1208.

[13] 张福锁，崔振岭，王激清，等.中国土壤和植物养分管理现状与改进策略[J].植物学通报，2007，24（6）：687-694.

[14] 鲁艳红，廖育林，黄铁平，等.湖南省不同区域早稻施磷效应及土壤速效磷丰缺指标研究[J].中国农学通报，2011，27（5）：94-99.