杂交中稻在不同地域和施氮水平下氮、磷、钾稻谷生产效率的差异性研究

（四川省农业科学院水稻高粱研究所/农业部西南水稻生物学与遗传育种重点实验室，四川德阳618000）

杂交中稻在不同地域和施氮水平下氮、磷、钾稻谷生产效率的差异性研究

徐富贤，熊 洪，张 林，郭晓艺，朱永川，周兴兵，刘 茂

（四川省农业科学院水稻高粱研究所/农业部西南水稻生物学与遗传育种重点实验室，四川德阳618000）

以杂交中稻高产品种‘Ⅱ优7号’和高产优质新品种‘渝香优203’为材料，在西南稻区4省（市）的7个生态点采用相同的试验方案，研究了氮、磷、钾稻谷生产效率与地理位置、土壤基础肥力、施氮量的关系。结果表明，氮稻谷生产效率在品种间、地点间及施氮水平间的差异均达极显著水平，试验地点与施氮水平间的交互作用显著；磷和钾的稻谷生产效率表现为地点间和施氮水平间差异显著或极显著。‘渝香优203’比‘Ⅱ优7号’的氮稻谷生产效率极显著提高。氮、磷、钾的稻谷生产效率间相互呈极显著正相关关系。在低经度、高海拔地区，以及土壤有机质和有效磷含量高、pH值高、施氮水平低条件下，氮、磷、钾的稻谷生产效率较高。

杂交中稻；地理位置；施肥；稻谷生产效率

在人增地减矛盾日益突出的严峻形势下，通过改良水稻品种、配套先进的栽培技术和加大生产投入已成为稳步提高水稻单产，保障粮食安全的重要途径。其中，增加肥料特别是氮肥的投入就是有效措施之一［1～3］。但肥料利用率随着肥料用量的增加明显下降［1］，肥料利用率低还会引发能源浪费、环境污染和生产效益降低等问题。因此，如何提高稻田肥料利用率，受到了农学家们的极大重视，是国内外长期以来研究的重要课题［1］。

氮、磷、钾是维持水稻正常生长必需的三大营养要素。前人就水稻基因型、根系生长、物质积累、生理代谢、植株性状、氮肥种类、平衡施肥、施肥方法、肥水运筹、氮肥精准施用技术与氮素吸收利用效率的关系开展了深入致细的研究［1～9］。施钾能提高稻谷产量［10～14］，主要是提高了水稻不同生育阶段植株吸氮量，促进了抽穗后氮素转运量和转运率［11］，并维持土壤钾素肥力［12］和促进氮磷养分从水稻的茎叶部位向穗输送［13］。不同时期施用钾肥对产量的贡献依次为基肥＞分蘖肥＞穗肥［14］。水稻各生育阶段的吸氮量与稻谷产量均呈显著正相关，而中后期的磷钾吸收多为奢侈吸收［15］。杂交稻的总产量平均比常规稻增加10.8%，氮、磷、钾吸收总量分别平均比常规稻增加5.2%、8.8%、12.8%，对土壤中养分消耗比常规稻强［16］。氮磷钾肥的配合施用对双季水稻生物量的影响顺序为NPK＞NP＞PK＞NK＞CK，N、P、K对水稻的增产效应系数分别为41.2%～54.8%、66.3%～88.2%和10.3%～10.9%［17］。耐低磷基因型在生育前期的氮、钾积累量显著高于低磷敏感基因型，耐低磷基因型生育后期的绝对积累量优势消失，但相对积累量优势变大［18］。稻草与N、P、K化肥配合施用能维持或提高紫色水稻土的生产力和土壤肥力，水稻获得了持续高产，土壤有机质和全氮含量提高，土壤磷的有效性增加［19］。秸秆还田后既提高了氮肥利用效率，还增加了N、P、K的收获指数［20］。上述这些均为同一生态条件下不同肥水处理的研究结果。水稻对氮、磷、钾的吸收利用能力受品种特性、土壤基础肥力、气候条件的影响较大，但在不同生态条件和土壤基础肥力下研究这些因素与肥料利用率关系的文献极少。

水稻肥料利用率的评价指标多达10余种。在利用这些指标对不同基因型的肥料利用效率进行评价研究中发现，同一品种在不同评价指标间的排序不完全一致［1，4］。说明不同指标反映了肥料吸收与利用的不同侧面，在对水稻进行遗传改良以提高其肥料吸收与利用效率时，应有明确的目标和重点。笔者认为，提高氮素的干物质或稻谷生产效率应该是遗传改良的重点。因为，只有提高氮素的生产效率，才能从根本上控制氮肥施用量和减轻施用氮肥所带来的环境污染。为此，笔者以2个杂交中稻品种为材料，在西南稻区7个生态点，设统一的施氮处理和栽培密度，研究氮、磷、钾的稻谷生产率与试验地点、土壤肥力、施氮水平及其互作关系，以期为杂交中稻的肥料高效利用提供理论与实践依据。

1 材料与方法

试验在西南稻区的四川、重庆、云南、贵州4省（市）的7个生态点进行（表1），均采用相同的试验方案。

1.1 试验设计

以大面积推广的杂交中稻高产品种‘Ⅱ优7号’和高产优质新品种‘渝香优203’为材料，按各地常年高产播种期播种，地膜湿润育秧，中苗移栽，按30 cm×16.7 cm规格每穴栽双株。试验设4个施氮水平，即在施P2O575 kg/hm2，K2O 75 kg/hm2作底肥的基础上，分别设施氮0、90、150、210 kg/hm2（其中底肥占60%、分蘖肥20%、穗肥20%），分别表示为N0、N90、N150、N210，并以不施任何肥料的空白处理作对照（CK）。试验采用裂区设计，以肥料为主处理，品种为副处理，共10个处理，3次重复。小区面积16.5 m2，小区间留走道53.3 cm，做单埂，区组间留走道86.6 cm，做双埂，均用地膜包覆。

1.2 考查项目

用GPS定位仪测定各点试验田所处位置的经度、纬度，用180K海拔仪测海拔高度；在本田施肥前按梅花5点取样法，取稻田0～25 cm耕作层混合土样2 kg并风干；水稻成熟期各处理每次重复均按小区平均有效茎数取样1穴，分为籽粒、叶片、茎鞘3部分，先在105℃下杀青30 min，然后在80℃下烘干至恒重，以考查植株各部分干物质量。所有土壤和植株样品（3重复混和样）均统一送至四川省农业科学院分析测试中心，分析各试验点稻田基础土壤肥力（用硫酸—重络酸钾湿烧法测有机质，用凯氏法测全氮，用碱熔—钼锑抗比色法测全磷，NaOH熔融—火焰光度法测全钾，用电位法测pH，用扩散法测碱解氮，用NaHCO3浸提—钼抗比色法测有效磷，用0.5 mol/L NaH4OAc浸提—火焰光度法测速效钾）和各处理籽粒、叶片、茎鞘的氮、磷、钾含量，并据此计算植株养分的稻谷生产效率（养分稻谷生产效率＝籽粒质量/地上部植株吸收养分积累总量）［4］。

1.3 统计分析

首先对氮、磷、钾的稻谷生产效率进行试验地点、品种及施氮处理间联合方差分析和变异系数分析；然后利用各试验点、各试验处理的养分稻谷生产效率（氮稻谷生产效率：YN，磷稻谷生产效率：YP，钾稻谷生产效率：YK），分别建立与试验点的经度（x1）、纬度（x2）、海拔（x3）、施氮量（x4）、土壤基础肥力的有机质（x5）、全氮（x6）、全磷（x7）、全钾（x8）、pH（x9）、碱解氮（x10）、有效磷（x11）、速效钾（x12）关系的相关、偏相关与回归方程。所有计算由DPS数据处理系统和Excel操作系统完成。

表1 各试验点的地理位置及稻田基础肥力Table 1 Geography position and soil basic fer tility of the experiment sites____________________

2 结果与分析

2.1 氮、磷、钾稻谷生产效率的变异性分析

从表2看出，氮、磷、钾的稻谷生产效率变异系数高达23.21%～36.52%。其中，氮稻谷生产效率在品种间、地点间及施氮水平间的差异均达极显著水平，品种与地点和施氮水平间的交互作用均不显著，试验地点与施氮水平间的交互作用显著；磷和钾的稻谷生产效率均表现为品种间差异不显著，地点间和施氮水平间差异显著或极显著，品种、地点及施氮水平间的交互作用均不显著。表明提高氮稻谷生产效率应在选择高效率品种基础上，重视试验地点与施氮水平的调节作用；磷和钾的稻谷生产效率可根据种植地点的环境、土壤条件与氮肥运筹予以改善。多重比较结果看出，渝香优203比Ⅱ优7号的氮稻谷生产效率极显著提高，但两品种间的磷和钾的稻谷生产效率差异不显著；氮、磷、钾的稻谷生产效率均以云南宾川最高，四川中江最低；以不施氮处理的氮、磷、钾的稻谷生产效率为最高（表3）。

就氮、磷、钾三要素间稻谷生产效率的关系而言，三者间相互均呈极显著正相关关系，两个品种表现一致（图1、图2），表明氮、磷、钾的稻谷生产效率间并没有矛盾，可同步提高，有助于肥料利用率高效栽培措施的研究与制定。

以上结果表明，水稻的肥料利用效率变异度高，受品种、地点及施氮水平影响较大。为了更明确其制约的关键因子，尚需进一步深入分析。

表2 氮、磷、钾稻谷生产效率变异情况及其方差分析F值Table 2 The variation of grain productive rate of N，P，K and their F value for varieties

（续表2）

表3 试验地点、品种及施氮量处理间氮、磷、钾稻谷生产效率差异比较Table 3 Comparison of grain productive rate of N，P，K among different experiment sites，varieties and N application levels

图1 Ⅱ优7号氮、磷、钾稻谷生产效率间的关系Fig.1 Relationship among grain p roductive rates of N，P and K for II－You 7

图2 渝香优203氮、磷、钾稻谷生产效率间的关系Fig.2 Relationship among grain productive rates of N，P and K for Yuxiangyou 203

2.2 氮、磷、钾稻谷生产效率与地理位置、基础肥力和施氮水平的关系

单相关分析结果可见，氮、磷、钾稻谷生产效率均分别与经度（x1）呈极显著负相关，与海拔（x3）、土壤有机质（x5）、全氮（x6）和pH（x9）呈极显著正相关；氮、磷稻谷生产效率还分别与全磷（x7）呈显著或极显著正相关，两个品种表现完全一致（表4）。

再从多元逐步回归与偏相关分析结果（表5）看，6个回归方程的决定系数高达0.6775～0.8826，F值均达极显著水平，偏相关系数达显著或极显著水平。说明氮、磷、钾稻谷生产效率与相关影响因子间的拟合度较好，可用以探索氮、磷、钾稻谷生产效率与地理位置、基础肥力和施氮水平的关系。分析结果表明，提高Ⅱ优7号的氮稻谷生产效率主要通过降低施氮量（x4）和提高土壤有机质含量（x5），提高磷稻谷生产效率主要在高海拔区（x3）、降低施氮量（x4）和增加土壤有效磷含量（x11），提高钾稻谷生产效率在低经度区（x1）、提高土壤有机质含量（x5）和pH值（x9）；提高渝香优203的氮稻谷生产效率主要是降低施氮量（x4）和提高土壤有机质含量（x5），提高磷稻谷生产效率主要在低经度（x1）高海拔（x3）区和降低土壤全钾含量（x8），提高钾稻谷生产效率主要在低经度区（x1）、降低施氮量（x4）和增加土壤有机质含量（x5）。

综上所述，氮、磷、钾稻谷生产效率与地理位置、基础肥力和施氮水平的单相关分析结果两品种表现完全一致，但多元逐步回归与偏相关分析品种间则有部分差异。总体而言，在低经度高海拔地区，提高稻田有机质、土壤有效磷含量和pH值，减少施氮量，有利于氮、磷、钾稻谷生产效率的提高。

表4 氮、磷、钾稻谷生产效率与试验点的地理位置、稻田基础肥力和施氮水平的相关系数Table 4 Correlation coefficients between grain p roductive rate of N，P，K and geography position，basic fertility of soil for experiment sites and N app lication level

表5 氮、磷、钾稻谷生产效率与试验点的地理位置、稻田基础肥力和施氮水平的回归分析Table 5 Regression analysis betw een grain productive rate of N，P，K and geography position，basic fertility of soil for experiment sites and N application level

3 讨论

迄今为止，关于水稻品种特性和肥水管理对氮、磷、钾吸收利用效率的影响，国内外已有较多研究［1～20］。如夏冰等［21］指出超级杂交稻比常规稻的养分利用率显著提高，刘淑军等［22］比较了不同水稻基因型的养分吸收特性。但种植地域的生态条件和土壤基础养分元素对肥料利用率方面的研究甚少。本文以两个杂交中稻品种为材料，采用相同的栽培技术及施氮水平处理，在7个生态区开展氮、磷、钾稻谷生产效率与环境条件及施氮水平关系的研究，首次将影响肥料稻谷生产效率的因素解析成了地理位置即生态条件［23］、土壤基础肥力、施氮水平、品种4大因素及其互作关系。

本研究结果表明，低经度、高海拔地区的氮、磷、钾稻谷生产效率较高（表4、表5）。在目标产量相同的情况下，该地区应适当减少肥料施用量，高经度、低高海拔地区则可适当增加肥料用量［24］。经度与海拔影响肥料稻谷生产效率的机理可能与其所处的气候条件有关［23］，但需进一步研究。前人对水稻氮素利用效率的研究较多且深入［1～9］，对磷［17，18］、钾［10～14］的研究相对较少。本研究结果表明，氮、磷、钾稻谷生产效率间相互呈极显著正相关关系（图1、图2），表明提高氮肥利用率与提高磷、钾肥利用率是协调一致的，而且氮肥对稻谷贡献的效应最大［1，4］。因此，在以后开展肥料利用率的栽培途径研究中，只需提出氮高效利用的栽培管理措施即可，不需分别对磷、钾肥进行研究。李成亮等研究指出，氮、磷、钾肥对土壤pH值影响不一致，氮肥（尿素）的长期使用降低了土壤pH值，而磷肥（钙镁磷肥）的使用减缓了土壤pH值的降低［17］。四川省纳溪区土肥站2008～2009年对2000多个土样分析结果与10年前比较，该区稻田土壤酸化十分严重，可能与长期单一施用氮肥有关。本研究发现，氮、磷、钾稻谷生产效率分别与土壤有机质含量和pH值呈极显著正相关（表4、表5），与施氮量呈极显著负相关（表5）。这就启示我们，在大面积生产中应增施有机肥和钙镁磷肥、控制氮肥施用量并多施碱性肥料，有利于提高施肥效率。

4 结论

氮稻谷生产效率在品种间、地点间及施氮水平间的差异均达极显著水平，试验地点与施氮水平间的交互作用显著；磷和钾的稻谷生产效率表现为地点间和施氮水平间差异显著或极显著。渝香优203比Ⅱ优7号的氮稻谷生产效率极显著提高。氮、磷、钾的稻谷生产效率间相互呈极显著正相关关系。在低经度、高海拔地区，以及土壤有机质和有效磷含量高、pH值高、施氮水平低条件下，氮、磷、钾的稻谷生产效率较高。

致谢：马均、郑家国、涂士华、李经勇、周维佳、杨丛党等参加了部分试验工作，特此深表谢意！

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Study on the Variation of Grain Productive Rate of N，P，K for Mid-Season Hybrid Rice in Different Ecology Area and Nitrogen App lication Level

XU Fuxian，XIONG Hong，ZHANG Lin，GUO Xiaoyi，ZHU Yongchuan，ZHOU Xingbin，LIU Mao
（Rice and Sorghum Research Institute，Sichuan Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Southwest Rice Biology and Genetic Breeding，Ministry of Agriculture，Deyang，Sichuan 618000，China）

The experimentwas conducted with 2mid-season rice combinations grown under the condition of differentecological site，basic fertility of soiland the level of N application in 2009.The datawere analyzed by variance，correlation，regression and partial correlations.The results indicated that the differences of grain productive rate（GPR）of N are highly significant in different experiment combinations，sites，and levels of N app lication.Themutual effect of experiment site and N application levelwas significanton GPR of N，the differences of GPR of P，K in differentexperiment sites and N application levels were significant at 0.01 or 0.05 level.GPR of N of‘Yuxiangyou 203’was higher than that of‘II-You 7’. Highly significant positive correlationswere observed among GPR of N，P，K.The suitable environment conditions for increasing GPR of N，P and K are low longitude，high altitude，high organic fertilizer，high available P，high pH and low level of N application.

m id-season hybrid rice；ecological site；fertilization；grain productive rate

S511.62

A

1001-5280（2017）03-0211-07 DO I：10.16848/j.cnki.issn.1001-5280.2017.03.01

201-7 01- 24

徐富贤（1965-），男，研究员，主要从事水稻栽培、生理、生态研究，Email：xu6501＠163.com。

国家水稻产业体系（CARS-01-29）；国家粮食科技丰产工程（2013BAD07B13-05）。