配方施肥对早、中、晚稻产量和肥料利用率的影响

李荣会，周江明，毛倩

(1.衢州市土肥与农村能源技术推广站，浙江 衢州 324000； 2.江山市农业技术推广中心，浙江 江山 324100)

研究表明，我国化肥对水稻产量的贡献率大多在29.6%～38.7%，平均为34.6%[1-6]。由于化肥具有显著的增产效应，因此，很多农户为片面追求高产而大量施用化肥。史常亮等[7]对2004—2013年的相关数据评价表明，我国水稻生产中化肥施用量已超过了其经济意义上的最优施用量，过量程度高达24.67%，施入的化肥有超过一半的养分可能通过挥发、硝化和径流而损失[8]，既浪费资源，增加生产成本，降低肥料利用效率，又污染农业生态环境，严重威胁农业可持续发展[8-11]。为解决农业生产中化肥滥用的问题，从2005年起，我国启动了测土配方施肥工作，随着施肥技术的优化和推广应用，水稻肥料施用渐趋合理，肥料中N、P2O5、K2O的利用率从2001—2005年的27.3%～28.3%、13.0%～13.1%、28.1%～32.4%[12-13]上升到2013年的35%、25%、41%[14]。但与发达国家50%～60%的养分利用率相比，我国肥料利用率仍处于较低水平。因此，在确保粮食安全的前提下，如何进一步提高肥料利用率、降低面源污染风险仍是值得重点关注的问题。鉴于目前还有很多农业主体存在“重氮轻钾”的施肥观点，本文特在浙江省江山市根据当地施肥情况结合大区域配方开展了早、中、晚稻配方施肥试验，系统地研究配方施肥对各季水稻产量和肥料利用率的影响，旨在为全面提高水稻产量和肥料利用率、减少面源污染提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018—2019年在浙江省江山市长台镇华丰村(HF-01、HF-02)、清湖镇九村(JC)、贺村镇湖前村(HQ)和双塔街道黄家村(HJ)5个地块进行。江山市位于118°22′35″～118°48′48″E、28°14′29″～28°53′29″N，年平均气温为17.4 ℃，年降水量1 825.8 mm，年日照时数1 758.3 h，年无霜期264 d，年太阳辐射467.98 kJ·cm-2[15]。当地农业生产以稻-稻-肥或稻-油一年二熟或三熟为主，试验地土壤为水稻土。试验前5块田土壤的基本理化性状如下:HF-01，土壤质地为壤土，pH值5.3，有机质28.0 g·kg-1，全氮1.65 g·kg-1，有效磷5.8 mg·kg-1，速效钾57 mg·kg-1；HF-02，土壤质地为壤土，pH值5.2，有机质25.1 g·kg-1，全氮1.79 g·kg-1，有效磷7.2 mg·kg-1，速效钾166 mg·kg-1；JC，土壤质地为砂壤，pH值5.1，有机质23.1 g·kg-1，全氮1.48 g·kg-1，有效磷3.3 mg·kg-1，速效钾115 mg·kg-1；HQ，土壤质地为黏壤，pH值4.9，有机质16.0 g·kg-1，全氮1.15 g·kg-1，有效磷97.0 mg·kg-1，速效钾75 mg·kg-1；HJ，土壤质地为壤土，pH值5.8，有机质43.9 g·kg-1，全氮2.58 g·kg-1，有效磷28.0 mg·kg-1，速效钾175 mg·kg-1。

1.2 处理设计

2018年7—11月在HF-01和JC地块上开展晚稻试验，供试水稻品种分别为甬优8050和甬优1540；2019年3—7月在HF-02和HQ地块上开展早稻试验，供试水稻品种分别为中早39和金早47；2019年5—10月在HJ地块上开展中稻试验(单季稻)，供试水稻品种为Y两优689。

各地块上的试验均设计6个处理:CK，不施化肥；CF，常规施肥(依当地传统习惯量)；FFNPK，配方施肥，结合常规施肥量和区域大配方适量调整；FFPK，配方施肥，不施氮，其他养分投入量同FFNPK；FFNK，配方施肥，不施磷，其他养分投入量同FFNPK；FFNP，配方施肥，不施钾，其他养分投入量同FFNPK。每个处理重复3次，随机区组排列，每小区面积35 m2。

HF-01地块上CF的N、P2O5、K2O投入量分别为210.8、90.0、90.0 kg·hm-2，FFNPK的N、P2O5、K2O投入量分别为219.8、75.0、90.0 kg·hm-2；HF-02地块上CF的N、P2O5、K2O投入量分别为159.8、56.3、56.3 kg·hm-2，FFNPK的N、P2O5、K2O投入量分别为150.0、60.0、75.0 kg·hm-2；JC地块上CF的N、P2O5、K2O投入量分别为173.6、56.3、56.3 kg·hm-2，FFNPK的N、P2O5、K2O投入量分别为162.0、75.0、90.0 kg·hm-2；HQ地块上CF的N、P2O5、K2O投入量分别为120.0、45.0、45.0 kg·hm-2，FFNPK的N、P2O5、K2O投入量分别为120.0、78.8、78.8 kg·hm-2；HJ地块上CF的N、P2O5、K2O投入量分别为140.9、78.8、78.8 kg·hm-2，FFNPK的N、P2O5、K2O投入量分别为126.0、60.0、96.0 kg·hm-2。

试验用肥料为复合肥1(N 15%，P2O515%，K2O 15%)、复合肥2(N 26%、P2O510%、K2O 16%)、尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O512%)、氯化钾(K2O 60%)。各处理下，水稻移栽前基施40%～60%的N、100%的P2O5、60%的K2O，其余养分在分蘖期作追肥施用。

各处理除施肥差异外，灌溉、除草、病虫害防治等均参照当地习惯操作统一管理。

1.3 样品采集与分析

成熟期分别于每小区调查3个点，每点20穴，共调查60穴有效穗，按平均法取水稻植株3株，测定植株高度，考查穗粒结构。按小区全部收割，称出湿谷和湿秸秆质量，再称2.5 kg湿谷和湿秸秆烘干，折算干谷和干秸秆实际产量，换算小区产量。烘干样品(籽粒和秸秆)送到检测中心作分析用。

植株全氮采用H2SO4-H2O2消煮-凯氏滴定法测定，全磷采用钒钼黄分光光度法测定，全钾采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度法测定[16]。

1.4 数据处理

参照赵海东等[16]计算水稻地上部养分(氮、磷、钾)积累量和当季养分利用率。

所有试验数据采用DPS 9.5进行统计分析，对有显著(P<0.05)差异的，采用LSD法进行多重比较。用Origin Pro 9.1软件作柱状图。

2 结果与分析

2.1 对水稻产量的影响

化肥对作物生长具有显著的促进作用，本研究中采用常规施肥量的CF处理的水稻产量比空白区(CK)增15.6%～66.6%(表1)。配方施肥与常规施肥相比，优化了施肥结构和肥料施用量，但对水稻产量并无显著负面影响，且在HJ试验田上的产量显著高于CK。对比FFPK、FFNK、FFNP的水稻产量，各田块均以FFPK的产量最低，且均显著低于FFNK，说明氮磷钾三元素中，氮的增产效果最明显。

表1 不同施肥处理的水稻产量 单位:kg·hm-2

2.2 对水稻养分吸收积累的影响

从图1可知，水稻地上部分(籽粒+秸秆)养分积累量依次为K>N>P，说明水稻对钾营养需求较大。对比氮、磷、钾缺乏对植物氮、磷、钾积累的影响，可见，其对水稻植株氮积累的影响依次为N>K>P，对磷积累的影响依次为N>P>K，对钾积累的影响依次为N>K>P，可见氮肥是制约水稻养分积累的关键因子。同时，除HJ试验点CF处理的水稻氮、钾积累量显著低于FFNPK外，其他试验点2个处理的水稻氮、磷、钾积累量均无显著差异。

同一地点各处理柱上无相同字母的表示处理间差异显著(P<0.05)。图1 各处理水稻地上部分氮、磷、钾积累量

2.3 对肥料利用率的影响

如图2所示，FFNPK处理的水稻氮、磷、钾肥利用率分别为40.1%、12.8%、53.5%，氮肥利用率显著高于CF处理，而钾肥利用率显著低于CF处理。

同一养分柱上无相同字母的表示处理间差异显著(P<0.05)。图2 配方施肥与常规施肥的水稻肥料利用率

从图3可以看出，不同季别的水稻肥料利用率有一定差异，其中FFNPK处理的氮肥利用率较为稳定，在40%左右；而CF处理的氮肥利用率在早稻、晚稻、单季稻上分别为33.1%、32.9%和25.0%，均显著低于FFNPK处理。不同季别的水稻上，农户常规施肥的肥料利用率差别较大，在早稻上较高，而在单季稻上较低，这可能与不同季别水稻的生长环境、施肥习惯有关，而配方施肥因优化了施肥用量和施肥结构，肥料利用率相对稳定，且处于较高水平。

同一季别水稻相同养分不同处理柱上无相同字母的表示差异显著(P<0.05)。图3 早、中、晚稻配方施肥与常规施肥的肥料利用率

3 讨论

配方施肥是根据土壤肥力和作物养分需求规律进行养分合理配比的一种科学施肥技术[2]。众多研究表明，配方施肥在水稻增产增效、提高肥料利用率和改善生态环境方面成效显著[17-18]。本研究的早、中、晚稻配方施肥处理比常规施肥处理的增产效果除HJ试验田外并不显著，这除与土壤环境、水稻品种、常规施肥管理水平等有关外，可能还受到当前配方施肥优化设计的限制。根据化肥减量要求，配方参照区域大配方适当调整而成，并没有完全参考每块试验田的土壤养分条件做最优化设计，这可能导致其未充分发挥配方施肥的最大增产潜能。不同试验田中，水稻产量以JC田块最高。这除了受到水稻品种和季节因素的影响外，还可能和土壤肥力、施肥量有关。HQ田块上开展的为早稻试验，试验田土壤养分低于JC田块且存在缺钾现象，而单位面积钾用量却低于JC田块，这可能对水稻生长产生负面影响而降低产量。同时，很多农业主体为抢播双晚，也普遍存在提早收割早稻的现象，这可能也是导致早稻产量下降的另一个原因。本试验中氮对水稻增产的贡献率最大，表明氮肥是水稻增产的主要因素，应该在粮食生产上予以充分重视。

养分积累不仅促进水稻正常的生长发育，也有利于将无机养分转化为有机养分而减少流失、提高肥料利用率。王伟妮等[19]认为，氮磷钾均缺乏不仅显著影响相应元素的吸收，也会影响到其他元素的吸收，其中影响水稻对氮、磷、钾吸收的因子从大到小依次为N>K>P、K>N>P、K>N>P，氮和钾是关键因素。而本试验结果显示，影响水稻对三大元素吸收的关键因子是氮，这可能与本试验条件下缺氮导致产量大幅下降有关。在肥料利用率方面，之前许多研究显示配方施肥具有较大的优势[20-21]。在不同季别的水稻生产中，肥料利用率差异明显，由于配方施肥中往往侧重于准确调整氮素应用量，因而不同季别中配方施肥处理氮肥利用率波动较小，而磷、钾肥利用率变幅较大；常规施肥中氮、磷、钾肥利用率均有较大差异，且整体呈早稻>晚稻>单季稻趋势。上述养分利用率的差异可能与水分条件、土壤类型、农艺措施、作物品种、肥料用量等密切相关[2, 22-24]。粮食生产与肥料利用效率是一对矛盾统一体，在一定幅度内，随着肥料用量增加，水稻产量上升，但当水稻产量的增加幅度低于肥料施用增加速度时，肥料利用效率自然下降。当然，也不能反过来仅为片面地提高肥料利用率而大量降低化肥用量。在现有的生产技术条件下，要追求粮食生产与肥料利用效率的平衡，除适当降低不合理施肥量外，还需要全面改善水稻生产中的各种农艺措施，如肥料类型、施肥方式、施肥时间、水分管理、土壤培育、耕作制度等[2, 22, 24-25]。