磷肥调控对直播水稻产量及磷肥利用率的影响

张 怡 ， 曹 宁 ， 王金明 ， 孙 强*

（1 吉林大学 植物科学学院，长春 130062；2 吉林省农业科学院 水稻研究所，长春 136100）

水稻直播作为一种省工省力、节本高效的轻简种植方式逐渐在我国兴起［1］。 与传统移栽种植方式相比，水稻直播可使劳动生产率提高30%左右［2］。 重视直播水稻栽培技术研究，对人少地多的吉林省西部稻区水稻生产、资源利用以及环境保护均具有重要意义。目前，在播种量、水分管理和氮肥运筹对直播水稻产量、物质生产以及氮肥利用率等方面已有大量研究［3～8］，但如何通过磷肥调控实现直播水稻稳产高产、提高肥料利用率等少有研究。 磷是植物生长发育必需的大量营养元素之一［9］，大多数耕作土壤中有效磷缺乏，成为限制作物增产的重要因素［10］。而且，磷肥的当季利用率较低，一般仅有10%～25%，大部分磷肥由于不能被作物及时吸收利用而流失， 不仅加速磷矿资源的耗竭， 也增加水体污染风险， 并引起一系列生态环境问题［11，12］。 合理施磷并提高水稻的磷肥利用率一直是研究的重点。 已有研究表明，局部供磷可以提高作物的产量和对肥料磷的吸收效率［13～15］。 另外，磷肥本身的组成和形态也影响其有效性和作物产量［16，17］。 因此，有必要研究局部供磷、磷肥类型等磷肥调控对直播水稻产量及磷肥利用率的影响。 本研究以适宜直播水稻JZ－3 为供试材料，设置4 种磷肥调控处理，研究不同磷素管理下直播水稻产量和产量构成特点，以及磷肥调控对肥料利用率的影响，旨在为吉林省稻区直播水稻的养分高效利用及高效磷肥管理提供理论基础和技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2018 年在吉林省农业科学院水稻研究所直播试验田进行。 试验田0～20 cm 耕作层土壤pH 值7.13，水溶性盐总量1 148.94 μS·cm－1，有机质31.46 g·kg－1，有效氮16.85 mg·kg－1，有效磷20.45 mg·kg－1。 供试品种为耐盐碱、适宜直播水稻JZ－3，全生育期150～155 d。

1.2 试验设计

根据吉林省水稻机械旱直播生产技术规程［18］，试验共设置4 个处理，分别为：不施磷肥（CK）、当地习惯施肥（FFP）、基肥条施（P1）以及综合调控（P2），具体试验设计见表1。 每个小区面积约为90 m2、随机排列，4 次重复。 小区间作埂并覆塑料膜，以防止水肥串流。

表1 磷肥调控试验设计

当地习惯施肥 （FFP） 为施N 150 kg·hm－2、P2O560 kg·hm－2、K2O 75 kg·hm－2，分别选用尿素、磷酸二铵和硫酸钾作为氮磷钾肥。磷肥作为基肥一次性施入，氮肥按基肥：分蘖肥：穗肥＝1：2：2 的比例施入，钾肥按基肥：穗肥＝1：1的比例施入。 基肥在播种前撒于土壤表面，均匀旋至5 cm深。 基肥条施处理时，先开一条深约5 cm 的沟，撒入基肥后快速覆土至距地表2 cm。5 月7 日施肥后播种，旱直播，播种量200 kg·hm－2，行距20 cm，播深约2 cm。 其他田间管理按照当地生产技术规程和栽培习惯进行，7 月19 日撒施分蘖肥，8 月9 日撒施穗肥，10 月2 日收获。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤指标测定 播种前，取耕层（0～20 cm）土壤样品测定pH、电导率、有机质、有效氮和有效磷含量。 土壤pH 采用电位法，土壤水溶性盐总量用电导法，有机质采用重铬酸钾容量法， 有效磷用0.5 mol／LNaHCO3浸提－钼锑抗比色法进行测定。

1.3.2 考种与测产 水稻成熟期时，在每个小区中间位置随机选取10 穴水稻植株进行考种，调查有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重。 小区除去边行后，全部收获，进行测产。

1.3.3 植株全磷测定 将1.3.2 中获得的植株分成稻草和稻谷，在105 ℃杀青30 min，转至80 ℃烘干至恒重，测定干物质重量。 将烘干后的样品粉碎、过筛，用H2SO4－H2O2消化，AA3 连续流动分析仪（SEAL，Germany）测定磷含量。

1.3.4 有关参数计算 根据1.3.2、1.3.3 中测定结果进行植株总吸磷量、磷肥利用率等参数的计算，具体计算公式如下［19，20］：

植株总吸磷量 （Total P2O5accumulation， TPA， kg·hm－2）＝收获期单位面积地上部干物重×植株含磷量；

百千克籽粒吸磷量 （P2O5absorption of 100kg seeds，kg）＝植株总吸磷量／产量×100；

磷肥贡献率 （P contribution rate， PCR，%）＝（施磷区产量－不施磷区产量）／施磷区产量×100；

磷素收获指数 （P2O5harvest index， PHI）＝籽粒吸磷量／植株总吸磷量；

磷肥农学利用率 （P2O5agronomic efficiency， PAE，kg·kg－1）＝（施磷区产量－不施磷区产量）／施磷量；

磷肥吸收利用率（P2O5recovery efficiency， PRE， %）＝（施磷区植株总吸磷量－不施磷区植株总吸磷量）／施磷量×100；

磷肥生理利用率（P2O5physiological efficiency， PPE，kg·kg－1）＝（施磷区产量－不施磷区产量）／（施磷区植株总吸磷量－不施磷区植株总吸磷量）；

土壤磷素依存率 （soil P dependent rate， SPDR， %）＝不施磷区植株总吸磷量／施磷区植株总吸磷量×100；

磷肥偏生产力（partial factor productivity， PFPP， kg·kg－1）＝施磷区产量／施磷量。

1.4 数据处理与分析

试验数据采用Microsoft Excel 2013 进行录入和处理，用SPSS 22.0 进行数据统计和分析。

2 结果与分析

2.1 磷肥调控对直播水稻产量及其构成因素的影响

2.1.1 磷肥调控对产量的影响 由表2 可知，与不施磷肥

表2 磷肥调控对直播水稻产量的影响

的CK 相比，施用磷肥具有明显的增产效果。 其中FFP 处理（施用磷酸二铵、基肥撒施）的增产量为1 333 kg·hm－2；P1 处理（施用磷酸二铵、基肥条施）的产量增长了2 183 kg·hm－2；P2 处理（施用磷酸一铵、基肥条施）的增产量为267 kg·hm－2。 P1 处理的产量最高，为10 650 kg·hm－2。 与当地习惯施肥（FFP）相比，P1 处理的增产量为850 kg·hm－2，P2 处理产量下降了1 067 kg·hm－2。 不同磷肥调控下，增产率和磷肥贡献率均表现为P1＞FFP＞P2。 P1 处理的磷肥贡献率达到了20.5%，FFP 和P2 分别为13.6%和3.1%。

2.1.2 磷肥调控对产量构成因素的影响 与CK 相比，FFP、P1、P2 处理的单位面积有效穗数分别显著提高了18.3×104·hm－2、19.3×104·hm－2和18.3×104·hm－2； 千粒重分别提高了1.6 g、0.8 g 和0.6 g（表3）。 施磷后结实率无明显变化，主要集中在93.6%～95.4%区间，说明磷肥对结实率的影响不大。 P2 与CK、FFP 和P1 处理相比，每穗粒数显著降低， 表明磷酸一铵的施用不利于每穗粒数的增加，进而影响产量的形成。总体来说，磷肥施用后，直播水稻产量的增加主要归因于单位面积有效穗数和千粒重的增加。与基肥撒施（FFP）相比，基肥条施（P1）能够提高有效穗数和每穗粒数，从而提高产量。

表3 磷肥调控对直播水稻产量构成因素的影响

2.2 直播水稻磷素吸收与利用效率研究

2.2.1 磷肥调控对磷素吸收的影响 由表4 可知，与不施磷肥相比，直播水稻施磷后的植株总吸磷量分别显著提高了12.6 kg·hm－2、15.2 kg·hm－2和3.2 kg·hm－2，百千克籽粒吸磷量分别提高了0.07 kg、0.07 kg 和0.02 kg。 与CK 和FFP 相比，P1 处理（施用磷酸二铵和基肥条施）能够提高水稻植株总吸磷量和百千克籽粒吸磷量。 关于磷素收获指数，4 种磷肥调控结果差异不显著。 FFP 和P1 处理较CK分别提高了0.05 和0.10。其中，P1 处理的磷素收获指数最高，为0.73，即水稻植株吸收的磷有73%存在于籽粒中，有27%存在于茎秆中，说明局部供磷有利于水稻植株吸收的磷向籽粒中转移。

表4 磷肥调控对直播水稻磷素吸收的影响

2.2.2 磷肥调控对磷肥利用效率的影响 由表5 可知，直播水稻的磷肥（P2O5）农学利用率、吸收利用率、生理利用率以及偏生产力的大小均表现为P1＞FFP＞P2。 其中，P1 处理的三种利用率分别为36.4 kg·kg－1、25.2%和144.3 kg·kg－1，偏生产力为177.5 kg·kg－1； 比FFP 处理分别提高了14.2 kg·kg－1、4.2%、38.6 kg·kg－1和14.0 kg·kg－1。 土壤磷素依存率表现为P2＞FFP＞P1，分别为90.0%、69.4%和65.4%，说明水稻吸收的磷主要来自于土壤。 其中施用磷酸一铵时，直播水稻从土壤中吸收的磷最多，肥料利用率最低；局部供应磷酸二铵时，土壤依存率最低，肥料利用率最高。

表5 磷肥调控对直播水稻磷肥利用率的影响

3 讨论

3.1 磷肥调控对直播水稻产量的影响

施用磷肥可显著提高水稻产量，其在水稻增产中发挥重要作用［20］。目前关于直播水稻肥料的研究主要集中在氮肥［3，5～8］，缺少关于磷肥调控方式影响直播水稻产量等方面的研究。 本研究结果表明，施用磷肥对于直播水稻同样具有增产效果，与不施磷肥（CK）相比，当地习惯施肥（FFP）、基肥条施（P1）和综合优化（P2）处理的产量分别提高了15.7%和25.8%和3.1%。 研究表明，磷肥条施能够有效提高作物产量［13，21］。 本研究中，与FFP 相比，P1 处理增产850 kg·hm－2，增产率8.7%，与前人研究结果一致。

有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重是产量构成的四个重要因素，共同决定水稻产量［22］。研究表明，在保证结实率和千粒重的基础上，促进水稻群体发育（单位面积穗数×每穗粒数）是水稻增产的关键［20，23］。 本研究中，施磷处理（FFP、P1）的单位面积有效穗数和千粒重均显著高于不施磷处理（CK），磷肥的施入有利于直播水稻进行有效分蘖，提高成穗率。但施磷后结实率无明显变化，说明施用磷肥对直播水稻结实率的影响较小。另外，与基肥撒施（FFP）相比，基肥条施（P1）通过提高有效穗数和每穗粒数来提高直播水稻产量。

磷肥选用磷酸一铵（P2）时，与其他处理相比，每穗粒数显著降低、增产不显著。 磷酸一铵为酸性肥料，pH 值为4.35，一般情况下比磷酸二铵（pH8.16）更适宜于中性和石灰性土壤［17］。 但在本试验中，磷酸一铵的施用（P2 处理）并未显著增加直播水稻的产量，其原因可能是磷肥类型的选择不仅与酸碱性有关，还受肥料溶解度的影响，磷酸一铵的溶解度显著低于磷酸二铵［17］。 因此，直播水稻磷肥施用时，需根据稻田土壤特点，综合考虑磷肥的酸碱类型和水溶性。

3.2 磷肥调控对肥料利用率的影响

前人从播种量、水分管理以及氮肥施用量、施用时间和肥料种类等对直播水稻物质生产和氮肥利用率等方面进行了研究［3～8］，但关于磷肥调控的研究少有报道。 本研究表明，与不施磷肥（CK）相比，当地习惯施肥（FFP）和基肥条施（P1）均提高了植株总吸磷量，说明施用磷肥可以促进水稻植株对磷的吸收，增加植株总吸磷量。 P1 调控下，磷肥利用率的各项指标均较FFP 增高，其原因可能是局部供磷进一步促进了水稻植株对磷的吸收利用，并减少了磷素在营养器官中的大量积累， 使吸收的磷向籽粒中转移［24，25］。 另外，FFP、P1、P2 的土壤磷素依存率分别为69.4%、65.4%和90.0%。 条施磷酸一铵（P2）时，直播水稻吸收的磷主要来自于土壤，其对土壤磷素的依赖程度最大；局部供应磷酸二铵（P1）时依赖程度最低，肥料利用率最高。

4 结论

本研究探讨了不同磷肥调控对直播水稻产量及磷肥利用率的影响。 结果表明，施用磷酸二铵具有显著的增产效果，与不施磷肥相比，当地习惯施肥（FFP）和基肥条施（P1）处理的产量分别提高了15.7%和25.8%。 产量的增加主要归因于单位面积有效穗数和千粒重的增加。与FFP 处理的撒施相比， 基肥条施使直播水稻的磷肥农学利用率、吸收利用率、生理利用率和偏生产力分别提高了14.2 kg·kg－1、4.2%、38.6 kg·kg－1和14.0 kg·kg－1； 土壤磷素依存率降低了4.1%。 因此，播种前局部供磷（磷酸二铵），有利于降低直播水稻植株对土壤磷素的依赖性，提高产量和磷肥利用率。但如何实现直播水稻高产与磷素养分高效利用的协调统一，还需要进一步的研究探讨。