长期和短期减施磷肥对华南双季稻产量与磷肥利用的影响

潘俊峰 刘彦卓 梁开明 黄农荣 彭碧琳 傅友强 胡香玉 钟旭华 李妹娟 胡 锐

（广东省农业科学院水稻研究所/广东省水稻育种新技术重点实验室，510640，广东广州）

水稻是我国主要粮食作物，种植面积占农作物总种植面积的25.8%，产量占全国粮食总产量的32.2%[1]。土壤中磷素状况是影响作物产量和品质的重要因素[2]。施用磷肥可有效缓解土壤磷缺乏，对水稻单产和总产快速增加做出了重要贡献[3-5]。过量施肥导致我国大多数农田磷素处于盈余状态[6]，1984年至2010年，广东省耕地土壤有效磷含量总体水平增长了近3倍[7]，并且最近10年仍在增长[8]。磷肥用量过高或管理不当会直接降低磷肥利用效率和增加农业面源污染风险[9]。研究[10-11]表明，施用磷肥中5%的磷和有机质矿化分解作用释放的部分无机磷或低分子量活性有机磷均会以水溶态和颗粒态形式随降雨径流向水体迁移，而农田磷的大量输出正是目前农业面源污染和受纳水体富营养化的重要原因。太湖流域地表水中总磷中39%来自于农业面源污染[12]。来自农业面源污染的总磷是导致广东省珠三角、东江、韩江及粤东诸河、粤西诸河等重大流域部分支流水体富营养化现象严重的三大污染物之一[13]。因此，在保证粮食稳产和高产的前提下，减少磷肥施用量和提高磷肥利用效率对减轻农业面源污染具有重要意义。

磷肥运筹和品种布局是实现水稻高产、高效和环境友好的重要手段，也是农学和环境科学研究的重点[14-15]。水稻分蘖期吸收的磷仅占整个生育期吸收量的2.6%，而在抽穗灌浆期吸收的磷约占44.3%[15]。不同水稻基因型之间，磷籽粒生产效率、磷转运效率和磷收获指数可相差2.1～3.0倍[16]。郭再华等[17]研究表明，适度低磷更利于耐低磷品种对氮和钾等养分的吸收。研究发现，一季中稻在总磷施入量不变情况下，30%磷肥后移施入可提高产量7.1%～8.2%[15,18]，土壤有效磷＞20mg/kg时，磷肥施用量减少50%对一季稻产量无显著影响[19]。有研究[20-21]发现，磷肥减量10%～20%一次性基施对双季稻的产量无显著影响，但磷肥减量30%会导致早、晚稻均减产5%以上。当前研究大多关注磷肥施用量以及磷肥运筹对水稻产量和肥料利用率等的影响，而在减磷条件下，不同水稻品种（组合）的产量反应、磷肥利用效率、面源污染程度的效果以及土壤磷平衡情况等问题有待进一步研究。

本试验以常规稻品种粤晶丝苗2号和杂交稻品种晶两优华占为材料，研究大田条件下磷肥减量和部分后移对水稻产量、磷肥利用效率、磷肥环境污染控制效果以及土壤磷平衡的影响，为科学施用磷肥、提高磷肥利用效率和降低面源污染提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2016年晚季和2017年早季在广东省农业科学院白云试验基地（113°25′E，23°25′N）进行。基地位于广东省广州市白云区钟落潭镇，该地属亚热带海洋性季风气候，温暖多雨，光热充足，无霜期长。2016-2017年的气象条件详见表1。

表1 短期试验的气象条件Table 1 Meteorological conditions from transplanting to maturity for short-term experiments

1.2 试验设计

1.2.1 短期磷肥试验 试验于2016年晚季和2017年早季在距长期定位试验田50m的另一田块进行，2016年8月取样测定耕作层土壤理化性质，pH 5.9、有机质20.6g/kg、全氮1.2g/kg、全磷0.4g/kg、全钾8.3g/kg、碱解氮47.9mg/kg、有效磷13.6mg/kg、速效钾82.9mg/kg，按照广东省土壤普查办公室[22]评级指标分级标准，有效磷含量13.6mg/kg属于“中等”类型。采用二因素裂区试验设计，以磷肥为主区，设常规基施磷肥（P1）、磷肥减半基施（P2）和磷肥减半且基肥和穗肥各50%施用（P3）3个磷肥运筹处理。水稻品种为副区，包括常规稻品种粤晶丝苗2号（YJSM2）和杂交稻品种晶两优华占（JLYHZ），重复3次。施用肥料分别为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O512%）和氯化钾（含K2O 60%），3个主区磷肥施用量和比例见表2。采用常规水育秧。2016年晚稻于7月21日播种，8月8日人工移栽；2017年早稻于3月8日播种，4月9日移栽。栽插密度均为20cm×20cm，每穴3株苗（粤晶丝苗2号）或2株苗（晶两优华占）。主区面积为62m2，副区面积为31m2。各处理统一施用氮肥和钾肥，氮肥用量早稻为150kg/hm2，晚稻为180kg/hm2，钾肥早、晚稻用量均为150kg/hm2。主区各处理间筑田埂并用塑料薄膜包埋，以防肥水渗漏。

表2 不同处理的磷肥施用时间和施用量Table 2 Time and amount of P fertilizer application under different treatments

1.2.2 长期定位试验 试验始于2008年，试验前耕作层土壤养分含量为pH 5.1、有机质14.9g/kg、全氮0.9g/kg、全磷0.2g/kg、全钾10.6g/kg、碱解氮106.8mg/kg、有效磷7.2mg/kg、速效钾28.8mg/kg，试验田土壤有效磷属于“较缺”类型。采用完全随机区组设计，包含8个处理，均为正常施磷处理，另设不施磷处理（M0）。本文从中抽取M0和正常施磷（M1）2个处理中9年18季（2009-2017年早、晚稻）的数据。9年间使用的品种先后为桂农占、合丰占和粤农丝苗。早稻3月上旬播种，4月上旬插秧，秧龄30～35d；晚稻7月中下旬播种，8月上中旬插秧，秧龄18d左右。均采用水育秧，种植密度为20cm×20cm，每穴3苗，小区面积为37.2m2。施用肥料类型与短期试验相同，M1处理早季磷肥用量为45kg/hm2，晚季为27kg/hm2，2个处理早、晚季氮肥用量分别为 150和 180kg/hm2，钾肥用量分别为 90和108kg/hm2。测定成熟期实收产量，以M0和M1处理的相对产量（M0/M1）进行统计分析。

1.3 测定项目与方法

1.3.2 田面水水样采集 移栽前（施磷以前）、移栽后3d、分蘖中期（MT）、穗分化始期（PI）（P3处理施P）、PI+3d和抽穗期各取1次田面水，采用50mL医用注射器，在不扰动土层前提下，按“S”型5点取样，混合后注入250mL集水瓶，每个处理均取3份，将其pH调为1～2后于-20℃冷冻保存，待测。每次取样时间为上午9:00-11:00。

1.3.3 土样采集 分别于2016年晚季插秧前、收割后和2017年早稻收割后取试验田的耕作层土壤样品，采样深度为20cm，采样时沿“S”型路线。2016年插秧前整田采集30个点组成混合样。2016和2017年收割后，按照重复布局，每个主区采集3个点组成混合样，混合样经充分混匀后，用四分法取样品1kg。土壤样品经自然晾干后，按照NY/T 1121.7-2014标准进行测定。

1.3.4 测定方法 采用钼锑抗分光光度法和过硫酸钾氧化-钼锑抗分光光度法分别测定水样可溶性磷和总磷含量；植物样品首先用硫酸-双氧水消煮，再用钒钼黄比色法测定总磷含量。

成熟期每个小区调查24穴，计算单穴有效穗数，按平均穗数取12穴，考查穗粒数、结实率、千粒重和收获指数（HI）等产量构成因素，每小区实割5m2测产。

1.4 数据处理与统计方法

磷素籽粒生产效率（PUEg，kg/kg）=籽粒产量/成熟期植株总磷积累量；

磷素物质生产效率（PUEb，kg/kg）=成熟期总生物量/成熟期植株总磷积累量；

磷收获指数（PHI）=籽粒磷积累量/成熟期植株总磷积累量；

稻田磷素输入包括来源于化肥、秸秆还田、灌溉水、大气干湿沉降和作物种子的磷素养分。其中，秸秆100%直接还田，每季大气干湿沉降输入到农田的磷素为0.189kg/hm2[23]，晚季补水型灌水量为310mm[24]，灌溉水总磷含量为0.0075mg/L，水稻种子磷素输入为0.45kg/hm2。

教学环境也是影响学生课堂学习质量的一个重要因素.在课堂教学中，轻松愉快的教学环境会让学生大脑细胞非常活跃，并且还可以激发他们学习的兴趣和欲望.但是，如何在现在的课堂教学中，去创造一个轻松的氛围和愉悦的学习环境呢？众所周知，古代有孟母三迁的故事，就是为了让孟子能够身临其境的去学习、去感受，让孟子的学习有更大的收获.在现如今，则要求教师在课堂氛围中去改善，教师要善于从实际出发，以一种轻松的节奏让学生去感受数学学习的魅力.与此同时，教师作为一个知识的传播者，要去引导学生如何更好地获得知识，如何更好地去感知学习的快乐.

本研究中稻田磷素输出仅统计收获产量（经济器官）输出的磷元素量，磷素平衡=磷素输入-磷素输出。

运用 Microsoft Excel处理数据。采用STATISTICA（StatSoft Inc.Statistica.Tulsa OK.1991）软件进行数据分析，用LSD（least significant difference test）进行样本平均数的差异显著性比较。

2 结果与分析

2.1 磷肥运筹对产量的影响

短期磷肥试验中，不同处理下水稻产量如表3所示。年度（季别）间，产量和部分产量构成因素差异显著，晚季产量高17.0%。不同磷肥运筹处理对产量及其构成因素和收获指数均无显著影响。JLYHZ的产量显著高于YJSM2，2年平均高15.3%，高产主要得益于JLYHZ的每穗颖花数更高。磷肥和品种间互作对产量的影响达到显著水平，主要是由于不同磷肥运筹处理对2个品种的产量影响不一致。

表3 短期试验磷肥运筹对产量及其构成因素的影响Table 3 Effects of short-term P fertilizer treatments on grain yield and its components

2.2 不同磷肥运筹处理对磷肥吸收与利用效率的影响

由表4可知，2016年不同磷肥运筹处理对磷积累量、PUEg、PUEb和PHI均无显著影响，JLYHZ的穗分化至抽穗期磷积累量、PUEg和PUEb均显著高于YJSM2。

表4 2016年磷肥运筹对磷素积累量、磷效率和磷收获指数的影响Table 4 Effects of P fertilizer management on uptake,use efficiency and harvest index of phosphorus in 2016

2.3 不同磷肥运筹处理对干物质积累量的影响

由表5可知，2年中磷肥运筹对2个品种的总干物质量和物质转运量均无显著影响。2个品种间干物质积累量和物质转运均存在显著差异。JLYHZ从穗分化至抽穗期和成熟期干物质积累量均显著高于YJSM2。2016年晚季，2个品种抽穗至成熟期干物质转运量占总干物质量的13.6%～14.9%；2017年早季占30.3%～38.0%，干物质转运量季节间存在较大差异。

表5 磷肥运筹对干物质积累量和转运的影响Table 5 Effects of different P fertilizer management on dry matter accumulation and transportation

2.4 不同磷肥运筹处理对稻田土壤磷含量的影响

短期试验中，不同磷肥运筹对稻田土壤总磷含量的影响如图1a所示，总体上看，P1、P2和P3处理的土壤总磷含量在2个取样时期均无显著差异。土壤可溶性磷含量变化如图1b所示，不同处理土壤可溶性磷含量在2个取样时期也无显著差异。

图1 磷肥运筹对稻田耕作层土壤总磷和可溶性磷含量的影响Fig.1 Effects of various P fertilizer managements on total phosphorus and available phosphorus content in upper-level soil

2.5 不同磷肥运筹处理对田面水磷含量的影响

2016年田面水总磷和可溶性磷动态变化如图2所示。在监测期内，各处理田面水中总磷含量变化趋势基本一致，P1、P2和P3处理平均含量分别为150、140和150μg/L，可溶性磷含量分别为30、30和30μg/L。2017年的结果显示，在移栽后20d内田面水总磷和可溶性磷含量均有1次峰值。总体上看，田面水总磷和可溶性磷含量在移栽后20d内较高，若在此期间遇到强降雨，稻田磷素的流失风险较大。

2.6 不同磷肥运筹处理对磷素输入、输出和平衡的影响

2016年晚季短期试验磷素输入、输出和平衡状况见表6。磷素的输出仅统计了收获物稻谷（经济器官）输出的磷素量，未计算其他途径的损失。P1处理磷素输入与输出基本持平，其他2个磷肥处理的磷素均处在亏缺状态，亏缺率分别为35.3%和31.8%。2个品种的磷平衡无显著差异。

表6 2016年晚季不同处理下磷素的输入、输出及平衡状况Table 6 Input,output and balance of phosphorous under different treatments in 2016

2.7 长期试验中不施磷肥对产量的影响

长期定位试验的相对产量如图3所示。以相对产量（M0/M1）作为磷肥对产量影响的主要分析指标，按照3年6季为一组进行组间分析（图3）。3组相对产量平均值分别为0.98、0.95和0.87，相邻组间差异不显著，但第1组（2009-2011年）和第3组（2015-2017年）间差异达显著水平，相差12.7%，说明第13～18季不施磷肥处理的产量与施磷处理的产量差异显著。

图3 长期定位试验条件下相对产量的变化Fig.3 Changes of relative yield under long-term experiment

3 讨论

3.1 减施磷肥对华南双季稻产量和磷肥利用率的影响

长期定位试验结果显示，随着种植季的增加，M0处理产量与M1处理产量差距不断扩大（图3），经过3年6季的双季稻种植后，M0处理产量有所降低，但差异不显著，可见，华南稻区施磷水平有相当大的下调空间；经过6年12季连续种植双季稻后，M0处理产量进一步降低。前人[25]研究发现，无磷肥投入条件下，红壤区土壤有效磷14年间下降超过50%，黑土区土壤速效磷24年间下降60%，可见长期不施用磷肥会导致土壤磷素缺乏。短期试验中，种植两季后处理间产量无显著差异，3个处理土壤总磷和有效磷含量也无显著变化。此结果说明，在中等磷肥力田块，1年2季减施磷肥在短期内对水稻产量无显著影响。黄继川等[26]研究发现，广东省内珠三角、粤东、粤西、粤北地区中等和高磷肥力土壤占比分别为94.5%、80.0%、95.1%和87.7%。综上所述，在广东省内大部分稻田，短期内磷肥减量50%是可行的，在土壤磷含量处于中等及以上稻田，在3年内磷肥减施50%对水稻产量无显著影响。

尽管晶两优华占的产量、PUEg和PUEb均显著高于粤晶丝苗2号，但在前季常规施磷量情况下，磷肥用量减少和施用时间改变对2个品种的产量及其构成因素和干物质生产均无显著影响，说明磷肥残效效应在短期内可满足后茬作物正常生长。以上结果说明，生产上选用高产且对磷肥施用不敏感的水稻品种也是减少稻田磷肥投入和磷排放的一条途径。

3.2 减施磷肥对华南双季稻田田面水磷含量和土壤磷平衡的影响

降低水稻种植期田面水磷含量是控制稻田磷径流流失的关键。谢学俭等[27]指出，稻田磷流失主要是田面水中磷随降雨溢出水田或人工排水而损失。在本试验条件下，人工排水仅发生在分蘖末期，磷肥施入后7d内并不进行人工排水，因而施肥后由排水而引起的稻田磷流失风险较小。每年5-11月是华南地区台风频发季节，且台风常伴有降雨，扰动施肥后稻田磷素主要存在随降雨溢出而流失的风险。因此，应避免雨前施肥以防止田面水中的磷以农田径流方式进入水体。此外，减少稻田田面水层，提高田块蓄雨缓冲能力，对减少降雨导致的田面水及氮磷养分的径流损失有较大的帮助[28]。

短期试验结果显示，种植1季和2季后，不同磷肥运筹处理间，稻田土壤磷含量均无显著差异。P1处理下土壤磷素输入与输出基本持平，略有盈余；磷肥减半后土壤磷素出现亏缺，不同品种的使用对磷素表观平衡无显著影响。在华南双季稻种植制度下，每季水稻应施磷肥（P2O5）45kg/hm2左右，可维持稻田土壤磷素表观平衡。

由以上结果可知，短期内磷肥减量施用，并不影响稻田田面水磷含量的变化，但会造成稻田磷素表观亏缺。

4 结论

短期内磷肥减施对水稻产量、磷的吸收利用、土壤磷含量和稻田田面水磷浓度均无显著影响；每季施磷量（P2O5）达到45kg/hm2时，可实现双季稻磷输入与输出的基本平衡；3年内磷肥减半施用，并不影响华南双季稻产量。