不同轮作制度下优化施肥对水稻产量的影响

刘 田 洪 诚 贾海飞 韩春龙 张 艳

（如皋市农业科学研究所 江苏如皋 226500）

水稻是我国的主要粮食作物， 约有60%的人口以稻米为食，在粮食生产中占有极其重要的地位。 长江流域是我国最主要的农业生产基地之一， 现有耕地2 460 多万公顷， 占全国耕地总面积的1/4， 粮食产量占全国的40%， 其中水稻产量占全国的70%，是中国主要的商品粮基地。 水旱轮作系统是我国典型的水稻种植制度， 包括水稻—小麦、 水稻—油菜、 水稻—冬闲田、 水稻—结球甘蓝等多种轮作模式，主要分布在长江和淮河流域的10 多个省（市），种植面积约470 万hm2[1]。 本试验主要研究水稻—小麦、水稻—油菜、水稻—冬水（闲）田3 种轮作体系对水稻产量的影响。

化肥用量尤其是氮肥用量的显著增加为我国粮食增产提供了重要的物质保障， 但作物产量的增幅并没有与氮肥用量的增加而同步， 且由于氮肥过量施用，直接导致氮肥利用率降低，对环境的可持续发展造成冲击。 为满足作物养分需求，确定合适养分管理措施，使施肥与作物需肥规律相一致，本试验以长江流域较为典型的3 种水旱轮作体系为基础， 设置不施肥、不施氮肥、不施磷肥、优化施肥和高投入施肥处理， 研究了不同轮作制度下优化施肥对水稻产量的影响，以期为优化农业种植结构提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2021 年6 月水稻季在如皋市农业科学研究所试验田（32°22′N 、120°28′E）进行。 供试土壤为高沙土，地力均匀。 土壤耕层0～20 cm 基本理化性质：土壤有机质14.51 g/kg，全氮量1.53 g/kg，有效磷8.41 mg/kg，速效钾 78.42 mg/kg，pH 7.5。

1.2 试验设计

供试水稻、小麦、油菜品种分别为镇稻11、扬麦16 号和秦优10 号，均系当地常规种植品种，试验设3 个主处理，分别为稻麦轮作（水稻—小麦，RW）、稻油轮作 （水稻—油菜，RO）、 稻闲轮作 ［水稻—冬水（闲）田，RF］3 种轮作模式，在每种轮作模式下再分设5 种施肥方式，分别为不施肥处理（CK）、不施氮肥处理（只施磷钾肥，不施氮肥）（PK）、不施磷肥处理（只施氮钾肥， 不施磷肥）（NK）、 优化氮磷钾配施处理（ONPK）和高氮磷钾配施处理（HNPK），其中 CK、PK和NK 处理为裂区， 共计15 个处理， 每个处理设置3 个重复。 小区面积为 40 m2（5 m×8 m），裂区面积为13.3 m2。

水稻季肥料用量见表1。 其中NK 处理： 氮肥用量为 270 kg/hm2， 按基肥与分蘖肥按 5∶5 的比例施入； ONPK 处理： 氮肥用量为 270 kg/hm2， 基肥、分蘖肥与穗肥按 5∶3∶2 比例施入； HNPK 处理： 氮肥用量为300 kg/hm2， 基肥与分蘖肥按5∶5 比例施入。基肥混施入土，追肥于土壤表面撒施。 供试氮、磷、钾肥种类分别为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O514%）、氯化钾（含 K2O 60%）。

表1 水稻各处理施肥情况（单位：kg/hm2）

水稻采用育秧移栽方式种植，于2021年6月29日移栽，种植密度为30.77 万穴/hm2，每穴定植2 株，株行距为25 cm×13 cm。旱作收获后，清理茬口，做好田埂，并用薄膜覆盖，隔离防渗，每个小区间单设进水口。6 月27 日按试验方案撒施基肥后人工栽插。除受控因素外，田间管理、病虫害防治按当地习惯进行，各小区保持一致。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 群体分蘖动态监测 每小区定点选取连续10 穴水稻， 自移栽每7 d 左右连续观测记录1 次分蘖数量，并根据移栽穴数计算群体分蘖数。

1.3.2 产量及其构成要素 水稻成熟期避开边行和取样行，各小区选取3 点，每点10 穴，统计亩穗数。同时按照30 穴算出每穴平均穗数，然后取3 穴等于或接近各处理平均茎蘖数的植株，用于计算穗粒数、千粒重和结实率。

成熟后在每小区中心位置收割5 m2脱粒、晒干、去除杂质，并测定含水量，按照14.5%水分含量换算实际产量。

1.4 数据分析

数据用Microsoft Office Excel 2010 和 SPSS 20.0软件进行方差分析； 采用LSD 法对处理进行多重比较，不同字母表示在0.05 水平下差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同处理对水稻群体茎蘖动态变化的影响

随着生育进程的变化， 各处理下水稻群体分蘖均呈现逐渐增加趋势（表2），但不同处理间群体分蘖存在差异。以7 月24 日高峰茎蘖数量看，HNPK 处理最多，其次是 ONPK 及 NK 处理，PK 及 CK 处理则较少，表明施氮量与水稻群体茎蘖数有直接关系。 3 种轮作体系高投入施肥处理高峰苗均偏高；稻油及冬水轮作优化施肥处理高峰苗均高于稻麦轮作优化施肥处理，该轮作体系及施肥处理高峰苗数量相对合理。合理的高峰苗数量有利于提高成穗率及群体质量。

表2 不同处理水稻茎蘖动态（单位：万/hm2）

2.2 不同处理对水稻成穗率的影响

由表3 可知， 在稻麦轮作体系中，ONPK 处理成穗率80.6%，HNPK 处理成穗率66.4%； 稻菜轮作体系中，ONPK 处理成穗率80.2%，HNPK 处理成穗率67.6%； 冬水轮作体系中，ONPK 处理成穗率75.4%，HNPK 处理成穗率68.1%。由此可知，3 种轮作体系高投入施肥的成穗率最低，而优化施肥的成穗率最高。表明氮肥可以显著提高水稻分蘖数量， 但过量施肥会导致有效分蘖数下降， 原因在于前期水稻营养生长旺盛，产生了大量的无效分蘖，导致群体透光条件差，显著降低了分蘖成穗率[2]。 比较不同轮作体系优化施肥处理， 稻麦轮作体系成穗率高于稻油及冬水轮作体系。

表3 不同处理水稻成穗率

2.3 不同处理对水稻穗粒结构的影响

由表4 可知，3 种轮作体系穗数表现为HNPK＞ONPK＞NK＞PK＞CK, 施氮肥3 个处理间差异不显著。穗粒数表现为 3 个施氮处理高于 PK、CK 处理，ONPK、NK、HNPK 3 个处理间差异不显著。 千粒重表现为 3 个施氮处理低于 PK、CK 处理，ONPK、HKPK、NK 3 个处理间差异不显著。 试验结果表明， 与稻油、 冬水轮作优化施肥处理相比， 稻麦轮作虽然成穗数略低， 但穗粒数明显偏高， 千粒重较高， 穗粒结构最优。

2.4 不同处理对水稻产量的影响

由表4 可知，3 种轮作体系水稻—小麦优化处理产量最高，其次是水稻—油菜，水稻—冬水（闲）田产量最低。 3 种轮作体系中均以优化处理产量最高，分别为 9 887.50 kg/hm2、9 832.00 kg/hm2、9 783.50 kg/hm2。过量施肥且主要集中在水稻生育前期施用可导致前期无效分蘖过多，后期群体质量恶化，成熟期产量下降，且均低于优化处理，分别较优化处理降低5.6%、5.4%、4.7%，差异显著。 不施氮肥不仅影响水稻的分蘖， 且导致其产量均较优化处理明显降低，3 种轮作体系差异均显著。 稻麦轮作优化施肥处理的水稻产量高于稻油轮作及冬闲田水轮作优化施肥处理，该轮作体系及施肥方式最佳。

表4 不同处理水稻产量表现

3 讨论与结论

分蘖成穗率是衡量水稻群体质量的重要指标[3]。传统水稻种植管理强调水稻基蘖肥的施用， 以促进分蘖早生快发[4]。 优化施肥是指养分高产高效管理，通过适当减少基蘖肥的用量， 可以适当减少无效分蘖，同时增加穗肥的比例，使茎蘖成穗率显著提高，进而提升水稻群体质量，提高水稻产量。

试验结果表明， 优化施肥处理虽然氮肥用量较高投入施肥处理减少10%， 但3 种轮作体系均以优化施肥产量最高， 其中水稻—小麦优化施肥处理最高，为9 887.50 kg/hm2，水稻—油菜、水稻—冬水（闲）田分别为 9 832.00 kg/hm2、9 783.50 kg/hm2。稻麦轮作体系优化施肥处理与稻油、 冬水轮作体系优化施肥处理相比较成穗率最高、穗粒结构最优、产量最高，该轮作体系及施肥处理最佳。

不同作物轮作换茬可以改善土壤理化性状[5]，提升土壤肥力[6]，提高作物产量[7]。 轮作模式和施肥管理是影响水稻生产的2 个因素。 采用优化施肥方式，同时选择稻麦轮作模式更有利于水稻生产， 可在适当减少氮肥施用的基础上，既保证水稻获得稳产，又有利于提高经济效益， 最终实现水旱轮作模式水稻的高产高效。