氮、磷、钾对广西高寒山区水稻产量及肥料利用效率的影响

2023-03-14梁武旺蒋显斌

农业研究与应用 2023年5期

梁武旺蒋显斌

摘要：為解决广西高寒山区水稻合理施肥问题，研究了氮、磷、钾肥配施对水稻产量、养分吸收和肥料利用效率的影响。研究于2022年在广西金秀瑶族自治县进行田间试验，设置缺氮区、缺磷区、缺钾区和全肥区处理，于水稻成熟期测定稻谷产量、稻草生物量、稻谷以及植株的氮、磷、钾含量。结果表明，全肥区处理的产量最高（7108 kg/hm2），缺氮区的产量最低（5050 kg/hm2），除缺磷区（6164 kg/hm2）与缺钾区（5858 kg/hm2）相比差异不显著外，其余各处理间的水稻产量差异均达显著水平。施用氮、磷、钾肥后，水稻养分总吸收量和每100 kg籽粒需N、P2O5量显著增加，而氮素和磷素稻谷生产效率、钾素收获指数显著下降。水稻对磷肥的吸收利用率（Recovery efficiency， RE）最低，仅为27.8%，但对磷肥的生理利用率最高；对氮肥、磷肥和钾肥的农学利用率差异不显著。广西高寒山区稻区合理配施氮、磷、钾肥可显著提高水稻产量、养分积累以及肥料利用效率，实现水稻高产与环境保护的统一协调。

关键词：水稻；氮肥；磷肥；钾肥；产量；肥料利用率

中图分类号：S143;S511 文献标志码：A

Effects of Nitrogen， Phosphorus and Potassium on Rice Yield and Utilization Efficiency of Fertilizer in Alpine Mountain Areas of Guangxi

LIANG Wuwang1， JIANG Xianbin2*

（1Agricultural and Rural Comprehensive Service Center of Tongmu Town， Laibin， Guangxi 545708， China； 2Rice Research Institute， Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanning， Guangxi 530007， China）

Abstract：In order to determine the appropriate amount of fertilization of rice in alpine mountain areas of Guangxi， the paper studied the effects of nitrogen （N）， phosphorus （P） and potassium （K） fertilization on rice yield， nutrient accumulation， and utilization efficiency of fertilizer. These field experiments were conducted in Jinxiu Yao Autonomous County， Guangxi in 2022. Treatments of nitrogen-deficient areas， phosphorus-deficient areas， potassium-deficient areas and full fertilizer areas were set up to determine the rice yield， biomass， as well as N， P and K contents of rice and plants at rice ripening stage. The results showed that the highest yield （7108 kg/hm2） was obtained in the full-fertilizer area treatment， the lowest yield （5050 kg/hm2） was obtained in the nitrogen-deficient area treatment， and the differences in rice yield among treatments reached the significant level， except for the one between the phosphorus-deficient area treatment （6164 kg/hm2） and the potassium-deficient area treatment （5858 kg/hm2） which was not significant compared with that of the other treatments. The application of N， P and K fertilizers significantly increased the total nutrient accumulation and the absorption of N and P2O5 per 100 kg seeds， while the grain production efficiency of N and P and the harvest index of K decreased significantly. The recovery efficiency of rice on P fertilizer was the lowest， only 27.8%， but the physiological utilization efficiency of P fertilizer was the highest. There was no significant difference in the agronomic utilization efficiency among N， P and K fertilizers. It is concluded that the appropriate allocation of N， P and K fertilizers in the rice area of Guangxi alpine mountain areas can significantly improve rice yield， nutrient accumulation， and fertilizer utilization efficiency， so as to maintain the balance of high rice yield and environmental protection.

Keywords： Rice; nitrogen fertilizer; phosphorus fertilizer; potassium fertilizer; yield; utilization efficiency of fertilizer

中国是水稻生产和消费大国。氮（N）、磷（P）、钾（K）是水稻三大营养元素。氮肥、磷肥、钾肥等在粮食生产中发挥了无可取代的作用。当前，我国粮食安全与资源消耗的矛盾尖锐。尽管化肥用量持续增长，我国粮食产量却增长缓慢[1]。

长期以来，研究人员在施肥对水稻产量、品质、养分吸收利用的影响方面进行了大量研究。但由于具体试验条件的不同，研究结果也不尽相同。王伟妮等[2]的研究结果显示施用氮、磷、钾肥显著提高了水稻产量，可改善垩白度、直链淀粉含量等米质性状，显著增加水稻养分总吸收量和每100 kg籽粒养分需求量，显著降低养分干物质生产效率和养分稻谷生产效率，随着这3种肥料施用量的增加其吸收利用率（Recovery efficiency， RE）、农学利用率及生理利用率均下降。董作珍等[3]的研究表明施用氮、磷、钾肥显著提高了水稻产量，其作用顺序为N>K>P；随着化肥施用量的增加，水稻养分总吸收量和100 kg籽粒养分需求量增加，肥料吸收利用率及农学利用率下降。吴可等[4-5]认为氮、磷、钾肥对水稻产量有显著影响，缺氮、缺磷、缺钾处理与全肥处理相比分别减产17.43%、6.64%、4.83%；氮、磷、钾肥的施用可以显著增加水稻干物质，效应从大到小依次为氮肥、磷肥、钾肥。陈晓萍等[6]认为高肥力土壤减施化肥没有显著降低水稻产量，低肥力土壤肥料减施化肥产量降低了13.0%。郭振希等[7]研究发现全肥区水稻产量较缺氮区、缺磷区和缺钾区分别增加了33.4%、16.7%和8.2%，氮、磷和钾肥表观利用率分别为27%、14%和62%，平均化肥利用效率为34%，低于2020年全国水稻化肥利用率的40.2%。

根据气候特点，广西分为桂南、桂中、桂北和高寒山区4个稻作区。高寒山区稻作区包括龙胜、资源、三江、金秀、南丹、乐业等县和部分县海拔在500 m以上的稻田。金秀瑶族自治县地处大瑶山，属于高寒山区稻区。该稻作区的特点是山高谷深、日照少、霜期长、气温低、春暖迟、秋冷早、寒露风早且强度大。和广西其他稻作区明显不同的是，金秀位于高纬度或高海拔地区的高寒山区由于受光、温条件限制，多数稻田一年只种植一季。目前少有針对广西高寒山区开展的水稻氮、磷、钾肥研究。为此，笔者通过在广西金秀县开展田间试验研究了氮、磷、钾肥对水稻产量及养分吸收利用的影响，旨在为高寒山地优质高产水稻的合理施肥提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验设在来宾市金秀瑶族自治县大樟乡互助村额村屯，位于我国广西壮族自治区中部（109°55'E，23°53'N）。供试土壤为潴育性潮沙田，成土母质为河流冲积物，前茬作物为水稻，该砂壤土耕层厚度为20 cm。排灌条件良好。试验前土壤肥力基本情况为：pH 5.62，有机质36.1 g/kg，全氮1.81 g/kg，有效磷51.7 mg/kg，速效钾26 mg/kg。供试水稻品种为广8优郁香。

1.2 试验设计

试验于2022年进行，于当年4月13日移栽， 7月23日收割。试验设置 4个施肥处理，全肥区（NPK），同时施用氮、磷、钾肥；缺氮区（PK），在全肥基础上不施氮肥；缺磷区（NK），在全肥基础上不施磷肥；缺钾区（NP），在全肥基础上不施钾肥。施肥量为氮肥（按纯N计）135 kg/hm2，磷肥（折合P2O5 ） 45 kg/hm2，钾肥（折合K2O） 90 kg/hm2。磷肥为广西鹿寨化肥有限责任公司生产的钙镁磷肥，作基肥一次性施用；氮肥为广西柳州化工控股有限公司生产的尿素，作基肥（30%）、分蘖肥（40%）、幼穗分化期（20%）和齐穗肥（10%）4次施用；钾肥为中化化肥控股有限公司生产的氯化钾，作基肥（50%）和分蘖肥（50%）2次施用。每个处理重复3次，共 12个小区，为随机区组排列。小区面积 24 m2，长6 m，宽 4 m。重复间和相邻2个处理间留50 cm走道，便于田间观察和农事操作。常规方法育秧，3～4 叶期人工移栽，行距20 cm，株距20 cm，每穴栽双苗，每小区栽20行，每行栽30穴，每小区600穴苗。田间管理按常规栽培技术要求进行。

1.3 调查内容与方法

1.3.1 水稻产量

在水稻成熟期于各小区采用人工收割单独收获全部植株，脱粒后晒干，称重，并按实际收获的株数折算成单位面积产量。

1.3.2 样品采集与分析

在水稻成熟期采集植株样本，每个小区选取代表性植株5蔸，剪去根部，分为稻谷和稻草，于105 ℃杀青30 min后，75 ℃烘干至恒重。样品粉碎过60目筛，分别测定稻谷和稻草氮、磷、钾养分含量。制备好的稻谷和稻草样品采用H2SO4-H2O2法进行高温消煮，氮素含量采用凯氏定氮法测定，磷素含量采用钒钼黄比色法测定，钾素含量采用火焰光度法测定，具体方法见参考文献[2]。

1.4 统计分析

试验数据用 WPS Office 2019 for Linux进行整理，养分吸收利用效率按参考文献[2]中有关参数的方法计算。以氮为例介绍养分吸收利用效率计算公式（磷、钾公式与氮相同）：N总吸收量=稻谷产量×稻谷含N量+稻草产量×稻草含N量；每100 kg籽粒需氮量=N总吸收量/稻谷产量×100；氮素干物质生产效率=干物质积累量/N总吸收量；氮素稻谷生产效率=稻谷产量/N总吸收量；氮素收获指数（%）=稻谷N吸收量/N总吸收量×100；氮肥吸收利用率（%）=（全肥区N总吸收量-缺氮区N总吸收量）/施N量×100；氮肥农学利用率=（全肥区稻谷产量-缺氮区稻谷产量）/施N量；氮肥生理利用率=（全肥区稻谷产量-缺氮区稻谷产量）/（全肥区N总吸收量-缺氮区N总吸收量）。用SPSS 15.0进行数据分析；用Origin 9.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 氮、磷、钾肥对水稻产量的影响

不同施肥处理水稻产量见图1，可见全肥区处理的产量最高（7108 kg/hm2），缺氮区的产量最低（5050 kg/hm2）；除缺磷区（6164 kg/hm2）与缺钾区（5858 kg/hm2）差异不显著（P>0.05）外，其余处理间差异均达显著水平（P<0.05）。

2.2 氮、磷、钾肥对水稻养分吸收的影响

氮、磷、钾肥对水稻养分吸收及利用效率的影响见表1至表3全肥区处理的N总吸收量和每100 kg籽粒需N量均显著高于缺氮区处理；氮素稻谷生产效率显著低于缺氮区处理；氮素干物质生产效率和氮素收获指数均差异不显著（表1）。

全肥区处理的P2O5总吸收量和每100 kg籽粒需P2O5量均显著高于缺磷区处理；磷素干物质生产效率和磷素稻谷生产效率显著低于缺磷区处理；磷素收获指数均差异不显著（表2）。

全肥区处理的K2O总吸收量显著高于缺钾区处理；钾素收获指数显著低于缺钾区处理；每 100 kg籽粒需K2O量、钾素干物质生产效率和钾素稻谷生产效率这3项指标的全肥区处理和缺钾区处理间的差异均未达显著水平（表3）。

2.3 水稻对氮、磷、钾肥的利用效率

在本试验中，水稻对钾肥的吸收利用率最高，其次是氮肥，对磷肥的吸收利用率最低，对这3种肥料的吸收利用率差异显著（图2）。水稻对氮肥、磷肥和钾肥的农学利用率差异未达显著水平（图3）。水稻对磷肥的生理利用率最高，且显著高于对氮肥和钾肥的生理利用率（图4）。

3 结论与讨论

本文研究结果显示，氮、磷、钾肥无论缺哪一种都会造成显著减产，其中又以缺氮区处理的产量最低，缺磷区、缺钾区处理的产量效应次之，缺磷区与缺钾区处理间差异不显著，其余各处理间的水稻产量差异均达显著水平。该结果与吴可等[4]和郭振希等[7]的部分研究结果相似。吴可等[4]的试验在广西桂中稻区和桂南稻区完成，其中桂中稻区（象州）结果显示缺氮区与全肥区差异显著，缺氮区与缺磷区和缺钾区处理间差异不显著，缺磷区和缺钾区与全肥区差异不显著；桂南稻区的龙州点和福绵点的缺氮区、缺磷区、缺鉀区、全肥区各处理间差异均不显著；桂南稻区的岑溪点除了缺钾区与全肥区比较处理间差异不显著外，其余各处理间差异均达显著水平。这些研究结果的不同可能与试验田块基础肥力水平不同有关，也可能与其他因素相关，因为稻作模式、区域、气候和土壤质地条件等各种因素均对水稻肥料贡献率有影响[8]。高寒山区由于气候原因，跟广西其他稻作区相比水稻生长期明显延后、延长，这一改变对水稻生长和发育的影响较为复杂，很难简单概括。尽管如此，水稻在不同稻作区的基本生物学特性仍然保持一致。因此，其他稻作区的合理施肥方案对于高寒山区也应该同样适用，只是在大面积应用前要开展小规模实验并注意做好基础数据的收集和分析工作。广西高寒山区的水稻安全生长期在170 d左右，一季绰绰有余，两季捉襟见肘。但可能因为市场份额等原因，较少有专门针对这一稻作区的水稻新品种。广西高寒山区的水稻生产若要取得较大发展，培育和种植适合当地的专属品种可能是更需要优先考虑的问题。

本研究结果显示，全肥区处理的N总吸收量、P2O5总吸收量和K2O总吸收量均显著高于对应的缺氮区、缺磷区和缺钾区，这一结果与王伟妮等[2]的研究结果一致。其余如每100 kg籽粒需N（P2O5、K2O）量、氮（磷、钾）素稻谷生产效率、氮（磷、钾）素干物质生产效率和氮（磷、钾）素收获指数等指标则不尽相同，这可能与采用的试验设计不同有关。

肥料利用率是我国学术界和政府持续关注的焦点。本文研究结果显示，本试验氮肥、磷肥、钾肥的吸收利用率平均值为53.1%，其中磷肥的吸收利用率最低，仅为27.8%，这一水平远低于董作珍等[3]试验中的磷肥吸收利用率（38.3%）。我国耕地土壤速效磷含量呈显著增加趋势，部分耕层土壤速效磷含量表现为过量累积，土壤磷盈余是我国土壤有效磷变化的主要特征[1]，如何协调粮食生产与资源利用以及环境保护的关系，提高磷肥利用率成为摆在我们面前必须花大力气解决的重大问题。

另一方面，当前的实际产量仅发挥了高产潜力的50％左右，水稻产量潜力仍未充分挖掘，养分高效作物品种将在不增加肥料养分投入和不改变播种面积的情况下实现粮食增产，需要加强研究以提高肥料利用效率[1]。尽量缩小产量潜力和实际产量之间的差距是当前农业科研工作者的一项重要任务，尽管这项任务充满挑战，有遗传育种、耕作栽培、植物保护以及土壤肥料等诸多方面的问题需要解决。在植物营养方面，加大肥料施用量可以在一定范围内提高产量，但这既增加了农民的种植成本，又加大了农用化学品带来的环境污染风险，单纯依靠加大化肥用量来增加产量并不是经济、环保的技术措施。同样的，本文中的全肥区处理也更多体现的是当地多年水稻高产栽培经验的总结，而非某一具体田块的最优施肥方案。但要针对每一田块优化出相应的最优方案显然技术难度相当大。从技术实施的角度来看，通过遗传育种方法来提高水稻植株自身对肥料的吸收利用进而提高水稻产量是一条更容易实施应用也更经济和环保的技术路径，这也是众多农业科研工作者正在努力实现的一项农业技术。如笔者所在团队以广西普通野生稻Y11为供体，获得3个耐低氮、12个高氮素利用率和3个氮高效且耐低氮的野生稻渗入系株系，可为水稻氮高效育种提供育种材料[9]。水稻品种不同，对氮、磷、钾素的利用效率也会有很大不同[3， 10， 11]。在水稻生产中，应根据当地的经济条件、目标产量以及水稻品种来确定氮磷钾肥的最佳配施方案[2]。但现在每年都有大量水稻新品种进入市场，要针对每一个品种单独进行最佳配施方案设计显然不可行，但可以对品种的需肥特性进行分类，按不同类别进行更科学精准的水肥管理。

参考文献

[1] 张福锁，王激清，张卫峰，等. 中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径[J]. 土壤学报， 2008， 45（5）： 915-924.

[2] 王伟妮，鲁剑巍，何予卿，等. 氮、磷、钾肥对水稻产量、品质及养分吸收利用的影响[J]. 中国水稻科学， 2011， 25（6）： 645-653.

[3] 董作珍，吴良欢，柴婕，等. 不同氮磷钾处理对中浙优1号水稻产量、品质、养分吸收利用及经济效益的影响[J]. 中国水稻科学， 2015， 29（4）： 399-407.

[4] 吴可，谢慧敏，刘文奇，等. 氮、磷、钾肥对南方双季稻区水稻产量及产量构成因子的影响[J]. 作物杂志， 2021（4）： 178-183.

[5] 吴可，谢慧敏，刘文奇，等. 氮、磷、钾肥对水稻养分积累与利用的影响[J/OL]. 分子植物育种，1-17[2023-06-28]. http：//kns.cnki.net/kcms/deta.

[6] 陈晓萍，曹雪仙，陈文伟，等. 氮肥减施对水稻产量、氮吸收和利用的影响[J]. 浙江农业科学， 2021， 62（12）： 2367-2370.

[7] 郭振希，薛振亚，赵锦儒，等. 氮、磷、钾肥配施对辽宁棕壤水稻产量与养分吸收利用的影响 [J]. 土壤与作物， 2023， 12（1）： 18-24.

[8] 李亚贞，韩天富，曲潇琳，等. 我国水稻的肥料贡献率时空变化及影响因素[J]. 中国农业科学， 2023， 56（4）： 674-685.

[9] 荘洁，张宗琼，农保选，等. 广西普通野生稻渗入系耐低氮和氮素利用率的鉴定评价[J]. 热带作物学报， 2022， 43（10）： 2071-2079.

[10] 孙永健，孙园园，蒋明金，等. 施肥水平对不同氮效率水稻氮素利用特征及产量的影响[J]. 中国农业科学， 2016， 49（24）： 4745-4756.

[11] 潘俊峰，劉彦卓，梁开明，等. 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[J]. 作物杂志， 2022（5）： 241-248.