不同施肥模式对水稻产量及养分利用效率的影响

乔月，胡诚，万建华，徐化林，刘茂军，郭卫红，戴黎，张春华，邓超然

（1华强化工集团股份有限公司，湖北当阳 444100；2湖北省农业科学院植保土肥研究所，武汉 430064）

0 引言

水稻是中国主要的粮食作物之一，在中国粮食生产中占有重要地位[1-2]。其种植面积分别约占中国粮食作物播种面积和世界水稻种植面积的25%和20%[3-4]。氮肥是影响水稻生长和产量的主要因素之一。农民往往为了获得高产，而盲目施用氮肥，致使中国氮肥用量和稻田氮肥用量分别约占全球该用量的30%和37%[5-6]。目前，中国水稻生产存在大量施用化肥、肥料利用率低等问题，中国目前氮素当季利用率仅为30%～35%[7]，磷肥利用率仅25%[8]，这不仅仅会影响水稻的增产效果，还会引发一系列的环境问题[9]。因此，提高氮磷钾养分利用效率，是农业可持续发展的关键[10]。近年来，国内外施肥种类（缓控释肥、稳定性肥料）对土壤养分和作物生长的影响方面作了大量研究[11-12]，许多研究表明，性质不同的养分输入对土壤养分和作物生长的影响是不同的，有机无机复混肥、生物炭基肥施用可以有效改善土壤氮磷钾养分平衡，并明显提升土壤肥力[13-14]。但关于不同养分的输入，特别是不同有机无机配施、生物炭基肥对作物干物质积累和养分吸收动态研究较少。本研究通过设置不同肥料对比试验，重点探讨不同施肥处理对湖北当阳市水稻产量和养分吸收利用的影响，旨在为优化当地稻田养分管理，提高水稻生产力提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验设在湖北省当阳市河溶镇前合村(111°56′E，30°36′N)中低产田上进行。试验田地处当阳市东部，属亚热带季风气候。试验开始之前采用稻—油轮作的种植制度。试验田土壤基本性状为：pH 6.33、有机质21.86 g/kg、碱解氮134.84 mg/kg、有效磷2.31 mg/kg、速效钾143.67 mg/kg。供试品种为‘荃优丝苗’，属杂交稻，2022年5月19日施基肥耙田后移栽，9月4日收获。

1.2 试验设计

试验设置6 个处理，分别为：不施肥(CK)、普通复合肥(T1)；普通复合肥（与T1处理等养分）+3000 kg/hm2有机肥(T2)；有机—无机复合肥(T3)；生物炭基肥料(T4)；水稻专用配方肥(T5)。除了CK处理不施肥以外，T1、T3～T5处理施肥量均以有效养分N-P2O5-K2O计均为219、60、96 kg/hm2，T2处理施肥量均以有效养分NP2O5-K2O 计均为264、105、126 kg/hm2。各处理磷肥、钾肥不够部分分别用过磷酸钙(P2O512%)和氯化钾(K2O 60%)补充，磷肥和钾肥均作基肥施入。试验普通复合肥养分含量为51%(N-P2O5-K2O=25-10-16)，有机—无机复合肥养分含量为35%(N-P2O5-K2O=18-8-9)，生物碳基肥养分含量为30%(N-P2O5-K2O=18-6-6)，水稻专用配方肥(N-P2O5-K2O=22-9-15)，有机肥养分含量为4% (N-P2O5-K2O=1.5-1.5-1)，有机质≥30%，均由华强化工集团有限公司提供。每个处理3 个重复，小区面积20 m2，重复小区之间随机排列。基肥混匀后，均匀撒施于田面，然后耙田10 cm，使肥料与土壤充分混匀；移栽7 d后施分蘖肥。稻田进行旋耕、泡田，泡好后再旋耕，5 月19 日施入基肥，移栽秧苗采用工厂化育苗、秧龄20 d，采用人工模拟机插稻方式移栽，移栽密度为13.3 cm×30.0 cm、每穴2苗。移栽后保持田间3～5 cm 水层，三叶一心期后采用相应的水分管理模式。各处理小区设置排灌沟，单灌单排，田间管理、病虫害及杂草的防治同当地农田管理措施一致。不同处理肥料运筹情况见表1。

表1 不同处理肥料运筹情况 kg/hm2

1.3 测定项目

1.3.1 土壤基本养分性状的测定水稻整田之前，在试验区取耕层(0～20 cm)土壤样品，测定pH、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的含量。测定采用常规方法[15]。

1.3.2 干物质积累量在成熟期，每个小区数10株植株样，根据平均有效穗取代表性的样品，按茎、叶及穗部分开收集，随后将各部位器官105℃杀青30 min 后80℃烘干至恒重，测定各部分的干物质重。

1.3.3 产量及产量构成因素成熟期每小区实打实收，记录实际产量。脱粒并晒干，风选清除杂质和瘪粒，称量风干实粒总质量。在成熟期调查大田有效穗数，求出每小区平均有效穗数，并根据平均有效穗数进行取样，每个小区取样3 蔸，并记录每蔸有效穗数和茎蘖数。完成产量构成因素（每穗粒数、结实率、千粒质量、生物量和收获指数）的计算[16]。

1.3.4 参数计算分别计算氮（磷）素积累量(kg/hm2)、氮（磷）积累总量、氮素收获指数、每生产100 kg穗吸氮量（磷）(kg)、氮肥贡献率(%)、氮（磷）肥偏生产力(kg/kg)、氮肥农学利用率(kg/kg)、氮（磷）肥表观利用率(%)，参数的计算参考文献[17-18]。

1.4 数据分析

应用DPS进行方差分析，LSD法进行处理间多重比较，利用Excel作图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对水稻干物质积累的影响

不同施肥处理对水稻干物质积累的影响见图1，从中可看出不施肥处理茎、叶、穗的干物质处于最低水平，说明施肥可显著提高水稻茎、叶、穗的干物质积累量。在成熟期，干物质呈现为穗＞茎＞叶。与T1处理相比，其余施肥处理在茎、叶、穗上分别增加了2.52%～19.56%、9.05%～24.43%、0.85%～7.19%。在T3、T4、T5处理中，T4处理在茎、叶、穗中均处于最高水平，T4较T3处理在茎、叶、穗中分别增加4.49%、5.09%、4.93%，且二者间具有显著差异，T4较T5处理在茎、叶、穗中分别增加8.71%、8.00%、3.65%，二者具有显著差异，T3处理在茎、叶上较T5增加4.42%、3.07%，在穗上减少1.33%。由此说明新肥可促进水稻干物质的积累，且生物炭基肥与尿素配施效果较好。

图1 不同施肥处理下水稻干物质积累

2.2 不同施肥处理对水稻产量及产量构成因素的影响

不同施肥处理对水稻产量及产量构成因素的影响见表2，从中可看出不施肥的有效穗、每穗粒数、结实率、千粒重及产量均最低，说明施肥可显著提高水稻产量及产量构成因素。各处理的有效穗、每穗粒数、结实率、千粒重及产量的大小均表现为T4＞T5＞T3＞T2＞T1＞CK，与T1处理相比，各处理的有效穗、每穗粒数、结实率、千粒重及产量分别增加4.79%～28.57%、0.65%～10.37% 、0.72% ～2.83% 、0.57% ～2.02% 和4.27% ～19.27%。在新肥T3、T4、T5处理中，T4处理在有效穗、每穗粒数、结实率、产量中均处于最高水平，T4处理分别较T3、T5新肥处理在有效穗、每穗粒数、结实率及产量增加了14.83%和9.28%、7.53%和4.45%、1.74%和1.03%、10.31%和7.53%，二者之间具有显著差异。由此说明生物炭基肥可促进水稻产量及产量构成因素。

表2 不同施肥处理下水稻产量及产量构成因素

2.3 不同施肥处理对水稻氮素吸收利用的影响

2.3.1 不同施肥处理对植株不同部位含氮量的影响不同施肥处理对植株不同部位含氮量的影响见图2，从中可看出不施肥处理茎、叶、穗的氮含量处于最低水平，说明施肥可显著提高水稻茎、叶、穗的氮含量。在成熟期，水稻的氮含量为穗＞叶＞茎。与T1处理相比，其余施肥处理在茎、叶、穗上分别增加了5.13%～66.36%、1.70%～30.03%、1.30%～7.93%。在新肥T3、T4、T5处理中，T4处理在茎、叶、穗中均处于最高水平，T4较T3处理在茎、叶、穗中分别增加9.26%、6.53%、6.34%，且二者间无显著差异，T4较T5处理在茎、叶、穗中分别增加21.04%、14.36%、3.32%，且二者在茎、穗上有显著差异，T3处理在茎、叶上较T5增加12.98%、8.38%，在穗上减少0.73%。由此说明新肥可促进水稻茎、叶、穗氮含量的吸收。

图2 不同施肥处理下水稻不同部位含氮量

2.3.2 不同施肥处理对水稻氮素吸收及其分配的影响不同施肥处理对植株不同部位氮素吸收的影响见图3，从中可看出不施肥处理茎、叶、穗的氮含量处于最低水平，说明施肥可显著提高水稻茎、叶、穗的氮含量。在成熟期，水稻的氮素吸收量为穗＞叶＞茎。与T1处理相比，其余施肥处理在茎、叶、穗上分别增加了7.80%～99.12%、10.85%～61.38%、2.18%～15.83%。在新肥T3、T4、T5处理中，T4处理在茎、叶、穗中均处于最高水平，T4较T3处理在茎、叶、穗中分别增加13.45%、11.33%、8.83%，且二者间差异显著，T4较T5处理在茎、叶、穗中分别增加27.97%、21.08%、7.10%，且二者间差异显著，T3处理在茎、叶上较T5增加16.78%、11.00%，在穗上减少2.19%。由此说明新肥可促进水稻茎、叶、穗氮素的吸收。

图3 不同施肥处理下水稻氮素积累量

2.3.3 不同施肥处理对水稻氮肥利用率的影响氮肥利用率是评价水稻对氮素吸收、利用效果的重要指标，不同施肥处理对水稻氮肥利用率的影响见表3，从中看出氮肥贡献率、氮肥偏生产力、氮肥农学利用率、氮肥表观利用率均表现为T3处理较好，且各处理之间差异显著。与T1处理相比，其余各处理在生产100 kg穗吸氮量、氮肥贡献率、氮肥偏生产力、氮肥农学利用率、氮肥表观利用率上分别增加1.96%～9.15%、11.26%～44.86%、4.26%～19.27%、16.23%～72.79%、7.80%～61.22%。T3、T4、T5处理的肥料均具有缓释效果，但依旧为T4处理的效果最好，T4与T3、T5处理均具有显著差异，T4处理在氮肥贡献率、氮肥偏生产力、氮肥农学利用率、氮肥表观利用率上较T3和T5处理增加了18.42%和13.04% 、10.30% 和7.52% 、26.87% 和19.62% 、15.77%和20.41%。土壤依存率为T4处理最低，较其余处理分别显著降低了11.30%～32.32%。由此可见，T4处理有利于促进水稻的氮素利用，同时降低了土壤氮素依存率。

表3 不同施肥处理下水稻氮肥利用率

2.4 不同施肥处理对水稻磷素吸收利用的影响

2.4.1 不同施肥处理对植株不同部位含磷量的影响不同施肥处理对植株不同部位含磷量的影响见图4，从中可看出不施肥处理茎、叶、穗的磷含量处于最低水平，说明施肥可显著提高水稻茎、叶、穗的磷含量。在成熟期，水稻的磷含量为穗＞茎＞叶。与T1处理相比，其余施肥处理在茎、叶、穗上分别增加了15.85%～69.51%、8.97%～50.00%、0.84%～5.49%。在新肥T3、T4、T5处理中，T4处理在茎、叶、穗中均处于最高水平，T4较T2处理在茎、叶、穗中分别增加10.79%、5.13%、1.20%，且二者在茎上有显著差异，在叶、穗中无显著差异，T4较T5处理在茎、叶、穗中分别增加13.67%、8.55%、2.80%，且二者间有显著差异，T3处理在茎、叶、穗上较T5增加3.22%、3.60%、1.62%。由此说明新肥可促进水稻茎、叶、穗磷含量的吸收。

图4 不同施肥处理下水稻不同部位含磷量

2.4.2 不同施肥处理对水稻磷素吸收及其分配的影响不同施肥处理对植株不同部位磷素吸收的影响见图5，从中可看出不施肥处理茎、叶、穗的氮含量处于最低水平，说明施肥可显著提高水稻茎、叶、穗的磷素吸收。在成熟期，水稻的磷素吸收量为穗＞叶＞茎。与T1处理相比，其余施肥处理在茎、叶、穗上分别增加了18.53%～104.25%、19.08%～86.13%、1.87%～13.12%。在新肥T3、T4、T5处理中，T4处理在茎、叶、穗中均处于最高水平，T4较T3处理在茎、叶、穗中分别增加15.31%、9.94%、5.92%，且二者间差异显著，T4较T5处理在茎、叶、穗中分别增加21.55%、15.84%、6.19%，且二者间差异显著，T3处理在茎、叶、穗上较T5增加7.37%、6.55%、0.29%。由此说明新肥可促进水稻茎、叶、穗磷素的吸收。

图5 不同施肥处理下水稻磷素积累量

2.4.3 不同施肥处理对水稻磷肥利用率的影响磷肥利用率是评价水稻对磷素吸收、利用效果的重要指标，不同肥源对水稻磷肥利用率的影响见表4，从中看出磷吸收量、磷肥偏生产力、磷肥表观利用率均表现为T4处理较好，且各处理之间差异显著。与T1处理相比，其余各处理在磷吸收量、生产100 kg穗吸磷量、磷肥偏生产力、磷肥表观利用率上增加4.60%～26.67%、4.28%～19.27%、3.33%～10.00%、12.48%～71.90%。T3、T4、T5均为新肥处理，T4较T3、T5处理在磷吸收量、磷肥偏生产力、磷肥表观利用率上增加7.77%和9.51%、10.31%和7.53%、15.45%和18.90%，且T4与T2、T5具有显著差异。T2较T4处理在磷吸收量、磷肥表观利用率上增加1.89%、4.08%，二者之间无显著差异。由此可见，T4处理有利于促进水稻的磷素吸收利用。

表4 不同施肥处理下水稻磷肥利用率

3 结论

（1）从产量及产量构成因素来看：各处理均呈现为T4＞T5＞T3＞T2＞T1＞CK，T2～T5处理分别较T1处理增产4.27%～19.27%。

（2）从水稻养分吸收来看：在相同施氮处理下，T2～T5处理氮素累积量较T1处理增加了4.08%～32.03%，在相同施磷处理下，T2～T5处理磷素累积量较T1处理增加了4.60%～26.67。

（3）从水稻肥料利用率来看：T2～T5处理在生产100 kg 穗吸氮量、氮肥贡献率、氮肥偏生产力、氮肥农学利用率、氮肥表观利用率较T1处理分别增加1.96%～9.15%、11.26%～44.86%、4.26%～19.27%、16.23%～72.79%、7.80%～61.22%；T2～T5处理在生产100 kg 穗吸磷量、磷肥偏生产力、磷肥表观利用率较T1处理分别增加4.28%～19.27%、3.33%～10.00%、12.48%～71.90%。

4 讨论

4.1 不同施肥处理对水稻产量的影响

张伟明[19]研究表明，生物炭基肥对增加水稻有效穗数、穗粒数，提高结实率有显著效果，陈琳等[20]研究表明施用炭基肥显著提高水稻每穗总粒数和单穗重，乔志刚[21]等研究发现生物炭基肥使水稻茎蘖成穗率比对照处理提高14.6%。张爱平[22]研究也得出类似结论，生物炭基肥使水稻增产15.3%～44.9%。本研究结果表明，与常规施肥相比，在施氮总量相同，磷钾肥完全相同的情况下，通过基施生物炭基肥，分蘖期追施普通尿素（即T4处理）能够保证水稻产量，在有效穗、每穗粒数、结实率、产量上都比T1处理高，与T1处理相比，T4处理在有效穗、每穗粒数、结实率、产量上分别增加28.57%、10.37%、2.83%、19.27%，这与一些研究得出的施用生物炭基肥能够提高水稻产量的结论基本一致[19-22]。大量研究证明，在稻田中施用有机无机复混肥料可提高水稻产量[23-24]。郭锦晶等[25]在水稻上进行了有机无机复混肥与常规化肥的对比试验，结果显示施用有机无机复混肥对水稻生具有促进作用，可显著提高结实率，从而增加了水稻产量。T3处理较T1处理在产量上增加了6.97%，本研究与前人研究一致[25]。前人研究表明，稳定性肥料可显著提高作物产量，本研究结论与前人研究结论相似[26-27]，添加硝化抑制剂的稳定性肥料(T5)与常规施肥相比可显著提高水稻产量10.29%。

4.2 不同施肥处理对水稻养分吸收的影响

研究表明施用生物炭基肥可显著促进了水稻对氮素吸收[22,28]。本研究结果表明，与常规施肥处理相比，T4（生物炭基肥）处理氮素总含量、氮素总的吸收量分别增加了27.75%、32.03%。本人研究结论与前人研究一致[22,28]。生物炭基肥施用对磷素吸收有显著影响[29-30]，增加土壤磷素的有效性，从而促进作物对磷的吸收[31]。本研究结果表明，与常规施肥处理相比，T3（生物炭基肥）处理磷素总含量、磷素总的吸收量分别增加了27.71%、26.67%。本人研究结论与前人研究一致[29-31]。大量的研究结果显示：长期施用有机无机复混肥可以增强土壤的供氮能力，有利于水稻对氮素的吸收[32-33]。与常规施肥相比，T3（有机无机复混肥）处理在氮素积累量、磷素积累量上比T1处理高18.73%、16.84%。本人研究结论与前人研究一致。

4.3 不同施肥处理对水稻肥料利用率的影响

张爱平等[22]试验证明，施用生物炭基肥使氮素农学利用率、氮素吸收利用率和氮素偏生产力分别提高10.9 kg/kg、9.3%～10.2%和37.4%～54.7%。也有研究表明，施用生物炭基肥能够提高晚稻氮素利用率[34]。本研究结果表明，与常规施肥相比，在施氮量相同的情况下，T4处理（生物炭基肥）在生产100 kg穗吸氮量、氮肥贡献率、氮肥偏生产力、氮肥农学利用率、氮肥表观利用率上分别增加7.19%、44.86%、19.27%、72.79%、61.22%，在土壤氮素依存率上降低了24.42%。这与一些研究得出的结论基本一致[22,34]。本研究结果表明，与常规施肥相比，在施磷量相同的情况下，T4处理（生物炭基肥）在生产100 kg穗吸磷量、磷肥偏生产力、磷肥表观利用率上分别增加6.67%、19.27%、72.08%。这与一些研究得出的结论基本一致[22,34]。前人研究表明，有机无机肥料配施处理可以改善土壤的供氮特性，满足水稻生长发育对氮素的需求，从而提高了水稻的氮肥利用率[35-36]。本研究结果表明，T3（有机无机复混肥）比常规施肥处理高35.79%，本研究与前人研究结论一致[35-36]。也有研究报道，施用硝化抑制剂能提高氮肥利用率，本研究结果表明，T5处理比常规施肥处理高28.01%，本研究与前人研究的结论一致[37]。