实地养分管理对寒地水稻磷钾吸收的影响

彭显龙，袁英才，刘元英，罗盛国

（东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030）

黑龙江省是中国优质粳稻的主产区，近年来水稻产量提高很快，稻米商品率达70%以上，在维持我国粮食安全中发挥重要作用。但是水稻生产中普遍存在氮肥施用量过高，氮肥施用时期不合理和氮磷钾比例失调的问题[1]，前期施用的氮肥被大量的浪费掉，不但造成肥料利用率低，而且直接和间接地导致一系列不良的环境问题。为解决施肥不合理的问题，Dobermann等建立了实地养分管理技术[2－3]，应用该技术节氮效果显著[4－5]。课题组按照实地养分管理技术的原理，经过10年的研究，建立了以前氮后移为核心的寒地水稻实地养分管理技术，在减少20%以上氮肥基础上，使水稻增产10%以上，氮肥利用率达到了50%左右[6-8]。针对寒地稻田磷钾收支状况，提出了部分稻田减磷增钾的施肥策略，在水稻抗病、抗倒和增产中发挥了重要的作用[9-10]。但是，有关实地养分管理技术对寒地水稻磷钾吸收的影响还未见报道。

为此，通过3年的田间对比试验，研究实地养分管理对寒地水稻磷钾吸收积累的影响，以期为寒地水稻合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

分别于2004、2005和2010年进行田间对比试验，试验地点在黑龙江省第1积温带的哈尔滨市阿城区、五常市、第2积温带的庆安县和第3积温带的友谊农场、857农场和大兴农场农户田中进行。阿城、五常和庆安的水稻品种分别为松粳98-128、五优稻1号和庆20-4，农场的品种均为空育131，试验品种均是当地主栽品种。土壤肥力见表1。

表1 各试验点土壤肥力情况Table 1 Soil fertility at experiment sites

1.2 方法

1.2.1 试验设计

采用大田对比试验，设农民习惯施肥（Farmer′s fertilization practice，FFP）和实地养分管理（Sitespecific nutrient management，SSNM）两个处理，阿城的SSNM和FFP面积均为0.33 hm2，重复5次；友谊农场和857农场各0.66 hm2，庆安各1 hm2；五常、木兰和852农场各0.5 hm2，均重复3次。2010年各户FFP面积0.3～0.7 hm2，SSNM面积7 hm2以上。FFP施肥按每个农户的习惯进行，SSNM中氮、磷、钾总量依据土壤有机质、有效磷和钾含量，按土壤养分校正系数法和目标产量确定。2004年，穗粒肥分别在穗分化期（倒3.5叶）和抽穗期施用；2005和2010年，改在穗分化期和减数分裂期（剑叶露尖）施用穗肥。磷肥全部作基肥，钾肥一半作基肥，一半在穗分化期（倒3.5叶）和氮肥一同施用，施肥量和施肥时期见表2。阿城、五常移栽密度为33.3 cm×16.7 cm，庆安为30 cm×13.2 cm，其余地点移栽密度均为30 cm×12.5 cm。农场是井水灌溉，其他试验点采用河水灌溉，按常规方法管理。

1.2.2 测定项目与方法

按照水稻叶龄确定取样时期，分别在分蘖期（Tiller stage，TL）、穗分化期（Panicle initiation，PI）、减数分裂期（Meiosis，MS）、抽穗期（Heading，HD）、灌浆期-抽穗后20 d（Filling stage，FL）和成熟期(Mature，MT)取样，由于每年施肥时期不完全一致，因此取样时间也不完全相同，样品采集方法参照文献[11]。2010年只在成熟期取样，植株磷钾含量采用常规分析方法测定。

试验数据均采用Excel 2000统计软件处理，按t检验方法进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 SSNM对水稻植株各部位磷钾养分含量的影响

2.1.1 水稻各部位含磷量

田间试验结果表明，除五常外，FFP磷肥用量显著高于SSNM，但是除了庆安穗分化期FFP水稻茎、叶含磷量显著高于SSNM外，其他时期，各地点两处理水稻含磷量差异不大。成熟期，水稻植株含磷量较低，这可能因为磷大量的向籽粒中转移的缘故。抽穗前水稻茎叶含磷量在0.22%～0.43%间，收获期茎叶含磷量在0.10%～0.27%间，穗含磷量0.25%～0.35%间，变异较大，这与水稻品种和土壤类型有关（见表3）。

表2 大田对比试验施肥时间和施肥量Table 2 Timing and amount of fertilizer applied in field experiments （kg·hm-2）

表3 田间试验水稻地上部含磷量Table 3 P content of rice plant in field experiments (%)

2.1.2 水稻各部位含钾量

除庆安外，穗分化期，其他地点两处理水稻钾含量没有差异。抽穗期和收获期，857农场和庆安SSNM茎含钾量显著高于FFP。穗中钾含量差异不明显。由于友谊农场土壤含钾量较高，SSNM施肥推荐的钾肥用量比FFP低，抽穗期植株含量仍然低于FFP。所有试验地点中，五常水稻叶片含钾量最低，其原因有待深入研究。总体上而言，前期叶片含钾量高于茎，后期茎的含钾量高(见表4)。

2.2 水稻养分积累规律

2.2.1 SSNM对水稻吸磷量的影响

由表5和图1可知，磷的积累呈“S”型曲线。幼穗分化期以前，水稻磷的积累量多数为2～4 kg·hm－2，一般占总量的15%～20%；在穗分化期到抽穗期积累量最大，积累量在25.6～35.1 kg·hm－2间，占总积累量的70.6%～84.7%，抽穗后的积累量较少。

穗分化期前，FFP磷吸收总量高于SSNM，成熟期SSNM水稻磷积累量高于FFP。虽然SSNM施磷量比FFP低很多，但磷积累量并不比FFP低，相反有些地点有增加趋势。这在一定程度上说明农民磷肥用量偏高，土壤中磷积累较多，近期内完全能满足水稻对磷的需求。在庆安SSNM水稻吸磷总量比FFP高9.1%，达到了5%的显著水平，其他地点处理间磷吸收差异不明显。

表4 田间试验水稻地上部含钾量Table 4 K content of rice plant in field experiment (%)

表5 2004年试验水稻磷和钾吸收量Table 5 P and K uptake of rice in 2004 (kg·hm-2)

图1 2005年水稻磷吸收量Fig.1 P uptake of rice in 2005

2.2.2 SSNM对水稻吸钾量的影响

结果见图2和表6。

随生育期的进行，水稻钾积累量增加，到灌浆期达最大值，随后又降低。幼穗分化期前，FFP钾积累量稍高，其后钾积累量显著低于SSNM；从穗分化期到灌浆期，五常SSNM钾积累量比FFP增加了36.6%，从减数分裂期到灌浆期，庆安多积累了14.5%，均达到了5%的显著水平；2004年从穗分化期到抽穗期，SSNM和FFP钾吸收量相差不多。但是到了收获期，SSNM水稻总吸钾量比FFP高7.1%～52.8%（阿城除外）。

钾在穗分化期到灌浆期积累最多，但这以后,钾被雨水淋洗而有一部分返回土壤中。

2.3 SSNM对产量、100 kg稻谷养分吸收量和PFP的影响

习惯施肥水稻产量平均为8.11 t·hm－2，通过养分综合管理水稻产量平均提高了14.5%，产量达到了 9.29 t·hm－2。每 100 kg 稻谷吸磷量在 0.34～0.68 kg间，平均为0.48 kg，FFP平均为0.50 kg，而SSNM只有0.45 kg；每100 kg稻谷吸钾量在0.84～2.14 kg间，平均吸钾量为1.41 kg，吸钾量变动比较大，这主要是由于钾易被淋洗，受降雨量影响较大。虽然SSNM水稻吸钾总量比FFP高，但100 kg稻谷吸钾量却低于FFP的1.49 kg，只有1.34 kg。

图2 2005年水稻钾吸收量Fig.2 K uptake of rice in 2005

表6 田间试验水稻产量、100 kg稻谷养分吸收量(kg·100 kg-1grain)和PFPTable 6 Yield,P and K uptake per 100 kg rice grain and PFP in field experiment

FFP每施用1 kg的P2O5能生产181 kg的稻谷，而SSNM能生产353 kg的稻谷，几乎翻了一番。SSNM施钾量高于FFP，其中857农场、庆安和五常三地施钾量增加最多，因此每施用1 kg的K2O能生产稻谷显著降低，除这三地外其他处理间没有明显差异。

3 讨论

试验按照土壤养分状况，用养分平衡法确定施磷量，磷肥的用量平均降低了50%，但是水稻茎叶，以及穗中磷含量并没有受到影响，这表明寒地水稻生产中农户施肥中磷肥用量偏高。有研究显示，寒地稻田土壤中磷含量较高，低含磷量的土壤只占16%[12]。考虑到目前土壤磷含量较高，因此在一段时间内可以适当降低磷肥用量，这一施肥策略是可行的。适当减少磷肥用量不会影响养分的吸收，相反可以降低100 kg籽粒吸磷量，提高磷素利用效率。

国内外研究显示，水稻吸收钾的量远远高于磷，也高于氮[13－14]，平均在2.0 kg左右。在本试验中，100 kg籽粒吸钾量仅为1.41 kg，远远低于全国平均水平。主要可能是因为寒地水稻收获指数为0.6左右[11]，而我国其他稻区收获指数只有0.5左右，寒地水稻籽粒所占比例高，而稻草所占比例小。稻草含钾量在1%～2%间，籽粒含钾量只有0.2%～0.4%，因此寒地水稻100 kg籽粒吸钾量较低。同时，虽然SSNM稻草含钾量高于FFP，但是100 kg籽粒吸钾量却低于FFP，也是因为FFP收获指数低，其稻草所占比例高[11]。

按照土壤钾素状况施用钾肥，显著提高了水稻减数分裂期后的水稻钾素积累量，增加了茎秆中钾的含量。本课题组的研究还发现，目前寒地稻田40%以上稻田钾素缺乏[15]。在土壤钾素不足的情况下，按照习惯施肥方式管理，一旦遇低温或大风，由于施钾量不足水稻倒伏和稻瘟病发生严重。我们的研究就证实，适宜的养分管理，通过降低氮肥用量，氮肥后移和适当增加钾肥的投入，能够显著提高水稻抗病和抗倒伏能力[9－10]。而且从长远来看，土壤中钾素耗竭将严重影响土壤质量，也必然影响到粮食安全。因此，适当增加钾素投入，对于提高作物抗病性和抗倒伏能力，保障国家粮食安全具有重要意义。

4 结论

水稻地上部养分含量随生育期的进行，有下降的趋势，水稻茎叶含磷量处理间没有明显差异；生育前期叶片含钾量高，后期茎的含钾量高于叶；寒地水稻磷、钾吸收均符合“S”型曲线，穗分化期到抽穗期，磷钾的积累量占总积累量的70%左右，是水稻吸收养分最多的时期。

养分综合管理减少了磷肥用量，但是并未降低抽穗后茎叶和穗的含磷量，由于促进了干物质积累量的增加，因此提高了磷的积累量，增加了磷肥的生产效率；增施钾肥促进了水稻减数分裂期后的钾素积累，提高了收获指数，降低100 kg籽粒吸钾量，提高钾素利用效率。

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