海南琼海地区水稻氮磷钾“3414”肥效研究

龙笛笛　吕烈武　黄顺坚　侯立恒

摘 要 水稻是海南省重要的粮食作物，生产上施肥不合理的现象比较普遍。本研究采用测土配方施肥“3414”试验设计，对海南省琼海地区晚稻进行氮磷钾肥料效应研究。结果表明：（1）3种肥料对晚稻产量影响大小为：N>K>P；（2）处理6平均产量最高，达6 600 kg/hm2；（3）最高农艺施肥方案为尿素153.1 kg/hm2，过磷酸钙69.83 kg/hm2，氯化钾147.84 kg/hm2，此时水稻产量为6 622 kg/hm2；（4）最佳经济效益方案为尿素158.7 kg/hm2，过磷酸钙101 kg/hm2，氯化钾113.2 kg/hm2，水稻产量为5 855 kg/hm2。

关键词 水稻；氮磷钾；科学施肥

中图分类号 S511 文献标识码 A

Abstract Fertilizing in rice is not scientific in most cases at the moment in Hainan. In this work， a“3414” fertilizer effect test in Qionghai was made. The results showed that：（1）The influence on rice yield from high to low was N， K and P.（2）The highest average yield of 6 600 kg/hm2 was found in the Experiment 6.（3）The best fertilization combination with rile yietd 6 622 kg/hm2 was N 153.1 kg/hm2， P2O5 69.83 kg/hm2， K2O 147.8 kg/hm2.（4）Best economic benefit combination with rice yield 5 855 kg/hm2 was N 158.7 kg/hm2， P2O5 101 kg/hm2， K2O 113.2 kg/hm2.

Key words Rice； Nitrogen phosphorus potassium； Optimum application

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.07.006

水稻（Oryza sativa L.）属于一年生禾本科稻属植物，起源于中国，主要分布在亚洲热带。目前海南省水稻种植面积已达20.77万hm2，是各市（县）重要的粮食作物，东部市（县）种植面积较大。水稻2/3的营养是从土壤中获得，当土壤中的营养不能满足水稻的生长发育时，就要靠施肥来补充。现行水稻生产多为传统的经验施肥。据统计，近10 a来化肥使用量几乎翻了一番，但同期粮食产量增加不多，化肥使用和粮食产出出现反差，说明传统施肥在具体生产中肥料利用率低，影响水稻高产潜力的有效发挥，造成肥料的浪费和生产成本的增加，严重影响农民种植积极性。

随着农业生产水平的不断提高，陆续对水稻开展了一些配方施肥、平衡施肥工作。殷春渊[1]等认为，氮是影响水稻产量形成最敏感的元素，作物对氮的吸收和利用是农业生态系统中氮循环的重要过程，氮素吸收与积累是水稻产量形成的重要基础。 秦荣昆[2]通过水稻“3414”肥料效应田间试验研究得出，水稻栽培增施N、P、K 三要素肥料均具有增产效果，增产增幅N>K>P。曹榕彬[3]等在研究中得出，在中磷、中钾施肥水平时，最有利于氮肥肥效的发挥。而施用氮肥对水稻的效果最好，磷肥次之，而钾肥对水稻增产效果不明显。

目前施肥的盲目性仍是限制产量提高的关键因素。因此，本研究在前人研究的基础上，结合海南水稻栽培情况及其产业发展趋势和在海南经济发展中的地位，对海南琼海博鳌北山洋水稻进行“3414”试验研究，探索博鳌北山洋水稻产量与氮磷钾肥施用量之间的关系，研究水稻最佳施肥量，以期提高肥料利用率，从而增加经济效益。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验地概况 试验在海南省琼海市博鳌镇北山村北山洋基地进行，前茬作物为水稻天优2168，该地为潴育型水稻土，其土壤基本理化性状见表1。

1.1.2 试验材料 供试品种为当地主栽品种特籼占13。供试肥料为尿素（N含量46%）、过磷酸钙（P2O5含量14%）、氯化钾（K2O含量60%）。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验采用“3414”完全实施方案，设氮、磷、钾3个因素，（0、1、2、3）4个处理水平，14个处理，3次重复，共42个小区，小区面积20 m2，长5 m×宽4 m，随机排列。每处理小区间用田埂隔开，田埂高25 cm、宽25 cm，用地膜包裹，以防肥水串流。试验于2013年5月30日播种，6月5日施基肥、插秧，6月13日、7月6日追施分蘖肥，7月28日追施穗肥，2013年9月10日收获，全生育期100 d。插植规格：株行距26.4 cm×26.4 cm。施肥方法：磷肥全部当基肥使用，插植前撒施总氮肥的20%，总钾肥的10%，分蘖期每666.7 m2施撒施总氮肥的60%，总钾肥的40%，穗肥撒施总氮肥的20%，总钾肥的50%。试验的码值、实施方案如附表2。取样后各小区单打单收实测产量。

1.2.2 试验方法 pH：电位法；有机质：油浴加热-重铬酸钾容量法；速效钾：火焰光度法；速效磷：钼锑抗比色法；速效氮：碱解扩散法[4]。

1.3 数据处理

试验数据图表都在MS EXCEL（2003）上处理，肥料回归方程等应用SAS（9.0）软件进行统计和分析[5]，极值的计算用Lingo软件分析。

2 结果与分析

2.2 氮、磷、钾对水稻产量的效应和优化分析

2.2.1 建立统计模型 本试验主要以“3414”试验来研究氮（X1）、磷（X2）、钾（X3）3个元素与水稻产量的关系，不同施肥处理间水稻产量明显不同，各处理水稻产量见表3，通过软件进行计算拟合建立统计模型：Y=4476+14.71×X1+4.710×X2+11.57×X3-0.096×X1×X1-0.331×X2×X2-0.073×X3×X3+0.171×X1×X2+0.019×X1×X3+0.104×X2×X3（式中Y为稻谷产量，X1、X2、X3分别为氮、磷、钾肥的纯养分）；回归方程经检验F=7.44，R=0.943 6，pro>F=0.034 4，不同处理间达极显著水平，说明该模型的预测值和实际值吻合较好，可使用该方程进行预测。

2.2.2 缺素分析 以处理6（N2P2K2）产量为标准，该试验地的基础肥力产量为4 485 kg/hm2，根据相对产量小于50%的土壤养分划为极低，相对产量在50%～75%之间划为低，相对产量在75%～95%之间划为中等，相对产量大于95%划为丰富的分级原则[6]。不施肥处理（N0P0K0）减产率32.0%，相对产量68.0%，表明该试验地肥力为低；缺N（N0P2K2）、缺P（N2P0K2）、缺钾（N2P2K0）处理相对于处理6减产率分别为28.6%、20.5%和22.5%，相对产量分别为71.4%、79.5%、77.5%，说明3种肥料对水稻产量影响大小为：N>K>P（表4）。

2.2.3 单因素效应分析 将试验方案中氮、磷、钾肥3个因素中的2个因素固定在“2”水平上，经计算建立各因素的统计模型如下：

氮肥：Y1=4 653.166 67+19.091 79×X1-0.061 3×X1×X1；（Y1表示水稻产量、X1表示氮肥纯养分）

磷肥：Y2=309.438 89+0.811 99×X2+0.001 11×

X2×X2；（Y2表示水稻产量、X2表示磷肥纯养分）

钾肥：Y3=334.922 22+0.215 72×X3-0.000 328×

X3×X3；（Y3表示水稻产量、X3表示钾肥纯养分）

从表3可知，从单因素上来看，处理2、3、6、11中，其对应的（氮肥，产量）数据分别如下：（0，4710）、（69，5640）、（138，6600）、（207，6090）可看出，随着氮含量增高产量先是递增后出现下降趋势；处理4、5、6、7中，其对应的（磷肥，产量）数据分别如下：（0，5250）、（31.5，6300）、（63，6600）、（94.5，6285），可看出，随着磷含量增高产量先是递增后出现下降趋势；处理8、9、6、10中，其对应的（钾肥，产量）数据分别如下：（0，5115）、（67.5，6330）、（135，6600）、（202.5，6345），随着钾含量增高产量先是递增后出现下降趋势。将各自对应的产量的点绘制成曲线图，见图1所示。由图1可以看出，氮、磷、钾单因素对水稻产量增产的趋势均是先增长后呈下降趋势单峰抛物线状。说明氮、磷、钾肥能促进水稻增产增收，起先水稻产量会随着施肥量的不断增加而增加；一旦肥料施用量达到水稻产量峰值所需量，即最优值后，继续加大肥料用量不会对水稻产量起提高作用，反而会降低水稻产量，呈负效应作用。且不同用量的氮、磷、钾配合施用，其产量差异明显，增产程度有所不同，其中氮肥对产量的影响最为明显，钾肥次之，磷肥对产量的影响最不明显。这个结论也可从表5中得出，氮、磷、钾各自相对标准偏差分别为13.93%、9.67%和10.93%。

2.2.4 氮、磷、钾肥之间肥效互作效应分析 氮、磷、钾3种肥料间，其中一种肥料肥效的发挥很大程度上受另外2种肥料用量的影响。从表3中可知，氮肥肥效的发挥在一定程度上受不同磷、钾肥用量的影响，在不同磷、钾肥施用量下，氮肥肥效发挥效果不一。在施用等量的钾肥（225 kg/hm2）时，在低磷（225 kg/hm2）和中磷（450 kg/hm2）水平，氮肥用量从150 kg/hm2增加到300 kg/hm2时，产量分别增产270 kg/hm2和960 kg/hm2；施用等量的磷（450 kg/hm2）时，氮肥用量从150 kg/hm2增加到300 kg/hm2，在低钾（112.5 kg/hm2）到中钾（225 kg/hm2）水平分别增加630 kg/hm2和960 kg/hm2。由此说明，磷、钾肥在中等水平时，最有利于氮肥肥效的发挥。

从表3中可知磷肥的施用效果在一定程度上受不同氮、钾肥用量的影响，在不同氮、钾肥施用量下，磷肥肥效发挥效果不一，只有在氮、钾肥用量配合最佳时，磷肥效果最好。施用等量的钾肥（225 kg/hm2）时，在低氮（150 kg/hm2）和中磷（300 kg/hm2）水平，磷肥用量从225 kg/hm2到450 kg/hm2时，产量分别减产390 kg/hm2和增产300 kg/hm2；施用等量的氮（300 kg/hm2）时，在低钾（112.5 kg/hm2）到中钾（225 kg/hm2）水平时，磷肥用量从225 kg/hm2增加到450 kg/hm2，产量分别增加285 kg/hm2和300 kg/hm2。由此说明，氮、钾肥在中等施用量下，磷肥肥效发挥最佳。

从表3中可知钾肥的施用效果受氮、磷肥施用量影响较大，在不同氮、磷肥用量下，钾肥肥效发挥不同，只有氮、磷肥比例合适，才更有利于钾肥肥效的发挥。施用等量的磷肥（450 kg/hm2）时，在低氮（150 kg/hm2）和中氮（300 kg/hm2）水平，钾肥用量从112.5 kg/hm2到225 kg/hm2时，产量分别减产60 kg/hm2和增产270 kg/hm2；施用等量的氮（300 kg/hm2），在低磷（225 kg/hm2）到中磷（450 kg/hm2）水平时，钾肥用量从112.5 kg/hm2增加到225 kg/hm2，产量分别增加255 kg/hm2和270 kg/hm2。由此说明，在中氮、中磷施肥水平时，最有利于钾肥肥效的发挥。

将回归方程的任意一个因素固定“2”水平上，可研究氮、磷、钾肥对产量交互效应分析，即另外两个因素的交互作用。当钾肥（X3）固定在“2”水平时，经计算建立氮肥（X1）和磷肥（X2）的统计模型如下：

Y=4 525.862 07+18.683 39×X1+21.726 38×X2-0.096 65×X1×X1-0.332 51×X2×X2+0.147 55×X1×X2

从图2可看出，单独施用氮肥或磷肥某一种单质肥料时，水稻产量随着氮、磷肥含量的不断提高而提高，相对于在低氮、磷含量水平时产量提高水平，高水平氮、磷含量时，水稻产量提高越来越不明显，再继续增加肥料含量可能不会提高产量，反而造成降低产量的负效应；而同时配合施用氮、磷肥，能显著提高水稻产量，且氮、磷肥间有显著的互作效应，相对磷肥，氮肥的影响水平较明显。科学配合施用氮、磷肥，将能使水稻产量达到较高值。由回归模型解得当氮肥码值为146.38 kg/hm2，磷肥码值为65.149 kg/hm2，产量为6 601.07 kg/hm2，是最大值。

当磷肥（X2）固定在“2”水平时，经计算建立氮肥（X1）和钾肥（X3）的统计模型如下：

Y=3 167.068 97+28.069 37×X1+20.743 64×X3-0.099 47×X1×X1-0.076 85×X3×X3+0.004 22×X1×X3

由图3可看出，单独施用氮肥或钾肥某一种单质肥料时，水稻产量随着氮、钾肥含量的不断提高而提高，相对于在低氮、钾含量水平时产量提高水平，高水平氮、钾含量时，水稻产量提高越来越不明显，再继续增加肥料含量可能不会提高产量，反而造成降低产量的负效应；而同时配合施用氮、钾肥，能显著提高水稻产量，且氮、钾肥间有显著的互作效应，相对钾肥，氮肥的影响水平较明显。科学配合施用氮、钾肥，将能使水稻产量达到较高值。由回归模型解得当氮肥码值为144.04 kg/hm2，钾肥码值为138.92 kg/hm2时，产量为6 629.46 kg/hm2，是最大值。

当氮肥（X1）固定在“2”水平时，经计算建立磷肥（X2）和钾肥（X3）的统计模型如下：

Y=3 687.413 79+49.106 58×X2+23.926 51×X3-0.423 49×X2×X2-0.093 72×X3×X3+0.020 19×X2×X3

由图4可看出，在低磷或低钾水平的情况下，单独施用磷肥与钾肥均可提高水稻产量。钾肥含量不管处于低水平还是高水平，水稻产量均能随着磷肥含量的不断增高而升高，但升高幅度越来越小，即高钾水平不如低钾水平时升高幅度大；同样地，无论磷肥含量处于低水平还是高水平，水稻产量均能随着钾肥含量的不断增高而升高，但升高幅度越来越小，即高磷水平不如低磷水平时升高幅度大；而同时配合施用磷、钾肥，能显著提高水稻产量，且磷、钾肥间有显著的互作效应，相对磷肥，钾肥的影响水平较明显。科学配合施用磷、钾肥，将能使水稻产量达到较高值。由回归模型解得当磷肥码值为61.18 kg/hm2，钾肥码值为134.24 kg/hm2时，产量为6 795.48 kg/hm2，是最大值。

2.2.5 经济效益分析 从表3还可看出，平均产量从高到低依次为处理6、10、9、5、7、11、14、12、13、3、4、8、2、1。不同施肥处理间的产量差异达到了极显著，说明施肥对水稻增产起显著作用，不同施肥处理效果不同。

而从表6中看出，平均产量及毛收入最高为处理6，分别达6 600 kg/hm2、19 800元/hm2，比处理1增产增收47.16%。新增纯收入与化肥成本之比最高的是处理9，达到2.13倍。处理2相对处理1产生负收益-798.75元/hm2。但处理4和处理8未产生负效益，其纯收入也达到较好水平，这也很好说明了N对纯收入的影响比P和K更重要。整体上看，低P或缺P整体对产量影响没有缺N明显，低K或缺K整体对产量影响没有缺N明显，而对应低P或缺P整体对产量影响没有低K或缺K对产量影响大。

2.2.6 各因素水平的最优组合 取0≤X1≤207，

0≤X2≤94.5，0≤X3≤202.5用计算机对模型进行非线性求解极值，可得到在本试验条件下水稻产量最高的农艺方案为X1=153.1，X2=69.83，X3=147.84，即施尿素153.1 kg/hm2，过磷酸钙69.83 kg/hm2，氯化钾147.84 kg/hm2，此时水稻产量为6 622.01 kg/hm2。

2.2.7 水稻最佳经济施肥效益分析 最佳经济施肥即是通过科学支配资金和合理调配肥料，提高单位面积产量，进而提高产品利润，使获得最大利益的施肥方法。即当边际产量等于肥料与产品的价格比时，及边际产值等于边际成本时，边际利润等于0时，单位面积的施肥利润最大[7]。根据建立的统计模型，当边际产量等于肥料与产品的价格比时，对水稻的施肥效益进行分析，得到肥料效应方程：

Y=4 476+14.71×X1+4.710×X2+11.57×X3-0.096×

X1×X1-0.331×X2×X2-0.073×X3×X3+0.171×X1×X2+0.019×X1×X3+0.104×X2×X3；

方程式表示为dy/dxi=Pxi/Py（1，2，3）。式中Pxi为肥料价格，Py为稻谷价格。按肥料价格：氮肥6.03元/kg，过磷酸钙肥料6.25元/kg，氯化钾肥料8元/kg，水稻收购价格3元/kg，计算得出，氮磷钾最佳经济施肥水平是：X1=158.7，X2=101.0，X3=113.2，相当于N 158.7 kg/hm2，P2O5 101.0 kg/hm2，K2O 113.2 kg/hm2，此时水稻产量为5 855 kg/hm2。即尿素、过磷酸钙、氯化钾化肥分别为956.9元/hm2，631.5元/hm2，905.7元/hm2，其他固定成本3 300元/hm2，水稻产值17 565元/hm2，施肥利润11 771元/hm2。

3 讨论与结论

从缺素分析和单因素效应分析中可看出，氮磷钾肥对水稻产量影响大小为N>K>P，与陈红明[8]、刘洋[9]和孟庆金[10]等研究结论一致，与陈冬松[11]等认为对产量和经济效益影响最大的顺序为N>P>K结论不一致。特籼占13是琼海市主推水稻品种，喜钾肥，而根据试验地理化性质可知，相对钾肥，磷肥较充足，在严重缺钾田洋里，钾肥贡献率较磷肥明显。

该试验得出，两因素处于中等水平时，最利于第三因素的发挥，与曹荣彬[3]等研究结论一致。合理的氮肥用量促使多种增产，而用量过多则会降低产量与蒋卫杰[12]、徐坤[13]和李俊良[14]等研究一致，施用适量氮肥促进水稻产量增加。许前欣等[15]研究证明，合理增施钾肥，农作物一般能增产10%～20%，且不同的作物增产幅度不同。以上研究与本试验结果基本一致。

通过试验分析和拟合得到肥效方程为：Y=4 476+14.71×X1+4.710×X2+11.57×X3-0.096×X1×X1-0.331×X2×X2-0.073×X3×X3+0.171×X1×X2+0.019×

X1×X3+0.104×X2×X3，从试验结果看出，当施用尿素153.1 kg/hm2，过磷酸钙69.83 kg/hm2，氯化钾147.8 kg/hm2时，得到最高水稻产量6 622 kg/hm2。从肥效方程得出，当X1=158.7，X2=101.0，X3=113.2，即施用尿素158.7 kg/hm2，过磷酸钙101.0 kg/hm2，氯化钾113.2 kg/hm2时，得到最佳水稻产量为5 855 kg/hm2。结合生产实际，需施用在956.9元/hm2的氮肥、631.5元/hm2的过磷酸钙、905.7元/hm2的氯化钾，其他固定成本3 300元/hm2时，得到最佳水稻最佳产量产值17 565元/hm2，减去成本得到利润为11 771元/hm2。

参考文献

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