水稻均衡营养肥对杂交稻生长发育的影响及养分吸收特性

郭志刚 韦杏花 沈补根

（浙江清华长三角研究院现代农业工程技术研究所，浙江嘉兴314000；第一作者：guozhig@mail.tsinghua.edu.cn）

水稻均衡营养肥对杂交稻生长发育的影响及养分吸收特性

郭志刚 韦杏花 沈补根

（浙江清华长三角研究院现代农业工程技术研究所，浙江嘉兴314000；第一作者：guozhig@mail.tsinghua.edu.cn）

研究了水稻均衡营养肥对杂交稻生长发育的影响及养分吸收特性，以为精准施肥及秸秆还田养分循环利用提供必要的科学参数。结果表明，水稻均衡营养肥处理的株高、总粒数、实粒数、结实率、穗质量和产量均高于常规施肥处理，稻谷中的总钾、S6+和Fe2+含量均高于常规施肥处理，但总磷、Ca2+和Mg2+的含量低于常规施肥处理，总氮含量则基本相同；常规施肥处理的秸秆中总氮、总钾、Mg2+和S6+含量均高于水稻均衡营养肥处理，总磷、Ca2+和Fe2+含量基本相同。均衡营养肥处理氮、磷、钾利用率分别为67.8%、60.0%和95.5%，农民常规施肥处理分别为32.3%、86.0%和＞100%。可见，水稻均衡营养肥能均衡的为杂交稻生长提供必需的养分，大幅度提高肥料利用率。

杂交稻；水稻均衡营养肥；养分吸收；肥料利用率；秸秆还田

近年来，为了提高农作物产量，过量施肥已经成为常态。虽然大量施用化肥在某种程度上提高了粮食产量，但是也产生了一系列不良影响。其中，农产品品质下降，病虫害加重，土质劣化，地下水、江河湖海的富营养化以及空气污染等一系列副作用愈演愈烈，已经成为我国农业可持续发展以及健康社会建设的障碍。为此，科学施肥、精准施肥，在确保农作物产量的基础上减少施肥量，特别是减少氮肥和磷肥的施用量已经成为我国“十三五”期间国家重大专项研究课题。

此外，在我国农村，以往秸秆大多作为燃料用于生火做饭。随着国民经济的发展，农村大部分地区已经使用煤气等清洁能源，秸秆变成了农业废弃物。前些年农民为了处理这些水稻秸秆多采取田间焚烧的处置方法，造成大面积空气污染。为了避免该问题反复发生，政府号召农民进行秸秆还田。由于水稻秸秆腐烂较慢，秸秆粉碎还田后对下茬作物的种子发芽、出苗或者幼苗生长会产生一定不利影响[1]，所以农民对于秸秆还田颇有抵触，但是如果配合施用菌肥可以加快秸秆分解，降低其影响。秸秆还田可以将部分营养元素返回到稻田中，增加土壤中的养分含量，在种植下茬作物时，可以适当减少施肥量。

为了减少水稻施肥量，特别是减少氮肥的施用量，浙江清华长三角研究院现代农业工程技术研究所根据水稻在生长发育过程中对各种营养物质的需求量开发出了水稻均衡营养肥，以替代目前农民所施用的复合肥、尿素等单体化肥。同时通过取样分析，了解杂交稻的生长发育状况、养分消耗规律以及稻谷和秸秆中的养分含量，为水稻科学施肥、精准施肥以及秸秆还田的养分循环利用率提供必要的理论参数。

表1 均衡营养肥和常规施肥处理主要养分含量

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试水稻品种为籼粳杂交稻甬优538。

1.2 试验设计

田间试验设在浙江省嘉兴市秀洲区孙桥镇。

试验处理使用的水稻均衡营养肥（N∶P2O5∶K2O=12∶5.4∶21）由浙江清华长三角研究院现代农业工程技术研究所研发，由浙江禾谷生物技术公司代生产。施肥方案如下：底肥，插秧前每667 m2施7 kg尿素；第1次追肥，插秧后1周内每667 m2施20 kg均衡营养肥；第2次追肥，7月中旬每667 m2施20 kg均衡营养肥（表1）。

表2 水稻种植前后土壤中主要养分含量的变化

表3 不同施肥处理对杂交稻生长发育的影响

对照组施肥方案如下：底肥，插秧前每667 m2施碳酸氢铵30 kg；第1次追肥，插秧1周内每667 m2施尿素8 kg；第2次追肥，7月上旬每667 m2施复合肥（N-P-K 18-8-18）12.5 kg，3 d 后追施尿素 12.5 kg：第3次追肥，8月上旬每667 m2追施尿素10 kg（表1）。

试验处理面积和对照面积均为1.34 hm2。机械插秧，6月10日移栽，行株距30 cm×22 cm。第1次追肥时间6月20日；第2次追肥时间7月25日。12月8日采用联合收割机进行收获。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤养分含量

春季插秧前和秋季收获之后，分别在试验田和对照田各随机选择3个点取3份土样，取样时从地表到深20 cm垂直挖取3 cm厚土样，自然风干粉碎混匀过筛后待测。

总氮测定：纳氏试剂比色法；有效磷测定：钼锑抗比色法；速效磷：四苯硼钠比浊法；速效钾：联合浸提-比色法（《NY-T 1849-2010酸性土壤铵态氮、有效磷、速效钾的测定》）。

1.3.2 稻谷和秸秆中营养元素分析

总氮测定：纳氏试剂比色法；总磷测定：钒钼黄比色法；总钾：四苯硼钠比浊法；Ca2+、Mg2+：EDTA 滴定法；Fe2+：邻菲罗啉比色法；S6+：硫酸钡比浊法。

取计数完毕的秸秆和稻谷适量，烘干至恒重，粉碎并过60目筛。分别用H2SO4-HClO4消煮，用于总N、总P、总 K、Ca2+、Mg2+、Fe2+的检测；分别用 HNO4-HClO4消煮，用于S6+的检测。

1.3.3 产量及其他性状

水稻收获时由浙江省嘉兴市农经局土肥站工作人员监督测产和测水分，并计算单产（稻谷含水14.5%）。收获时分别在田间挖取10丛水稻，用于有效穗数、株高、株干物质量、千粒重、秸秆和稻谷中各种矿物元素含量等参数检测。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理土壤中主要养分含量变化

从表2可见，两种处理试验后土壤中的总N含量基本与本底值处于同等水平，施用均衡营养肥的处理略有增加，而常规施肥处理略有减少，均衡营养肥处理的总N施用量只有常规施肥的1/2左右，可见常规施肥处理的总N含量严重过量。均衡营养肥处理使土壤有效磷含量略有增加，虽然每667 m2施用的P（以P2O5计）只有2.7 kg，但已能满足杂交稻的生长发育需求；而常规施肥处理的土壤中有效磷含量显著减少，其原因可能是嘉兴地区雨水过多，发生土壤淋洗导致磷元素流失。均衡营养肥处理土壤中速效钾虽有少量减少，但是与本底值基本保持同等水平，农民常规施肥处理的速效钾含量显著减少，表明农民常规施肥处理的钾肥过少，不但不能满足杂交稻正常生长发育的需求，还导致水稻从土壤中吸走了贮存的速效钾。可见，施用水稻均衡营养肥不但维持了水稻正常生长发育的营养需求，而且对土壤的肥力还略有提升。而常规施肥处理土壤中除总氮含量没有大的变化之外，其所贮存的P2O5和K2O含量均大幅度减少。

2.2 不同施肥处理对杂交稻生长发育及产量的影响

从表3可见，均衡营养肥处理的株高、总粒数、实粒数、结实率、单穗质量均明显高于常规施肥处理，而千粒重基本相同，表明水稻均衡营养肥虽然施肥量减半，但水稻长势均好于常规施肥。从表4可见，虽然常规施肥处理的水稻分蘖数较多，但是由于其总粒数、实粒数和单穗质量均低于水稻均衡营养肥处理，所以其平均产量反而低于水稻均衡营养肥处理；并且其秸秆产量也比均衡营养肥处理低18%左右。

胡泓等[2]研究表明，施钾能使杂交稻有效穗数、每穗实粒数和千粒重增加，钾肥对杂交稻的增产效果优于常规稻，所以水稻均衡营养肥处理的每穗实粒数与结实率较高与其较高的钾含量有关。有研究表明，施用氮肥过多会影响机体的养分平衡，破坏正常的C/N比，也使植物贪青晚熟，造成青干，从而使产量下降[3]。因此，过量施入氮肥并不能提高水稻产量，反而使产量下降。减少基肥和分蘖肥的氮含量虽然会减少水稻分蘖数，但能提高成穗率[4]。本研究中施用水稻均衡营养肥的处理虽然分蘖数略低于常规施肥，但是产量反而得到了提高，这与成穗率增加有关。

表4 不同施肥处理对杂交稻秸秆和稻谷产量的影响

表5 不同施肥处理的稻谷与秸秆营养元素含量（100%）

表6 不同施肥处理单位面积收获的养分含量（kg/667 m）

表7 不同施肥处理杂交稻的养分利用率

2.3 不同施肥处理稻谷及秸秆中各种营养元素的累积

从表5可见，两种施肥处理的稻谷中总氮含量均为0.4%，农民常规施肥处理稻谷中的总磷、Ca2+和Mg2+的含量要高于水稻均衡营养肥处理，但总钾、S6+和Fe2+含量要比水稻均衡营养肥处理低；常规施肥处理秸秆中的总氮、总钾、Mg2+和S6+含量高于水稻均衡营养肥处理，总磷和Fe2+含量两种施肥处理基本相同，Ca2+含量略低于均衡营养肥处理，但是总体上处于同等水平。检测结果说明，施肥方法和营养配比对于杂交稻的养分吸收具有较大影响[5]。

从表6可见，水稻均衡营养肥处理的稻谷中所吸收的总氮、总钾、Mg2+、S6+、Fe2+的吸收量均高于常规施肥处理，而总磷和Ca2+量低于常规施肥处理；均衡营养肥处理的每667 m2秸秆中吸收消耗的总氮、总磷、总钾、Ca2+和Fe2+含量均高于常规施肥处理，只有Mg2+和S6+的含量低于常规施肥处理；水稻均衡营养肥处理每667 m2水稻的稻谷和秸秆所吸收的总氮、总钾、Ca2+、S6+和Fe2+的吸收量均高于常规施肥处理，而总磷和Mg2+吸收量略低于常规施肥处理。侯云鹏等[6]研究表明，氮肥过量供给使水稻茎鞘和叶片中的养分过多地滞留于营养器官中，不利于籽粒中养分的积累。可见，常规施肥处理因过量施入氮肥，导致其稻谷中N元素积累量相对较低。

2.4 不同施肥处理杂交稻对营养元素的利用率分析

从表7可见，水稻均衡营养肥处理的总氮利用率达到了67.8%，总磷利用率达到了60.0%，总钾利用率达到了95.5%。根据表1的调查数据得知，施用均衡营养肥之后，土壤中的氮、磷均有少量的增加，说明除了杂交稻在生长发育过程中消耗掉大部分之外，仍有少量的氮、磷进入土壤。由于钾在土壤中的流动性较大，除了水稻吸收利用绝大部分外，土壤中的钾有少量丢失，这与嘉兴地区多降雨发生淋洗有关。农民常规施肥的总氮利用率只有32.3%，但总磷利用率达到了86.0%，而由于常规施肥中钾肥偏少，所以其利用率变成了负值，原因是从土壤中吸走了部分原吸附钾。试验结果表明，使用水稻均衡营养肥虽然施肥量减半，但是，其氮、磷、钾的吸收利用率均达到了60.0%以上。其中，钾的利用率甚至达到95%左右。农民常规施肥处理以氮肥为主，遗憾的是其利用率只有32%左右，其余绝大部分氮肥均被蒸发或者被雨水淋洗流失到了周边河流。这也是造成周边水系富营养化以及氨氮超标的重要原因。由于农民常规施肥的磷、钾肥比较少，除了磷被高效利用之外，钾肥严重缺失，导致杂交稻生长过程中不得不从土壤中吸收原贮存钾，再加上雨水冲洗，土壤中的贮存磷钾有较大幅度减少。

表8 不同施肥处理杂交稻秸秆中营养物质含量占水稻总吸收量之比

表8比较了每667 m2杂交稻的秸秆中含有的氮磷钾总量占杂交稻总吸收量的比值。结果表明，均衡营养施肥和常规施肥处理的秸秆中总氮和总钾含量分别为杂交稻总吸收量的约48%和65%，总磷含量分别占总吸收量的约70%和53%。可见，水稻秸秆中含有大量的营养元素，李彬等[7]的研究表明，稻草对钾的养分吸收量极高，可以作为很好的钾肥资源，因此，如果进行秸秆还田，将会使大量营养元素返还到农田中。该数据将为减肥增效提供必要的理论参数。

3 讨论与结论

与常规施肥处理相比，水稻均衡营养肥处理的施肥量以及氮肥用量减少了一半，磷肥用量相当，钾肥用量增加2倍。水稻均衡营养肥处理的平均产量为800 kg/667 m2，常规施肥为730 kg/667 m2。均衡营养肥处理的株高、总粒数、实粒数、结实率、单穗质量均明显高于常规施肥处理，且秸秆产量比常规施肥处理高18%。可见，常规施肥的氮肥严重过量，而水稻均衡营养施肥处理不仅能获得较高的产量，其植株长势也优于常规施肥处理。

施肥方式对于稻谷和秸秆中的各种营养物质的积累量有影响。水稻均衡营养肥处理与常规施肥处理稻谷和稻秆中的总氮和总钾含量基本相同，稻谷中约占总吸收量的52%和35%，秸秆中约占48%和65%。施肥处理不同其稻谷和秸秆中总磷的吸收量差别较大，水稻均衡营养肥处理的稻谷和秸秆中分别为30%和70%，而常规施肥处理的分别为47%和53%；均衡营养肥处理每 667 m2稻谷中 Mg2+、S6+、Fe2+的吸收量均高于常规施肥处理，而Ca2+含量低于常规施肥处理；均衡营养肥处理的每667 m2秸秆中吸收Ca2+和Fe2+含量均高于常规施肥处理，而Mg2+和S6+的含量低于常规施肥处理。均衡营养肥处理的氮、磷、钾利用率分别为67.8%、60.0%和95.5%；农民常规施肥处理的氮、磷、钾利用率分别为32.3%、86.0%和＞100%。结果证明，水稻均衡营养肥能够充分满足杂交稻的营养需求。

均衡营养肥处理和常规施肥处理的秸秆中总氮和总钾含量分别为杂交稻总吸收量的约48%和65%，总磷的含量分别占总吸收量的约70%和53%。可见，水稻秸秆中含有大量的营养元素，秸秆还田可以为下茬作物提供50%以上的营养补充。

[1]刘芳，张长生，陈爱武，等.秸秆还田技术研究及应用进展[J].作物杂志，2012（2）：18-23.

[2]胡泓，王光火.施钾条件下杂交水稻氮磷养分吸收利用特点[J].土壤通报，2003，34（3）：202-204.

[3]邓国才.不同施肥量对水稻营养特征及产量的影响[D].贵阳：贵州大学，2008.

[4]李波，刘建，汪波，等.氮素基、蘖肥减量对水稻生长及产量的影响[J].中国农学通报，2015，31（36）：18-23.

[5]宇万太，马强，周桦，等.不同施肥模式对下辽河平原水稻生态系统生产力及养分收支的影响 [J].生态学杂志，2007，26（9）：1 350-1 354.

[6]侯云鹏，韩立国，孔丽丽，等.不同施氮水平下水稻的养分吸收、转运及土壤氮素平衡 [J].植物营养与肥料学报，2015，21（4）：836-845.

[7]李彬，邹家龙，李云春，等.氮磷钾肥对江汉平原水稻产量和养分吸收的影响[J].湖北农业科学，2010（S1）：64-66.

Abstract:In order to provide necessary scientific parameters for precise fertilization and nutrient recycling of rice straw incorporation,the effects of balanced nutrition fertilizer on the growth and nutrient up-taking characteristics of hybrid rice were studied in this paper.The results showed that the plant height,total grains,filled grains,seed setting rate,panicle weight yield,total K,S6+and Fe2+in grains of the balanced nutrition fertilizer treatment were higher,compared with the conventional fertilization treatment.But total P,Ca2+and Mg2+in grains and total N,total K,Mg2+and S6+in straw were lower compared with the conventional fertilization treatment.Total N in grains and total P,Ca2+and Fe2+in straw of the two treatments were similar.The utilization rate of N,P and K of the balanced nutrition fertilizer treatment were 67.8%,60.0%and 95.5%,while those of the conventional fertilization treatment were 32.3%,86.0%and＞100%.Rice balanced nutrition fertilizer could provide the necessary nutrients for the growth of hybrid rice,and greatly improved the utilization rate of fertilizer.

Key words:hybrid rice;rice balanced nutrition fertilizer;absorption of nutrition;utilization rate of fertilizer;straw to soil

Effects of Balanced Nutrition Fertilizer on the Growth and Nutrient Up-taking Characteristics of Hybrid Rice

GUO Zhigang,WEI Xinghua,SHEN Bugen
（Institute of Modern Agricultural Engineering Technology,Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University,Jiaxing,Zhejiang 314006,China;1st author:guozhig@mail.tsinghua.edu.cn）

S511.062

A

1006-8082（2017）05-0054-05

2017－04－28