减肥增效措施下的水稻肥效研究*

李接励，廖红蕖，袁 宸，梁 济，陈明良

(上海化工研究院有限公司 上海 200062)

化肥是作物的“粮食”，对农业生产的贡献不容置疑。在过去的几十年中，由于化肥的大量施用导致肥料利用率逐渐降低。在当前的新形势下，化肥走过了总量增长阶段，迎来了减施增效新阶段[1]。“3414”肥料方案作为原农业部测土配方施肥技术规范推荐采用的方案设计[2]，吸收了回归最优设计处理少、效率高的优点，被国内肥料效应田间试验研究广泛应用，不仅在水稻、玉米、小麦、甘薯等粮食作物上得到应用[3-6]，近年来在草莓种苗繁育[7]、三七生产[8]等较高经济作物上也借鉴了这种高效研究方法。“3414”试验针对性强，针对不同作物品种、不同生产环境、不同土壤肥力，都能得出适宜于该作物品种种植的最佳施肥方案。通过在上海市崇明区滧东村连续2年“3414”试验设计下的水稻种植，得到了适宜于当地水稻作物生长的较佳施肥方案。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点设在上海市崇明区滧东村，水稻种植时间为2017年3月至2018年11月，数据为2年平均值。

试验地灌溉条件良好，供试土壤理化性状如表1所示。

表1 供试土壤理化性状

1.2 试验设计

1.2.1 试验因素与水平

以南粳46为供试品种，采用“3414”田间肥效试验方案，设置三因素四水平共14个处理。三因素指氮、磷、钾3个因素，四水平指每个因素的施肥量为当地常规施肥量的0.0、0.5、1.0以及1.5倍4个水平。

1.2.2 试验小区设置

试验设3次重复，共42个小区，数据取3个重复的平均值。每个小区为4 m×6 m的长方形地块，各小区之间田埂包裹薄膜以防止水肥互窜流通。小区周围设置保护行，每个小区设置标识牌并标记小区号及处理编号。

1.2.3 施肥方案

磷肥和钾肥作为基肥一次性施入；氮肥以追肥形式分3次施入，每次施入量分别占总质量的20%、40%和40%。不同处理施肥情况如表2所示，其中：各处理中“0”表示不施肥，“1”表示施肥量为当地常规施肥量的0.5倍，“2”表示施肥量为当地常规施肥量的1.0倍，“3”表示施肥量为当地常规施肥量的1.5倍；尿素中w(N)按46.00%、氯化钾中w(K2O)按60.00%、普钙中w(P2O5)按10.61%折合计算；1亩=667 m2，下同。

1.3 测定内容与方法

1.3.1 土壤测定

试验前后采用S取样法在每个小区取9个耕层土壤样品混匀后进行肥力测定，其中：有机质采用重铬酸钾-硫酸氧化法测定；pH采用电位法(水土质量比为2.5∶1.0)测定；全氮采用凯氏定氮法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提，钼锑抗比色法测定；速效钾采用1.0 mol/L CH3COONH4浸提，火焰光度法测定。

表2 不同处理施肥情况 kg/亩

1.3.2 水稻农艺性状测定

在每个小区中随机框取0.06 m2进行取样，测定水稻样品的株高、穗长、有效穗数、千粒重，并计算谷草比(谷草比=稻谷产量/秸秆产量)。

1.3.3 水稻产量测定

每个小区分别收获，脱粒后称重，按照水稻现场验收测水分计算单产方法计算产量，计算公式[9]为：产量=实收产量×(1-实测水分含量)×(1-标准水分含量)×667/实收面积。

1.4 数据分析方法

采用Excel 2010进行数据整理，采用DPS 14.5软件进行数据分析，LSD作差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 氮、磷、钾肥对水稻农艺性状的影响

各处理水稻农艺性状统计如表3所示。

表3 各处理水稻农艺性状统计

2.1.1 氮肥对水稻农艺性状的影响

分析N0P2K2、N1P2K2、N2P2K2和N3P2K2处理可得：不施氮处理株高显著低于施氮处理，仅77.11 cm，而施氮处理的株高均大于85.00 cm，施0.5倍氮处理的株高最高，为88.73 cm，各施氮处理间差异不大；不施氮处理的穗长显著大于正常施氮处理，但与0.5倍和1.5倍施氮处理无显著差异；不施氮处理的有效穗数显著少于其他施氮处理，为229 744.44穗/亩，约为其他处理的50%，而0.5倍施氮处理的有效穗数最多，但与其他施氮处理无显著差异；0.5倍施氮处理千粒重最重，显著大于1.5倍施氮处理，但与不施氮处理和正常施氮处理无明显差异；从谷草比来看，不施氮处理>0.5倍施氮处理>1.5倍施氮处理>正常施氮处理，且不施氮处理与正常施氮处理、1.5倍施氮处理间呈显著差异，正常施氮处理的谷草比显著小于其他处理。

从单因素角度分析氮肥对水稻生长发育的影响可知，不施氮会显著限制水稻株高，影响水稻分蘖能力，但能提高水稻光合产物转化效率；过量施氮将导致水稻不饱满，降低了水稻谷草比，影响水稻经济产量。

2.1.2 磷肥对水稻农艺性状的影响

分析N2P0K2、N2P1K2、N2P2K2和N2P3K2处理可得：各处理的株高无显著差异；从穗长来看，1.5倍施磷处理>不施磷处理>0.5倍施磷处理>正常施磷处理，其中1.5倍施磷处理的穗长显著大于正常施磷处理；各处理有效穗数、千粒重无显著差异；不施磷处理的谷草比显著大于其他处理，1.5倍施磷处理与正常施磷处理无显著差异但显著大于0.5倍施磷处理，正常施磷处理与0.5倍施磷处理间无显著差异。

从单因素角度分析磷肥对水稻生长发育的影响可知，磷肥的施用对水稻株高、有效穗数、千粒重无显著影响，但当地常规施磷量不利于水稻穗长的生长发育，合理施用磷肥有利于水稻光合产物的转化积累。

2.1.3 钾肥对水稻农艺性状的影响

分析N2P2K2、N2P2K0、N2P2K1和N2P2K3可得：各处理的株高、有效穗数、千粒重无显著差异；1.5倍施钾处理的穗长最长，为13.23 cm，而正常施钾处理的穗长最短，仅10.64 cm，两者之间差异显著；从谷草比来看，0.5倍施钾处理、正常施钾处理与1.5倍施钾处理差异不大，其中1.5倍施钾处理最大，显著大于不施钾处理。

从单因素角度分析钾肥对水稻生长发育的影响可知，钾肥的施用主要影响水稻穗长发育、改善水稻谷草比、优化其光合产物的转化效果。

2.2 不同处理对水稻产量的影响

不同处理水稻产量统计(实测含水质量分数为28.0%，标准含水质量分数按13.5%计算)如表4所示，不施肥处理产量明显低于其他施肥处理，说明肥料是水稻生长过程中不可缺少的养分来源。

表4 不同处理水稻产量统计

分析N0P2K2、N1P2K2、N2P2K2和N3P2K2处理可得，施氮处理的水稻产量明显大于不施氮处理，说明氮素是水稻生长发育非常重要的元素，直接影响水稻产量。分析N2P0K2、N2P1K2、N2P2K2和N2P3K2处理可得：不施磷处理的水稻产量明显低于其他施磷处理；随着施磷量增加，水稻产量逐渐升高，当施磷量达到常规施磷量的1.5倍时水稻产量出现下降。这说明过高的施磷量对产量会产生负面影响，原因可能是过高的施磷量影响水稻对钙、镁、铁等中微量元素的吸收，同时还有可能影响水稻对氮的吸收。分析N2P2K2、N2P2K0、N2P2K1和N2P2K3可得，0.5倍施钾处理的水稻产量最高，其次是未施钾处理，正常施钾处理和1.5倍施钾处理产量均低于未施钾处理。这说明在该试验中水稻对外施钾肥需求量不高，可能是由于土壤中本身钾含量偏高所致。

2.3 肥料效应模型与推荐施肥量

对此试验进行三元二次肥料效应模型拟合，所得三元二次肥料效应方程：

(1)

式中：y——稻谷产量；

x1、x2、x3——分别为氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)用量。

从式(1)可看出，二次项系数为负值，一次项系数为正值，F检验(F=5.27>F0.05=0.06)显著，方程拟合成功[10-11]，并根据肥料价格及产品价格(尿素2 000元/t、普钙600元/t、氯化钾2 450元/t，当地当年稻谷收购价2.90元/kg)得出最大施肥量、最大施肥产量及最佳施肥量、最佳施肥产量[12](表5)。结果表明，当地最佳施氮(N)量为28.04 kg/亩，最佳施磷(P2O5)量为6.72 kg/亩，最佳施钾(K2O)量为0.61 kg/亩，N、P2O5、K2O质量比为1.00∶0.24∶0.02。

表5 N、P2O5、K2O回归分析 kg/亩

3 结语

上海市崇明区滧东村往年水稻施肥量为亩施50 kg尿素、30 kg复合肥(15-15-15)，折N 27.5 kg、P2O54.5 kg和K2O 4.5 kg。这种不平衡、不根据实际情况进行调整的肥料投入，会导致土壤中氮、磷、钾比例的失调[13]。试验证明，肥料仍然是水稻生长发育中不可缺少的部分，对水稻产量起着决定性作用，而减施增效措施会改善水稻农艺性状及产量。在化肥的施用中，氮、磷、钾的合理配施对产量有显著影响。

通过试验可得出如下结论：缺氮会影响水稻植株的分蘖能力，根本性影响产量，根据当地状况适量施用氮肥能增加水稻有效穗数；当地常规施磷量不足以满足植株生长需求，多施磷肥能提高谷草比，改善水稻光合产物的转化能力；当地土壤含钾量较高，可适当减少钾肥施用量。在三因素分析中，结合边际收益与边际成本得出，当地水稻最佳施肥量为氮(N)28.04 kg/亩、磷(P2O5)6.72 kg/亩、钾(K2O)0.61 kg/亩，N、P2O5、K2O质量比为1.00∶0.24∶0.02，此施肥条件下的水稻产量约为637.33 kg/亩。该试验的三元二次肥料效应方程拟合良好，数据可靠，有参考价值，对当地水稻生产中化肥的施用能起到指导作用。若在试验结果分析中无法成功拟合出三元二次肥料效应方程，可建立2种肥料间的二元二次方程或单种肥料的一元一次方程，通过侧面分析各肥料对水稻的影响。