孫婉薷 鞏宏杰 李竹 嵇康軒 王波

摘要：采用田間小區(qū)試驗，研究不同化肥水平對雙季稻產量、各生育期養(yǎng)分吸收與肥料利用效率的影響。結果表明，3個水稻季，50%常規(guī)氮磷施用水平（T1）、70%常規(guī)氮磷施用水平（T2）、100%常規(guī)氮磷施用水平（T3）、150%常規(guī)氮磷施用水平（T4）處理較不施氮磷肥（T0）處理的增產率分別為42.82%～79.62%、24.28%～48.37%、37.85%～77.48%，其中T2處理的邊際效應最高;施肥處理水稻植株氮素和磷素的積累總量（3季平均）分別較T0處理顯著提高39.48%～108.40%和46.08%～113.90%;隨著化肥投入量的增加，氮肥、磷肥吸收利用率則呈先上升后下降趨勢，其中T2處理最高、T4處理最低，T2處理的氮肥、磷肥吸收利用率較T4處理顯著提高了21.26%～39.77%、28.25%～53.60%。綜合產量、養(yǎng)分吸收和肥料利用率等指標，與100%常規(guī)氮磷施用水平（T3）相比，70%常規(guī)氮磷施用水平（T2）處理對水稻產量無顯著影響，且氮肥、磷肥吸收利用率最高，所以雙季稻產區(qū)有減肥30%的潛力。

關鍵詞：化肥減施;氮磷吸收;氮磷利用率;養(yǎng)分管理

中圖分類號：S511.06?? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）17-0100-07

收稿日期：2021-01-13

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（編號：2017YFD0800100）。

作者簡介：孫婉薷（1997—），女，陜西安康人，碩士研究生，主要從事植物營養(yǎng)與生態(tài)修復研究。E-mail：781398385@qq.com。

通信作者：王 波，博士，副教授，主要從事植物營養(yǎng)與生態(tài)修復研究。E-mail：wangb@suda.edu.cn。

水稻是我國重要的糧食作物，在我國的種植面積與產量占糧食作物的26%和32%[1]，化肥的施用為我國水稻增產作出了巨大貢獻，緩解了糧食需求壓力，保障了我國糧食安全[2-3]。但近年來，為了追求高產量常常會施用過量的化肥，我國水稻種植過程中普遍存在化肥投入高、肥料利用率低、養(yǎng)分流失大等問題，并且過量的氮磷流入周圍河流、湖泊等水體中，加劇了農業(yè)面源污染，引發(fā)嚴重的環(huán)境問題[4-5]。

因此，這種大量施用化肥的生產模式亟待轉變，以滿足農業(yè)綠色發(fā)展的現(xiàn)實需求。大量研究表明，隨著施肥量的增加，水稻產量和肥料利用率呈先增后降的趨勢，且氮肥的施用有助于稻米提升營養(yǎng)和品質[6-7]，但化肥施用量增加會加劇氮磷流失[8-9]，增大溫室氣體排放的效應值[10]。鑒于此，本研究選擇丘陵區(qū)典型雙季稻田，通過連續(xù)3個水稻季觀測不同化肥水平對雙季稻產量、各生育期養(yǎng)分吸收與肥料利用效率的影響，以期為雙季稻產區(qū)探索適宜的化肥施用水平提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗田位于湖南省長沙縣金井鎮(zhèn)的中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所長沙農業(yè)環(huán)境觀測研究站的雙季稻稻區(qū)（112°56′～113°30′E、27°55′～28°40′N，海拔135 m），多年平均氣溫17.5 ℃，無霜期約為274 d，多年平均降水量為1 422 mm。土壤類型為花崗巖發(fā)育的水稻土，0～20 cm耕層土壤基本理化性質為全氮含量2.54 g/kg，全磷含量 0.62 g/kg，全鉀含量38.8 g/kg，有機碳含量 22.1 g/kg，容重1.07 g/cm3，pH值為5.31。

1.2 試驗設計

試驗設置5個化肥梯度，即0%F（T0）、50%F（T1）、70%F（T2）、100%F（T3）、150%F（T4）。以當?shù)剞r民的氮、磷肥施用量為100%基準。早稻化肥正常用量為氮肥（N）120 kg/hm2，磷肥（P2O5） 75 kg/hm2，鉀肥（K2O）100 kg/hm2。晚稻化肥正常用量為氮肥（N）150 kg/hm2，磷肥（P2O5）75 kg/hm2，鉀肥（K2O）100 kg/hm2。氮肥采用尿素，磷肥采用鈣鎂磷肥，鉀肥采用氯化鉀。氮肥按基肥 ∶分蘗肥=3 ∶1分次施用，磷肥和鉀肥作基肥一次性施用。每個化肥梯度設3次重復，共15個處理，小區(qū)面積為270 m2。

試驗時間為2018年早稻季至2019年早稻季。移栽日期分別為2018年4月28日、2018年7月28日、2019年4月27日，行間距為27 cm×27 cm。移栽前1 d施用基肥，移栽2周后施追肥和除草劑芐丁。移栽1個月后，人工排水曬田。曬田10 d后復水，并施用殺蟲劑蟲酰肼，在收獲前2星期左右再次排水曬田。

1.3 樣品采集與分析方法

水稻收獲前1 d，在每小區(qū)取5個樣方（每個 1 m2）估測產量，所獲籽粒風干后稱質量，折合成含13.5%水分的標準產量，即為最后實際產量。

試驗期間采集植物樣測定生物量和植株含氮量、含磷量。分別于水稻分蘗期、抽穗期和成熟期，各小區(qū)取代表性5穴，根據(jù)5穴的平均質量和田間小區(qū)插秧密度來確定分蘗期、抽穗期植株生物量，收獲期生物量則根據(jù)小區(qū)樣方測產來計產。分蘗期、抽穗期分別測定水稻根系和地上部含氮量、含磷量，收獲期測定水稻根系、留茬、秸稈和籽粒含氮量、含磷量。取樣后，將各部分分開后用烘箱105 ℃下殺青30 min，80 ℃下烘干至恒質量，粉碎并過60目篩備用。植物干樣采用H2SO4-H2O2消煮，流動分析儀測定氮含量，釩鉬黃比色法測定磷含量[11]。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

（1）化肥的邊際效應計算公式為

MU=ΔYΔF。

式中：MU代表邊際效應，kg/kg;Y代表產量，kg/hm2;F代表化肥施用量，kg/hm2。

（2）氮（N）、磷（P2O5） 2種養(yǎng)分的吸收利用效率參數(shù)計算公式相同，以氮為例介紹如下：

生育期水稻總吸氮量（kg/hm2）=根系生物量×根系含氮量+秸稈生物量×秸稈含氮量+籽粒生物量×籽粒含氮量;

氮素積累總量（kg/hm2）=籽粒生物量×籽粒含氮量+秸稈生物量×秸稈含氮量;

每100 kg籽粒需氮量（kg/hm2）=氮積累總量/稻谷產量×100;

氮肥吸收利用率=（施氮區(qū)氮積累總量-未施氮區(qū)氮積累總量）/施氮量×100%。

采用Excel 2013和SPSS 19.0 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行計算分析，并制作表格。

2 結果與分析

2.1 稻田產量及其構成因素

由表1可以看出，籽粒產量隨著化肥施用水平的提高而增多，且T1、T2、T3、T4處理的籽粒產量均顯著高于T0處理，因此施用化肥能顯著提高水稻籽粒產量。3個水稻季，各施肥處理的增產率分別為42.82%～79.62%、24.28%～48.37%、37.85%～77.48%。但T2、T3、T4處理間籽粒產量及籽粒增產量均無顯著差異，表明化肥水平高于70%F后，化肥投入量持續(xù)增加，但水稻籽粒產量并沒有顯著增加。其中，T2處理的邊際效應最高，T1處理次之，隨后是T3與T4處理，這說明隨著化肥施用水平的提高，化肥的邊際效應先升高再降低，在70%F水平下化肥的邊際效應達到最大。

產量構成因素方面，隨著化肥施用水平的提高，株高、結實率、千粒質量均增加。早稻季，T2、T3、T4處理的水稻株高顯著高于T0處理，而晚稻季僅有T4處理的水稻株高顯著高于T0處理，表明早稻季氣溫低，化肥施用對水稻株高的影響較為顯著，而晚稻季氣溫高，水稻植株長勢良好，化肥施用對水稻株高的影響較小。3個水稻季，T2、T3、T4處理的水稻千粒質量均顯著高于T0處理，所以70%F及以上化肥水平能顯著提高水稻的千粒質量，從而提高水稻產量。

2.2 不同生育階段養(yǎng)分積累量

由表2可知，2018年早稻季，分蘗至抽穗期是水稻氮素吸收量占比最高的時期，各處理的占比為31.89%～40.92%。2018年晚稻季，移栽至分蘗期是水稻氮素吸收量占比最高的時期，各處理的占比為45.90%～56.12%?？傮w來看，隨著施肥水平的提高，水稻的氮素各階段吸收量及吸收總量均呈上升趨勢，其中T4處理的水稻氮素吸收總量最高，早稻季為108.35 kg/hm2，晚稻季為164.25 kg/hm2。T1、T2、T3、T4處理的水稻氮素吸收總量均顯著高于T0處理，說明施用化肥能顯著提高水稻的氮素吸收量，但T2與T3處理各階段氮素吸收量及總吸收量間差異均不顯著。

由表3可知，分蘗至抽穗期是水稻磷素吸收量占比最高的時期。2018年早稻季，分蘗至抽穗期，各處理的磷素吸收量占磷素吸收總量的43.56%～48.58%。2018年晚稻季，分蘗至抽穗期，各處理的磷素吸收量占磷素吸收總量的29.75%～41.75%。總體來看，隨著施肥水平的提高，水稻的磷素各階段吸收量及吸收總量均呈上升趨勢，T4處理的水稻磷素吸收總量最高，早稻季為21.47 kg/hm2，晚稻季為26.55 kg/hm2。T1、T2、T3、T4處理的水稻磷素吸收總量均顯著高于T0處理，且T1、T2、T3處理的磷素吸收總量均無顯著差異。

2.3 成熟期養(yǎng)分分配情況

由表4、表5可知，水稻成熟期各部位吸氮量、吸磷量表現(xiàn)為籽粒>秸稈>根>留茬，且籽粒的氮素、磷素吸收量占地上部的大部分。隨著施肥量的增加，植株各部位的吸氮量、吸磷量均呈上升趨勢。

3個水稻季，收獲時各施肥處理根、留茬、秸稈和籽粒的吸氮量分別為5.66～10.21 kg/hm2、2.50～7.30 kg/hm2、22.15～60.17 kg/hm2和41.61～86.57 kg/hm2，其中秸稈和籽粒帶走的總氮量為66.00～146.74 kg/hm2。2018年早稻季，T2、T3、T4處理的根、留茬、秸稈和籽粒氮素吸收量均顯著高于T0處理。2018年晚稻季，T1、T2、T3、T4處理的秸稈和籽粒氮素吸收量均顯著高于T0處理。2019年早稻季，T1、T2、T3、T4處理的根、留茬、秸稈和籽粒氮素吸收量均顯著高于T0處理，說明化肥施用可以顯著提高水稻成熟期各部分的吸氮量。3個水稻季，T2、T3處理的根、留茬、秸稈和籽粒氮素吸收量均無顯著差異。

3個水稻季， 收獲時各施肥處理根、留茬、 秸稈和籽粒的吸磷量分別為0.83～1.78 kg/hm2、0.35～0.87 kg/hm2、3.60～7.67 kg/hm2和10.47～16.23 kg/hm2，其中秸稈和籽粒帶走的總磷量為14.07～23.90 kg/hm2。3個水稻季，T2、T3、T4處理的秸稈和籽粒磷素吸收量均顯著高于T0處理;T2、T3處理根和籽粒的磷素吸收量無顯著差異。

2.4 氮素磷素利用率

由表6、表7可知，隨著化肥投入量的增加，雙季稻植株的氮素、磷素積累總量及100 kg籽粒吸氮量、吸磷量均呈上升趨勢;而氮肥、磷肥吸收利用率則呈先上升后下降趨勢。

T0處理平均氮素、磷素積累總量分別為55.51、10.12 kg/hm2，T1、T2、T3、T4處理的平均氮素、磷素積累總量與T0相比分別提高了39.48%、64.11%、79.04%、108.40%和46.13%、72.45%、95.35%、113.97%。T1、T2、T3、T4處理的氮素、磷素積累總量均顯著高于T0處理，表明施用化肥能顯著提高水稻的氮素、磷素積累總量。

3個水稻季，氮肥、磷肥吸收利用率均以T2處理最高、T4處理最低，這表明在50%～70%F梯度，隨著化肥水平的提高，氮肥、磷肥吸收利用率呈上升趨勢;而在70%～150%F梯度，隨著化肥水平的提高，氮肥、磷肥吸收利用率呈下降趨勢。2018年晚稻季，各施肥處理的氮肥、磷肥吸收利用率均無顯著差異;2018年和2019年早稻季，T2處理的氮肥、磷肥吸收利用率顯著高于T4處理，說明早稻季化肥水平從70%F提高到150%F會顯著降低氮肥、磷肥吸收利用率。

3 討論與結論

氮磷是水稻植株生長發(fā)育及產量形成的關鍵限制因素[12-13]。本研究中，連續(xù)3個水稻季的試驗結果表明，T0處理籽粒產量顯著低于其他施肥處理，表明肥料的施用可以顯著提高籽粒產量。增加施氮量、施磷量可以促使水稻有效分蘗，增加成熟期穗數(shù)，提高每穗粒數(shù)和結實率，進而獲得高產[14-16]。楊建等在吉林地區(qū)的研究表明，水稻產量會隨著施氮量的增加而先增加后下降，當?shù)适┯昧砍^ 180 kg/hm2，水稻產量反而會下降[17]。而本研究T4處理晚稻季施氮肥225 kg/hm2，但產量并未下降，可能是由于紅土N、P比較缺乏[18]，土壤自身養(yǎng)分供應不足。晚稻季的產量高于早稻季，一是由于晚稻氮肥施用量更高，二是晚稻種植期間氣溫較高，利于作物生長。

水稻本身對氮磷有吸收和固定作用[19]。本研究中，隨化肥投入的增加，水稻植株總吸氮量、總吸磷量及成熟期各部分吸氮量、吸磷量均呈上升趨勢，說明施肥可以提高水稻各個生育期氮素、磷素的積累量。有研究表明，施肥可以提高各生育期的氮素積累量[20]，并增加水稻各部分的干物質及養(yǎng)分積累量[21]。而氮素、磷素積累總量的增加，會提高水稻干物質積累總量，進而增加產量[22-23]。

施肥處理水稻植株氮素和磷素的積累總量（3季平均）分別較T0處理顯著提高39.48%～108.40%和46.08%～113.90%，施肥顯著提高了水稻植株氮磷吸收量。這表明自然條件下土壤提供的氮素和磷素不能充分滿足水稻生長需求，施肥能提高植株氮磷吸收量，但并非施肥量越高植株氮磷吸收量就越高。馮濤等的研究中，當施氮量在 0～225 kg/hm2時，水稻植株的氮素吸收量隨施氮量的增加而增加，但當施氮量超過225 kg/hm2后植株的氮素吸收量基本保持穩(wěn)定[24]。本研究中，T2與T3處理氮素、磷素積累總量和100 kg籽粒吸氮量、吸磷量的差異均不顯著，說明70%F處理的氮磷施用量短期內不會對水稻植株的氮磷吸收量產生顯著影響。

氮磷肥吸收利用方面的研究相對較多，如張洪程等就不同化肥施用量對干物質積累量及氮磷吸收特性的影響進行了相關研究，發(fā)現(xiàn)植株吸氮量和吸磷量、干物質累積量、每100 kg籽粒需氮量均隨施肥量的增加而增加，但氮磷肥吸收利用率及農學利用率均隨著施肥量的增加而先增加后減少[25-27]，這與本研究得到的結果一致。適量施肥可以促進水稻增加側生根數(shù)量，同時使根毛變密變長，進而提高水稻植株的養(yǎng)分吸收表面積及吸收能力，但是過量的氮肥反而會促進莖部生長，抑制根部延長[28-29]。施肥可以促進水稻對養(yǎng)分的吸收，但超過一定限度，化肥施用量越高，損失越多，利用率下降，所以應該合理施肥，以提高肥料利用率。而本研究中各施肥處理的氮肥利用率和磷肥利用率分別達到27.42%～40.05%和8.63%～14.74%，與張福鎖等的研究結果[3]相似。

我國45%的稻田施用了過量的氮肥[30]，已有研究表明，減肥10～20%并不會顯著影響水稻籽粒產量，能保證高產穩(wěn)產，并且對植株地上部的氮、磷、鉀含量無顯著影響[31-32]。本研究結果也表明，70%F處理（即減肥30%）對水稻產量無顯著影響，且氮肥、磷肥吸收利用率最高，所以雙季稻產區(qū)有減肥30%的潛力。

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