湖南晚稻施磷效應(yīng)及土壤速效磷豐缺指標(biāo)研究

陳 煦 ，魯艷紅 ，廖育林 ，羅尊長 ，黃鐵平 ，聶 軍

（1.湖南省水稻研究所，湖南 長沙 410125；2.湖南省土壤肥料研究所，湖南 長沙 410125；3.農(nóng)業(yè)部望城水稻土生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)野外觀測實(shí)驗(yàn)站，湖南長沙410125；4.湖南省土壤肥料工作站，湖南長沙410005）

水稻是我國最重要的糧食作物，其產(chǎn)量高低直接關(guān)系到我國的糧食安全[1]。湖南省位于長江中下游洞庭湖以南，水稻播種面積和產(chǎn)量均居我國第一。施肥是作物增產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，然而在當(dāng)前水稻生產(chǎn)中，不合理或盲目施肥現(xiàn)象相當(dāng)普遍，不僅造成肥料效應(yīng)不能充分發(fā)揮，土壤肥力下降，同時(shí)導(dǎo)致資源浪費(fèi)和環(huán)境污染等問題突出[2]。

根據(jù)作物的養(yǎng)分需求及土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況，施肥成為關(guān)鍵。磷是植物必需的營養(yǎng)元素之一[3]，是植物體內(nèi)許多重要化合物的組成部分，也是許多生理過程不可缺少的元素。全國第二次土壤普查期間，我國土肥科技工作者開展了測土推薦施肥參數(shù)和土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)研究，但隨著農(nóng)民施肥方式、施肥用量、栽培方式及土壤養(yǎng)分狀況的變化，當(dāng)時(shí)制定的指標(biāo)已經(jīng)不能適應(yīng)目前生產(chǎn)條件的需要。我國從2005年開始在全國范圍內(nèi)開展測土配方施肥工作，對于科學(xué)準(zhǔn)確地評價(jià)農(nóng)業(yè)土壤肥力狀況、制定新的作物施肥指標(biāo)體系和促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[4]。研究通過分析湖南省不同地區(qū)近年來的晚稻磷肥田間試驗(yàn)，研究晚稻施磷對產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響，探討土壤速效磷與施磷效應(yīng)的關(guān)系，建立晚稻種植體系中不同區(qū)域土壤速效磷肥力指標(biāo)，旨在為湖南晚稻生產(chǎn)高效施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

數(shù)據(jù)來源于2005～2010年期間在湖南進(jìn)行的89個(gè)晚稻田間肥效試驗(yàn)。根據(jù)行政區(qū)劃和地理位置將試驗(yàn)點(diǎn)分為3個(gè)區(qū)域。具體劃分如下。

湘北環(huán)洞庭湖平原、低山丘陵區(qū)：資陽、岳陽、大通湖、桃江、平江、臨湘、湘陰、南縣、汨羅、赫山、臨澧、津市、桃江、鼎城、華容；湘東-湘中丘陵、中低山區(qū)：湘潭、洞口、邵陽、澧臨、新邵、寧鄉(xiāng)、邵東、武岡、漣源、長沙、韶山、婁星、株洲、隆回、湘鄉(xiāng)、瀏陽；湘南中低山、丘陵區(qū)：道縣、江永、冷水灘、汝城、衡東、衡南、常寧、衡山、祁陽、資興、耒陽、衡陽、東安、祁東、藍(lán)山、桂陽、永興、零陵、嘉禾、安仁、寧遠(yuǎn)。

其中布置在湘北環(huán)洞庭湖平原、低山丘陵區(qū)的試驗(yàn)點(diǎn)39個(gè)，湘東-湘中丘陵、中低山區(qū)22個(gè)，湘南中低山、丘陵區(qū)28個(gè)。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)施磷（+P）和不施磷對照（CK）處理。由于不同田塊磷素肥力的差異，施磷（+P）處理磷肥用量變化幅度為P2O530～135 kg/hm2，試驗(yàn)施磷（+P）處理磷肥平均用量為P2O559 kg/hm2。氮、鉀施用量一般為 N 150 kg/hm2，K2O 75 kg/hm2。氮、磷、鉀化肥品種分別為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。磷肥全部作基肥在早稻移栽時(shí)施用，60%～70%的氮、鉀肥作基肥施用，余下的作分蘗肥于晚稻移栽后5～7 d追施。小區(qū)面積20m2，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，其他栽培管理措施與當(dāng)?shù)卮筇锕芾硪恢?。耕作制度為雙季稻種植制度。

供試田塊耕層基礎(chǔ)土壤主要養(yǎng)分狀況見表1。

1.2.2 測定及分析方法 土壤的pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀采用常規(guī)分析方法測定[5]。產(chǎn)量以各小區(qū)實(shí)收計(jì)產(chǎn)。

1.2.3 土壤速效磷豐缺指標(biāo)建立方法 根據(jù)晚稻產(chǎn)量對土壤有效養(yǎng)分含量的響應(yīng)，建立土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)體系。具體方法為用對照區(qū)和施磷區(qū)的產(chǎn)量計(jì)算相對產(chǎn)量，用獲得的相對產(chǎn)量與土壤速效磷含量進(jìn)行方程擬合。

表1 供試田塊耕層基礎(chǔ)土壤養(yǎng)分基本狀況（n=89）

計(jì)算相對產(chǎn)量的公式為：相對產(chǎn)量（%）=不施磷處理產(chǎn)量/施磷處理產(chǎn)量×100

建立的數(shù)學(xué)模型為：y=a ln（x）+b[6-7]，式中 y為相對產(chǎn)量（%），x為土壤速效磷含量（mg/kg）。以相對產(chǎn)量＜75%、75%～95%、＞95%為標(biāo)準(zhǔn)，將土壤速效磷含量定為“低”、“中”、“高”3 個(gè)豐缺等級，計(jì)算并建立土壤速效磷豐缺指標(biāo)。

用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用磷肥的產(chǎn)量效應(yīng)及經(jīng)濟(jì)效益分析

如表2所示，晚稻施磷（+P）具有較明顯的增產(chǎn)效果，3個(gè)區(qū)域所有試驗(yàn)點(diǎn)94.4%的試驗(yàn)施磷均增產(chǎn)，平均增產(chǎn)率達(dá)6.3%。湘北環(huán)洞庭湖平原、低山丘陵區(qū)晚稻施磷（+P）較不施磷（CK）處理平均增產(chǎn)稻谷408 kg/hm2，平均增產(chǎn)率5.3%，每千克 P2O5平均增收5.34 kg稻谷；湘東-湘中丘陵、中低山區(qū)施磷平均增產(chǎn)339 kg/hm2，增產(chǎn)幅度5.0%，每千克P2O5平均增產(chǎn)8.14 kg稻谷；湘南中低山、丘陵區(qū)施磷平均增產(chǎn)436 kg/hm2，增產(chǎn)幅度7.1%，每千克P2O5平均增產(chǎn)10.59 kg稻谷。

經(jīng)濟(jì)收益是農(nóng)民種植農(nóng)作物追求的的目標(biāo)之一。通過計(jì)算施磷增加的利潤表明，晚稻施用磷肥的經(jīng)濟(jì)效益較高（表2）。僅15.7%試驗(yàn)晚稻施磷出現(xiàn)負(fù)利潤，84.3%的試驗(yàn)晚稻施磷獲利，施磷平均增加利潤達(dá)到431.79元/hm2，增加利潤最高達(dá)1 649.90元/hm2。其中，湘東-湘中區(qū)晚稻施磷較不施磷平均增加收入562.21元/hm2，湘南區(qū)平均增收507.49元/hm2，湘北區(qū)平均增收303.85元/hm2。

當(dāng)肥料施用產(chǎn)投比達(dá)到2.0時(shí)，一般認(rèn)為經(jīng)濟(jì)效益顯著，而產(chǎn)投比為1.0～2.0時(shí)盡管經(jīng)濟(jì)效益不顯著，但基本為農(nóng)民所接受，當(dāng)?shù)陀?.0時(shí)則會(huì)虧本[8]。產(chǎn)投比分析結(jié)果表明晚稻施磷能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益（表2），所有試驗(yàn)平均產(chǎn)投比為2.64，最高產(chǎn)投比達(dá)到10.26。若以產(chǎn)投比作為判定標(biāo)準(zhǔn)，56.2%的田塊晚稻施磷經(jīng)濟(jì)效益顯著，24.7%的田塊施磷雖能增收但效果不明顯，19.1%的田塊施磷在經(jīng)濟(jì)上出現(xiàn)了虧損。

表2 磷肥施用量及施磷對水稻產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響

2.2 土壤速效磷含量對施磷效應(yīng)的影響

土壤速效磷含量與晚稻產(chǎn)量及施磷效果回歸分析表明（表3），土壤速效磷含量與對照產(chǎn)量極顯著相關(guān)（r=0.443 6**，n=89），說明土壤磷素養(yǎng)分對晚稻產(chǎn)量的貢獻(xiàn)是隨土壤速效磷增加而提高的。

表3 土壤速效磷（x，mg/kg）與晚稻籽粒產(chǎn)量及施磷增產(chǎn)增收效果（y）的關(guān)系（n=89）

土壤速效磷含量顯著影響晚稻施磷增產(chǎn)效應(yīng)。土壤速效磷與施磷增產(chǎn)量及增產(chǎn)率均呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.646 2**和-0.693 7**（n=89），與相對產(chǎn)量極顯著正相關(guān)（r=0.682 4**，n=89），說明隨土壤速效磷含量的提高晚稻施磷的增產(chǎn)趨勢減緩。

土壤速效磷也顯著影響施磷經(jīng)濟(jì)效益。土壤速效磷含量與施磷增加的利潤及施磷產(chǎn)投比均呈極顯著性負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.530 4**和-0.429 8**（n=89），表明施磷經(jīng)濟(jì)回報(bào)隨著土壤速效磷含量的提高而呈遞減的變化趨勢。

2.3 土壤速效磷豐缺分級指標(biāo)的建立

土壤肥力指標(biāo)法是基于農(nóng)作物營養(yǎng)元素的土壤化學(xué)原理，以生物相對指標(biāo)校驗(yàn)土壤有效養(yǎng)分肥力指標(biāo)，確立相應(yīng)的分級范圍值，用于指導(dǎo)土壤肥力評價(jià)和科學(xué)施肥[9]。土壤速效磷含量與晚稻產(chǎn)量效應(yīng)及施磷經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。因此，可以利用土壤速效磷含量來建立晚稻種植體系中磷素養(yǎng)分的豐缺分級指標(biāo)，作為雙季稻種植區(qū)晚稻是否需要施磷及施磷量多少的判定依據(jù)。由于湖南省不同地區(qū)地形地貌、土壤類型、氣候條件及土壤本身養(yǎng)分含量的差異，本研究在建立湖南省晚稻土壤速效磷指標(biāo)同時(shí)，也按湘北環(huán)洞庭湖平原、低山丘陵區(qū)，湘東-湘中丘陵、中低山區(qū)和湘南中低山、丘陵區(qū)3個(gè)區(qū)域分別建立土壤速效磷豐缺指標(biāo)。

以相對產(chǎn)量為縱坐標(biāo)，土壤速效磷為橫坐標(biāo)，根據(jù)相對產(chǎn)量對土壤速效磷含量的響應(yīng)關(guān)系，建立對數(shù)曲線回歸模型（圖1）。湖南省及3個(gè)區(qū)域回歸模型的決定系數(shù)（R2）表明相對產(chǎn)量和土壤速效磷的相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平。以相對產(chǎn)量＜75%、75%～95%、＞95%為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算湖南省晚稻土壤速效磷“低”、“中”、“高”豐缺指標(biāo)分別為“＜1.3 mg/kg”、“1.3～19.0 mg/kg”和“＞19.0 mg/kg”；湘北環(huán)洞庭湖平原、低山丘陵區(qū)分別為“＜1.4mg/kg”、“1.4～18.5 mg/kg”和“＞18.5mg/kg”；湘東-湘中丘陵、中低山區(qū)分別“＜2.2 mg/kg”、“2.2～19.4 mg/kg”和“＞19.4 mg/kg”；湘南中低山、丘陵區(qū)為“＜1.1mg/kg”、“1.1～19.8 mg/kg”和“＞19.8mg/kg”。

圖1 相對產(chǎn)量與土壤速效磷的關(guān)系圖

3 結(jié)論與討論

土壤磷素的豐缺狀況，是衡量土壤肥力水平高低的標(biāo)志之一[10]。土壤中的磷素主要來自母質(zhì)中的含磷礦物、土壤有機(jī)質(zhì)及施用的含磷肥料。根據(jù)全國第二次土壤普查的結(jié)果，湖南省土壤速效磷含量＜10 mg/kg的耕地面積占總耕地面積的80%以上，＜5 mg/kg的面積超過50%[11]。但是經(jīng)過長期耕種，尤其是在20世紀(jì)80年代后中國化肥施用經(jīng)歷了一個(gè)快速增長期，同時(shí)由于耕作技術(shù)的提高，農(nóng)田土壤肥力水平有了較大變化。近期的研究結(jié)果普遍認(rèn)為，與20年前相比，農(nóng)田土壤肥力水平有較大提高[12-13]。本研究的89個(gè)試驗(yàn)中沒有土壤速效磷＜5 mg/kg的試驗(yàn)點(diǎn)，土壤速效磷＜10 mg/kg的占10.1%，其他試驗(yàn)點(diǎn)土壤速效磷均＞10 mg/kg。表明經(jīng)過20多年的耕種和磷肥施用，農(nóng)田土壤速效磷含量有了較大幅度提高，這與全國其他地方的研究結(jié)果是一致的。

與該地區(qū)早稻施磷相比[14]，晚稻施磷的增產(chǎn)效果和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)雖不及早稻，但在本研究的89個(gè)試驗(yàn)中，有94.4%的試驗(yàn)晚稻施磷水稻產(chǎn)量是增加的，所有試驗(yàn)平均增產(chǎn)率為6.3%，平均產(chǎn)投比2.64，其中，56.2%的試驗(yàn)施磷產(chǎn)投比＞2.0，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)收益；晚稻施磷平均增加利潤431.79元/hm2，這說明晚稻施磷仍然具有一定的增產(chǎn)效果和經(jīng)濟(jì)效益，在晚稻生產(chǎn)中仍要重視磷肥的合理施用。

根據(jù)不同作物，不同區(qū)域，通過土壤養(yǎng)分測試和田間肥效試驗(yàn)建立土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)，是指導(dǎo)土壤肥力評價(jià)和科學(xué)施肥的關(guān)鍵。20世紀(jì)80至90年代，國內(nèi)眾多學(xué)者對土壤速效養(yǎng)分豐缺指標(biāo)開展了大量研究，建立了適合當(dāng)時(shí)生產(chǎn)條件的土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)，但是由于當(dāng)前農(nóng)田土壤速效磷養(yǎng)分狀況及耕作條件與20年前相比都有了很大變化，速效磷的指標(biāo)應(yīng)該有相應(yīng)變化。我國土肥科技工作者在全國第二次土壤普查期間，將全國水稻土Olsen-P“低”“中”“高”水平分別確定為“＜2.6±1.4mg/kg”、“（2.6±1.4）～（11±3.5）mg/kg”和“＞11±3.5mg/kg”[11]，本研究建立的湖南省晚稻土壤速效磷“低”、“中”、“高”豐缺指標(biāo)分別為“＜1.3mg/kg”、“1.3～19.0mg/kg”和“＞19.0mg/kg”。

以往研究對于水稻土養(yǎng)分指標(biāo)的研究一般忽略了早稻、晚稻和中稻的指標(biāo)差異[15]，但實(shí)際上早稻、晚稻和中稻生長對于磷素養(yǎng)分的需求是有差異的，因而在研究土壤速效磷指標(biāo)時(shí)不僅要考慮不同類型的作物，同一類型作物不同季別的差異也應(yīng)給予充分考慮。研究建立的湖南省不同地區(qū)的晚稻土壤速效磷的“低”、“中”、“高”豐缺指標(biāo)與早稻[14]相比均有一定的差異。

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