氮、磷、鉀配施對超級稻產(chǎn)量的肥料效應(yīng)

摘要：為了研究氮、磷、鉀平衡施肥對超級稻產(chǎn)量的肥料效應(yīng)，通過“3414”最優(yōu)回歸設(shè)計(jì)方法，在大田試驗(yàn)條件下研究了氮、磷、鉀配施對超級稻產(chǎn)量的影響，并探討了氮、磷、鉀單因素及互作效應(yīng)。結(jié)果表明，施用氮、磷、鉀均可以提高水稻產(chǎn)量，3種肥料配合施用的增產(chǎn)效果顯著高于任何2種肥料配施。氮、磷，鉀3種肥料的農(nóng)學(xué)利用率均隨施肥量的增加先增加后降低。氮、磷，鉀兩兩互作對水稻產(chǎn)量均有極顯著的影響，對產(chǎn)量的影響為氮磷>氮鉀>磷鉀；三元二次方程擬合結(jié)果確定試驗(yàn)區(qū)超級稻氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）最佳施用量為158.55、62.25、58.35 kg/hm2，可獲得最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量9 451.05 kg/hm2。

關(guān)鍵詞：超級稻；氮、磷、鉀配施；“3414”肥效試驗(yàn)；互作效應(yīng)；產(chǎn)量

中圖分類號：S511；S147.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）24-5990-06

水稻對氮、磷、鉀的吸收和利用受品種特性、施肥技術(shù)、管理措施及環(huán)境條件等因素的綜合影響，研究不同施肥水平下超級稻的養(yǎng)分吸收和利用規(guī)律，對超級稻高效施肥，提高肥料當(dāng)季利用率，減少環(huán)境污染有著重要意義[1]。隨著超級稻推廣面積的擴(kuò)大，產(chǎn)量和化肥用量也逐漸增大，施肥成為提高水稻產(chǎn)量的一個(gè)重要手段，大量研究者在肥料合理施用及提高當(dāng)季利用率等方面進(jìn)行了研究，為肥料合理運(yùn)籌和水稻高產(chǎn)、高效栽培提供了理論依據(jù)[2-6]。但隨著產(chǎn)量的增加，肥料的施用增加幅度卻遠(yuǎn)高于產(chǎn)量的增加幅度[7]，有研究認(rèn)為，生產(chǎn)同樣多的稻谷，在高產(chǎn)條件下需要更多的養(yǎng)分供應(yīng)[8]，超級稻在高養(yǎng)分供應(yīng)條件對養(yǎng)分的吸收前人研究多集中在氮營養(yǎng)方面[9-11]，在磷、鉀肥方面的研究較少，且超級稻的產(chǎn)量差異與肥料的施用水平、施用比例、施用方法及養(yǎng)分交互作用研究方面的數(shù)據(jù)還較缺乏[12]。本研究利用超級稻品種在不同施肥量和施肥比例下，采用水稻測土配方施肥技術(shù)，通過田間試驗(yàn)示范，綜合比較肥料投入、作物產(chǎn)量、肥料當(dāng)季利用率等指標(biāo)，探討氮、磷、鉀肥交互作用對產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收的影響，旨在為制定超級稻高產(chǎn)、高效施肥技術(shù)提供理論依據(jù)，同時(shí)為“3414”試驗(yàn)數(shù)據(jù)的歸納總結(jié)提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)水稻品種為超級稻品種Q優(yōu)6號，系重慶中一種業(yè)有限公司選育的遲熟秈型中稻。該品種于2006年通過國家品種審定委員會和湖北省農(nóng)作物品種審定委員會審定，系農(nóng)業(yè)部首批超級稻認(rèn)定品種，目前已推廣應(yīng)用面積達(dá)13萬hm2。該品種全生育期137 d，豐產(chǎn)性好，株型緊湊，分蘗中等，莖稈粗壯，穗大粒多，成熟期轉(zhuǎn)色好，品質(zhì)優(yōu)，適宜于長江流域?qū)彛ㄕJ(rèn)）定水稻區(qū)域作中稻種植。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)與供試土壤

試驗(yàn)于2011年在湖北省襄陽市吳店鎮(zhèn)周寨村（超級稻品種示范與推廣項(xiàng)目示范區(qū)）進(jìn)行。項(xiàng)目區(qū)全年日平均氣溫15.5 ℃，年平均降水量大部分地區(qū)在865～1 080 mm，降水多集中在每年6～8月，多年平均蒸發(fā)量為672.4 mm，最大蒸發(fā)量在6～7月。 項(xiàng)目區(qū)年光照時(shí)間在2 009.6～2 059.7 h，無霜期220～240 d，全年大于10 ℃的活動(dòng)積溫為5 299 ℃，年平均太陽輻射量為423～444 kJ/cm2。

試驗(yàn)田選擇中等肥力田塊，于試驗(yàn)前取0～20 cm耕層土壤測定養(yǎng)分含量，土壤堿解氮92 mg/kg，有效磷9.24 mg/kg，速效鉀131 mg/kg，有機(jī)質(zhì)1.95%，pH 6.4。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)《測土配方施肥技術(shù)規(guī)范》提出的氮、磷、鉀3因素、4水平、14個(gè)處理的“3414”試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案（表1）進(jìn)行。3因素是指氮、磷、鉀3個(gè)因子；4水平即0水平為不施肥，2水平為當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥量的平均值（評估值），1水平=2水平×0.5，3水平=2水平×1.5。隨機(jī)排列，2次重復(fù)，各小區(qū)肥料用量見表1。南北向排列，東西向重復(fù)，小區(qū)面積20 m2，各小區(qū)單獨(dú)排灌，小區(qū)間壘埂，覆蓋地膜，防串灌串排。

1.4 田間管理

4月20日播種，6月4日插秧，秧齡為6.2葉，秧苗較壯，帶蘗3～4個(gè)，基本苗密度均設(shè)為91.95萬/hm2。6月20日結(jié)合中耕除草第一次追肥，同時(shí)用30%稻瘟靈乳油1 500 mL/hm2對水900 L/hm2+18%三唑酮混合噴灑防治稻瘟病，用50%復(fù)合乳油1 000倍稀釋液+單甲脒水劑混合噴灑防治鉆心蟲1次；7月24日第二次追肥，同時(shí)用吡蟲啉、撲虱靈混合噴灑防治飛虱1次。9月28日測產(chǎn)驗(yàn)收。施肥方法：磷肥全部作基肥，氮肥和鉀肥70%作基肥，另外30%作追肥，分2次施用，各15%。試驗(yàn)小區(qū)單灌、單排、單打、單曬、單計(jì)產(chǎn)量。

1.5 測定指標(biāo)與數(shù)據(jù)分析

收獲前，各小區(qū)取代表性水稻6蔸，調(diào)查水稻株高、穗長、每穗粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重；全小區(qū)收獲，單收測產(chǎn)。參照文獻(xiàn)[13，14]計(jì)算土壤供肥量、肥料農(nóng)學(xué)利用率、肥料偏生產(chǎn)力、肥料貢獻(xiàn)率和土壤貢獻(xiàn)率。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2003軟件整理后用SPSS 11.5統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮、磷、鉀施用量對超級稻群體生長的影響

從表2可以看出，在氮因子處理中（即磷、鉀肥用量不變），株高、穗長隨施氮量增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢；適量施用氮肥能明顯增加最高苗數(shù)和有效穗數(shù)，繼續(xù)增加氮肥至236.25 kg/hm2時(shí)，最高苗數(shù)繼續(xù)增加，而有效穗數(shù)呈現(xiàn)略下降的趨勢，最高苗數(shù)以處理N3P2K2最高，有效穗數(shù)則以處理N2P2K2最高。在磷因子的處理中（即氮、鉀肥用量不變），株高、穗長隨著施磷量變化趨勢不明顯；最高苗數(shù)和有效穗數(shù)隨著施磷量的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢，以處理N2P2K2最高，繼續(xù)增加磷肥用量，有效穗數(shù)略有下降，下降幅度為3.37%，說明磷過量不利于分蘗成穗。在鉀因子的處理中（即氮、磷肥用量不變），株高、穗長隨著施鉀量增加呈現(xiàn)先降后升的趨勢，均以處理N2P2K3最高；有效穗數(shù)隨施鉀量的增加而增加，說明鉀對成穗有促進(jìn)作用。

2.2 氮、磷、鉀施用量對超級稻產(chǎn)量性狀的影響

由表3可知，在氮因子處理中，隨著施氮量的增加，其有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和每穗實(shí)粒數(shù)均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，以2水平施氮處理最高，當(dāng)施氮量達(dá)到3水平時(shí)下降，其中又以每穗實(shí)粒數(shù)下降最為明顯，下降幅度為13.4%。分析原因可能為穗粒數(shù)形成期為營養(yǎng)生長和生殖生長并進(jìn)，需肥量增加，此時(shí)也是決定每穗粒數(shù)的關(guān)鍵時(shí)期，配方施肥后，氮、磷、鉀比例趨于平衡，元素吸收相互促進(jìn)，一定程度上有利于每穗粒數(shù)增加，但隨著施肥量繼續(xù)增加，營養(yǎng)生長過量，影響和干擾了生殖生長，導(dǎo)致每穗粒數(shù)和實(shí)粒數(shù)下降。千粒重在各氮肥處理中變化不明顯。

在磷因子的處理中，有效穗數(shù)隨施磷量增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢，施磷量達(dá)到2水平時(shí)最高，繼續(xù)增加施磷量有效穗數(shù)反而有所下降；適當(dāng)使用磷肥能增加每穗粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)和千粒重，這與劉德友等[15]的研究結(jié)果一致，分析原因可能是磷、氮施用比例增加，單株養(yǎng)分供應(yīng)量增加，植株健壯，且干物質(zhì)重及充實(shí)度均增加，根系發(fā)達(dá)等。但繼續(xù)增加磷肥施用量時(shí)每穗粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)和千粒重均表現(xiàn)為下降趨勢。

在鉀因子的處理中，有效穗數(shù)和每穗實(shí)粒數(shù)表現(xiàn)為隨著施鉀量增加而增加的趨勢，每穗粒數(shù)和千粒重則表現(xiàn)為先減少后增加的趨勢。

2.3 氮、磷、鉀施用量對超級稻產(chǎn)量的影響及其增產(chǎn)效應(yīng)分析

由表4可知，施用氮、磷、鉀能明顯增加產(chǎn)量，以處理6（N2P2K2）產(chǎn)量最高，比無肥區(qū)（N0P0K0，產(chǎn)量最低）增產(chǎn)76.10%。將處理6（全肥區(qū)）分別與處理2（無氮區(qū)）、處理4（無磷區(qū)）、處理8（無鉀區(qū)）的產(chǎn)量進(jìn)行比較，得出N、P、K對超級稻的增產(chǎn)效應(yīng)，具體見表4。由表4可知，增產(chǎn)最明顯的為N肥，其增產(chǎn)效應(yīng)達(dá)到2 518.5 kg/hm2，增產(chǎn)率為35.16%，其次為K肥，增產(chǎn)效應(yīng)為1 023.0 kg/hm2，增產(chǎn)率為11.82%。從單位養(yǎng)分的增產(chǎn)效果看，N增產(chǎn)效果最佳，單位增產(chǎn)15.99 kg/kg；K次之，單位增產(chǎn)15.16 kg/kg；P最低，單位增產(chǎn)11.23 kg/kg。可見，3種肥料的增產(chǎn)效應(yīng)為N>K>P。

2.4 氮、磷、鉀不同施肥水平下的肥料利用效率

肥料農(nóng)學(xué)利用率反映的是施用1 kg純氮、磷、鉀增產(chǎn)稻谷的能力；肥料偏生產(chǎn)力反映作物吸收肥料氮、磷、鉀和土壤氮、磷、鉀后所產(chǎn)生的邊際效應(yīng)。隨著氮、磷、鉀施用量的增加，肥料農(nóng)學(xué)利用率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，以2水平處理肥料農(nóng)學(xué)利用率最高（表5），肥料偏生產(chǎn)力均呈明顯下降趨勢。

肥料貢獻(xiàn)率是指肥料對稻谷產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率，土壤貢獻(xiàn)率是指土壤基礎(chǔ)肥力對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)。水稻產(chǎn)量的獲得主要來自土壤肥力的貢獻(xiàn)，土壤N、P、K的貢獻(xiàn)率分別為73.99%～90.06%、93.21%～100.00%、89.43%～97.96%（表5）。其中，當(dāng)磷肥達(dá)到3水平時(shí)，肥料貢獻(xiàn)率為負(fù)值，表明試驗(yàn)區(qū)土壤中磷素過量，反而導(dǎo)致減產(chǎn)。肥料貢獻(xiàn)率的順序?yàn)镹>K>P，這與土壤基礎(chǔ)地力有關(guān)，試驗(yàn)區(qū)土壤氮處于低水平，而磷、鉀處于中等偏上水平。

2.5 常規(guī)5處理的相對產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分情況

對試驗(yàn)中缺素區(qū)處理N0P2K2、N2P0K2、N2P2K0的產(chǎn)量分別與全肥區(qū)處理 N2P2K2的產(chǎn)量進(jìn)行比較，以缺素區(qū)產(chǎn)量占全肥區(qū)產(chǎn)量的百分比即相對產(chǎn)量的高低反映土壤N、P、K養(yǎng)分的豐缺。相對產(chǎn)量低于50%的土壤養(yǎng)分為極低水平，50%～75%為低水平，75%～95%為中水平，大于95%為高水平[16]。從表6可知，試驗(yàn)區(qū)域土壤N處于低水平，P處于中等偏高水平，K處于中水平，表明施用氮肥能顯著增加產(chǎn)量，施用鉀肥有一定的增產(chǎn)效應(yīng)，施用磷肥無明顯增產(chǎn)效果。

2.6 肥料效應(yīng)模型與推薦施肥量

2.6.1 肥料效應(yīng)模型的擬合 分別采用一元二次、二元二次及三元二次肥料效應(yīng)模型對氮（XN）、磷（XP）、鉀（XK）施肥量與產(chǎn)量（Y）之間的關(guān)系進(jìn)行擬合，結(jié)果見表7。

在N因素肥料效應(yīng)中，純氮經(jīng)濟(jì)施用量為221.10 kg/hm2，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量為9 412.05 kg/hm2；純氮最大施用量為237.6 kg/hm2，最高產(chǎn)量為9 519.0 kg/hm2，與實(shí)際最高產(chǎn)量（9 681.0 kg/hm2）比較接近，方程可靠。

在P因素肥料效應(yīng)中，純磷的經(jīng)濟(jì)施用量為52.80 kg/hm2，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量為9 595.05 kg/hm2；純磷的最大施用量為57.90 kg/hm2，最高產(chǎn)量為9 599.95 kg/hm2。

在K因素肥料效應(yīng)中，純鉀的經(jīng)濟(jì)施用量為86.85 kg/hm2，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量為9 490.95 kg/hm2，純鉀最大施用量為97.20 kg/hm2，最高產(chǎn)量為9 501.45 kg/hm2。

依據(jù)二元回歸方程可知，氮、磷、鉀對產(chǎn)量的互作效應(yīng)為N、P正互作，N、K正互作，P、K負(fù)互作，互作效應(yīng)大小為NK>NP>PK。

2.6.2 最佳施肥配方推薦 依據(jù)統(tǒng)計(jì)分析擬合NPK的三元二次回歸方程表明施肥與產(chǎn)量之間為正相關(guān)，且達(dá)顯著水平，說明產(chǎn)量與氮、磷、鉀施用量之間有顯著的回歸關(guān)系，根據(jù)方程求解得最大施肥量為N 168.90 kg/hm2、P2O5 68.25 kg/hm2、K2O 58.35 kg/hm2，最高產(chǎn)量為9 464.25 kg/hm2。最佳施肥量為N 158.55 kg/hm2、P2O5 62.25 kg/hm2、K2O 58.35 kg/hm2，最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量為9 451.05 kg/hm2。

3 小結(jié)與討論

Ying等[2]認(rèn)為提高總干物重而非收獲指數(shù)對提高水稻產(chǎn)量更為重要，本試驗(yàn)也印證了這一結(jié)論，隨著施肥量的增加，谷草比間變化不明顯，甚至略呈下降趨勢，但總生物量明顯增加，且變化趨勢同產(chǎn)量變化趨勢一致，因此生產(chǎn)上構(gòu)建大群體生物量有利于水稻的產(chǎn)量增加。

Ao等[17]研究表明，水稻產(chǎn)量取決于單位面積的有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)，而有研究認(rèn)為單位面積有效穗數(shù)與每穗粒數(shù)呈負(fù)相關(guān)[18，19]，因此，要想獲得高產(chǎn)，關(guān)鍵在于協(xié)調(diào)穗數(shù)與粒數(shù)、粒數(shù)與結(jié)實(shí)率間的矛盾。本研究中，不同施肥處理間產(chǎn)量差異主要表現(xiàn)在有效穗數(shù)和穗粒數(shù)間的差異，從變異系數(shù)變化來看，不同施肥處理對有效穗數(shù)影響最大，變異系數(shù)為10.36%，每穗粒數(shù)次之，為7.99%，每穗實(shí)粒數(shù)和千粒重分別為3.88%、5.14%。隨著氮、磷、鉀用量的增加，產(chǎn)量并不是一直增加，反而有所下降，其主要原因即有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和每穗實(shí)粒數(shù)在高肥水平下反而下降。這與張軍等[20]研究結(jié)果一致，即增施肥料無疑是超級稻栽培的基本條件，而盲目地增施肥料未必就能完全發(fā)掘出超級稻大庫容的潛力。因此，通過穩(wěn)定有效穗數(shù)，適當(dāng)增加每穗粒數(shù)擴(kuò)大產(chǎn)量庫容，是實(shí)現(xiàn)超級稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要途徑。

施肥是水稻增產(chǎn)的重要措施，由于氮、磷、鉀虧缺構(gòu)成了水稻產(chǎn)量限制因子[21]。本試驗(yàn)中N、P、K作為養(yǎng)分限制因子對產(chǎn)量的作用效果順序?yàn)镹>K>P，N、P、K配合施用（N2P2K2）產(chǎn)量比N（N0P2K2）、K（N2P2K0）、P（N2P0K2）缺素區(qū)分別增產(chǎn)35.16%、11.82%、 7.28%。從相對產(chǎn)量來看，施用氮肥能明顯增加產(chǎn)量，施用鉀肥有一定的增產(chǎn)效應(yīng)，施用磷肥無明顯增產(chǎn)效果，表明本試驗(yàn)區(qū)土壤中磷元素豐富，在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)注意施好氮、鉀肥，控制好磷肥，以提高施肥的經(jīng)濟(jì)效益。

氮、磷、鉀是水稻生長的三大必需營養(yǎng)元素，大量研究表明，氮、磷、鉀的互作對作物產(chǎn)量有顯著影響[22，23]，且三者之間存在復(fù)雜的交互作用[24]。本研究中根據(jù)效應(yīng)模型結(jié)果得出氮、磷、鉀對產(chǎn)量的互作效應(yīng)為N、P正互作，N、K正互作，P、K負(fù)互作，互作效應(yīng)大小為NK>NP>PK。氮肥用量不變（2水平），增施鉀肥能增加產(chǎn)量，但鉀肥由0水平到1水平的增產(chǎn)幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1水平到2水平的增產(chǎn)幅度，當(dāng)鉀肥水平達(dá)到2水平時(shí)，繼續(xù)增加鉀肥產(chǎn)量反而降低，表明要保證產(chǎn)量的增加，維持氮、鉀的適宜水平很重要，因?yàn)榈?、鉀在植物代謝過程中有互補(bǔ)作用，不適宜的N/K會阻礙生長發(fā)育[25]。本研究中磷、鉀互作表現(xiàn)出負(fù)互作效應(yīng)，即其中一種肥料用量越低，另一種肥料增產(chǎn)效果越高。

供試田塊的整體地力屬中低水平，土壤中有效養(yǎng)分含量豐缺程度表現(xiàn)為低氮、高磷、中鉀。在該地力條件下，以2水平處理（N2P2K2）的產(chǎn)量最高，產(chǎn)量為9 681.0 kg/hm2。氮、磷、鉀對水稻產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為19.84%、2.74%、5.70%，相對應(yīng)土壤中氮、磷、鉀對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為80.16%、97.03%、94.30%，表明土壤基礎(chǔ)肥力對產(chǎn)量具有重要意義，因此在水稻生產(chǎn)中應(yīng)加強(qiáng)土壤基礎(chǔ)地力的培肥。

通過擬合肥料一元二次、二元二次和三元二次肥料效應(yīng)模型，發(fā)現(xiàn)一元二次肥料效應(yīng)方程N(yùn)、P肥料效應(yīng)模型達(dá)顯著水平，K肥料效應(yīng)模型未達(dá)顯著水平，而三元二次肥料方程達(dá)顯著水平，故應(yīng)用三元二次肥料模型推薦的施肥量更能反映試驗(yàn)地實(shí)際情況，可用于生產(chǎn)實(shí)踐指導(dǎo)施肥。根據(jù)三元二次肥料模型確定試驗(yàn)區(qū)獲得最高產(chǎn)量的純氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）施用量為168.90、68.25、58.35 kg/hm2，可獲得最高產(chǎn)量為9 464.25 kg/hm2；最佳產(chǎn)量的純氮、磷、鉀施用量為158.55、62.25、58.35 kg/hm2，可獲得最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量為9 451.05 kg/hm2。實(shí)際生產(chǎn)中，最高施肥量雖然能獲得最高產(chǎn)量，但過量的施肥會導(dǎo)致環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)效益下降，因此在生產(chǎn)實(shí)踐中確定配方施肥方案要結(jié)合土壤養(yǎng)分測定、品種需肥特性與目標(biāo)產(chǎn)量以及植株養(yǎng)分測定等因素綜合分析，同時(shí)還需在更大范圍內(nèi)布置田間試驗(yàn)，考慮不同土壤的供肥水平，提出不同土壤條件下的適宜肥料用量，以綜合確定某地區(qū)最佳的測土配方施肥技術(shù)，最大限度地提高肥料當(dāng)季利用率。

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