酸性硫酸鹽土壤水稻氮磷鉀肥推薦用量指標(biāo)研究

黃旭　唐拴虎　楊少海　黃巧義　蔣瑞萍　李蘋　付弘婷

摘 要 針對酸性硫酸鹽土壤（ASS）養(yǎng)分障礙性因素多、水稻產(chǎn)量較低的狀況，通過開展田間肥效試驗(yàn)，采用肥料效應(yīng)函數(shù)法及養(yǎng)分平衡法模擬水稻推薦施肥指標(biāo)。結(jié)果表明，采用養(yǎng)分平衡法獲得的氮磷鉀推薦用量更適宜ASS水稻生產(chǎn)，推薦ASS早稻依目標(biāo)產(chǎn)量從4 500～7 500 kg/hm2分別施用N 67～112 kg/hm2、P2O5 59～98 kg/hm2、K2O 84～140 kg/hm2，氮磷鉀配比為1 ∶ 0.87 ∶ 1.25；晚稻依目標(biāo)產(chǎn)量從4 500～7 500 kg/hm2分別施用N 53～88 kg/hm2、P2O5 55～92 kg/hm2、K2O 71～118 kg/hm2，氮磷鉀配比為1 ∶ 1.04 ∶ 1.33。

關(guān)鍵詞 酸性硫酸鹽土壤；水稻；推薦施肥指標(biāo)；肥料效應(yīng)函數(shù)；養(yǎng)分平衡

中圖分類號 S365 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

酸性硫酸鹽土壤（acid sulphate soils，簡稱ASS）是一種廣泛分布于熱帶、亞熱帶沿海三角洲平原和低緯度海岸帶的特殊的沖積土壤[1]，在我國主要分布于廣東、福建、海南及廣西等濱海地區(qū)，廣東省面積約為1.04萬hm2，占全省土壤面積的8.07%[2]。該類型土壤富含還原性硫化物的成土母質(zhì)或土層，經(jīng)氧化后產(chǎn)生硫酸，并伴隨鋁、錳、鐵等毒害，農(nóng)作物產(chǎn)量水平普遍較低，在生產(chǎn)中氮磷鉀養(yǎng)分用量常難以把握[3-6]。

通過田間肥效試驗(yàn)構(gòu)建施肥模型并獲得相應(yīng)的養(yǎng)分施用指標(biāo)是合理施肥研究體系中的一個重要構(gòu)成部分，一般通過用經(jīng)驗(yàn)函數(shù)來描述作物產(chǎn)量和施肥量之間的定量關(guān)系，或模擬作物生長發(fā)育的整個過程， 估算作物對養(yǎng)分的需求量等方式實(shí)現(xiàn)[7]。戢林等[8]以水稻3414試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，研究其三元二次施肥模型、一元施肥模型、線性+平臺型對3414 肥料試驗(yàn)結(jié)果的擬合情況，并獲得相應(yīng)的施肥指標(biāo)值。李娟等[9]建立了土測值與氮、磷、鉀推薦用量的回歸方程式，獲得了不同土壤肥力等級的水稻氮、磷、鉀推薦用量。蘇榮瑞等[10]通過肥料效應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果為數(shù)據(jù)源構(gòu)建Logistic逐步回歸模型，得到不同目標(biāo)產(chǎn)量下的Logistic模型。本研究中采用“3414”最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，研究不同養(yǎng)分水平對ASS水稻生長的影響，并通過肥料效應(yīng)函數(shù)法及養(yǎng)分平衡法模擬ASS水稻推薦施肥指標(biāo)，以期獲得ASS地區(qū)水稻最佳養(yǎng)分施用量，為指導(dǎo)ASS地區(qū)水稻生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試材料 供試水稻品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N銀晶軟占，早稻播種日期為2月20日，插秧日期為3月20日，于7月23日開始收獲。晚稻播種日期為7月24日，插秧日期為8月13日，于11月13日開始收獲。

試驗(yàn)用肥料分別為：尿素（含N46%）、過磷酸鈣（含P2O5 12%）、氯化鉀（含K2O 60%）。

1.1.2 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)于2011年3～11月在廣東省臺山市沖蔞鎮(zhèn)齊洛村開展，試驗(yàn)地土壤為酸性硫酸鹽土，常年連作種植水稻，試驗(yàn)前土壤基本狀況為：pH 4.2、有機(jī)質(zhì)33.0 g/kg、堿解氮N 125.9 mg/kg、有效磷P2O5 7.5 mg/kg、速效鉀K2O 66.0 mg/kg、交換性酸6.53 cmol/kg、活性鐵Fe 6.38 g/kg、交換性鋁Al 6.0 cmol/kg、陽離子交換量15.2 cmol/kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用“3414”完全實(shí)施方案（表1），即氮磷鉀三因素，4個養(yǎng)分水平共14個處理。4個水平中：0水平指不施肥，2水平為當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥量，1水平=2水平×0.5，3水平=2水平×1.5。其中2水平N用量180 kg/hm2，P2O5用量60 kg/hm2，K2O用量180 kg/hm2。每處理設(shè)3重復(fù)，小區(qū)試驗(yàn)面積為20 m2，每小區(qū)間田基用尼龍薄膜覆蓋，以防養(yǎng)分滲漏，各小區(qū)均單灌單排。各施肥處理磷肥均作底肥于栽植前全部施入，鉀肥于水稻移栽前及移栽后25 d分別施入總量的60%及40%，氮肥于水稻移栽前、移栽后5～7 d及移栽后25 d分別施入總量的40%、20%及40%。

1.2.2 樣品采集與分析方法 植株養(yǎng)分吸收量指標(biāo)：水稻成熟收割前一天，避開小區(qū)邊行和兩端的水稻，隨機(jī)而均勻地在各處理不同重復(fù)內(nèi)各選取一行1 m長的樣段，拔出水稻，將根部泥土清洗干凈后脫粒，并將稻桿及稻谷裝袋，105 ℃殺青20 min，70 ℃烘干后制樣，常規(guī)分析法測定植株樣本的N、P、K含量[11]。

產(chǎn)量指標(biāo)：收獲時按不同處理將整區(qū)水稻收割脫粒，自然風(fēng)干后清除秕谷并稱重。

產(chǎn)量構(gòu)成因素指標(biāo)：避開小區(qū)邊行和兩端的水稻，每小區(qū)調(diào)查10株水稻的穗數(shù)，用紙袋收集各重復(fù)一整株有效穗數(shù)居中的稻穗，風(fēng)干后脫粒，分別數(shù)秕粒及實(shí)粒數(shù)后稱粒重，從而獲得有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率、穗粒數(shù)、千粒重等數(shù)據(jù)。

水稻百千克稻谷養(yǎng)分吸收量計(jì)算公式為：

UN=×100 （1）

其中，UH為水稻百千克稻谷養(yǎng)分吸收量，WS為稻稈產(chǎn)量，WG為稻谷產(chǎn)量，NCS為稻稈養(yǎng)分含量，NCG為稻谷養(yǎng)分含量。

養(yǎng)分表觀利用率（RE）計(jì)算公式為：

REM=×100 （2）

其中，REM代表不同元素養(yǎng)分表觀利用率（REN、REP、REK），U為施用養(yǎng)分后作物收獲時植株的養(yǎng)分吸收總量，U0為未施相應(yīng)養(yǎng)分時作物收獲期植株的養(yǎng)分吸收總量，F(xiàn)代表相應(yīng)養(yǎng)分的投入量。

缺素區(qū)相對產(chǎn)量計(jì)算公式為：

RYM=×100 （3）

其中，RYM代表缺素區(qū)（RYN、RYP、RYK）相對產(chǎn)量，YM為缺素區(qū)（YN、YP、YK）產(chǎn)量，YNPK為全肥區(qū)（N2P2K2）產(chǎn)量。

養(yǎng)分平衡法計(jì)算推薦施肥量公式為：

FR= （4）

其中，F(xiàn)R為推薦施肥量，UH為水稻百千克籽粒養(yǎng)分吸收量，TY為水稻目標(biāo)產(chǎn)量，RYM為缺素區(qū)（RYN、RYP、RYK）相對產(chǎn)量，REM為對應(yīng)元素（REN、REP、REK）養(yǎng)分表觀利用率。

統(tǒng)計(jì)分析方法：試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用Microsoft excel 2003和SPSS18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，LSD法檢驗(yàn)差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮磷鉀養(yǎng)分用量對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

早稻試驗(yàn)結(jié)果表明（表2），N2P2K2處理產(chǎn)量最高，為4 664 kg/hm2，P2K2基礎(chǔ)上，氮用量從0水平增加至3水平，水稻分別增產(chǎn)3.2%、13.7%及2.8%；N2K2基礎(chǔ)上，磷用量從0水平增加至3水平，水稻分別增產(chǎn)2.6%、10.9%及2.9%；N2P2基礎(chǔ)上，鉀用量0水平增加至3水平，水稻分別增產(chǎn)8.7%、17.3%及16.5%；但各處理間產(chǎn)量差異未達(dá)顯著水平。N2P2K3處理的有效穗最高，N3P2K2處理的穗實(shí)粒數(shù)最高，N0P0K0處理的結(jié)實(shí)率最高，各處理間千粒重?zé)o明顯差異。說明不同養(yǎng)分用量水平處理的增產(chǎn)作用主要表現(xiàn)在促進(jìn)水稻有效穗形成及增加穗粒數(shù)上。

晚稻試驗(yàn)產(chǎn)量結(jié)果表現(xiàn)趨勢與早稻有所不同（表3），N1P2K2處理產(chǎn)量最高，為4 373 kg/hm2，P2K2基礎(chǔ)上，氮用量從0水平增加至3水平，水稻分別增產(chǎn)8.2%、2.1%及-12.0%；N2K2基礎(chǔ)上，磷用量從0水平增加至3水平，水稻分別增產(chǎn)2.1%、12.2%及6.6%；N2P2基礎(chǔ)上，鉀用量0水平增加至3水平，水稻分別增產(chǎn)7.3%、9.3%及10.2%；各處理間產(chǎn)量差異未達(dá)顯著水平。有效穗數(shù)總體較早稻有所提高，但大部分處理穗實(shí)粒數(shù)及結(jié)實(shí)率大幅下降，使其總體產(chǎn)量較早稻有一定幅度降低。

2.2 酸性硫酸鹽土壤水稻氮磷鉀養(yǎng)分用量的優(yōu)化

推薦施肥指標(biāo)體系的構(gòu)建就是數(shù)量化模擬施肥與產(chǎn)量之間的確定性關(guān)系，通過模擬作物生長發(fā)育所需的基本條件，估算作物對養(yǎng)分的需求量。目前運(yùn)用較廣泛和成熟的包括肥料效應(yīng)函數(shù)法及養(yǎng)分平衡法等。本研究分別采用兩種方法對養(yǎng)分用量進(jìn)行優(yōu)化對比，從而獲得最適水稻生長的養(yǎng)分推薦量。

2.2.1 肥料效應(yīng)函數(shù)法進(jìn)行優(yōu)化 眾多研究表明[8-10，12-14]，肥料效應(yīng)函數(shù)能夠通過建立二次多項(xiàng)式來反映施肥量與產(chǎn)量間的拋物線型關(guān)系及養(yǎng)分間的交互作用，且易于統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)算最佳施肥量。通過3414試驗(yàn)結(jié)果，分別建立了早晚稻產(chǎn)量二次多項(xiàng)式模型（表4）。

建立的二次多項(xiàng)式模型經(jīng)F檢驗(yàn)，均未達(dá)到α=0.05顯著水平，說明根據(jù)本模型進(jìn)行模擬的養(yǎng)分推薦量可能存在一定偏差。使用偏導(dǎo)法通過邊際分析計(jì)算相應(yīng)的最佳經(jīng)濟(jì)效益施肥量，即dy/dx=px/py（py為稻谷價格，px為肥料養(yǎng)分價格）時的施肥量，依據(jù)“只有當(dāng)邊際產(chǎn)值與邊際成本的比率相等，且都大于或等于時，投入或投入組合才是合理的”生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，確定經(jīng)濟(jì)最佳施肥量[9]。計(jì)算結(jié)果時以三元二次方程結(jié)果為主，結(jié)合一元二次方程獲得的早晚稻最佳效益氮磷鉀養(yǎng)分推薦用量見下表4。結(jié)果表明，ASS早稻推薦施用N 147 kg/hm2、P2O5 53 kg/hm2、K2O 229 kg/hm2，晚稻推薦施用N 93 kg/hm2、P2O5 66 kg/hm2、K2O 204 kg/hm2。早晚稻推薦磷、鉀用量較接近，而氮用量差距較大，這是由于晚稻試驗(yàn)中N1P2K2處理的產(chǎn)量最高，而磷鉀肥增產(chǎn)效應(yīng)趨勢接近所致表5。

2.2.2 養(yǎng)分平衡法進(jìn)行優(yōu)化 通過分析不同養(yǎng)分用量水平處理的水稻相應(yīng)氮磷鉀養(yǎng)分吸收量，對一定目標(biāo)產(chǎn)量下的水稻進(jìn)行養(yǎng)分供給預(yù)測，以養(yǎng)分平衡的方式進(jìn)行模擬。

表6及表7為試驗(yàn)水稻養(yǎng)分吸收量及氮磷鉀肥表觀利用率結(jié)果。其中氮肥表觀利用率較低是由于本試驗(yàn)中土壤基礎(chǔ)氮養(yǎng)分含量較高，施用氮肥的增產(chǎn)效應(yīng)較低造成。同時，試驗(yàn)中設(shè)置的氮磷鉀養(yǎng)分施用量偏高也一定程度上降低了表觀利用率。

公式（4）計(jì)算得出養(yǎng)分推薦指標(biāo)列見表8。結(jié)果表明，ASS早稻依目標(biāo)產(chǎn)量從4 500～7 500 kg/hm2分別推薦施用N 67～112 kg/hm2、P2O5 59～98 kg/hm2、K2O 84～140 kg/hm2；晚稻依目標(biāo)產(chǎn)量從4 500～7 500 kg/hm2分別推薦施用N 53～88 kg/hm2、P2O5 55～92 kg/hm2、K2O 71～118 kg/hm2。早晚稻推薦用量相比，早稻氮磷鉀推薦用量均高于晚稻，其中氮、磷、鉀推薦用量分別高25.8%～26.8%、6.3%～6.9%及18.5%～19.5%。

3 討論與結(jié)論

本研究中采用的肥料效應(yīng)函數(shù)法及養(yǎng)分平衡法均是目前國內(nèi)外應(yīng)用較廣的一種估算施肥量的方法[7-10， 12]。其中肥料效應(yīng)函數(shù)法通過求函數(shù)極值、邊際分析等確定最大或經(jīng)濟(jì)最佳產(chǎn)量的施肥量， 單一試驗(yàn)點(diǎn)結(jié)果反映了特定土壤狀況下施肥量與產(chǎn)量之間的數(shù)量關(guān)系， 屬于生物統(tǒng)計(jì)模型。多點(diǎn)次試驗(yàn)結(jié)果的情況下還可結(jié)合土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)法對不同養(yǎng)分等級土壤進(jìn)行推薦施肥。前人通過肥料效應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果為數(shù)據(jù)源構(gòu)建Logistic逐步回歸模型，得到不同目標(biāo)產(chǎn)量下的Logistic模型，模型引入有效磷、速效鉀養(yǎng)分等級和氮肥用量為自變量，幾個回歸模型的顯著性和各參數(shù)效應(yīng)均滿足了顯著性檢驗(yàn)[10，15]。而養(yǎng)分平衡法通過比較基礎(chǔ)地力及高產(chǎn)區(qū)組間作物養(yǎng)分需求量差異，以作物目標(biāo)產(chǎn)量為預(yù)測點(diǎn)，模擬平衡供給作物養(yǎng)分吸收量。有研究將其應(yīng)用于水稻、玉米、油菜等作物上進(jìn)行推薦施肥[9，16]，其推薦指標(biāo)值由土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況決定，因此對于不同基因型水稻品種均具有一定指導(dǎo)意義。

本研究結(jié)果中，肥料效應(yīng)函數(shù)法推薦ASS早稻施用N 147 kg/hm2、P2O5 53 kg/hm2、K2O 229 kg/hm2，晚稻施用N 93 kg/hm2、P2O5 66 kg/hm2、K2O 204 kg/hm2。養(yǎng)分平衡法推薦ASS早稻依目標(biāo)產(chǎn)量從4 500～7 500 kg/hm2分別施用N 67～112 kg/hm2、P2O5 59～98 kg/hm2、K2O 84～140 kg/hm2，氮磷鉀配比為1 ∶ 0.87 ∶ 1.25；晚稻依目標(biāo)產(chǎn)量從4 500～7 500 kg/hm2分別施用N 53～88 kg/hm2、P2O5 55～92 kg/hm2、K2O 71～118 kg/hm2，氮磷鉀配比為1 ∶ 1.04 ∶ 1.33。兩種方法獲得的磷肥推薦量在低目標(biāo)產(chǎn)量水平時較接近，而氮、鉀推薦用量差異較大。雖然養(yǎng)分平衡法受土壤依存率（缺素區(qū)產(chǎn)量占目標(biāo)產(chǎn)量比重）影響，隨土壤肥力的提高而增加，土壤肥力越高，缺素區(qū)產(chǎn)量也就越高，而施肥增產(chǎn)率就越低，導(dǎo)致計(jì)算出來的推薦施肥量水平也就越低。但肥料效應(yīng)函數(shù)法形成的數(shù)學(xué)模型回歸檢驗(yàn)不顯著，根據(jù)模型獲得推薦值將存在一定偏差。因此在ASS水稻生產(chǎn)中，宜采用養(yǎng)分平衡法結(jié)果進(jìn)行推薦施肥。

此外，由于本試驗(yàn)采用常規(guī)稻品種，早、晚稻最高產(chǎn)處理產(chǎn)量分別為4 664 kg/hm2及4 375 kg/hm2，對于超過此產(chǎn)量水平的水稻養(yǎng)分需求量預(yù)測可能會出現(xiàn)誤差，而產(chǎn)量水平增高亦可能導(dǎo)致通過施肥轉(zhuǎn)化到土壤中去的養(yǎng)分減少，出現(xiàn)地力下降的情況，仍有待進(jìn)一步深入研究。

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