雙季稻最佳磷肥和鉀肥用量與密度組合研究

徐新朋, 王秀斌, 李大明, 柳開(kāi)樓, 余喜初, 梁國(guó)慶, 何 萍, 周 衛(wèi)*

(1中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081;2北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源研究所，北京 100097; 3江西省紅壤研究所，江西進(jìn)賢 331717)

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雙季稻最佳磷肥和鉀肥用量與密度組合研究

徐新朋1,2, 王秀斌1, 李大明3, 柳開(kāi)樓3, 余喜初3, 梁國(guó)慶1, 何 萍1, 周 衛(wèi)1*

(1中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081;2北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源研究所，北京 100097; 3江西省紅壤研究所，江西進(jìn)賢 331717)

【目的】為明確磷肥、鉀肥用量和移栽密度對(duì)雙季稻的施用效果，在田間試驗(yàn)條件下研究了不同磷肥用量、鉀肥用量和移栽密度組合對(duì)江西雙季稻產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成要素及磷肥和鉀肥利用率的影響?！痉椒ā勘狙芯坎捎昧褏^(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究了不同施磷量和移栽密度、不同施鉀量和移栽密度對(duì)雙季稻產(chǎn)量、磷肥和鉀肥利用率的影響。磷肥用量和移栽密度試驗(yàn)中，設(shè)4個(gè)施磷水平(P2O50、60、90、120 kg/hm2，以P0、P60、P90和P120表示)和4種移栽密度(21×104、27×104、33×104、39×104穴/hm2，以D21、D27、D33和D39表示)組合。鉀肥用量和移栽密度試驗(yàn)中，設(shè)4個(gè)施鉀水平(K2O 0、90、120、150 kg/hm2，以K0、K90、K120和K150表示)，密度設(shè)置同磷肥試驗(yàn)。在水稻成熟期對(duì)產(chǎn)量以及產(chǎn)量構(gòu)成要素進(jìn)行測(cè)定，并分析其磷素和鉀素的吸收量和利用率等指標(biāo)?！窘Y(jié)果】磷肥與密度試驗(yàn)中，同一施磷水平下，早稻產(chǎn)量和地上部磷素吸收量隨著移栽密度的增加而增加，當(dāng)施磷量超過(guò)60 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量和磷素吸收量不再隨密度增加而顯著增加，磷素吸收利用率(REP)、磷素農(nóng)學(xué)效率(AEP)和磷素偏生產(chǎn)力(PFPP)逐步降低，以P60D39處理組合的產(chǎn)量和磷素吸收利用率最高，分別為5303.9 kg/hm2和24.4%，AEP為29.4 kg/kg; 晚稻則以施磷量在60 kg/hm2和33×104穴/hm2密度組合的產(chǎn)量和磷素吸收利用率最高，分別為7246.9 kg/hm2和42.4%，AEP為36.2 kg/kg。鉀肥與密度試驗(yàn)中，早稻的鉀素吸收量隨著施鉀量的增加而增加，施鉀量在120 kg/hm2和39×104穴/hm2密度組合的處理產(chǎn)量和鉀素吸收利用率(REK)最高，分別為6376.3 kg/hm2和67.2%，此時(shí)鉀素農(nóng)學(xué)效率(AEK)為15.6 kg/kg; 晚稻則以施鉀量在90 kg/hm2和33×104穴/hm2密度組合的處理產(chǎn)量和REK最佳，分別為7025.6 kg/hm2和74.0%，AEK為21.7 kg/kg?！窘Y(jié)論】合理的磷肥、鉀肥用量和移栽密度可以顯著增加水稻單位面積有效穗數(shù)和養(yǎng)分累積量，進(jìn)而增加水稻產(chǎn)量和肥料利用率，但過(guò)高的磷肥和鉀肥施用會(huì)抑制產(chǎn)量的進(jìn)一步增加。建議本研究區(qū)域的早稻采用施磷量在60 kg/hm2、施鉀量120 kg/hm2和39×104穴/hm2的密度組合，而晚稻采用施磷量60 kg/hm2、施鉀量90 kg/hm2和33×104穴/hm2的密度組合。

水稻; 磷肥用量; 鉀肥用量; 移栽密度; 產(chǎn)量; 養(yǎng)分利用率

我國(guó)是水稻種植大國(guó)，水稻種植面積占世界水稻總種植面積的20%，而稻谷總產(chǎn)量占世界稻谷總產(chǎn)量的29%，集約化水稻生產(chǎn)體系在我國(guó)糧食生產(chǎn)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，在保障國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際糧食安全上都發(fā)揮著不可替代的作用。研究表明，改良水稻品種以及提高管理措施可以顯著提高水稻產(chǎn)量[1-2]。然而，農(nóng)民的過(guò)量及不平衡施肥等現(xiàn)象極其普遍，阻止了產(chǎn)量進(jìn)一步增加，相反導(dǎo)致肥料利用率低下[3]。氮肥用量和移栽密度的合理搭配顯著提高了水稻產(chǎn)量和氮肥利用率[4-6]，而磷肥和鉀肥的投入對(duì)維持土壤肥力和作物高產(chǎn)也是必需的。然而，我國(guó)一些水稻種植區(qū)出現(xiàn)磷肥投入過(guò)高，而鉀肥投入量不足等現(xiàn)象，導(dǎo)致施肥嚴(yán)重失衡，而且不同地區(qū)的肥料施用量差異較大。Dobermann[7]研究顯示全球在過(guò)去20年每年的鉀素表現(xiàn)為負(fù)平衡，約為-60 kg/hm2，而印度和印度尼西亞每年的鉀素?fù)p失約為2040 kg/hm2，我國(guó)一些水稻種植區(qū)域已出現(xiàn)嚴(yán)重的鉀素負(fù)平衡[8]。合理施用磷肥和鉀肥，可以提高水稻抗性，降低病蟲害的發(fā)生率[9]，提高作物品質(zhì)[10]。而合理密植可以增加有效穗數(shù)，提高單位面積穎花量，提高水稻產(chǎn)量[11]。為此，本研究在綜合前人研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了不同施磷量和施鉀量與移栽密度對(duì)雙季稻產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)性狀、磷肥和鉀肥吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的影響，以期為雙季稻磷肥和鉀肥合理施用、以及高產(chǎn)高效栽培技術(shù)提供科學(xué)基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014年布置在江西省紅壤性水稻田塊，位于江西省紅壤研究所試驗(yàn)基地。土壤肥力中等，磷、 鉀含量相對(duì)較低，土壤類型為水稻土。供試的早稻和晚稻品種分別為益禾9號(hào)和天豐優(yōu)T025。磷肥密度試驗(yàn)中，早稻耕作層土壤的基本理化性狀為有機(jī)質(zhì)30.21 g/kg、全氮1.95 g/kg、全磷0.65 g/kg、全鉀12.06 g/kg、速效磷 8.47 mg/kg、速效鉀 63.41 mg/kg、pH 4.96; 晚稻耕作層土壤的基本理化性狀為有機(jī)質(zhì)14.73 g/kg、全氮1.67 g/kg、全磷0.73 g/kg、全鉀15.15 g/kg、速效磷 23.38 mg/kg、速效鉀 73.10 mg/kg、pH 5.10。鉀肥密度試驗(yàn)中，早稻耕作層土壤的基本理化性狀為有機(jī)質(zhì)22.43 g/kg、全氮1.45 g/kg、全磷0.54 g/kg、全鉀12.85 g/kg、速效磷 9.80 mg/kg、速效鉀 84.73 mg/kg、pH 5.24; 晚稻耕作層土壤的基本理化性狀為有機(jī)質(zhì)14.69 g/kg、全氮1.67 g/kg、全磷0.68 g/kg、全鉀15.72 g/kg、速效磷 21.18 mg/kg、速效鉀 60.41 mg/kg、pH 5.04。

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，施肥量為主區(qū)，面積120 m2，密度為副區(qū)，面積為30 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，三次重復(fù)，晚稻施肥量和密度與早稻的設(shè)置相同。磷肥試驗(yàn)中，施磷水平設(shè)0、60、90和120 kg/hm24個(gè)水平，分別記作P0、P60、P90和P120; 移栽密度設(shè)每公頃21萬(wàn)穴(20 cm × 23.8 cm)、27萬(wàn)穴(20 cm × 18.5 cm)、33萬(wàn)穴(20 cm × 15.2 cm)和39萬(wàn)穴(20 cm × 12.8 cm)4種，分別記作D21、D27、D33和D39。鉀肥試驗(yàn)中，施鉀水平設(shè)0、90、120和150 kg/hm24個(gè)水平，分別記作K0、K90、K120和K150; 移栽密度設(shè)置同磷肥試驗(yàn)。

早稻播種日期為3月26日，移栽日期為4月22日，收獲日期為7月21日。晚稻播種日期為6月21日，移栽日期為7月30日，收獲日期為11月14日。氮肥分基肥、分蘗肥、穗肥3次施用，基肥、分蘗肥和穗肥比例為4 ∶3 ∶3； 磷肥全部用作基肥； 鉀肥分基肥和穗肥，比例為5 ∶5。試驗(yàn)使用的肥料品種為: 尿素(N 46%)、鈣鎂磷肥(P2O512.5%)和氯化鉀肥(K2O 60%)，磷肥試驗(yàn)中各處理施用尿素326.1 kg/hm2和氯化鉀肥200 kg/hm2，折合N和K2O分別為150和120 kg/hm2。鉀肥試驗(yàn)中各處理施用尿素326.1 kg/hm2和鈣鎂磷肥720 kg/hm2，折合N和P2O5分別為150和90 kg/hm2。試驗(yàn)小區(qū)間作埂隔離，并用塑料膜覆蓋埂體, 保證各小區(qū)單獨(dú)排灌并防止水肥滲出。

圖1　不同磷肥用量和移栽密度下水稻產(chǎn)量Fig.1　Rice yield under different phosphorus rate and transplanting density [注(Note): 柱上不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Different letters above the bars for different treatments are significantly different at 0.05 probability level.]

1.2測(cè)定項(xiàng)目及方法

水稻成熟后，每個(gè)小區(qū)單獨(dú)收割測(cè)定子粒產(chǎn)量，采集有代表性的植株5兜，對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成要素進(jìn)行考察，包括有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率。將收獲后的子粒和秸稈樣品在60℃下烘干(72 h)，分別稱量秸稈和子粒重量，取部分樣品粉碎后測(cè)定磷和鉀的養(yǎng)分含量。秸稈和子粒中磷和鉀含量采用H2SO4-H2O2方法消煮，并分別用釩鉬黃比色法和原子吸收法測(cè)定。相關(guān)計(jì)算方法:

磷素吸收利用率(P recovery efficiency，REP)=(施磷區(qū)植株地上部磷累積量-空白區(qū)地上部植株磷累積量)/施磷量×100%;

磷素農(nóng)學(xué)效率(agronomic efficiency of applied P，AEP)=(施磷區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量)/施磷量;

磷素偏生產(chǎn)力(partial factor productivity of applied P，PFPP)=施磷區(qū)產(chǎn)量/施磷量;

鉀素相關(guān)計(jì)算方法同磷。

數(shù)據(jù)采用Excel 2007 和SAS軟件進(jìn)行分析處理。

2　結(jié)果與分析

2.1施肥和密度對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

2.1.1 磷肥和密度對(duì)水稻產(chǎn)量的影響試驗(yàn)結(jié)果表明，磷肥用量及移栽密度對(duì)水稻產(chǎn)量具有顯著影響(圖1)。早稻以P60D39的處理組合產(chǎn)量最高，為5303.9 kg/hm2; 晚稻以P60D33的處理組合產(chǎn)量最高，為7246.9 kg/hm2(表1)。水稻產(chǎn)量隨著施磷量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，P60與P0、P90和P120相比，早稻產(chǎn)量分別提高了43.9%、3.7%和7.3%，晚稻產(chǎn)量分別提高了44.0%、5.7%和6.2%。從密度因子看，增加水稻移栽密度可以顯著增加早稻產(chǎn)量，以D39的產(chǎn)量最高，D39與D21、D27和D33相比，產(chǎn)量分別增加了59.3%、 37.7%和18.7%，說(shuō)明增加早稻移栽密度可以顯著增加早稻產(chǎn)量。而對(duì)于晚稻而言，移栽密度與產(chǎn)量呈拋物線關(guān)系，以D33的產(chǎn)量最高，與其它密度處理相比，高0.8%27.8%。

表1　不同磷肥用量和移栽密度處理下水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

注(Note): P—磷肥 P2O5rate; D—種植密度 Planting density. 數(shù)值后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters are significantly different at 0.05 level among treatments. ns—未達(dá)顯著水平No significant; **表示達(dá)到1%顯著水平 Mean significant difference at 1% level.

施磷量、移栽密度以及二者的交互作用對(duì)早稻產(chǎn)量的影響達(dá)到了顯著水平，增加移栽密度對(duì)單位面積有效穗數(shù)和單個(gè)穗子的穗粒數(shù)的影響達(dá)到了顯著水平，但對(duì)結(jié)實(shí)率無(wú)影響(表1)。在同一施磷水平下有效穗數(shù)隨著移栽密度的增加而增加，都以D39的有效穗數(shù)最高，而單個(gè)穗的穗粒數(shù)則相反，但有效穗數(shù)并未隨著施磷量的增加而增加，相反當(dāng)施磷量超過(guò)60 kg/hm2時(shí)，有效穗數(shù)有所降低，早稻產(chǎn)量不再增加。對(duì)于晚稻而言，施磷量和移栽密度對(duì)產(chǎn)量的影響達(dá)到了顯著水平，但二者的交互作用不顯著。增加移栽密度對(duì)有效穗數(shù)的影響達(dá)到了顯著水平，但對(duì)單個(gè)穗的穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率無(wú)影響。與早稻不同的是，D33和D39的有效穗數(shù)無(wú)差異，但單個(gè)穗的穗粒數(shù)D33要高于D39處理。當(dāng)施磷量超過(guò)60 kg/hm2時(shí)，晚稻產(chǎn)量不再增加，但P60D33處理組合的產(chǎn)量要高于P60D39處理組合。

2.1.2 鉀肥和密度對(duì)水稻產(chǎn)量的影響試驗(yàn)結(jié)果表明，鉀肥用量及移栽密度對(duì)水稻產(chǎn)量具有顯著影響(圖2)。早稻以K120D39的處理組合產(chǎn)量最高，為6376.3 kg/hm2; 晚稻以K90D33的處理組合產(chǎn)量最高，為7025.6 kg/hm2(表2)。早稻產(chǎn)量隨著移栽密度的增加而增加，以D39的產(chǎn)量最高，與其它移栽密度相比，產(chǎn)量提高了9.2%61.1%。而晚稻則以D33的產(chǎn)量最高，但增產(chǎn)幅度要低于早稻，為3.2%20.4%。施用鉀肥可以顯著提高水稻產(chǎn)量，但施鉀量與產(chǎn)量呈拋物線關(guān)系，早稻以K120的產(chǎn)量最高，與K0、K90和K150相比，產(chǎn)量分別高30.9%、10.6%和1.0%。晚稻則是以K90的產(chǎn)量最高，與K0、K120和K150相比，產(chǎn)量分別高出42.9%、 5.7%和4.9%。

圖2　不同鉀肥用量和移栽密度下水稻產(chǎn)量Fig.2　Rice yield under different potassium application and transplanting density

移栽密度對(duì)早稻和晚稻有效穗數(shù)和單個(gè)穗子的穗粒數(shù)的影響達(dá)到了顯著水平，對(duì)早稻結(jié)實(shí)率的影響達(dá)到了顯著水平，而對(duì)晚稻的結(jié)實(shí)率則無(wú)影響(表2)。在同一施鉀水平下早稻有效穗數(shù)隨著移栽密度的增加而增加，都以D39的有效穗數(shù)最高，而單個(gè)穗的穗粒數(shù)卻相反。高的移栽密度并沒(méi)有增加晚稻有效穗數(shù)，以D33的有效穗數(shù)最高，說(shuō)明晚稻可以適當(dāng)降低移栽密度。施鉀對(duì)早稻和晚稻產(chǎn)量的影響都達(dá)到了顯著水平，都呈先增加后降低的趨勢(shì)。鉀肥用量和移栽密度主要通過(guò)增加有效分蘗而提高水稻有效穗數(shù)及總穗粒數(shù)，進(jìn)而增加水稻產(chǎn)量，二者的交互作用對(duì)早稻產(chǎn)量的影響達(dá)到了顯著水平，而對(duì)晚稻產(chǎn)量則不顯著。

表2　不同鉀肥用量和移栽密度下水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

注(Note): K—鉀肥 K fertilizer; D—種植密度 Planting density; 數(shù)值后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters for different treatments are significantly different at 0.05 probability level; ns—表示未達(dá)顯著水平 Indicates no significant; *和**分別表示達(dá)到5%和1%顯著水平 Mean significant at 5% and 1% level, respectively.

2.2施肥和密度對(duì)水稻養(yǎng)分利用效率的影響

2.2.1 磷肥和密度對(duì)水稻磷素利用效率的影響施磷對(duì)早稻和晚稻的AEP、REP和PFPP的影響都達(dá)到了顯著水平(表3)，隨著施磷量的增加呈遞減趨勢(shì)。對(duì)早稻而言，AEP所有處理中以P60D33處理組合的最高，為32.7 kg/kg，其次為P60D39處理組合，二者無(wú)顯著差異。而REP和PFPP則以P60D39處理組合的最高，分別為24.4%和88.4 kg/kg。高移栽密度增加了早稻有效穗數(shù)，進(jìn)而增加了生物質(zhì)重，有助于磷素累積，在提高了早稻產(chǎn)量的同時(shí)，也提高了早稻磷素利用效率。對(duì)于晚稻而言，AEP、REP和PFPP均以P60D33處理組合的最高，分別為36.2 kg/kg、42.4%和120.8 kg/kg。同一施磷量下不同密度間的AEP和REP無(wú)顯著差異，但隨著施磷量的增加顯著降低。相同處理下，晚稻磷肥利用率都要顯著高于早稻，這是因?yàn)橥淼镜乃肓?shù)和結(jié)實(shí)率顯著高于早稻，進(jìn)而增加了晚稻產(chǎn)量和地上部磷素吸收量。

表3　不同處理水稻磷素利用效率

注(Note): P—磷肥 P2O5rate; D—種植密度 Planting density; AEP—磷素農(nóng)學(xué)效率 P agronomic efficiency; REP—磷素吸收利用率 P fertilizer use efficiency; PFPP—磷肥偏生產(chǎn)力P partial factor productivity. 數(shù)值后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters are significantly different among treatments at 0.05 level. ns—表示未達(dá)顯著水平 Not significant; **表示達(dá)到1%顯著水平 Mean significant difference at 1% level.

2.2.2鉀肥和密度對(duì)水稻鉀素利用效率的影響對(duì)于早稻而言，移栽密度對(duì)AEK、REK和PFPK的影響都達(dá)到了顯著水平(表4)。AEK和REK與施鉀量呈拋物線關(guān)系，均以K120D39處理組合最高，分別為15.6 kg/kg和67.2%，其次為K90D39處理組合，分別為12.7 kg/kg和62.6%。隨著施鉀量的增加，早稻的PFPK顯著下降，以K90D39處理組合的最高，為62.8 kg/kg，其次為K120D39，為53.1 kg/kg。對(duì)于晚稻而言，AEK、REK和PFPK都以K90D33處理組合的最高，分別為21.7 kg/kg、74.0%和78.1 kg/kg。隨著施鉀量的增加，AEK、REK和PFPK呈下降趨勢(shì)，K90與K120和K150相比，AEK分別高8.6和10.6 kg/kg，而REK分別高18.8和34.5個(gè)百分點(diǎn)。在相同處理中，晚稻的AEK要高于早稻，這是因?yàn)榍罢叩漠a(chǎn)量較高，而REK則是施鉀量在90 kg/hm2時(shí)晚稻高于早稻，但隨著施鉀量的升高，早稻的鉀素吸收量要高于晚稻，導(dǎo)致早稻的REK高于晚稻。

表4　不同處理鉀素利用效率

注(Note): K—鉀肥 K fertilizer; D—種植密度 Planting density; AEK—鉀素農(nóng)學(xué)效率 K agronomic efficiency; REK—鉀素吸收利用率 K fertilizer use efficiency; PFPK—鉀肥偏生產(chǎn)力K partial factor productivity. 數(shù)值后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters are significantly different among treatments at 0.05 level. ns—表示未達(dá)顯著水平 Not significant; *和**分別表示達(dá)到5%和1%顯著水平 Mean significant difference at 5% and 1% levels, respectively.

3　討論

3.1施肥和移栽密度與水稻產(chǎn)量的關(guān)系

3.1.1 磷肥和移栽密度與水稻產(chǎn)量的關(guān)系為了滿足日益增長(zhǎng)的人口對(duì)糧食的需求，糧食產(chǎn)量在未來(lái)數(shù)十年需要大幅增加[12]。隨著各種信息技術(shù)不斷地在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，各種有助于增產(chǎn)的耕作栽培管理技術(shù)以及高產(chǎn)品種不斷涌現(xiàn)。截止到2013年，中國(guó)水稻的種植面積為30.3百萬(wàn)公頃，總產(chǎn)量達(dá)到了203.6百萬(wàn)噸，單產(chǎn)水平達(dá)到了6.7 t/hm2[13]，遠(yuǎn)高于4.5 t/hm2的世界平均水平[14]。然而，肥料的不合理施用已經(jīng)影響到糧食產(chǎn)量的進(jìn)一步增加，過(guò)高的磷肥施用量已經(jīng)對(duì)環(huán)境構(gòu)成了一定威脅[15]。合理施用磷肥和適當(dāng)增加移栽密度可以提高水稻有效穗數(shù)，進(jìn)而提高水稻產(chǎn)量。從試驗(yàn)結(jié)果得出，磷肥用量和移栽密度對(duì)早稻和晚稻產(chǎn)量的影響都達(dá)到了顯著水平，二者合理搭配能夠顯著地提高水稻產(chǎn)量。對(duì)于早稻而言，增加移栽密度增加了有效穗數(shù)，進(jìn)而增加了產(chǎn)量，其中D39的產(chǎn)量最高，但使用更高的移栽密度能否進(jìn)一步增加本研究區(qū)域的早稻產(chǎn)量有待進(jìn)一步研究。但對(duì)于晚稻而言，晚稻季的溫度較高有助于水稻分蘗，使得D33的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)要高于D39處理。說(shuō)明在種植早稻時(shí)可以適當(dāng)提高移栽密度以提高有效穗數(shù)，而晚稻則需適當(dāng)降低移栽密度。合理施用磷肥也要依據(jù)土壤磷含量，如魯如坤[16]的研究表明，土壤Olsen-P含量達(dá)到57 mg/kg即可滿足水稻高產(chǎn)需求。本研究中早稻和晚稻的Olsen-P含量分別為8.47和23.38 mg/kg，當(dāng)施磷量超過(guò)60 kg/hm2時(shí)早稻和晚稻產(chǎn)量都不再增加。施磷量和移栽密度影響著水稻有效穗數(shù)和產(chǎn)量，但二者的合理搭配對(duì)提高水稻產(chǎn)量是必不可少的。本研究中早稻產(chǎn)量隨著移栽密度的增加而增加，說(shuō)明在本研究區(qū)域可以適當(dāng)增加早稻的移栽密度以提高早稻產(chǎn)量，而對(duì)于晚稻應(yīng)適當(dāng)降低移栽密度，過(guò)高的移栽密度并沒(méi)有顯著增加有效穗數(shù)和產(chǎn)量。

3.1.2 鉀肥和移栽密度與水稻產(chǎn)量的關(guān)系鉀素參與了植物許多重要的生理過(guò)程，有改善農(nóng)作物品質(zhì)和提高抗逆性等功能[17]，合理的鉀素養(yǎng)分管理對(duì)于鉀素資源的有效利用尤為重要，長(zhǎng)期施用鉀肥能提高水稻產(chǎn)量和維持土壤鉀素肥力[18-19]。缺鉀影響水稻的凈光合速率，導(dǎo)致光合作用的關(guān)鍵酶含量降低，并降低水稻葉片的光飽和點(diǎn)，影響水稻光合作用[20]，適量鉀肥施用可以提高水稻單位面積有效穗數(shù)，群體葉面積指數(shù)和干物質(zhì)累積量[21]，促進(jìn)水稻植株對(duì)鉀素的吸收和積累[22]，以及養(yǎng)分從水稻的莖葉部位向穗輸送[23]，并可降低稻瘟病的病穗率，提高水稻抗病能力，增加水稻結(jié)實(shí)率等[24]，進(jìn)而提高產(chǎn)量。本研究中，施鉀量和移栽密度對(duì)早稻和晚稻產(chǎn)量的影響都達(dá)到了顯著水平，施鉀量與產(chǎn)量呈拋物線關(guān)系，早稻以K120的產(chǎn)量最高，而晚稻則以K90的產(chǎn)量最高，晚稻可利用早稻殘留的鉀素，因此早稻可適當(dāng)增加施鉀量，晚稻可適當(dāng)降低施鉀量。移栽密度對(duì)早稻和晚稻有效穗數(shù)的影響都達(dá)到了顯著水平，但晚稻D33的有效穗數(shù)要高于D39處理。王強(qiáng)盛等[25]的研究表明過(guò)量鉀肥施用會(huì)造成拔節(jié)前吸鉀比例較大，從而抑制有效分蘗。本研究中，早稻以D39的產(chǎn)量最高，而晚稻則以D33的產(chǎn)量最高，說(shuō)明在施用鉀肥時(shí)既要考慮鉀肥用量和移栽密度間的合理搭配，也要考慮種植季節(jié)。

3.2施肥水平和移栽密度與肥料利用效率的關(guān)系

3.2.1 施磷水平和移栽密度與磷素利用效率的關(guān)系我國(guó)水稻磷肥利用率地區(qū)間的變異范圍為11.6%13.7%[26]。大量磷肥投入導(dǎo)致磷在土壤中累積，導(dǎo)致我國(guó)磷素吸收/磷素投入僅有45.7%，并且每年的磷素過(guò)量14.7 kg/hm2[27]，土壤Olsen-P含量從1980年到2007年增加了17.3 mg/kg[28]。高的土壤磷含量導(dǎo)致了低的產(chǎn)量反應(yīng)和磷肥利用率，增加了磷素從土壤到水體的遷移量，進(jìn)而加劇了我國(guó)水體富營(yíng)養(yǎng)化的程度[29-30]。魯如坤等[31]研究表明，我國(guó)一些南方省份的農(nóng)田磷素盈余年增長(zhǎng)率高達(dá)7%，磷肥施用量是作物移走量的3倍。合理施用磷肥非常重要，施磷可促進(jìn)水稻植株生長(zhǎng)，同時(shí)提高雜交水稻對(duì)氮、鉀的吸收利用[32]。在本研究中，早稻和晚稻的AEP、REP和PFPP隨著施磷量的增加都顯著降低。早稻的AEP最高的出現(xiàn)在P60D33組合處理，為32.7 kg/kg，但與P60D39處理組合無(wú)顯著性差異，但產(chǎn)量、REP和PFPP都以P60D39組合處理的最高。晚稻的則都以P60D33處理組合的最高。早稻和晚稻的施磷水平在60 kg/hm2時(shí)，其各密度水平具有較高REP，早稻的范圍為16.0%24.4%，晚稻的范圍為33.7%42.4%。在同一處理中，早稻和晚稻的有效穗數(shù)相差不大，但晚稻的穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率都顯著高于早稻，而70%的磷都存在于子粒中[33]，使得晚稻的磷素利用率都顯著高于早稻。然而，施磷量低于60 kg/hm2時(shí)是否能夠得到更高的產(chǎn)量和磷肥利用率有待進(jìn)一步研究，但是綜合考慮產(chǎn)量和維持磷素表觀平衡，60 kg/hm2左右的施磷量是必需的[34]。

3.2.2 施鉀水平和移栽密度與鉀素利用效率的關(guān)系我國(guó)水稻鉀肥利用率地區(qū)間的變異范圍為29.0%33.8%[26]。本研究中，早稻上施鉀量與AEK和REK呈拋物線關(guān)系，與PFPK呈線性負(fù)相關(guān)，其中K120D39的AEK和REK最高，與其它處理組合相比，分別高2.913.4 kg/kg和4.643.6個(gè)百分點(diǎn)。雖然K120D39的PFPK低于K90D39處理組合，但前者的產(chǎn)量要顯著高于后者，高726.8 kg/hm2。同一施鉀水平下，早稻鉀素利用率隨著移栽密度的增加而增加，這是因?yàn)橐圃悦芏仍黾恿擞行霐?shù)，進(jìn)而增加了干物質(zhì)重，這有助于鉀素在地上部累積。研究表明，D39與其它密度相比，地上部鉀素累積量高5.232.3 kg/hm2。而對(duì)于晚稻，隨著施鉀量的增加，鉀素利用率呈下降趨勢(shì)，雖然K90D33的鉀素農(nóng)學(xué)效率略低于K90D27處理組合，但前者產(chǎn)量比后者高507.9 kg/hm2。REK和PFPK都以K90D33處理組合的最高。在同一處理中，當(dāng)施鉀量在90 kg/hm2時(shí)，晚稻的REK要高于早稻，但隨著施鉀量的升高，早稻的REK高于晚稻，這是因?yàn)橥淼镜氖斋@指數(shù)平均比早稻高0.13，而84%的鉀素都在秸稈中[33]，隨著施鉀量的升高，早稻的地上部鉀素累積量高于晚稻導(dǎo)致REK前者高于后者(表4)。與早稻相比，晚稻在產(chǎn)量最高時(shí)，不僅降低了施鉀量，同時(shí)降低了移栽密度，晚稻種植季節(jié)的高溫不僅有助于水稻分蘗，同時(shí)可以促進(jìn)養(yǎng)分吸收，提高養(yǎng)分利用率，且晚稻可以有效地利用早稻季殘留養(yǎng)分。本研究獲得了較高鉀素利用率，與較低的土壤速效鉀含量也存在一定關(guān)系，然而過(guò)量施鉀并沒(méi)有顯著的增加鉀素吸收量，因?yàn)檫^(guò)量施鉀會(huì)降低水稻群體吸鉀量[25]。

3.3磷、鉀用量和密度的協(xié)同優(yōu)化

移栽密度和磷鉀施用量對(duì)水稻的有效穗數(shù)、群體葉面積指數(shù)和干物質(zhì)累積量具有顯著影響，可提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)[10]。在水氮管理基礎(chǔ)上配施磷鉀可以調(diào)節(jié)結(jié)實(shí)期稻株生理代謝活性，促進(jìn)抽穗及成熟期各養(yǎng)分的累積，提高根系活力[35]，促進(jìn)地上部干物質(zhì)積累，提高子粒產(chǎn)量[36]。本研究磷肥試驗(yàn)中，早稻以P60D39處理組合具有較高的REP(29.4%)和PFPP(88.4 kg/kg)，REP略低于P60D33組合(32.7%)，但前者具有較高的產(chǎn)量，增加了7.2%。而晚稻以P60D33處理組合的最高。鉀肥試驗(yàn)中早稻在K120D39處理組合的產(chǎn)量、REK和PFPK最高，而晚稻則以K90D33處理組合的最高。施用磷鉀肥和增加移栽密度提高了水稻產(chǎn)量，但過(guò)高的施肥量并沒(méi)有顯著提高養(yǎng)分利用率，相反會(huì)造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。在考慮施肥量的同時(shí)，還要考慮種植季節(jié)，如本研究中晚稻季可以適當(dāng)降低移栽密度，早稻的施鉀量要高于晚稻，晚稻可以充分利用早稻季殘留養(yǎng)分等。因此，在當(dāng)前著重考慮水氮管理的同時(shí)，協(xié)調(diào)磷鉀肥用量和移栽密度，并考慮不同種植季節(jié)是實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)及高磷肥和鉀肥利用率的關(guān)鍵。本研究中，早稻和晚稻的施磷量在60 kg/hm2，施鉀量早稻在120 kg/hm2，晚稻在90 kg/hm2，移栽密度早稻在39萬(wàn)穴/hm2，晚稻在33萬(wàn)穴/hm2時(shí)具有較高的產(chǎn)量和利用率，是適宜當(dāng)?shù)氐牧租浄视昧亢鸵圃悦芏?。但使用更高的移栽密?大于39萬(wàn)穴/hm2)能否進(jìn)一步增加本研究區(qū)域的早稻產(chǎn)量還有待進(jìn)一步研究。

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Optimum combination of phosphorus, potassium and density for double-rice systems

XU Xin-peng1,2, WANG Xiu-bin1, LI Da-ming3, LIU Kai-lou3, YU Xi-chu3, LIANG Guo-qing1, HE Ping1, ZHOU Wei1*

(1InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China;2InstituteofPlantNutrientandResources,BeijingAcademyofAgricultureandForestrySciences,Beijing100097,China;3JiangxiInstituteofRedSoil,Jiangxi, 331717,China)

【Objectives】 In order to determine effects of phosphorus (P) and potassium (K) fertilizer application and transplanting density (D) on double-rice systems, field experiments were conducted to study yield, yield components and phosphorus and potassium use efficiency of double-rice in Jiangxi province.【Methods】 Two split-plot experimental designs were conducted with different phosphorus and potassium application amounts and transplanting density to study grain yield and phosphorus and potassium use efficiency. There were four P rates (P2O50, 60, 90 and 120 kg/hm2designated P0, P60, P90 and P120) and four transplanting densities (21×104, 27×104, 33×104, 39×104hole/hm2designated D21, D27, D33 and D39) for phosphorus experiment. In potassium experiment, there were four K rates (K2O 0, 90, 120, 150 kg/hm2designated K0, K90, K120 and K150) and four transplanting densities similar to phosphorus experiment. The grain yield and its components were measured, and P and K uptake and use efficiency were analyzed at rice maturity.【Results】 In the P and plant density experiment for the same P level, the early rice yield and P uptake kept increased with the increasing of plant density until that the P application rate exceeded 60 kg/hm2. The P recovery efficiency (REP), P agronomic efficiency (AEP) and P partial factor productivity (PFPP) were decreased in similar trends like yield. The highest yield and REP were in combination of P2O560 kg/hm2and 39×104hole/hm2, in which the yield was 5303.9 kg/hm2and REP 24.4%, and the AEP 29.4 kg/kg. The highest yield and REP were obtained in combination of P2O560 kg/hm2and 33×104hole/hm2for late rice, in which the yield was 7246.9 kg/hm2, REP was 42.4% and AEP 36.2 kg/kg. In potassium experiment, transplanting density and K fertilizer application increase K uptake for early rice, the highest grain yield and K recovery efficiency (REK) were in combination of K2O 120 kg/hm2and density of 39×104hole/hm2, in which the yield was 6376.3 kg/hm2, REK was 67.2% and K agronomic efficiency (AEK) 15.6 kg/kg for early rice, the three highest indexes in late rice were obtained in combination of K2O 90 kg/hm2and density of 33×104hole/hm2, in which the yield was 7025.6 kg/hm2, REK was 74.0% and AEK 21.7 kg/kg.【Conclusions】 Rational combination of phosphorus and potassium fertilizer and transplanting density can indeed significantly increase the effective panicle number of per unit area and total nutrient uptake, which is the main reason for yield increases and fertilizer use efficiency. High P and K fertilizer applications alone do not contribute to yield increases. The results suggested the optimum combination is P2O560 kg/hm2, K2O 120 kg/hm2plus density of 39×104hole/hm2for early rice, and P2O560 kg/hm2, K2O 90 kg/hm2plus density of 33×104hole/hm2for late rice under double-rice systems in the studied region.

rice; P fertilizer rate; K fertilizer rate; planting density; grain yield; nutrient use efficiency

2014-12-31接受日期: 2015-08-04網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2015-12-08

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金(CARS-01-31); 農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201003016); 國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2013CB127405)資助。

徐新朋(1984—)，男，河北承德人，博士，主要從事新型肥料研發(fā)及作物養(yǎng)分管理。 E-mail: xinpengxu@163.com

E-mail: wzhou@caas.ac.cn

S511.4+2; S506.2

A

1008-505X(2016)03-0598-11