長(zhǎng)期不同施肥顯著影響雙季稻產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收

摘 要：為了解決雙季稻氮、磷肥料施用過(guò)量、養(yǎng)分利用率偏低等問(wèn)題，在典型雙季稻區(qū)設(shè)置不同氮、磷施肥處理，對(duì)雙季稻的產(chǎn)量效應(yīng)和養(yǎng)分吸收進(jìn)行分析，探討合理的施肥量，為雙季稻施肥管理提供理論支持。研究結(jié)果表明：（1）施肥顯著影響水稻稻谷產(chǎn)量與秸稈生物量，水稻植株體氮、磷含量和積累總量隨施肥量增加而顯著增加。早稻氮（N，下同）、磷（P2O5，下同）施肥量分別在150和90 kg/hm2，晚稻氮、磷施肥量分別在180和90 kg/hm2范圍內(nèi)時(shí)，稻谷產(chǎn)量與秸稈產(chǎn)量隨施氮量增加顯著增加。超過(guò)該施肥量，對(duì)稻谷產(chǎn)量水稻增產(chǎn)沒(méi)有顯著效果。（2）區(qū)域早稻理論最高產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的氮、磷量分別為158.5和100.2 kg/hm2，晚稻理論最高產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的氮、磷量為190.1和77.5 kg/hm2。（3）稻田生態(tài)系統(tǒng)每年接受環(huán)境中氮、磷養(yǎng)分達(dá)108.1和29.8 kg/hm2。

關(guān)鍵詞：施肥；養(yǎng)分吸收；雙季稻

中圖分類號(hào)：S511.4+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-060X（2018）05-0028-05

Long-term Different Fertilization Significantly Effected the Yield and Nutrient

Accumulation of Double-cropping Rice

ZHU Jian1，2， PENG Hua1，2， LI Chang-jun1， CAI Jia-pei1， 3， JI Xiong-hui1

（1. Hunan Institute of Agro-Environment and Ecology， Key Laboratory of Agro-Environment in Midstream of Yangtze Plain，

Ministry of Agriculture， P.R. China， Key Lab of Prevention， Control and Remediation of Soil Heavy Metal Pollution in

Hunan Province， Changsha 410125， PRC； 2.Longping Branch of Graduate School of Central South University，

Changsha 410125， PRC； 3. Hunan University， Changsha 410125， PRC）

Abstract：In order to solve the problem of overdose application of nitrogen and phosphorus fertilizer and low utilization rate of nutrient on double-cropping rice， long-term monitoring of different nitrogen and phosphorus fertilization treatments were carried out on typical double-cropping rice area. The yield effect and nutrient utilization rate of fertilizer were analyzed. The rational fertilization areas and fertilizer utilization rate were discussed to provide theoretical support for double cropping rice nutrient management. The results indicated that the total nitrogen and phosphorus contents and accumulation of rice plants increased significantly with the increase of fertilizer application， but the nutrient utilization rate decreased significantly with the increase of fertilizer application. Fertilization of the highest yield of early and late rice is 158.5 kg/hm2 N， 100.2 kg/hm2 P2O5 and 190.1 kg/hm2 N， 77.5 kg/hm2 P2O5， respectively. And 108.1 kg/hm2 N and 29.8 kg/hm2 P2O5 from the environment enter into paddy field ecosystem every year.

Key words：fertilization； nutrient accumulation； double-cropping rice

隨著人口增加、生活水平提高、耕地面積減少、品種結(jié)構(gòu)性矛盾加劇以及種稻效益偏低等因子的驅(qū)動(dòng)，糧食供給已經(jīng)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1]。養(yǎng)分利用效率的低下和化肥的大量投入，導(dǎo)致了一系列的環(huán)境問(wèn)題[2-4]。使得氮、磷積累導(dǎo)致的負(fù)面生態(tài)效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于作物的產(chǎn)量增益[5-7]，加上不合理的水肥管理等因素，稻田已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)面源污染的重要源頭。在化肥用量持續(xù)增加的同時(shí)，農(nóng)作物產(chǎn)量卻沒(méi)有相應(yīng)地持續(xù)提高，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本急劇上升[8]。因此，如何提高稻田養(yǎng)分利用率，少施肥且保證水稻穩(wěn)產(chǎn)，已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外在施肥對(duì)水稻產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用的影響方面進(jìn)行了大量研究。不少學(xué)者[9-11]就不同氮肥用量對(duì)水稻產(chǎn)量、品質(zhì)及吸氮特性的影響進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量及氮肥利用率均隨施氮量的增加呈先增加后下降的趨勢(shì)。王偉妮[12]、莫釗文[13]、杜加銀等[14]研究了養(yǎng)分管理措施對(duì)水稻產(chǎn)量及養(yǎng)分利用效率的影響，結(jié)論均證明在合適的氮磷鉀配比下，水稻能獲得較高的產(chǎn)量及養(yǎng)分利用效率。侯云鵬等[15]的研究表明，適宜的氮肥用量可顯著提高水稻產(chǎn)量，各生育時(shí)期養(yǎng)分吸收總量，提高水稻生育后期秸稈中氮、磷、鉀向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量，并能降低土壤氮素表觀損失量。黃東鳳[16]的研究表明，“優(yōu)化施肥+節(jié)水灌溉”處理不僅能保障水稻產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量，還可明顯降低稻田地表徑流的氮、磷流失量，并能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。但是，關(guān)于同時(shí)調(diào)控氮磷施肥對(duì)水稻產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收的研究在雙季稻并不多。研究在長(zhǎng)期大田試驗(yàn)條件下，監(jiān)測(cè)減氮控磷對(duì)雙季稻產(chǎn)量、養(yǎng)分積累和吸收利用的影響，探討減氮控磷的穩(wěn)產(chǎn)、提效效應(yīng)，旨在為雙季稻生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)資源高效利用及可持續(xù)發(fā)展提供實(shí)踐依據(jù)和理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

田間試驗(yàn)地點(diǎn)位于湖南省長(zhǎng)沙縣干杉鄉(xiāng)（28°08′18″ N，113°12′0″ E），海撥42 m。試驗(yàn)土壤為第四紀(jì)紅壤母土發(fā)育的水稻土。定位試驗(yàn)開(kāi)始前（2007年底）試驗(yàn)前耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分性狀為：有機(jī)質(zhì)30.0 g/kg，全氮1.99 g/kg，全磷0.63 g/kg，全鉀8.1 g/kg，堿解氮177. 0 mg/kg，有效磷23.5 mg/kg，速效鉀126.0 mg/kg，pH值5.2。試驗(yàn)地屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，年均氣溫17.1℃，年均降水量1 500 mm，≥10℃活動(dòng)積溫5 300～6 500℃，無(wú)霜期270～310 d。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，分別為：T1，空白對(duì)照，完全不施肥；T2，常規(guī)氮磷施肥處理；T3，中量氮磷施肥處理；T4，低氮磷施肥處理；T5，高氮磷施肥處理。具體處理及肥料用量見(jiàn)表1。氮肥中70%為碳酸氫銨（17%N），作基肥于插秧前一天施入，30%用尿素（46%N）作追肥于插秧后10 d施入。磷、鉀肥分別為過(guò)磷酸鈣（12% P2O5）和氯化鉀（60% K2O）均作基肥于插秧前一天施入。各小區(qū)面積24 m2，設(shè)3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。供試早稻品種為湘早24號(hào)，每年4月下旬移栽，7月上旬收獲；晚稻為岳優(yōu) 360，7月上旬移栽，10月上旬收獲。稻田移栽前帶水耕作與施肥，基肥施用方式為與表土混施，使表面水保持3 cm 深水層進(jìn)行移栽，土面不現(xiàn)明水時(shí)進(jìn)行灌溉，并保持水層為5 cm，追肥施用方式為表面撒施，其他如育秧方式、病蟲害防治等田間管理措施與當(dāng)?shù)厮痉N植保持一致。該試驗(yàn)為長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，從2008年開(kāi)始，各處理施肥量和水稻品種保持一致。

1.3 樣品采集與分析方法

試驗(yàn)前采集基礎(chǔ)土壤樣品，收獲期每個(gè)小區(qū)分別采集水稻籽粒、秸稈樣品，每個(gè)小區(qū)單獨(dú)計(jì)產(chǎn)，測(cè)定含水量并計(jì)算烘干重，植株樣品風(fēng)干后磨碎制成樣品待測(cè)。土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干、磨碎后分別過(guò)1 mm和0.25 mm篩待測(cè)。

土壤基本理化性質(zhì)采用常規(guī)方法測(cè)定；植株樣品采用H2SO4-H2O2消煮，待測(cè)液中的氮、磷、鉀分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法和火焰光度法測(cè)定[17]。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析方法

采用Excel 2007和SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，并用 LSD（Least significant difference test）進(jìn)行樣本平均數(shù)的差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理?xiàng)l件下的雙季稻產(chǎn)量

不同施肥處理年際間的稻谷產(chǎn)量與秸稈產(chǎn)量見(jiàn)表2。結(jié)果表明，雙季稻稻谷產(chǎn)量與秸稈產(chǎn)量年際間差異較大。以常規(guī)施肥處理（T2）為例，不同年份間，早、晚稻季稻谷產(chǎn)量分別在4 547～6 309 kg/hm2和6 555～

8 694 kg/hm2范圍內(nèi)波動(dòng)。早稻稻谷產(chǎn)量以2011年最高，2010年最低。晚稻稻谷產(chǎn)量2014年最高，2011年最低；早、晚稻季秸稈產(chǎn)量分別在2 605～4 879 kg/hm2

和5 124～8 092 kg/hm2范圍內(nèi)波動(dòng)。早稻秸稈產(chǎn)量以2013年最高，2009年最低。晚稻秸稈產(chǎn)量2014年最高，2011年最低。產(chǎn)量差異的原因這主要與各年氣候、降雨條件有關(guān)。不同處理間比較發(fā)現(xiàn)，不施肥處理（T1）產(chǎn)量最低，施肥處理（T2～T5）的稻谷產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量均顯著高于不施肥處理（T1）（P<0.05），由此可見(jiàn)，稻田施用化肥能夠有效提高水稻籽粒產(chǎn)量和秸稈生物量。不同處理間秸稈生物量隨施肥量增加而增加，達(dá)到顯著水平（P<0.05）；施肥量低于T2處理時(shí)，稻谷產(chǎn)量也隨施肥量增加而增加。從不同年份的產(chǎn)量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，常規(guī)施肥處理（T2）的稻谷產(chǎn)量較高氮磷施肥處理（T5）差異不顯著，甚至高于T5處理。說(shuō)明過(guò)量施用氮肥和磷肥并不能保證增產(chǎn)，反而有減產(chǎn)

風(fēng)險(xiǎn)。

2008～2014年雙季稻的平均產(chǎn)量效應(yīng)如圖1所示。早稻氮磷施肥量分別在150和90 kg/hm2，晚稻氮磷施肥量分別在180和90 kg/hm2范圍內(nèi)，稻谷產(chǎn)量與秸稈產(chǎn)量隨施氮量增加顯著增加（P<0.05）。早稻稻谷與秸稈產(chǎn)量趨勢(shì)為T2>T5>T3>T4>T1，晚稻稻谷與秸稈產(chǎn)量趨勢(shì)為T5≥T2>T3>T4>T1。不考慮氮、磷間的交互作用，通過(guò)一元二次肥料效應(yīng)方程進(jìn)行模擬回歸分析?？芍绲井a(chǎn)量與氮肥用量的回歸方程為y=-0.106 2 x2+33.666 x+2 616.9，r=0.998 7**，

晚稻產(chǎn)量與氮肥用量的回歸方程y=-0.075 2 x2+28.594 x+

5 024.5，r=0.993 9**，由方程可知，早、晚稻理論最高產(chǎn)的施氮量分別為158.5和190.1 kg/hm2。早稻產(chǎn)量與磷肥用量的回歸方程為y=-0.265 5 x2+53.232 x+

2 610.9，r=0.996 0**，晚稻產(chǎn)量與磷肥用量的回歸方程為y=-0.489 5 x2+75.841 x+5 220.6，r=0.933 0**；由方程可知，早、晚稻理論最高產(chǎn)的施磷量分別為100.2和77.5 kg/hm2。

2.2 不同施肥處理?xiàng)l件下的水稻氮含量和積累量

連續(xù)7 a不同施肥處理的平均產(chǎn)量、植株氮含量和積累量結(jié)果見(jiàn)表3。早、晚稻季不同處理間稻谷中氮含量分別在10.71～13.13 g/kg和9.60～11.44 g/kg，秸稈中氮含量分別在6.48～8.32 g/kg和6.09～7.90 g/kg，水稻地上部分氮素積累總量分別為40.92～98.01 kg/hm2和67.39～137.89 kg/hm2。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，水稻地上部氮素積累總量隨施氮量增加顯著增加（P<0.05）。

早稻不同施肥處理間，稻谷中氮含量和氮積累量均表現(xiàn)為T5>T2>T3>T4、T1，說(shuō)明增加施氮量，早稻的稻谷氮含量和氮積累量均增加。秸稈氮含量與氮積累量與稻谷的趨勢(shì)一致。由表3可知，常規(guī)氮磷處理（T2）與高氮磷處理（T5）秸稈氮含量顯著高于T1處理（P<0.05），但T3和T4處理秸稈氮含量與T1處理間差異不顯著。

晚稻的結(jié)果與早稻相似，稻谷中氮含量和氮積累量表現(xiàn)為T5>T2>T3>T4、T1，隨施氮量增加，稻谷中氮含量增加，T3、T4、T5處理氮含量較T1、T2比，達(dá)到顯著水平（P<0.05）。不同處理間稻谷氮積累量隨著施氮量增加而顯著增加（P<0.05）；秸稈中氮含量為T5>T2>T3>T4、T1，氮積累量與氮含量的規(guī)律一致。

不施肥處理（T1）早、晚稻地上部從環(huán)境中吸收的氮素總量分別達(dá)40.92和67.39 kg/hm2，合計(jì)達(dá)108.1 kg/hm2。分析水稻產(chǎn)量與地上部氮積累總量的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，隨雙季稻產(chǎn)量的增加，地上部分氮積累總量呈線性增加趨勢(shì)（y=0.017 1x-4.694 5；R2=0.901 2）。

2.3 不同施肥處理?xiàng)l件下的水稻磷含量和積累量

連續(xù)7 a不同施肥處理的平均產(chǎn)量、植株磷含量和積累量結(jié)果見(jiàn)表4。早、晚稻不同處理間稻谷中磷含量分別在0.028～0.029 g/kg和0.072～0.083 g/kg，秸稈中磷含量分別在0.02～0.05 g/kg和0.09～0.19 g/kg。隨施磷量增加，稻谷與秸稈中的磷含量和磷積累量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。

早稻不同處理間，稻谷中磷含量為T2>T5>T3>T1>T4，并非表現(xiàn)為施磷量高，稻谷中磷含量越高，說(shuō)明磷肥施用過(guò)量反而影響水稻對(duì)磷素的吸收利用；不同處理間，秸稈中的磷含量沒(méi)有明顯規(guī)律，T1處理磷含量大于T3和T4處理，秸稈中的磷積累量表現(xiàn)為隨施磷增加，磷積累量增加。

不同處理間，晚稻稻谷中的磷含量沒(méi)有顯著差異，但是稻谷磷積累量表現(xiàn)為隨施磷量增加而顯著增加的趨勢(shì)。秸稈中的磷含量和積累量均隨施磷量增加顯著增

加（P<0.05）。其中，常規(guī)施肥處理（T2）秸稈磷含

量和積累量分別是不施肥處理 （T1）的2.4倍和1.7倍。

晚稻施磷量低于早稻（表4），但從稻谷和秸稈中的磷含量與磷積累總量來(lái)看，均是晚稻高于早稻。原因可能是晚稻光熱氣條件適宜，土壤中的微生物和磷酸酶的活性較高，促進(jìn)了土壤磷庫(kù)中磷素的活化有關(guān)[18]。

不施肥處理（T1）早、晚稻地上部從環(huán)境中吸收的磷素總量分別達(dá)9.74和20.03 kg/hm2，合計(jì)達(dá)29.8 kg/hm2。分析水稻產(chǎn)量與地上部吸磷總量的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，隨雙季稻產(chǎn)量的增加，地上部分吸磷總量呈現(xiàn)線性增加趨勢(shì)（y=8×10-5x-0.174 2；R2=0.926 6）。

3 討 論

合理施肥是確保水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要措施[19]。不合理施肥給水稻生產(chǎn)及農(nóng)業(yè)環(huán)境造成的影響較減產(chǎn)更嚴(yán)重。水稻當(dāng)季施肥量高于目標(biāo)產(chǎn)量養(yǎng)分需求量時(shí)，產(chǎn)量與品質(zhì)開(kāi)始下降，養(yǎng)分流失風(fēng)險(xiǎn)加劇[20]。主要是由于化肥的過(guò)量供應(yīng)會(huì)造成水稻植株對(duì)氮、磷的奢侈吸收，貪青遲熟，病蟲害加劇，從而影響產(chǎn)量與品質(zhì)。這與梁濤等[21]和孫永健等[10]的研究結(jié)果基本一致。研究結(jié)果表明，年均氮、磷用量分別在低于330、180 kg/hm2范圍內(nèi)，水稻產(chǎn)量隨肥料用量增加而顯著提高，氮、磷用量超過(guò)390和225 kg/hm2后，水稻產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)。高量氮、磷投入，雖然水稻植株氮、磷養(yǎng)分積累量增加，但產(chǎn)量并沒(méi)有較中量氮磷處理高（常規(guī)施肥的氮肥從330減至240 kg/hm2，磷肥從180減至103.5 kg/hm2）。因此，協(xié)調(diào)產(chǎn)量和養(yǎng)分利用之間的矛盾，必須在保證水稻產(chǎn)量的前提下，避免水稻營(yíng)養(yǎng)體對(duì)氮磷養(yǎng)分的過(guò)度吸收。

養(yǎng)分吸收是水稻物質(zhì)生產(chǎn)和稻谷產(chǎn)量形成的基

礎(chǔ)[22]。施用氮肥可顯著增加水稻成熟期氮吸收總量[23]，

成熟期氮、磷吸收總量與肥料投入量具有顯著的正相關(guān)性[24]。研究結(jié)果表明，不同氮、磷水平條件下，水稻成熟期氮、磷吸收總量隨肥料投入量的增加而增加。水稻氮、磷積累量均與產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，其中氮積累量與產(chǎn)量的關(guān)系為：y=0.017 1x-4.694 5，R2=0.901 2；磷積累量與產(chǎn)量的關(guān)系為：y=8×10-5x-0.174 2；

R2=0.926 6。研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，氮磷肥不同用量與植株積累量的關(guān)系并非一致。比如，施氮量與植株氮積累總量的關(guān)系可以用直線關(guān)系很好的擬合（早稻：R2=0.983 0；晚稻：R2=0.983 0），但是施磷量與植株磷積累量的關(guān)系用二次曲線擬合較好（早稻：R2=0.990 0；晚稻：R2=0.965 0）。產(chǎn)生差異的原因可能是過(guò)度施肥，水稻植株體已經(jīng)對(duì)養(yǎng)分產(chǎn)生奢侈吸收，但產(chǎn)量卻降低有關(guān)（表3和表4）。

環(huán)境中大氣、水體等含有的一些養(yǎng)分能通過(guò)沉降、灌溉等途徑帶入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，其與土壤養(yǎng)分、肥料養(yǎng)分一起構(gòu)成了植物養(yǎng)分的三大來(lái)源[1]。據(jù)估計(jì)，地表灌溉水帶入農(nóng)田的氮為0.6 Tg N[25]、地下水灌溉補(bǔ)充到土壤的氮達(dá)到174～298 kg/hm2[6]、大水漫灌每年補(bǔ)充的氮量也有87 kg/hm2[7]。研究中連續(xù)7 a不施肥處理，水稻產(chǎn)量雖然較施肥處理有所降低，但并沒(méi)有出現(xiàn)持續(xù)下降，而是在一定產(chǎn)量范圍內(nèi)波動(dòng)（6 257～

9 071 kg/hm2）。按照土壤無(wú)肥區(qū)估算法[26]計(jì)算該區(qū)域環(huán)境養(yǎng)分的輸入量，研究區(qū)域平均每年接收環(huán)境中氮磷養(yǎng)分達(dá)108.1和29.8 kg/hm2（表2）。因此，科研工作者應(yīng)高度重視大氣沉降和灌溉水為主體的環(huán)境養(yǎng)分對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分輸入，充分利用這部分環(huán)境養(yǎng)分資源、減少化肥的不合理投入，從而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分資源的高效利用。

4 結(jié) 論

（1）雙季稻模式下，早稻氮磷施肥量分別在150和90 kg/hm2，晚稻氮磷施肥量在180和90 kg/hm2范圍內(nèi)，稻谷產(chǎn)量與秸稈產(chǎn)量隨施氮量增加顯著增加

（P<0.05）。區(qū)域生產(chǎn)條件下，早稻理論最高產(chǎn)量的氮、磷施肥量分別為158.5和100.2 kg/hm2，晚稻理論最高產(chǎn)量的氮、磷施肥量分別為190.1和77.5 kg/hm2。

（2）水稻稻谷、秸稈中的氮磷含量和積累量隨氮磷用量的增加而顯著增加（P<0.05）。

（3）稻田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境養(yǎng)分的輸入不容小視，平均每年接收環(huán)境中氮磷養(yǎng)分達(dá)108.1和29.8 kg/hm2。加強(qiáng)環(huán)境養(yǎng)分在農(nóng)田養(yǎng)分管理及自然生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)中的研究有利于高效利用環(huán)境養(yǎng)分資源和減少氮磷化肥的投入。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）