專家系統(tǒng)推薦施肥對水稻生長和氮素利用的影響

姚禮發(fā)　吳萍萍　姚文麒　王家嘉　李錄久　汪霄

摘要? ? 通過田間試驗研究水稻養(yǎng)分專家系統(tǒng)（NE）推薦施肥對江淮丘陵白土區(qū)一季中稻生長和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，NE推薦的氮、磷、鉀配施對水稻生長發(fā)育有明顯的促進(jìn)作用，能有效改善產(chǎn)量結(jié)構(gòu)性狀，增加籽粒產(chǎn)量。4年4地試驗，NE較不施氮、磷、鉀及不施肥的空白對照（CK）和農(nóng)民習(xí)慣施肥（FP）的增產(chǎn)率分別為30.00%～48.96%、4.35%～14.58%、2.92%～17.02%、34.84%～58.01%、2.96%～12.74%，平均增產(chǎn)37.92%、9.87%、11.21%、44.34%、9.68%，與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)技術(shù)部門測土配方施肥（ST）產(chǎn)量基本持平。水稻施用氮、磷、鉀的增產(chǎn)效應(yīng)順序為N>>K≥P。在降低氮肥用量的同時，NE既能保持水稻籽粒產(chǎn)量不降低，同時又能大幅度提高氮素的農(nóng)學(xué)效率和氮肥回收利用率。

關(guān)鍵詞? ? 水稻養(yǎng)分管理專家系統(tǒng)（NE）;推薦施肥;氮肥利用效率;江淮丘陵白土

中圖分類號? ? S511? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2019）24-0003-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

水稻是我國主要糧食作物，1949—2009年我國水稻年均播種面積3 093.7萬hm2，占糧食作物播種面積的27%;總產(chǎn)量平均為1.332 9億t，占糧食總產(chǎn)量的42%，居糧食作物首位[1-3]。2016年我國水稻種植面積為3 017.8萬hm2，總產(chǎn)量增至2.070 8億t。安徽是我國水稻重要生產(chǎn)省份，2016年全省種植面積增至226.55萬hm2，總產(chǎn)量1 401.8萬t，播種面積和總產(chǎn)量分別占全國總量的7.35%和6.82%，僅次于湖南、江西等省，分別居全國第4、7位[4]。

養(yǎng)分專家系統(tǒng)（nutrient expert，NE）是在實時氮素管理（SSNM）基礎(chǔ)上應(yīng)用國際上最新的4R養(yǎng)分管理技術(shù)原理，結(jié)合QUEFTS模型計算最佳養(yǎng)分吸收，并依據(jù)產(chǎn)量反應(yīng)和農(nóng)學(xué)效率進(jìn)行推薦施肥和養(yǎng)分管理的一種推薦施肥方法[5]。與測土配方施肥相比，省去了取土和化驗等繁雜工作，既充分利用農(nóng)田的基礎(chǔ)養(yǎng)分資源、提供合理的養(yǎng)分用量，避免作物對養(yǎng)分的奢侈吸收，又保障作物養(yǎng)分供應(yīng)，在保持土壤肥力的同時，使養(yǎng)分脅迫降到最低并最終達(dá)到高產(chǎn)、高效的目的。2009年以來，我國在小麥和玉米種植區(qū)不同氣候條件下全面開展了應(yīng)用NE推薦施肥工作，結(jié)果表明，在保證作物產(chǎn)量的前提下，NE能夠科學(xué)減施氮肥，提高肥料利用率，是較好地指導(dǎo)農(nóng)民科學(xué)施肥的新方法。2013年起，在安徽省多地開展了水稻NE田間試驗，以進(jìn)一步驗證水稻專家系統(tǒng)（NE）在安徽一季中稻的適應(yīng)性。現(xiàn)將結(jié)果報告如下。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗地概況

試驗于2013—2016年在安徽省江淮丘陵水稻主產(chǎn)區(qū)肥西、長豐、明光和定遠(yuǎn)等縣市區(qū)進(jìn)行，供試土壤為下蜀系黃土母質(zhì)發(fā)育而成的白土，屬于漂洗水稻土亞類，前茬小麥，肥力中等。試驗前0～20 cm耕層土壤養(yǎng)分狀況見表1。

1.2? ? 試驗材料

供試肥料：尿素、普通過磷酸鈣、氯化鉀。供試水稻品種為雜交中稻豐兩優(yōu)6號及鹽雜9號等當(dāng)?shù)刂髟云贩N。

1.3? ? 試驗設(shè)計

試驗設(shè)7個處理，分別為①CK（不施肥的空白對照）;②NE（養(yǎng)分專家系統(tǒng)推薦施肥，N、P2O5、K2O施用量4年分別為165、60、70 kg/hm2，165、75、75 kg/hm2，158、71、63 kg/hm2， 171、51、78 kg/hm2，下同）;③NE-N（不施氮）;④NE-P（不施磷）;⑤NE-K（不施鉀）;⑥ST（當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)技術(shù)部門測土配方推薦施肥，N、P2O5、K2O施用量4年分別為180、75、75 kg/hm2， 195、90、90 kg/hm2、195、75、75 kg/hm2，195、60、90 kg/hm2）;⑦FP（農(nóng)民習(xí)慣施肥，4年N、P2O5、K2O施用量分別為195、45、45 kg/hm2，210、75、90 kg/hm2，210、60、60 kg/hm2，200、75、60 kg/hm2）。試驗小區(qū)四周筑田埂，用塑料薄膜兩面包裹防止串肥滲水。小區(qū)四周設(shè)保護(hù)行，寬2 m，排、灌水渠獨(dú)立。小區(qū)面積30 m2，多地重復(fù)。

1.4? ? 試驗過程

50%的氮肥、全部磷肥及50%的鉀肥作基肥，于水稻移栽前施用;剩余的50%氮肥，其中25%第1次追肥，水稻移栽15 d左右追施;其余的25%氮肥和50%作鉀肥作第2次追肥，于水稻孕穗期追施。水稻每年4月下旬育秧，5月下旬至6月上中旬移栽，株行距20 cm×25 cm。其他栽培管理措施，如病蟲草害防治以及水分管理，與當(dāng)?shù)匾话愦筇锼鞠嗤?/p>

1.5? ? 分析方法

每年9月下旬至10月水稻成熟時，每小區(qū)采集代表性的5穴水稻植株樣品，考察產(chǎn)量結(jié)構(gòu)性狀，保留樣品測定養(yǎng)分含量，按小區(qū)收獲脫粒計實產(chǎn)。土壤基本性狀采用常規(guī)法分析，參照《土壤農(nóng)化分析》進(jìn)行;植株全N采用H2SO4-H2O2消煮，開氏半微量定氮法測定。農(nóng)學(xué)效率和利用率計算公式如下：

氮素農(nóng)學(xué)效率（kg/kg）=（施氮處理稻谷產(chǎn)量-不施氮處理稻谷產(chǎn)量）/總施氮量;

氮肥回收利用率（%）=（施N處理植株N積累量-不施N處理植株N積累量）/施N量×100。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 施用氮、磷、鉀對水稻生長和產(chǎn)量性狀的影響

由表2可知，養(yǎng)分專家系統(tǒng)NE推薦的氮磷鉀化肥配合施用對江淮丘陵一季中稻生長發(fā)育具有明顯的促進(jìn)作用。與不施氮、磷、鉀肥的對照NE-N、NE-P、NE-K或不施肥的空白對照CK相比，分蘗形成的有效穗數(shù)增加，穗長增長，穗粒數(shù)增多，結(jié)實率提高，空癟率降低，不施氮肥對水稻生長發(fā)育的影響最大。與農(nóng)民習(xí)慣施肥FP相比，推薦施肥NE處理的產(chǎn)量性狀也有一定程度的改善和提高，而與當(dāng)?shù)剞r(nóng)技部門的測土配方施肥ST處理相近。

2.2? ? 水稻養(yǎng)分專家系統(tǒng)推薦施肥的增產(chǎn)效應(yīng)

由表2還可以看出，江淮丘陵低產(chǎn)白土型水稻土，水稻養(yǎng)分專家系統(tǒng)NE推薦的氮磷鉀化肥配合施用具有明顯的增產(chǎn)效應(yīng)。4年試驗，氮磷鉀配施的NE處理，較NE-N增產(chǎn)30.00%～48.96%，較NE-P增產(chǎn)4.35%～14.58%，較NE-K增產(chǎn)2.92%～17.02%，較不施肥的空白對照產(chǎn)量提高34.84%～58.01%，比農(nóng)民習(xí)慣施肥FP增產(chǎn)2.96%～12.74%;4年試驗平均，增產(chǎn)率分別為37.92%、9.87%、11.21%、44.34%、9.68%，除2014年較NE-P、2016年較NE-K處理增產(chǎn)率較低外，其他施肥處理增產(chǎn)率都在10%以上，特別是施氮處理增產(chǎn)率很高，超過30%。與較高施肥量的當(dāng)?shù)剞r(nóng)技部門測土配方推薦施肥ST比，4年試驗NE處理分別增產(chǎn)-6.21%、-6.03%、4.76%和8.86%，平均增產(chǎn)0.1%，基本持平。不施肥或不施氮肥，水稻籽粒產(chǎn)量急劇下降，相對產(chǎn)量相應(yīng)只有NE處理的63.29%～74.16%和67.13%～76.92%，平均僅為69.28%和72.50%，減產(chǎn)幅度極大。不施磷、鉀肥，水稻相對產(chǎn)量只有NE產(chǎn)量的87.28%～95.83%和87.47%～97.16%，平均為91.01%和89.92%，除2014年試驗施P、2016年試驗施K處理外，減產(chǎn)也較為明顯?？傊?，不施氮肥對水稻籽粒產(chǎn)量的影響最大，4年試驗平均，減產(chǎn)幅度超過27%;其次為不施鉀的處理，平均減產(chǎn)10%;不施磷對水稻產(chǎn)量的影響相對小些而與鉀相近，平均減產(chǎn)9%左右。水稻氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)效應(yīng)順序為N>>K≥P。

2.3? ? 對氮肥利用效率的影響

從表3可以看出，水稻養(yǎng)分專家系統(tǒng)NE推薦施肥對氮利用效率影響較大。4年4地試驗結(jié)果，NE推薦施肥的氮肥農(nóng)學(xué)效率達(dá)10.84～17.85 kg/kg，農(nóng)民習(xí)慣施肥FP處理僅4.85～9.20 kg/kg，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)技術(shù)部門測土配方施肥ST處理為6.15～14.07 kg/kg，平均分別為13.48、7.31、11.56 kg/kg，NE處理的農(nóng)學(xué)效率最高，平均超過13 kg/kg，不僅遠(yuǎn)高于農(nóng)民習(xí)慣施肥FP處理，也高于測土配方施肥ST處理。進(jìn)一步分析氮肥當(dāng)季回收利用率，4年試驗，養(yǎng)分專家系統(tǒng)推薦施肥NE處理達(dá)19.85%～47.23%，平均為30.92%，是農(nóng)民習(xí)慣施肥FP處理平均利用率的2倍以上;同時NE處理也明顯高于當(dāng)?shù)剞r(nóng)技部門測土配方施肥ST處理，4年平均利用率提高10.16個百分點，相對提高48.9%。這一結(jié)果說明，水稻養(yǎng)分專家系統(tǒng)推薦施肥NE處理在降低氮肥用量的同時，能基本保持ST處理較高的籽粒產(chǎn)量，同時又能大幅度提高氮素的農(nóng)學(xué)效率和氮肥當(dāng)季回收利用率。

3? ? 結(jié)論與討論

（1）水稻養(yǎng)分專家系統(tǒng)NE推薦的氮、磷、鉀配合施肥對江淮丘陵水稻生長發(fā)育具有明顯的促進(jìn)作用。與不施氮、磷、鉀的對照相比，水稻有效穗數(shù)和穗長增加，穗粒數(shù)明顯增多，空癟粒數(shù)減少，結(jié)實率提高，產(chǎn)量性狀改善，為籽粒產(chǎn)量的提高打下了基礎(chǔ)[6]。

（2）安徽省江淮丘陵地區(qū)白土田一季中稻，養(yǎng)分專家系統(tǒng)NE推薦施肥具有明顯的增產(chǎn)效應(yīng)。4年4地試驗，較NE-N處理增產(chǎn)30.00%～48.96%，較NE-P處理增產(chǎn)4.35%～14.58%，較NE-K增產(chǎn)2.92%～17.02%，較不施肥的空白對照CK產(chǎn)量提高34.84%～58.01%，比農(nóng)民習(xí)慣施肥FP增產(chǎn)2.96%～12.74%，平均增產(chǎn)率分別為37.92%、9.87%、11.21%、44.34%、9.68%，除2014年試驗施P、2016年試驗施K處理外，其他施肥處理增產(chǎn)率都在10%以上，與當(dāng)?shù)販y土配方施肥ST產(chǎn)量基本持平。水稻施用氮、磷、鉀的增產(chǎn)效應(yīng)順序為N>>K≥P。

（3）NE推薦施肥在降低氮肥用量的同時，既能基本保持測土配方施肥ST較高的籽粒產(chǎn)量，同時又能大幅度提高氮素的農(nóng)學(xué)效率和氮肥當(dāng)季回收利用率。

4? ? 參考文獻(xiàn)

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