減量施肥對不同品種水稻產(chǎn)量和肥料效率的影響

姜彩霞，周江明，夏藝軒，周夢真，王文麗，薛才余

(1.江山市峽口鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，浙江 江山 324100； 2.江山市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 江山 324100； 3.江山市賀村鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，浙江 江山 324100； 4.江山市長臺鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，浙江 江山 324100)

水稻是世界主要糧食作物之一，全球有超過1/2的人以稻米為主食[1]。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織(FAO)統(tǒng)計(jì)顯示，2016年全球水稻種植面積約1.6×108hm2，主要集中在亞洲地區(qū)，面積達(dá)1.4×108hm2，占比87.5%。2016年，我國水稻種植面積為3.04×107hm2，約占全球面積的1/5。長期以來，人們形成了對化肥應(yīng)用的過度依賴性，通過增加化肥用量獲得高產(chǎn)已成為我國水稻生產(chǎn)中普遍存在的現(xiàn)象。閆湘等[2]對全國19個(gè)省(市、自治區(qū))4 608塊稻田施肥情況的調(diào)查顯示，2002—2005年平均水稻用肥量為294.8 kg·hm-2；而李紅莉等[3]對23個(gè)省(市、自治區(qū))1萬多農(nóng)戶的調(diào)查表明，2008年我國水稻平均用肥量已達(dá)407.5 kg·hm-2。當(dāng)前，一些地區(qū)在高產(chǎn)水稻田創(chuàng)建中，平均化肥施用量已高達(dá)574.6 kg·hm-2[4]，遠(yuǎn)超專家推薦用肥量的上限250 kg·hm-2和發(fā)達(dá)國家為防止水體污染而設(shè)置的安全上限值225 kg·hm-2[2,5]。伴隨化肥的濫施，化肥效率下降、環(huán)境污染加重，及土壤質(zhì)量惡化等一系列不良后果慢慢顯現(xiàn)。2004—2013年的10 a間，水稻化肥效率從21.99 kg·kg-1下降至20.77 kg·kg-1，下降了5.5%[5]。太湖周邊的水稻生產(chǎn)，大量的氮磷元素從稻田通過徑流進(jìn)入湖泊，已給水環(huán)境帶來嚴(yán)重污染[6-8]。因此，如何使施肥趨于理性、趨于合理，確保用量接近經(jīng)濟(jì)意義上的最優(yōu)施肥量，提高農(nóng)業(yè)收益和改善生態(tài)環(huán)境，已成為亟待解決的問題。

目前，水稻減量施肥的研究頗多，主要圍繞有機(jī)肥替代[9]、綠肥種植[10-11]、施肥方式改進(jìn)[6,12]、緩釋肥應(yīng)用等[13-14]來減少化肥用量。例如，劉紅江等[6]在試驗(yàn)地習(xí)慣施氮量的基礎(chǔ)上進(jìn)行減量試驗(yàn)，結(jié)果顯示，在減少10%氮肥的情況下，水稻產(chǎn)量未受影響，而地表徑流總氮流失率下降9.2%；沈建國等[13]應(yīng)用不同緩釋肥進(jìn)行減量20%和25%處理，水稻產(chǎn)量反而增加8.8%和5.0%。另有研究顯示，通過種植紫云英培肥地力可減少40%以上的化肥使用量而水稻產(chǎn)量不受影響[10-11]。諸多研究表明，不同的減量措施雖然在效果上有差異，但均具有節(jié)本增效、減少污染的功效。然而，當(dāng)前種植的水稻品種非常多，不同品種的生物學(xué)特性差異很大，需肥量也不盡一致，但關(guān)于不同品種間水稻減量施肥效果的對比研究頗為缺乏。為此，本文針對2個(gè)水稻品種應(yīng)用緩控肥開展減量施肥試驗(yàn)，以期為相關(guān)研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)田概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于浙江省江山市賀村鎮(zhèn)湖前村和峽口鎮(zhèn)王村村，屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以種植水稻為主，供試水稻土肥力中等(表1)。湖前村的供試土壤基本理化性狀：土壤質(zhì)地為砂壤土，pH值5.5，全氮1.53 g·kg-1，有效磷14.1 g·kg-1，速效鉀66 mg·kg-1，緩效鉀157 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)25.3 g·kg-1；王村村的供試土壤基本理化性狀：土壤質(zhì)地為壤土，pH值5.4，全氮1.81 g·kg-1，有效磷11.3 g·kg-1，速效鉀74 mg·kg-1，緩效鉀238 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)28.5 g·kg-1。

1.2 供試材料

湖前村和王村村種植的水稻品種分別為甬優(yōu)1540和兩優(yōu)1號。供試緩控肥為福建中化智勝化肥有限公司生產(chǎn)的長效緩控復(fù)合肥料(N 20%，P2O512%，K2O 16%)，其他肥料包括蘇州東洋化肥有限公司生產(chǎn)的45%復(fù)合肥(N 15%，P2O515%，K2O 15%)、江西天澤煤化工集團(tuán)股份公司生產(chǎn)的尿素(N 46%)、加拿大進(jìn)口的氯化鉀(K2O 60%)。

1.3 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)7個(gè)處理：處理1，農(nóng)戶常規(guī)施肥，總養(yǎng)分投入540 kg·hm-2(折純，N、P2O5、K2O合計(jì))，N∶P2O5∶K2O的質(zhì)量比為15∶9∶12，其中施用45%復(fù)合肥900 kg·hm-2，其余N和K2O不足部分施尿素195.5 kg·hm-2和氯化鉀75 kg·hm-2；處理2，與常規(guī)施肥等量的緩控肥，總養(yǎng)分投入540 kg·hm-2；處理3，常規(guī)施肥量95%的緩控肥，總養(yǎng)分投入513 kg·hm-2；處理4，常規(guī)施肥量90%的緩控肥，總養(yǎng)分投入486 kg·hm-2；處理5，常規(guī)施肥量85%的緩控肥，總養(yǎng)分投入459 kg·hm-2；處理6，常規(guī)施肥量80%的緩控肥，總養(yǎng)分投入432 kg·hm-2；處理7，空白區(qū)(CK)，不施任何肥料。小區(qū)面積35 m2，每個(gè)處理重復(fù)3次。各小區(qū)間用20 cm寬、15 cm高的田埂隔開，并在田埂上蓋黑色地膜防止肥料滲漏。小區(qū)獨(dú)立灌排，四周設(shè)保護(hù)行。

湖前村試驗(yàn)田于6月30日水稻移栽前一天常規(guī)施肥區(qū)施基肥45%復(fù)合肥900 kg·hm-2，其余部分于7月8日作追肥施用，緩控肥區(qū)一次性作基肥100%施入，水稻移栽密度21.7 cm×30.0 cm，11月1日成熟收獲。王村村試驗(yàn)田水稻6月14日移栽，基肥和追肥時(shí)間分別是6月13日和6月19日，基、追肥比例與湖前村試驗(yàn)田相同，水稻移栽密度21.0 cm×30.0 cm，10月18日收獲。各小區(qū)除施肥措施不一樣外，其他水分、病蟲害防治等管理參照當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶習(xí)慣統(tǒng)一進(jìn)行。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

成熟期分別于每小區(qū)調(diào)查3個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)20穴，共60穴有效穗。按平均法取水稻植株3株，測定植株高度，考查穗粒結(jié)構(gòu)。小區(qū)產(chǎn)量按小區(qū)全部收割，稱出濕谷質(zhì)量，再稱2.5 kg濕谷進(jìn)行烘干折算干谷重，測定實(shí)際產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0進(jìn)行方差分析，對有顯著差異的處理采用LSD法進(jìn)行多重比較。用Excel 2010作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 對水稻農(nóng)藝性狀的影響

如表1所示，對甬優(yōu)1540而言，與CK相比，施肥處理顯著提高其株高和有效穗數(shù)，但對結(jié)實(shí)率和千粒重?zé)o顯著影響。在水稻產(chǎn)量各構(gòu)成因子中，有效穗對化肥用量較為敏感：處理2的有效穗最高，與處理1之間無顯著差異；處理3～6的有效穗無顯著差異，均顯著少于處理2；處理3和處理6的有效穗還顯著低于處理1。在穗粒數(shù)方面，CK最高，顯著高于處理2、3、6，與其他處理無顯著差異；施用緩控肥的各處理中，處理2和處理3的穗粒數(shù)最低，且顯著低于處理4。

表1 不同處理對水稻產(chǎn)量構(gòu)成的影響

注：同列數(shù)據(jù)后無相同字母表示差異顯著(P<0.05)。表2同。

對兩優(yōu)1號而言，處理2和處理3的株高顯著高于CK，其他處理間無顯著差異。在有效穗方面，處理1～5無顯著差異，以處理2最高，且顯著高于處理6和CK。在穗粒數(shù)方面，處理1～5同樣無顯著差異，但以處理3最高，且顯著高于處理6和CK。在結(jié)實(shí)率方面，除CK顯著高于處理4外，其他處理間均無顯著差異。與甬優(yōu)1540一樣，各處理對千粒重并無顯著影響。

2.2 對水稻產(chǎn)量的影響

對于甬優(yōu)1540來說，與CK相比，各施肥處理均能顯著增產(chǎn)。隨著緩控肥用量的減少，水稻產(chǎn)量呈下降趨勢，處理5與處理6的水稻產(chǎn)量顯著低于處理1和處理2。對于兩優(yōu)1號來說，常規(guī)施肥(處理1)的水稻產(chǎn)量顯著高于CK，各施肥處理的水稻產(chǎn)量雖無顯著差異，但與甬優(yōu)1540相似，隨著緩控肥用量的減少，水稻產(chǎn)量呈下降趨勢。處理2和處理3的水稻產(chǎn)量還顯著高于CK，但處理4～6的水稻產(chǎn)量與CK相比已無顯著差異?？傮w來看，2種水稻上有效穗的變化趨勢與產(chǎn)量相似，暗示了有效穗數(shù)對水稻產(chǎn)量的重要貢獻(xiàn)[6,15]。

同一水稻品種各處理柱上無相同字母的表示差異顯著(P<0.05)。圖1 不同處理的水稻產(chǎn)量

2.3 對水稻肥料效率的影響

如表2所示，隨著化肥用量的下降，水稻肥料效率上升，當(dāng)緩控肥用量為常規(guī)肥用量的85%及以下時(shí)，處理間差異達(dá)顯著水平，甬優(yōu)1540和兩優(yōu)1號的肥料效率分別較常規(guī)施肥(處理1)提高1.9～3.2、2.8～3.7 kg·kg-1。以不顯著減產(chǎn)為標(biāo)準(zhǔn)，則甬優(yōu)10號可實(shí)現(xiàn)緩控肥減量10%(處理4)，兩優(yōu)1號可實(shí)現(xiàn)緩控肥減量20%(處理6)，相應(yīng)處理下，肥料效率較常規(guī)施肥分別提高5.09%和17.9%，且后者差異達(dá)顯著水平。

表2 各處理水稻生產(chǎn)的肥料效率

3 討論

施肥，尤其是施用化肥，是水稻生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)措施，化肥對水稻增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率平均可達(dá)43.2%[16]。正是由于這個(gè)原因，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者受長期以來形成的傳統(tǒng)習(xí)慣影響，陷入“施肥越多產(chǎn)量越高”的施肥誤區(qū)，造成了經(jīng)濟(jì)及生態(tài)上的負(fù)面后果。本研究表明，甬優(yōu)1540和兩優(yōu)1號生產(chǎn)中應(yīng)用緩控肥料，在習(xí)慣施肥用量基礎(chǔ)上減少10%和20%，水稻產(chǎn)量并不是顯著下降，這與劉紅江等[6]、康洪燦等[15]關(guān)于水稻肥料減量的研究結(jié)論基本一致。2個(gè)水稻品種相比，甬優(yōu)1540因養(yǎng)分減量而引起的產(chǎn)量減幅大，減量5%和10%的處理分別比常規(guī)施肥減產(chǎn)4.9%和5.1%，同樣的處理在兩優(yōu)1號上僅減產(chǎn)0.05%和2.4%，這可能與不同水稻品種的需肥特性有關(guān)。侯文峰等[17]在9個(gè)水稻品種的肥料試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，施肥的增產(chǎn)效果在不同水稻品種間差異很大，高產(chǎn)品種需要供應(yīng)更多的養(yǎng)分才能發(fā)揮其高產(chǎn)潛力。本試驗(yàn)中，甬優(yōu)1540與兩優(yōu)1號在2012—2013年長江中下游區(qū)試中的平均產(chǎn)量分別為10.677 t·hm-2和9.478 t·hm-2，前者高產(chǎn)潛力優(yōu)勢明顯，養(yǎng)分要求自然更高。另外，不同試驗(yàn)田塊的土壤肥力差異也可能影響試驗(yàn)效果。湖前村試驗(yàn)田的土壤肥力稍低于王村村試驗(yàn)田。黃山等[10]認(rèn)為，化肥減量應(yīng)該根據(jù)不同土壤背景肥力適當(dāng)調(diào)整，以獲得最優(yōu)的節(jié)肥量。上述研究表明，在水稻生產(chǎn)中，相關(guān)技術(shù)人員在指導(dǎo)農(nóng)戶采取減肥措施上應(yīng)充分考慮水稻品種的產(chǎn)量特性和種植田塊的土壤肥力水平。同時(shí)，減肥量還取決于當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的習(xí)慣施肥量，如果習(xí)慣施肥量偏高較多，自然減量也越大，節(jié)肥效應(yīng)也越佳[11]。

肥料效率是指單位投入的肥料所能產(chǎn)生的作物產(chǎn)量，它不需要通過試驗(yàn)測定空白區(qū)的產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量，易于運(yùn)用，非常適合于農(nóng)戶調(diào)研數(shù)據(jù)分析。史常亮等[5]運(yùn)用1984—2000年的化肥調(diào)查結(jié)果與全國統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)建立評價(jià)模型，推算出目前我國水稻的肥料效率約為21%，并呈逐年下降之勢。李紅莉等[3]通過對2001年和2008年各1萬多農(nóng)戶的調(diào)查顯示，我國水稻肥料效率從2001年的13.9%上升到2007年的15.7%，平均增長13.0%，不同研究結(jié)論的差異可能與其所采用的研究方法有關(guān)。本試驗(yàn)條件下，常規(guī)施肥的水稻肥料效率在20.7～21.6 kg·kg-1，與史常亮等[5]研究相符。通過化肥減量可有效提高水稻肥料效率，施用緩控肥減量20%的處理下，甬優(yōu)1540和兩優(yōu)1號的肥料效率分別提高14.8%和17.9%，且兩優(yōu)1號在此條件下產(chǎn)量與常規(guī)施肥無顯著差異，具有節(jié)本增效和改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)然，在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，也不能片面追求肥料效率而忽略產(chǎn)量的提高，否則也會影響到我國的糧食安全保障。

綜上，本研究表明，水稻生產(chǎn)中施用緩控肥具有節(jié)肥效果。在本試驗(yàn)條件下，甬優(yōu)1540和兩優(yōu)1號可在當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥基礎(chǔ)上減量10%～20%，這樣并不致影響產(chǎn)量，并能提高肥料效率。當(dāng)然，實(shí)際運(yùn)用過程中，具體減幅應(yīng)隨生產(chǎn)環(huán)境和水稻品種而變化：對于生物量大、產(chǎn)量高的水稻品種應(yīng)慎重大幅度減肥，避免因片面追求肥料效率而造成糧食產(chǎn)量的較大幅度下降；反之，對于土壤肥力好或種植產(chǎn)量較低的水稻品種則可適當(dāng)提高減量幅度，對于推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)本增效及改善生態(tài)環(huán)境等具有積極意義。