長(zhǎng)期施肥對(duì)南方黃泥田水稻養(yǎng)分吸收利用的影響

戴競(jìng)雄，王 飛

（1.福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福建 福州 350002； 2.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，福建 福州 350013）

隨著我國(guó)人口不斷增加與耕地面積逐年減少，提高糧食單產(chǎn)成為保障糧食安全的重要目標(biāo)。水稻土是南方最主要的農(nóng)田土壤，其植稻面積占全國(guó)的82%，但南方稻區(qū)低產(chǎn)水稻土占1/3，改造中低產(chǎn)田是提高糧食綜合生產(chǎn)能力，保證我國(guó)糧食安全的重要途徑［1］。黃泥田為南方低產(chǎn)水稻田發(fā)育程度較低的一類水稻土，因其水耕熟化時(shí)間短，熟化程度低，土質(zhì)粘重，有機(jī)質(zhì)含量低，磷、鉀元素缺乏，抵御自然災(zāi)害能力差等，導(dǎo)致水稻產(chǎn)量 低［2-4］。黃泥田主要分布在我國(guó)的廣東、廣西、福建、貴州、湖北、江西等省，面積約有140萬hm2［5］。因此，對(duì)低產(chǎn)黃泥田進(jìn)行科學(xué)改良有助于提高糧食單產(chǎn)，同時(shí)，我國(guó)每年秸稈產(chǎn)量有9 億t，加工副產(chǎn)物有5.8億t，這些加工副產(chǎn)物綜合利用率平均不到40%，2011年，按照中國(guó)畜禽糞尿年排放量折算成氮肥純量為1 009萬t，磷肥純量281.6萬t，鉀肥純量1 037.4萬t，合計(jì)折算化肥總純量約為 2 328萬t，并可提供有機(jī)質(zhì)約為1.96億t［6］。作物秸稈和畜禽糞便均是重要的有機(jī)肥源，長(zhǎng)期秸稈還田與施用畜禽糞便有機(jī)肥對(duì)水稻產(chǎn)量及土壤肥力影響已有較多報(bào)道［7-9］，但長(zhǎng)期施用畜禽糞肥與秸稈還田對(duì)黃泥田水稻養(yǎng)分吸收利用影響的研究尚少見報(bào)道，而后者有利于揭示黃泥田長(zhǎng)期有機(jī)無機(jī)肥配施下的養(yǎng)分利用狀況，進(jìn)而構(gòu)建水稻養(yǎng)分高效利用施肥模式。為此，本研究以福建黃泥田連續(xù)35年的定位試驗(yàn)為平臺(tái)，探討長(zhǎng)期不同施肥對(duì)黃泥田水稻生育期養(yǎng)分變化及吸收利用的影響，旨在為有機(jī)肥源養(yǎng)分高效利用及農(nóng)田質(zhì)量提升進(jìn)而提高單產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)在閩侯縣白沙鎮(zhèn)溪頭村農(nóng)業(yè)農(nóng)村部福建耕地保育觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站內(nèi)。供試土壤為滲育型水稻土黃泥田土屬，成土母質(zhì)為低丘坡積物，土壤初始基本化學(xué)性狀：pH 4.90，有機(jī)質(zhì)21.6 g·kg-1，堿解氮141 mg·kg-1、有效磷12 mg·kg-1、速效鉀41 mg·kg-1。試驗(yàn)始于1983年，設(shè)4個(gè)處理：1）不施肥（CK）；2）單施化肥（NPK）；3）化肥+牛糞（NPKM）；4）化肥+全部稻草回田（NPKS）。每處理設(shè)3次重復(fù)，小區(qū)面積12 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。每季施用化肥量為N 103.5 kg·hm-2、P2O527 kg·hm-2、K2O 135 kg·hm-2。牛糞養(yǎng)分平均含量為有機(jī)質(zhì)394.2 g·kg-1、N 15.8 g·kg-1、P2O58.8 g·kg-1、K2O 11.7 g·kg-1，每茬施用量3 750 kg·hm-2，稻草施用量為上茬稻草全部回田，稻草平均養(yǎng)分含量為有機(jī)C 377.3 g·kg-1、N 8.3 g·kg-1、P2O52.5 g·kg-1、K2O 29.1 g·kg-1。N、K肥的50%作基肥，50%作分蘗追肥，P肥全部作基肥施肥。N肥為尿素、P肥為過磷酸鈣、K 肥為氯化鉀。各處理除施肥外，其它管理措施一致。水稻品種每3～4年輪換一次，與當(dāng)?shù)刂髟云贩N保持一致。2017年水稻種植品種為‘中浙優(yōu)8號(hào)’。

1.2 分析測(cè)試及指標(biāo)計(jì)算

分別于2017年水稻的分蘗期、抽穗期和成熟期采集植株分析，于每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)取兩叢植株進(jìn)行養(yǎng)分分析。參照魯如坤［10］方法，植物全氮測(cè)定用H2SO4-混合加速劑-蒸餾法，植物全磷測(cè)定用釩鉬黃比色法，植物全鉀測(cè)定用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度法。于水稻成熟期采集各小區(qū)土壤分析化學(xué)特性，按常規(guī)方法測(cè)定，參照魯如坤［10］方法。

養(yǎng)分吸收量（kg·hm-2）=收獲物干重（kg· hm-2）× 收獲物養(yǎng)分含量（g·kg-1）

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2016和DPS 2006進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)與方差分析，采用Origin 8作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥模式對(duì)分蘗期水稻長(zhǎng)勢(shì)的影響

圖1顯示，不同施肥模式均提高了水稻分蘗期的分蘗數(shù)，從7月25日至8月22日5次觀測(cè)結(jié)果來看，NPK處理的分蘗數(shù)比CK增幅 2.6～4.6穗/叢，NPKM處 理 增 幅2.8～5.0穗/叢，NPKS處 理 增幅3.0～5.8穗/叢，說明不同施肥模式以NPKS與NPKM分蘗期分蘗數(shù)增長(zhǎng)最為明顯；從株高5次觀測(cè)結(jié)果來看（圖2），NPK處理較CK增幅7～23.4 cm，NPKM處理增幅7～35.6 cm，NPKS處理增幅7.2～25.8 cm，說明施肥均明顯促進(jìn)了株高生長(zhǎng)，且NPKM與NPKS處理的分蘗期株高生長(zhǎng)速率要優(yōu)于NPK處理，這為后期水稻高產(chǎn)打下良好基 礎(chǔ)。

圖1 不同施肥下水稻分蘗期分蘗數(shù)

圖2 不同施肥下水稻分蘗期株高

2.2 不同施肥模式對(duì)成熟期水稻產(chǎn)量的影響

表1顯示，長(zhǎng)期施肥均提高了水稻籽粒產(chǎn)量與秸稈產(chǎn)量，其中當(dāng)季籽粒產(chǎn)量增幅61.1%～97.7%，秸稈產(chǎn)量增幅69.5%～112.0%，差異均顯著。與NPK處理相比，NPKM與NPKS處理的籽粒產(chǎn)量分別增產(chǎn)22.7%與20.4%，差異均顯著（P<0.05），秸稈產(chǎn)量分別增產(chǎn)25.0%和15.0%，差異均顯著（P<0.05），但NPKM和NPKS的籽粒產(chǎn)量與秸稈產(chǎn)量均無顯著差異。

從成熟期水稻經(jīng)濟(jì)性狀因子來看，施肥的有效穗較CK增幅40.7%～80.5%，差異均顯著 （P<0.05），且以NPKM最高，施肥的每穗實(shí)粒數(shù)較CK增幅40.7%～80.5%，其中NPKM與NPKS處理與CK差異均顯著（P<0.05），同樣以NPKM處理提高最為明顯，不同施肥處理的千粒重以NPK處理最為明顯，較CK提高2.5%，差異顯著（P<0.05），NPKM與NPKS處理的籽粒千粒重則較NPK處理分別降低4.1%與5.3%，差異顯著（P<0.05）。

表1 不同施肥下水稻成熟期產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)性狀因子

圖3 不同施肥下水稻各生育期莖葉N、P、K養(yǎng)分含量

2.3 不同施肥模式對(duì)水稻生育期植株養(yǎng)分含量的影響

2.3.1 不同施肥模式對(duì)各生育期莖葉養(yǎng)分含量的 影響

圖3顯示，各生育期莖葉N、P、K養(yǎng)分含量均以分蘗期含量最高，隨著生育期的延長(zhǎng)，N、P養(yǎng)分含量呈總體降低趨勢(shì)，K素呈先降低后升高的趨勢(shì)。圖3a顯示，施肥均不同程度提高了各生育期莖葉N含量，其中分蘗期較CK增幅10.4%～32.0%，以NPKM處理最高，NPKM與NPKS處理的莖葉含量也顯著高于NPK處理（P<0.05），施肥同樣均提高了抽穗期的莖葉N含量，但與CK無顯著差異，成熟期施肥均提高了莖葉N含量，其中NPKM和NPKS處理的莖葉N含量分別比CK提高61.0%和42.0%，差異顯著（P<0.05）；從莖葉P素含量來看（圖3b），不同施肥模式均不同程度提高了各生育期莖葉P素含量，其中分蘗期較CK增幅35.1%～85.1%，以NPKM處理最高，與CK差異顯著，抽穗期各處理莖葉P含量無顯著差異，而成熟期各施肥模式莖葉P含量較CK增幅26.0%～144.2%，同樣以NPKM處理最為明顯，其次為NPK處理，與CK差異均顯著（P<0.05）。從莖葉K素含量來看（圖3c），施肥均不同程度提高了分蘗期莖葉K素含量，其中NPKS與NPKM處理分別較CK提高38.0%和29.0%，差異均顯著（P<0.05），二者的莖葉K含量也顯著高于NPK處理（P<0.05），分別提高14.0%和22.0%，抽穗期不同處理的莖葉K含量無顯著差異，成熟期各施肥均不同程度提高了莖葉K素含量，其中NPKS處理的K素含量最高，較CK提高22.2%，差異顯著（P<0.05）。

圖4 不同施肥下水稻成熟期籽粒養(yǎng)分含量

2.3.2 不同施肥模式對(duì)成熟期籽粒養(yǎng)分含量的影響

由圖4可得，不同施肥模式均不同程度提高了籽粒中N含量（圖4a），以NPKM處理最高，但差異不顯著；施肥均提高了籽粒P素含量，以NPKM與NPKS處理較高，但各處理差異未達(dá)到顯著水平（圖4b），從籽粒K素來看（圖4c），施肥均提高了籽粒K含量，增幅5.9%～22.0%，其中以NPKM處理最高，與CK差異達(dá)到顯著水平（P<0.05）。

2.4 不同施肥模式對(duì)生育期水稻N、P、K養(yǎng)分吸收的影響

由表2可得，施肥均不同程度提高了各生育期N吸收量，其中分蘗期較CK增幅123.5%～ 225.3%，以NPKM處理最高，與CK差異均顯著（P<0.05）；抽穗期N吸收量較CK增幅67.1%～ 90.1%，以NPK處理最高，但NPK、NPKM和NPKS處理間無顯著差異；成熟期施肥籽粒的N吸收量較CK增幅137.6%～206.2%，與CK差異均達(dá)到顯著水平（P<0.05），但NPK、NPKM和NPKS處理間無顯著差異，成熟期施肥莖葉N吸收量較CK增幅98.4%～240.8%，與CK差異均顯著（P<0.05），以NPKM處理最為明顯。

從P吸收量來看，施肥處理分蘗期P吸收量較CK增幅136.7%～349.8%，以NPKM處理最高，其次是NPK處理，二者與CK差異均顯著（P<0.05）；不同施肥處理均提高了抽穗期莖葉P吸收量，但差異未達(dá)顯著水平；成熟期施肥處理的籽粒P吸收量較CK提高86.0%～172.4%，莖葉P吸收量較CK增幅145.7%～419.8%，差異均顯著（P<0.05），均以NPKM處理最高。

從K素吸收量來看，分蘗期各施肥處理的K吸收量較CK增幅147.1%～216.7%，差異均顯著（P<0.05），以NPKM處理最高；抽穗期施肥的莖葉K吸收量較CK增幅60.5%～82.4%，其中NPK與NPKS處理較CK差異顯著（P<0.05）；成熟期施肥的籽粒K吸收量較CK增幅71.6%～142.5%，莖葉中K吸收量較CK增幅94.4%～142.8%，差異均顯著（P<0.05），且均以NPKM處理最 高。

表2 不同施肥下水稻地上部植株N、P、K養(yǎng)分吸收量 （kg·km-2）

2.5 不同施肥模式對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)及N、P、K養(yǎng)分的影響

表3顯示，長(zhǎng)期不同施肥表現(xiàn)出明顯的肥力差異。從有機(jī)質(zhì)含量來看，各施肥處理較CK增幅21.0%～42.1%，差異均顯著（P<0.05），NPKM與NPKS處理的有機(jī)質(zhì)含量也顯著高于NPK處理（P<0.05），分別提高17.4%與14.7%，而NPKM與NPKS處理間無顯著差異；從堿解N來看，施肥較CK差異顯著（P<0.05），增幅34.0%～86.0%，以NPKM處理最高，不同施肥模式有效P含量以NPKM處理最高，較CK提高177.4%，差異顯著（P<0.05），且NPKM處理有效P含量也明顯高于NPK與NPKS處理（P<0.05）；從速效K來看，各施肥處理較CK增幅40.9%～127.3%，差異均顯著（P<0.05），其中以NPKS處理最高，且NPKS處理的速效K含量也顯著高于NPKM與NPK處理。

表3 不同施肥下土壤有機(jī)質(zhì)與N、P、K養(yǎng)分含量

表4 成熟期植株養(yǎng)分吸收量（y）與土壤肥力因子（x）回歸方程

表4顯示，成熟期植株不論是籽粒、莖稈還是地上部植株，N、P、K養(yǎng)分吸收量均與土壤有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），回歸方程顯示，每增加1 g·kg-1的土壤有機(jī)質(zhì)，地上部植株N、P、K吸收量分別增加15.73、3.18、17.54 kg·hm-2。籽粒、莖稈及地上部植株N吸收量均與堿解N含量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），回歸方程顯示，每增加10 mg·kg-1的堿解氮，地上部植株N吸收量增加11.50 kg·hm-2。籽粒、莖稈與地上部植株P(guān)吸收量也均與有效P含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，回歸方程顯示，每增加10 mg·kg-1的有效P，地上部植株P(guān)吸收量增加23.31 kg·hm-2。同樣，籽粒、莖稈與地上部植株K吸收量也均與速效K含量呈顯著正相關(guān)（P<0.05），回歸方程顯示，每增加10 mg·kg-1的速效K，地上部植株K吸收量增加24.83 kg·hm-2。上述說明，有機(jī)質(zhì)是影響黃泥田水稻植株N、P、K養(yǎng)分吸收累積的關(guān)鍵因子，一定范圍內(nèi)植株養(yǎng)分吸收與有機(jī)質(zhì)含量存在定量關(guān)系，另外，N、P、K養(yǎng)分吸收累積與相應(yīng)的土壤有效養(yǎng)分含量關(guān)系也較密切。

3 討論

3.1 長(zhǎng)期有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)黃泥田產(chǎn)量的影響及機(jī)制

本研究表明，長(zhǎng)期不同施肥模式的黃泥田水稻產(chǎn)量以NPKM與NPKS較高，均明顯優(yōu)于NPK處理，在經(jīng)濟(jì)性狀上主要表現(xiàn)為有效穗和每穗實(shí)粒數(shù)較高，劉紅江等［11］研究也表明，合理的有機(jī)無機(jī)肥配施主要通過增加單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)提高了產(chǎn)量。這一方面可能與有機(jī)物料礦化的養(yǎng)分有關(guān)，黃泥田有效P、速效K均較為缺乏，通過糞肥與秸稈等有機(jī)物料還田使用，在南方高溫高濕條件下有機(jī)物料經(jīng)過礦化直接增加了N、P、K等速效養(yǎng)分含量，提升了肥力水平，榮勤雷等［5］研究結(jié)果表明化肥與畜禽糞肥配施土壤的有效P和速效K含量顯著高于其他施肥措施，也更有利于水稻吸收利用。氮、磷、鉀等有效養(yǎng)分的增加直接促進(jìn)了水稻分蘗期分蘗與株高生長(zhǎng)，且長(zhǎng)期施用有機(jī)物料，養(yǎng)分礦化過程穩(wěn)長(zhǎng)，后期不易脫肥，這為全過程產(chǎn)量增加打下良好的基礎(chǔ)。另一方面可能與有機(jī)物料還田改善土壤物理性狀有關(guān)。黃泥田多分布于南方丘陵山地坡殘積物母質(zhì)上，由地帶性紅壤水耕熟化而來，土質(zhì)較為粘重［12］，持續(xù)施用有機(jī)物料后土壤有機(jī)質(zhì)明顯提高，土壤物理性狀得到改善，擴(kuò)大了根部的生長(zhǎng)范圍，進(jìn)而促進(jìn)了養(yǎng)分吸收利用，這可從籽粒、莖稈及地上部養(yǎng)分吸收量均與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)得到佐證。

NPKM與NPKS處理的當(dāng)年產(chǎn)量基本相當(dāng) （表1），這與多年觀測(cè)的結(jié)果基本一致［13］，主要原因從有機(jī)物料投入的養(yǎng)分來看，牛糞的N、P實(shí)際投入量要高于稻草，而稻草還田的K還田量要高于牛糞，這可能形成二者在各自養(yǎng)分投入上的優(yōu)勢(shì)，其在土壤N、P、K有效養(yǎng)分指標(biāo)差異上也得到體現(xiàn)，即NPKM處理的堿解N與有效P含量要顯著高于NPKS，而NPKS的速效K含量要顯著高于NPKM。此外，有機(jī)物料的投入，促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的提升，使二者均處在相對(duì)較高的培肥水平上，有效削減了黃泥田土壤粘重等不利的物理性狀，使產(chǎn)量趨于平衡，這有待進(jìn)一步研究。

3.2 土壤肥力對(duì)產(chǎn)量及植株養(yǎng)分吸收累積的影響

前人研究表明，水稻籽實(shí)、秸稈與產(chǎn)量受土壤性質(zhì)的影響顯著，江西潴育型水稻土定位試驗(yàn)表明，全 P、有效 P 及堿解 N 與水稻總生物量極顯著相 關(guān)［14］，不同肥力水平也影響植株養(yǎng)分的吸收富集，連續(xù)5年的定位試驗(yàn)表明，供試土壤肥力的明顯差異，導(dǎo)致玉米對(duì)養(yǎng)分的吸收量和吸收比例不同［15］，施用生物炭顯著增加了土壤肥力，并顯著增加春小麥對(duì)N、P和K的吸收，還對(duì)春小麥產(chǎn)量及構(gòu)成具有積極的促進(jìn)作用［16］，在白土稻田上，翻耕 20 cm后增施有機(jī)肥有利于提高水稻產(chǎn)量，促進(jìn)養(yǎng)分吸收，改善白土耕層土壤理化性狀，是適合白土區(qū)大力推廣的施肥模式［17］。盆栽試驗(yàn)表明，同樣施肥下低產(chǎn)黃泥田水稻成熟期籽粒、莖葉的氮素吸收量較灰泥田分別低 10.8% 和 17.3%，磷素吸收量分別低 12.5% 和 46.2%，鉀素吸收量分別低 16.6% 和 28.5%［18］。本研究條件下，長(zhǎng)期不同施肥模式下的土壤肥力差異顯著，尤其是土壤有機(jī)質(zhì)，回歸方程顯示土壤有機(jī)質(zhì)是影響植株N、P、K吸收的重要因子，且在一定范圍內(nèi)養(yǎng)分吸收與有機(jī)質(zhì)含量存在定量關(guān)系，因此，對(duì)于南方中低產(chǎn)黃泥田而言，應(yīng)通過持續(xù)培肥措施，穩(wěn)步提升土壤有機(jī)質(zhì)與地力水平，進(jìn)而提高植株養(yǎng)分吸收利用與肥料利用率，這也是協(xié)調(diào)中低產(chǎn)黃泥田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)與化肥減施的重要途徑。從中也可看出，NPKM與NPKS的培肥效果明顯優(yōu)于NPK模式，且二者培肥效果與產(chǎn)量基本相當(dāng)，是黃泥田較理想的施肥模式。

4 結(jié)論

長(zhǎng)期不同施肥模式下第35年的黃泥田水稻籽粒產(chǎn)量與秸稈產(chǎn)量均以NPKM與NPKS最高，且二者的籽粒產(chǎn)量分別較NPK模式提高22.7%與20.4%，但二者產(chǎn)量無顯著差異。

長(zhǎng)期不同施肥下分蘗期地上部植株N、P、K養(yǎng)分含量均以NPKM處理最高，施肥處理成熟期籽粒N、P、K養(yǎng)分吸收量分別較CK增幅137.6%～206.2%、86.0%～172.4%與71.6%～ 142.5%，莖葉N、P、K養(yǎng)分吸收量分別較CK增幅98.4%～240.8%、145.7%～419.8%、94.4%～ 142.8%，且均以NPKM處理最高。

不論是籽粒、莖稈還是地上部植株，成熟期N、P、K養(yǎng)分吸收量均與土壤有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān)，與相應(yīng)的土壤速效養(yǎng)分含量呈顯著正相關(guān)。綜合考慮施肥對(duì)水稻產(chǎn)量、養(yǎng)分利用與稻田土壤肥力的影響，NPKM與NPKS處理明顯優(yōu)于NPK模式，二者均是高產(chǎn)高效培肥模式。有機(jī)質(zhì)是影響黃泥田水稻植株N、P、K養(yǎng)分吸收累積的關(guān)鍵因子。