不同氮磷鉀肥運(yùn)籌對水稻產(chǎn)量和肥料利用率的影響

黃璐璐 王站付 金海洋 徐春花 徐培培 郭棟 張棟杰 鄧仕俊

摘要 為研究不同氮磷鉀肥運(yùn)籌對水稻產(chǎn)量及肥料利用效率的影響，選用“南粳46”進(jìn)行了常規(guī)施肥、常規(guī)缺氮、缺磷、缺鉀以及不同氮磷鉀肥梯度處理試驗(yàn)。結(jié)果表明，當(dāng)施氮量為300 kg/hm2時，產(chǎn)量僅比施氮肥225 kg/hm2提高2.43%（P>0.05），但氮肥利用率與農(nóng)學(xué)效率減少了21.9%（P<0.05）、27.57%（P<0.01），當(dāng)施磷量與施鉀量為60 kg/hm2時，產(chǎn)量僅比施磷、鉀量為30 kg/hm2時分別提高了2.54%（P>0.05）、3.15%（P>0.05），但磷、鉀肥利用率降低了10.21%（P>0.05）、23.76%（ P<0.01），農(nóng)學(xué)效率降低了96.06%（P<0.01）、21.03%（P>0.05）。因此，綜合考慮水稻產(chǎn)量與肥料利用效率，建議氮肥施用量為225 kg/hm2，磷鉀肥施用量均為30 kg/hm2為宜。

關(guān)鍵詞 水稻;氮磷鉀肥;產(chǎn)量;肥料利用率

中圖分類號 S511? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A? 文章編號 0517-6611（2021）04-0155-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.04.043

Effects of Different Nitrogen， Phosphorus and Potassium Fertilizers on Rice Yield and Fertilizer Utilization Efficiency

HUANG Lu-lu， WANG Zhan-fu，JIN Hai-yang et al

（Extension Service Center of Agricultural Technology of Shanghai，Shanghai 201103）

Abstract In order to study the effects of different nitrogen， phosphorus and potassium fertilizers on rice yield and fertilizer utilization efficiency，Nanjing 46 was selected for conventional fertilization， conventional nitrogen， phosphorus and potassium deficiency and gradient treatment of different nitrogen， phosphorus and potassium fertilizers.Results showed that when N application rate was 300 kg/hm2， the yield was only increased by 2.43% （P<0 0.05） compared with N application rate of 225 kg/hm2， but N use efficiency and agronomic efficiency was reduced by 21.9% （P<0.05） and 27.57% （P<0.01）.When P and K application levels were 60 kg/hm2， the yield was increased by 2.54% （P>0.05） and 3.15% （P>05）， respectively， compared with P and K application levels of 30 kg/hm2， but the utilization rate of P and K was decreased by 10.21% （P>0.05） and 23.76%（P< 0.01）， and the agronomic efficiency was decreased by 96.06% （P<0.01） and 21.03% （P>0.05）.Therefore， considering the rice yield and fertilizer use efficiency， it was recommended to apply nitrogen fertilizer of 225 kg/hm2? and phosphorus and potassium fertilizer of 30 kg/hm2.

Key words Rice;N，P，K fertilizers;Yield;Fertilizer use efficiency

基金項(xiàng)目 上海市市級農(nóng)口系統(tǒng)青年人才成長計劃（滬農(nóng)青字〔2018〕第4-4號）。

作者簡介 黃璐璐（1994—），女，浙江溫州人，助理農(nóng)藝師，從事土壤肥料與植物營養(yǎng)研究。通信作者，高級農(nóng)藝師，從事土壤肥料與植物營養(yǎng)研究。

收稿日期 2020-06-22

化肥是當(dāng)今糧食生產(chǎn)中最主要的投入物質(zhì)，糧食的生產(chǎn)越來越依靠化肥的作用[1]。目前化肥過量施用的現(xiàn)象普遍，為片面追求作物產(chǎn)量而過量施用化肥容易導(dǎo)致氮磷流失，地表水體富營養(yǎng)化，并使得肥料當(dāng)季利用率降低，不利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[2]，影響作物產(chǎn)量及品質(zhì)安全。

氮、磷、鉀是化肥中用量最大的三大養(yǎng)分，在水稻生產(chǎn)中起重要作用，三者間的交互作用直接影響作物的生長發(fā)育[3-4]。研究表明，合理配施氮磷鉀肥可以提高肥料利用率和作物產(chǎn)量[5]。

筆者以“南粳46”為材料，通過不同氮磷鉀肥的梯度試驗(yàn)，研究其對水稻植株性狀、產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收量以及肥料利用率的影響，為科學(xué)合理地施用氮磷鉀肥、提高氮磷鉀肥當(dāng)季利用率、減少農(nóng)業(yè)面源污染、提高水稻產(chǎn)量提供一定的理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)品種為“南粳46”。供試肥料：復(fù)混肥料含N、P2O5、K2O均為15%，尿素含N 46%，碳銨含N 17%，過磷酸鈣含P2O5 12%，氯化鉀含K2O 60%。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年5—12月在上海市崇明區(qū)陳家鎮(zhèn)陳西村進(jìn)行。供試土壤為水稻土，試驗(yàn)前耕層0～20 cm 試驗(yàn)地土壤pH為7.79，養(yǎng)分含量分別為水解性氮163 mg/kg，有效磷76.8 mg/kg，速效鉀127 mg/kg，有機(jī)質(zhì)22.7 g/kg。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

設(shè)14個處理，3次重復(fù)（表1）。小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積71 m2。14個處理分別為T1：常規(guī)施肥區(qū);T2：常規(guī)施肥缺氮區(qū);T3：常規(guī)施肥缺磷區(qū);T4：常規(guī)施肥缺鉀區(qū);T5～T8：常規(guī)施肥氮肥梯度區(qū)，氮肥施用量分別為150、225、300、375 kg/hm2;T9～T11：常規(guī)施肥磷肥梯度區(qū)，磷肥施用量分別為30、60、120 kg/hm2;T12～T14：常規(guī)施肥鉀肥梯度區(qū)，鉀肥施用量分別為30、60、120 kg/hm2。除肥料處理不同外，其他田間栽培管理措施同常規(guī)。

1.4 樣品采集與檢測方法

1.4.1 土壤理化性質(zhì)測定方法。

試驗(yàn)實(shí)施前采集0～20 cm基礎(chǔ)土樣，測定基本理化性狀。在施肥之前采集苗床和試驗(yàn)大田土壤樣品，以“S”型的布點(diǎn)方式，用不銹鋼取土器采集耕作層深度10～20 cm的土壤15點(diǎn)，混合后去除小石塊、植物殘根殘枝等雜物。自然風(fēng)干后，采用四分法留取1.5 kg備用待測。參照《土壤農(nóng)化分析》[6]進(jìn)行土壤指標(biāo)測定：土壤pH用pH計法測定，有機(jī)質(zhì)用油浴加熱-重鉻酸鉀容量法測定，全氮用凱氏定氮法測定，有效磷用鉬銻抗比色法測定，速效鉀用乙酸銨浸提-火焰光度法測定，堿解氮用堿解擴(kuò)散法測定，亞硝酸鹽用紫外分光光度法測定。

1.4.2 田間考察和測產(chǎn)方法。

植株考苗：于分蘗盛期和成熟期進(jìn)行各小區(qū)植株生長性狀考察記錄，其中在分蘗盛期測定植株葉面葉綠素SPAD值（5株/小區(qū)）。分蘗盛期（6月底至7月初）每小區(qū)采集代表性的3穴，考察株高（cm）、單株分蘗數(shù)（個/株）。株高用鋼卷尺測量，為植株從露出土壤根部至頂端的距離。葉綠素用SPAD-502plus葉綠素儀測量水稻劍葉的葉尖、中部和基部的SPAD值，取其平均數(shù)作為葉片的SPAD值。

測產(chǎn)：小區(qū)單收，考種并測產(chǎn)。成熟期采集有代表性的5穴測量株高（cm）、穗長（cm）、有效穗（個/穴、折萬/hm2）、成穗率（%）、總粒數(shù)（粒/穴、折萬粒/hm2）、實(shí)粒數(shù)（粒/穴、折萬粒/hm2）、結(jié)實(shí)率（%）、千粒重（g）。有效穗數(shù)：除每穗結(jié)實(shí)不滿5粒不計以外，凡抽穗結(jié)實(shí)的均為有效穗，以“萬穗/hm2”表示;每小區(qū)取代表性的5株數(shù)每穗實(shí)粒數(shù)，每穗實(shí)粒數(shù)：包括每穗上的實(shí)粒和已脫落的總數(shù)，以“粒/穗”表示。千粒重：以曬干揚(yáng)凈（粳谷標(biāo)準(zhǔn)含水率14.5%）為標(biāo)準(zhǔn)，混勻取樣，任取1 000粒稱重，以2次重量相差不大于3%為準(zhǔn)，計千粒重，以“g”表示。

1.4.3 植株和籽粒養(yǎng)分含量的測定方法。

在分蘗期及成熟期分別取5株長勢均勻一致的植株，分蘗期為地上植株，成熟期為植株和籽粒兩部分，105 ℃迅速殺青30 min，然后在75 ℃下烘干至恒重，測定全氮、全磷、全鉀含量。全氮用自動定氮儀法[7]測定，全磷用鉬銻抗比色法[8]測定，全鉀用火焰光度計法[9]測定。

氮（磷、鉀）吸收量（kg/hm2）=[籽粒產(chǎn)量×籽粒（磷、鉀）含量+秸稈產(chǎn)量×秸稈（磷、鉀）含量]/100。

化肥氮肥利用率=（施氮區(qū)地上部氮素吸收量-缺氮區(qū)地上部氮素吸收量）/施氮量×100%，化學(xué)磷肥、鉀肥利用率計算同此方法。

氮肥農(nóng)學(xué)效率（kg/kg）=（施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-缺氮區(qū)籽粒產(chǎn)量）/施氮量，磷、鉀肥農(nóng)學(xué)效率計算同此方法。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用Excel 2007，方差分析采用DPS V7.05，多重比較采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對水稻植株性狀的影響

各處理中缺氮處理（T2）生長期的各植株性狀均差于其他處理，差異極顯著，表明氮肥是影響植株生長的重要因素（表2）。缺磷處理（T3）分蘗期的株高與葉綠素值均顯著低于常規(guī)處理，其余植株性狀無顯著差異。缺鉀處理（T4）除成熟期的穗長與常規(guī)處理（T1）無顯著差異外，其他植株性狀均顯著高于常規(guī)處理，表明磷肥在水稻生長初期能促進(jìn)水稻生長，在生長后期對水稻植株影響不大，鉀肥的缺失對水稻整個生長周期均有一定影響，相對于磷肥對植株的生長作用更大。氮肥梯度區(qū)（T5～T8）分蘗期的株高、葉綠素以及成熟期的株高、穗長均隨著氮肥的增加而增加，其中在最高施氮量375 kg/hm2時分蘗期的株高、葉綠素以及成熟期的株高極顯著高于前3個梯度處理。水稻植株的分蘗數(shù)氮肥梯度處理（T8）顯著低于氮肥梯度處理（T7），表明過量施用氮肥會在一定程度上影響植株分蘗。水稻分蘗期的株高、葉綠素以及成熟期的穗長在施磷量達(dá)120 kg/hm2時，相比前一個梯度有所降低，表明過量施用磷肥不利于植株生長。磷肥梯度區(qū)（T9～T11）的分蘗數(shù)、葉綠素均隨著磷肥的增施而呈增長趨勢，但差異不顯著，表明磷肥在一定程度上能促進(jìn)植株分蘗與葉綠素合成，但作用較小。鉀肥梯度區(qū)（T12～T14）的分蘗數(shù)以及分蘗期與成熟期的株高均隨著鉀肥的增施而下降，鉀肥梯度處理（T12）的分蘗數(shù)與成熟期的株高顯著高于后2個處理，表明過量施用鉀肥會明顯抑制植株生長，使植株相關(guān)性狀明顯減弱。

2.2 不同處理對水稻產(chǎn)量的影響

缺氮處理（T2）的有效穗、實(shí)粒數(shù)、千粒重最小，其中實(shí)粒數(shù)極顯著低其他處理（表3），表明氮肥是影響水稻產(chǎn)量構(gòu)成的重要因素。缺磷處理（T3）與缺鉀處理（T4）的實(shí)粒數(shù)極顯著低于常規(guī)處理（T1），缺鉀處理的有效穗顯著低于常規(guī)處理，表明在不施磷肥或鉀肥的情況下均會顯著影響水稻產(chǎn)量相關(guān)構(gòu)成。氮肥梯度區(qū)的有效穗總體呈上升趨勢，實(shí)粒數(shù)隨著氮肥的增施逐級升高，最大施氮量處理（T8）極顯著高于最低施氮量（T5），千粒重呈先增后降趨勢，施氮處理（T8）相比前一梯度有所降低，梯度處理間無顯著差異。在磷肥梯度區(qū)（T9～T11），水稻植株的有效穗、實(shí)粒數(shù)、千粒重均呈同樣趨勢，梯度處理間無顯著差異。鉀肥梯度區(qū)（T12～T14）的有效穗整體呈上升趨勢，實(shí)粒數(shù)與千粒重均在過量施用鉀肥時有所下降，表明過量施用氮磷鉀肥均會一定程度上抑制水稻的相關(guān)產(chǎn)量構(gòu)成，從而影響整體產(chǎn)量。

水稻的產(chǎn)量在各處理間的變化同上述情況相似。缺氮處理的產(chǎn)量極顯著低于其他處理，缺磷與缺鉀處理的產(chǎn)量顯著低于常規(guī)處理，表明氮磷鉀肥對水稻增產(chǎn)均有顯著作用，其中氮肥是影響產(chǎn)量的主要因素。在氮肥與鉀肥梯度區(qū)間，最后一個梯度處理的產(chǎn)量顯著低于前一個處理，氮肥前3個梯度處理呈上升趨勢，其中最低施氮量梯度處理T5的產(chǎn)量顯著低于其他3個處理，處理T6、T7間無顯著差異，鉀肥梯度前2個處理呈上升趨勢，差異不顯著。磷肥梯度區(qū)的產(chǎn)量隨著磷肥的增施而增加，處理T10與處理T9間增產(chǎn)不明顯，梯度處理間無顯著差異。表明在一定范圍內(nèi)增施氮磷鉀肥能達(dá)到增產(chǎn)效果，但過量施用均會導(dǎo)致減產(chǎn)或增產(chǎn)效果減弱。

2.3 不同處理對水稻養(yǎng)分吸收量的影響

缺氮處理（T2）的水稻氮磷鉀吸收量均極顯著低于各施肥處理（表4），缺磷處理（T3）與缺鉀處理（T4）的吸氮量與常規(guī)施肥處理無顯著差異，表明氮肥主要影響植株對氮磷鉀的吸收，磷鉀肥對促進(jìn)植株對氮素的吸收作用不大。缺磷處理（T3）的吸磷量顯著低于常規(guī)處理（T1），缺磷處理（T3）與缺鉀處理（T4）的吸鉀量顯著低于常規(guī)處理（T1）。表明在施用氮肥的情況下，單施鉀肥影響植株磷素積累，單施磷肥或鉀肥均不利于鉀素的積累，磷鉀肥在植株鉀素的積累上存在交互作用。植株的吸氮量在磷肥梯度區(qū)（T9～T11）逐級升高，在氮肥梯度區(qū)（T5～T8）與鉀肥梯度區(qū)（T12～T14）氮的養(yǎng)分積累均呈先增后降的趨勢，處理T5～T7與處理T12～T13逐級增加，當(dāng)施氮量與施鉀量分別達(dá)到處理T8與T14水平時，氮素的吸收量有所下降，但差異不顯著，表明過量施用氮肥與鉀肥會抑制氮的吸收積累。植株的磷素積累量在氮磷鉀梯度區(qū)均隨著肥料的增施而增加，其中在磷肥梯度區(qū)（T9～T11），最高施磷量處理（T11）的吸磷量極顯著高于最低施磷量處理（T9），表明增施氮磷鉀肥均能在一定程度上增加植株磷素的積累，增施磷肥能顯著提高植株吸磷量。在氮肥梯度區(qū)（T5～T8）植株的吸鉀量整體呈先增后降趨勢，在磷肥梯度區(qū)（T11～T13）呈上升趨勢，區(qū)間處理均無顯著差異，在鉀肥梯度區(qū)（T12～T14）處理T14顯著低于處理T13，表明過量施用氮肥與鉀肥在一定程度上會影響植株的吸鉀量，其中過量施用鉀肥會明顯抑制植株對鉀素的吸收積累。

2.4 不同處理對水稻肥料利用率的影響

水稻的氮磷鉀利用率在區(qū)組間均隨著肥料的增施呈下降趨勢（表5）。在氮肥梯度區(qū)（T5～T8），T5與T6的氮肥利用率相對較高且處理間無顯著差異。當(dāng)?shù)适┯昧窟_(dá)到T8水平時，氮肥利用率降至21.76%，與其他處理差異顯著。磷肥梯度區(qū)（T9～T11）最大施磷量處理T9顯著低于其他施磷梯度處理，磷肥梯度處理T9、T10與常規(guī)處理T1間均無顯著差異。鉀肥梯度區(qū)（T12～T14）處理中的T12極顯著高于其他處理，處理T14的鉀肥利用率降至37.36%，顯著低于其余2個梯度處理。表明過量施用肥料均在一定程度上降低了氮、磷、鉀三要素的肥料利用率，其中過量施用氮肥對氮素的利用率影響最大。

2.5 不同處理對肥料農(nóng)學(xué)效率的影響

在各氮肥梯度區(qū)（T5～T8）與磷肥梯度區(qū)（T9～T11），最低施氮磷量處理T5與T9的農(nóng)學(xué)效率均極顯著高于常規(guī)處理和區(qū)組間其余處理，氮肥梯度區(qū)間的農(nóng)學(xué)效率均逐級呈極顯著降低。鉀肥的農(nóng)學(xué)效率在各處理間無顯著差異，表現(xiàn)為隨著肥料的增施農(nóng)學(xué)效率逐級降低，與氮磷肥一致。這表明適量施用氮磷鉀肥能有效提高肥料的農(nóng)學(xué)效率，過量施肥均使肥料的農(nóng)學(xué)效率降低，其中對氮肥的農(nóng)學(xué)效率影響最大（表6）。

3 結(jié)論與討論

氮肥對水稻的生長起到關(guān)鍵作用，在合理的用量范圍內(nèi)，氮肥可以促進(jìn)分蘗，增加有效穗數(shù)，顯著提高產(chǎn)量[10]，該試驗(yàn)中缺氮處理的植株性狀和收獲情況都顯著差于其他處理。在用氮量不足時，水稻的分蘗較少，有效穗不足，影響產(chǎn)量;過量施用氮肥時，水稻的營養(yǎng)過剩，抑制植株生長，導(dǎo)致穗變小，實(shí)粒數(shù)減少，產(chǎn)量降低。在水稻分蘗期磷肥的缺失使其株高與葉綠素值均顯著低于常規(guī)處理，但對水稻生長后期影響不大，鉀肥對水稻的整個生長周期均有一定影響，相對于磷肥對植株的生長作用更大，適量增施鉀肥極顯著增加每穗實(shí)粒數(shù)，但過量施用同樣會導(dǎo)致產(chǎn)量顯著降低，這與前人研究結(jié)果基本一致[11-12]。張奇春等[13] 研究指出水稻產(chǎn)量分別與水稻吸氮總量、吸磷總量和吸鉀總量呈顯著正相關(guān)，這與該研究結(jié)果相似。該研究中當(dāng)施氮量與施鉀量分別達(dá)375、120 kg/hm2 時，其吸氮量、吸鉀量與產(chǎn)量均呈下降趨勢。

化肥過量施用與施肥結(jié)構(gòu)不合理等是造成肥料利用率較低的主要原因，該研究中，氮磷鉀肥的過量施用均使肥料利用率與農(nóng)學(xué)效率顯著降低，表明肥料施用越多損失越多，因此，要在保證產(chǎn)量不會明顯下降時，適量減施化肥，提高肥料利用率[14]。當(dāng)施肥量在較低水平時，各肥料利用率與農(nóng)學(xué)效率明顯提高，但產(chǎn)量較低。王道中等[15]研究提出化肥適量減施能有效提高肥料的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，在該試驗(yàn)條件下，施氮量分別為225 kg/km2時，氮肥利用率顯著高于后一個梯度處理，但兩者間產(chǎn)量差異不顯著。施磷量與施鉀量均為30 kg/hm2時肥料利用率與農(nóng)學(xué)效率最高，且產(chǎn)量與施磷鉀量為60 kg/hm2時無顯著差異，表明適當(dāng)減施化肥可以有效提高肥料利用效率且對產(chǎn)量影響不大。

在合理的范圍內(nèi)用肥能增加氮磷鉀養(yǎng)分的積累，利于水稻生長，同時能明顯提高肥料利用率與農(nóng)學(xué)效率。該研究中，當(dāng)?shù)适┯昧烤鶠?25 kg/hm2，磷鉀肥施用量均為30 kg/hm2 時能有效提高肥料利用率且沒有明顯減產(chǎn)。因此，綜合考慮水稻產(chǎn)量與肥料利用效率，建議氮肥的施用量為225 kg/hm2，磷鉀肥的施用量均為30 kg/hm2為宜。

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