不同磷肥用量對(duì)水稻產(chǎn)量效益、磷肥利用率及土壤養(yǎng)分的影響

張錦濱，王曉云，孟 圓，孫玉香，馬洪波

（1興化市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，江蘇興化 225700；2南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京 210014；3江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，南京 210014）

0 引言

水稻是江蘇省主要糧食作物之一，水稻年種植面積220萬(wàn)hm2、總產(chǎn)1900萬(wàn)t左右，單產(chǎn)8400 kg/hm2左右，位居全國(guó)前列，而磷素是保證水稻正常發(fā)育生長(zhǎng)的重要營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)水稻增產(chǎn)和品質(zhì)提高具有十分重要的作用[1]。人們?yōu)榱俗非笏靖弋a(chǎn)，往往過(guò)量施用磷肥，磷肥施入土壤后淋洗流失小，枸溶性磷在土壤中留存時(shí)間長(zhǎng)，加之每年磷肥的施用，土壤中磷的積累越來(lái)越多，然而磷肥的當(dāng)季利用率一般只有10%～25%[2]，相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)致土壤有效磷含量快速增加，從20世紀(jì)80年代第二次土壤普查的6.84 mg/kg，增加至27.4 mg/kg[3-4]，磷肥的過(guò)量施用不但沒(méi)起到增產(chǎn)的作用，還有可能會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn)，適量減少磷肥用量能夠使作物穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，不但增加了經(jīng)濟(jì)效益，而且又減少了磷肥對(duì)環(huán)境的污染[5]。易均[6]研究表明磷肥減少10%～20%施用，水稻不減產(chǎn)，且明顯提高磷肥利用率，田昌[7]通過(guò)水稻減磷施用試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磷肥減量既保證高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，又有效降低稻田施肥初期N、P徑流損失風(fēng)險(xiǎn)，李武等[8]研究表明，減量施磷處理可以提高華南早晚兼用型水稻的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率，進(jìn)而增加產(chǎn)量。魏媛媛[9]認(rèn)為減磷15%與常規(guī)施肥相比能夠增加水稻的產(chǎn)量。

根據(jù)調(diào)查，江蘇農(nóng)民習(xí)慣施肥大部分采用15-15-15比例的復(fù)合肥，氮磷鉀三要素比例為1:1:1。胡中澤等[10]通過(guò)研究江蘇水稻品種‘9108’養(yǎng)分吸收量，得出水稻每100 kg籽粒氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量分別為2.64、0.44、2.63 kg；當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥氮磷鉀比例與籽粒氮磷鉀吸收量比例相比，磷肥比例嚴(yán)重失調(diào)，磷肥存在極大的浪費(fèi)。因此，通過(guò)研究不同磷肥施用量對(duì)水稻產(chǎn)量效益、磷肥利用率及土壤養(yǎng)分的影響，以期為當(dāng)?shù)厮玖追适┯锰峁┛茖W(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020年設(shè)在江蘇省興化市周莊試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行。該試驗(yàn)點(diǎn)常年雨水豐沛，日光充足，氣候溫暖，四季分明，無(wú)霜期較長(zhǎng)，境內(nèi)湖泊眾多，河流縱橫，屬水網(wǎng)圩區(qū)。試驗(yàn)區(qū)地勢(shì)平坦，具體土壤類(lèi)型、土壤肥力水平見(jiàn)表1。

表1 興化周莊土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)材料

供試水稻品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N‘9108’。供試肥料為心連心產(chǎn)46.4%尿素、濟(jì)南鴻橋化工14%過(guò)磷酸鈣、羅布泊50%硫酸鉀。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)6個(gè)處理，分別為純磷(P2O5)用量0、37.5、75、112.5、150 kg/hm2，3次重復(fù)。另增加1個(gè)純空白對(duì)照（不施任何肥料）。除純空白對(duì)照外，各處理施純氮(N)150 kg/hm2、鉀肥(K2O)90 kg/hm2作為肥底。

氮肥品種為普通尿素（含N 46%）、磷肥為普通過(guò)磷酸鈣（含P2O514%）、鉀肥為硫酸鉀（含K2O 50%）。氮肥運(yùn)籌按基肥:基追比5:2:3進(jìn)行，追肥分別在分蘗期和拔節(jié)期，詳見(jiàn)表2。

表2 水稻磷肥用量試驗(yàn)方案 kg/hm2

1.4 測(cè)試項(xiàng)目與方法

按照NY/T 3241的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)記錄。按照NY/T 2911的規(guī)定進(jìn)行莖葉和籽粒采樣。按照NY/T 2911的規(guī)定進(jìn)行莖葉和籽粒樣品處理。組織有經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)家，進(jìn)行收獲計(jì)產(chǎn)。每個(gè)小區(qū)單打、單收、單計(jì)產(chǎn)。測(cè)定并記錄各處理莖葉和籽粒的重量。

采用凱氏定氮法測(cè)定莖葉、籽粒全氮的含量。采用鉬銻抗比色法測(cè)定莖葉、籽粒全磷的含量。采用火焰光度計(jì)法測(cè)定莖葉、籽粒全鉀的含量。

1.5 計(jì)算公式

各計(jì)算公式如(1)～(8)所示。

1.6 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 22中文版分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Duncan’s multiple range test法比較不同處理間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同磷肥用量對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表3可知，隨著磷肥用量的增加，水稻產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，磷肥五氧化二磷用量37.5 kg/hm2的水稻產(chǎn)量最高，達(dá)到11781.15 kg/hm2，顯著高于五氧化二磷用量150 kg/hm2的水稻產(chǎn)量(P<0.05)，產(chǎn)量順序?yàn)?，五 氧 化 二 磷 用 量 37.5 kg/hm2＞75 kg/hm2＞112.5 kg/hm2＞0 kg/hm2＞150 kg/hm2，表明不是磷肥用量越多越好，五氧化二磷用量在37.5～75 kg/hm2比較適宜興化地區(qū)水稻生長(zhǎng)，超過(guò)75 kg/hm2，不僅增加了肥料成本，造成環(huán)境污染，而且造成水稻減產(chǎn)，因此在農(nóng)民常規(guī)五氧化二磷用量90 kg/hm2可以減量到37.5 kg/hm2。

表3 不同磷肥用量下水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的比較

從產(chǎn)量的構(gòu)成因素來(lái)看，千粒重、穗數(shù)和穗粒數(shù)隨著磷肥用量的增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，磷肥五氧化二磷用37.5 kg/hm2處理的水稻穗數(shù)和穗粒數(shù)的最高，是磷肥五氧化二磷用量37.5 kg/hm2處理的水稻產(chǎn)量增產(chǎn)的最主要原因，其中五氧化二磷用量37.5kg/hm2處理的水稻穗數(shù)顯著的高于不施肥空白處理(P<0.05)，穗粒數(shù)顯著高于不施肥空白和五氧化二磷用量150 kg/hm2處理(P<0.05)。

由表4可知，從籽粒氮含量來(lái)看，隨著磷肥用量的增加，籽粒氮含量增加，五氧化二磷用量150 kg/hm2處理的籽粒氮含量最高，顯著高于不施肥的空白處理(P<0.05)，從籽粒磷含量來(lái)看，隨著磷肥用量的增加，籽粒磷含量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，五氧化二磷用量75 kg/hm2處理的籽粒磷含量最高，處理間無(wú)顯著差異(P＞0.05)。從籽粒鉀含量來(lái)看，籽粒鉀含量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，五氧化二磷用量37.5 kg/hm2處理的籽粒磷含量最高，顯著高于不施肥的空白處理(P<0.05)。

表4 不同磷肥用量下水稻籽粒和秸稈氮磷鉀含量的影響 g/kg

另外，從秸稈氮含量來(lái)看，隨著磷肥用量的增加，秸稈氮含量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，五氧化二磷用量150 kg/hm2處理的秸稈氮含量最高，顯著高于不施磷處理(P<0.05)，從秸稈磷含量來(lái)看，隨著磷肥用量的增加，秸稈氮含量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，五氧化二磷用量150 kg/hm2處理的秸稈磷含量最高，顯著高于不施磷處理(P<0.05)。從秸稈鉀含量來(lái)看，秸稈鉀含量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，五氧化二磷用量37.5 kg/hm2處理的秸稈鉀含量最高，顯著高于不施肥的空白處理(P<0.05)。

2.2 不同磷肥用量對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表5可知，隨著磷肥用量的增加，水稻產(chǎn)值呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，五氧化二磷用量37.5 kg/hm2處理的水稻產(chǎn)值最高，達(dá)到35343.45元/hm2，其次為五氧化二磷用量75 kg/hm2處理的水稻產(chǎn)值，五氧化二磷用量150 kg/hm2處理的水稻產(chǎn)值最低，表明磷肥用量過(guò)多減少了水稻產(chǎn)值。從凈收益來(lái)看，五氧化二磷用量37.5 kg/hm2處理的水稻凈收益最高，分別高于五氧化二磷用量75、112.5、150 kg/hm2處理8.61%、19.48%、26.51%，與五氧化二磷用量150 kg/hm2處理達(dá)到了顯著水平(P<0.05)。另外，從產(chǎn)投比角度，五氧化二磷用量37.5 kg/hm2處理的產(chǎn)投比最高，高于五氧化二磷用量 75、112.5、150 kg/hm2處理，與五氧化二磷用量150 kg/hm2處理達(dá)到了顯著水平(P<0.05)，表明五氧化二磷用量37.5 kg/hm2處理的水稻經(jīng)濟(jì)效益最高，超過(guò)37.5 kg/hm2的水稻經(jīng)濟(jì)效益呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

表5 不同磷肥用量下水稻的經(jīng)濟(jì)效益比較

2.3 不同磷肥用量對(duì)水稻磷肥效率的影響

由表6可知，水稻磷肥表觀利用率隨磷肥用量的增加而下降，施磷量37.5 kg/hm2的磷肥利用率最高，與各處理之間差異較明顯，處理P37.5顯著高于P112.5和P150(P<0.05)；施磷量37.5 kg/hm2的磷肥生理利用率最高，顯著的高于P150(P<0.05)；磷肥農(nóng)學(xué)利用率P37.5處理最高，P37.5、P75、P112.5和P150均達(dá)到了顯著水平。磷肥偏生產(chǎn)力隨磷肥用量的增加而下降，P37.5顯著高于P75、P112.5和P150(P<0.05)。可見(jiàn)合理的磷肥用量可提高水稻產(chǎn)量并能獲得較高的磷肥利用率。

表6 不同磷肥用量下水稻的磷肥效率比較

2.4 不同磷肥用量對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

由表7可知，隨著施磷量的增加，pH呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，處理間未達(dá)到顯著差異，表明磷肥增加會(huì)降低土壤pH，進(jìn)而加劇土壤酸化；隨著施磷量的增加，堿解氮呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，P37.5處理的堿解氮最低，原因可能是高產(chǎn)量的水稻植株隨之會(huì)吸收土壤中更多的有效態(tài)的氮；隨著施磷量的增加，有效磷呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，與施磷量的增加有關(guān)，施磷量的增加會(huì)導(dǎo)致土壤磷的積累；隨著施磷量的增加，速效鉀呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，處理間未達(dá)到顯著水平；隨著施磷量的增加，有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，P37.5處理的有機(jī)質(zhì)含量最低，原因可能是高產(chǎn)量的水稻植株會(huì)帶走土壤中更多的有機(jī)質(zhì)。

表7 不同磷肥用量下水稻土養(yǎng)分比較

3 結(jié)論

通過(guò)在興化水稻磷肥用量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，五氧化二磷用量37.5 kg/hm2處理的水稻產(chǎn)量最高，產(chǎn)量構(gòu)成因素中的千粒重、穗數(shù)、穗粒數(shù)均高于其他處理，表明在土壤速效磷較高的土壤上，農(nóng)民常規(guī)五氧化二磷用量90 kg/hm2完全可以減量到37.5 kg/hm2，不僅減少了肥料成本，也減少了對(duì)環(huán)境的污染，增加了肥料利用率，磷肥利用率可達(dá)到34.14%，達(dá)到了肥料減量增效的效果。磷肥用量超過(guò)37.5 kg/hm2，會(huì)明顯增加土壤有效磷的積累，磷肥利用效率明顯下降，增大對(duì)環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，而且會(huì)增加生產(chǎn)成本，降低水稻的經(jīng)濟(jì)效益，不建議施用過(guò)多的磷肥。另外，五氧化二磷磷用量在37.5 kg/hm2能夠有效增加籽粒和秸稈鉀含量，五氧化二磷磷用量在75 kg/hm2能夠有效增加籽粒磷含量。

4 討論

4.1 磷肥用量對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

磷是水稻生長(zhǎng)發(fā)育所需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一，施用磷肥是水稻獲得高產(chǎn)的重要農(nóng)業(yè)手段之一[11]。大量研究表明，在一定施磷范圍內(nèi)，水稻產(chǎn)量隨施磷量的增加而增加，但超過(guò)一定用量，水稻產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)[12-14]。本研究的結(jié)果表明，水稻的產(chǎn)量隨著施磷量的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，當(dāng)施磷量增加至37.5 kg/hm2，產(chǎn)量開(kāi)始減少，同時(shí)產(chǎn)量構(gòu)成因素穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重隨著施磷量的增加也呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，最高點(diǎn)在施磷量為37.5 kg/hm2。由此可見(jiàn)，水稻產(chǎn)量并不會(huì)隨施磷量的不斷增加而增加，合理的磷肥用量才是水稻產(chǎn)量高產(chǎn)高效的有效途徑。

4.2 磷肥用量對(duì)水稻磷肥效率的影響

肥料利用率是衡量施肥效益和施肥科學(xué)合理性的重要指標(biāo)[15]，合理的磷肥施用量，能夠提高水稻磷肥利用率[16-18]。陳世平[19]的研究結(jié)果表明隨著磷肥施用量的增加，水稻磷肥利用率呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)。侯云鵬[20]通過(guò)2年的水稻田間定位試驗(yàn)表明，水稻磷肥農(nóng)學(xué)利用效率、磷肥偏生產(chǎn)力和磷肥利用率均呈現(xiàn)隨施磷量的增加而下降的趨勢(shì)，施磷量從40 kg/hm2增加到160 kg/hm2，磷肥偏生產(chǎn)力、磷肥利用率和磷肥農(nóng)學(xué)利用效率分別由214.1 kg/kg、31.8%和15.9 kg/kg下降至65.8 kg/kg、19.2%和9.5 kg/kg。包明光的研究表明，隨著磷肥用量的增加，當(dāng)季磷肥利用率在降低，合適的施磷量能夠提高磷肥利用率，稻谷產(chǎn)量能達(dá)到10500 kg/hm2，當(dāng)季磷肥利用率在35%左右[21]。本研究結(jié)果顯示，水稻磷肥農(nóng)學(xué)利用效率、磷肥生理利用率、磷肥偏生產(chǎn)力和磷肥利用率均呈現(xiàn)隨施磷量的增加而下降的趨勢(shì)，施磷量為37.5 kg/hm2的磷肥效率最高。

4.3 磷肥用量對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

增加磷肥施用可增加部分土壤養(yǎng)分含量，隨著磷肥用量的增加，土壤pH影響不大，土壤有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量均有所提高[22]。陳均玲[16]的研究表明，隨著磷肥用量的增加，土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，pH下降，有效磷增加的趨勢(shì)。本研究結(jié)果表明，隨著施磷量的增加，土壤pH呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，土壤堿解氮和有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，土壤有效磷、速效鉀呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，當(dāng)施磷量從0 kg/hm2到150 kg/hm2時(shí)，土壤有效磷由32.67 mg/kg升高至35.32 mg/kg，富磷土壤標(biāo)準(zhǔn)為土壤有效磷含量為20 mg/kg，滿足了作物高產(chǎn)需求[23]，本試驗(yàn)的土壤有效磷含量已超過(guò)富磷土壤標(biāo)準(zhǔn)，因此，磷肥施用過(guò)多，會(huì)造成較高的土壤磷積累，進(jìn)而污染環(huán)境。