長(zhǎng)期和短期減施磷肥對(duì)華南雙季稻產(chǎn)量與磷肥利用的影響

潘俊峰 劉彥卓 梁開明 黃農(nóng)榮 彭碧琳 傅友強(qiáng) 胡香玉 鐘旭華 李妹娟 胡 銳

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所/廣東省水稻育種新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，510640，廣東廣州）

水稻是我國(guó)主要糧食作物，種植面積占農(nóng)作物總種植面積的25.8%，產(chǎn)量占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的32.2%[1]。土壤中磷素狀況是影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素[2]。施用磷肥可有效緩解土壤磷缺乏，對(duì)水稻單產(chǎn)和總產(chǎn)快速增加做出了重要貢獻(xiàn)[3-5]。過量施肥導(dǎo)致我國(guó)大多數(shù)農(nóng)田磷素處于盈余狀態(tài)[6]，1984年至2010年，廣東省耕地土壤有效磷含量總體水平增長(zhǎng)了近3倍[7]，并且最近10年仍在增長(zhǎng)[8]。磷肥用量過高或管理不當(dāng)會(huì)直接降低磷肥利用效率和增加農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)[9]。研究[10-11]表明，施用磷肥中5%的磷和有機(jī)質(zhì)礦化分解作用釋放的部分無機(jī)磷或低分子量活性有機(jī)磷均會(huì)以水溶態(tài)和顆粒態(tài)形式隨降雨徑流向水體遷移，而農(nóng)田磷的大量輸出正是目前農(nóng)業(yè)面源污染和受納水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要原因。太湖流域地表水中總磷中39%來自于農(nóng)業(yè)面源污染[12]。來自農(nóng)業(yè)面源污染的總磷是導(dǎo)致廣東省珠三角、東江、韓江及粵東諸河、粵西諸河等重大流域部分支流水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象嚴(yán)重的三大污染物之一[13]。因此，在保證糧食穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)的前提下，減少磷肥施用量和提高磷肥利用效率對(duì)減輕農(nóng)業(yè)面源污染具有重要意義。

磷肥運(yùn)籌和品種布局是實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)、高效和環(huán)境友好的重要手段，也是農(nóng)學(xué)和環(huán)境科學(xué)研究的重點(diǎn)[14-15]。水稻分蘗期吸收的磷僅占整個(gè)生育期吸收量的2.6%，而在抽穗灌漿期吸收的磷約占44.3%[15]。不同水稻基因型之間，磷籽粒生產(chǎn)效率、磷轉(zhuǎn)運(yùn)效率和磷收獲指數(shù)可相差2.1～3.0倍[16]。郭再華等[17]研究表明，適度低磷更利于耐低磷品種對(duì)氮和鉀等養(yǎng)分的吸收。研究發(fā)現(xiàn)，一季中稻在總磷施入量不變情況下，30%磷肥后移施入可提高產(chǎn)量7.1%～8.2%[15,18]，土壤有效磷＞20mg/kg時(shí)，磷肥施用量減少50%對(duì)一季稻產(chǎn)量無顯著影響[19]。有研究[20-21]發(fā)現(xiàn)，磷肥減量10%～20%一次性基施對(duì)雙季稻的產(chǎn)量無顯著影響，但磷肥減量30%會(huì)導(dǎo)致早、晚稻均減產(chǎn)5%以上。當(dāng)前研究大多關(guān)注磷肥施用量以及磷肥運(yùn)籌對(duì)水稻產(chǎn)量和肥料利用率等的影響，而在減磷條件下，不同水稻品種（組合）的產(chǎn)量反應(yīng)、磷肥利用效率、面源污染程度的效果以及土壤磷平衡情況等問題有待進(jìn)一步研究。

本試驗(yàn)以常規(guī)稻品種粵晶絲苗2號(hào)和雜交稻品種晶兩優(yōu)華占為材料，研究大田條件下磷肥減量和部分后移對(duì)水稻產(chǎn)量、磷肥利用效率、磷肥環(huán)境污染控制效果以及土壤磷平衡的影響，為科學(xué)施用磷肥、提高磷肥利用效率和降低面源污染提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2016年晚季和2017年早季在廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院白云試驗(yàn)基地（113°25′E，23°25′N）進(jìn)行?；匚挥趶V東省廣州市白云區(qū)鐘落潭鎮(zhèn)，該地屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，溫暖多雨，光熱充足，無霜期長(zhǎng)。2016-2017年的氣象條件詳見表1。

表1 短期試驗(yàn)的氣象條件Table 1 Meteorological conditions from transplanting to maturity for short-term experiments

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 短期磷肥試驗(yàn) 試驗(yàn)于2016年晚季和2017年早季在距長(zhǎng)期定位試驗(yàn)田50m的另一田塊進(jìn)行，2016年8月取樣測(cè)定耕作層土壤理化性質(zhì)，pH 5.9、有機(jī)質(zhì)20.6g/kg、全氮1.2g/kg、全磷0.4g/kg、全鉀8.3g/kg、堿解氮47.9mg/kg、有效磷13.6mg/kg、速效鉀82.9mg/kg，按照廣東省土壤普查辦公室[22]評(píng)級(jí)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，有效磷含量13.6mg/kg屬于“中等”類型。采用二因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以磷肥為主區(qū)，設(shè)常規(guī)基施磷肥（P1）、磷肥減半基施（P2）和磷肥減半且基肥和穗肥各50%施用（P3）3個(gè)磷肥運(yùn)籌處理。水稻品種為副區(qū)，包括常規(guī)稻品種粵晶絲苗2號(hào)（YJSM2）和雜交稻品種晶兩優(yōu)華占（JLYHZ），重復(fù)3次。施用肥料分別為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）和氯化鉀（含K2O 60%），3個(gè)主區(qū)磷肥施用量和比例見表2。采用常規(guī)水育秧。2016年晚稻于7月21日播種，8月8日人工移栽；2017年早稻于3月8日播種，4月9日移栽。栽插密度均為20cm×20cm，每穴3株苗（粵晶絲苗2號(hào)）或2株苗（晶兩優(yōu)華占）。主區(qū)面積為62m2，副區(qū)面積為31m2。各處理統(tǒng)一施用氮肥和鉀肥，氮肥用量早稻為150kg/hm2，晚稻為180kg/hm2，鉀肥早、晚稻用量均為150kg/hm2。主區(qū)各處理間筑田埂并用塑料薄膜包埋，以防肥水滲漏。

表2 不同處理的磷肥施用時(shí)間和施用量Table 2 Time and amount of P fertilizer application under different treatments

1.2.2 長(zhǎng)期定位試驗(yàn) 試驗(yàn)始于2008年，試驗(yàn)前耕作層土壤養(yǎng)分含量為pH 5.1、有機(jī)質(zhì)14.9g/kg、全氮0.9g/kg、全磷0.2g/kg、全鉀10.6g/kg、堿解氮106.8mg/kg、有效磷7.2mg/kg、速效鉀28.8mg/kg，試驗(yàn)田土壤有效磷屬于“較缺”類型。采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，包含8個(gè)處理，均為正常施磷處理，另設(shè)不施磷處理（M0）。本文從中抽取M0和正常施磷（M1）2個(gè)處理中9年18季（2009-2017年早、晚稻）的數(shù)據(jù)。9年間使用的品種先后為桂農(nóng)占、合豐占和粵農(nóng)絲苗。早稻3月上旬播種，4月上旬插秧，秧齡30～35d；晚稻7月中下旬播種，8月上中旬插秧，秧齡18d左右。均采用水育秧，種植密度為20cm×20cm，每穴3苗，小區(qū)面積為37.2m2。施用肥料類型與短期試驗(yàn)相同，M1處理早季磷肥用量為45kg/hm2，晚季為27kg/hm2，2個(gè)處理早、晚季氮肥用量分別為 150和 180kg/hm2，鉀肥用量分別為 90和108kg/hm2。測(cè)定成熟期實(shí)收產(chǎn)量，以M0和M1處理的相對(duì)產(chǎn)量（M0/M1）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.2 田面水水樣采集 移栽前（施磷以前）、移栽后3d、分蘗中期（MT）、穗分化始期（PI）（P3處理施P）、PI+3d和抽穗期各取1次田面水，采用50mL醫(yī)用注射器，在不擾動(dòng)土層前提下，按“S”型5點(diǎn)取樣，混合后注入250mL集水瓶，每個(gè)處理均取3份，將其pH調(diào)為1～2后于-20℃冷凍保存，待測(cè)。每次取樣時(shí)間為上午9:00-11:00。

1.3.3 土樣采集 分別于2016年晚季插秧前、收割后和2017年早稻收割后取試驗(yàn)田的耕作層土壤樣品，采樣深度為20cm，采樣時(shí)沿“S”型路線。2016年插秧前整田采集30個(gè)點(diǎn)組成混合樣。2016和2017年收割后，按照重復(fù)布局，每個(gè)主區(qū)采集3個(gè)點(diǎn)組成混合樣，混合樣經(jīng)充分混勻后，用四分法取樣品1kg。土壤樣品經(jīng)自然晾干后，按照NY/T 1121.7-2014標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。

1.3.4 測(cè)定方法 采用鉬銻抗分光光度法和過硫酸鉀氧化-鉬銻抗分光光度法分別測(cè)定水樣可溶性磷和總磷含量；植物樣品首先用硫酸-雙氧水消煮，再用釩鉬黃比色法測(cè)定總磷含量。

成熟期每個(gè)小區(qū)調(diào)查24穴，計(jì)算單穴有效穗數(shù)，按平均穗數(shù)取12穴，考查穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重和收獲指數(shù)（HI）等產(chǎn)量構(gòu)成因素，每小區(qū)實(shí)割5m2測(cè)產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)方法

磷素籽粒生產(chǎn)效率（PUEg，kg/kg）=籽粒產(chǎn)量/成熟期植株總磷積累量；

磷素物質(zhì)生產(chǎn)效率（PUEb，kg/kg）=成熟期總生物量/成熟期植株總磷積累量；

磷收獲指數(shù)（PHI）=籽粒磷積累量/成熟期植株總磷積累量；

稻田磷素輸入包括來源于化肥、秸稈還田、灌溉水、大氣干濕沉降和作物種子的磷素養(yǎng)分。其中，秸稈100%直接還田，每季大氣干濕沉降輸入到農(nóng)田的磷素為0.189kg/hm2[23]，晚季補(bǔ)水型灌水量為310mm[24]，灌溉水總磷含量為0.0075mg/L，水稻種子磷素輸入為0.45kg/hm2。

教學(xué)環(huán)境也是影響學(xué)生課堂學(xué)習(xí)質(zhì)量的一個(gè)重要因素.在課堂教學(xué)中，輕松愉快的教學(xué)環(huán)境會(huì)讓學(xué)生大腦細(xì)胞非?；钴S，并且還可以激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣和欲望.但是，如何在現(xiàn)在的課堂教學(xué)中，去創(chuàng)造一個(gè)輕松的氛圍和愉悅的學(xué)習(xí)環(huán)境呢？眾所周知，古代有孟母三遷的故事，就是為了讓孟子能夠身臨其境的去學(xué)習(xí)、去感受，讓孟子的學(xué)習(xí)有更大的收獲.在現(xiàn)如今，則要求教師在課堂氛圍中去改善，教師要善于從實(shí)際出發(fā)，以一種輕松的節(jié)奏讓學(xué)生去感受數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的魅力.與此同時(shí)，教師作為一個(gè)知識(shí)的傳播者，要去引導(dǎo)學(xué)生如何更好地獲得知識(shí)，如何更好地去感知學(xué)習(xí)的快樂.

本研究中稻田磷素輸出僅統(tǒng)計(jì)收獲產(chǎn)量（經(jīng)濟(jì)器官）輸出的磷元素量，磷素平衡=磷素輸入-磷素輸出。

運(yùn)用 Microsoft Excel處理數(shù)據(jù)。采用STATISTICA（StatSoft Inc.Statistica.Tulsa OK.1991）軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用LSD（least significant difference test）進(jìn)行樣本平均數(shù)的差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷肥運(yùn)籌對(duì)產(chǎn)量的影響

短期磷肥試驗(yàn)中，不同處理下水稻產(chǎn)量如表3所示。年度（季別）間，產(chǎn)量和部分產(chǎn)量構(gòu)成因素差異顯著，晚季產(chǎn)量高17.0%。不同磷肥運(yùn)籌處理對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和收獲指數(shù)均無顯著影響。JLYHZ的產(chǎn)量顯著高于YJSM2，2年平均高15.3%，高產(chǎn)主要得益于JLYHZ的每穗穎花數(shù)更高。磷肥和品種間互作對(duì)產(chǎn)量的影響達(dá)到顯著水平，主要是由于不同磷肥運(yùn)籌處理對(duì)2個(gè)品種的產(chǎn)量影響不一致。

表3 短期試驗(yàn)磷肥運(yùn)籌對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 3 Effects of short-term P fertilizer treatments on grain yield and its components

2.2 不同磷肥運(yùn)籌處理對(duì)磷肥吸收與利用效率的影響

由表4可知，2016年不同磷肥運(yùn)籌處理對(duì)磷積累量、PUEg、PUEb和PHI均無顯著影響，JLYHZ的穗分化至抽穗期磷積累量、PUEg和PUEb均顯著高于YJSM2。

表4 2016年磷肥運(yùn)籌對(duì)磷素積累量、磷效率和磷收獲指數(shù)的影響Table 4 Effects of P fertilizer management on uptake,use efficiency and harvest index of phosphorus in 2016

2.3 不同磷肥運(yùn)籌處理對(duì)干物質(zhì)積累量的影響

由表5可知，2年中磷肥運(yùn)籌對(duì)2個(gè)品種的總干物質(zhì)量和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量均無顯著影響。2個(gè)品種間干物質(zhì)積累量和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)均存在顯著差異。JLYHZ從穗分化至抽穗期和成熟期干物質(zhì)積累量均顯著高于YJSM2。2016年晚季，2個(gè)品種抽穗至成熟期干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量占總干物質(zhì)量的13.6%～14.9%；2017年早季占30.3%～38.0%，干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量季節(jié)間存在較大差異。

表5 磷肥運(yùn)籌對(duì)干物質(zhì)積累量和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響Table 5 Effects of different P fertilizer management on dry matter accumulation and transportation

2.4 不同磷肥運(yùn)籌處理對(duì)稻田土壤磷含量的影響

短期試驗(yàn)中，不同磷肥運(yùn)籌對(duì)稻田土壤總磷含量的影響如圖1a所示，總體上看，P1、P2和P3處理的土壤總磷含量在2個(gè)取樣時(shí)期均無顯著差異。土壤可溶性磷含量變化如圖1b所示，不同處理土壤可溶性磷含量在2個(gè)取樣時(shí)期也無顯著差異。

圖1 磷肥運(yùn)籌對(duì)稻田耕作層土壤總磷和可溶性磷含量的影響Fig.1 Effects of various P fertilizer managements on total phosphorus and available phosphorus content in upper-level soil

2.5 不同磷肥運(yùn)籌處理對(duì)田面水磷含量的影響

2016年田面水總磷和可溶性磷動(dòng)態(tài)變化如圖2所示。在監(jiān)測(cè)期內(nèi)，各處理田面水中總磷含量變化趨勢(shì)基本一致，P1、P2和P3處理平均含量分別為150、140和150μg/L，可溶性磷含量分別為30、30和30μg/L。2017年的結(jié)果顯示，在移栽后20d內(nèi)田面水總磷和可溶性磷含量均有1次峰值。總體上看，田面水總磷和可溶性磷含量在移栽后20d內(nèi)較高，若在此期間遇到強(qiáng)降雨，稻田磷素的流失風(fēng)險(xiǎn)較大。

2.6 不同磷肥運(yùn)籌處理對(duì)磷素輸入、輸出和平衡的影響

2016年晚季短期試驗(yàn)磷素輸入、輸出和平衡狀況見表6。磷素的輸出僅統(tǒng)計(jì)了收獲物稻谷（經(jīng)濟(jì)器官）輸出的磷素量，未計(jì)算其他途徑的損失。P1處理磷素輸入與輸出基本持平，其他2個(gè)磷肥處理的磷素均處在虧缺狀態(tài)，虧缺率分別為35.3%和31.8%。2個(gè)品種的磷平衡無顯著差異。

表6 2016年晚季不同處理下磷素的輸入、輸出及平衡狀況Table 6 Input,output and balance of phosphorous under different treatments in 2016

2.7 長(zhǎng)期試驗(yàn)中不施磷肥對(duì)產(chǎn)量的影響

長(zhǎng)期定位試驗(yàn)的相對(duì)產(chǎn)量如圖3所示。以相對(duì)產(chǎn)量（M0/M1）作為磷肥對(duì)產(chǎn)量影響的主要分析指標(biāo)，按照3年6季為一組進(jìn)行組間分析（圖3）。3組相對(duì)產(chǎn)量平均值分別為0.98、0.95和0.87，相鄰組間差異不顯著，但第1組（2009-2011年）和第3組（2015-2017年）間差異達(dá)顯著水平，相差12.7%，說明第13～18季不施磷肥處理的產(chǎn)量與施磷處理的產(chǎn)量差異顯著。

圖3 長(zhǎng)期定位試驗(yàn)條件下相對(duì)產(chǎn)量的變化Fig.3 Changes of relative yield under long-term experiment

3 討論

3.1 減施磷肥對(duì)華南雙季稻產(chǎn)量和磷肥利用率的影響

長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著種植季的增加，M0處理產(chǎn)量與M1處理產(chǎn)量差距不斷擴(kuò)大（圖3），經(jīng)過3年6季的雙季稻種植后，M0處理產(chǎn)量有所降低，但差異不顯著，可見，華南稻區(qū)施磷水平有相當(dāng)大的下調(diào)空間；經(jīng)過6年12季連續(xù)種植雙季稻后，M0處理產(chǎn)量進(jìn)一步降低。前人[25]研究發(fā)現(xiàn)，無磷肥投入條件下，紅壤區(qū)土壤有效磷14年間下降超過50%，黑土區(qū)土壤速效磷24年間下降60%，可見長(zhǎng)期不施用磷肥會(huì)導(dǎo)致土壤磷素缺乏。短期試驗(yàn)中，種植兩季后處理間產(chǎn)量無顯著差異，3個(gè)處理土壤總磷和有效磷含量也無顯著變化。此結(jié)果說明，在中等磷肥力田塊，1年2季減施磷肥在短期內(nèi)對(duì)水稻產(chǎn)量無顯著影響。黃繼川等[26]研究發(fā)現(xiàn)，廣東省內(nèi)珠三角、粵東、粵西、粵北地區(qū)中等和高磷肥力土壤占比分別為94.5%、80.0%、95.1%和87.7%。綜上所述，在廣東省內(nèi)大部分稻田，短期內(nèi)磷肥減量50%是可行的，在土壤磷含量處于中等及以上稻田，在3年內(nèi)磷肥減施50%對(duì)水稻產(chǎn)量無顯著影響。

盡管晶兩優(yōu)華占的產(chǎn)量、PUEg和PUEb均顯著高于粵晶絲苗2號(hào)，但在前季常規(guī)施磷量情況下，磷肥用量減少和施用時(shí)間改變對(duì)2個(gè)品種的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和干物質(zhì)生產(chǎn)均無顯著影響，說明磷肥殘效效應(yīng)在短期內(nèi)可滿足后茬作物正常生長(zhǎng)。以上結(jié)果說明，生產(chǎn)上選用高產(chǎn)且對(duì)磷肥施用不敏感的水稻品種也是減少稻田磷肥投入和磷排放的一條途徑。

3.2 減施磷肥對(duì)華南雙季稻田田面水磷含量和土壤磷平衡的影響

降低水稻種植期田面水磷含量是控制稻田磷徑流流失的關(guān)鍵。謝學(xué)儉等[27]指出，稻田磷流失主要是田面水中磷隨降雨溢出水田或人工排水而損失。在本試驗(yàn)條件下，人工排水僅發(fā)生在分蘗末期，磷肥施入后7d內(nèi)并不進(jìn)行人工排水，因而施肥后由排水而引起的稻田磷流失風(fēng)險(xiǎn)較小。每年5-11月是華南地區(qū)臺(tái)風(fēng)頻發(fā)季節(jié)，且臺(tái)風(fēng)常伴有降雨，擾動(dòng)施肥后稻田磷素主要存在隨降雨溢出而流失的風(fēng)險(xiǎn)。因此，應(yīng)避免雨前施肥以防止田面水中的磷以農(nóng)田徑流方式進(jìn)入水體。此外，減少稻田田面水層，提高田塊蓄雨緩沖能力，對(duì)減少降雨導(dǎo)致的田面水及氮磷養(yǎng)分的徑流損失有較大的幫助[28]。

短期試驗(yàn)結(jié)果顯示，種植1季和2季后，不同磷肥運(yùn)籌處理間，稻田土壤磷含量均無顯著差異。P1處理下土壤磷素輸入與輸出基本持平，略有盈余；磷肥減半后土壤磷素出現(xiàn)虧缺，不同品種的使用對(duì)磷素表觀平衡無顯著影響。在華南雙季稻種植制度下，每季水稻應(yīng)施磷肥（P2O5）45kg/hm2左右，可維持稻田土壤磷素表觀平衡。

由以上結(jié)果可知，短期內(nèi)磷肥減量施用，并不影響稻田田面水磷含量的變化，但會(huì)造成稻田磷素表觀虧缺。

4 結(jié)論

短期內(nèi)磷肥減施對(duì)水稻產(chǎn)量、磷的吸收利用、土壤磷含量和稻田田面水磷濃度均無顯著影響；每季施磷量（P2O5）達(dá)到45kg/hm2時(shí)，可實(shí)現(xiàn)雙季稻磷輸入與輸出的基本平衡；3年內(nèi)磷肥減半施用，并不影響華南雙季稻產(chǎn)量。