丘陵山區(qū)養(yǎng)分管理對(duì)水稻產(chǎn)量、養(yǎng)分利用率及地力的影響

邱詩春，周 靜，徐 燕，馮山柴

（重慶三峽農(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶 萬州 404155）

水稻是我國(guó)主要糧食作物之一，我國(guó)水稻生產(chǎn)和消費(fèi)占全球總量的50%。因此，確保水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對(duì)我國(guó)糧食安全具有重要的作用[1-2]。而水稻生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)量高，是一種高需肥作物，充足的養(yǎng)分供給是保障產(chǎn)量的前提，施肥是養(yǎng)分供給的重要手段[3-7]。在水稻生產(chǎn)中為了追求高產(chǎn)，存在嚴(yán)重的化肥施用不合理現(xiàn)象，從而導(dǎo)致化肥利用率低、農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境惡化、種植成本高、經(jīng)濟(jì)效益低等問題，極大地影響了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[8-10]。

重慶地貌以丘陵山地為主，水稻是重慶市第一大糧食作物，全市稻田面積在76萬hm2以上，每年稻谷產(chǎn)量約500萬t，在保證產(chǎn)量的前提下對(duì)養(yǎng)分進(jìn)行科學(xué)的管理，不僅能在經(jīng)濟(jì)上降低產(chǎn)投比，提高水稻生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，還能在環(huán)保上降低種植區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染排放、生產(chǎn)可持續(xù)上維持和提升地力[11-12]。因此，本研究通過2年連續(xù)大田試驗(yàn)，以農(nóng)民習(xí)慣施肥為基礎(chǔ)對(duì)養(yǎng)分進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，分析了優(yōu)化養(yǎng)分管理對(duì)水稻的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成、養(yǎng)分吸收利用率及土壤肥力的影響，以期為渝東北片區(qū)水稻科學(xué)的養(yǎng)分管理提供參考。

1 材料和方法

1.1 供試土壤與作物

1.1.1 供試土壤 試驗(yàn)地位于重慶市萬州區(qū)甘寧鎮(zhèn)，東經(jīng)：108°14′51.0″，北緯：30°37′29.1″，海拔545.2 m。試驗(yàn)地約800 m2，紫色土，地塊肥力均勻、中等。試驗(yàn)前土壤理化性狀如下：pH 5.3，有機(jī)質(zhì)25.9 g·kg-1，堿解氮154.0 mg·kg-1，有效磷33.8 mg·kg-1，速效鉀150.2 mg·kg-1。

1.1.2 供試作物 該研究供試作物為水稻‘Q優(yōu)6號(hào)’，是重慶市種子公司培育的一個(gè)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、耐高溫雜交水稻品種，適宜于重慶和四川800 m海拔以下區(qū)域做中稻種植。種植制度為一年一季。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置常規(guī)施肥（CF）、優(yōu)化養(yǎng)分管理施肥（RF）2種模式，設(shè)置常規(guī)施肥（CF）、常規(guī)施肥缺氮（CF-N）、常規(guī)施肥缺磷（CF-P）、常規(guī)施肥缺鉀（CFK）、優(yōu)化施肥（RF）、優(yōu)化施肥缺氮（RF-N）、優(yōu)化施肥缺磷（RF-P）、優(yōu)化施肥缺鉀（RF-K）共8個(gè)處理。每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為24 m2（4 m×6 m），小區(qū)間隔1.0 m，各小區(qū)筑梗寬30 cm、高30 cm，并用塑料薄膜對(duì)0～100 cm土層進(jìn)行水分隔離。常規(guī)施肥使用氮、磷、鉀比例為15∶15∶15的復(fù)合肥作為基肥，施用尿素作為追肥；施肥及施肥缺素推薦使用尿素、過磷酸鈣、氯化鉀；20%的尿素，全部磷肥和80%的鉀肥用作基肥；70%的尿素在水稻分蘗期用作第一次追肥；10%的尿素和20%的鉀肥在水稻孕穗期施入。各處理具體施肥情況見表1。

表1 各處理氮、磷、鉀肥施用情況 kg·hm2

1.3 樣品采集及指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 土壤樣品采集及指標(biāo)測(cè)定 在水稻基肥施用和收獲后，采用棋盤式采樣法采集耕作層（0～20 cm）土壤樣品，經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)、過篩后測(cè)定其理化性質(zhì)，采用電位法（水∶土=2.5∶1)測(cè)定pH值，重鉻酸鉀法測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量、擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮含量、鉬銻抗比色法測(cè)定有效磷含量、火焰光度法測(cè)定速效鉀含量。

1.3.2 植株樣品采集及指標(biāo)測(cè)定 收獲時(shí)，測(cè)定各小區(qū)產(chǎn)量、稻草質(zhì)量；隨機(jī)選取20株測(cè)定株高、有效穗數(shù)、分蘗數(shù)、穗長(zhǎng)；采集每小區(qū)具有代表性植株樣品5穴用以測(cè)定秸稈和籽粒中氮、磷、鉀含量、每穗粒數(shù)及千粒質(zhì)量，采用NY/T2017—2011《植物中氮、磷、鉀的測(cè)定》方法測(cè)定樣品中全氮、全磷、全鉀含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

氮吸收量（kg·hm-2）=（秸稈氮g·kg-1×秸稈產(chǎn)量kg·hm-2+籽粒中氮g·kg×籽粒量kg·hm-2）/1000

氮農(nóng)學(xué)效率（kg·kg-1）=（NPK全施處理產(chǎn)量-缺氮處理產(chǎn)量）/施氮量[13]

氮吸收利用率=（NPK全施總吸氮量-缺氮處理產(chǎn)量總吸氮量）/施氮量×100%[14]

偏生產(chǎn)力（kg·kg-1）=NPK處理產(chǎn)量/NPK施用總量

磷鉀計(jì)算方法同氮，氮、磷、鉀分別為N、P2O5、K2O。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)為第2年收獲時(shí)測(cè)定，采用Excel 2017進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，DPSv15.10中LSD法對(duì)作物產(chǎn)量、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)及氮、磷、鉀吸收量進(jìn)行差異顯著性分析(P＜0.05)，采用WPS進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果分析

2.1 水稻生產(chǎn)及養(yǎng)分利用情況

2.1.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu) 由表2可知，CF和RF 2個(gè)處理下產(chǎn)量分別為9.47、10.38 t·hm-2，RF處理產(chǎn)量較CF增加了9.6%，而2種模式下缺氮、缺磷、缺鉀處理產(chǎn)量均出現(xiàn)了一定程度的下降，下降率為8.9%～27.9%，其中氮的缺失對(duì)產(chǎn)量的影響達(dá)顯著水平。

表2 水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)

水稻單位面積有效穗數(shù)及每穗粒數(shù)是影響水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。由表2可以看出，RF處理有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)分別比CF處理高6.9%、0.9%，RF-N、CF-N處理能顯著減少有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)，減少率分別為19.3%、14.8%和15.3%、13.2%。RF-N、CFN處理的結(jié)實(shí)率最低，分別是79.4%、83.7%，缺磷、缺鉀對(duì)結(jié)實(shí)率的影響差異不顯著。CF、RF處理的千粒質(zhì)量無顯著差異，且CF處理與相應(yīng)的缺素處理對(duì)千粒質(zhì)量的影響不大，RF處理與相應(yīng)的缺磷、缺鉀處理差異不顯著，僅與缺氮處理存在顯著差異，缺氮時(shí)千粒質(zhì)量反而增加了18%。

2.1.2 養(yǎng)分吸收及利用效率 如圖1所示，優(yōu)化養(yǎng)分管理（RF）較常規(guī)施肥（CF）能有效促進(jìn)水稻對(duì)氮素的吸收，提高率為8.0%。比較2種模式下的缺素處理可知，缺磷顯著降低了水稻對(duì)氮素的吸收。CF、RF處理磷的吸收量相當(dāng)，均在33 kg·hm-2左右，而缺氮、缺鉀降低13.1%～31.6%的水稻磷吸收，達(dá)顯著水平。RF處理較CF處理提高了8.7%的鉀吸收，但缺氮均能顯著降低水稻對(duì)鉀的吸收，其中CF-N、RF-N處理較CF、RF處理分別降低了59.8%、32.9%的鉀吸收量，而水稻吸收鉀對(duì)磷的缺失無明顯響應(yīng)。

圖1 水稻植株養(yǎng)分吸收量

表3中氮、磷、鉀吸收利用率數(shù)據(jù)顯示，RF模式較CF模式分別提高了1.28%、0.33%、22.77%的水稻氮、磷、鉀吸收利用率。農(nóng)學(xué)效率數(shù)據(jù)顯示，RF模式較CF模式提高了氮、磷、鉀肥對(duì)水稻產(chǎn)量的貢獻(xiàn)，每千克氮磷鉀投入可分別多生產(chǎn)水稻5.02、5.39、17.80 kg。從偏生產(chǎn)力角度上看，CF和RF模式下偏生產(chǎn)力分別為29.14和36.42 kg·kg-1，說明RF模式下單位質(zhì)量的養(yǎng)分投入能收獲更多的水稻。綜上，RF模式下氮、磷、鉀肥轉(zhuǎn)化利用效率更高，其投入量和配比更符合水稻生長(zhǎng)的需要。

表3 肥料利用率

2.2 對(duì)地力的影響

由表4可知，2種模式與試驗(yàn)前土壤pH值無差異，均為5.3，但2種模式下的缺素處理都有提高土壤pH值的趨勢(shì)。與試驗(yàn)前土壤中有機(jī)質(zhì)含量相比，2種模式有機(jī)質(zhì)含量下降1.2%～15.1%，其中RF-P處理降幅最大，有機(jī)質(zhì)含量?jī)H為22.0 g·kg-1，CF處理有機(jī)質(zhì)含量顯著高于RF處理。2種模式堿解氮含量較試驗(yàn)前下降26.5%～40.8%，總體上看，CF模式下堿解氮含量均高于RF模式，其中CF處理堿解氮含量為113.2 mg·kg-1，顯著高于RF處理的107.3 mg·kg-1，2種模式下的缺素處理堿解氮含量均低于氮、磷、鉀全施處理。有效磷含量除缺磷處理外，其他處理均比試驗(yàn)前土壤中有效磷含量高，RF處理比CF處理有效磷含量高2.9%。2種模式下的速效鉀含量均比試驗(yàn)前低15.6%～41.9%，RF處理比CF處理速效鉀含量高5.5%。

表4 不同處理土壤基本理化性質(zhì)

3 結(jié)論與討論

化肥是作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，化肥對(duì)糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率達(dá)40%[15]。為了追求高產(chǎn)，我國(guó)水稻生產(chǎn)中存在化肥施用量大、施用比例不合理、養(yǎng)分損失嚴(yán)重等問題突出[16]。因此，在水稻生產(chǎn)中進(jìn)行科學(xué)的養(yǎng)分管理具有重要意義。本研究中養(yǎng)分管理施肥（RF）較農(nóng)民習(xí)慣施肥（CF）減少了21.0%的磷肥和50.0%的鉀肥投入，RF處理不僅未對(duì)水稻產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響，反而增產(chǎn)了9.6%，有效穗、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量均較CF處理有不同程度的提升。CF-N、RF-N處理水稻產(chǎn)量分別降低22.7%、27.9%，且達(dá)顯著水平。這說明氮肥對(duì)水稻產(chǎn)量起到了決定性的作用。本研究在農(nóng)民習(xí)慣施肥的基礎(chǔ)上綜合考慮水稻產(chǎn)量形成的養(yǎng)分需求、土壤地力、生長(zhǎng)環(huán)境等因素，優(yōu)化了氮、磷、鉀配比，提高了水稻養(yǎng)分的吸收積累，施肥方案更加科學(xué)合理，實(shí)現(xiàn)了水稻的增產(chǎn)增收。

肥料利用率和農(nóng)學(xué)效率是反映作物、土壤、肥料之間關(guān)系的動(dòng)態(tài)參數(shù)，也是科學(xué)施肥的重要參考指標(biāo)，與土壤養(yǎng)分、肥料用量和養(yǎng)分管理等方面息息相關(guān)[17-19]。本研究中，RF模式較CF模式提高了水稻氮、磷、鉀吸收利用率分別為1.28%、0.33%、22.77%。農(nóng)學(xué)效率數(shù)據(jù)顯示，RF模式較CF模式提高了氮、磷、鉀肥對(duì)水稻產(chǎn)量的貢獻(xiàn)，每千克氮磷鉀投入可分別多生產(chǎn)水稻5.02、5.39、17.80 kg。

肥料偏生產(chǎn)力是指用某一特定肥料下的作物產(chǎn)量與施肥量的比值，是反映當(dāng)?shù)赝寥阑A(chǔ)養(yǎng)分水平和化肥施用量綜合效應(yīng)的重要指標(biāo)[13]。CF和RF模式下偏生產(chǎn)力分別為29.14、36.42 kg·kg-1，說明RF模式下單位質(zhì)量的養(yǎng)分投入能產(chǎn)出更多的水稻[19]。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與試驗(yàn)前土壤相比，CF、RF 2種處理模式有機(jī)質(zhì)含量均下降，下降率為1.2%～15.1%。因此，2種施肥模式均需注意有機(jī)肥的施用[20]，尤其是RF處理，其有機(jī)質(zhì)含量較CF處理低11.3%，且差異達(dá)顯著水平。2模式下堿解氮含量差異同有機(jī)質(zhì)，而有效磷和速效鉀含量在2個(gè)處理間無顯著差異，說明本研究中RF模式在培肥地力方面無明顯優(yōu)勢(shì)。

在農(nóng)民習(xí)慣施肥基礎(chǔ)上對(duì)養(yǎng)分進(jìn)行管理，在氮肥施用量相同的情況下，減少21.0%的磷肥和50.0%的鉀肥，水稻產(chǎn)量增加9.6%。氮、磷、鉀吸收利用率分別提高1.28%、0.33%、22.77%；氮、磷、鉀農(nóng)學(xué)效率分別提高35.1%、43.1%、62.4%；偏生產(chǎn)力提高25.0%；培肥土壤方面無顯著優(yōu)勢(shì)。這說明本研究中的養(yǎng)分管理模式在減少磷、鉀肥的基礎(chǔ)上可保證產(chǎn)量，提高了水稻養(yǎng)分吸收利用率、農(nóng)學(xué)效率及偏生產(chǎn)力，是一項(xiàng)能兼顧產(chǎn)量、養(yǎng)分高效利用的重要施肥措施。