氮、磷、鉀對(duì)廣西高寒山區(qū)水稻產(chǎn)量及肥料利用效率的影響

梁武旺 蔣顯斌

摘要：為解決廣西高寒山區(qū)水稻合理施肥問(wèn)題，研究了氮、磷、鉀肥配施對(duì)水稻產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和肥料利用效率的影響。研究于2022年在廣西金秀瑤族自治縣進(jìn)行田間試驗(yàn)，設(shè)置缺氮區(qū) 、缺磷區(qū) 、缺鉀區(qū)和全肥區(qū)處理，于水稻成熟期測(cè)定稻谷產(chǎn)量、稻草生物量、稻谷以及植株的氮、磷、鉀含量。結(jié)果表明，全肥區(qū)處理的產(chǎn)量最高（7108 kg/hm2），缺氮區(qū)的產(chǎn)量最低（5050 kg/hm2），除缺磷區(qū)（6164 kg/hm2）與缺鉀區(qū)（5858 kg/hm2）相比差異不顯著外，其余各處理間的水稻產(chǎn)量差異均達(dá)顯著水平。施用氮、磷、鉀肥后，水稻養(yǎng)分總吸收量和每100 kg籽粒需N、P2O5量顯著增加， 而氮素和磷素稻谷生產(chǎn)效率、鉀素收獲指數(shù)顯著下降。水稻對(duì)磷肥的吸收利用率（Recovery efficiency， RE）最低，僅為27.8%，但對(duì)磷肥的生理利用率最高；對(duì)氮肥、磷肥和鉀肥的農(nóng)學(xué)利用率差異不顯著。廣西高寒山區(qū)稻區(qū)合理配施氮、磷、鉀肥可顯著提高水稻產(chǎn)量、養(yǎng)分積累以及肥料利用效率，實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)。

關(guān)鍵詞：水稻；氮肥；磷肥；鉀肥；產(chǎn)量；肥料利用率

中圖分類號(hào)：S143;S511 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Effects of Nitrogen， Phosphorus and Potassium on Rice Yield and Utilization Efficiency of Fertilizer in Alpine Mountain Areas of Guangxi

LIANG Wuwang1， JIANG Xianbin2*

（1Agricultural and Rural Comprehensive Service Center of Tongmu Town， Laibin， Guangxi 545708， China； 2Rice Research Institute， Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanning， Guangxi 530007， China）

Abstract：In order to determine the appropriate amount of fertilization of rice in alpine mountain areas of Guangxi， the paper studied the effects of nitrogen （N）， phosphorus （P） and potassium （K） fertilization on rice yield， nutrient accumulation， and utilization efficiency of fertilizer. These field experiments were conducted in Jinxiu Yao Autonomous County， Guangxi in 2022. Treatments of nitrogen-deficient areas， phosphorus-deficient areas， potassium-deficient areas and full fertilizer areas were set up to determine the rice yield， biomass， as well as N， P and K contents of rice and plants at rice ripening stage. The results showed that the highest yield （7108 kg/hm2） was obtained in the full-fertilizer area treatment， the lowest yield （5050 kg/hm2） was obtained in the nitrogen-deficient area treatment， and the differences in rice yield among treatments reached the significant level， except for the one between the phosphorus-deficient area treatment （6164 kg/hm2） and the potassium-deficient area treatment （5858 kg/hm2） which was not significant compared with that of the other treatments. The application of N， P and K fertilizers significantly increased the total nutrient accumulation and the absorption of N and P2O5 per 100 kg seeds， while the grain production efficiency of N and P and the harvest index of K decreased significantly. The recovery efficiency of rice on P fertilizer was the lowest， only 27.8%， but the physiological utilization efficiency of P fertilizer was the highest. There was no significant difference in the agronomic utilization efficiency among N， P and K fertilizers. It is concluded that the appropriate allocation of N， P and K fertilizers in the rice area of Guangxi alpine mountain areas can significantly improve rice yield， nutrient accumulation， and fertilizer utilization efficiency， so as to maintain the balance of high rice yield and environmental protection.

Keywords： Rice; nitrogen fertilizer; phosphorus fertilizer; potassium fertilizer; yield; utilization efficiency of fertilizer

中國(guó)是水稻生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。氮（N）、磷（P）、鉀（K）是水稻三大營(yíng)養(yǎng)元素。氮肥、磷肥、鉀肥等在糧食生產(chǎn)中發(fā)揮了無(wú)可取代的作用。當(dāng)前，我國(guó)糧食安全與資源消耗的矛盾尖銳。盡管化肥用量持續(xù)增長(zhǎng)，我國(guó)糧食產(chǎn)量卻增長(zhǎng)緩慢[1]。

長(zhǎng)期以來(lái)，研究人員在施肥對(duì)水稻產(chǎn)量、品質(zhì)、養(yǎng)分吸收利用的影響方面進(jìn)行了大量研究。但由于具體試驗(yàn)條件的不同，研究結(jié)果也不盡相同。王偉妮等[2]的研究結(jié)果顯示施用氮、磷、鉀肥顯著提高了水稻產(chǎn)量，可改善堊白度、直鏈淀粉含量等米質(zhì)性狀，顯著增加水稻養(yǎng)分總吸收量和每100 kg籽粒養(yǎng)分需求量，顯著降低養(yǎng)分干物質(zhì)生產(chǎn)效率和養(yǎng)分稻谷生產(chǎn)效率，隨著這3種肥料施用量的增加其吸收利用率（Recovery efficiency， RE）、農(nóng)學(xué)利用率及生理利用率均下降。董作珍等[3]的研究表明施用氮、磷、鉀肥顯著提高了水稻產(chǎn)量，其作用順序?yàn)镹>K>P；隨著化肥施用量的增加，水稻養(yǎng)分總吸收量和100 kg籽粒養(yǎng)分需求量增加，肥料吸收利用率及農(nóng)學(xué)利用率下降。吳可等[4-5]認(rèn)為氮、磷、鉀肥對(duì)水稻產(chǎn)量有顯著影響，缺氮、缺磷、缺鉀處理與全肥處理相比分別減產(chǎn)17.43%、6.64%、4.83%；氮、磷、鉀肥的施用可以顯著增加水稻干物質(zhì)，效應(yīng)從大到小依次為氮肥、磷肥、鉀肥。陳曉萍等[6]認(rèn)為高肥力土壤減施化肥沒(méi)有顯著降低水稻產(chǎn)量，低肥力土壤肥料減施化肥產(chǎn)量降低了13.0%。郭振希等[7]研究發(fā)現(xiàn)全肥區(qū)水稻產(chǎn)量較缺氮區(qū)、缺磷區(qū)和缺鉀區(qū)分別增加了33.4%、16.7%和8.2%，氮、磷和鉀肥表觀利用率分別為27%、14%和62%，平均化肥利用效率為34%，低于2020年全國(guó)水稻化肥利用率的40.2%。

根據(jù)氣候特點(diǎn)，廣西分為桂南、桂中、桂北和高寒山區(qū)4個(gè)稻作區(qū)。高寒山區(qū)稻作區(qū)包括龍勝、資源、三江、金秀、南丹、樂(lè)業(yè)等縣和部分縣海拔在500 m以上的稻田。金秀瑤族自治縣地處大瑤山，屬于高寒山區(qū)稻區(qū)。該稻作區(qū)的特點(diǎn)是山高谷深、日照少、霜期長(zhǎng)、氣溫低、春暖遲、秋冷早、寒露風(fēng)早且強(qiáng)度大。和廣西其他稻作區(qū)明顯不同的是，金秀位于高緯度或高海拔地區(qū)的高寒山區(qū)由于受光、溫條件限制，多數(shù)稻田一年只種植一季。目前少有針對(duì)廣西高寒山區(qū)開(kāi)展的水稻氮、磷、鉀肥研究。為此，筆者通過(guò)在廣西金秀縣開(kāi)展田間試驗(yàn)研究了氮、磷、鉀肥對(duì)水稻產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收利用的影響，旨在為高寒山地優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)水稻的合理施肥提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)設(shè)在來(lái)賓市金秀瑤族自治縣大樟鄉(xiāng)互助村額村屯，位于我國(guó)廣西壯族自治區(qū)中部（109°55'E，23°53'N）。供試土壤為潴育性潮沙田，成土母質(zhì)為河流沖積物，前茬作物為水稻，該砂壤土耕層厚度為20 cm。排灌條件良好。試驗(yàn)前土壤肥力基本情況為：pH 5.62，有機(jī)質(zhì)36.1 g/kg，全氮1.81 g/kg，有效磷51.7 mg/kg，速效鉀26 mg/kg。供試水稻品種為廣8優(yōu)郁香。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2022年進(jìn)行，于當(dāng)年4月13日移栽，? 7月23日收割。試驗(yàn)設(shè)置 4個(gè)施肥處理，全肥區(qū)（NPK），同時(shí)施用氮、磷、鉀肥；缺氮區(qū)（PK），在全肥基礎(chǔ)上不施氮肥；缺磷區(qū)（NK），在全肥基礎(chǔ)上不施磷肥；缺鉀區(qū)（NP），在全肥基礎(chǔ)上不施鉀肥。施肥量為氮肥（按純N計(jì)）135 kg/hm2，磷肥（折合P2O5 ） 45 kg/hm2，鉀肥（折合K2O）? ? ? ? ?90 kg/hm2。磷肥為廣西鹿寨化肥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的鈣鎂磷肥，作基肥一次性施用；氮肥為廣西柳州化工控股有限公司生產(chǎn)的尿素，作基肥（30%）、分蘗肥（40%）、幼穗分化期（20%）和齊穗肥（10%）4次施用；鉀肥為中化化肥控股有限公司生產(chǎn)的氯化鉀，作基肥（50%）和分蘗肥（50%）2次施用。每個(gè)處理重復(fù)3次，共 12個(gè)小區(qū)，為隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)面積 24 m2，長(zhǎng)6 m，寬 4 m。重復(fù)間和相鄰2個(gè)處理間留50 cm走道，便于田間觀察和農(nóng)事操作。常規(guī)方法育秧，3～4 葉期人工移栽，行距20 cm，株距20 cm，每穴栽雙苗，每小區(qū)栽20行，每行栽30穴，每小區(qū)600穴苗。田間管理按常規(guī)栽培技術(shù)要求進(jìn)行。

1.3 調(diào)查內(nèi)容與方法

1.3.1 水稻產(chǎn)量

在水稻成熟期于各小區(qū)采用人工收割單獨(dú)收獲全部植株，脫粒后曬干，稱重，并按實(shí)際收獲的株數(shù)折算成單位面積產(chǎn)量。

1.3.2 樣品采集與分析

在水稻成熟期采集植株樣本，每個(gè)小區(qū)選取代表性植株5蔸，剪去根部，分為稻谷和稻草，于105 ℃殺青30 min后，75 ℃烘干至恒重。樣品粉碎過(guò)60目篩，分別測(cè)定稻谷和稻草氮、磷、鉀養(yǎng)分含量。制備好的稻谷和稻草樣品采用H2SO4-H2O2法進(jìn)行高溫消煮，氮素含量采用凱氏定氮法測(cè)定，磷素含量采用釩鉬黃比色法測(cè)定，鉀素含量采用火焰光度法測(cè)定，具體方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)[2]。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用 WPS Office 2019 for Linux進(jìn)行整理，養(yǎng)分吸收利用效率按參考文獻(xiàn)[2]中有關(guān)參數(shù)的方法計(jì)算。以氮為例介紹養(yǎng)分吸收利用效率計(jì)算公式（磷、鉀公式與氮相同）：N總吸收量=稻谷產(chǎn)量×稻谷含N量+稻草產(chǎn)量×稻草含N量；每100 kg籽粒需氮量=N總吸收量/稻谷產(chǎn)量×100；氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率=干物質(zhì)積累量/N總吸收量；氮素稻谷生產(chǎn)效率=稻谷產(chǎn)量/N總吸收量；氮素收獲指數(shù)（%）=稻谷N吸收量/N總吸收量×100；氮肥吸收利用率（%）=（全肥區(qū)N總吸收量-缺氮區(qū)N總吸收量）/施N量×100；氮肥農(nóng)學(xué)利用率=（全肥區(qū)稻谷產(chǎn)量-缺氮區(qū)稻谷產(chǎn)量）/施N量；氮肥生理利用率=（全肥區(qū)稻谷產(chǎn)量-缺氮區(qū)稻谷產(chǎn)量）/（全肥區(qū)N總吸收量-缺氮區(qū)N總吸收量）。用SPSS 15.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；用Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮、磷、鉀肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

不同施肥處理水稻產(chǎn)量見(jiàn)圖1，可見(jiàn)全肥區(qū)處理的產(chǎn)量最高（7108 kg/hm2），缺氮區(qū)的產(chǎn)量最低（5050 kg/hm2）；除缺磷區(qū)（6164 kg/hm2）與缺鉀區(qū)（5858 kg/hm2）差異不顯著（P>0.05）外，其余處理間差異均達(dá)顯著水平（P<0.05）。

2.2 氮、磷、鉀肥對(duì)水稻養(yǎng)分吸收的影響

氮、磷、鉀肥對(duì)水稻養(yǎng)分吸收及利用效率的影響見(jiàn)表1至表3全肥區(qū)處理的N總吸收量和每100 kg籽粒需N量均顯著高于缺氮區(qū)處理；氮素稻谷生產(chǎn)效率顯著低于缺氮區(qū)處理；氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率和氮素收獲指數(shù)均差異不顯著（表1）。

全肥區(qū)處理的P2O5總吸收量和每100 kg籽粒需P2O5量均顯著高于缺磷區(qū)處理；磷素干物質(zhì)生產(chǎn)效率和磷素稻谷生產(chǎn)效率顯著低于缺磷區(qū)處理；磷素收獲指數(shù)均差異不顯著（表2）。

全肥區(qū)處理的K2O總吸收量顯著高于缺鉀區(qū)處理；鉀素收獲指數(shù)顯著低于缺鉀區(qū)處理；每? ? 100 kg籽粒需K2O量、鉀素干物質(zhì)生產(chǎn)效率和鉀素稻谷生產(chǎn)效率這3項(xiàng)指標(biāo)的全肥區(qū)處理和缺鉀區(qū)處理間的差異均未達(dá)顯著水平（表3）。

2.3 水稻對(duì)氮、磷、鉀肥的利用效率

在本試驗(yàn)中，水稻對(duì)鉀肥的吸收利用率最高，其次是氮肥，對(duì)磷肥的吸收利用率最低，對(duì)這3種肥料的吸收利用率差異顯著（圖2）。水稻對(duì)氮肥、磷肥和鉀肥的農(nóng)學(xué)利用率差異未達(dá)顯著水平? ? ? ? （圖3）。水稻對(duì)磷肥的生理利用率最高，且顯著高于對(duì)氮肥和鉀肥的生理利用率（圖4）。

3 結(jié)論與討論

本文研究結(jié)果顯示，氮、磷、鉀肥無(wú)論缺哪一種都會(huì)造成顯著減產(chǎn)，其中又以缺氮區(qū)處理的產(chǎn)量最低，缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)處理的產(chǎn)量效應(yīng)次之，缺磷區(qū)與缺鉀區(qū)處理間差異不顯著，其余各處理間的水稻產(chǎn)量差異均達(dá)顯著水平。該結(jié)果與吳可等[4]和郭振希等[7]的部分研究結(jié)果相似。吳可等[4]的試驗(yàn)在廣西桂中稻區(qū)和桂南稻區(qū)完成，其中桂中稻區(qū)（象州）結(jié)果顯示缺氮區(qū)與全肥區(qū)差異顯著，缺氮區(qū)與缺磷區(qū)和缺鉀區(qū)處理間差異不顯著，缺磷區(qū)和缺鉀區(qū)與全肥區(qū)差異不顯著；桂南稻區(qū)的龍州點(diǎn)和福綿點(diǎn)的缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)、全肥區(qū)各處理間差異均不顯著；桂南稻區(qū)的岑溪點(diǎn)除了缺鉀區(qū)與全肥區(qū)比較處理間差異不顯著外，其余各處理間差異均達(dá)顯著水平。這些研究結(jié)果的不同可能與試驗(yàn)田塊基礎(chǔ)肥力水平不同有關(guān)，也可能與其他因素相關(guān)，因?yàn)榈咀髂Ｊ?、區(qū)域、氣候和土壤質(zhì)地條件等各種因素均對(duì)水稻肥料貢獻(xiàn)率有影響[8]。高寒山區(qū)由于氣候原因，跟廣西其他稻作區(qū)相比水稻生長(zhǎng)期明顯延后、延長(zhǎng)，這一改變對(duì)水稻生長(zhǎng)和發(fā)育的影響較為復(fù)雜，很難簡(jiǎn)單概括。盡管如此，水稻在不同稻作區(qū)的基本生物學(xué)特性仍然保持一致。因此，其他稻作區(qū)的合理施肥方案對(duì)于高寒山區(qū)也應(yīng)該同樣適用，只是在大面積應(yīng)用前要開(kāi)展小規(guī)模實(shí)驗(yàn)并注意做好基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集和分析工作。廣西高寒山區(qū)的水稻安全生長(zhǎng)期在170 d左右，一季綽綽有余，兩季捉襟見(jiàn)肘。但可能因?yàn)槭袌?chǎng)份額等原因，較少有專門針對(duì)這一稻作區(qū)的水稻新品種。廣西高寒山區(qū)的水稻生產(chǎn)若要取得較大發(fā)展，培育和種植適合當(dāng)?shù)氐膶倨贩N可能是更需要優(yōu)先考慮的問(wèn)題。

本研究結(jié)果顯示，全肥區(qū)處理的N總吸收量、P2O5總吸收量和K2O總吸收量均顯著高于對(duì)應(yīng)的缺氮區(qū)、缺磷區(qū)和缺鉀區(qū)，這一結(jié)果與王偉妮等[2]的研究結(jié)果一致。其余如每100 kg籽粒需N（P2O5、K2O）量、氮（磷、鉀）素稻谷生產(chǎn)效率、氮（磷、鉀）素干物質(zhì)生產(chǎn)效率和氮（磷、鉀）素收獲指數(shù)等指標(biāo)則不盡相同，這可能與采用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同有關(guān)。

肥料利用率是我國(guó)學(xué)術(shù)界和政府持續(xù)關(guān)注的焦點(diǎn)。本文研究結(jié)果顯示，本試驗(yàn)氮肥、磷肥、鉀肥的吸收利用率平均值為53.1%，其中磷肥的吸收利用率最低，僅為27.8%，這一水平遠(yuǎn)低于董作珍等[3]試驗(yàn)中的磷肥吸收利用率（38.3%）。我國(guó)耕地土壤速效磷含量呈顯著增加趨勢(shì)，部分耕層土壤速效磷含量表現(xiàn)為過(guò)量累積，土壤磷盈余是我國(guó)土壤有效磷變化的主要特征[1]，如何協(xié)調(diào)糧食生產(chǎn)與資源利用以及環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，提高磷肥利用率成為擺在我們面前必須花大力氣解決的重大問(wèn)題。

另一方面，當(dāng)前的實(shí)際產(chǎn)量?jī)H發(fā)揮了高產(chǎn)潛力的50％左右，水稻產(chǎn)量潛力仍未充分挖掘，養(yǎng)分高效作物品種將在不增加肥料養(yǎng)分投入和不改變播種面積的情況下實(shí)現(xiàn)糧食增產(chǎn)，需要加強(qiáng)研究以提高肥料利用效率[1]。盡量縮小產(chǎn)量潛力和實(shí)際產(chǎn)量之間的差距是當(dāng)前農(nóng)業(yè)科研工作者的一項(xiàng)重要任務(wù)，盡管這項(xiàng)任務(wù)充滿挑戰(zhàn)，有遺傳育種、耕作栽培、植物保護(hù)以及土壤肥料等諸多方面的問(wèn)題需要解決。在植物營(yíng)養(yǎng)方面，加大肥料施用量可以在一定范圍內(nèi)提高產(chǎn)量，但這既增加了農(nóng)民的種植成本，又加大了農(nóng)用化學(xué)品帶來(lái)的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，單純依靠加大化肥用量來(lái)增加產(chǎn)量并不是經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的技術(shù)措施。同樣的，本文中的全肥區(qū)處理也更多體現(xiàn)的是當(dāng)?shù)囟嗄晁靖弋a(chǎn)栽培經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，而非某一具體田塊的最優(yōu)施肥方案。但要針對(duì)每一田塊優(yōu)化出相應(yīng)的最優(yōu)方案顯然技術(shù)難度相當(dāng)大。從技術(shù)實(shí)施的角度來(lái)看，通過(guò)遺傳育種方法來(lái)提高水稻植株自身對(duì)肥料的吸收利用進(jìn)而提高水稻產(chǎn)量是一條更容易實(shí)施應(yīng)用也更經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的技術(shù)路徑，這也是眾多農(nóng)業(yè)科研工作者正在努力實(shí)現(xiàn)的一項(xiàng)農(nóng)業(yè)技術(shù)。如筆者所在團(tuán)隊(duì)以廣西普通野生稻Y11為供體，獲得3個(gè)耐低氮、12個(gè)高氮素利用率和3個(gè)氮高效且耐低氮的野生稻滲入系株系，可為水稻氮高效育種提供育種材料[9]。水稻品種不同，對(duì)氮、磷、鉀素的利用效率也會(huì)有很大不同[3， 10， 11]。在水稻生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)條件、目標(biāo)產(chǎn)量以及水稻品種來(lái)確定氮磷鉀肥的最佳配施方案[2]。但現(xiàn)在每年都有大量水稻新品種進(jìn)入市場(chǎng)，要針對(duì)每一個(gè)品種單獨(dú)進(jìn)行最佳配施方案設(shè)計(jì)顯然不可行，但可以對(duì)品種的需肥特性進(jìn)行分類，按不同類別進(jìn)行更科學(xué)精準(zhǔn)的水肥管理。

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責(zé)任編輯：謝紅輝

基金項(xiàng)目：廣西科技重大專項(xiàng)（桂科AA22068087）。

第一作者：梁武旺（1974—），男，廣西金秀，農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作，E-mail：LWW197411013514@163.com。

*通信作者：蔣顯斌（1979—），研究員，主要從事水稻育種研究，E-mail：350139343@qq.com。

收稿日期：2023-06-30