不同施肥模式對(duì)水稻產(chǎn)量及養(yǎng)分利用效率的影響

喬月，胡誠(chéng)，萬建華，徐化林，劉茂軍，郭衛(wèi)紅，戴黎，張春華，鄧超然

（1華強(qiáng)化工集團(tuán)股份有限公司，湖北當(dāng)陽 444100；2湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所，武漢 430064）

0 引言

水稻是中國(guó)主要的糧食作物之一，在中國(guó)糧食生產(chǎn)中占有重要地位[1-2]。其種植面積分別約占中國(guó)糧食作物播種面積和世界水稻種植面積的25%和20%[3-4]。氮肥是影響水稻生長(zhǎng)和產(chǎn)量的主要因素之一。農(nóng)民往往為了獲得高產(chǎn)，而盲目施用氮肥，致使中國(guó)氮肥用量和稻田氮肥用量分別約占全球該用量的30%和37%[5-6]。目前，中國(guó)水稻生產(chǎn)存在大量施用化肥、肥料利用率低等問題，中國(guó)目前氮素當(dāng)季利用率僅為30%～35%[7]，磷肥利用率僅25%[8]，這不僅僅會(huì)影響水稻的增產(chǎn)效果，還會(huì)引發(fā)一系列的環(huán)境問題[9]。因此，提高氮磷鉀養(yǎng)分利用效率，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[10]。近年來，國(guó)內(nèi)外施肥種類（緩控釋肥、穩(wěn)定性肥料）對(duì)土壤養(yǎng)分和作物生長(zhǎng)的影響方面作了大量研究[11-12]，許多研究表明，性質(zhì)不同的養(yǎng)分輸入對(duì)土壤養(yǎng)分和作物生長(zhǎng)的影響是不同的，有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥、生物炭基肥施用可以有效改善土壤氮磷鉀養(yǎng)分平衡，并明顯提升土壤肥力[13-14]。但關(guān)于不同養(yǎng)分的輸入，特別是不同有機(jī)無機(jī)配施、生物炭基肥對(duì)作物干物質(zhì)積累和養(yǎng)分吸收動(dòng)態(tài)研究較少。本研究通過設(shè)置不同肥料對(duì)比試驗(yàn)，重點(diǎn)探討不同施肥處理對(duì)湖北當(dāng)陽市水稻產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用的影響，旨在為優(yōu)化當(dāng)?shù)氐咎镳B(yǎng)分管理，提高水稻生產(chǎn)力提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)設(shè)在湖北省當(dāng)陽市河溶鎮(zhèn)前合村(111°56′E，30°36′N)中低產(chǎn)田上進(jìn)行。試驗(yàn)田地處當(dāng)陽市東部，屬亞熱帶季風(fēng)氣候。試驗(yàn)開始之前采用稻—油輪作的種植制度。試驗(yàn)田土壤基本性狀為：pH 6.33、有機(jī)質(zhì)21.86 g/kg、堿解氮134.84 mg/kg、有效磷2.31 mg/kg、速效鉀143.67 mg/kg。供試品種為‘荃優(yōu)絲苗’，屬雜交稻，2022年5月19日施基肥耙田后移栽，9月4日收獲。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置6 個(gè)處理，分別為：不施肥(CK)、普通復(fù)合肥(T1)；普通復(fù)合肥（與T1處理等養(yǎng)分）+3000 kg/hm2有機(jī)肥(T2)；有機(jī)—無機(jī)復(fù)合肥(T3)；生物炭基肥料(T4)；水稻專用配方肥(T5)。除了CK處理不施肥以外，T1、T3～T5處理施肥量均以有效養(yǎng)分N-P2O5-K2O計(jì)均為219、60、96 kg/hm2，T2處理施肥量均以有效養(yǎng)分NP2O5-K2O 計(jì)均為264、105、126 kg/hm2。各處理磷肥、鉀肥不夠部分分別用過磷酸鈣(P2O512%)和氯化鉀(K2O 60%)補(bǔ)充，磷肥和鉀肥均作基肥施入。試驗(yàn)普通復(fù)合肥養(yǎng)分含量為51%(N-P2O5-K2O=25-10-16)，有機(jī)—無機(jī)復(fù)合肥養(yǎng)分含量為35%(N-P2O5-K2O=18-8-9)，生物碳基肥養(yǎng)分含量為30%(N-P2O5-K2O=18-6-6)，水稻專用配方肥(N-P2O5-K2O=22-9-15)，有機(jī)肥養(yǎng)分含量為4% (N-P2O5-K2O=1.5-1.5-1)，有機(jī)質(zhì)≥30%，均由華強(qiáng)化工集團(tuán)有限公司提供。每個(gè)處理3 個(gè)重復(fù)，小區(qū)面積20 m2，重復(fù)小區(qū)之間隨機(jī)排列?；驶靹蚝?，均勻撒施于田面，然后耙田10 cm，使肥料與土壤充分混勻；移栽7 d后施分蘗肥。稻田進(jìn)行旋耕、泡田，泡好后再旋耕，5 月19 日施入基肥，移栽秧苗采用工廠化育苗、秧齡20 d，采用人工模擬機(jī)插稻方式移栽，移栽密度為13.3 cm×30.0 cm、每穴2苗。移栽后保持田間3～5 cm 水層，三葉一心期后采用相應(yīng)的水分管理模式。各處理小區(qū)設(shè)置排灌溝，單灌單排，田間管理、病蟲害及雜草的防治同當(dāng)?shù)剞r(nóng)田管理措施一致。不同處理肥料運(yùn)籌情況見表1。

表1 不同處理肥料運(yùn)籌情況 kg/hm2

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1 土壤基本養(yǎng)分性狀的測(cè)定水稻整田之前，在試驗(yàn)區(qū)取耕層(0～20 cm)土壤樣品，測(cè)定pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀的含量。測(cè)定采用常規(guī)方法[15]。

1.3.2 干物質(zhì)積累量在成熟期，每個(gè)小區(qū)數(shù)10株植株樣，根據(jù)平均有效穗取代表性的樣品，按莖、葉及穗部分開收集，隨后將各部位器官105℃殺青30 min 后80℃烘干至恒重，測(cè)定各部分的干物質(zhì)重。

1.3.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素成熟期每小區(qū)實(shí)打?qū)嵤?，記錄?shí)際產(chǎn)量。脫粒并曬干，風(fēng)選清除雜質(zhì)和癟粒，稱量風(fēng)干實(shí)?？傎|(zhì)量。在成熟期調(diào)查大田有效穗數(shù)，求出每小區(qū)平均有效穗數(shù)，并根據(jù)平均有效穗數(shù)進(jìn)行取樣，每個(gè)小區(qū)取樣3 蔸，并記錄每蔸有效穗數(shù)和莖蘗數(shù)。完成產(chǎn)量構(gòu)成因素（每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量、生物量和收獲指數(shù)）的計(jì)算[16]。

1.3.4 參數(shù)計(jì)算分別計(jì)算氮（磷）素積累量(kg/hm2)、氮（磷）積累總量、氮素收獲指數(shù)、每生產(chǎn)100 kg穗吸氮量（磷）(kg)、氮肥貢獻(xiàn)率(%)、氮（磷）肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)、氮肥農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)、氮（磷）肥表觀利用率(%)，參數(shù)的計(jì)算參考文獻(xiàn)[17-18]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用DPS進(jìn)行方差分析，LSD法進(jìn)行處理間多重比較，利用Excel作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)水稻干物質(zhì)積累的影響

不同施肥處理對(duì)水稻干物質(zhì)積累的影響見圖1，從中可看出不施肥處理莖、葉、穗的干物質(zhì)處于最低水平，說明施肥可顯著提高水稻莖、葉、穗的干物質(zhì)積累量。在成熟期，干物質(zhì)呈現(xiàn)為穗＞莖＞葉。與T1處理相比，其余施肥處理在莖、葉、穗上分別增加了2.52%～19.56%、9.05%～24.43%、0.85%～7.19%。在T3、T4、T5處理中，T4處理在莖、葉、穗中均處于最高水平，T4較T3處理在莖、葉、穗中分別增加4.49%、5.09%、4.93%，且二者間具有顯著差異，T4較T5處理在莖、葉、穗中分別增加8.71%、8.00%、3.65%，二者具有顯著差異，T3處理在莖、葉上較T5增加4.42%、3.07%，在穗上減少1.33%。由此說明新肥可促進(jìn)水稻干物質(zhì)的積累，且生物炭基肥與尿素配施效果較好。

圖1 不同施肥處理下水稻干物質(zhì)積累

2.2 不同施肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

不同施肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響見表2，從中可看出不施肥的有效穗、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重及產(chǎn)量均最低，說明施肥可顯著提高水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素。各處理的有效穗、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重及產(chǎn)量的大小均表現(xiàn)為T4＞T5＞T3＞T2＞T1＞CK，與T1處理相比，各處理的有效穗、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重及產(chǎn)量分別增加4.79%～28.57%、0.65%～10.37% 、0.72% ～2.83% 、0.57% ～2.02% 和4.27% ～19.27%。在新肥T3、T4、T5處理中，T4處理在有效穗、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、產(chǎn)量中均處于最高水平，T4處理分別較T3、T5新肥處理在有效穗、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率及產(chǎn)量增加了14.83%和9.28%、7.53%和4.45%、1.74%和1.03%、10.31%和7.53%，二者之間具有顯著差異。由此說明生物炭基肥可促進(jìn)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素。

表2 不同施肥處理下水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

2.3 不同施肥處理對(duì)水稻氮素吸收利用的影響

2.3.1 不同施肥處理對(duì)植株不同部位含氮量的影響不同施肥處理對(duì)植株不同部位含氮量的影響見圖2，從中可看出不施肥處理莖、葉、穗的氮含量處于最低水平，說明施肥可顯著提高水稻莖、葉、穗的氮含量。在成熟期，水稻的氮含量為穗＞葉＞莖。與T1處理相比，其余施肥處理在莖、葉、穗上分別增加了5.13%～66.36%、1.70%～30.03%、1.30%～7.93%。在新肥T3、T4、T5處理中，T4處理在莖、葉、穗中均處于最高水平，T4較T3處理在莖、葉、穗中分別增加9.26%、6.53%、6.34%，且二者間無顯著差異，T4較T5處理在莖、葉、穗中分別增加21.04%、14.36%、3.32%，且二者在莖、穗上有顯著差異，T3處理在莖、葉上較T5增加12.98%、8.38%，在穗上減少0.73%。由此說明新肥可促進(jìn)水稻莖、葉、穗氮含量的吸收。

圖2 不同施肥處理下水稻不同部位含氮量

2.3.2 不同施肥處理對(duì)水稻氮素吸收及其分配的影響不同施肥處理對(duì)植株不同部位氮素吸收的影響見圖3，從中可看出不施肥處理莖、葉、穗的氮含量處于最低水平，說明施肥可顯著提高水稻莖、葉、穗的氮含量。在成熟期，水稻的氮素吸收量為穗＞葉＞莖。與T1處理相比，其余施肥處理在莖、葉、穗上分別增加了7.80%～99.12%、10.85%～61.38%、2.18%～15.83%。在新肥T3、T4、T5處理中，T4處理在莖、葉、穗中均處于最高水平，T4較T3處理在莖、葉、穗中分別增加13.45%、11.33%、8.83%，且二者間差異顯著，T4較T5處理在莖、葉、穗中分別增加27.97%、21.08%、7.10%，且二者間差異顯著，T3處理在莖、葉上較T5增加16.78%、11.00%，在穗上減少2.19%。由此說明新肥可促進(jìn)水稻莖、葉、穗氮素的吸收。

圖3 不同施肥處理下水稻氮素積累量

2.3.3 不同施肥處理對(duì)水稻氮肥利用率的影響氮肥利用率是評(píng)價(jià)水稻對(duì)氮素吸收、利用效果的重要指標(biāo)，不同施肥處理對(duì)水稻氮肥利用率的影響見表3，從中看出氮肥貢獻(xiàn)率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥表觀利用率均表現(xiàn)為T3處理較好，且各處理之間差異顯著。與T1處理相比，其余各處理在生產(chǎn)100 kg穗吸氮量、氮肥貢獻(xiàn)率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥表觀利用率上分別增加1.96%～9.15%、11.26%～44.86%、4.26%～19.27%、16.23%～72.79%、7.80%～61.22%。T3、T4、T5處理的肥料均具有緩釋效果，但依舊為T4處理的效果最好，T4與T3、T5處理均具有顯著差異，T4處理在氮肥貢獻(xiàn)率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥表觀利用率上較T3和T5處理增加了18.42%和13.04% 、10.30% 和7.52% 、26.87% 和19.62% 、15.77%和20.41%。土壤依存率為T4處理最低，較其余處理分別顯著降低了11.30%～32.32%。由此可見，T4處理有利于促進(jìn)水稻的氮素利用，同時(shí)降低了土壤氮素依存率。

表3 不同施肥處理下水稻氮肥利用率

2.4 不同施肥處理對(duì)水稻磷素吸收利用的影響

2.4.1 不同施肥處理對(duì)植株不同部位含磷量的影響不同施肥處理對(duì)植株不同部位含磷量的影響見圖4，從中可看出不施肥處理莖、葉、穗的磷含量處于最低水平，說明施肥可顯著提高水稻莖、葉、穗的磷含量。在成熟期，水稻的磷含量為穗＞莖＞葉。與T1處理相比，其余施肥處理在莖、葉、穗上分別增加了15.85%～69.51%、8.97%～50.00%、0.84%～5.49%。在新肥T3、T4、T5處理中，T4處理在莖、葉、穗中均處于最高水平，T4較T2處理在莖、葉、穗中分別增加10.79%、5.13%、1.20%，且二者在莖上有顯著差異，在葉、穗中無顯著差異，T4較T5處理在莖、葉、穗中分別增加13.67%、8.55%、2.80%，且二者間有顯著差異，T3處理在莖、葉、穗上較T5增加3.22%、3.60%、1.62%。由此說明新肥可促進(jìn)水稻莖、葉、穗磷含量的吸收。

圖4 不同施肥處理下水稻不同部位含磷量

2.4.2 不同施肥處理對(duì)水稻磷素吸收及其分配的影響不同施肥處理對(duì)植株不同部位磷素吸收的影響見圖5，從中可看出不施肥處理莖、葉、穗的氮含量處于最低水平，說明施肥可顯著提高水稻莖、葉、穗的磷素吸收。在成熟期，水稻的磷素吸收量為穗＞葉＞莖。與T1處理相比，其余施肥處理在莖、葉、穗上分別增加了18.53%～104.25%、19.08%～86.13%、1.87%～13.12%。在新肥T3、T4、T5處理中，T4處理在莖、葉、穗中均處于最高水平，T4較T3處理在莖、葉、穗中分別增加15.31%、9.94%、5.92%，且二者間差異顯著，T4較T5處理在莖、葉、穗中分別增加21.55%、15.84%、6.19%，且二者間差異顯著，T3處理在莖、葉、穗上較T5增加7.37%、6.55%、0.29%。由此說明新肥可促進(jìn)水稻莖、葉、穗磷素的吸收。

圖5 不同施肥處理下水稻磷素積累量

2.4.3 不同施肥處理對(duì)水稻磷肥利用率的影響磷肥利用率是評(píng)價(jià)水稻對(duì)磷素吸收、利用效果的重要指標(biāo)，不同肥源對(duì)水稻磷肥利用率的影響見表4，從中看出磷吸收量、磷肥偏生產(chǎn)力、磷肥表觀利用率均表現(xiàn)為T4處理較好，且各處理之間差異顯著。與T1處理相比，其余各處理在磷吸收量、生產(chǎn)100 kg穗吸磷量、磷肥偏生產(chǎn)力、磷肥表觀利用率上增加4.60%～26.67%、4.28%～19.27%、3.33%～10.00%、12.48%～71.90%。T3、T4、T5均為新肥處理，T4較T3、T5處理在磷吸收量、磷肥偏生產(chǎn)力、磷肥表觀利用率上增加7.77%和9.51%、10.31%和7.53%、15.45%和18.90%，且T4與T2、T5具有顯著差異。T2較T4處理在磷吸收量、磷肥表觀利用率上增加1.89%、4.08%，二者之間無顯著差異。由此可見，T4處理有利于促進(jìn)水稻的磷素吸收利用。

表4 不同施肥處理下水稻磷肥利用率

3 結(jié)論

（1）從產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素來看：各處理均呈現(xiàn)為T4＞T5＞T3＞T2＞T1＞CK，T2～T5處理分別較T1處理增產(chǎn)4.27%～19.27%。

（2）從水稻養(yǎng)分吸收來看：在相同施氮處理下，T2～T5處理氮素累積量較T1處理增加了4.08%～32.03%，在相同施磷處理下，T2～T5處理磷素累積量較T1處理增加了4.60%～26.67。

（3）從水稻肥料利用率來看：T2～T5處理在生產(chǎn)100 kg 穗吸氮量、氮肥貢獻(xiàn)率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥表觀利用率較T1處理分別增加1.96%～9.15%、11.26%～44.86%、4.26%～19.27%、16.23%～72.79%、7.80%～61.22%；T2～T5處理在生產(chǎn)100 kg 穗吸磷量、磷肥偏生產(chǎn)力、磷肥表觀利用率較T1處理分別增加4.28%～19.27%、3.33%～10.00%、12.48%～71.90%。

4 討論

4.1 不同施肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

張偉明[19]研究表明，生物炭基肥對(duì)增加水稻有效穗數(shù)、穗粒數(shù)，提高結(jié)實(shí)率有顯著效果，陳琳等[20]研究表明施用炭基肥顯著提高水稻每穗總粒數(shù)和單穗重，喬志剛[21]等研究發(fā)現(xiàn)生物炭基肥使水稻莖蘗成穗率比對(duì)照處理提高14.6%。張愛平[22]研究也得出類似結(jié)論，生物炭基肥使水稻增產(chǎn)15.3%～44.9%。本研究結(jié)果表明，與常規(guī)施肥相比，在施氮總量相同，磷鉀肥完全相同的情況下，通過基施生物炭基肥，分蘗期追施普通尿素（即T4處理）能夠保證水稻產(chǎn)量，在有效穗、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、產(chǎn)量上都比T1處理高，與T1處理相比，T4處理在有效穗、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、產(chǎn)量上分別增加28.57%、10.37%、2.83%、19.27%，這與一些研究得出的施用生物炭基肥能夠提高水稻產(chǎn)量的結(jié)論基本一致[19-22]。大量研究證明，在稻田中施用有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料可提高水稻產(chǎn)量[23-24]。郭錦晶等[25]在水稻上進(jìn)行了有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥與常規(guī)化肥的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果顯示施用有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥對(duì)水稻生具有促進(jìn)作用，可顯著提高結(jié)實(shí)率，從而增加了水稻產(chǎn)量。T3處理較T1處理在產(chǎn)量上增加了6.97%，本研究與前人研究一致[25]。前人研究表明，穩(wěn)定性肥料可顯著提高作物產(chǎn)量，本研究結(jié)論與前人研究結(jié)論相似[26-27]，添加硝化抑制劑的穩(wěn)定性肥料(T5)與常規(guī)施肥相比可顯著提高水稻產(chǎn)量10.29%。

4.2 不同施肥處理對(duì)水稻養(yǎng)分吸收的影響

研究表明施用生物炭基肥可顯著促進(jìn)了水稻對(duì)氮素吸收[22,28]。本研究結(jié)果表明，與常規(guī)施肥處理相比，T4（生物炭基肥）處理氮素總含量、氮素總的吸收量分別增加了27.75%、32.03%。本人研究結(jié)論與前人研究一致[22,28]。生物炭基肥施用對(duì)磷素吸收有顯著影響[29-30]，增加土壤磷素的有效性，從而促進(jìn)作物對(duì)磷的吸收[31]。本研究結(jié)果表明，與常規(guī)施肥處理相比，T3（生物炭基肥）處理磷素總含量、磷素總的吸收量分別增加了27.71%、26.67%。本人研究結(jié)論與前人研究一致[29-31]。大量的研究結(jié)果顯示：長(zhǎng)期施用有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥可以增強(qiáng)土壤的供氮能力，有利于水稻對(duì)氮素的吸收[32-33]。與常規(guī)施肥相比，T3（有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥）處理在氮素積累量、磷素積累量上比T1處理高18.73%、16.84%。本人研究結(jié)論與前人研究一致。

4.3 不同施肥處理對(duì)水稻肥料利用率的影響

張愛平等[22]試驗(yàn)證明，施用生物炭基肥使氮素農(nóng)學(xué)利用率、氮素吸收利用率和氮素偏生產(chǎn)力分別提高10.9 kg/kg、9.3%～10.2%和37.4%～54.7%。也有研究表明，施用生物炭基肥能夠提高晚稻氮素利用率[34]。本研究結(jié)果表明，與常規(guī)施肥相比，在施氮量相同的情況下，T4處理（生物炭基肥）在生產(chǎn)100 kg穗吸氮量、氮肥貢獻(xiàn)率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥表觀利用率上分別增加7.19%、44.86%、19.27%、72.79%、61.22%，在土壤氮素依存率上降低了24.42%。這與一些研究得出的結(jié)論基本一致[22,34]。本研究結(jié)果表明，與常規(guī)施肥相比，在施磷量相同的情況下，T4處理（生物炭基肥）在生產(chǎn)100 kg穗吸磷量、磷肥偏生產(chǎn)力、磷肥表觀利用率上分別增加6.67%、19.27%、72.08%。這與一些研究得出的結(jié)論基本一致[22,34]。前人研究表明，有機(jī)無機(jī)肥料配施處理可以改善土壤的供氮特性，滿足水稻生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氮素的需求，從而提高了水稻的氮肥利用率[35-36]。本研究結(jié)果表明，T3（有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥）比常規(guī)施肥處理高35.79%，本研究與前人研究結(jié)論一致[35-36]。也有研究報(bào)道，施用硝化抑制劑能提高氮肥利用率，本研究結(jié)果表明，T5處理比常規(guī)施肥處理高28.01%，本研究與前人研究的結(jié)論一致[37]。