艾玉春， 董 月， 汪吉東， 張永春

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京 210014;2.農(nóng)業(yè)部江蘇耕地保育科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，江蘇 南京210014)

江蘇省是中國重要的水稻生產(chǎn)大省。在水稻高產(chǎn)研究方面，中國的水稻栽培理論與技術(shù)研究居世界領(lǐng)先水平［1-3］。在主攻單產(chǎn)的同時，兼顧優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)和稻米安全的栽培理論與技術(shù)越來越受到重視。通過增施有機(jī)肥，以及采用根據(jù)倒三葉葉色差進(jìn)行施肥的葉色診斷施肥技術(shù)和區(qū)域化精確定量施肥技術(shù)，取得了顯著的增產(chǎn)效果［4-5］。但由于各地環(huán)境氣候條件、栽培方式、耕作制度等的差異，相關(guān)栽培技術(shù)措施具有很大的局限性。生產(chǎn)中高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)與資源高效、高產(chǎn)與生態(tài)安全仍然是水稻生產(chǎn)中十分突出的問題［6］。

丹陽市、金壇市及姜堰市是江蘇省重要的水稻生產(chǎn)基地，其中丹陽市和姜堰市區(qū)劃屬蘇中地區(qū)［7］。丹陽市、金壇市及姜堰市由于區(qū)位接近，氣候相似，經(jīng)濟(jì)水平相近，水稻種植管理水平相當(dāng)，因此在本研究中作為泛蘇中水稻種植區(qū)。目前該區(qū)稻田肥料施用方式是無機(jī)化、高量施肥，水稻的平均氮肥用量已達(dá)300 kg/hm2，有的農(nóng)田甚至高達(dá)350 kg/hm2，肥料的增產(chǎn)作用逐漸降低，對環(huán)境的污染卻不斷加重［8-10］。本試驗(yàn)系統(tǒng)研究不同地力稻田養(yǎng)分的合理投入問題，確定不同地力稻田影響?zhàn)B分投入效率的主要限制因子，并開展相應(yīng)的養(yǎng)分運(yùn)籌研究，以期為該水稻種植區(qū)養(yǎng)分的合理及高效投入提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)2008～2009年測土配方施肥調(diào)查結(jié)果，以基礎(chǔ)產(chǎn)量為依據(jù)，結(jié)合當(dāng)?shù)赝寥罈l件和平均產(chǎn)量，確定基礎(chǔ)地力條件下產(chǎn)量高于6 000 kg/hm2的田塊為高產(chǎn)田，產(chǎn)量低于6 000 kg/hm2的田塊為低產(chǎn)田。2011年在確定的丹陽市和姜堰市高、低產(chǎn)田塊上開展水稻養(yǎng)分最佳投入方式試驗(yàn)，在金壇市開展氮肥運(yùn)籌試驗(yàn)。各試點(diǎn)土壤基本理化性狀見表1。

養(yǎng)分最佳投入方式試驗(yàn)(OPT):在丹陽和姜堰高、低產(chǎn)田塊中各布置1個試驗(yàn)，共4個。處理設(shè)計(jì)為:(1)CK(不施肥);(2)NPKZn(施 N 240 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2、ZnSO4·7H2O 15 kg/hm2);(3)OPT-N(不施氮處理，其他養(yǎng)分施用量同處理2);(4)OPT-P(不施磷處理，其他養(yǎng)分施用量同處理2);(5)OPT-K(不施鉀處理，其他養(yǎng)分施用量同處理2);(6)OPT-Zn(不施鋅處理，其他養(yǎng)分施用量同處理2);(7)FFP(農(nóng)民習(xí)慣);(8)OCC(有機(jī)無機(jī)配合施用處理，以氮為衡量指標(biāo)，30%有機(jī)肥+70%化肥，有機(jī)肥施用腐熟豬糞)。氮肥施用均采用4∶3∶2∶1(基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥)方式，鉀肥施用方式為基肥與穗肥各50%，其他肥料均作基肥一次施用。每個試驗(yàn)小區(qū)面積為20 m2，每個處理重復(fù)3次。

氮肥運(yùn)籌試驗(yàn)在金壇市水稻基礎(chǔ)產(chǎn)量差異較大的2地塊進(jìn)行。處理設(shè)計(jì)為:(1)CK(不施肥);(2)10∶0∶0∶0(基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥);(3)4∶3∶2∶1(基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥);(4)4∶2∶2∶2(基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥);(5)3∶2∶3∶2(基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥);(6)2∶2∶4∶2(基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥);(7)1∶2∶5∶2(基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥);(8)4∶2∶2∶2(基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥)。處理2～7中K肥基肥與穗肥各50%，處理8中鉀肥100%作基肥。整個生育期施N 240 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2、ZnSO4·7H2O 15 kg/hm2;磷肥和鋅肥全部一次性作基肥。每個試驗(yàn)小區(qū)面積為20 m2，每個處理重復(fù)3次。

表1 各試驗(yàn)點(diǎn)土壤基本理化性狀Table 1 Soil basic properties at each plot

1.2 取樣及分析

各試點(diǎn)植株樣品于2011年10月18日-10月25日采集，每個處理隨機(jī)取20穴混勻后帶回考種。植株樣品于60℃烘干后磨細(xì)，留存分析全氮、全磷、全鉀含量。

植株樣品采用H2SO4-H2O2消煮法消解后進(jìn)行養(yǎng)分含量測定，全氮、全磷、全鉀分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法、火焰光度計(jì)法測定。

1.3 測定指標(biāo)及方法

通過以下公式計(jì)算氮肥利用率、利用效率等參數(shù)，氮收獲指數(shù)(氮轉(zhuǎn)移效率)=籽粒氮積累總量/植株氮積累總量×100%;氮生理效率(氮利用效率或氮效率比)=生物量(kg)/植物吸氮量(kg);氮肥效率(氮肥偏生產(chǎn)力或氮肥生產(chǎn)效率)=經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(kg)/施氮量(kg);氮肥利用率=(施氮處理作物吸氮量-不施氮處理作物吸氮量)/施氮量×100%。

2 結(jié)果

2.1 不同地力條件和不同施肥方式下的水稻產(chǎn)量

養(yǎng)分最佳投入方式試驗(yàn)(OPT)結(jié)果(表2)顯示，4個試驗(yàn)點(diǎn)中，各處理都以NPKZn處理產(chǎn)量最高，缺Zn處理產(chǎn)量次之，缺氮處理水稻減產(chǎn)最多。與NPKZn處理相比，丹陽高、低肥力土壤缺氮處理產(chǎn)量分別減產(chǎn)24.2%、29.7%，姜堰高、低肥力試驗(yàn)點(diǎn)缺氮處理產(chǎn)量分別降低36.8%、41.8%。丹陽和姜堰兩地都以低肥力試驗(yàn)點(diǎn)不施氮處理的產(chǎn)量降幅大于高肥力試驗(yàn)點(diǎn)，表明低肥力土壤對氮的敏感性更強(qiáng)。不施磷肥、鉀肥下各試驗(yàn)點(diǎn)水稻當(dāng)季產(chǎn)量降幅分別為2.0% ～12.5%、2.6% ～13.5%。丹陽2個試驗(yàn)點(diǎn)不施磷、鉀的水稻產(chǎn)量降幅均高于姜堰試點(diǎn)，這與丹陽地區(qū)土壤有效磷、速效鉀含量低于姜堰有關(guān)。各試驗(yàn)點(diǎn)不施Zn下水稻產(chǎn)量降幅為1.1%～3.8%，也表現(xiàn)為丹陽試點(diǎn)的水稻產(chǎn)量低于姜堰試驗(yàn)點(diǎn)。各試驗(yàn)點(diǎn)中有機(jī)無機(jī)肥料配合處理水稻產(chǎn)量比NPKZn處理產(chǎn)量略低，降幅為2.6%～3.6%。而農(nóng)民習(xí)慣施肥處理水稻產(chǎn)量降幅為3.8% ～6.6%。

表2 丹陽和姜堰試驗(yàn)點(diǎn)水稻養(yǎng)分最佳投入方式試驗(yàn)(OPT)的水稻產(chǎn)量Table 2 Rice production of OPT experiments in Danyang and Jiangyan

2.2 不同地力條件和不同施肥方式下的水稻養(yǎng)分吸收量

在丹陽農(nóng)民習(xí)慣施肥處理的高肥力及低肥力試驗(yàn)點(diǎn)的水稻氮、鉀吸收量都大于合理施肥的NPKZn處理(表3)。有機(jī)和無機(jī)肥配合施用處理在低肥力試驗(yàn)點(diǎn)氮、鉀的吸收量則顯著高于對應(yīng)的NPKZn處理，而在高肥力試驗(yàn)點(diǎn)與NPKZn處理差異不顯著;有機(jī)與無機(jī)配合施用處理在高肥力、低肥力兩試驗(yàn)點(diǎn)水稻的磷吸收量差異都較小。說明在丹陽施肥方式對氮、鉀吸收量的影響比對磷吸收量的影響要大，姜堰試驗(yàn)點(diǎn)也存在相同趨勢(表4)。

不同肥力水平試驗(yàn)點(diǎn)間水稻的磷、鉀養(yǎng)分吸收量存在差異。在姜堰低地力土壤水稻的磷、鉀吸收量分別為 24.0～40.5 kg/hm2、133.5～247.5 kg/hm2，平均值分別為 37.5 kg/hm2、241.5 kg/hm2，而高地力土壤水稻的磷、鉀吸收量分別為 19.5～33.0 kg/hm2、123.0 ～214.5 kg/hm2，平均值分別為31.5 kg/hm2、207.0 kg/hm2;但無論丹陽及姜堰，高肥力土壤水稻氮素吸收量都高于低肥力土壤。結(jié)合水稻產(chǎn)量(表2)可以看出，氮素供應(yīng)能力可能是土壤肥力高低的決定性因子，而水稻產(chǎn)量的主要限制因子為氮肥。

表3 丹陽試驗(yàn)點(diǎn)不同肥力農(nóng)田水稻的養(yǎng)分吸收量Table 3 Rice nutrient accumulation in high-yielding and low-yielding fields of Danyang

表4 姜堰不同肥力農(nóng)田水稻的養(yǎng)分吸收量Table 4 Rice nutrient accumuⅠation under different fertility in Jiangyan

2.3 不同氮肥運(yùn)籌對水稻產(chǎn)量的影響

氮肥運(yùn)籌試驗(yàn)結(jié)果(表5)顯示，施用氮肥處理的產(chǎn)量較不施肥對照均大幅上升，氮肥運(yùn)籌(基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥)為1∶2∶5∶2時水稻在高、低肥力土壤中產(chǎn)量均最高，而以10∶0∶0∶0處理產(chǎn)量最低，莖稈產(chǎn)量也呈相同趨勢。表明適當(dāng)將氮肥施用期后移，保持穗肥∶粒肥比例為 3∶7可獲得較高的產(chǎn)量和生物量。

2.4 不同基施比例下氮肥利用率比較

不同肥力土壤中水稻的氮肥利用率差異明顯。在高肥力土壤中，不同施肥方式下的氮肥利用率為24.6% ～38.3%，以單施基肥處理最低，而基肥比例為10%的處理最高(表6);在低肥力土壤中，水稻的氮肥利用率為16.0%～26.2%，處理間的變化同高肥力土壤(表7)。

表5 不同肥料運(yùn)籌對水稻產(chǎn)量的影響Table 5 Effect of fertilizer application mode on the yield of rice

表6 高肥力土壤中不同基施比例下水稻氮素累積與氮肥利用率Table 6 Nitrogen accumulation and nitrogen use efficiencies in high-yielding soil with different nitrogen application modes

表7 低肥力土壤中不同基施比例下水稻氮素累積與氮肥利用率Table 7 Nitrogen accumulation and nitrogen use efficiencies in low-yielding soil with different nitrogen application modes

3 討論

研究結(jié)果表明在水稻生產(chǎn)過程中，大部分農(nóng)民沒有根據(jù)土壤基礎(chǔ)地力進(jìn)行施肥量的調(diào)節(jié)，與最佳養(yǎng)分投入(NPKZn處理)結(jié)果對比，農(nóng)民習(xí)慣施肥的水稻產(chǎn)量降低3.8% ～6.6%，存在養(yǎng)分投入不平衡，養(yǎng)分利用效率低等情況。根據(jù)稻田土壤基礎(chǔ)地力，進(jìn)行合理的養(yǎng)分管理，在增加水稻產(chǎn)量的同時提高氮肥利用率，對降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)水稻優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效生產(chǎn)具有十分重要的意義［11-12］。

地力水平和施肥量對水稻產(chǎn)量和生物量影響顯著。本試驗(yàn)中，江蘇省內(nèi)肥力高、低不同的4個試驗(yàn)點(diǎn)各處理都以NPKZn處理產(chǎn)量最高，缺Zn處理產(chǎn)量次之，而其他缺素處理中以缺氮處理水稻減產(chǎn)最多，這說明合理施氮對水稻增產(chǎn)效果顯著，氮素供應(yīng)能力可能是土壤肥力高低的決定性因子，水稻生產(chǎn)中的主要限制因子為氮肥，這與劉艷陽等［13］的研究結(jié)果一致。土壤肥力水平對水稻氮肥當(dāng)季利用率也有一定影響，表現(xiàn)為低肥力土壤對氮的敏感性更強(qiáng)。趙海東等［14］研究發(fā)現(xiàn)肥料當(dāng)季利用率與土壤肥力成反比，不同肥力水平條件下水稻當(dāng)季肥料利用率大小順序?yàn)榈头柿Γ局蟹柿Γ靖叻柿Α?/p>

李菊梅等［15］研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)無機(jī)肥合理配施能夠顯著降低稻田氨揮發(fā)，減少氮素?fù)p失，提高氮肥利用效率。本試驗(yàn)結(jié)果表明有機(jī)無機(jī)肥配施處理與NPKZn處理的水稻養(yǎng)分吸收和利用率并無顯著差異。增施有機(jī)肥能夠減少化肥投入，在節(jié)約資源的同時可減少氮肥損失帶來的環(huán)境壓力［16］。

適當(dāng)減少水稻基肥、蘗肥，增加穗肥能夠提高水稻籽粒產(chǎn)量和生物量，基肥∶蘗肥∶穗肥∶粒肥比例為1∶2∶5∶2是該研究區(qū)最佳氮肥施用比例。吳文革等［17］研究發(fā)現(xiàn)，在雙季稻北緣地區(qū)適當(dāng)減少蘗肥，增加穗肥有利于促進(jìn)水稻干物質(zhì)的積累，提高產(chǎn)量。前氮后移，減少基蘗肥，增加穗肥施用量，能夠?yàn)樗镜恼麄€生育期提供較為平衡合理的氮素供應(yīng)，促進(jìn)水稻氮素吸收，提高當(dāng)季水稻氮素利用效率［15，18］。

［1］ 程式華.雜交水稻育種材料和方法研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］. 中國水稻科學(xué)，2000，14(3):165-169.

［2］ 符少輝，何忠偉.中國農(nóng)業(yè)生物技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與策略研究［J］. 科技導(dǎo)報(bào)，2004(20):38-41.

［3］ 劉嘉德，孫雪梅，易紅娟.江蘇沿江地區(qū)不同水稻品種對紋枯病的敏感差異性［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42(12):185-187.

［4］ 彭少兵，黃見良，鐘旭華，等.提高中國稻田氮肥利用率的研究策略［J］. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，35(9):1095-1103.

［5］ 趙全志，陳靜蕊，劉輝，等.水稻氮素同化關(guān)鍵酶活性與葉色變化的關(guān)系［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，41(9):2607-2616.

［6］ 鄧建平，杜永林.江蘇粳稻生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展對策［J］.中國稻米，2006(4):8-11.

［7］ 張斯梅，楊四軍，石祖梁，等.江蘇省稻麥秸稈收集利用現(xiàn)狀分析及對策［J］.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，30(6):706-710.

［8］ 許仁良，戴其根，王秀芹，等.氮肥施用量，施用時期及運(yùn)籌對水稻氮素利用率影響研究［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005(2):19-22.

［9］ 張中一，施正香，周 清.農(nóng)用化學(xué)品對生態(tài)環(huán)境和人類健康的影響及其對策［J］.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，8(2):73-77.

［10］朱兆良.推薦氮肥適宜施用量的方法論臺議［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2006，12(1):1-4.

［11］曾祥明，韓寶吉，徐芳森，等.不同基礎(chǔ)地力土壤優(yōu)化施肥對水稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，45(14):2886-2894.

［12］丁哲利，彭建偉，劉 強(qiáng)，等.不同地力水平下不同養(yǎng)分管理模式對早稻氮素利用效率及產(chǎn)量的影響［J］.中國稻米，2010(2):30-33.

［13］劉艷陽，張洪程，宋 浩，等.不同地力條件下施氮量對水稻產(chǎn)量的影響［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，1(03):300-302.

［14］趙海東，趙小敏，謝林波，等.江西上饒市水稻肥料利用率的空間差異及其影響因素研究［J］.土壤學(xué)報(bào)，2014，51(1):22-31.

［15］李菊梅，徐明崗，秦道珠，等.有機(jī)肥無機(jī)肥配施對稻田氨揮發(fā)和水稻產(chǎn)量的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2005，11(1):51-56.

［16］徐明崗，李冬初，李菊梅，等.化肥有機(jī)肥配施對水稻養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，41(10):3133-3139.

［17］吳文革，張四海，趙決建，等.氮肥運(yùn)籌模式對雙季稻北緣水稻氮素吸收利用及產(chǎn)量的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2007，13(5):757-764.

［18］丁艷鋒，劉勝環(huán)，王紹華，等.氮素基、蘗肥用量對水稻氮素吸收與利用的影響［J］.作物學(xué)報(bào)，2004，30(8):762-767.