黄旭　唐拴虎　杨少海　黄巧义　蒋瑞萍　李苹　付弘婷

摘 要 针对酸性硫酸盐土壤（ASS）养分障碍性因素多、水稻产量较低的状况，通过开展田间肥效试验，采用肥料效应函数法及养分平衡法模拟水稻推荐施肥指标。结果表明，采用养分平衡法获得的氮磷钾推荐用量更适宜ASS水稻生产，推荐ASS早稻依目标产量从4 500～7 500 kg/hm2分别施用N 67～112 kg/hm2、P2O5 59～98 kg/hm2、K2O 84～140 kg/hm2，氮磷钾配比为1 ∶ 0.87 ∶ 1.25；晚稻依目标产量从4 500～7 500 kg/hm2分别施用N 53～88 kg/hm2、P2O5 55～92 kg/hm2、K2O 71～118 kg/hm2，氮磷钾配比为1 ∶ 1.04 ∶ 1.33。

关键词 酸性硫酸盐土壤；水稻；推荐施肥指标；肥料效应函数；养分平衡

中图分类号 S365 文献标识码 A

酸性硫酸盐土壤（acid sulphate soils，简称ASS）是一种广泛分布于热带、亚热带沿海三角洲平原和低纬度海岸带的特殊的冲积土壤[1]，在我国主要分布于广东、福建、海南及广西等滨海地区，广东省面积约为1.04万hm2，占全省土壤面积的8.07%[2]。该类型土壤富含还原性硫化物的成土母质或土层，经氧化后产生硫酸，并伴随铝、锰、铁等毒害，农作物产量水平普遍较低，在生产中氮磷钾养分用量常难以把握[3-6]。

通过田间肥效试验构建施肥模型并获得相应的养分施用指标是合理施肥研究体系中的一个重要构成部分，一般通过用经验函数来描述作物产量和施肥量之间的定量关系，或模拟作物生长发育的整个过程， 估算作物对养分的需求量等方式实现[7]。戢林等[8]以水稻3414试验结果为基础，研究其三元二次施肥模型、一元施肥模型、线性+平台型对3414 肥料试验结果的拟合情况，并获得相应的施肥指标值。李娟等[9]建立了土测值与氮、磷、钾推荐用量的回归方程式，获得了不同土壤肥力等级的水稻氮、磷、钾推荐用量。苏荣瑞等[10]通过肥料效应试验结果为数据源构建Logistic逐步回归模型，得到不同目标产量下的Logistic模型。本研究中采用“3414”最优设计方案，研究不同养分水平对ASS水稻生长的影响，并通过肥料效应函数法及养分平衡法模拟ASS水稻推荐施肥指标，以期获得ASS地区水稻最佳养分施用量，为指导ASS地区水稻生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试材料 供试水稻品种为当地主栽品种银晶软占，早稻播种日期为2月20日，插秧日期为3月20日，于7月23日开始收获。晚稻播种日期为7月24日，插秧日期为8月13日，于11月13日开始收获。

试验用肥料分别为：尿素（含N46%）、过磷酸钙（含P2O5 12%）、氯化钾（含K2O 60%）。

1.1.2 试验地概况 试验于2011年3～11月在广东省台山市冲蒌镇齐洛村开展，试验地土壤为酸性硫酸盐土，常年连作种植水稻，试验前土壤基本状况为：pH 4.2、有机质33.0 g/kg、碱解氮N 125.9 mg/kg、有效磷P2O5 7.5 mg/kg、速效钾K2O 66.0 mg/kg、交换性酸6.53 cmol/kg、活性铁Fe 6.38 g/kg、交换性铝Al 6.0 cmol/kg、阳离子交换量15.2 cmol/kg。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验采用“3414”完全实施方案（表1），即氮磷钾三因素，4个养分水平共14个处理。4个水平中：0水平指不施肥，2水平为当地习惯施肥量，1水平=2水平×0.5，3水平=2水平×1.5。其中2水平N用量180 kg/hm2，P2O5用量60 kg/hm2，K2O用量180 kg/hm2。每处理设3重复，小区试验面积为20 m2，每小区间田基用尼龙薄膜覆盖，以防养分渗漏，各小区均单灌单排。各施肥处理磷肥均作底肥于栽植前全部施入，钾肥于水稻移栽前及移栽后25 d分别施入总量的60%及40%，氮肥于水稻移栽前、移栽后5～7 d及移栽后25 d分别施入总量的40%、20%及40%。

1.2.2 样品采集与分析方法 植株养分吸收量指标：水稻成熟收割前一天，避开小区边行和两端的水稻，随机而均匀地在各处理不同重复内各选取一行1 m长的样段，拔出水稻，将根部泥土清洗干净后脱粒，并将稻杆及稻谷装袋，105 ℃杀青20 min，70 ℃烘干后制样，常规分析法测定植株样本的N、P、K含量[11]。

产量指标：收获时按不同处理将整区水稻收割脱粒，自然风干后清除秕谷并称重。

产量构成因素指标：避开小区边行和两端的水稻，每小区调查10株水稻的穗数，用纸袋收集各重复一整株有效穗数居中的稻穗，风干后脱粒，分别数秕粒及实粒数后称粒重，从而获得有效穗数、结实率、穗粒数、千粒重等数据。

水稻百千克稻谷养分吸收量计算公式为：

UN=×100 （1）

其中，UH为水稻百千克稻谷养分吸收量，WS为稻秆产量，WG为稻谷产量，NCS为稻秆养分含量，NCG为稻谷养分含量。

养分表观利用率（RE）计算公式为：

REM=×100 （2）

其中，REM代表不同元素养分表观利用率（REN、REP、REK），U为施用养分后作物收获时植株的养分吸收总量，U0为未施相应养分时作物收获期植株的养分吸收总量，F代表相应养分的投入量。

缺素区相对产量计算公式为：

RYM=×100 （3）

其中，RYM代表缺素区（RYN、RYP、RYK）相对产量，YM为缺素区（YN、YP、YK）产量，YNPK为全肥区（N2P2K2）产量。

养分平衡法计算推荐施肥量公式为：

FR= （4）

其中，FR为推荐施肥量，UH为水稻百千克籽粒养分吸收量，TY为水稻目标产量，RYM为缺素区（RYN、RYP、RYK）相对产量，REM为对应元素（REN、REP、REK）养分表观利用率。

统计分析方法：试验结果应用Microsoft excel 2003和SPSS18.0软件进行统计分析，LSD法检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同氮磷钾养分用量对水稻产量及其构成因素的影响

早稻试验结果表明（表2），N2P2K2处理产量最高，为4 664 kg/hm2，P2K2基础上，氮用量从0水平增加至3水平，水稻分别增产3.2%、13.7%及2.8%；N2K2基础上，磷用量从0水平增加至3水平，水稻分别增产2.6%、10.9%及2.9%；N2P2基础上，钾用量0水平增加至3水平，水稻分别增产8.7%、17.3%及16.5%；但各处理间产量差异未达显著水平。N2P2K3处理的有效穗最高，N3P2K2处理的穗实粒数最高，N0P0K0处理的结实率最高，各处理间千粒重无明显差异。说明不同养分用量水平处理的增产作用主要表现在促进水稻有效穗形成及增加穗粒数上。

晚稻试验产量结果表现趋势与早稻有所不同（表3），N1P2K2处理产量最高，为4 373 kg/hm2，P2K2基础上，氮用量从0水平增加至3水平，水稻分别增产8.2%、2.1%及-12.0%；N2K2基础上，磷用量从0水平增加至3水平，水稻分别增产2.1%、12.2%及6.6%；N2P2基础上，钾用量0水平增加至3水平，水稻分别增产7.3%、9.3%及10.2%；各处理间产量差异未达显著水平。有效穗数总体较早稻有所提高，但大部分处理穗实粒数及结实率大幅下降，使其总体产量较早稻有一定幅度降低。

2.2 酸性硫酸盐土壤水稻氮磷钾养分用量的优化

推荐施肥指标体系的构建就是数量化模拟施肥与产量之间的确定性关系，通过模拟作物生长发育所需的基本条件，估算作物对养分的需求量。目前运用较广泛和成熟的包括肥料效应函数法及养分平衡法等。本研究分别采用两种方法对养分用量进行优化对比，从而获得最适水稻生长的养分推荐量。

2.2.1 肥料效应函数法进行优化 众多研究表明[8-10，12-14]，肥料效应函数能够通过建立二次多项式来反映施肥量与产量间的抛物线型关系及养分间的交互作用，且易于统计分析和计算最佳施肥量。通过3414试验结果，分别建立了早晚稻产量二次多项式模型（表4）。

建立的二次多项式模型经F检验，均未达到α=0.05显著水平，说明根据本模型进行模拟的养分推荐量可能存在一定偏差。使用偏导法通过边际分析计算相应的最佳经济效益施肥量，即dy/dx=px/py（py为稻谷价格，px为肥料养分价格）时的施肥量，依据“只有当边际产值与边际成本的比率相等，且都大于或等于时，投入或投入组合才是合理的”生产经济学原理，确定经济最佳施肥量[9]。计算结果时以三元二次方程结果为主，结合一元二次方程获得的早晚稻最佳效益氮磷钾养分推荐用量见下表4。结果表明，ASS早稻推荐施用N 147 kg/hm2、P2O5 53 kg/hm2、K2O 229 kg/hm2，晚稻推荐施用N 93 kg/hm2、P2O5 66 kg/hm2、K2O 204 kg/hm2。早晚稻推荐磷、钾用量较接近，而氮用量差距较大，这是由于晚稻试验中N1P2K2处理的产量最高，而磷钾肥增产效应趋势接近所致表5。

2.2.2 养分平衡法进行优化 通过分析不同养分用量水平处理的水稻相应氮磷钾养分吸收量，对一定目标产量下的水稻进行养分供给预测，以养分平衡的方式进行模拟。

表6及表7为试验水稻养分吸收量及氮磷钾肥表观利用率结果。其中氮肥表观利用率较低是由于本试验中土壤基础氮养分含量较高，施用氮肥的增产效应较低造成。同时，试验中设置的氮磷钾养分施用量偏高也一定程度上降低了表观利用率。

公式（4）计算得出养分推荐指标列见表8。结果表明，ASS早稻依目标产量从4 500～7 500 kg/hm2分别推荐施用N 67～112 kg/hm2、P2O5 59～98 kg/hm2、K2O 84～140 kg/hm2；晚稻依目标产量从4 500～7 500 kg/hm2分别推荐施用N 53～88 kg/hm2、P2O5 55～92 kg/hm2、K2O 71～118 kg/hm2。早晚稻推荐用量相比，早稻氮磷钾推荐用量均高于晚稻，其中氮、磷、钾推荐用量分别高25.8%～26.8%、6.3%～6.9%及18.5%～19.5%。

3 讨论与结论

本研究中采用的肥料效应函数法及养分平衡法均是目前国内外应用较广的一种估算施肥量的方法[7-10， 12]。其中肥料效应函数法通过求函数极值、边际分析等确定最大或经济最佳产量的施肥量， 单一试验点结果反映了特定土壤状况下施肥量与产量之间的数量关系， 属于生物统计模型。多点次试验结果的情况下还可结合土壤养分丰缺指标法对不同养分等级土壤进行推荐施肥。前人通过肥料效应试验结果为数据源构建Logistic逐步回归模型，得到不同目标产量下的Logistic模型，模型引入有效磷、速效钾养分等级和氮肥用量为自变量，几个回归模型的显著性和各参数效应均满足了显著性检验[10，15]。而养分平衡法通过比较基础地力及高产区组间作物养分需求量差异，以作物目标产量为预测点，模拟平衡供给作物养分吸收量。有研究将其应用于水稻、玉米、油菜等作物上进行推荐施肥[9，16]，其推荐指标值由土壤养分供应状况决定，因此对于不同基因型水稻品种均具有一定指导意义。

本研究结果中，肥料效应函数法推荐ASS早稻施用N 147 kg/hm2、P2O5 53 kg/hm2、K2O 229 kg/hm2，晚稻施用N 93 kg/hm2、P2O5 66 kg/hm2、K2O 204 kg/hm2。养分平衡法推荐ASS早稻依目标产量从4 500～7 500 kg/hm2分别施用N 67～112 kg/hm2、P2O5 59～98 kg/hm2、K2O 84～140 kg/hm2，氮磷钾配比为1 ∶ 0.87 ∶ 1.25；晚稻依目标产量从4 500～7 500 kg/hm2分别施用N 53～88 kg/hm2、P2O5 55～92 kg/hm2、K2O 71～118 kg/hm2，氮磷钾配比为1 ∶ 1.04 ∶ 1.33。两种方法获得的磷肥推荐量在低目标产量水平时较接近，而氮、钾推荐用量差异较大。虽然养分平衡法受土壤依存率（缺素区产量占目标产量比重）影响，随土壤肥力的提高而增加，土壤肥力越高，缺素区产量也就越高，而施肥增产率就越低，导致计算出来的推荐施肥量水平也就越低。但肥料效应函数法形成的数学模型回归检验不显著，根据模型获得推荐值将存在一定偏差。因此在ASS水稻生产中，宜采用养分平衡法结果进行推荐施肥。

此外，由于本试验采用常规稻品种，早、晚稻最高产处理产量分别为4 664 kg/hm2及4 375 kg/hm2，对于超过此产量水平的水稻养分需求量预测可能会出现误差，而产量水平增高亦可能导致通过施肥转化到土壤中去的养分减少，出现地力下降的情况，仍有待进一步深入研究。

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