戴竞雄，王 飞

（1.福建农林大学资源与环境学院，福建 福州 350002； 2.福建省农业科学院土壤肥料研究所，福建 福州 350013）

随着我国人口不断增加与耕地面积逐年减少，提高粮食单产成为保障粮食安全的重要目标。水稻土是南方最主要的农田土壤，其植稻面积占全国的82%，但南方稻区低产水稻土占1/3，改造中低产田是提高粮食综合生产能力，保证我国粮食安全的重要途径［1］。黄泥田为南方低产水稻田发育程度较低的一类水稻土，因其水耕熟化时间短，熟化程度低，土质粘重，有机质含量低，磷、钾元素缺乏，抵御自然灾害能力差等，导致水稻产量 低［2-4］。黄泥田主要分布在我国的广东、广西、福建、贵州、湖北、江西等省，面积约有140万hm2［5］。因此，对低产黄泥田进行科学改良有助于提高粮食单产，同时，我国每年秸秆产量有9 亿t，加工副产物有5.8亿t，这些加工副产物综合利用率平均不到40%，2011年，按照中国畜禽粪尿年排放量折算成氮肥纯量为1 009万t，磷肥纯量281.6万t，钾肥纯量1 037.4万t，合计折算化肥总纯量约为 2 328万t，并可提供有机质约为1.96亿t［6］。作物秸秆和畜禽粪便均是重要的有机肥源，长期秸秆还田与施用畜禽粪便有机肥对水稻产量及土壤肥力影响已有较多报道［7-9］，但长期施用畜禽粪肥与秸秆还田对黄泥田水稻养分吸收利用影响的研究尚少见报道，而后者有利于揭示黄泥田长期有机无机肥配施下的养分利用状况，进而构建水稻养分高效利用施肥模式。为此，本研究以福建黄泥田连续35年的定位试验为平台，探讨长期不同施肥对黄泥田水稻生育期养分变化及吸收利用的影响，旨在为有机肥源养分高效利用及农田质量提升进而提高单产提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计与试验地概况

试验设在闽侯县白沙镇溪头村农业农村部福建耕地保育观测实验站内。供试土壤为渗育型水稻土黄泥田土属，成土母质为低丘坡积物，土壤初始基本化学性状：pH 4.90，有机质21.6 g·kg-1，碱解氮141 mg·kg-1、有效磷12 mg·kg-1、速效钾41 mg·kg-1。试验始于1983年，设4个处理：1）不施肥（CK）；2）单施化肥（NPK）；3）化肥+牛粪（NPKM）；4）化肥+全部稻草回田（NPKS）。每处理设3次重复，小区面积12 m2，随机区组排列。每季施用化肥量为N 103.5 kg·hm-2、P2O527 kg·hm-2、K2O 135 kg·hm-2。牛粪养分平均含量为有机质394.2 g·kg-1、N 15.8 g·kg-1、P2O58.8 g·kg-1、K2O 11.7 g·kg-1，每茬施用量3 750 kg·hm-2，稻草施用量为上茬稻草全部回田，稻草平均养分含量为有机C 377.3 g·kg-1、N 8.3 g·kg-1、P2O52.5 g·kg-1、K2O 29.1 g·kg-1。N、K肥的50%作基肥，50%作分蘖追肥，P肥全部作基肥施肥。N肥为尿素、P肥为过磷酸钙、K 肥为氯化钾。各处理除施肥外，其它管理措施一致。水稻品种每3～4年轮换一次，与当地主栽品种保持一致。2017年水稻种植品种为‘中浙优8号’。

1.2 分析测试及指标计算

分别于2017年水稻的分蘖期、抽穗期和成熟期采集植株分析，于每个试验小区随机取两丛植株进行养分分析。参照鲁如坤［10］方法，植物全氮测定用H2SO4-混合加速剂-蒸馏法，植物全磷测定用钒钼黄比色法，植物全钾测定用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度法。于水稻成熟期采集各小区土壤分析化学特性，按常规方法测定，参照鲁如坤［10］方法。

养分吸收量（kg·hm-2）=收获物干重（kg· hm-2）× 收获物养分含量（g·kg-1）

1.3 统计分析

采用Excel 2016和DPS 2006进行数据处理、统计与方差分析，采用Origin 8作图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥模式对分蘖期水稻长势的影响

图1显示，不同施肥模式均提高了水稻分蘖期的分蘖数，从7月25日至8月22日5次观测结果来看，NPK处理的分蘖数比CK增幅 2.6～4.6穗/丛，NPKM处 理 增 幅2.8～5.0穗/丛，NPKS处 理 增幅3.0～5.8穗/丛，说明不同施肥模式以NPKS与NPKM分蘖期分蘖数增长最为明显；从株高5次观测结果来看（图2），NPK处理较CK增幅7～23.4 cm，NPKM处理增幅7～35.6 cm，NPKS处理增幅7.2～25.8 cm，说明施肥均明显促进了株高生长，且NPKM与NPKS处理的分蘖期株高生长速率要优于NPK处理，这为后期水稻高产打下良好基 础。

图1 不同施肥下水稻分蘖期分蘖数

图2 不同施肥下水稻分蘖期株高

2.2 不同施肥模式对成熟期水稻产量的影响

表1显示，长期施肥均提高了水稻籽粒产量与秸秆产量，其中当季籽粒产量增幅61.1%～97.7%，秸秆产量增幅69.5%～112.0%，差异均显著。与NPK处理相比，NPKM与NPKS处理的籽粒产量分别增产22.7%与20.4%，差异均显著（P<0.05），秸秆产量分别增产25.0%和15.0%，差异均显著（P<0.05），但NPKM和NPKS的籽粒产量与秸秆产量均无显著差异。

从成熟期水稻经济性状因子来看，施肥的有效穗较CK增幅40.7%～80.5%，差异均显著 （P<0.05），且以NPKM最高，施肥的每穗实粒数较CK增幅40.7%～80.5%，其中NPKM与NPKS处理与CK差异均显著（P<0.05），同样以NPKM处理提高最为明显，不同施肥处理的千粒重以NPK处理最为明显，较CK提高2.5%，差异显著（P<0.05），NPKM与NPKS处理的籽粒千粒重则较NPK处理分别降低4.1%与5.3%，差异显著（P<0.05）。

表1 不同施肥下水稻成熟期产量及经济性状因子

图3 不同施肥下水稻各生育期茎叶N、P、K养分含量

2.3 不同施肥模式对水稻生育期植株养分含量的影响

2.3.1 不同施肥模式对各生育期茎叶养分含量的 影响

图3显示，各生育期茎叶N、P、K养分含量均以分蘖期含量最高，随着生育期的延长，N、P养分含量呈总体降低趋势，K素呈先降低后升高的趋势。图3a显示，施肥均不同程度提高了各生育期茎叶N含量，其中分蘖期较CK增幅10.4%～32.0%，以NPKM处理最高，NPKM与NPKS处理的茎叶含量也显著高于NPK处理（P<0.05），施肥同样均提高了抽穗期的茎叶N含量，但与CK无显著差异，成熟期施肥均提高了茎叶N含量，其中NPKM和NPKS处理的茎叶N含量分别比CK提高61.0%和42.0%，差异显著（P<0.05）；从茎叶P素含量来看（图3b），不同施肥模式均不同程度提高了各生育期茎叶P素含量，其中分蘖期较CK增幅35.1%～85.1%，以NPKM处理最高，与CK差异显著，抽穗期各处理茎叶P含量无显著差异，而成熟期各施肥模式茎叶P含量较CK增幅26.0%～144.2%，同样以NPKM处理最为明显，其次为NPK处理，与CK差异均显著（P<0.05）。从茎叶K素含量来看（图3c），施肥均不同程度提高了分蘖期茎叶K素含量，其中NPKS与NPKM处理分别较CK提高38.0%和29.0%，差异均显著（P<0.05），二者的茎叶K含量也显著高于NPK处理（P<0.05），分别提高14.0%和22.0%，抽穗期不同处理的茎叶K含量无显著差异，成熟期各施肥均不同程度提高了茎叶K素含量，其中NPKS处理的K素含量最高，较CK提高22.2%，差异显著（P<0.05）。

图4 不同施肥下水稻成熟期籽粒养分含量

2.3.2 不同施肥模式对成熟期籽粒养分含量的影响

由图4可得，不同施肥模式均不同程度提高了籽粒中N含量（图4a），以NPKM处理最高，但差异不显著；施肥均提高了籽粒P素含量，以NPKM与NPKS处理较高，但各处理差异未达到显著水平（图4b），从籽粒K素来看（图4c），施肥均提高了籽粒K含量，增幅5.9%～22.0%，其中以NPKM处理最高，与CK差异达到显著水平（P<0.05）。

2.4 不同施肥模式对生育期水稻N、P、K养分吸收的影响

由表2可得，施肥均不同程度提高了各生育期N吸收量，其中分蘖期较CK增幅123.5%～ 225.3%，以NPKM处理最高，与CK差异均显著（P<0.05）；抽穗期N吸收量较CK增幅67.1%～ 90.1%，以NPK处理最高，但NPK、NPKM和NPKS处理间无显著差异；成熟期施肥籽粒的N吸收量较CK增幅137.6%～206.2%，与CK差异均达到显著水平（P<0.05），但NPK、NPKM和NPKS处理间无显著差异，成熟期施肥茎叶N吸收量较CK增幅98.4%～240.8%，与CK差异均显著（P<0.05），以NPKM处理最为明显。

从P吸收量来看，施肥处理分蘖期P吸收量较CK增幅136.7%～349.8%，以NPKM处理最高，其次是NPK处理，二者与CK差异均显著（P<0.05）；不同施肥处理均提高了抽穗期茎叶P吸收量，但差异未达显著水平；成熟期施肥处理的籽粒P吸收量较CK提高86.0%～172.4%，茎叶P吸收量较CK增幅145.7%～419.8%，差异均显著（P<0.05），均以NPKM处理最高。

从K素吸收量来看，分蘖期各施肥处理的K吸收量较CK增幅147.1%～216.7%，差异均显著（P<0.05），以NPKM处理最高；抽穗期施肥的茎叶K吸收量较CK增幅60.5%～82.4%，其中NPK与NPKS处理较CK差异显著（P<0.05）；成熟期施肥的籽粒K吸收量较CK增幅71.6%～142.5%，茎叶中K吸收量较CK增幅94.4%～142.8%，差异均显著（P<0.05），且均以NPKM处理最 高。

表2 不同施肥下水稻地上部植株N、P、K养分吸收量 （kg·km-2）

2.5 不同施肥模式对土壤有机质及N、P、K养分的影响

表3显示，长期不同施肥表现出明显的肥力差异。从有机质含量来看，各施肥处理较CK增幅21.0%～42.1%，差异均显著（P<0.05），NPKM与NPKS处理的有机质含量也显著高于NPK处理（P<0.05），分别提高17.4%与14.7%，而NPKM与NPKS处理间无显著差异；从碱解N来看，施肥较CK差异显著（P<0.05），增幅34.0%～86.0%，以NPKM处理最高，不同施肥模式有效P含量以NPKM处理最高，较CK提高177.4%，差异显著（P<0.05），且NPKM处理有效P含量也明显高于NPK与NPKS处理（P<0.05）；从速效K来看，各施肥处理较CK增幅40.9%～127.3%，差异均显著（P<0.05），其中以NPKS处理最高，且NPKS处理的速效K含量也显著高于NPKM与NPK处理。

表3 不同施肥下土壤有机质与N、P、K养分含量

表4 成熟期植株养分吸收量（y）与土壤肥力因子（x）回归方程

表4显示，成熟期植株不论是籽粒、茎秆还是地上部植株，N、P、K养分吸收量均与土壤有机质呈极显著正相关（P<0.01），回归方程显示，每增加1 g·kg-1的土壤有机质，地上部植株N、P、K吸收量分别增加15.73、3.18、17.54 kg·hm-2。籽粒、茎秆及地上部植株N吸收量均与碱解N含量呈极显著正相关（P<0.01），回归方程显示，每增加10 mg·kg-1的碱解氮，地上部植株N吸收量增加11.50 kg·hm-2。籽粒、茎秆与地上部植株P吸收量也均与有效P含量呈显著或极显著正相关，回归方程显示，每增加10 mg·kg-1的有效P，地上部植株P吸收量增加23.31 kg·hm-2。同样，籽粒、茎秆与地上部植株K吸收量也均与速效K含量呈显著正相关（P<0.05），回归方程显示，每增加10 mg·kg-1的速效K，地上部植株K吸收量增加24.83 kg·hm-2。上述说明，有机质是影响黄泥田水稻植株N、P、K养分吸收累积的关键因子，一定范围内植株养分吸收与有机质含量存在定量关系，另外，N、P、K养分吸收累积与相应的土壤有效养分含量关系也较密切。

3 讨论

3.1 长期有机无机肥配施对黄泥田产量的影响及机制

本研究表明，长期不同施肥模式的黄泥田水稻产量以NPKM与NPKS较高，均明显优于NPK处理，在经济性状上主要表现为有效穗和每穗实粒数较高，刘红江等［11］研究也表明，合理的有机无机肥配施主要通过增加单位面积穗数和穗粒数提高了产量。这一方面可能与有机物料矿化的养分有关，黄泥田有效P、速效K均较为缺乏，通过粪肥与秸秆等有机物料还田使用，在南方高温高湿条件下有机物料经过矿化直接增加了N、P、K等速效养分含量，提升了肥力水平，荣勤雷等［5］研究结果表明化肥与畜禽粪肥配施土壤的有效P和速效K含量显著高于其他施肥措施，也更有利于水稻吸收利用。氮、磷、钾等有效养分的增加直接促进了水稻分蘖期分蘖与株高生长，且长期施用有机物料，养分矿化过程稳长，后期不易脱肥，这为全过程产量增加打下良好的基础。另一方面可能与有机物料还田改善土壤物理性状有关。黄泥田多分布于南方丘陵山地坡残积物母质上，由地带性红壤水耕熟化而来，土质较为粘重［12］，持续施用有机物料后土壤有机质明显提高，土壤物理性状得到改善，扩大了根部的生长范围，进而促进了养分吸收利用，这可从籽粒、茎秆及地上部养分吸收量均与有机质含量呈显著正相关得到佐证。

NPKM与NPKS处理的当年产量基本相当 （表1），这与多年观测的结果基本一致［13］，主要原因从有机物料投入的养分来看，牛粪的N、P实际投入量要高于稻草，而稻草还田的K还田量要高于牛粪，这可能形成二者在各自养分投入上的优势，其在土壤N、P、K有效养分指标差异上也得到体现，即NPKM处理的碱解N与有效P含量要显著高于NPKS，而NPKS的速效K含量要显著高于NPKM。此外，有机物料的投入，促进了土壤有机质的提升，使二者均处在相对较高的培肥水平上，有效削减了黄泥田土壤粘重等不利的物理性状，使产量趋于平衡，这有待进一步研究。

3.2 土壤肥力对产量及植株养分吸收累积的影响

前人研究表明，水稻籽实、秸秆与产量受土壤性质的影响显著，江西潴育型水稻土定位试验表明，全 P、有效 P 及碱解 N 与水稻总生物量极显著相 关［14］，不同肥力水平也影响植株养分的吸收富集，连续5年的定位试验表明，供试土壤肥力的明显差异，导致玉米对养分的吸收量和吸收比例不同［15］，施用生物炭显著增加了土壤肥力，并显著增加春小麦对N、P和K的吸收，还对春小麦产量及构成具有积极的促进作用［16］，在白土稻田上，翻耕 20 cm后增施有机肥有利于提高水稻产量，促进养分吸收，改善白土耕层土壤理化性状，是适合白土区大力推广的施肥模式［17］。盆栽试验表明，同样施肥下低产黄泥田水稻成熟期籽粒、茎叶的氮素吸收量较灰泥田分别低 10.8% 和 17.3%，磷素吸收量分别低 12.5% 和 46.2%，钾素吸收量分别低 16.6% 和 28.5%［18］。本研究条件下，长期不同施肥模式下的土壤肥力差异显著，尤其是土壤有机质，回归方程显示土壤有机质是影响植株N、P、K吸收的重要因子，且在一定范围内养分吸收与有机质含量存在定量关系，因此，对于南方中低产黄泥田而言，应通过持续培肥措施，稳步提升土壤有机质与地力水平，进而提高植株养分吸收利用与肥料利用率，这也是协调中低产黄泥田稳产增产与化肥减施的重要途径。从中也可看出，NPKM与NPKS的培肥效果明显优于NPK模式，且二者培肥效果与产量基本相当，是黄泥田较理想的施肥模式。

4 结论

长期不同施肥模式下第35年的黄泥田水稻籽粒产量与秸秆产量均以NPKM与NPKS最高，且二者的籽粒产量分别较NPK模式提高22.7%与20.4%，但二者产量无显著差异。

长期不同施肥下分蘖期地上部植株N、P、K养分含量均以NPKM处理最高，施肥处理成熟期籽粒N、P、K养分吸收量分别较CK增幅137.6%～206.2%、86.0%～172.4%与71.6%～ 142.5%，茎叶N、P、K养分吸收量分别较CK增幅98.4%～240.8%、145.7%～419.8%、94.4%～ 142.8%，且均以NPKM处理最高。

不论是籽粒、茎秆还是地上部植株，成熟期N、P、K养分吸收量均与土壤有机质呈极显著正相关，与相应的土壤速效养分含量呈显著正相关。综合考虑施肥对水稻产量、养分利用与稻田土壤肥力的影响，NPKM与NPKS处理明显优于NPK模式，二者均是高产高效培肥模式。有机质是影响黄泥田水稻植株N、P、K养分吸收累积的关键因子。