海南瓊海地區水稻氮磷鉀“3414”肥效研究

龍笛笛　呂烈武　黃順堅　侯立恒

摘 要 水稻是海南省重要的糧食作物，生產上施肥不合理的現象比較普遍。本研究采用測土配方施肥“3414”試驗設計，對海南省瓊海地區晚稻進行氮磷鉀肥料效應研究。結果表明：（1）3種肥料對晚稻產量影響大小為：N>K>P；（2）處理6平均產量最高，達6 600 kg/hm2；（3）最高農藝施肥方案為尿素153.1 kg/hm2，過磷酸鈣69.83 kg/hm2，氯化鉀147.84 kg/hm2，此時水稻產量為6 622 kg/hm2；（4）最佳經濟效益方案為尿素158.7 kg/hm2，過磷酸鈣101 kg/hm2，氯化鉀113.2 kg/hm2，水稻產量為5 855 kg/hm2。

關鍵詞 水稻；氮磷鉀；科學施肥

中圖分類號 S511 文獻標識碼 A

Abstract Fertilizing in rice is not scientific in most cases at the moment in Hainan. In this work， a“3414” fertilizer effect test in Qionghai was made. The results showed that：（1）The influence on rice yield from high to low was N， K and P.（2）The highest average yield of 6 600 kg/hm2 was found in the Experiment 6.（3）The best fertilization combination with rile yietd 6 622 kg/hm2 was N 153.1 kg/hm2， P2O5 69.83 kg/hm2， K2O 147.8 kg/hm2.（4）Best economic benefit combination with rice yield 5 855 kg/hm2 was N 158.7 kg/hm2， P2O5 101 kg/hm2， K2O 113.2 kg/hm2.

Key words Rice； Nitrogen phosphorus potassium； Optimum application

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.07.006

水稻（Oryza sativa L.）屬于一年生禾本科稻屬植物，起源于中國，主要分布在亞洲熱帶。目前海南省水稻種植面積已達20.77萬hm2，是各市（縣）重要的糧食作物，東部市（縣）種植面積較大。水稻2/3的營養是從土壤中獲得，當土壤中的營養不能滿足水稻的生長發育時，就要靠施肥來補充?，F行水稻生產多為傳統的經驗施肥。據統計，近10 a來化肥使用量幾乎翻了一番，但同期糧食產量增加不多，化肥使用和糧食產出出現反差，說明傳統施肥在具體生產中肥料利用率低，影響水稻高產潛力的有效發揮，造成肥料的浪費和生產成本的增加，嚴重影響農民種植積極性。

隨著農業生產水平的不斷提高，陸續對水稻開展了一些配方施肥、平衡施肥工作。殷春淵[1]等認為，氮是影響水稻產量形成最敏感的元素，作物對氮的吸收和利用是農業生態系統中氮循環的重要過程，氮素吸收與積累是水稻產量形成的重要基礎。 秦榮昆[2]通過水稻“3414”肥料效應田間試驗研究得出，水稻栽培增施N、P、K 三要素肥料均具有增產效果，增產增幅N>K>P。曹榕彬[3]等在研究中得出，在中磷、中鉀施肥水平時，最有利于氮肥肥效的發揮。而施用氮肥對水稻的效果最好，磷肥次之，而鉀肥對水稻增產效果不明顯。

目前施肥的盲目性仍是限制產量提高的關鍵因素。因此，本研究在前人研究的基礎上，結合海南水稻栽培情況及其產業發展趨勢和在海南經濟發展中的地位，對海南瓊海博鰲北山洋水稻進行“3414”試驗研究，探索博鰲北山洋水稻產量與氮磷鉀肥施用量之間的關系，研究水稻最佳施肥量，以期提高肥料利用率，從而增加經濟效益。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗地概況 試驗在海南省瓊海市博鰲鎮北山村北山洋基地進行，前茬作物為水稻天優2168，該地為潴育型水稻土，其土壤基本理化性狀見表1。

1.1.2 試驗材料 供試品種為當地主栽品種特秈占13。供試肥料為尿素（N含量46%）、過磷酸鈣（P2O5含量14%）、氯化鉀（K2O含量60%）。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 試驗采用“3414”完全實施方案，設氮、磷、鉀3個因素，（0、1、2、3）4個處理水平，14個處理，3次重復，共42個小區，小區面積20 m2，長5 m×寬4 m，隨機排列。每處理小區間用田埂隔開，田埂高25 cm、寬25 cm，用地膜包裹，以防肥水串流。試驗于2013年5月30日播種，6月5日施基肥、插秧，6月13日、7月6日追施分蘗肥，7月28日追施穗肥，2013年9月10日收獲，全生育期100 d。插植規格：株行距26.4 cm×26.4 cm。施肥方法：磷肥全部當基肥使用，插植前撒施總氮肥的20%，總鉀肥的10%，分蘗期每666.7 m2施撒施總氮肥的60%，總鉀肥的40%，穗肥撒施總氮肥的20%，總鉀肥的50%。試驗的碼值、實施方案如附表2。取樣后各小區單打單收實測產量。

1.2.2 試驗方法 pH：電位法；有機質：油浴加熱-重鉻酸鉀容量法；速效鉀：火焰光度法；速效磷：鉬銻抗比色法；速效氮：堿解擴散法[4]。

1.3 數據處理

試驗數據圖表都在MS EXCEL（2003）上處理，肥料回歸方程等應用SAS（9.0）軟件進行統計和分析[5]，極值的計算用Lingo軟件分析。

2 結果與分析

2.2 氮、磷、鉀對水稻產量的效應和優化分析

2.2.1 建立統計模型 本試驗主要以“3414”試驗來研究氮（X1）、磷（X2）、鉀（X3）3個元素與水稻產量的關系，不同施肥處理間水稻產量明顯不同，各處理水稻產量見表3，通過軟件進行計算擬合建立統計模型：Y=4476+14.71×X1+4.710×X2+11.57×X3-0.096×X1×X1-0.331×X2×X2-0.073×X3×X3+0.171×X1×X2+0.019×X1×X3+0.104×X2×X3（式中Y為稻谷產量，X1、X2、X3分別為氮、磷、鉀肥的純養分）；回歸方程經檢驗F=7.44，R=0.943 6，pro>F=0.034 4，不同處理間達極顯著水平，說明該模型的預測值和實際值吻合較好，可使用該方程進行預測。

2.2.2 缺素分析 以處理6（N2P2K2）產量為標準，該試驗地的基礎肥力產量為4 485 kg/hm2，根據相對產量小于50%的土壤養分劃為極低，相對產量在50%～75%之間劃為低，相對產量在75%～95%之間劃為中等，相對產量大于95%劃為豐富的分級原則[6]。不施肥處理（N0P0K0）減產率32.0%，相對產量68.0%，表明該試驗地肥力為低；缺N（N0P2K2）、缺P（N2P0K2）、缺鉀（N2P2K0）處理相對于處理6減產率分別為28.6%、20.5%和22.5%，相對產量分別為71.4%、79.5%、77.5%，說明3種肥料對水稻產量影響大小為：N>K>P（表4）。

2.2.3 單因素效應分析 將試驗方案中氮、磷、鉀肥3個因素中的2個因素固定在“2”水平上，經計算建立各因素的統計模型如下：

氮肥：Y1=4 653.166 67+19.091 79×X1-0.061 3×X1×X1；（Y1表示水稻產量、X1表示氮肥純養分）

磷肥：Y2=309.438 89+0.811 99×X2+0.001 11×

X2×X2；（Y2表示水稻產量、X2表示磷肥純養分）

鉀肥：Y3=334.922 22+0.215 72×X3-0.000 328×

X3×X3；（Y3表示水稻產量、X3表示鉀肥純養分）

從表3可知，從單因素上來看，處理2、3、6、11中，其對應的（氮肥，產量）數據分別如下：（0，4710）、（69，5640）、（138，6600）、（207，6090）可看出，隨著氮含量增高產量先是遞增后出現下降趨勢；處理4、5、6、7中，其對應的（磷肥，產量）數據分別如下：（0，5250）、（31.5，6300）、（63，6600）、（94.5，6285），可看出，隨著磷含量增高產量先是遞增后出現下降趨勢；處理8、9、6、10中，其對應的（鉀肥，產量）數據分別如下：（0，5115）、（67.5，6330）、（135，6600）、（202.5，6345），隨著鉀含量增高產量先是遞增后出現下降趨勢。將各自對應的產量的點繪制成曲線圖，見圖1所示。由圖1可以看出，氮、磷、鉀單因素對水稻產量增產的趨勢均是先增長后呈下降趨勢單峰拋物線狀。說明氮、磷、鉀肥能促進水稻增產增收，起先水稻產量會隨著施肥量的不斷增加而增加；一旦肥料施用量達到水稻產量峰值所需量，即最優值后，繼續加大肥料用量不會對水稻產量起提高作用，反而會降低水稻產量，呈負效應作用。且不同用量的氮、磷、鉀配合施用，其產量差異明顯，增產程度有所不同，其中氮肥對產量的影響最為明顯，鉀肥次之，磷肥對產量的影響最不明顯。這個結論也可從表5中得出，氮、磷、鉀各自相對標準偏差分別為13.93%、9.67%和10.93%。

2.2.4 氮、磷、鉀肥之間肥效互作效應分析 氮、磷、鉀3種肥料間，其中一種肥料肥效的發揮很大程度上受另外2種肥料用量的影響。從表3中可知，氮肥肥效的發揮在一定程度上受不同磷、鉀肥用量的影響，在不同磷、鉀肥施用量下，氮肥肥效發揮效果不一。在施用等量的鉀肥（225 kg/hm2）時，在低磷（225 kg/hm2）和中磷（450 kg/hm2）水平，氮肥用量從150 kg/hm2增加到300 kg/hm2時，產量分別增產270 kg/hm2和960 kg/hm2；施用等量的磷（450 kg/hm2）時，氮肥用量從150 kg/hm2增加到300 kg/hm2，在低鉀（112.5 kg/hm2）到中鉀（225 kg/hm2）水平分別增加630 kg/hm2和960 kg/hm2。由此說明，磷、鉀肥在中等水平時，最有利于氮肥肥效的發揮。

從表3中可知磷肥的施用效果在一定程度上受不同氮、鉀肥用量的影響，在不同氮、鉀肥施用量下，磷肥肥效發揮效果不一，只有在氮、鉀肥用量配合最佳時，磷肥效果最好。施用等量的鉀肥（225 kg/hm2）時，在低氮（150 kg/hm2）和中磷（300 kg/hm2）水平，磷肥用量從225 kg/hm2到450 kg/hm2時，產量分別減產390 kg/hm2和增產300 kg/hm2；施用等量的氮（300 kg/hm2）時，在低鉀（112.5 kg/hm2）到中鉀（225 kg/hm2）水平時，磷肥用量從225 kg/hm2增加到450 kg/hm2，產量分別增加285 kg/hm2和300 kg/hm2。由此說明，氮、鉀肥在中等施用量下，磷肥肥效發揮最佳。

從表3中可知鉀肥的施用效果受氮、磷肥施用量影響較大，在不同氮、磷肥用量下，鉀肥肥效發揮不同，只有氮、磷肥比例合適，才更有利于鉀肥肥效的發揮。施用等量的磷肥（450 kg/hm2）時，在低氮（150 kg/hm2）和中氮（300 kg/hm2）水平，鉀肥用量從112.5 kg/hm2到225 kg/hm2時，產量分別減產60 kg/hm2和增產270 kg/hm2；施用等量的氮（300 kg/hm2），在低磷（225 kg/hm2）到中磷（450 kg/hm2）水平時，鉀肥用量從112.5 kg/hm2增加到225 kg/hm2，產量分別增加255 kg/hm2和270 kg/hm2。由此說明，在中氮、中磷施肥水平時，最有利于鉀肥肥效的發揮。

將回歸方程的任意一個因素固定“2”水平上，可研究氮、磷、鉀肥對產量交互效應分析，即另外兩個因素的交互作用。當鉀肥（X3）固定在“2”水平時，經計算建立氮肥（X1）和磷肥（X2）的統計模型如下：

Y=4 525.862 07+18.683 39×X1+21.726 38×X2-0.096 65×X1×X1-0.332 51×X2×X2+0.147 55×X1×X2

從圖2可看出，單獨施用氮肥或磷肥某一種單質肥料時，水稻產量隨著氮、磷肥含量的不斷提高而提高，相對于在低氮、磷含量水平時產量提高水平，高水平氮、磷含量時，水稻產量提高越來越不明顯，再繼續增加肥料含量可能不會提高產量，反而造成降低產量的負效應；而同時配合施用氮、磷肥，能顯著提高水稻產量，且氮、磷肥間有顯著的互作效應，相對磷肥，氮肥的影響水平較明顯?？茖W配合施用氮、磷肥，將能使水稻產量達到較高值。由回歸模型解得當氮肥碼值為146.38 kg/hm2，磷肥碼值為65.149 kg/hm2，產量為6 601.07 kg/hm2，是最大值。

當磷肥（X2）固定在“2”水平時，經計算建立氮肥（X1）和鉀肥（X3）的統計模型如下：

Y=3 167.068 97+28.069 37×X1+20.743 64×X3-0.099 47×X1×X1-0.076 85×X3×X3+0.004 22×X1×X3

由圖3可看出，單獨施用氮肥或鉀肥某一種單質肥料時，水稻產量隨著氮、鉀肥含量的不斷提高而提高，相對于在低氮、鉀含量水平時產量提高水平，高水平氮、鉀含量時，水稻產量提高越來越不明顯，再繼續增加肥料含量可能不會提高產量，反而造成降低產量的負效應；而同時配合施用氮、鉀肥，能顯著提高水稻產量，且氮、鉀肥間有顯著的互作效應，相對鉀肥，氮肥的影響水平較明顯?？茖W配合施用氮、鉀肥，將能使水稻產量達到較高值。由回歸模型解得當氮肥碼值為144.04 kg/hm2，鉀肥碼值為138.92 kg/hm2時，產量為6 629.46 kg/hm2，是最大值。

當氮肥（X1）固定在“2”水平時，經計算建立磷肥（X2）和鉀肥（X3）的統計模型如下：

Y=3 687.413 79+49.106 58×X2+23.926 51×X3-0.423 49×X2×X2-0.093 72×X3×X3+0.020 19×X2×X3

由圖4可看出，在低磷或低鉀水平的情況下，單獨施用磷肥與鉀肥均可提高水稻產量。鉀肥含量不管處于低水平還是高水平，水稻產量均能隨著磷肥含量的不斷增高而升高，但升高幅度越來越小，即高鉀水平不如低鉀水平時升高幅度大；同樣地，無論磷肥含量處于低水平還是高水平，水稻產量均能隨著鉀肥含量的不斷增高而升高，但升高幅度越來越小，即高磷水平不如低磷水平時升高幅度大；而同時配合施用磷、鉀肥，能顯著提高水稻產量，且磷、鉀肥間有顯著的互作效應，相對磷肥，鉀肥的影響水平較明顯?？茖W配合施用磷、鉀肥，將能使水稻產量達到較高值。由回歸模型解得當磷肥碼值為61.18 kg/hm2，鉀肥碼值為134.24 kg/hm2時，產量為6 795.48 kg/hm2，是最大值。

2.2.5 經濟效益分析 從表3還可看出，平均產量從高到低依次為處理6、10、9、5、7、11、14、12、13、3、4、8、2、1。不同施肥處理間的產量差異達到了極顯著，說明施肥對水稻增產起顯著作用，不同施肥處理效果不同。

而從表6中看出，平均產量及毛收入最高為處理6，分別達6 600 kg/hm2、19 800元/hm2，比處理1增產增收47.16%。新增純收入與化肥成本之比最高的是處理9，達到2.13倍。處理2相對處理1產生負收益-798.75元/hm2。但處理4和處理8未產生負效益，其純收入也達到較好水平，這也很好說明了N對純收入的影響比P和K更重要。整體上看，低P或缺P整體對產量影響沒有缺N明顯，低K或缺K整體對產量影響沒有缺N明顯，而對應低P或缺P整體對產量影響沒有低K或缺K對產量影響大。

2.2.6 各因素水平的最優組合 取0≤X1≤207，

0≤X2≤94.5，0≤X3≤202.5用計算機對模型進行非線性求解極值，可得到在本試驗條件下水稻產量最高的農藝方案為X1=153.1，X2=69.83，X3=147.84，即施尿素153.1 kg/hm2，過磷酸鈣69.83 kg/hm2，氯化鉀147.84 kg/hm2，此時水稻產量為6 622.01 kg/hm2。

2.2.7 水稻最佳經濟施肥效益分析 最佳經濟施肥即是通過科學支配資金和合理調配肥料，提高單位面積產量，進而提高產品利潤，使獲得最大利益的施肥方法。即當邊際產量等于肥料與產品的價格比時，及邊際產值等于邊際成本時，邊際利潤等于0時，單位面積的施肥利潤最大[7]。根據建立的統計模型，當邊際產量等于肥料與產品的價格比時，對水稻的施肥效益進行分析，得到肥料效應方程：

Y=4 476+14.71×X1+4.710×X2+11.57×X3-0.096×

X1×X1-0.331×X2×X2-0.073×X3×X3+0.171×X1×X2+0.019×X1×X3+0.104×X2×X3；

方程式表示為dy/dxi=Pxi/Py（1，2，3）。式中Pxi為肥料價格，Py為稻谷價格。按肥料價格：氮肥6.03元/kg，過磷酸鈣肥料6.25元/kg，氯化鉀肥料8元/kg，水稻收購價格3元/kg，計算得出，氮磷鉀最佳經濟施肥水平是：X1=158.7，X2=101.0，X3=113.2，相當于N 158.7 kg/hm2，P2O5 101.0 kg/hm2，K2O 113.2 kg/hm2，此時水稻產量為5 855 kg/hm2。即尿素、過磷酸鈣、氯化鉀化肥分別為956.9元/hm2，631.5元/hm2，905.7元/hm2，其他固定成本3 300元/hm2，水稻產值17 565元/hm2，施肥利潤11 771元/hm2。

3 討論與結論

從缺素分析和單因素效應分析中可看出，氮磷鉀肥對水稻產量影響大小為N>K>P，與陳紅明[8]、劉洋[9]和孟慶金[10]等研究結論一致，與陳冬松[11]等認為對產量和經濟效益影響最大的順序為N>P>K結論不一致。特秈占13是瓊海市主推水稻品種，喜鉀肥，而根據試驗地理化性質可知，相對鉀肥，磷肥較充足，在嚴重缺鉀田洋里，鉀肥貢獻率較磷肥明顯。

該試驗得出，兩因素處于中等水平時，最利于第三因素的發揮，與曹榮彬[3]等研究結論一致。合理的氮肥用量促使多種增產，而用量過多則會降低產量與蔣衛杰[12]、徐坤[13]和李俊良[14]等研究一致，施用適量氮肥促進水稻產量增加。許前欣等[15]研究證明，合理增施鉀肥，農作物一般能增產10%～20%，且不同的作物增產幅度不同。以上研究與本試驗結果基本一致。

通過試驗分析和擬合得到肥效方程為：Y=4 476+14.71×X1+4.710×X2+11.57×X3-0.096×X1×X1-0.331×X2×X2-0.073×X3×X3+0.171×X1×X2+0.019×

X1×X3+0.104×X2×X3，從試驗結果看出，當施用尿素153.1 kg/hm2，過磷酸鈣69.83 kg/hm2，氯化鉀147.8 kg/hm2時，得到最高水稻產量6 622 kg/hm2。從肥效方程得出，當X1=158.7，X2=101.0，X3=113.2，即施用尿素158.7 kg/hm2，過磷酸鈣101.0 kg/hm2，氯化鉀113.2 kg/hm2時，得到最佳水稻產量為5 855 kg/hm2。結合生產實際，需施用在956.9元/hm2的氮肥、631.5元/hm2的過磷酸鈣、905.7元/hm2的氯化鉀，其他固定成本3 300元/hm2時，得到最佳水稻最佳產量產值17 565元/hm2，減去成本得到利潤為11 771元/hm2。

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