楊 敏，陳秀虎，李 果，皮曉娟，郭 峰，胡結(jié)文，彭啟華，吳國虹

（1. 清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 清遠(yuǎn) 511510； 2. 連州市高山綠稻米業(yè)有限公司，廣東 連州 513400）

廣東省是全國13個糧食主產(chǎn)省之一，水稻作為廣東省最主要的糧食作物，每年稻谷產(chǎn)量占糧食作物產(chǎn)量的比例平均保持在76%以上［1］。2005年國家重點推廣的測土配方施肥技術(shù)，在降低水稻生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量、保障糧食安全等方面發(fā)揮了重要作用。廣東省在測土配方施肥工作中取得了多項成果［2］，特別是施肥專家系統(tǒng)的創(chuàng)建，對全省測土配方施肥工作具有重要的推動與指導(dǎo)作用。前人研究結(jié)果表明，合理的氮肥施用量和配比能保證水稻更好地進(jìn)行生理代謝，在水稻產(chǎn)量和品質(zhì)形成過程中起著決定性作用［3］。因此，氮素指標(biāo)體系的構(gòu)建是施肥配方研制與調(diào)整的核心。2009年，張橋等［4］基于2007—2008年廣東省多個市（縣）60多個“3414”試驗點的數(shù)據(jù)，建立了廣東省測土配方施肥專家系統(tǒng)氮素指標(biāo)體系。由于水稻品種繁多、栽培環(huán)境多樣，大配方相關(guān)技術(shù)參數(shù)不能準(zhǔn)確地反映各地方的現(xiàn)實情況［5］，很難做到精準(zhǔn)施肥。2010年譚藝超等［6］的研究也顯示，施肥專家系統(tǒng)大配方具有區(qū)域適合性和指導(dǎo)性，各地依據(jù)實際生產(chǎn)對大配方進(jìn)行調(diào)整具有重要的意義。按照《測土配方施肥技術(shù)規(guī)范》［7］，目前施肥配方的研究與調(diào)整建立在田間試驗基礎(chǔ)之上，在實際工作中存在著田間試驗操作技術(shù)難度大、成本高、用時長、農(nóng)民配合度差和多點試驗工作難推進(jìn)等實際問題。本研究從實際生產(chǎn)入手，將土壤堿解氮與施氮量統(tǒng)稱為土壤速效氮，并作為一個研究因素，利用配方施肥產(chǎn)量計算土壤速效氮利用率，代替田間試驗得到的土壤氮素養(yǎng)分校正系數(shù)和氮肥當(dāng)季利用率；依據(jù)大配方的土壤豐缺指標(biāo)函數(shù)，計算無氮肥產(chǎn)量。在生產(chǎn)條件下重構(gòu)配方的氮素指標(biāo)體系，為快速、有效地對大配方進(jìn)行小調(diào)整提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地在廣東省連州市九陂鎮(zhèn)白石村，地處東經(jīng)112°22′，北緯 24°44′，主要為丘陵和盆地，亞熱帶季風(fēng)性氣候，年均日照時數(shù)1510.6 h，年平均降雨量1606 mm。

1.2 試驗地生產(chǎn)模式

選擇10個村民小組作為研究試驗地。試驗地采用“公司+基地+農(nóng)戶”的生產(chǎn)經(jīng)營模式，高山綠稻米業(yè)有限公司統(tǒng)一配置水稻品種、指導(dǎo)配方施肥、收購稻谷、記錄相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。水稻品種為美香占2號，產(chǎn)量為春季稻產(chǎn)量。

1.3 試驗地土壤堿解氮的測定

2021年11月，晚稻收割后、下一季作物備耕開始前，每個村民小組選擇6個具有代表性的水稻田，每個地塊按照“S”形布點法采集5個土樣，共采集土樣300份。采樣時，清除土壤表層雜物，采集耕層0~20 cm的土壤。每個采樣單元采集的5個土樣混勻后，四分法取約1.0 kg，10個采樣單元共獲得 60 份待測混合土樣。經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)、去雜、過篩處理后，作為分析樣品備用。按照《土壤農(nóng)化分析》［8］中的測定方法，檢測土壤的主要養(yǎng)分含量，具體數(shù)值如表1所示。

表1 白石村10個村民小組水稻種植土壤 主要營養(yǎng)成分的理化性狀

1.4 生產(chǎn)施肥大配方簡介

生產(chǎn)施肥配方源于廣東省專家施肥系統(tǒng)，由連州市土壤肥料站推薦。該專家系統(tǒng)是基于廣東省多個市（縣）的水稻“3414”田間肥效試驗建立的，試驗點包含連州市九陂鎮(zhèn)。該配方的目標(biāo)產(chǎn)量設(shè)計為7500 kg/hm2，氮素施用量170.25 kg/hm2、磷素施用量55.73 kg/hm2、鉀素施用量137.55 kg/hm2。

1.5 研究方法

1.5.1 重構(gòu)氮素指標(biāo)體系的數(shù)據(jù)來源 （1）大配方“3414”試驗結(jié)果；（2）配方施肥的生產(chǎn)數(shù)據(jù)；（3）水稻生產(chǎn)土壤的檢測數(shù)據(jù)；（4）引用文獻(xiàn)中審定美香占2號品種的生產(chǎn)試驗數(shù)據(jù)，詳細(xì)信息如圖1所示。

圖1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源

1.5.2 重構(gòu)氮素指標(biāo)體系的技術(shù)路線 （1）利用廣東省大配方“3414”得到的水稻土壤有效氮豐缺指標(biāo)函數(shù)［4］：y= 21.914lnx-19.401，依據(jù)土壤堿解氮含量計算水稻生產(chǎn)的相對產(chǎn)量和實際配方生產(chǎn)的產(chǎn)量，計算無氮肥區(qū)產(chǎn)量；（2）利用生產(chǎn)施氮量、土壤堿解氮含量和實際配方施肥產(chǎn)量，計算土壤速效氮利用率；（3）依據(jù)配方施肥產(chǎn)量和品種審定生產(chǎn)試驗產(chǎn)量，確定調(diào)整配方的目標(biāo)產(chǎn)量；利用測土配方施肥的目標(biāo)產(chǎn)量理論，計算出小配方施氮量，具體路徑如圖2所示。

圖2 小配方調(diào)整中氮素體系構(gòu)建的技術(shù)路線

2 結(jié)果與分析

2.1 配方施肥水稻產(chǎn)量與土壤堿解氮含量

2021年10個村民小組早稻水稻配方施肥的實際產(chǎn)量在5868.0~6115.5 kg/hm2之間，平均值為（6040.65±70.62） kg/hm2，具體情況如表2所示。實際生產(chǎn)的平均產(chǎn)量與大配方目標(biāo)產(chǎn)量7500 kg/hm2相比，偏低了17.6%，與品種審定產(chǎn)量5643.2 kg/hm2相比，高出6.6%。依據(jù)《測土配方施肥技術(shù)規(guī)范》［7］，大配方目標(biāo)產(chǎn)量設(shè)計過高。晚稻收割后采樣，測定水稻田土壤的堿解氮含量（表2）。

表2 白石村10個村民小組配方施肥水稻產(chǎn)量和土壤堿解氮含量

2.2 土壤速效氮與利用率

土壤堿解氮與大配方生產(chǎn)施氮量合稱為土壤速效氮。其中，試驗地土壤堿解氮含量如表2所示，生產(chǎn)大配方統(tǒng)一的氮素施用量為170.25 kg/hm2。試驗地土壤速效氮含量見表3。

表3 白石村10個村民小組土壤速效氮含量 mg/kg

土壤速效氮肥利用率是水稻吸收利用的氮素與土壤速效氮之比，代替土壤養(yǎng)分校正系數(shù)和肥料當(dāng)季利用率，用作氮素指標(biāo)體系重構(gòu)的技術(shù)參數(shù)，在生產(chǎn)條件下，重構(gòu)配方調(diào)整的氮素體系。依據(jù)表2中配方施肥的稻谷產(chǎn)量和表3中的土壤速效氮含量數(shù)據(jù)，計算水稻配方施肥條件下，實際生產(chǎn)的土壤速效氮利用率（v），白石村10個村民小組的速效氮利用率如表4所示。計算公式為：

式（1）中：v表示土壤速效氮利用率（%）；PN表示配方施肥產(chǎn)量，即按區(qū)域大配方施肥后的稻谷產(chǎn)量（kg/hm2）；2.25表示每形成100 kg稻谷所吸收的氮素量（kg/100 kg）；MN表示土壤速效氮，即土壤堿解氮含量（mg/kg）×2.25（每公頃耕作層土壤的重量換算系數(shù)）與施氮量（kg/hm2）之和（kg/hm2）；100表示單位換算系數(shù)。

表4 白石村10個村民小組在配方施肥的生產(chǎn)條件下土壤速效氮的利用率 %

由表4可知，白石村土壤速效氮平均利用率為（34.22±2.26）%，與董穩(wěn)軍等［9］對廣東省60年氮肥的平均利用率為32.50%的研究結(jié)果接近，說明在重構(gòu)小配方氮素體系中使用土壤速效氮利用率替代肥料當(dāng)季利用率計算配方的施氮量是可行的。

2.3 無氮肥產(chǎn)量

2.3.1 計算相對產(chǎn)量 利用廣東省大配方“3414”試驗的水稻土壤有效氮豐缺指標(biāo)函數(shù)［4］（式2）和土壤堿解氮含量計算相對產(chǎn)量，公式為：

式（2）中：y表示相對產(chǎn)量，即無氮肥產(chǎn)量與配方施肥產(chǎn)量之比；x表示土壤堿解氮含量（mg/kg）。

2.3.2 計算無肥區(qū)產(chǎn)量 將式（2）計算得出的相對產(chǎn)量和表2 配方施肥產(chǎn)量代入式（3），得到無氮肥區(qū)產(chǎn)量，公式為：

式（3）中：PN0表示無氮肥產(chǎn)量（kg/hm2）；y表示相對產(chǎn)量；PN表示配方施肥產(chǎn)量（kg/hm2）。

白石村10個村民小組試驗地?zé)o氮肥區(qū)產(chǎn)量如表5所示。

2.4 目標(biāo)產(chǎn)量

依據(jù)《測土配方施肥技術(shù)規(guī)范》［7］，目標(biāo)產(chǎn)量可利用施肥區(qū)前3年平均單產(chǎn)和年遞增率為基礎(chǔ)確定目標(biāo)產(chǎn)量。本研究中，由于水稻品種是第1年新引種的，其目標(biāo)產(chǎn)量以品種審定產(chǎn)量和生產(chǎn)產(chǎn)量為依據(jù)進(jìn)行確定，具體做法如下：把品種審定產(chǎn)量向上浮動10%后與配方施肥的實際產(chǎn)量計算得出平均值，取與之接近且方便計算的數(shù)值作為目標(biāo)產(chǎn)量。如美香占2號審定編號是“粵審稻2006009”，其審定產(chǎn)量為5643.2 kg/hm2，向上浮動10%為6207.5 kg/hm2，配方施肥的實際產(chǎn)量是6040.65 kg/hm2，兩者平均值為6124.1 kg/hm2，取6150.0 kg/hm2作為目標(biāo)產(chǎn)量。這與梁中堯等［10-11］對美香占2號的研究結(jié)果一致。

2.5 施肥量與施氮函數(shù)

2.5.1 施肥量的計算 氮素施用量的計算方法依據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量法演化而來，將化肥當(dāng)季利用率替換成土壤速效氮利用率，計算公式為：

式（4）中：YN表示肥料的氮素施用量（kg/hm2）；M表示目標(biāo)產(chǎn)量（kg/hm2）；PN0表示無氮肥產(chǎn)量（kg/hm2）；2.25表示每形成100 kg稻谷所吸收的氮素量（kg/100 kg）；v表示土壤速效氮利用率；100表示單位換算系數(shù)。

利用公式（4）計算10個村民小組的平均施氮量為（77.9±10.0） kg/hm2，具體結(jié)果如表6所示。

表5 白石村10個村民小組依據(jù)大配方函數(shù)計算出的研究地塊無氮肥產(chǎn)量 kg/hm2

表6 白石村10個村民小組大配方小調(diào)整氮素體系重構(gòu)的氮素施用量 kg/hm2

2.5.2 施氮量的函數(shù)公式 參考毛達(dá)如等［12-13］的報道，二次模型不同變換式都能較好地反映肥料效應(yīng)的規(guī)律，但二次多項式施肥模型推薦施肥量偏高，本研究提倡采用相交直線施肥模型。以表2土壤堿解氮為自變量，表5氮素施用量為因變量，得到的函數(shù)式為：

3 討論

基于生產(chǎn)實際和廣東省大配方的“3414”試驗結(jié)果，對大配方氮素體系開展重構(gòu)研究，在生產(chǎn)條件下完成大配方的小調(diào)整，具有理論邏輯和實踐依據(jù)。

3.1 理論依據(jù)

（1）配方施肥生產(chǎn)可以理解為大配方的驗證試驗，所以生產(chǎn)數(shù)據(jù)等同于驗證試驗數(shù)據(jù)，并具有更為實用的研究價值。

（2）九陂鎮(zhèn)是張橋等［4］對廣東省進(jìn)行大配方“3414”試驗的基地之一，引用其土壤有效氮豐缺指標(biāo)函數(shù)，依據(jù)《測土配方施肥技術(shù)規(guī)范》，對大配方生產(chǎn)進(jìn)行小調(diào)整，具有內(nèi)在的邏輯性。

（3）水稻生產(chǎn)的土壤是一個動態(tài)平衡的內(nèi)循環(huán)體系，可從以下2個方面進(jìn)行理解：

一是施用的外源肥料與土壤中原有的營養(yǎng)素共同作用形成一個新的土壤動態(tài)平衡體系，這個新的動態(tài)平衡體系影響著作物生物量的形成，很難分清楚這種影響是由土壤自身供肥或是外源施肥引起的［14］。從這個角度出發(fā)，可把土壤養(yǎng)分校正系數(shù)和肥料當(dāng)季利用率合并為土壤速效養(yǎng)分利用率進(jìn)行研究。

二是耕作土壤的基本養(yǎng)分含量保持相對穩(wěn)定，且決定水稻的基本產(chǎn)量。據(jù)李忠芳等［15-16］的研究報道，土壤氮素養(yǎng)分基本保持穩(wěn)定，在長期施肥生產(chǎn)中略有提升，但總體趨于穩(wěn)定。這可能是生產(chǎn)施用氮肥后，氮素融入土壤，一部分被土壤固定，一部分仍然以堿解氮形態(tài)存在于土壤中，成為土壤速效氮相對穩(wěn)定的因素之一。施入土壤中的氮肥，除了被土壤吸收利用外，還會通過氨揮發(fā)、硝化—反硝化、淋溶和徑流等方式進(jìn)入環(huán)境，造成大氣、土層和水體污染［17］，其循環(huán)路線如圖3所示。

圖3 水稻生產(chǎn)中土壤有效氮素養(yǎng)分的動態(tài)平衡 微循環(huán)示意圖

3.2 實踐依據(jù)

3.2.1 土壤堿解氮與無肥區(qū)產(chǎn)量呈極顯著的相關(guān)性 以表2中土壤堿解氮為自變量，表5中無氮肥區(qū)產(chǎn)量為因變量，建立的二次回歸函數(shù)關(guān)系式為：

式（6）顯示，土壤堿解氮與水稻基礎(chǔ)產(chǎn)量之間呈極顯著的相關(guān)性。據(jù)陳盈等［18］研究可知，氮素是水稻生產(chǎn)中最為敏感的元素，是影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因子。另據(jù)喬磊等［19］報道，土壤基礎(chǔ)地力與水稻基礎(chǔ)產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。在基礎(chǔ)地力高的土壤中，水稻產(chǎn)量的變異系數(shù)降低，產(chǎn)量更加穩(wěn)定?？梢?，利用廣東省大配方“3414”試驗的土壤有效氮豐缺指標(biāo)函數(shù)推算無肥區(qū)產(chǎn)量具有可行性。

3.2.2 土壤速效氮與配方施肥產(chǎn)量間呈極顯著的相關(guān)性 以表3 土壤速效氮為自變量，表2配方施肥產(chǎn)量為因變量，建立二次回歸函數(shù)關(guān)系式為：

式（7）顯示，土壤速效氮與水稻施肥產(chǎn)量之間呈極顯著的相關(guān)性，表明土壤速效氮是影響稻谷產(chǎn)量的決定性因素。合理施肥是決定水稻增產(chǎn)的主要手段，但也并非施肥越多產(chǎn)量越高。當(dāng)施肥達(dá)到一定量后，繼續(xù)施肥，產(chǎn)量不增反而下降［20-21］。水稻的產(chǎn)量是由內(nèi)因和外因共同作用的結(jié)果，而且內(nèi)因起決定性作用。當(dāng)施肥過量后，作物會對肥料奢侈吸收，達(dá)到一定值后會造成傷害。合理施氮是提高水稻產(chǎn)量與品質(zhì)的最有效途徑［22-23］。因此，把土壤堿解氮與生產(chǎn)施用的氮肥合并為土壤速效氮進(jìn)行試驗設(shè)計是可行的。

3.2.3 土壤堿解氮與土壤速效氮利用率呈極顯著的相關(guān)性 以土壤堿解氮為自變量，土壤速效氮利用率為因變量，建立的函數(shù)式為

式（8）顯示，土壤堿解氮與土壤速效氮利用率之間呈極顯著的相關(guān)性。結(jié)果表明，土壤堿解氮和生產(chǎn)施用的氮肥融為一體，在水稻生產(chǎn)中共同發(fā)揮作用。同等施肥情況下，土壤堿解氮含量越高，土壤速效氮濃度就越高，其利用率就越低，揮發(fā)流失增大，因此，在生產(chǎn)中掌握好施肥量具有重要意義。

在生產(chǎn)條件下完成大配方的小調(diào)整過程中，影響試驗結(jié)果的因素需要進(jìn)行深入研究。（1）應(yīng)基于水稻生產(chǎn)土壤基礎(chǔ)肥力保持相對穩(wěn)定開展，但在生產(chǎn)實踐中可能有一些意想不到的因素導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡；（2）在實際生產(chǎn)中，稻谷產(chǎn)量除受氮素影響外，還受到其他因素的影響；（3）利用大配方產(chǎn)量和土壤速效氮計算的土壤速效氮利用率可能低于配方所需的最佳值，因為施氮量與速效氮利用率呈負(fù)相關(guān)，大配方生產(chǎn)的施氮量偏高，當(dāng)小配方施氮量向下調(diào)整后，土壤速效氮的利用率理論上會有所升高。

4 結(jié)論

研究表明，在廣東省連州市九陂鎮(zhèn)白石村水稻生產(chǎn)中，施肥大配方氮素指標(biāo)體系具有區(qū)域適合性，但目標(biāo)產(chǎn)量偏高，氮肥施用量過大，對其調(diào)整具有重要的生產(chǎn)意義。依據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和大配方試驗成果，在生產(chǎn)條件下重構(gòu)氮素指標(biāo)體系，具有理論邏輯和生產(chǎn)依據(jù)，為生產(chǎn)大配方的快速、便捷調(diào)整提供了思路。