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不同类型新型肥料对双季稻产量、氮肥利用率和经济效益的影响

周雯雯 贾浩然 张月 李卫 李保同 汤丽梅

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不同类型新型肥料对双季稻产量、氮肥利用率和经济效益的影响

    作者简介: 周雯雯 E-mail:fly_zww@163.com;
    通讯作者: 李保同, E-mail:libt66@163.com
  • 基金项目: “十三五”国家重点研发计划(2017YFD0301604);江西省科技支撑计划(20161BAB214173)。

Effects of different new types of fertilizer on yield, nitrogen use eiificiency and economic benefit of double cropping rice

    Corresponding author: LI Bao-tong, E-mail:libt66@163.com ;
  • 摘要:   【目的】  新型肥料是提高氮肥利用率和保护土壤生态环境的有效措施之一。研究不同类型新型肥料的适宜施肥方法,以实现南方早稻和晚稻同步达到高产高效。  【方法】  连续2年田间试验供试水稻品种为‘隆香优华占’(早稻) 和‘陵两优7717’(晚稻),以不施肥为对照 (CK),其余处理施氮肥总量均为N 189 kg/hm2,采用两因素裂区设计,主区为肥料类型,包括复混肥 (CK1)、稳定性肥 (T1)、两种木质素缓释肥 (T2、T3)、生根型缓释肥 (T4)、有机硅水溶缓释肥 (T5)、控释肥 (T6),共6种肥料。副区为5个施用方法处理,依次为基肥∶分蘖肥∶保花肥∶促花肥为4∶2∶2∶2;基肥∶保花肥为 6.5∶3.5;基肥∶保花肥为5.5∶4.5;基肥∶保花肥为7∶3;基肥∶保花肥为6∶4。分析了不同施肥处理下新型肥料对土壤肥力 (内梅罗指数法)、水稻产量、氮肥利用率和经济效益的影响。  【结果】  两年双季稻对土壤综合肥力指数提升作用以T3 (基肥∶保花肥为 5.5∶4.5) 最大,其次为T2 (基肥∶保花肥为 5.5∶4.5) 和 T5 (基肥∶保花肥为 6.5∶3.5)处理。内梅罗指数法对土壤肥力评价结果与土壤的实际生产力基本一致,较高的土壤肥力能够表征作物的高产。产量分析表明,早稻穗粒数和晚稻结实率与相应的水稻产量呈极显著相关,因此,早晚稻的高产栽培策略应在保持适宜的有效穗数和结实率基础上主攻每穗粒数。2017和2018年度各施肥处理产量均高于CK处理,其中T3处理水稻年产量高达16.69和16.67 t/hm2,与CK比,产量分别提高了26.05%和27.15%;同时促进了土壤综合肥力指数 (IFI) 提升,IFI指数从施肥前的1.68 (Ⅱ级) 升至1.97 (Ⅰ级)。与CK1相比,2018年T3处理水稻年产量提高9.23%,氮肥农学利用率提高237.36% (P < 0.01),氮肥偏生产力提高28.28% (P < 0.01),经济效益增加51.6%。  【结论】  在本试验条件下,施用木质素缓释肥 (基肥∶保花肥为5.5∶4.5) 可促进水稻获得高产和高收益,并且提高了土壤肥力和氮肥利用率,是一种值得推荐的施肥方式。
  • 图 1  不同施肥处理土壤综合肥力指数 (2018)

    Figure 1.  Intergrated fertility index of soils under different fertilization treatments in 2018

    图 2  不同施肥处理作物总产量对土壤综合肥力指数的响应

    Figure 2.  Response of crop annual yield to integrated fertility index (IFI) under different fertilization treatments

    图 3  早稻籽粒实产与有效穗数、穗粒数、结实率和千粒重的相关性

    Figure 3.  Correlation between grain yield and its components in early rice

    图 4  晚稻籽粒实产与有效穗数、穗粒数、结实率和千粒重的相关性

    Figure 4.  Correlation between grain yield and its components in late rice

    表 1  土壤肥力参评指标分级标准值

    Table 1.  Standard value of soil fertility index classification

    参评指标 Assessment index${X_a}$${X_c}$${X_p}$
    pH (pH < 7)4.55.56.5
    阳离子交换量CEC (cmol/kg) 50100150
    全氮Total N (mg/kg)0.751.52.0
    碱解氮Available N (mg/kg)60120180
    有效磷Available P (mg/kg)51020
    速效钾Available K (mg/kg)50100200
    有机质SOM (g/kg)102030
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    表 2  土壤肥力参评因子标准化处理方法

    Table 2.  Standardized processing method for soil fertility evaluation factor

    等级
    Class
    等级评价
    Class criteria
    标准化处理方法
    Standardized procession
    差PoorCiXa, Pi = Ci/Xa, Pi ≤ 1
    中等MediumXa < CiXc, Pi = 1 + (CiXa)/(XcXa), Pi ≤ 2
    较好Generally goodXc < CiXp, Pi = 2+(CiXc)/(XpXc), Pi < 3
    好GoodCi > Xp, Pi = 3
    注(Note):Pi—单项指标肥力指数 Singer index of soil fertility; Ci—单项指标实测数据 Singer index of the measured data; XaXcXp 为土壤分级指标标准 Represent soil classification criteria.
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    表 3  试验区0—20 cm土层土壤基础肥力状况

    Table 3.  Basic fertility status of the experimental plots in 0–20 cm

    土壤因子
    Soil factor
    重复测定 Repeated determination平均值
    Average
    标准差
    SD
    单项肥力指数 (Pi)
    Singer index of soil fertility
    肥力指数
    Fertility index
    12345
    pH 5.29 5.21 5.10 5.15 5.25 5.200.06991.7501.68 (Ⅱ)
    有机质SOM (g/kg)52.450.859.048.262.154.525.84613
    阳离子交换量CEC (cmol/kg)85.890.281.084.388.285.963.44571.719
    全氮Total N (mg/kg) 2.0 2.1 1.8 1.8 1.9 1.920.13042.840
    碱解氮Available N (mg/kg)108 103 99 109 105 104.80 4.02491.746
    有效磷Available P (mg/kg)13.614.213.012.914.713.720.73282.372
    速效钾Available K (mg/kg)91 95 89 92 96 92.602.88101.852
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    表 4  各处理基肥和追肥种类、氮磷钾养分比例及用量 (kg/hm2)

    Table 4.  Detail of fertilizer type and their N–P2O5–K2O ratio and dosage in each treatment

    处理
    Treatment
    基肥Basal fertilizer追肥 (kg/hm2)
    Topdressing
    基追比
    Base/topdressing
    总量Total dosage
    肥料FertilizerN–P2O5–K2O(kg/hm2)NP2O5K2O
    T1稳定性肥 Stable compound fertilizer20–7–18525 217.56.5∶3.516545.0123.0
    T2木质素缓释肥 Lignin slow-release fertilizer15–4–6 6002705.5∶4.516534.570.5
    T3木质素缓释肥 Lignin slow-release fertilizer18–5–105252555.5∶4.516536.085.5
    T4生根型缓释肥 Rooting slow-release fertilizer26–8–15450 172.57∶316543.590.0
    T5有机硅水溶缓释肥
    Organosilicon water-soluble slow-release fertilizer
    30–10–153751956.5∶3.516545.081.0
    T6控释肥Controlled release fertilizer22–8–124502356∶416545.484.6
    注(Note):追肥用肥料均为复混肥 Fertilizer for topdressing is BB fertilizer with N–P2O5–K2O ratio of 28–4–13.
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    表 5  不同施肥处理对水稻产量及其构成的影响

    Table 5.  Rice yield and its components under different fertilization treatments

    处理
    Treatment
    早稻
    Early rice
    晚稻
    Late rice
    年产量
    Annual production
    实产
    Yield
    (t/hm2)
    有效穗数
    Panicle number
    (× 104/ hm2)
    穗粒数
    Spikelet number
    per panicle
    结实率
    Seed-setting rate
    (%)
    千粒重
    1000-grain weight
    (g)
    实产
    Yield
    (t/hm2)
    有效穗数
    Panicle number
    (× 104/ hm2)
    穗粒数
    Spikelet number
    per panicle
    结实率
    Seed-setting rate
    (%)
    千粒重
    1000-grain weight
    (g)
    产量
    Yield
    (t/hm2)
    增产率
    Yield increase
    (%)
    2017
    CK6.05280 ± 5.03 E120 ± 1.53 G83.86 ± 0.58 A19.28 ± 0.39 A7.19186 ± 2.08 G159 ± 3.21 E92.54 ± 0.28 A24.49 ± 0.33 A13.24
    CK16.62341 ± 3.51 B132 ± 2.00 F77.12 ± 0.49 BC19.04 ± 0.43 ABC8.86226 ± 2.00 B174 ± 3.06 D85.69 ± 0.22 CD24.03 ± 0.39 AB15.4816.90
    T17.03324 ± 3.01 C152 ± 3.00 B76.53 ± 0.43 CDE18.93 ± 0.41 BC9.34217 ± 2.00 C201 ± 2.52 BC85.21 ± 0.46 E23.63 ± 0.19 BC16.3723.625.73
    T27.17302 ± 3.01 D158 ± 2.00 B77.82 ± 0.46 BC19.42 ± 0.57 A9.43202 ± 2.00 F206 ± 3.51 AB86.03 ± 0.52 BC23.83 ± 0.47 BC16.6025.407.26
    T37.24310 ± 4.00 CD165 ± 2.08 A78.65 ± 0.49 B18.01 ± 0.50 C9.45206 ± 2.52 DEF215 ± 2.00 A85.93 ± 0.56 CD23.38 ± 0.36 C16.6926.057.81
    T46.71352 ± 3.51 A135 ± 2.00 EF76.51 ± 0.59 DE19.06 ± 0.41 AB8.94234 ± 3.00 A179 ± 3.00 D85.63 ± 0.37 DE23.81 ± 0.31 BC15.6518.181.08
    T56.52341 ± 4.51 B138 ± 2.52 DE75.91 ± 0.37 E18.52 ± 0.48 BC8.84231 ± 2.08 AB180 ± 4.58 D84.29 ± 0.38 E23.84 ± 0.50 BC15.3616.02–0.77
    T66.16310 ± 3.61 CD147 ± 3.01 C77.02 ± 0.45 BCD19.05 ± 0.48 AB8.36209 ± 2.52 DE195 ± 2.52 C85.83 ± 0.42 CD23.87 ± 0.36 BC14.529.67–6.20
    2018
    CK6.11283 ± 7.55 F118 ± 2.52 F83.97 ± 0.19 A20.43 ± 0.29 A7.00188 ± 2.00 E157 ± 1.53 G93.1 ± 0.47 A24.68 ± 0.21 A13.11
    CK16.51360 ± 15.13 A138 ± 3.00 E76.89 ± 0.60 E18.75 ± 0.39 C8.75238 ± 2.08 A183 ± 2.52 EF85.43 ± 0.44 BC23.7 ± 0.20 C15.2616.39
    T16.99336 ± 4.58 BC148 ± 3.06 C77.04 ± 0.42 CDE18.7 ± 0.36 C9.21222 ± 3.06 B199 ± 2.65 CD86.12 ± 0.52 BC23.71 ± 0.49 C16.2023.596.18
    T27.11311 ± 3.06 DE159 ± 2.08 A78.46 ± 0.53 BC18.58 ± 0.38 C9.34209 ± 2.52 CD212 ± 2.00 A85.92 ± 0.51 BC23.84 ± 0.37 BC16.4525.467.78
    T37.29327 ± 4.73 CD156 ± 3.00 B77.74 ± 0.23 CD18.63 ± 0.30 C9.38214 ± 3.06 CD211 ± 3.21 B86.35 ± 0.76 B23.77 ± 0.65 BC16.6727.159.23
    T46.68329 ± 8.08 BCD146 ± 4.58 CD76.54 ± 0.35 E19.47 ± 0.28 B8.82214 ± 2.65 CD194 ± 2.52 DE85.64 ± 0.23 BC24.12 ± 0.35 AB15.5018.231.57
    T56.57345 ± 2.52 B137 ± 0.39 F75.98 ± 0.39 F18.87 ± 0.40 C8.73228 ± 2.52 B183 ± 1.53 F85.12 ± 0.54 C23.75 ± 0.18 BC15.3016.690.25
    T66.28320 ± 4.51 CD141 ± 2.52 DE77.88 ± 0.41 BCD18.99 ± 0.33 C8.39217 ± 2.52 C189 ± 3.61 EF86.32 ± 0.56 BC23.99 ± 0.57 BC14.6711.89–3.87
    注(Note):同列数值后不同大写字母表示相同年份处理间差异显著 (P < 0.01) Values followed by different uppercase letters in a column indicate significant difference among treatments in the same year (P < 0.01).
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    表 6  不同施肥处理对氮肥利用率的影响

    Table 6.  Fertilizer-N use efficiency under different fertilization treatments

    处理
    Treatment
    早稻 Early rice晚稻 Late rice
    RE (%)PE (kg/kg)AE (kg/kg)PFP (kg/kg)RE (%)PE (kg/kg)AE (kg/kg)PFP (kg/kg)
    2017
    CK19.95 ± 0.04 EF30.30 ± 0.47 D3.02 ± 0.50 D35.03 ± 0.59 G14.52 ± 0.28 F60.72 ± 0.25 D8.82 ± 0.30 D46.86 ± 0.40 F
    T127.75 ± 0.42 A21.41 ± 0.30 F5.94 ± 0.29 B42.61 ± 0.41 BC41.64 ± 0.20 A31.26 ± 0.36 G13.02 ± 0.50 A56.59 ± 0.34 A
    T212.19 ± 0.48 C55.67 ± 0.23 B6.79 ± 0.23 A43.45 ± 0.32 BC18.09 ± 0.43 C75.16 ± 0.38 B13.60 ± 0.16 A57.17 ± 0.41 A
    T310.04 ± 0.48 D71.82 ± 0.64 A7.21 ± 0.35 A43.88 ± 0.48 A15.27 ± 0.34 D89.66 ± 0.28 A13.69 ± 0.42 A52.27 ± 0.34 E
    T49.71 ± 0.44 F41.20 ± 0.40 C4.00 ± 0.47 C40.67 ± 0.85 D15.00 ± 0.41 E70.59 ± 0.22 C10.59 ± 0.22 B54.16 ± 0.55 BC
    T512.45 ± 0.26 B22.88 ± 0.10 E2.85 ± 0.14 E39.52 ± 0.44 E19.18 ± 0.65 B52.16 ± 0.42 F10.01 ± 0.34 C53.58 ± 0.41 D
    T68.22 ± 0.35 G8.11 ± 0.28 G0.67 ± 0.29 F37.33 ± 0.39 F12.18 ± 0.41 G58.23 ± 0.44 E7.09 ± 0.20 E50.67 ± 0.44 E
    2018
    CK116.94 ± 0.27 F12.50 ± 0.43 E2.12 ± 0.45 E34.44 ± 0.39 E19.95 ± 0.33 E58.02 ± 0.49 C9.26 ± 0.42 E46.29 ± 0.37 F
    T137.71 ± 0.37 A14.14 ± 0.44 C5.33 ± 0.30 C42.36 ± 0.39 B41.64 ± 0.50 A32.21 ± 0.37 G13.41 ± 0.29 B55.84 ± 0.79 A
    T218.31 ± 0.34 E33.10 ± 0.47 A6.06 ± 0.43 B43.09 ± 0.51 AB17.09 ± 0.41 E82.89 ± 0.40 A14.17 ± 0.41 A56.59 ± 0.45 A
    T326.26 ± 0.45 C27.23 ± 0.43 B7.15 ± 0.39 A44.18 ± 0.39 A26.91 ± 0.28 D53.58 ± 0.21 D14.42 ± 0.26 A56.84 ± 0.44 A
    T425.65 ± 0.22 D13.47 ± 0.38 D3.45 ± 0.39 DE40.48 ± 0.36 C27.09 ± 0.50 C40.71 ± 0.31 E11.03 ± 0.40 CD53.45 ± 0.71 BC
    T527.93 ± 0.28 B9.98 ± 0.44 F2.79 ± 0.46 DE39.82 ± 0.57 C28.64 ± 0.20 B36.57 ± 0.38 F10.47 ± 0.34 D52.90 ± 0.38 D
    T615.24 ± 0.37 G6.67 ± 0.41 G1.03 ± 0.52 F38.06 ± 0.53 D14.27 ± 0.31 F58.99 ± 0.43 B8.42 ± 0.29 F50.84 ± 0.41 E
    注(Note):RE—吸收利用率 Recovery efficiency; PE—生理利用率 Physiological efficiency; AE—农学利用率 Agronomic efficiency; PFP—偏生产力 Partial factor productivity; 同列数值后不同大写字母表示相同年份不同处理间差异显著 (P < 0.01) Values followed by different uppercase letters in a column indicate significant difference among treatments in the same year (P < 0.01).
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    表 7  2018年不同施肥处理下水稻的经济效益 (yuan/hm2)

    Table 7.  Economic benefits of rice under different fertilization treatments in 2018

    处理
    Treatment
    作物产值
    Income
    肥料
    Fertilizer
    人工
    Labour
    租赁作业
    Leasing operation
    种子
    Seed
    农药
    Pesticide
    成本支出
    Cost
    经济效益
    Economic benefit
    CK36187.03 04220720066018541393422253.03
    CK142522.83357012600 720066018542588416638.83
    T145114.0852506300720066018542126423850.08
    T245787.7351906300720066018542120424583.73
    T346361.2551306300720066018542114425217.25
    T443159.5540806300720066018542009423065.55
    T542609.3048306300720066018542084421765.30
    T640867.9039066300720066018541992020947.90
    注(Note):表中数据计算的单价,早稻 2.5 元/kg, 晚稻 3.0元/kg, 新型肥料 T1~T6 分别为 3.8、3.0、3.5、3.4、3.85、3.7 元/kg, 尿素、复混肥 (20–15–5)、复混肥 (20–4–17) 和复混肥 (28–4–13) 分别为 2.0、2.7、2.4 和 2.9 元/kg The following unit prices were used in calculation: early rice 2.5 yuan/kg, late rice 3.0 yuan/kg, new type fertilizers T1–T6 3.8, 3.0, 3.5, 3.4, 3.85, 3.7 yuan/kg, respectively; urea, compound fertilizer (20–15–5), compound fertilizer (20–4–17) and compound fertilizer (28–4–13) were 2.0,2.7,2.4 and 2.9 yuan/kg, respectively.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-10
  • 网络出版日期:  2020-05-29
  • 刊出日期:  2020-04-01

不同类型新型肥料对双季稻产量、氮肥利用率和经济效益的影响

    作者简介:周雯雯 E-mail:fly_zww@163.com
    通讯作者: 李保同, libt66@163.com
  • 1. 江西农业大学农学院/教育部作物生理生态与遗传育种重点试验室,江西南昌 330045
  • 2. 江西农业大学食品科学与工程学院,江西南昌 330045
  • 3. 江西农业大学国土资源与环境学院,江西南昌 330045
  • 基金项目: “十三五”国家重点研发计划(2017YFD0301604);江西省科技支撑计划(20161BAB214173)。
  • 摘要:   【目的】  新型肥料是提高氮肥利用率和保护土壤生态环境的有效措施之一。研究不同类型新型肥料的适宜施肥方法,以实现南方早稻和晚稻同步达到高产高效。  【方法】  连续2年田间试验供试水稻品种为‘隆香优华占’(早稻) 和‘陵两优7717’(晚稻),以不施肥为对照 (CK),其余处理施氮肥总量均为N 189 kg/hm2,采用两因素裂区设计,主区为肥料类型,包括复混肥 (CK1)、稳定性肥 (T1)、两种木质素缓释肥 (T2、T3)、生根型缓释肥 (T4)、有机硅水溶缓释肥 (T5)、控释肥 (T6),共6种肥料。副区为5个施用方法处理,依次为基肥∶分蘖肥∶保花肥∶促花肥为4∶2∶2∶2;基肥∶保花肥为 6.5∶3.5;基肥∶保花肥为5.5∶4.5;基肥∶保花肥为7∶3;基肥∶保花肥为6∶4。分析了不同施肥处理下新型肥料对土壤肥力 (内梅罗指数法)、水稻产量、氮肥利用率和经济效益的影响。  【结果】  两年双季稻对土壤综合肥力指数提升作用以T3 (基肥∶保花肥为 5.5∶4.5) 最大,其次为T2 (基肥∶保花肥为 5.5∶4.5) 和 T5 (基肥∶保花肥为 6.5∶3.5)处理。内梅罗指数法对土壤肥力评价结果与土壤的实际生产力基本一致,较高的土壤肥力能够表征作物的高产。产量分析表明,早稻穗粒数和晚稻结实率与相应的水稻产量呈极显著相关,因此,早晚稻的高产栽培策略应在保持适宜的有效穗数和结实率基础上主攻每穗粒数。2017和2018年度各施肥处理产量均高于CK处理,其中T3处理水稻年产量高达16.69和16.67 t/hm2,与CK比,产量分别提高了26.05%和27.15%;同时促进了土壤综合肥力指数 (IFI) 提升,IFI指数从施肥前的1.68 (Ⅱ级) 升至1.97 (Ⅰ级)。与CK1相比,2018年T3处理水稻年产量提高9.23%,氮肥农学利用率提高237.36% (P < 0.01),氮肥偏生产力提高28.28% (P < 0.01),经济效益增加51.6%。  【结论】  在本试验条件下,施用木质素缓释肥 (基肥∶保花肥为5.5∶4.5) 可促进水稻获得高产和高收益,并且提高了土壤肥力和氮肥利用率,是一种值得推荐的施肥方式。

    English Abstract

    • 施氮肥是目前提高水稻产量最直接有效的途径之一。然而,我国水稻栽培普遍存在氮肥施用量过高、施用方式不合理、养分损失严重等问题[1-3]。氮肥利用率为20%~35%,约为发达国家的一半,同时造成严重的面源污染问题[4-5]。目前,水稻上应用的新型肥料大部分以单一缓释氮肥、包膜控释复合肥或添加抑制剂的稳定性肥为主,控释肥包膜材料主要为高分子聚合物,难降解易累积,长期使用容易破坏土壤结构[6]。稳定性肥可抑制土壤中硝化细菌的活动,减少氮肥流失提高氮肥利用率[7-8]。木质素缓释肥采用高分子有机物木质素、纤维素等作为缓释载体,可改良土壤团粒结构和理化性质,比速效氮肥利用率提高10%~30%,比传统速效肥料可减少用量10%~40%[9-10],相比包膜型控释材料可能存在的二次污染问题,对土壤更友好[11]。侯红乾等[12]以南方双季水稻为试验材料,在全量及减量施用缓/控释肥条件下,研究早、晚稻的产量效应、氮素吸收利用情况、土壤残留氮素的动态变化及整个系统氮素平衡状况,结果表明缓/控释肥减量20%,双季水稻在维持高产的同时氮肥利用率最高,氮素损失最低。陈述等[13]研究表明,相对于习惯施肥,稳定性肥料使玉米增产7.9%,产投比为1.41,有较好的经济效益。前人的研究针对新型肥料主要集中在缓/控释肥对水稻产量和氮肥利用率提升等方面,鲜少考虑对土壤肥力和经济效益的影响。笔者通过试验对比缓释肥、控释肥和稳定性肥等新型肥料不同施肥方式在双季稻上的应用效果,以期在不施分蘖肥和少施穗肥的基础上,验证其对水稻产量、氮肥利用率、土壤肥力和经济效益的影响,旨在为探索适宜江西水稻减肥增效的栽培技术提供理论依据和数据支撑。

      • 试验于 2017年4月至2018年12月在江西省上高县泗溪镇曾家村稻田 (115.12′E,28.27′N) 进行。该试验点位于江西省中西部,境内多丘陵小山及小块平原,有漳河自北向南,从中部流经全境,长约20 km,属亚热带季风性湿润气候,气候温和、四季分明、雨量充沛、日照充足、无霜期长。年平均气温17.6℃,年平均雨量1700 mm (集中在4—6月份),农田灌排便利,土壤类型为铁铝土,质地为砂壤土。

      • 在土壤综合肥力评价时,选择不同的影响因子,面对不同的分析对象,所采用的评价方法也不尽相同,这些方法各有优劣。本研究采用国际上较为通用的修正的内梅罗 (Nemoro) 公式法对土壤肥力进行评价[14]

        $ {\rm{I F I}}=\left(\frac{n-1}{n}\right) \sqrt{\frac{\left(P_{i}\right)_{min }^{2}+\left(P_{i}\right)_{{ave }}^{2}}{2}} $

        式 (1) 中:IFI为土壤综合肥力指数,(Pi)min为土壤所有指标中单项肥力指数最小值,(Pi)ave为土壤所有指标中单项肥力指数平均值,n为参评的土壤肥力指标数。引入 (Pi)min替代原公式中的 (Pi)max,其目的是强化此因子对土壤肥力指数的制约,(n−1)/n是土壤综合肥力指数的修正项,参评的因子越多,可信度越高,本研究中n = 7。根据IFI值定量评价土壤肥力,即IFI ≤ 0.9为极差 (Ⅲ级),0.9 < IFI < 1.7为一般 (Ⅱ级),IFI ≥ 1.7为优 (Ⅰ级)[15]

      • 参照其他学者的研究成果以及第二次全国土壤普查分级标准[16-17],将各影响因子分级划分 (XaXcXp) 见表1。运用表2中的公式对各影响因子的数值进行标准化处理,以消除各因子之间的量纲差别[18-19]。当某一影响因子的测定值Ci超过一定的标准值 (Xp) 后,该因子对土壤综合肥力的贡献不再提高,保持为3,这反映了植物生长过程中对某影响因子的依赖存在一个饱和值[15]。试验区的基础肥力状况评价见表3

        表 1  土壤肥力参评指标分级标准值

        Table 1.  Standard value of soil fertility index classification

        参评指标 Assessment index${X_a}$${X_c}$${X_p}$
        pH (pH < 7)4.55.56.5
        阳离子交换量CEC (cmol/kg) 50100150
        全氮Total N (mg/kg)0.751.52.0
        碱解氮Available N (mg/kg)60120180
        有效磷Available P (mg/kg)51020
        速效钾Available K (mg/kg)50100200
        有机质SOM (g/kg)102030

        表 2  土壤肥力参评因子标准化处理方法

        Table 2.  Standardized processing method for soil fertility evaluation factor

        等级
        Class
        等级评价
        Class criteria
        标准化处理方法
        Standardized procession
        差PoorCiXa, Pi = Ci/Xa, Pi ≤ 1
        中等MediumXa < CiXc, Pi = 1 + (CiXa)/(XcXa), Pi ≤ 2
        较好Generally goodXc < CiXp, Pi = 2+(CiXc)/(XpXc), Pi < 3
        好GoodCi > Xp, Pi = 3
        注(Note):Pi—单项指标肥力指数 Singer index of soil fertility; Ci—单项指标实测数据 Singer index of the measured data; XaXcXp 为土壤分级指标标准 Represent soil classification criteria.

        表 3  试验区0—20 cm土层土壤基础肥力状况

        Table 3.  Basic fertility status of the experimental plots in 0–20 cm

        土壤因子
        Soil factor
        重复测定 Repeated determination平均值
        Average
        标准差
        SD
        单项肥力指数 (Pi)
        Singer index of soil fertility
        肥力指数
        Fertility index
        12345
        pH 5.29 5.21 5.10 5.15 5.25 5.200.06991.7501.68 (Ⅱ)
        有机质SOM (g/kg)52.450.859.048.262.154.525.84613
        阳离子交换量CEC (cmol/kg)85.890.281.084.388.285.963.44571.719
        全氮Total N (mg/kg) 2.0 2.1 1.8 1.8 1.9 1.920.13042.840
        碱解氮Available N (mg/kg)108 103 99 109 105 104.80 4.02491.746
        有效磷Available P (mg/kg)13.614.213.012.914.713.720.73282.372
        速效钾Available K (mg/kg)91 95 89 92 96 92.602.88101.852
      • 基肥选用3种新型肥料:稳定性肥、缓释肥和控释肥,以复混肥 (BB肥) 为对照。其中,稳定性肥是由河南心连心化学工业股份有限公司提供的含硝化抑制剂三氯甲基吡啶 (CP) 的复合肥;木质素缓释肥是由浙江万里神龙有限公司生产;生根型缓释肥是由安徽惠富强农业科技有限公司生产;有机硅水溶缓释肥是由河北硅谷肥业有限公司生产;控释肥为山东金正大生态工程集团股份有限公司提供的掺混肥。复混肥 (BB肥) 由宁波市甬丰农业生产资料股份有限公司生产,普通尿素 (N 46%) 是由济南鑫伟达化工有限公司生产。氮肥习惯用量为195~240 kg/hm2,推荐用量为N 180~225 kg/hm2

      • CK为2017年到2018年试验期间不施氮磷钾肥。CK1为当地水稻常规氮肥施肥方法,即一基三追,共施4次,基肥∶分蘖肥∶保花肥∶促花肥比为4∶2∶2∶2,基肥和促花肥选用复混肥,分蘖肥和保花肥为普通尿素,磷钾肥于基肥和促花肥分两次施入。表4为不同类型氮肥的减量减次试验方案,T1~T6均采用一基一追两次施肥,基肥为新型肥料,促花肥选用复混肥,不施分蘖肥和保花肥。各处理具体氮肥运筹见表4

        表 4  各处理基肥和追肥种类、氮磷钾养分比例及用量 (kg/hm2)

        Table 4.  Detail of fertilizer type and their N–P2O5–K2O ratio and dosage in each treatment

        处理
        Treatment
        基肥Basal fertilizer追肥 (kg/hm2)
        Topdressing
        基追比
        Base/topdressing
        总量Total dosage
        肥料FertilizerN–P2O5–K2O(kg/hm2)NP2O5K2O
        T1稳定性肥 Stable compound fertilizer20–7–18525 217.56.5∶3.516545.0123.0
        T2木质素缓释肥 Lignin slow-release fertilizer15–4–6 6002705.5∶4.516534.570.5
        T3木质素缓释肥 Lignin slow-release fertilizer18–5–105252555.5∶4.516536.085.5
        T4生根型缓释肥 Rooting slow-release fertilizer26–8–15450 172.57∶316543.590.0
        T5有机硅水溶缓释肥
        Organosilicon water-soluble slow-release fertilizer
        30–10–153751956.5∶3.516545.081.0
        T6控释肥Controlled release fertilizer22–8–124502356∶416545.484.6
        注(Note):追肥用肥料均为复混肥 Fertilizer for topdressing is BB fertilizer with N–P2O5–K2O ratio of 28–4–13.

        试验采用两因素裂区试验设计,主区为肥料种类,副区为氮肥运筹。大区对比试验,随机区组排列,各大区面积为1541 m2 (23 m × 67 m),不设重复。大区之间用35 cm高塑料挡板隔开,四周设保护行,所有大区单独排灌。供试作物为双季稻,2017和2018年早稻品种均为‘隆香优华占’,分别于2017年4月12日和2018年4月14日移栽;晚稻品种均为‘陵两优7717’,分别于2017年7月25日和2018年7月29日移栽,机插移栽密度均为13 cm × 30 cm,每丛6~7 株。除施肥外,病虫草害防治和水分管理均一致。

      • 本研究选取2017和2018年的作物产量以及土壤测试数据进行分析。耕层土壤 (0—20 cm) 样品于试验前一年作物收获后采用“S”形采样法,在每个小区采集15个样点,混合均匀,去除根系带回室内风干保存。土壤样品测定pH、有机质含量、全氮含量、阳离子交换量、碱解氮含量、有效磷含量和速效钾含量7项指标,测试方法均参照《土壤农化分析》[20];并测定每穗粒数、结实率、有效穗数和千粒重等,实收计产。

      • 所有试验数据选用 Origin 8.0.5和 SPSS 17.0 统计软件进行数据处理与统计分析。选择氮肥吸收利用率、氮肥生理利用率、氮肥农学利用率和偏生产力用于比较不同类型氮肥的肥料效率[21]

        ${\text{氮肥利用率}} {\rm{RE}}\left( {\text \%} \right) = \frac{{T{N_N} - T{N_0}}}{{{N_r}}}\times 100 \hspace{35pt} $

        ${\text{氮肥生理利用率}} {\rm{PE}}\left( {\rm {kg/kg}} \right) = \frac{{{Y_N} - {Y_0}}}{{T{N_N} - T{N_0}}} \hspace{25pt}$

        ${\text{氮肥农学利用率}} {\rm{AE}}\left({\rm {kg/kg}} \right) = \frac{{{Y_N} - {Y_0}}}{{{N_r}}} \hspace{38pt} $

        ${\text{氮肥偏生产力}} {\rm{PFP}}\left({\rm {kg/kg}} \right) = \frac{{{Y_N}}}{{{N_r}}} \hspace{63pt} $

        式中:TNN—施氮区水稻吸氮量 (kg/hm2);TN0—氮空白区水稻吸氮量 (kg/hm2);Nr—水稻施氮量 (kg/hm2);YN—施氮区水稻产量 (kg/hm2);Y0—氮空白区水稻产量 (kg/hm2)。

        作物产值 = 作物产量 × 作物价格;成本支出 = 肥料 + 人工 + 租赁作业 + 种子 + 农药;经济效益 = 作物产值 – 成本支出。人工花费主要在移栽、作物收获和追肥过程,租赁作业主要包括机械作业 (主要在移栽、基肥深施和收获过程) 和排灌费[22]

      • 图1显示,与试验开始前的IFI (1.68) 相比,施用缓控氮肥的 T1~T6处理和常规施肥CK1处理的IFI均有提高,其中T3处理后的IFI (1.97) 最高,并升至I级,而不施肥处理 (CK) 的IFI有降低,表明不施肥导致红壤综合肥力降低,而施用木质素缓释肥T2和T3处理有利于土壤综合肥力的维持和提高。

        图  1  不同施肥处理土壤综合肥力指数 (2018)

        Figure 1.  Intergrated fertility index of soils under different fertilization treatments in 2018

        作物产量直接反映了土壤供应和协调作物生长的肥力水平。由图2所示,采用各处理作物产量和土壤综合肥力指数的平均值划分4个象限 (M1、M2、M3、M4),分别代表低综合肥力指数和高产、高综合肥力指数和高产、低综合肥力指数和低产、高综合肥力指数和低产。结果表明,施用新型肥料的T1~T6处理和CK1均具有较高的肥力,同时作物可获得高产;不施肥处理 (CK) 土壤综合肥力较低,并且作物产量较低。内梅罗指数法对土壤综合肥力评价结果与土壤的实际生产力基本一致,较高的土壤肥力能够表征作物的高产。

        图  2  不同施肥处理作物总产量对土壤综合肥力指数的响应

        Figure 2.  Response of crop annual yield to integrated fertility index (IFI) under different fertilization treatments

      • 表5可知,2017年T1~T6处理产量高于CK,T1~T4处理产量高于CK1,具体表现为T3 > T2 > T1 > T4 > CK1 > T5 > T6 > CK。产量最高的T3处理总产为16.69 t/hm2,与CK相比,提高了26.05%,与CK1相比,提高了7.81%。产量最低的T6处理总产为14.52 t/hm2,与CK相比,提高了9.67%,与CK1相比,降低了6.20%。2018年各施肥处理T1~T6产量也高于CK,T1~T5处理产量高于CK1,具体表现为T3 > T2 > T1 > T4 > T5 > CK1 > T6 > CK。产量最高的T3处理总产为16.67 t/hm2,与CK相比,提高了27.15%,与CK1相比,提高了9.23%。产量最低的T6处理总产为14.67 t/hm2,与CK相比,提高了11.89%,与CK1相比,降低了3.87%。研究结果表明在上高县酸性水稻土上,氮肥减量减次后,以N–P2O5–K2O含量为18–5–10的木质素缓释肥的增产效果最好。

        表 5  不同施肥处理对水稻产量及其构成的影响

        Table 5.  Rice yield and its components under different fertilization treatments

        处理
        Treatment
        早稻
        Early rice
        晚稻
        Late rice
        年产量
        Annual production
        实产
        Yield
        (t/hm2)
        有效穗数
        Panicle number
        (× 104/ hm2)
        穗粒数
        Spikelet number
        per panicle
        结实率
        Seed-setting rate
        (%)
        千粒重
        1000-grain weight
        (g)
        实产
        Yield
        (t/hm2)
        有效穗数
        Panicle number
        (× 104/ hm2)
        穗粒数
        Spikelet number
        per panicle
        结实率
        Seed-setting rate
        (%)
        千粒重
        1000-grain weight
        (g)
        产量
        Yield
        (t/hm2)
        增产率
        Yield increase
        (%)
        2017
        CK6.05280 ± 5.03 E120 ± 1.53 G83.86 ± 0.58 A19.28 ± 0.39 A7.19186 ± 2.08 G159 ± 3.21 E92.54 ± 0.28 A24.49 ± 0.33 A13.24
        CK16.62341 ± 3.51 B132 ± 2.00 F77.12 ± 0.49 BC19.04 ± 0.43 ABC8.86226 ± 2.00 B174 ± 3.06 D85.69 ± 0.22 CD24.03 ± 0.39 AB15.4816.90
        T17.03324 ± 3.01 C152 ± 3.00 B76.53 ± 0.43 CDE18.93 ± 0.41 BC9.34217 ± 2.00 C201 ± 2.52 BC85.21 ± 0.46 E23.63 ± 0.19 BC16.3723.625.73
        T27.17302 ± 3.01 D158 ± 2.00 B77.82 ± 0.46 BC19.42 ± 0.57 A9.43202 ± 2.00 F206 ± 3.51 AB86.03 ± 0.52 BC23.83 ± 0.47 BC16.6025.407.26
        T37.24310 ± 4.00 CD165 ± 2.08 A78.65 ± 0.49 B18.01 ± 0.50 C9.45206 ± 2.52 DEF215 ± 2.00 A85.93 ± 0.56 CD23.38 ± 0.36 C16.6926.057.81
        T46.71352 ± 3.51 A135 ± 2.00 EF76.51 ± 0.59 DE19.06 ± 0.41 AB8.94234 ± 3.00 A179 ± 3.00 D85.63 ± 0.37 DE23.81 ± 0.31 BC15.6518.181.08
        T56.52341 ± 4.51 B138 ± 2.52 DE75.91 ± 0.37 E18.52 ± 0.48 BC8.84231 ± 2.08 AB180 ± 4.58 D84.29 ± 0.38 E23.84 ± 0.50 BC15.3616.02–0.77
        T66.16310 ± 3.61 CD147 ± 3.01 C77.02 ± 0.45 BCD19.05 ± 0.48 AB8.36209 ± 2.52 DE195 ± 2.52 C85.83 ± 0.42 CD23.87 ± 0.36 BC14.529.67–6.20
        2018
        CK6.11283 ± 7.55 F118 ± 2.52 F83.97 ± 0.19 A20.43 ± 0.29 A7.00188 ± 2.00 E157 ± 1.53 G93.1 ± 0.47 A24.68 ± 0.21 A13.11
        CK16.51360 ± 15.13 A138 ± 3.00 E76.89 ± 0.60 E18.75 ± 0.39 C8.75238 ± 2.08 A183 ± 2.52 EF85.43 ± 0.44 BC23.7 ± 0.20 C15.2616.39
        T16.99336 ± 4.58 BC148 ± 3.06 C77.04 ± 0.42 CDE18.7 ± 0.36 C9.21222 ± 3.06 B199 ± 2.65 CD86.12 ± 0.52 BC23.71 ± 0.49 C16.2023.596.18
        T27.11311 ± 3.06 DE159 ± 2.08 A78.46 ± 0.53 BC18.58 ± 0.38 C9.34209 ± 2.52 CD212 ± 2.00 A85.92 ± 0.51 BC23.84 ± 0.37 BC16.4525.467.78
        T37.29327 ± 4.73 CD156 ± 3.00 B77.74 ± 0.23 CD18.63 ± 0.30 C9.38214 ± 3.06 CD211 ± 3.21 B86.35 ± 0.76 B23.77 ± 0.65 BC16.6727.159.23
        T46.68329 ± 8.08 BCD146 ± 4.58 CD76.54 ± 0.35 E19.47 ± 0.28 B8.82214 ± 2.65 CD194 ± 2.52 DE85.64 ± 0.23 BC24.12 ± 0.35 AB15.5018.231.57
        T56.57345 ± 2.52 B137 ± 0.39 F75.98 ± 0.39 F18.87 ± 0.40 C8.73228 ± 2.52 B183 ± 1.53 F85.12 ± 0.54 C23.75 ± 0.18 BC15.3016.690.25
        T66.28320 ± 4.51 CD141 ± 2.52 DE77.88 ± 0.41 BCD18.99 ± 0.33 C8.39217 ± 2.52 C189 ± 3.61 EF86.32 ± 0.56 BC23.99 ± 0.57 BC14.6711.89–3.87
        注(Note):同列数值后不同大写字母表示相同年份处理间差异显著 (P < 0.01) Values followed by different uppercase letters in a column indicate significant difference among treatments in the same year (P < 0.01).

        在本试验各处理条件下,以T3和T1处理的有效穗数、穗粒数、结实率和千粒重较高,表明其前中后期养分供应较为充足,而T6的穗粒数和结实率显著低于其他肥料处理,显示其中后期养分供应不足 (表5)。

        进一步分析显示,2017和2018年除无施肥处理外,不同施肥处理的早稻产量差异主要来源于穗粒数。如图3所示,早稻产量与穗粒数 (R2 = 0.6648,P < 0.01)、有效穗数 (R2 = 0.0357,P < 0.01)呈正相关,与结实率 (R2 = 0.1742,P < 0.01) 和千粒重 (R2 = 0.2604,P < 0.01) 均呈负相关。晚稻产量差异主要来源于结实率,晚稻籽粒实产与结实率、千粒重 (R2 = 0.6634,P < 0.01)呈负相关,与有效穗数 (R2 = 0.2225,P < 0.01) 和穗粒数 (R2 = 0.6769,P < 0.01) 均呈正相关 (图4)。这进一步表明,在上高县酸性一般肥力的水稻土上省略分蘖肥时,不同类型氮肥的中后期养分协同供应能力对水稻产量形成更为重要,有机缓释肥和添加硝化抑制剂的稳定性肥在本试验条件下的适宜性更好。

        图  3  早稻籽粒实产与有效穗数、穗粒数、结实率和千粒重的相关性

        Figure 3.  Correlation between grain yield and its components in early rice

        图  4  晚稻籽粒实产与有效穗数、穗粒数、结实率和千粒重的相关性

        Figure 4.  Correlation between grain yield and its components in late rice

      • 表6所示,与CK1 比较,无论是早稻还是晚稻试验,稳定性肥T1处理最有利于提高氮肥吸收利用率 (RE),木质素缓释肥T2和T3处理有利于提高氮肥生理利用率 (PE)、氮肥农学利用率 (AE) 和氮肥偏生产力 (PFP)。2017年早稻T3处理PE、AE和PFP均达到最大值,且分别比CK1提高137.03%、138.74%和 25.26%。2018年早稻和晚稻T3处理的AE和PFP均达到最大值,且分别比CK1提高237.36%、28.28%和 55.72%、22.79%。而在相同氮肥用量条件下,新型氮肥减次施用 (省略分蘖肥和促花肥) 时,PE、AE和PFP都以木质素缓释肥 (T2、T3) 表现最好,最高分别为 89.66、14.42和57.17 kg/kg。这一结果再次印证了前述分析 (即在上高县酸性一般肥力水稻土上,以木质素缓释肥料减次施用的效果最好)。

        表 6  不同施肥处理对氮肥利用率的影响

        Table 6.  Fertilizer-N use efficiency under different fertilization treatments

        处理
        Treatment
        早稻 Early rice晚稻 Late rice
        RE (%)PE (kg/kg)AE (kg/kg)PFP (kg/kg)RE (%)PE (kg/kg)AE (kg/kg)PFP (kg/kg)
        2017
        CK19.95 ± 0.04 EF30.30 ± 0.47 D3.02 ± 0.50 D35.03 ± 0.59 G14.52 ± 0.28 F60.72 ± 0.25 D8.82 ± 0.30 D46.86 ± 0.40 F
        T127.75 ± 0.42 A21.41 ± 0.30 F5.94 ± 0.29 B42.61 ± 0.41 BC41.64 ± 0.20 A31.26 ± 0.36 G13.02 ± 0.50 A56.59 ± 0.34 A
        T212.19 ± 0.48 C55.67 ± 0.23 B6.79 ± 0.23 A43.45 ± 0.32 BC18.09 ± 0.43 C75.16 ± 0.38 B13.60 ± 0.16 A57.17 ± 0.41 A
        T310.04 ± 0.48 D71.82 ± 0.64 A7.21 ± 0.35 A43.88 ± 0.48 A15.27 ± 0.34 D89.66 ± 0.28 A13.69 ± 0.42 A52.27 ± 0.34 E
        T49.71 ± 0.44 F41.20 ± 0.40 C4.00 ± 0.47 C40.67 ± 0.85 D15.00 ± 0.41 E70.59 ± 0.22 C10.59 ± 0.22 B54.16 ± 0.55 BC
        T512.45 ± 0.26 B22.88 ± 0.10 E2.85 ± 0.14 E39.52 ± 0.44 E19.18 ± 0.65 B52.16 ± 0.42 F10.01 ± 0.34 C53.58 ± 0.41 D
        T68.22 ± 0.35 G8.11 ± 0.28 G0.67 ± 0.29 F37.33 ± 0.39 F12.18 ± 0.41 G58.23 ± 0.44 E7.09 ± 0.20 E50.67 ± 0.44 E
        2018
        CK116.94 ± 0.27 F12.50 ± 0.43 E2.12 ± 0.45 E34.44 ± 0.39 E19.95 ± 0.33 E58.02 ± 0.49 C9.26 ± 0.42 E46.29 ± 0.37 F
        T137.71 ± 0.37 A14.14 ± 0.44 C5.33 ± 0.30 C42.36 ± 0.39 B41.64 ± 0.50 A32.21 ± 0.37 G13.41 ± 0.29 B55.84 ± 0.79 A
        T218.31 ± 0.34 E33.10 ± 0.47 A6.06 ± 0.43 B43.09 ± 0.51 AB17.09 ± 0.41 E82.89 ± 0.40 A14.17 ± 0.41 A56.59 ± 0.45 A
        T326.26 ± 0.45 C27.23 ± 0.43 B7.15 ± 0.39 A44.18 ± 0.39 A26.91 ± 0.28 D53.58 ± 0.21 D14.42 ± 0.26 A56.84 ± 0.44 A
        T425.65 ± 0.22 D13.47 ± 0.38 D3.45 ± 0.39 DE40.48 ± 0.36 C27.09 ± 0.50 C40.71 ± 0.31 E11.03 ± 0.40 CD53.45 ± 0.71 BC
        T527.93 ± 0.28 B9.98 ± 0.44 F2.79 ± 0.46 DE39.82 ± 0.57 C28.64 ± 0.20 B36.57 ± 0.38 F10.47 ± 0.34 D52.90 ± 0.38 D
        T615.24 ± 0.37 G6.67 ± 0.41 G1.03 ± 0.52 F38.06 ± 0.53 D14.27 ± 0.31 F58.99 ± 0.43 B8.42 ± 0.29 F50.84 ± 0.41 E
        注(Note):RE—吸收利用率 Recovery efficiency; PE—生理利用率 Physiological efficiency; AE—农学利用率 Agronomic efficiency; PFP—偏生产力 Partial factor productivity; 同列数值后不同大写字母表示相同年份不同处理间差异显著 (P < 0.01) Values followed by different uppercase letters in a column indicate significant difference among treatments in the same year (P < 0.01).
      • 表7可知,2018年不同施肥处理的作物产值、肥料成本和经济效益具有较大差异。因不同施肥处理栽培措施一致,各处理成本的差异主要在于肥料成本和人工成本。由于CK1产量较低、施肥次数较多导致人工成本较高,所以双季水稻CK1处理经济效益较低。与CK相比,T2和T3处理经济效益分别提高2330.70和2964.22元/hm2,经济效益的提高主要是由于T2和T3的产值较高;与CK1相比,T2和T3处理经济效益分别提高7944.90和8578.42元/hm2,经济效益的提高主要是由于T2和T3处理均采用一基一追施肥处理,减少了后期追肥次数,大幅节约了劳动力成本。但其中T5和T6的肥料价格过高,肥料成本增大,产量提高不明显,与CK相比,经济效益分别降低487.73和1305.13元/hm2,不建议施用。

        表 7  2018年不同施肥处理下水稻的经济效益 (yuan/hm2)

        Table 7.  Economic benefits of rice under different fertilization treatments in 2018

        处理
        Treatment
        作物产值
        Income
        肥料
        Fertilizer
        人工
        Labour
        租赁作业
        Leasing operation
        种子
        Seed
        农药
        Pesticide
        成本支出
        Cost
        经济效益
        Economic benefit
        CK36187.03 04220720066018541393422253.03
        CK142522.83357012600 720066018542588416638.83
        T145114.0852506300720066018542126423850.08
        T245787.7351906300720066018542120424583.73
        T346361.2551306300720066018542114425217.25
        T443159.5540806300720066018542009423065.55
        T542609.3048306300720066018542084421765.30
        T640867.9039066300720066018541992020947.90
        注(Note):表中数据计算的单价,早稻 2.5 元/kg, 晚稻 3.0元/kg, 新型肥料 T1~T6 分别为 3.8、3.0、3.5、3.4、3.85、3.7 元/kg, 尿素、复混肥 (20–15–5)、复混肥 (20–4–17) 和复混肥 (28–4–13) 分别为 2.0、2.7、2.4 和 2.9 元/kg The following unit prices were used in calculation: early rice 2.5 yuan/kg, late rice 3.0 yuan/kg, new type fertilizers T1–T6 3.8, 3.0, 3.5, 3.4, 3.85, 3.7 yuan/kg, respectively; urea, compound fertilizer (20–15–5), compound fertilizer (20–4–17) and compound fertilizer (28–4–13) were 2.0,2.7,2.4 and 2.9 yuan/kg, respectively.
      • 土壤肥力评价对于耕地保育和科学施肥均具有重要的实践意义。国内外对于土壤肥力评价已经由过去单一的土壤性质演变为土壤肥力的综合评价,能够克服人为主观性的不足,增加评价结果的正确性和客观性[23]。目前应用的综合评价方法主要有相关系数法、聚类分析法、内梅罗指数法、因子分析法、主成分分析法、判别分析法、灰色关联法等。包耀贤等[24]证实了内梅罗指数法对于评价长期施肥土壤综合肥力演变具有较高的灵敏度。本研究参考黄兴成等[25]的方法,选取7项常规土壤基本指标分级标准化后,利用改进的内梅罗指数法对土壤肥力进行评价。并且用作物产量进行验证,发现土壤综合肥力指数与作物产量呈现显著正相关 (图2P < 0.01),说明基于改进的内梅罗指数法能够较好地对红壤综合肥力进行评价。

        本研究结果表明,长期施肥改变了红壤综合肥力特征,施用木质素缓释肥 (T3) 促进了土壤综合肥力指数提升,IFI指数从施肥前的1.68 (Ⅱ级) 升至1.97 (Ⅰ级),说明木质素缓释肥中的天然活性有机物质 (木质素、纤维素等缓释载体) 在进入土壤后对土壤微生物产生激发作用,促进有机氮 (微生物氮) 和无机氮的交换。在肥料施用前期,土壤无机氮浓度较高,肥料氮被微生物暂时储存;在后期,有机氮逐渐矿化,供给作物生长吸收利用,因此有利于土壤综合肥力指数IFI的升高[23]。而不施肥处理CK会造成土壤综合肥力退化,IFI指数从施肥前的1.68 (Ⅱ级) 降至1.54 (Ⅱ级),且表现为内梅罗指数法对土壤综合肥力评价结果与土壤的实际生产力基本一致,土壤肥力的提高能够促进作物的高产。本文研究结果与彭卫福等[26]、武红亮等[27]、陈轩敬等[28]、温延臣等[29]的结果一致。

      • 高产、高效、简化施肥是未来科学施肥的目标和方向,因地制宜开发与应用作物专用新型肥料是实现科学施肥目标的重要途径和措施,也是适应当前农村大量劳动力转移出农业生产领域的现实需要[30]。张雪凌等[31]研究表明,南方典型红壤区双季稻早稻、晚稻施纯氮量分别为135 和165 kg/hm2,基肥∶蘖肥∶穗肥比例为40∶30∶30,并以20%有机氮代替普通化肥氮,水稻总产量比习惯施氮量处理提高了5.26%。这与本研究结果一致,在本试验条件下,不同类型新型肥料对水稻的增产效应呈木质素缓释肥T3 (基肥∶保花肥为5.5∶4.5) > 木质素缓释肥T2 (基肥: 保花肥为 5.5∶4.5) > 稳定性肥T1 (基肥∶保花肥为 6.5∶3.5) > 生根型缓释肥T4 (基肥∶保花肥为7∶3) > 复混肥CK1 (基肥∶分蘖肥∶保花肥∶促花肥为 4∶2∶2∶2) > 有机硅水溶缓释肥T5 (基肥∶保花肥为 6.5∶3.5) > 控释肥T6 (基肥∶保花肥为 6∶4) > 不施肥CK。陈琨等[32]研究表明,无论是普通尿素还是控释尿素,水稻产量均随氮肥用量的增加而增加;与普通尿素相比,在等氮量情况下控释尿素增产稻谷3.61%~11.36%,氮肥利用率提高10%以上,氮肥农学效率增加24.97%~54.02%。这与本研究有差异。本试验结果表明,与CK1比较,氮肥总使用量减12.70%的条件下,T3处理的水稻年产量却可提高9.23%,与其他类型缓释肥相比,木质素缓释肥的肥效在植株生长的前中后期能相对稳定释放,天然活性有机物质木质素、纤维素作为载体,在进入土壤后对土壤微生物产生激发作用,促进有机氮 (微生物氮) 和无机氮的交换。在肥料施用前期,土壤无机氮浓度较高,肥料氮被微生物暂时储存;在后期,有机氮逐渐矿化,供给作物生长吸收利用[33],氮肥农学利用率可提高237.36% (P < 0.01)、氮肥偏生产力提高28.28% (P < 0.01),从而获得高产。本试验仅研究了供试新型肥料施用的效果,因此本试验提出的双季稻一基一追 (5.5∶4.5) 施肥模式是否适合其它类型的新型肥料还需要进行深入的研究;另外本试验仅在一般肥力土壤上进行,试验结果在高肥力土壤上能否应用也有待进一步研究。

      • 因氮肥利用率低,每年造成我国的经济损失高达几百亿元,这不仅是巨大的资源浪费,而且增加了农业成本[34-35]。尽管针对减量减次施肥技术对作物产量影响的研究较多,但是对经济效益的分析却较少。新型肥料是减量减次施肥技术的重要载体[36]。减量减次施肥技术简化了追肥的环节,所以肥料成本和人工成本是其与传统分4次施肥方式成本投入的主要区别。与CK1相比,T2和T3处理减少了两次追肥环节,人工成本减少6300元/hm2;由于新型肥料较普通复混肥价格昂贵,因此其肥料成本分别增加了1620和1560元/hm2。本研究收益只计算了水稻的产值,种植双季稻的政府补贴并未计算在内。本试验中,T1~T6均比CK1经济效益高,增加范围为4309.07~8578.42 元/hm2,增幅为25.9%~51.6%。说明选用新型肥料增加了产值,减量减次施肥方式节约劳动力成本、简化农业操作环节从而提高了农民收入,与李凯旭等[37]和傅丽青等[38]在水稻上施用不同缓/控释肥得出的结论一致,T2和T3处理相对于CK,可分别提高水稻产值9600.70和10174.22元/hm2,经济收益增幅为10.5%和13.3%。在目前农村劳动力不足,特别是从事农业的青壮年劳动力不足,在逐步推广简化施肥技术的情况下[39],缓释肥既能实现水稻产量提升,又有利于降低成本、减少过度施肥导致的污染,因此,结合产量效益、环境效益和经济效益等相关指标进行综合评判,缓释肥一基一追 (5.5∶4.5) 施肥模式值得推广。

      • 在本试验条件下,与当下施用复混肥和普通尿素、一基三追的常规水稻养分管理相比,以木质素缓释肥为基肥,在减少两次追肥的条件下,水稻年产量提高9.23%,氮肥农学利用率和氮肥偏生产力极显著地提高了237.36%、28.28% (P < 0.01),经济效益增加8578.42元/hm2,增幅为51.6%。其他新型肥料 (稳定性肥、生根型缓释肥和有机硅水溶缓释肥) 在相同施肥措施下,减少一定量的氮肥投入也可保持土壤肥力、产量和氮肥利用率。几种新型肥料相比,在江西省上高县泗溪镇曾家村稻区一般肥力的酸性红壤条件下,应按照基肥∶保花肥5.5∶4.5的比例,优先选用木质素缓释肥基施,复混肥追施。

    参考文献 (39)

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