养分专家系统推荐施肥对水稻产量的影响

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　　摘要 [目的]驗证水稻养分专家系统（NE）在淮南市潘集地区的应用效果。[方法]通过田间小区试验，设置养分专家系统推荐施肥NE及不施氮（NE-N）、磷（NE-P）、钾（NE-K）和空白无肥的对照CK，并与测土配方施肥ST和农民习惯施肥FP相比较。水稻成熟期考察产量性状，测定籽粒产量。[结果]NE对水稻生长发育具有明显的促进作用，并能显著提高籽粒产量。相较于FP和ST，NE平均节氮23.1% 和14.9%，磷肥投入较FP增加12.4%而与ST持平，钾肥用量比FP增多41.6%较ST节省16.6%，氮磷钾比例较为适宜。NE较不施氮、磷、钾的对照分别增产23.68%～72.48%、7.05%～16.05%、5.35%～19.27%，平均增长42.66%、11.63%和12.28%;与CK和FP相比，NE产量相应提高25.90%～84.31%和8.05%～16.17%，平均增产52.95%和12.19%，与ST产量基本持平。氮磷钾的增产效应顺序为N>>K>=P。[结论]水稻养分专家系统NE具有很好的节肥增产效果和技术优势。
　　关键词 养分专家系统;氮磷钾用量;水稻产量
　　中图分类号 S 511 文献标识码 A
　　文章编号 0517-6611（2020）16-0151-03
　　doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.16.041
　　Effects of Nutrient Expert Recommended Fertilization on Rice Yield
　　YANG Zhong-bao1，GUO Hai1，WANG Xiao2 et al （1.Agro-Tech Extension and Service Center in Panji District， Huainan，Anhui 232082;2.Institute of Soil and Fertilizer， Anhui Academy of Agricultural Sciences， Hefei，Anhui 230031）
　　Abstract [Objective]To study the effects of nutrient expert （NE） on rice yield in Panji District， Huainan City.[Method]Seven treatments were designed in the rice field experiments， including NE，eliminating nitrogen （N）， phosphorus （P） or potassium （K） input in the NE treatment （NE-N， NE-P， NE-K）， no fertilization （CK），farmers’ practices （FP）， and soil testing from the local agricultural technical department （ST）.The yield traits and grain yield were investigated at harvest.[Result]NE could improve the growth and development of rice and increase yield significantly.P and K fertilizer input in NE treatment were increased 12.4% and 41.6%， while N fertilizer input was decreased 23.1% than in FP.N and K fertilizer input in NE treatment were decreased 14.9% and 16.6% than in ST， while P fertilizer input was almost flat.The yield in NE treatment increased 23.68%-72.48%， 7.05%-16.05% and 5.35%-19.27% than in NE-N， NE-P and NE-K treatments， and the average yield increased 42.66%，11.63% and 12.28%.Compared with CK and FP treatments， the yield in NE treatment increased 25.90%-84.31% and 8.05%-16.17%，and the average yield increased 52.95% and 12.19%.The yield in NE treatment was fairly flat with yield in ST treatment.The yield-increasing effect was followed as N>>K>=P fertilizer.[Conclusion]The NE recommendation for rice not only increased the yield， but also reduced the fertilization amounts， was superior to the other recommended fertilization method.
　　Key words Nutrient expert system;Nitrogen，phosphorus and potassium application rates;Rice yield 　　基金项目 公益性行业（农业）科研专项经费课题（20150311802）;国家重大研发项目课题（2018YFD0200505）。
　　作者简介 杨中保（1976—），男，安徽淮南人，高级农艺师，从事农技推广工作。*通信作者，研究员，从事土壤肥料研究。
　　收稿日期 2020-05-28
　　
　　水稻是淮南市潘集区主要粮食作物，据统计，全区常年水稻种植面积为2.4×104 hm2，总产量2.0×105 t，种植面积约占全区粮食作物播种面积的48%，总产量占全区粮食总产的62%，单位面积产量高于小麦和玉米，农民非常重视水稻生产，因此水稻生产在潘集区占有极为重要的地位[1-3]。然而，水稻是一种高需肥作物，生长发育时间长、产量高，需要吸收大量养分，施肥是重要手段。调查表明，农民为了追求水稻高产，长期高量施用化肥，不仅增加了农业生产成本，降低了施肥的经济效益，还造成未被吸收利用的肥料养分大量流失，成为农业面源污染物的主要来源，导致农业生态环境受损和破坏。如何在不继续增加化肥用量的状况下提高水稻产量，减肥增效，是潘集区农业科技人员当前面临的重大课题和挑战。
　　养分专家系统（nutrient expert，NE），应用当前国际最新的4R养分管理技术，依据农作物产量反应和农学效率，进行推荐施肥和养分管理的一种推荐施肥方法[4-6]。与测土配方施肥相比，节省了土壤样品采集和化验等繁杂工作，既充分利用农田基础养分资源、提供合理的养分用量，避免农作物对养分的奢侈吸收，又保障植物养分供应，最终达到高产、高效的目的[7]。2013年起，笔者与安徽省农业科学院土壤肥料研究所合作，在潘集水稻主产区连续多年开展了水稻NE田间试验，以进一步验证水稻NE系统在淮南市一季中稻的适应性。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验地概况 试验于2013—2016年在淮南市潘集区古沟、贺疃等乡镇进行，供试土壤为砂姜黑土发育而成的水稻土。试验前0～20 cm耕层土壤养分状况：pH 5.12～6.50，有机质12.3～20.9 g/kg，全氮1.08～1.90 g/kg，有效磷12.3～17.4 mg/kg，速效钾156.8～233.0 mg/kg。
　　1.2 试验材料 供试水稻品种为两优6号、Y两优651、皖稻197等当地主栽品种，每年5月中旬育秧，6月上中旬移栽，10月上旬收获，栽插密度25 cm×20 cm。
　　1.3 试验设计 每年试验均设置以下7个处理：① NE（在调查农民施肥和水稻产量等信息的基础上，基于水稻养分专家系统NE计算的NPK推荐用量）;② NE-N（NE推荐施肥量的基础上，不施氮肥）;③ NE-P（NE推荐施肥量基础上，不施磷肥）;④ NE-K（NE推荐施肥量基础上，不施钾肥）;⑤ 完全不施肥的空白对照CK;⑥ ST（当地农技推广部门测土推荐的施肥量）;⑦ FP（当地农民习惯施肥量）（表2）。供试肥料品种：氮肥为尿素，磷肥为磷酸二铵或过磷酸钙，钾肥为氯化鉀。小区面积20～60 m2，随机排列，不重复[8]。全部磷肥作基肥，钾肥按基肥-孕穗肥50%-50%的比例施用。氮肥，NE及减P减K处理按基肥-分蘖肥-孕穗肥50-30-20的百分比施用，ST及FP处理分别按60-25-15和70-30-0的百分比施肥。基肥于水稻移栽前全层撒施，与土壤充分混合。其他栽培管理措施，如病虫草害防治及水分管理，同当地一般大田水稻。
　　2 结果与分析
　　2.1 养分专家系统NE的推荐施肥量 从表1可以看出，4年试验农民习惯施肥FP处理N、P2O5、K2O的施用量分别为195～255、56.0～90.0和45.0～60.0 kg/hm2，总平均为228.8、66.5和55.3 kg/hm2，投入的养分N∶P2O5∶K2O平均比例为1∶0.29∶0.24，整体上以氮为主，磷和钾投入量很少。当地测土配方施肥或农技部门推荐施肥ST处理氮磷钾养分投入量相应为197.5～210.0、72.0～75.0和90.0～105.5 kg/hm2，4年总平均为206.9、74.3和93.9 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O为1∶0.36∶0.45。NE系统计算推荐的氮磷钾养分投入量分别为165.0～195.0、60.0～90.0和63.0～90.0 kg/hm2，总平均为176.0、74.8和78.3 kg/hm2，投入的N∶P2O5∶K2O为1∶0.42∶0.45。由此可见，NE处理的氮肥投入量大幅度减少，相较于FP和ST处理，4年降幅分别为13.4%～27.5%和7.1%～19.0%，平均减氮23.1%和14.9%，即FP和ST较NE分别多施氮肥30.0%和17.6%。至于磷肥，4年4地NE投入差异较大，较FP和ST分别增加-23.3%～50.0%和-16.7%～20.0%，平均增加12.4%和0.6%， 即NE比FP多施磷12.4%而与ST处理相当。钾肥施用量，NE处理较FP明显提高，4年增长25.0%～50.0%，平均提高41.6%;但NE又显著低于ST，其中2013和2015年少施钾33.6% 和30.0%，另2年持平，4年平均NE较ST节钾16.6%。总体上，养分专家系统NE推荐的氮磷钾施肥量较适宜，既增加了FP的钾供应又避免ST的奢侈吸收，氮磷钾养分投入的比例也较为适宜，适合水稻生长发育。
　　2.2 养分专家系统NE对水稻生长发育和产量的影响
　　2.2.1 水稻生长发育。
　　施肥对水稻生长发育有重要影响，不仅前期外观有所表现，最终也体现在水稻籽粒产量及其构成因素等方面[9]。4年4地试验收获期水稻考种结果表明，养分专家系统NE推荐的氮磷钾优化配合施用，对沿淮淮北水稻-小麦轮作区一季中稻的生长发育具有明显的促进作用。与不施肥的空白对照CK或不施氮、磷、钾肥的对照NE-N、NE-P和NE-K相比，NE处理分蘖形成的有效穗数增多，穗长增长，穗粒数增加，结实率提高，空瘪粒数减少，不施氮肥对水稻生长发育的影响最大。与农民习惯施肥FP相比，推荐施肥NE处理的产量性状也有一定程度的改善和提高，而与当地农技部门的测土配方施肥ST处理相近（数据未列出）。 　　2.2.2 水稻养分专家系统NE的增产效应。
　　由表2可知，淮南市潘集水稻主产区，水稻养分专家系统NE推荐的氮磷钾优化施肥组合具有较为明显的增产效应。4 年4地试验，以不施氮、磷、钾的处理NE-N、NE-P和NE-K及无肥的空白CK为对照，水稻氮磷钾配合施用的NE处理较不施氮肥的对照（NE-N）的增产率为23.68%～72.48%，与无磷处理（NE-P）相比产量相对提高7.05%～16.05%，较缺钾处理（NE-K）增产5.35%～19.27%，相比无肥的CK产量增长25.90%～84.31%，平均增产42.66%、11.63%、12.28%和52.95%。由此可见，增施氮肥的增产幅度较大，增产效应极为明显;施用磷钾肥的增产幅度相对较小，增产效应明显。总体上，施氮的增产效应最为明显、也最稳定，增产幅度一般在20%以上;施用磷钾的增产效应则存在变数，与试验地土壤有效磷钾含量有较大的关系，有时增产幅度会低于5%。氮磷钾增产效应的表现为N>>K>=P。
　　水稻养分专家系统推荐施肥NE处理较农民习惯施肥FP也有一定的产量优势[10]。4年4地试验，NE较FP增产8.05%～16.17%，平均增长12.19%，3年的增产效应均超过10%，增产效应也较为明显。进一步与当地农业技术部门测土配方施肥ST相比，NE前2年分别减产9.28%和0.53%，后2年则相应增产6.11%和6.20%，总平均增产0.83%，产量基本持平，表明NE与测土配方施肥ST有相当的效果，尽管减少了施肥量，也没有测试土壤。
　　3 结论
　　（1）水稻养分专家系统NE氮肥投入量大幅度降低，4年4地试验，相较于农民习惯施肥FP和当地农技术部门推荐施肥ST，减氮幅度分别为13.4%～27.5%和7.1%～19.0%，平均减氮23.1%和14.9%。磷肥投入，NE较FP和ST分别增加-23.3%～50.0%和-16.7%～20.0%，平均增加12.4%和0.6%， NE比FP多施磷12.4%而与ST相当。钾肥施用量，NE处理较FP明显提高，4年增长25.0%～50.0%，平均提高41.6%;但NE又显著低于ST处理，其中2年持平另2年少施钾33.6%和30.0%，4年平均NE较ST节钾16.6%。NE处理氮磷钾比例较为适宜。
　　（2）水稻养分专家系统NE推荐的氮磷钾施肥量对沿淮淮北一季中稻具有较为明显的增产效应。4 年4地试验，NE较不施氮的对照增产23.68%～72.48%，施磷產量相对提高7.05%～16.05%，施钾增产5.35%～19.27%，相比无肥的CK产量增长25.90%～84.31%，平均增产42.66%、11.63%、12.28% 和52.95%，总体上施氮的增产率很高，施磷、施钾的增产效应也较明显，但磷钾的增产率远低于氮、钾又略高于磷。氮磷钾的增产效应表现为N>>K>=P。
　　（3）当地农技部门测土配方施肥ST水稻籽粒产量与养分专家系统NE相近，农民习惯施肥FP表现较差，产量明显低于NE和ST处理。4年4地试验，NE较FP和ST分别增产8.05%～16.17%和-9.28%～6.20%，平均提高12.19%和0.83%，NE较ST产量基本持平，NE与FP相比增产效应较为明显，总体上NE具有很好的应用效果和技术优势。
　　参考文献
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