水稻对氮、磷、钾的吸收和利用受品种特性、施肥技术、管理措施及环境条件等因素的综合影响，研究不同施肥水平下超级稻的养分吸收和利用规律，对超级稻高效施肥，提高肥料当季利用率，减少环境污染有着重要意义[1]。随着超级稻推广面积的扩大，产量和化肥用量也逐渐增大，施肥成为提高水稻产量的一个重要手段，大量研究者在肥料合理施用及提高当季利用率等方面进行了研究，为肥料合理运筹和水稻高产、高效栽培提供了理论依据[2-6]。
摘要：为了研究氮、磷、钾平衡施肥对超级稻产量的肥料效应，通过“3414”最优回归设计方法，在大田试验条件下研究了氮、磷、钾配施对超级稻产量的影响，并探讨了氮、磷、钾单因素及互作效应。结果表明，施用氮、磷、钾均可以提高水稻产量，3种肥料配合施用的增产效果显著高于任何2种肥料配施。氮、磷，钾3种肥料的农学利用率均随施肥量的增加先增加后降低。氮、磷，钾两两互作对水稻产量均有极显著的影响，对产量的影响为氮磷>氮钾>磷钾；三元二次方程拟合结果确定试验区超级稻氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）最佳施用量为158.55、62.25、58.35kg/hm2，可获得最佳经济产量9451.05kg/hm2。
关键词：超级稻,氮、磷、钾配施,“3414”肥效试验,互作效应,产量
但随着产量的增加，肥料的施用增加幅度却远高于产量的增加幅度[7]，有研究认为，生产同样多的稻谷，在高产条件下需要更多的养分供应[8]，超级稻在高养分供应条件对养分的吸收前人研究多集中在氮营养方面[9-11]，在磷、钾肥方面的研究较少，且超级稻的产量差异与肥料的施用水平、施用比例、施用方法及养分交互作用研究方面的数据还较缺乏[12]。本研究利用超级稻品种在不同施肥量和施肥比例下，采用水稻测土配方施肥技术，通过田间试验示范，综合比较肥料投入、作物产量、肥料当季利用率等指标，探讨氮、磷、钾肥交互作用对产量及养分吸收的影响，旨在为制定超级稻高产、高效施肥技术提供理论依据，同时为“3414”试验数据的归纳总结提供参考。
1材料与方法
1.1供试材料
试验水稻品种为超级稻品种Q优6号，系重庆中一种业有限公司选育的迟熟籼型中稻。该品种于2006年通过国家品种审定委员会和湖北省农作物品种审定委员会审定，系农业部首批超级稻认定品种，目前已推广应用面积达13万hm2。该品种全生育期137d，丰产性好，株型紧凑，分蘖中等，茎秆粗壮，穗大粒多，成熟期转色好，品质优，适宜于长江流域审（认）定水稻区域作中稻种植。
1.2试验地点与供试土壤
试验于2011年在湖北省襄阳市吴店镇周寨村（超级稻品种示范与推广项目示范区）进行。项目区全年日平均气温15.5℃，年平均降水量大部分地区在865～1080mm，降水多集中在每年6～8月，多年平均蒸发量为672.4mm，最大蒸发量在6～7月。项目区年光照时间在2009.6～2059.7h，无霜期220～240d，全年大于10℃的活动积温为5299℃，年平均太阳辐射量为423～444kJ/cm2。
试验田选择中等肥力田块，于试验前取0～20cm耕层土壤测定养分含量，土壤碱解氮92mg/kg，有效磷9.24mg/kg，速效钾131mg/kg，有机质1.95%，pH6.4。
1.3试验设计
根据《测土配方施肥技术规范》提出的氮、磷、钾3因素、4水平、14个处理的“3414”试验的设计方案（表1）进行。3因素是指氮、磷、钾3个因子；4水平即0水平为不施肥，2水平为当地习惯施肥量的平均值（评估值），1水平=2水平×0.5，3水平=2水平×1.5。随机排列，2次重复，各小区肥料用量见表1。南北向排列，东西向重复，小区面积20m2，各小区单独排灌，小区间垒埂，覆盖地膜，防串灌串排。
1.4田间管理
4月20日播种，6月4日插秧，秧龄为6.2叶，秧苗较壮，带蘖3～4个，基本苗密度均设为91.95万/hm2。6月20日结合中耕除草第一次追肥，同时用30%稻瘟灵乳油1500mL/hm2对水900L/hm2+18%三唑酮混合喷洒防治稻瘟病，用50%复合乳油1000倍稀释液+单甲脒水剂混合喷洒防治钻心虫1次；7月24日第二次追肥，同时用吡虫啉、扑虱灵混合喷洒防治飞虱1次。9月28日测产验收。施肥方法：磷肥全部作基肥，氮肥和钾肥70%作基肥，另外30%作追肥，分2次施用，各15%。试验小区单灌、单排、单打、单晒、单计产量。
1.5测定指标与数据分析
收获前，各小区取代表性水稻6蔸，调查水稻株高、穗长、每穗粒数、每穗实粒数、结实率和千粒重；全小区收获，单收测产。参照文献[13，14]计算土壤供肥量、肥料农学利用率、肥料偏生产力、肥料贡献率和土壤贡献率。
试验数据采用MicrosoftOfficeExcel2003软件整理后用SPSS11.5统计软件进行分析。
2结果与分析
2.1氮、磷、钾施用量对超级稻群体生长的影响
从表2可以看出，在氮因子处理中（即磷、钾肥用量不变），株高、穗长随施氮量增加呈现先增加后减少的趋势；适量施用氮肥能明显增加最高苗数和有效穗数，继续增加氮肥至236.25kg/hm2时，最高苗数继续增加，而有效穗数呈现略下降的趋势，最高苗数以处理N3P2K2最高，有效穗数则以处理N2P2K2最高。在磷因子的处理中（即氮、钾肥用量不变），株高、穗长随着施磷量变化趋势不明显；最高苗数和有效穗数随着施磷量的增加呈现先增后减的趋势，以处理N2P2K2最高，继续增加磷肥用量，有效穗数略有下降，下降幅度为3.37%，说明磷过量不利于分蘖成穗。在钾因子的处理中（即氮、磷肥用量不变），株高、穗长随着施钾量增加呈现先降后升的趋势，均以处理N2P2K3最高；有效穗数随施钾量的增加而增加，说明钾对成穗有促进作用。2.2氮、磷、钾施用量对超级稻产量性状的影响
由表3可知，在氮因子处理中，随着施氮量的增加，其有效穗数、每穗粒数和每穗实粒数均呈现先增加后降低的趋势，以2水平施氮处理最高，当施氮量达到3水平时下降，其中又以每穗实粒数下降最为明显，下降幅度为13.4%。分析原因可能为穗粒数形成期为营养生长和生殖生长并进，需肥量增加，此时也是决定每穗粒数的关键时期，配方施肥后，氮、磷、钾比例趋于平衡，元素吸收相互促进，一定程度上有利于每穗粒数增加，但随着施肥量继续增加，营养生长过量，影响和干扰了生殖生长，导致每穗粒数和实粒数下降。千粒重在各氮肥处理中变化不明显。
在磷因子的处理中，有效穗数随施磷量增加呈现先增后减的趋势，施磷量达到2水平时最高，继续增加施磷量有效穗数反而有所下降；适当使用磷肥能增加每穗粒数、每穗实粒数和千粒重，这与刘德友等[15]的研究结果一致，分析原因可能是磷、氮施用比例增加，单株养分供应量增加，植株健壮，且干物质重及充实度均增加，根系发达等。但继续增加磷肥施用量时每穗粒数、每穗实粒数和千粒重均表现为下降趋势。
在钾因子的处理中，有效穗数和每穗实粒数表现为随着施钾量增加而增加的趋势，每穗粒数和千粒重则表现为先减少后增加的趋势。
2.3氮、磷、钾施用量对超级稻产量的影响及其增产效应分析
由表4可知，施用氮、磷、钾能明显增加产量，以处理6（N2P2K2）产量最高，比无肥区（N0P0K0，产量最低）增产76.10%。将处理6（全肥区）分别与处理2（无氮区）、处理4（无磷区）、处理8（无钾区）的产量进行比较，得出N、P、K对超级稻的增产效应，具体见表4。由表4可知，增产最明显的为N肥，其增产效应达到2518.5kg/hm2，增产率为35.16%，其次为K肥，增产效应为1023.0kg/hm2，增产率为11.82%。从单位养分的增产效果看，N增产效果最佳，单位增产15.99kg/kg；K次之，单位增产15.16kg/kg；P最低，单位增产11.23kg/kg。可见，3种肥料的增产效应为N>K>P。
2.4氮、磷、钾不同施肥水平下的肥料利用效率
肥料农学利用率反映的是施用1kg纯氮、磷、钾增产稻谷的能力；肥料偏生产力反映作物吸收肥料氮、磷、钾和土壤氮、磷、钾后所产生的边际效应。随着氮、磷、钾施用量的增加，肥料农学利用率呈现先升高后降低的趋势，以2水平处理肥料农学利用率最高（表5），肥料偏生产力均呈明显下降趋势。
肥料贡献率是指肥料对稻谷产量的贡献率，土壤贡献率是指土壤基础肥力对产量的贡献。水稻产量的获得主要来自土壤肥力的贡献，土壤N、P、K的贡献率分别为73.99%～90.06%、93.21%～100.00%、89.43%～97.96%（表5）。其中，当磷肥达到3水平时，肥料贡献率为负值，表明试验区土壤中磷素过量，反而导致减产。肥料贡献率的顺序为N>K>P，这与土壤基础地力有关，试验区土壤氮处于低水平，而磷、钾处于中等偏上水平。
2.5常规5处理的相对产量及土壤养分情况
对试验中缺素区处理N0P2K2、N2P0K2、N2P2K0的产量分别与全肥区处理N2P2K2的产量进行比较，以缺素区产量占全肥区产量的百分比即相对产量的高低反映土壤N、P、K养分的丰缺。相对产量低于50%的土壤养分为极低水平，50%～75%为低水平，75%～95%为中水平，大于95%为高水平[16]。从表6可知，试验区域土壤N处于低水平，P处于中等偏高水平，K处于中水平，表明施用氮肥能显著增加产量，施用钾肥有一定的增产效应，施用磷肥无明显增产效果。
2.6肥料效应模型与推荐施肥量
2.6.1肥料效应模型的拟合分别采用一元二次、二元二次及三元二次肥料效应模型对氮（XN）、磷（XP）、钾（XK）施肥量与产量（Y）之间的关系进行拟合，结果见表7。
在N因素肥料效应中，纯氮经济施用量为221.10kg/hm2，经济产量为9412.05kg/hm2；纯氮最大施用量为237.6kg/hm2，最高产量为9519.0kg/hm2，与实际最高产量（9681.0kg/hm2）比较接近，方程可靠。
在P因素肥料效应中，纯磷的经济施用量为52.80kg/hm2，经济产量为9595.05kg/hm2；纯磷的最大施用量为57.90kg/hm2，最高产量为9599.95kg/hm2。
在K因素肥料效应中，纯钾的经济施用量为86.85kg/hm2，经济产量为9490.95kg/hm2，纯钾最大施用量为97.20kg/hm2，最高产量为9501.45kg/hm2。
依据二元回归方程可知，氮、磷、钾对产量的互作效应为N、P正互作，N、K正互作，P、K负互作，互作效应大小为NK>NP>PK。
2.6.2最佳施肥配方推荐依据统计分析拟合NPK的三元二次回归方程表明施肥与产量之间为正相关，且达显著水平，说明产量与氮、磷、钾施用量之间有显著的回归关系，根据方程求解得最大施肥量为N168.90kg/hm2、P2O568.25kg/hm2、K2O58.35kg/hm2，最高产量为9464.25kg/hm2。最佳施肥量为N158.55kg/hm2、P2O562.25kg/hm2、K2O58.35kg/hm2，最佳经济产量为9451.05kg/hm2。
3小结与讨论
Ying等[2]认为提高总干物重而非收获指数对提高水稻产量更为重要，本试验也印证了这一结论，随着施肥量的增加，谷草比间变化不明显，甚至略呈下降趋势，但总生物量明显增加，且变化趋势同产量变化趋势一致，因此生产上构建大群体生物量有利于水稻的产量增加。Ao等[17]研究表明，水稻产量取决于单位面积的有效穗数和每穗粒数，而有研究认为单位面积有效穗数与每穗粒数呈负相关[18，19]，因此，要想获得高产，关键在于协调穗数与粒数、粒数与结实率间的矛盾。本研究中，不同施肥处理间产量差异主要表现在有效穗数和穗粒数间的差异，从变异系数变化来看，不同施肥处理对有效穗数影响最大，变异系数为10.36%，每穗粒数次之，为7.99%，每穗实粒数和千粒重分别为3.88%、5.14%。随着氮、磷、钾用量的增加，产量并不是一直增加，反而有所下降，其主要原因即有效穗数、每穗粒数和每穗实粒数在高肥水平下反而下降。这与张军等[20]研究结果一致，即增施肥料无疑是超级稻栽培的基本条件，而盲目地增施肥料未必就能完全发掘出超级稻大库容的潜力。因此，通过稳定有效穗数，适当增加每穗粒数扩大产量库容，是实现超级稻高产、稳产的重要途径。
施肥是水稻增产的重要措施，由于氮、磷、钾亏缺构成了水稻产量限制因子[21]。本试验中N、P、K作为养分限制因子对产量的作用效果顺序为N>K>P，N、P、K配合施用（N2P2K2）产量比N（N0P2K2）、K（N2P2K0）、P（N2P0K2）缺素区分别增产35.16%、11.82%、7.28%。从相对产量来看，施用氮肥能明显增加产量，施用钾肥有一定的增产效应，施用磷肥无明显增产效果，表明本试验区土壤中磷元素丰富，在生产实践中应注意施好氮、钾肥，控制好磷肥，以提高施肥的经济效益。
氮、磷、钾是水稻生长的三大必需营养元素，大量研究表明，氮、磷、钾的互作对作物产量有显著影响[22，23]，且三者之间存在复杂的交互作用[24]。本研究中根据效应模型结果得出氮、磷、钾对产量的互作效应为N、P正互作，N、K正互作，P、K负互作，互作效应大小为NK>NP>PK。氮肥用量不变（2水平），增施钾肥能增加产量，但钾肥由0水平到1水平的增产幅度远远小于1水平到2水平的增产幅度，当钾肥水平达到2水平时，继续增加钾肥产量反而降低，表明要保证产量的增加，维持氮、钾的适宜水平很重要，因为氮、钾在植物代谢过程中有互补作用，不适宜的N/K会阻碍生长发育[25]。本研究中磷、钾互作表现出负互作效应，即其中一种肥料用量越低，另一种肥料增产效果越高。
供试田块的整体地力属中低水平，土壤中有效养分含量丰缺程度表现为低氮、高磷、中钾。在该地力条件下，以2水平处理（N2P2K2）的产量最高，产量为9681.0kg/hm2。氮、磷、钾对水稻产量的贡献率分别为19.84%、2.74%、5.70%，相对应土壤中氮、磷、钾对产量的贡献率分别为80.16%、97.03%、94.30%，表明土壤基础肥力对产量具有重要意义，因此在水稻生产中应加强土壤基础地力的培肥。
通过拟合肥料一元二次、二元二次和三元二次肥料效应模型，发现一元二次肥料效应方程N、P肥料效应模型达显著水平，K肥料效应模型未达显著水平，而三元二次肥料方程达显著水平，故应用三元二次肥料模型推荐的施肥量更能反映试验地实际情况，可用于生产实践指导施肥。根据三元二次肥料模型确定试验区获得最高产量的纯氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）施用量为168.90、68.25、58.35kg/hm2，可获得最高产量为9464.25kg/hm2；最佳产量的纯氮、磷、钾施用量为158.55、62.25、58.35kg/hm2，可获得最佳经济产量为9451.05kg/hm2。实际生产中，最高施肥量虽然能获得最高产量，但过量的施肥会导致环境污染和经济效益下降，因此在生产实践中确定配方施肥方案要结合土壤养分测定、品种需肥特性与目标产量以及植株养分测定等因素综合分析，同时还需在更大范围内布置田间试验，考虑不同土壤的供肥水平，提出不同土壤条件下的适宜肥料用量，以综合确定某地区最佳的测土配方施肥技术，最大限度地提高肥料当季利用率。
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