专家系统推荐施肥对水稻生长和氮素利用的影响

　　摘要 通过田间试验研究水稻养分专家系统(NE)推荐施肥对江淮丘陵白土区一季中稻生长和产量的影响。结果表明，NE推荐的氮、磷、钾配施对水稻生长发育有明显的促进作用，能有效改善产量结构性状，增加籽粒产量。4年4地试验，NE较不施氮、磷、钾及不施肥的空白对照(CK)和农民习惯施肥(FP)的增产率分别为30.00%～48.96%、4.35%～14.58%、2.92%～17.02%、34.84%～58.01%、2.96%～12.74%，平均增产37.92%、9.87%、11.21%、44.34%、9.68%，与当地农业技术部门测土配方施肥(ST)产量基本持平。水稻施用氮、磷、钾的增产效应顺序为N>>K≥P。在降低氮肥用量的同时，NE既能保持水稻籽粒产量不降低，同时又能大幅度提高氮素的农学效率和氮肥回收利用率。

　　关键词 水稻养分管理专家系统(NE);推荐施肥;氮肥利用效率;江淮丘陵白土

　　《北方农业学报》是内蒙古农牧业科学院主办的农业综合性期刊，是《中国核心期刊(遴选)数据库》《万方数据数字化期刊群》《中国学术期刊综合评价数据库》《中文科技期刊数据库》等收录期刊。

　　水稻是我国主要粮食作物，1949—2009年我国水稻年均播种面积3 093.7万hm2，占粮食作物播种面积的27%;总产量平均为1.332 9亿t，占粮食总产量的42%，居粮食作物首位[1-3]。2016年我国水稻种植面积为3 017.8万hm2，总产量增至2.070 8亿t。安徽是我国水稻重要生产省份，2016年全省种植面积增至226.55万hm2，总产量1 401.8万t，播种面积和总产量分别占全国总量的7.35%和6.82%，仅次于湖南、江西等省，分别居全国第4、7位[4]。

　　养分专家系统(nutrient expert，NE)是在实时氮素管理(SSNM)基础上应用国际上最新的4R养分管理技术原理，结合QUEFTS模型计算最佳养分吸收，并依据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[5]。与测土配方施肥相比，省去了取土和化验等繁杂工作，既充分利用农田的基础养分资源、提供合理的养分用量，避免作物对养分的奢侈吸收，又保障作物养分供应，在保持土壤肥力的同时，使养分胁迫降到最低并最终达到高产、高效的目的。2009年以来，我国在小麦和玉米种植区不同气候条件下全面开展了应用NE推荐施肥工作，结果表明，在保证作物产量的前提下，NE能够科学减施氮肥，提高肥料利用率，是较好地指导农民科学施肥的新方法。2013年起，在安徽省多地开展了水稻NE田间试验，以进一步验证水稻专家系统(NE)在安徽一季中稻的适应性。现将结果报告如下。

　　1 材料与方法

　　1.1 试验地概况

　　试验于2013—2016年在安徽省江淮丘陵水稻主产区肥西、长丰、明光和定远等县市区进行，供试土壤为下蜀系黄土母质发育而成的白土，属于漂洗水稻土亚类，前茬小麦，肥力中等。试验前0～20 cm耕层土壤养分状况见表1。

　　1.2 试验材料

　　供试肥料：尿素、普通过磷酸钙、氯化钾。供试水稻品种为杂交中稻丰两优6号及盐杂9号等当地主栽品种。

　　1.3 试验设计

　　试验设7个处理，分别为①CK(不施肥的空白对照);②NE(养分专家系统推荐施肥，N、P2O5、K2O施用量4年分别为165、60、70 kg/hm2，165、75、75 kg/hm2，158、71、63 kg/hm2， 171、51、78 kg/hm2，下同);③NE-N(不施氮);④NE-P(不施磷);⑤NE-K(不施钾);⑥ST(当地农业技术部门测土配方推荐施肥，N、P2O5、K2O施用量4年分别为180、75、75 kg/hm2， 195、90、90 kg/hm2、195、75、75 kg/hm2，195、60、90 kg/hm2);⑦FP(农民习惯施肥，4年N、P2O5、K2O施用量分别为195、45、45 kg/hm2，210、75、90 kg/hm2，210、60、60 kg/hm2，200、75、60 kg/hm2)。试验小区四周筑田埂，用塑料薄膜两面包裹防止串肥渗水。小区四周设保护行，宽2 m，排、灌水渠独立。小区面积30 m2，多地重复。

　　1.4 试验过程

　　50%的氮肥、全部磷肥及50%的钾肥作基肥，于水稻移栽前施用;剩余的50%氮肥，其中25%第1次追肥，水稻移栽15 d左右追施;其余的25%氮肥和50%作钾肥作第2次追肥，于水稻孕穗期追施。水稻每年4月下旬育秧，5月下旬至6月上中旬移栽，株行距20 cm×25 cm。其他栽培管理措施，如病虫草害防治以及水分管理，与当地一般大田水稻相同。

　　1.5 分析方法

　　每年9月下旬至10月水稻成熟时，每小区采集代表性的5穴水稻植株样品，考察产量结构性状，保留样品测定养分含量，按小区收获脱粒计实产。土壤基本性状采用常规法分析，参照《土壤农化分析》进行;植株全N采用H2SO4-H2O2消煮，开氏半微量定氮法测定。农学效率和利用率计算公式如下：

　　氮素农学效率(kg/kg)=(施氮处理稻谷产量-不施氮处理稻谷产量)/总施氮量;

　　氮肥回收利用率(%)=(施N处理植株N积累量-不施N处理植株N积累量)/施N量×100。

　　2 结果与分析

　　2.1 施用氮、磷、钾对水稻生长和产量性状的影响

　　由表2可知，养分专家系统NE推荐的氮磷钾化肥配合施用对江淮丘陵一季中稻生长发育具有明显的促进作用。与不施氮、磷、钾肥的对照NE-N、NE-P、NE-K或不施肥的空白对照CK相比，分蘖形成的有效穗数增加，穗长增长，穗粒数增多，结实率提高，空瘪率降低，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。

　　2.2 水稻养分专家系统推荐施肥的增产效应

　　由表2还可以看出，江淮丘陵低产白土型水稻土，水稻养分专家系统NE推荐的氮磷钾化肥配合施用具有明显的增产效应。4年试验，氮磷钾配施的NE处理，较NE-N增产30.00%～48.96%，较NE-P增产4.35%～14.58%，较NE-K增产2.92%～17.02%，较不施肥的空白对照产量提高34.84%～58.01%，比农民习惯施肥FP增产2.96%～12.74%;4年试验平均，增产率分别为37.92%、9.87%、11.21%、44.34%、9.68%，除2014年较NE-P、2016年较NE-K处理增产率较低外，其他施肥处理增产率都在10%以上，特别是施氮处理增产率很高，超过30%。与较高施肥量的当地农技部门测土配方推荐施肥ST比，4年试验NE处理分别增产-6.21%、-6.03%、4.76%和8.86%，平均增产0.1%，基本持平。不施肥或不施氮肥，水稻籽粒产量急剧下降，相对产量相应只有NE处理的63.29%～74.16%和67.13%～76.92%，平均僅为69.28%和72.50%，减产幅度极大。不施磷、钾肥，水稻相对产量只有NE产量的87.28%～95.83%和87.47%～97.16%，平均为91.01%和89.92%，除2014年试验施P、2016年试验施K处理外，减产也较为明显。总之，不施氮肥对水稻籽粒产量的影响最大，4年试验平均，减产幅度超过27%;其次为不施钾的处理，平均减产10%;不施磷对水稻产量的影响相对小些而与钾相近，平均减产9%左右。水稻氮、磷、钾肥的增产效应顺序为N>>K≥P。

　　2.3 对氮肥利用效率的影响

　　从表3可以看出，水稻养分专家系统NE推荐施肥对氮利用效率影响较大。4年4地试验结果，NE推荐施肥的氮肥农学效率达10.84～17.85 kg/kg，农民习惯施肥FP处理仅4.85～9.20 kg/kg，当地农业技术部门测土配方施肥ST处理为6.15～14.07 kg/kg，平均分别为13.48、7.31、11.56 kg/kg，NE处理的农学效率最高，平均超过13 kg/kg，不仅远高于农民习惯施肥FP处理，也高于测土配方施肥ST处理。进一步分析氮肥当季回收利用率，4年试验，养分专家系统推荐施肥NE处理达19.85%～47.23%，平均为30.92%，是农民习惯施肥FP处理平均利用率的2倍以上;同时NE处理也明显高于当地农技部门测土配方施肥ST处理，4年平均利用率提高10.16个百分点，相对提高48.9%。这一结果说明，水稻养分专家系统推荐施肥NE处理在降低氮肥用量的同时，能基本保持ST处理较高的籽粒产量，同时又能大幅度提高氮素的农学效率和氮肥当季回收利用率。

　　3 结论与讨论

　　(1)水稻养分专家系统NE推荐的氮、磷、钾配合施肥对江淮丘陵水稻生长发育具有明显的促进作用。与不施氮、磷、钾的对照相比，水稻有效穗数和穗长增加，穗粒数明显增多，空瘪粒数减少，结实率提高，产量性状改善，为籽粒产量的提高打下了基础[6]。

　　(2)安徽省江淮丘陵地区白土田一季中稻，养分专家系统NE推荐施肥具有明显的增产效应。4年4地试验，较NE-N处理增产30.00%～48.96%，较NE-P处理增产4.35%～14.58%，较NE-K增产2.92%～17.02%，较不施肥的空白对照CK产量提高34.84%～58.01%，比农民习惯施肥FP增产2.96%～12.74%，平均增产率分别为37.92%、9.87%、11.21%、44.34%、9.68%，除2014年试验施P、2016年试验施K处理外，其他施肥处理增产率都在10%以上，与当地测土配方施肥ST产量基本持平。水稻施用氮、磷、钾的增产效应顺序为N>>K≥P。

　　(3)NE推荐施肥在降低氮肥用量的同时，既能基本保持测土配方施肥ST较高的籽粒产量，同时又能大幅度提高氮素的农学效率和氮肥当季回收利用率。

　　4 参考文献

　　[1] 蔡洪法.我国水稻生产现状与发展展望[J].中国稻米，2000(6)：5-8.

　　[2] 胡培松，翟虎渠，万建民.中国水稻生产新特点与稻米品质改良[J].中国农业科技导报，2002，4(6)：33-39.

　　[3] 李录久，王家嘉，吴萍萍，等.秸秆还田下氮肥运筹对白土田水稻产量和氮吸收利用的影响[J].植物营养与肥料学报，2016，22(1)：254-262.

　　[4] 国家统计局.2016年全国农作物生产统计调查资料[Z].2016.

　　[5] 徐新朋，魏丹，李玉影，等.基于产量反应和农学效率的推荐施肥方法在东北春玉米上应用的可行性研究[J].植物营养与肥料学报， 2016，22(6)：1458-1467.

　　[6] 杨富强.中国大豆和水稻养分专家系统的构建和田间验证[D].北京：中国农业科学院，2017.

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