重庆稻田基础地力水平对水稻养分利用效率的影响

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本站小编 Free考研考试/2021-12-26

梁涛, 廖敦秀, 陈新平, 王帅, 付登伟, 陈轩敬, 石孝均. 重庆稻田基础地力水平对水稻养分利用效率的影响[J]. 中国农业科学, 2018, 51(16): 3106-3116 https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.007
LIANG Tao, LIAO DunXiu, CHEN XinPing, WANG Shuai, FU DengWei, CHEN XuanJing, SHI XiaoJun. Effect of Paddy Inherent Soil Productivity on Nutrient Utilization Efficiency of Rice in Chongqing[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2018, 51(16): 3106-3116 https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.007

0 引言

【研究意义】长期以来,化肥不合理施用的现象在我国普遍存在,由此导致的环境风险也越来越引起人们的关注^[1,2,3]。高效的养分利用效率可以在较少的养分投入下获得相对较高的产量^[4]。如何在不同基础地力水平下实现高效的养分利用对减少养分资源浪费,提高农业可持续发展具有重要的意义。【前人研究进展】土壤基础地力水平与作物对土壤和肥料养分吸收有着重要的关系^[3,5]。基础地力水平较高的土壤其肥力水平和施肥产量也较高,且产量具有较高的稳定性和可持续性^[2,6-7],提高基础地力可以增加土壤养分的供应能力,减少作物对肥料养分的依赖,减少肥料投入^[5,8]。【本研究切入点】前人通过长期定位试验对基础地力对作物产量和养分贡献的研究较多,但是反映区域农田的基础地力与作物养分利用效率的研究鲜有报道。【拟解决的关键问题】本研究从重庆2006—2012年246个水稻“3414”试验入手,选取无肥区（N0P0K0）、无氮区（N0P2K2）、无磷区（N2P0K2）、无钾区（N2P2K0）和全肥区（N2P2K2）处理分析重庆不同区域的基础地力产量以及不同基础地力水平下的水稻养分利用效率,阐明基础地力对土壤养分和肥料养分的利用效率的影响,为在不同基础地力水平水稻的科学施肥和养分资源高效利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取2006—2012年重庆测土配方施肥项目水稻 “3414”试验246个,试验地点所在的重庆市位于四川盆地东部、长江上游,地理位置为东经105°11'—110°11'、北纬28°10'—32°13',年平均气温在18.4℃左右,常年降雨量1 100—1 450 mm,夏季较热,最高气温均在35℃以上,极端气温最高41.9℃,日照总时数1 000—1 200 h,冬暖夏热,无霜期长,雨量充沛。重庆市分布区域广,地貌海拔差异大。根据气候、地形、土壤以及种植习惯,将其划分为4个亚水稻种植区域,分别是渝西地区、渝中地区、渝东南和渝东北地区。各区域水稻试验样本数分别为渝西地区94个,渝中地区86个,渝东南60个,渝东北地区6个。

1.2 试验设计

“3414”试验选择具有代表性的农户地块进行,试验地块保证基本平整,地块内部地力均匀,远离堆肥粪池。种植方式均为一季中稻。施用的氮肥为尿素（N 46.4%）,磷肥为过磷酸钙（P₂O₅ 12%）,钾肥为氯化钾（K₂O 60%）,其中磷肥和钾肥全部基施;氮肥分两次施用,基肥施用50%,另外50%氮肥作为分蘖肥或穗肥施用。试验小区面积多为20—30 m²。试验共14个处理,本次研究选取其中5个处理（N0P0K0、N0P2K2、N2P0K2、N2P2K2、N2P2K0）进行研究。各区域稻田供试土壤的基本性质及各施肥处理氮磷钾施肥量见表1。
Table 1
表1
表1重庆不同区域水稻试验点样本数量、供试土壤基础理化性质及施肥量
Table 1The sample size , soil physical-chemical properties and fertilizer rate of rice growing regions in Chongqing

区域 Region	样本数量 Site number	施肥量 Fertilization rate (kg·hm^-2)			有机质 Organic matter (g·kg^-1)	pH
区域 Region	样本数量 Site number	N	P₂O₅	K₂O	有机质 Organic matter (g·kg^-1)	pH
渝西WY	94	151±7	93±13	90±9	26.2±10.4	5.7±1.0
渝中MY	86	156±29	90±17	88±13	20.1±9.7	5.9±0.9
渝东南SE	60	149±20	88±10	87±13	25.7±9.3	6.1±0.7
渝东北NE	6	147±17	88±13	87±12	22.9±4.5	6.1±0.9

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1.3 田间试验样品采集与测定

水稻底肥前,各试验点取0—20 cm耕层土壤样品测定基本养分指标。碱解氮：碱解扩散法;有效磷：Olsen法;速效钾：醋酸铵浸提-火焰光度法。在水稻成熟期,分小区收获计产,并且采集籽粒和秸秆进行养分含量测定。对籽粒和秸秆分别烘干、磨碎、过筛测定氮磷钾养分;采用H₂SO₄-H₂O₂消煮后,凯氏定氮法测定全氮,Olsen法测定有效磷,火焰光度计法测定有效钾^[9]。

1.4 计算方法

1.4.1 基础地力、养分贡献率和肥料增产率相关指标计算方法土壤基础地力（inherent soil productivity）用不施任何肥料时的作物产量来评价^[10],本研究用无肥区（CK）水稻产量表示,同时,为了评价作物产量对土壤和肥料的依赖性,计算土壤贡献率和肥料贡献率^[10,11,12]。不同肥料的增产效果用肥料增产率I_i（increment rate by fertilizer）表示,计算方法为不施某种养分处理产量与平衡施肥产量差值占其百分比。
土壤基础地力产量：ISP=Y_CK
式中,Y_CK表示无肥区产量。
土壤氮（磷、钾）贡献率：
${{C}_{\text{SN}(\text{SP}\text{SK})}}%=\frac{{{Y}_{\text{PK(NK}\text{NP)}}}}{{{Y}_{\text{NPK}}}}\times 100$
式中,C_SN(SK、SP)表示土壤氮（磷、钾）贡献率,Y_{PK（NK、NP）}和Y_NPK,表示缺氮、缺磷、缺钾和全肥区产量。
肥料氮（磷、钾）贡献率：
${{C}_{\text{fN}}}_{\text{fP}\text{fK})}%=\frac{{{Y}_{\text{NPK}}}\text{-}{{Y}_{\text{PK(NK}\text{NP)}}}}{{{Y}_{\text{NPK}}}}\times 100$
式中,C_fN(fK、fP)表示肥料氮（磷、钾）贡献率。
肥料氮（磷、钾）增产率：
${{I}_{\text{fN}\text{fP}\text{fK}}}%=\frac{{{Y}_{\text{NPK}}}\text{-}{{Y}_{\text{PK(NK}\text{NP)}}}}{{{Y}_{\text{PK(NK}\text{NP)}}}}\times 100$
式中,I_fN(fK、fP)表示肥料氮（磷、钾）增产率。
1.4.2 养分利用效率相关指标计算方法土壤养分供应能力用不施某种养分时地上部对该养分的吸收量表示,如土壤供氮、磷和钾的能力分别用N0P2K2、N2P0K2和N2P2K0处理地上部植株吸氮、磷和钾量表示,作物对土壤的利用效率用土壤有效氮（磷、钾）利用效率、土壤氮（磷、钾）依存率评价;作物对肥料的利用效率使用氮（磷、钾）肥料回收率和氮（磷、钾）肥料农学效率评价,计算方法如下。
土壤有效氮（磷、钾）养分利用效率：
$\text{ANR}{}_{\text{N}(\text{P}\text{K)}}=\frac{A{}_{\text{PK(NK}\text{NP)}}}{{{S}_{\text{N(P}\text{K)}}}}$^[13,14]
式中,A_PK(NK、NP)表示地上部缺氮（磷、钾）处理氮（磷、钾）的吸收量,S_N(P、K)表示土壤有效氮磷钾的含量。
土壤氮（磷、钾）依存率：
$\text{DR}{}_{\text{N(P}\text{K)}}(%)=\frac{A{}_{\text{PK(NK}\text{NP)}}}{A{}_{\text{NPK}}}\times 100$^[5,14]
氮（磷、钾）肥料回收率（肥料利用率）：
$\text{RE}{}_{\text{N(P}\text{K)}}(%)=\frac{A{}_{\text{NPK}}- A{}_{\text{PK(NK}\text{NP)}}}{{{I}_{\text{N(P}\text{K)}}}}\times 100$^[5,14]
式中,A_NPK表示施氮磷钾区植物籽粒和秸秆的总氮（磷、钾）吸收量;A_PK(NK、NP)表示缺氮（磷、钾）处理地上部氮（磷、钾）吸收量,I_N(P、K)表示氮（磷、钾）肥养分投入量。
氮（磷、钾）肥料农学效率：
$\text{AE}{}_{\text{N(P}\text{K)}}(%)=\frac{Y{}_{\text{NPK}}- {{Y}_{\text{PK(NK,NP})}}}{{{I}_{\text{N(P}\text{K)}}}}\times 100$^[5,14]
式中,Y_NPK表示全肥区植物籽粒产量;Y_PK(NP、NK)表示缺氮（磷、钾）处理作物籽粒产量,I_N(P、K)表示氮（磷、钾）肥养分投入量。
为评价水稻肥料养分利用效率对土壤基础地力产量的响应,本文使用平均单产法^[12,15]将246个试验按不施肥对照产量的高低将土壤基础地力产量分为<4、4—5、5—6、6—7和>7 t·hm^-2共5个等级,分别代表低、中低、中、中高和高5个基础地力等级。通过土壤基础地力分级比较不同肥力水平下田块的养分利用效率。数据处理和统计分析在Microsoft Excel 2016软件和SigmaPlot 12.0软件中进行。

2 结果

2.1 稻田不同施肥处理产量和养分吸收量

水稻养分吸收及其干物质积累受土壤肥力、品种、肥料结构和管理方式等的影响。田间试验结果表明（表2）,重庆稻田基础地力产量（无肥区产量）5.72 t·hm^-2,全肥区产量7.51 t·hm^-2,施肥增产量1.76 t·hm^-2,增产率30.8%,施肥增产作用明显。缺氮区、缺磷区和缺钾区水稻产量分别为6.34、7.14和7.23 t·hm^-2,施氮磷钾肥的增产量分别为1.17、0.37和0.28 t·hm^-2,增产率分别为18.5%、5.2%和3.9%,氮肥的增产作用远高于磷钾肥。
Table 2
表2
表2重庆不同区域水稻产量
Table 2The yield of rice in different ecological regions of Chongqing

处理 Treatment	产量 Yield (t·hm^-2)
处理 Treatment	渝西SY	渝中MY	渝东南SE	渝东北 NE	重庆CQ
无肥区N0P0K0	6.01±1.42	5.55±1.21	5.40±0.94	6.45±0.67	5.72±1.26
全肥区N2P2K2	8.17±1.36	7.97±1.73	5.67±2.71	8.79±2.39	7.51±2.18
缺氮区N0P2K2	6.73±1.30	6.07±1.25	6.00±1.02	7.38±0.73	6.34±1.25
缺磷区N2P0K2	7.40±1.22	7.11±1.32	6.70±1.22	8.05±0.57	7.14±1.28
缺钾区N2P2K0	7.53±1.24	7.27±1.36	6.60±1.24	8.25±0.65	7.23±1.33

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通常水稻产量高,其养分吸收量也高^[16]。通过计算重庆不同区域水稻“3414”试验无肥区、全肥区和缺肥区地上部养分吸收量得表3,从表中可以看出重庆水稻氮磷钾养分的吸收量从高到低均为全肥区>缺肥区>无肥区,肥料对水稻养分吸收的促进作用明显。无肥区氮磷钾养分吸收量（土壤养分供应能力）分别为91、20和116 kg·hm^-2,远低于相应养分缺肥区吸收量的100、56和161 kg·hm^-2,这可能是由于养分之间相互促进吸收造成的。从不同区域来看,重庆水稻基础地力产量从高到低依次为渝东北>渝西>渝中>渝东南,而不同区域全肥区、缺肥区和无肥区地上部氮吸收量高低顺序与基础地力产量顺序相同,这说明高基础地力产量会促进地上部氮养分吸收量。
Table 3
表3
表3重庆不同区域水稻养分吸收量
Table 3The nutrition accumulation of rice in different ecological regions of Chongqing

处理 Treatment	养分种类 Nutrient varieties	地上部吸收量 Aboveground absorption (kg·hm^-2)
处理 Treatment	养分种类 Nutrient varieties	渝西SY	渝中MY	渝东南SE	渝东北 NE	重庆CQ
无肥区 N0P0K0	N	104±26	82±22	83±29	107±13	91±27
	P₂O₅	19±8	24±10	18±9	20±6	20±9
	K₂O	135±110	107±38	98±35	118±35	116±75
全肥区 N2P2K2	N	162±29	139±30	135±38	168±38	148±34
	P₂O₅	75±59	90±38	62±26	62±36	77±46
	K₂O	213±62	187±53	170±55	193±55	193±59
缺氮区N0P2K2	N	117±26	89±24	88±23	119±19	100±28
缺磷区N2P0K2	P₂O₅	55±18	57±15	56±19	59±26	56±17
缺钾区N2P2K0	K₂O	180±57	147±46	154±41	185±41	161±51

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2.2 基础地力产量等级与养分吸收量的关系

水稻养分高效吸收取决于根际养分供应能力及土壤养分的有效性^[17]。稻田基础地力产量与缺素区养分的吸收量存在联系,如图1所示,将稻田基础地力产量分为<4 t·hm^-2（低L）、4—5 t·hm^-2（中低ML）、5—6 t·hm^-2（中等M）、6—7 t·hm^-2（中高MH）、>7 t·hm^-2（高H）5个等级,分别代表1—5级,随着稻田基础地力等级的提高,水稻养分的吸收量也随之不断增加,说明较高的基础地力会带来作物较高的养分吸收量,这可能是由于较高基础地力,其氮磷钾养分供应能力也相对较高,进而促进作物养分吸收造成的。

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图1不同基础地力产量等级稻田缺素区地上部养分吸收量
-->Fig. 1The nutrient accumulation of the rice overground part of with different soil inherent productivity levels
-->

2.3 重庆基础地力及水稻的土壤养分利用效率

土壤基础地力与肥力有着密切的联系,统计不同基础地力等级土壤养分含量得表4。从表4中可以看出,基础地力等级处于低和中低水平的（<5 t·hm^-2）样本数为63,占总样本量的25.6%,重庆中低和低地力水平稻田仍占有较高的比例。低基础地力等级（<4 t·hm^-2）稻田土壤pH为5.1,远低于其他等级（pH 6.1—6.3）,这说明土壤pH过低可能是低基础地力等级稻田的限制因素。从表4中可以看出,土壤有机质和碱解氮含量会随着基础地力的提高而升高,有效钾也有类似趋势,但这种趋势在有效磷上表现不明显。
Table 4
表4
表4重庆不同基础地力等级试验点供试土壤的基础理化性质
Table 4The soil physical-chemical properties of rice fertilizer test at different ISP grade in Chongqing

基础地力等级 Grade of ISP	样本数 Sample size	pH	有机质 SOM(g·kg^-1)	碱解氮 Alkalotic N(mg·kg^-1)	速效磷 Available P(mg·kg^-1)	速效钾 Available K(mg·kg^-1)
<4 t·hm^-2低 Low	23	5.1±1.8	22.1±11.6	105±38	12.3±11.7	89±29
4—5 t·hm^-2中低Middle-Low	40	6.2±0.9	24.3±12.6	124±31	14.8±11.9	86±34
5—6 t·hm^-2中等Middle	92	6.1±1.0	24.4±10.4	125±38	11.8±8.9	97±37
6—7 t·hm^-2中高Middle-High	58	6.2±1.5	26.8±12.4	127±49	13.8±10.1	100±46
>7 t·hm^-2高High	33	6.3±1.1	28.7±7.6	136±35	12.6±8.3	105±41

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从表5可以看出,重庆不同区域水稻对土壤氮的有效养分吸收效率和依存率从高到低依次为渝东北>渝西>渝中>渝东南,高基础地力区域的水稻对土壤氮的吸收效率也相对较高,但这种趋势在磷钾上表现不明显。
Table 5
表5
表5重庆不同区域水稻土壤有效养分吸收效率
Table 5Soil available nutrient absorption efficiency and soil nutrient dependence rate of rice fertilizer in different region of Chongqing

区域 Region	土壤有效养分吸收效率 Soil available nutrient absorption efficiency (%)			土壤养分依存率 Soil nutrient dependence rate (%)
区域 Region	氮N	磷P	钾K	氮N	磷P	钾K
渝西SY	7.8±3.5	51.0±26.9	14.8±7.2	59±12	72±19	79±23
渝中MY	5.4±2.9	42.8±20.1	13.0±7.0	56±13	68±14	72±17
渝东南SE	6.2±2.1	46.6±30.1	13.9±8.3	69±22	75±18	62±21
渝东北NE	8.3±3.2	41.9±6.4	11.6±7.5	58±15	75±15	75±16
重庆CQ	6.5±2.9	46.3±24.5	13.8±7.3	60±17	73±18	72±21

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根据重庆各“3414”水稻试验土壤有效养分吸收效率和依存率与相应基础地力产量制作散点图（图2和图3）。从图2中可以看出,重庆稻田基础地力产量与土壤有效氮的吸收效率呈显著指数相关,相关系数为0.1555,达到显著水平,指数方程为y=2.3199e^0.1509^x。土壤基础地力产量与土壤氮养分依存率有较好的线性关系,相关系数为0.2117,达到极显著水平,线性方程为y=4.0916x+45.259（图3）。但是基础地力产量与水稻对土壤有效磷和有效钾的吸收效率的相关系数达不到显著水平,土壤磷钾依存率也有类似现象。

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图2稻田土壤有效态氮（N）、磷（P）、钾（K）吸收效率与基础地力产量的关系
-->Fig. 2The relationship between paddy soil available N, P, and K absorption efficiency and inherent soil productivity yield
-->

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图3稻田土壤氮（N）、磷（P）、钾（K）养分依存率与基础地力产量的关系
-->Fig. 3The relationship between paddy soil N, P, and K dependent and inherent soil productivity
-->

2.4 重庆基础地力及水稻的肥料养分吸收效率

从表6中可以看出,在相同氮磷钾施肥水平下,随着基础地力等级的升高,水稻氮磷钾肥料的农学效率从14.2、15.6和15.3 kg·kg^-1,降至9.8、9.3和9.0 kg·kg^-1,而氮磷钾肥料回收率（肥料利用率）也从28.4%、20.8%和33.2%降至21.5%、14.5%和30.1%,分别下降6.9%、4.5%和3.1%,高基础地力会影响肥料的利用效率。重庆稻田氮、磷、钾肥料回收率分别为23.0%、16.4%和30.3%,农学效率分别为11.2、10.7和9.2 kg·kg^-1（表7）。
Table 6
表6
表6重庆稻田不同基础地力等级肥料回收率和农学效率
Table 6The fertilizer recovery efficiency and agronomy efficiencies at different ISP grade

基础地力等级 Grade of ISP	肥料回收率 RE（%）			农学效率 AE （kg·kg^-1)
基础地力等级 Grade of ISP	N	P₂O₅	K₂O	N	P₂O₅	K₂O
<4 t·hm^-2	28.4	20.8	33.2	14.2	15.6	15.3
4—5 t·hm^-2	26.6	20.1	36.0	13.0	12.6	10.6
5—6 t·hm^-2	23.6	16.3	32.3	11.9	10.2	11.4
6—7 t·hm^-2	22.3	16.0	34.3	10.5	10.3	9.5
>7 t·hm^-2	21.5	14.5	30.1	9.8	9.3	9.0

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Table 7
表7
表7重庆不同区域稻田肥料回收率和农学效率
Table 7The fertilizer recovery efficiency and agronomy efficiencies of paddy rice in different ecological regions of Chongqing

区域 Region	肥料回收效率RE（%）			肥料农学效率（kg·kg^-1)
区域 Region	N	P₂O₅	K₂O	N	P₂O₅	K₂O
渝西SY	22.1±11.3	15.4±8.3	31.0±11.4	11.0±5.1	11.4±7.7	8.9±7
渝中MY	24.9±14.6	17.8±7.2	30.8±13.1	13.0±5.5	11.4±7.7	10.3±8.4
渝东南SE	23.3±13.4	15.9±7.5	28.8±13.7	9.7±5.3	8.7±8.7	9.9±8.9
渝东北NE	20.4±10.7	18.5±7.6	25.6±13.6	8.0±6.4	5.7±6.7	4.3±4.7
重庆CQ	23.0±12.7	16.4±7.5	30.3±13.7	11.2±5.5	10.7±7.9	9.2±7.7

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利用氮磷钾肥料回收率与相应土壤养分贡献率做散点图（图4）。从图4中可以看出,稻田氮肥的回收率与土壤氮贡献率呈线性负相关,线性方程为y = -0.5651x+ 73.899,相关系数为0.1883,达到显著水平,土壤氮的贡献率越高,氮肥的回收率就越低（图4）。但是磷钾肥与相应的土壤养分贡献率线性相关系数未能达到显著水平,这说明重庆稻田土壤磷钾养分贡献率与相应的肥料回收率相关性不强,不能很好的反映磷钾肥的回收率。从图5中可以看出,稻田氮磷钾肥料农学效率与相应的土壤养分贡献率有着重要的关系,均呈显著线性相关,相关系数分别为0.7739、0.8726和0.8204,达到极显著水平,土壤养分贡献率越高,相应的肥料农学效率就越低,这说明较高的基础土壤养分贡献率会降低肥料农学效率,减弱施肥的效果。

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图4稻田土壤氮（N）、磷（P）、钾（K）贡献率与相应肥料养分回收率的关系
-->Fig. 4The relationship between paddy soil N, P, and K contribution and corresponding apparent efficiency
-->

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图5稻田土壤氮（N）、磷（P）、钾（K）贡献率与相应肥料农学效率的关系
-->Fig. 5The relationship between paddy soil N, P, and K contribution and corresponding agronomic efficiency
-->

3 讨论

3.1 土壤基础地力与养分供应能力

徐明岗认为我国目前作物主产区耕地的基础地力水平,远不能满足当前农业生产的需要,耕地基础地力已经或正在成为高产、高密度品种增产潜力发挥的重要限制因素之一^[18]。目前,欧美国家粮食产量的70%—80%靠基础地力,20%—30%靠水肥投入,而我国肥料对粮食产量的贡献率达到50%左右^[19],也有研究认为我国化肥对粮食的贡献率为40.8%^[20]。前人针对稻田基础地力也做了较多研究,汤勇华等的研究表明中国水稻产量的肥料贡献率为38.1%,基础地力产量一般在4 t·hm^-2以上^[21]。重庆246个水稻“3414”试验结果显示,重庆稻田基础地力产量为5.72 t·hm^-2,稻田土壤氮、磷、钾供应能力为100、56和161 kg·hm^-2,与四川盆地稻田土壤氮（111 kg·hm^-2）和钾（167 kg·hm^-2）的供应能力基本持平,土壤磷供应能力高于四川盆地（24.6 kg·hm^-2）^[12],这可能与重庆区内富磷钾紫色土分布广泛有关。重庆水稻氮磷钾肥料增产率分别为18.5%、5.2%和3.9%,氮肥仍然是保障作物增产的最关键因素。四川盆地氮肥、磷肥和钾肥的增产率分别是26.6%、14.4%和10.3%^[12],高于本研究结果。叶全宝等在对不同土壤氮肥利用效率研究中发现,水稻施肥产量效应差异的主要原因可能与土壤基础肥力的差异有关,施用氮肥对不同土壤条件下水稻的秸秆吸氮量、籽粒吸氮量和总吸氮量均有显著影响^[22,32]。曾祥明等的研究表明在等量磷、钾投入的条件下,高基础地力有利于水稻干物质和氮素的累积^[15]。本研究表明,高基础地力同样可以促进水稻对钾的吸收。

3.2 基础地力与养分吸收效率

基础地力是衡量土壤肥力的综合指标,一般而言,农田基础地力越高,其土壤肥力水平就越高^[21]。本研究表明基础地力较高的区域其有机质和碱解氮含量也相对较高,这与查燕的研究结果类似^[23],同时研究发现pH过低是重庆低基础地力稻田的限制因素。
高基础地力稻田施肥增产潜力小,应挖掘栽培、水分等非施肥因素,而低基础地力施肥增产潜力较大,施肥仍然是增产的重要措施^[15]。薛亚光等^[24]的研究表明,通过栽培技术的集成与优化,优化栽培农学利用率和吸收利用率分别较当地高产栽培提高8.4%—38.6%和66.5%—98.2%。而低地力条件下施肥,尤其是有机无机配施均表现出较好的增产和地力提升效果^[8,15,23]。曾祥明在湖北董口试验点的研究表明,在低地力稻田,农民习惯施肥的的氮肥利用率为30.6%,显著高于高地力稻田的21.1%,同时减量后的优化施肥处理,也可以有效提高氮肥的利用率。本研究也发现在相同施肥水平下,重庆稻田在高基础地力稻田（>7 t·hm^-2）比低基础地力稻田（<4 t·hm^-2）氮磷钾肥利用率分别低6.9%、4.5%和3.1%,这可能是由于在高基础地力土壤上施肥的增产幅度较低造成的。郑盛华等^[25]对川西平原稻田两熟区的研究表明,施肥增产幅度为低产田>中产田>高产田,高产田CK处理的有效穗、千粒重显著高于低产田。研究表明,四川盆地基础地力产量高于5 t·hm^-2的稻田,其产量的稳定性和可持续性显著增加^[5]。本研究从养分利用效率来看,在相同施肥水平下,重庆中等基础地力等级稻田（5—6 t·hm^-2）的氮、磷和钾肥料回收率明显低于中低等级（4—5 t·hm^-2）,这说明当基础地力产量高于5 t·hm^-2时,已经对肥料回收率有了明显的限制作用,施肥的增产作用下降,产量趋于稳定,这可能也是导致其稳定性和可持续性增加的原因之一。以上研究均表明施肥在高基础地力稻田的效果不及低基础地力稻田,但也有研究表明中低产区的化肥增产作用不一定高于高产地区^[21,22,23],王寅等^[8]认为虽然低地力田块施肥的相对增产效果好,但绝对增产量及施肥收益仍以高地力田块较好。此外施肥水平、气候和障碍因子等都会对肥效产生影响。
土壤有效态养分含量的高低会对植物内循环效率产生作用,从而影响植物的养分利用效率,同时还受到土壤中养分平衡的影响^[7]。本研究的结果表明,耕地基础地力产量与土壤有效氮的吸收效率呈指数相关关系,较高的耕地基础地力水平会促进作物对土壤有效氮的吸收。这可能与高基础地力水平下,土壤氮的供应能力较强有关。朱霞和陈磊的研究发现化肥与有机肥长期配施显著提高土壤供氮能力,增加了植株吸氮量^[29,30]。BRIDGHAM等^[31]的研究结果表明,在一定范围内,随着土壤养分有效性的降低,植物的养分利用效率会增大,但当土壤养分有效性下降到一定程度后,养分利用效率就会降低,但在本研究范围内还未发现由于过低耕地地力或养分造成作物养分利用效率降低的现象。
从本研究结果来看,土壤氮养分贡献率与氮肥料回收率呈显著负相关关系,但磷钾相关性不强,土壤养分依存率和养分吸收量也存在着类似的现象。这可能是由于土壤氮对产量的贡献率通常高于磷钾^[12,32],耕地地力水平与氮养分贡献率的相关性也相对较强造成的。只有与作物产量、基础地力产量联系密切的耕地指标,如农学效率,才能与磷、钾土壤养分贡献率建立显著的相关关系,而且通常氮的相关系数也都高于磷钾。廖育林等^[5]通过连续33年水稻长期定位施肥研究表明,磷生理利用率,钾肥回收利用率（回收率）与土壤养分贡献率也没有建立显著线性相关性。总体来讲,耕地基础地力水平对氮的养分利用效率反映能力要优与磷钾。结果表明,同土壤相关的养分利用率指标,如土壤有效氮利用率、土壤氮依存率和作物氮养分吸收量会随着基础地力水平的提高而提高,这说明基础地力水平提高可以促进养分的供应和作物吸收能力。而与肥料相关的指标,如氮养分回收率、氮磷钾农学效率会随着土壤基础地力的提高而下降,这说明较高的基础地力会降低肥料养分的利用效率,同时由于高基础地力的肥力水平普遍较高,施肥对高基础地力稻田地力提升潜力不足,因此当在高基础地力水平下,应当减少肥料施用量,尤其是氮肥的施用量,这对提高养分利用效率和实现水稻高产稳产具有重要的作用。

4 结论

4.1 在氮肥（N）150 kg·hm^-2、磷肥（P₂O₅）90 kg·hm^-2和钾肥（K₂O）90 kg·hm^-2施肥水平下,高基础地力可以提高水稻产量和对土壤养分的吸收量,但对肥料养分的利用效率下降。在高基础地力条件下（基础地力产量>5 t·hm^-2）施肥对水稻的增产作用和地力提升作用有限,应限制肥料的投入,尤其是氮肥的投入,以提高肥料的利用效率,但施肥对低基础地力稻田仍有较好的增产作用,因此适当提高低地力稻田肥料用量,有助于产量的提高和地力的提升。
4.2 稻田土壤基础地力能够很好的反映水稻对土壤和肥料中氮养分的利用效率。
（责任编辑李云霞）
The authors have declared that no competing interests exist.