摘要 通过“3414”回归最优设计原理设置水稻肥效试验，根据试验结果拟合建立了氮、磷、钾因素与稻谷产量的三元二次、一元二次水稻肥料效应方程，由此数学模型得出理论氮、磷、钾肥最佳施用量。综合分析不同推荐施肥方法的推荐施肥量，结合滇中广大紫色土区紫砂泥田的农业生产实际，得出水稻最佳施肥量为纯氮15.13 kg/667 m2、五氧化二磷2.15 kg/667 m2、氧化钾3.69 kg/667 m2，对应稻谷产量为586.0 kg/667 m2；最高施肥量为纯氮16.35 kg/667 m2、五氧化二磷3.99 kg/667 m2、氧化钾8.92 kg/667 m2，对应稻谷产量608.6 kg/667 m2。
关键词 水稻；“3414”试验；施肥模型；推荐施肥量
中图分类号 S511；S147.5 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2012）19-0014-03
滇中广大山区海拔2 300 m以下90%左右的水稻田为紫色土。研究水稻在该区域的紫砂泥田土壤中氮、磷、钾元素肥料的施肥效应，得出最佳施肥量，为建立水稻施肥模型和肥料配方提供试验依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验田位于大麦地镇普龙村委会卧马都新村得勒母底，为稻—稻—菜一年三熟制。供试土壤为紫砂泥田。试验选择在当地有代表性的田块进行，试验田面积1 733.33 m2，中下等肥力，常年产量9 000 kg/hm2，前作为玉米。地理位置位于东经101°44′57″，北纬24°19′38″，海拔685 m，年降水量700 mm，有效积温7 897.7 ℃，年均温21.2 ℃。耕作层厚度25 cm，0～20 cm耕作层土壤含有机质16.5 g/kg、碱解氮44.8 mg/kg、有效磷12.0 mg/kg、速效钾49 mg/kg，pH值8.00。
1.2 试验材料
供试肥料：氮肥为尿素（含N 46%，“金沙江”牌）；磷肥为普通过磷酸钙（含P2O5 16%，“勤丰”牌）；钾肥为硫酸钾（含K2O 50%，“双狮”牌）。供试作物为水稻，其品种为桂朝2号。
1.3 试验设计
试验采用“3414”最优回归设计，设氮、磷、钾肥料3个因素，4个施肥水平，14个处理，13次重复，共42个小区。小区施肥量及试验设计见表1。随机区组排列，小区面积20 m2（5 m×4 m）。小区重复间距50 cm，处理间距20 cm。小区间用混凝土空心砖筑埂，埂高30 cm，处理间筑埂宽20 cm，重复间筑埂50 cm（其中建筑排灌沟10 cm），使各小区之间有独立的排灌系统，排灌分离，单排单灌，进水口高，出水口低。并用塑料薄膜包裹埂子埋深20～25 cm，防止串水。试验区四周设2.5 m保护行。试验不施任何农家肥。栽培规格为20 cm×13 cm，每个小区拉线条栽25行30丛，每丛栽2根苗，每个小区栽750丛，基本苗为1 500根。
1.4 试验实施
4月29日抽提无污染的水泡田，两犁两耙，做到田平泥化。5月1日按照试验设计要求进行田间区划、用混凝土空心砖筑埂包裹塑料薄膜，磷、钾肥作底肥一次性全部施入，氮肥施入总量的70%，施肥后用探耙摊田，使肥料与土壤均匀混合。4月15日育苗，5月3日移栽秧苗[1-3]。结合田间长势长相于5月13日适时施分蘖肥，施用量为所需氮肥总量的20%，7月25日施穗肥，施用量为所需氮肥总量的10%。各个生育阶段强化水浆管理，确保水稻生长发育。加强防治病虫害，于6月15日用吡虫灵防治稻飞虱1次，7月17日用18%杀虫双水剂3 L/hm2与三环唑750 g/hm2混合防治螟虫、预防稻瘟病1次[4-6]。
1.5 调查内容与方法
每个小区按“梅花样”设定点观察点5个，每点调查6丛稻株，并做显著标记，每7 d观察1次。试验前选取耕层土壤样品1 kg，试验收获后每个重复的1、2、4、6、8小区中选取土样，制成各处理混合土样5个；每个重复的1、2、4、6、8小区中选取水稻植株、水稻籽粒样品，分别制成各处理混合水稻植株样品5个、水稻籽粒样品5个供检测分析。
2 结果与分析
2.1 水稻产量及经济效益分析
2.1.1 产量。从表2可以看出，试验中各施肥处理与空白处理1相比较，稻谷产量都有不同程度的增长，其中处理9的产量最高，为675.7 kg/667 m2。小区稻谷产量按由高到低排列次序为：处理9（N2P2K1）>处理4（N2P0K2）>处理7（N2P3K2）>处理6（N2P2K2）>处理10（N2P2K3）>处理8（N2P2K0）>处理14（N2P1K1）>处理12（N1P1K2）>处理5（N2P1K2）>处理13（N1P2K1）>处理3（N1P2K2）>处理11（N3P2K2）>处理2（N0P2K2）>处理1（N0P0K0）。
2.1.2 效益分析。根据试验小区稻谷产量、肥料施用量及市场价格（稻谷1.90元/kg，尿素1.78元/kg，普钙0.48元/kg，硫酸钾2.55元/kg），进行经济效益分析（表2）。从表2可以看出，纯收入以处理9（N2P2K1）最高，处理4（N2P0K2）居第 2位，处理8（N2P2K0）居第3位，处理6（N2P2K2）居第4位。产投比最高的是处理13（N1P2K1），其次是处理8（N2P2K0），处理12（N1P1K2）居第3位，处理2（N0P2K2）居第4位，说明这4个处理的肥料配方产出的效益较高。处理13、处理8、处理9、处理12、处理2的纯收入增加量和产投比处于前列。说明类似该试验点农业生态条件的地区任意选用处理13、处理8、处理9、处理12、处理2中的肥料配方可以获得较好的经济效益。
2.2 肥料效应函数分析 2.2.1 施氮效果分析。在磷、钾水平不变的情况下，根据氮肥不同施用量及水稻产量（表2），通过回归分析得出氮肥用量与水稻产量之间的回归方程：
y=402.93+24.869N-0.724 5 N2（R2=0.997 3） （1）
式（1）中，y、N分别代表稻谷产量和纯氮施用量，单位均kg/667 m2。
通过氮元素的肥料效应方程，可以得出该试验点水稻最高产量施肥量（纯氮）为17.475 kg/667 m2，稻谷产量为610.1 kg/667 m2；最佳施肥量为15.985 kg/667 m2，稻谷产量为608.6 kg/667 m2。同时随着氮肥施入量的增加，稻谷产量也在增加（图1），但达到最佳施肥量以后，随着施肥量的增加，稻谷产量却逐渐减少。
2.2.2 施磷效果分析。在氮、钾肥料水平不变的情况下，根据磷肥不同施用量及水稻产量（表2），通过回归分析，得出磷肥用量与水稻产量之间的回归方程：
y=623.0-16.278P+1.907 5P2（R2=0.422 5） （2）
式（2）中，y、P分别代表稻谷产量和纯磷施用量，单位均为kg/667 m2。
通过磷元素的肥料效应方程，得出该试验点磷肥的最高产量施肥量（纯磷）为4.27 kg/667 m2，产量588.3 kg/667 m2；最佳施肥量为4.68 kg/667 m2，水稻产量为564.7 kg/667 m2。水稻产量随磷肥施用量的增加呈下降趋势，当施磷量达到5 kg/667 m2时，水稻产量又随施磷量的增加而增加（图2）。
2.2.3 施钾效果分析。在氮、磷肥料水平不变的情况下，根据钾肥不同施用量及水稻产量（表2），通过回归分析得出钾肥用量与水稻产量的回归方程：
y=606.15+16.626K-1.271 6K2（R2=0.742 6） （3）
式（3）中，y、K分别代表稻谷产量和纯磷施用量，单位均为kg/667 m2。
通过钾元素的肥料效应方程，可以得出该试验点水稻钾肥最高产量施肥量（纯钾）为6.54 kg/667 m2，水稻产量为660.5 kg/667 m2。最佳施肥量为5.48 kg/667 m2，水稻产量为683.4 kg/667 m2。水稻产量随钾肥施用量的增加而增加，当超过最高施肥量时，水稻产量开始呈下降趋势。
2.2.4 氮、磷、钾肥综合施用效果分析。由表2进行回归分析，可以获得氮、磷、钾肥施用量与水稻产量之间的三元二次回归方程：
Y=341.115 9+23.858 5N-8.300 3P+19.932 7K-0.697 5N2
+0.975 7P2-0.366 2K2+0.801 3NP-0.475 6NK
-1.41PK （4）
式（4）中，y、N、P、K分别代表稻谷产量和纯氮、纯磷、纯钾施用量，单位均为kg/667 m2。
对回归模型检验（复测定系数R Square R2 = 0.941 9，F值=7.204，F0.05=6.00）。F值=7.204>F0.05=6.00，达显著水平（表3），说明获得的肥料效应方程与生产实际拟合比较好，水稻产量与纯氮、五氧化二磷、氧化钾施用量之间存在显著的回归关系。该方程与一元二次方程相比，有了氮、磷、钾之间的相互作用，NP、NK、PK前的系数均为交互效应系数，因此可以更加准确地反映水稻产量与肥料用量的效应关系。该试验点的复测定系数R2=0.941 9，说明方程拟合程度较好。
根据回归模型，计算得出该试验点水稻最高施肥量为纯氮16.35 kg/667 m2、五氧化二磷3.99 kg/667 m2、氧化钾8.92 kg/667 m2，对应稻谷产量608.6 kg/667 m2；最佳施肥量为纯氮15.13 kg/667 m2、五氧化二磷2.15 kg/667 m2、氧化钾3.69 kg/667 m2，对应稻谷产量586.0 kg/667 m2。
2.3 肥料增产效果分析
2.3.1 氮肥增产效果。在磷、钾肥供应适量的情况下，氮肥增产效果非常明显，1 kg纯氮增产稻谷5.2～19.0 kg，但随着氮肥用量增加其增产效果呈下降趋势。
2.3.2 磷肥增产效果。在氮、钾肥供应适量的情况下，磷肥的增产效果不显著，随着磷肥用量增加其增产效果也呈下降趋势。1 kg五氧化二磷增产稻谷2.00～7.23 kg，增产效果低于氮肥。
2.3.3 钾肥增产效果。在氮、磷肥供应适量的情况下，钾肥的增产效果很显著，但随着钾肥用量增加其增产效果也呈下降趋势。1 kg氧化钾增产稻谷2.4～17.0 kg，略低于氮肥，而高于磷肥。
2.4 养分吸收量和利用率及其校正系数
根据试验结果分析单位稻谷产量养分吸收率和氮、磷、钾土壤供肥量和肥料利用率、校正系数，结果表明，该试验点生产100 kg稻谷所吸收的纯氮、五氧化二磷、氧化钾养分分别为1.89、0.54、2.90 kg，土壤供氮量为6.46 kg/667 m2，氮肥利用率41.2%，土壤氮养分校正系数为1.025；土壤供磷量为1.85 kg/667 m2，磷肥利用率2.87%，土壤磷养分校正系数为0.360；土壤供钾量为9.9 kg/667 m2，钾肥利用率24.8%，土壤钾养分校正系数为1.651。
3 结论与讨论
试验结果表明，合理施肥才能发挥肥料的最大增产作用。该试验点水稻最佳施肥量为纯氮15.13 kg/667 m2、五氧化二磷2.15 kg/667 m2、氧化钾3.69 kg/667 m2，对应稻谷产量586.0 kg/667 m2；最高施肥量为纯氮16.35 kg/667 m2、五氧化二磷3.99 kg/667 m2、氧化钾8.92 kg/667 m2，对应稻谷产量608.6 kg/667 m2。中等偏低的肥料配方可以提高肥料利用率4%～6%，且能获得较好的经济效益，生产上推荐施肥在增产的前提下应注意节约用肥[7-10]。试验地属于缺氮土壤，磷、钾养分含量较高，在生产上注意增施有机肥和氮肥，适当控制磷、钾肥施用量[11-12]。
4 致谢
感谢在试验项目策划、执行过程中参与大量细致艰苦工作的同事。
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