氮、磷和钾肥配施对寒地粳稻生长发育及产量的影响

赵宏伟，孙立超，贾 琰，俞聪慧，付金旭，赵佳鹏，梅英文，许美荣，罗永绪，王 皓

（东北农业大学农学院，寒地粮食作物种质创新与生理生态教育部重点实验室，哈尔滨 150030）

水稻是一种重要粮食作物，我国是水稻生产和消费大国，黑龙江省是我国重要水稻生产种植基地之一，水稻高产稳产为我国粮食安全提供重要保障。水稻生长发育过程中，肥料施用是提高水稻产量主要农艺措施之一[1]。营养元素不足导致水稻产量降低，因此，人工施肥，保证土壤养分浓度，可提高水稻产量[2]。

氮磷钾是水稻生长过程中最主要营养元素，氮肥对水稻促进作用最大。研究表明，随氮肥施用量增加，水稻株高、分蘖数和有效穗数增加，生育前期叶面积逐渐增加，随生育进程推进，氮肥用量过高导致内部竞争加剧，群体结构恶化，增加无效分蘖数，降低水稻生育后期叶面积，影响生育后期光合产物生产，导致产量降低[3-4]。氮肥施用量对水稻穗部性状、产量构成因素及产量均有显著影响，穗长、一次枝梗数和穗粒数随施氮量增加先增后降；穗数随施氮量增加而增加；千粒重逐渐降低，产量先增后降[5]。施用磷肥可促进水稻生长发育，增加株高、分蘖和叶面积指数，但磷肥过量施用，降低水稻生育后期叶面积指数[6]，不利于生育后期光合产物合成与积累，导致产量降低[7-8]。适量施用磷肥提高水稻有效穗数、穗粒数、千粒重和结实率，进而提高水稻产量[9]。增施钾肥增加水稻株高[10]，改善茎蘖结构，提高有效穗数[11]，增加群体叶面积指数，保证植株光合作用，有利于光合产物合成与转运，提高籽粒千粒重，提高水稻产量[12-13]。氮磷钾配合施用可有效增加株高[14]，提高有效穗数和叶面积指数[15]，促进光合产物合成与积累[16]，增加水稻产量[17]。

农业生产中，针对不同地域和品种制定合理施肥方案具有重要的现实意义[18]。通常选用“3414” 试验方案明确最佳施肥量及配比，其优势在于试验效率高，工作量少，已在南方地区广泛推广[19]。研究结果主要集中在氮磷钾肥配施对南方籼稻产量和肥料利用率的影响，明确最佳施肥量，指导大田生产[20]。但关于氮磷钾肥配施对寒地粳稻生长发育、产量及产量构成因素全面系统的研究鲜有报道。因此，本试验以寒地粳稻东农427为试验材料，采用“3414”最优设计方案，研究氮磷钾肥配施对寒地粳稻株高、分蘖、叶面积、产量及产量构成因素的影响，明确氮磷钾肥最适施用量，为寒地粳稻合理施肥奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验地点与条件

试验于2018、2019 年在东北农业大学实验实习与示范阿城基地开展，该地区位于东经127°22′～127°50′，北纬45°34′～45°46′。供试土壤为黑土，土壤基础肥力见表1。

1.2 试验材料

表1 试验区0～20 cm耕层土壤基础理化性状Table1 Physical and chemical properties of soil foundation at surface layer 0-20 cm in the test area

本试验选用寒地粳稻品种东农427，是黑龙江省第一积温区主栽水稻品种，该品种具有优质、高产、分蘖旺盛、株型好、抗病、耐冷等优点。

1.3 试验设计

试验采用“3414”施肥方案，3 个因素分别为氮、磷、钾，每个因素4个水平，共14个处理（见表2），每个处理3 次重复。供试肥料氮肥为尿素，含N 46%；磷肥为磷酸二胺，含N 18%，含P2O546%；过磷酸钙，含P2O512%；钾肥为硫酸钾，含K2O 50%。氮肥施入方式为基肥∶蘖肥∶穗肥=6∶3∶1，磷、钾肥作为基肥一次性施入，N0处理中磷肥用过磷酸钙。每小区四周设保护行和隔离行，小区间筑埂，单排单灌。每个小区面积为20 m2。于2018年4 月20 日（2019 年4 月17 日）播种，2018 年5 月20 日（2019 年5 月24 日）移栽，插秧规格为：30 cm×10 cm。全生育期田间管理同生产田。

1.3 测定项目及方法

表2 “3414”施肥设计各处理3种肥料用量Table 2 Dosage of three fertilizers for each treatment in fertilization design of "3414"

1.3.1 株高

水稻返青后各区定点选取5 穴整齐一致稻株挂牌标记，3 次重复，每3 d 测定株高，至抽穗期结束。

1.3.2 分蘖

水稻返青后各区定点选取5穴整齐一致稻株挂牌标记，3 次重复，每3 d 测定分蘖数，至抽穗期结束。

1.3.3 叶面积

水稻返青后各区定点选取5穴整齐一致稻株挂牌标记，3次重复，分别于分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、成熟期利用打孔称重法测量叶面积，计算叶面积指数。抽穗期时，测定水稻高效叶面积并计算高效叶面积率。

1.3.4 穗部性状、产量构成因素及产量

每区另取代表性稻株5 穴，3 次重复，室内考种，测定水稻穗长、一次枝梗数、一次枝梗粒数、二次枝梗数、二次枝梗粒数、有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重。各处理选取2 m2实割，3次重复，收获后自然风干，脱粒称重并计算实际产量。

1.3.5 相关计算

①光合势（m2·d）·m-2=1/2（LAI1+LAI2）（t2-t1），LAI1和LAI2为前后2次测定叶面积指数，t1和t2为前后2次测定时间（d）。

②高效叶面积率（%）=高效叶面积指数/最大叶面积指数×100%。

1.4 数据整理与分析

运用Microsoft Excel 2007 和SPSS 19.0 统计软件对上述结果作图及统计分析。

2 结果与分析

2.1 氮、磷和钾肥配施对水稻生长发育的影响

2.1.1 氮、磷和钾肥配施对水稻株高的影响

由图1可知，寒地粳稻品种东农427株高在全生育期内呈“S”型曲线增长；随生育进程推进，株高在分蘖期（6月8日）增长速度较为缓慢，分蘖期-拔节期（6月8日～7月2日）株高增长迅速，拔节期-抽穗期（7月2日～7月26日）增长速度下降，并于齐穗期（8 月1 日）达最大值后趋于稳定。由表3 可知，水稻最终株高分别为78.37～88.73 cm（2018年）和77.23～88.07 cm（2019年）；株高生长速率分别为1.10～1.25 cm·d-1（2018 年）和1.08～1.23cm·d-1（2019年）。氮磷钾肥配施对水稻最终株高及株高生长速率影响显著；肥料施用量为“2”水平和“3”水平的处理（N2P2K2、N3P2K2、N2P3K2、N2P2K3）最终株高与缺少单一肥料处理（N0P2K2、 N2P0K2、N2P2K0)、对照组处理（N0P0K0）最终株高差异显著。在3 种肥料任意两种肥料施用量为“2”水平时，水稻最终株高以及株高生长速率均随另一种肥料施用量增加而增加。其中，N3P2K2处理水稻最终株高以及株高增长速率显著高于其他处理，较N0P0K0 处理最终株高增加13.22%（2018 年）、13.10%（2019年）；株高增长速率增加14.68%（2018年）、13.89%（2019年）。缺少单一肥料处理水稻最终株高及株高生长速率均表现为N2P2K0＞N2P0K2＞N0P2K2，说明氮肥在水稻株高生长过程中作用高于磷肥和钾肥。

2.1.2 氮、磷和钾肥配施对水稻分蘖的影响

表3 氮、磷和钾肥配施对寒地粳稻最终株高及株高生长速率的影响Table 3 Effects of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer combined application on final plant height and plant height growth rate of japonica rice in cold region

由图2可知，水稻分蘖数从移栽返青开始呈先增后降趋势，齐穗期趋于稳定；不同氮、磷和钾肥配施处理影响寒地粳稻最高分蘖数和最终分蘖数。

水稻最终分蘖数分别为13.11～19.11 个·穴-1（2018 年）、12.44-18.00 个·穴-1（2019 年），其中N3P2K2 处理最终分蘖数最高， 较对照处理（N0P0K0）最终分蘖数分别增加45.78%（2018年）和44.69%（2019年）。

氮、磷和钾肥配施对寒地粳稻分蘖速率及成穗率的影响见表4。

由表4可知，氮、磷和钾肥配施处理对寒地粳稻分蘖生长速度的影响与最终分蘖数一致，当氮、磷和钾肥料任意两种肥料施用量为“2”水平时，水稻分蘖生长速度随另一种肥料施用量增加而增加，其中N3P2K2处理分蘖生长速度最快，每穴水稻分蘖生长速度分别为0.30 个·d-1（2018 年）、0.28个·d-1（2019年），与对照处理（N0P0K0）显著提高，分蘖生长速度分别增加44.17%（2018 年）和43.65%（2019 年）。由表4 还可知，水稻成穗率受氮磷钾肥配施调控。当氮、磷和钾3种肥料任意两种肥料施用量为“2”水平时，随另一种肥料施用量增加，水稻成穗率随第3 种肥料施用量增加而降低。 成穗率分别为68.39% ～80.02%（2018 年）、69.95%～80.12%（2019 年）。N3P2K3 成穗率最低，降幅分别为17.01%（2018 年）和14.53%（2019 年）。缺少单一肥料处理水稻最终分蘖数和分蘖生长速度表现为N2P2K0＞N2P0K2＞N0P2K2，但成穗率变化为N0P2K2＞N2P0K2＞N2P2K0。说明氮肥对水稻分蘖影响最大，高于磷肥和钾肥，但肥料施用过量导致水稻成穗率降低，氮肥尤其明显。

表4 氮、磷和钾肥配施对寒地粳稻分蘖速率及成穗率的影响Table 4 Effects of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer combined application on tillering rate and heading rate of japonica rice in cold areas

2.1.3 氮、磷和钾肥配施对水稻叶面积的影响

叶面积指数是影响水稻群体冠层特征重要指标之一，氮、磷和钾肥配施对水稻叶面积指数（LAI）有显著调控作用。由图3 可知，LAI 随生育进程推移呈先增后减变化，抽穗期达最大值。当任意两种肥料施用量为“2”水平时，随另一种肥料施用量增加，分蘖期-抽穗期LAI 表现为增加趋势，N3P2K2 处理水稻LAI 最大，显著高于其他施肥处理，抽穗期LAI 较N0P0K0 处理增加87.87%（2018年）、80.87%（2019年）；抽穗期-成熟期LAI呈先增后减变化，N2P2K2 处理LAI 表现最大，与其他施肥处理相比显著提高。由表5可知，通过对水稻各生育期叶面积指数作方差分析，各施肥处理在水稻不同生育期叶面积指数差异极显著。

氮、磷和钾肥配施对水稻抽穗期高效叶面积指数（率）的影响见表6。

表5 氮、磷和钾肥配施对水稻叶面积指数影响方差分析Table 5 Analysis of variance of the effects of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer combined application on rice leaf area index

表6 氮、磷和钾肥配施对水稻抽穗期高效叶面积指数（率）的影响Table 6 Effects of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer combined application on efficient leaf area index at heading stage of rice

由表6 可知，当任意两种肥料施用量为“2”水平时，随另一种肥料施用量增加，水稻高效叶面积指数及高效叶面积率呈先增后降变化。当3种肥料施用量为“2”水平时（N2P2K2），高效叶面积指数及高效叶面积率达最大值，并显著高于其他处理；高效叶面积指数较N0P0K0 处理增加108.82%（2018年）、112.33%（2019年）；高效叶面积率较对照处理（N0P0K0）增加19.25%（2018 年）、19.97%（2019年）。缺少单一肥料处理水稻叶面积指数和高效叶面积指数表现为N2P2K0＞N2P0K2＞N0P2K2，说明氮肥对水稻叶面积指数提高发挥促进作用，高于磷肥和钾肥。

2.1.4 氮、磷和钾肥配施对水稻光合势的影响

由图4可知，氮、磷和钾肥配施对水稻光合势影响显著。水稻光合势在拔节期-孕穗期、孕穗期-抽穗期逐渐增高；在分蘖期-拔节期和抽穗期-成熟期呈逐渐下降趋势。3种肥料任意两种肥料施用量为“2”水平时，光合势随另一种肥料施用量在分蘖期-抽穗期呈逐渐增加趋势，而抽穗期-成熟期水稻光合势呈先增后降趋势。由表7可知，通过对水稻光合势作方差分析，各施肥处理在水稻不同生育期光合势差异极显著。缺少单一肥料处理水稻光合势表现为N2P2K0＞N2P0K2＞N0P2K2，说明氮肥对水稻光合势影响大于磷肥和钾肥。

2.2 氮、磷和钾肥配施对水稻穗部性状、产量构成因素及产量的影响

由表8可知，氮、磷和钾肥配施对水稻穗部性状影响差异显著。任意两种肥料施用量为“2”水平时，随另一种肥料施用量增加，水稻穗长、一次枝梗数、一次枝梗粒数、二次枝梗数、二次枝梗粒数呈先增后降变化；N2P2K2处理穗部性状相关指标最大，较N0P0K0处理显著提高，其中肥料配施对二次枝梗数和二次枝梗粒数影响最大，二次枝梗数增幅为41.77%（2018 年）、 39.73%（2019年）， 二次枝梗粒数增幅为33.94%（2018 年）、31.87%（2019年）。任意一种肥料施用量为“3”水平时处理（N3P2K2、N2P3K2、N2P2K3）穗部性状相关指标较N2P2K2处理相比显著降低；缺少单一肥料处理水稻穗部性状相关指标，N2P2K0 处理最小，说明氮肥对水稻穗部性状影响最大。

由表9可知，氮、磷和钾肥配施对水稻产量构成因素影响显著。任意两种肥料施用量为“2”水平时，随另一种肥料施用量增加，水稻有效穗数显著增加；穗粒数先增后降；结实率显著降低；千粒重变化不显著。有效穗数以N3P2K2 处理最高，与对照处理（N0P0K0）相比，增幅为43.00%（2018年）、43.88%（2019 年）；穗粒数以N2P2K2 处理最高，与对照处理（N0P0K0）相比，增幅为24.10%（2018 年）、25.14%（2019 年）；结实率随肥料施用显著降低，与对照处理（N0P0K0）相比，其降幅为8.86%（2018年）、7.88%（2019年）。当肥料施用量为“3”水平时，处理（N3P2K2、N2P3K2、N2P2K3）与N2P2K2处理相比，有效穗数显著增加，穗粒数显著降低，结实率显著降低。说明氮、磷和钾肥配施对有效穗数、穗粒数影响较大，对产量有直接影响。在缺少单一肥料处理中，N2P2K0处理有效穗数、穗粒数最小，说明氮肥对水稻影响最大，大于磷肥和钾肥。由表9还可知，氮、磷和钾肥配施可显著增加水稻产量。在3种肥料任意两种肥料施用量为 “2” 水平时，水稻产量随第3 种肥料施用量增加而呈先增后减变化，各处理间产量差异达显著；最终产量以N2P2K2 处理最高，较N0P0K0处理增加28.29%（2018 年）、31.87% （2019 年）。缺少单一肥料处理水稻产量表现为N2P2K0＞N2P0K2＞N0P2K2，说明氮肥对水稻增产影响最大。

2.3 相关分析

由表10 可知，水稻最终株高、分蘖与产量呈极显著正相关，进一步表明合理的群体结构有利于水稻生长，提高水稻产量。

由表11 和12 可知，水稻全生育期叶面积指数、抽穗期高效叶面积指数和光合势均与产量呈极显著正相关。说明氮、磷和钾肥配施可增加叶面积指数和光合势，维持群体较高光合产物生产能力，对提高水稻产量具有促进作用。

由表13 可知，水稻穗长、一次枝梗数、一次枝梗粒数、二次枝梗数、二次枝梗粒数与产量呈极显著正相关。其中，二次枝梗数相关系数最大，对提高产量作用最明显。

表7 氮、磷和钾肥配施对水稻光合势影响方差分析Table 7 Variance analysis of the effects of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer combined application on the photosynthetic potential of rice

表8 氮、磷和钾肥配施对水稻穗部性状的影响Table 8 Effects of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer combined application on panicle traits of rice

表9 氮、磷和钾肥配施对水稻产量构成因素及产量的影响Table 9 Effects of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer combined application on rice yield components and yield

表10 寒地粳稻株高、分蘖与产量相关性Table 10 Correlation between plant height, tillering and yield of japonica rice in cold region

表11 寒地粳稻叶面积指数（LAI）与产量相关性Table11 Correlation between japonica leaf area index (LAI) and yield in cold areas

表12 寒地粳稻光合势与产量相关性Table12 Correlation between photosynthetic potential and yield of japonica rice in cold region

表13 寒地粳稻穗部性状与产量相关性Table 13 Correlation between panicle traits and yield of japonica rice in cold region

3 讨论与结论

氮肥、磷肥和钾肥对水稻促进作用显著，而3种肥料合理配施对植株生长发育和产量促进作用更显著[14]。水稻产量在一定范围内随株高和最终分蘖数增加而增加，合理株高和最终分蘖数为提高水稻产量奠定基础[21]。本试验研究结果表明，在氮磷钾肥配施情况下，与N0P0K0处理相比，水稻最终株高与分蘖数均显著提高，当任意两种肥料施用量为“2”水平时，水稻最终株高和分蘖数随另一种肥料施用量增加呈增加趋势，以N3P2K2处理最高，其株高平均为88.40 cm（2018 年、2019 年平均）， 较对照处理（N0P0K0）两年平均增幅为13.16%；分蘖数平均为18.56 个（2018 年、2019 年平均），较对照处理（N0P0K0）两年平均增幅为45.24%，说明氮肥对株高和成穗影响最大，与陈亚宇研究一致[22]；最终株高、分蘖数与产量呈极显著正相关（见表10），说明随最终株高与分蘖数增加水稻产量也呈增加趋势。

叶片是作物光合作用和物质生产主要器官，叶面积指数可有效反映水稻群体结构，适宜的叶面积指数是水稻高产基础。本试验研究结果表明，在氮磷钾肥配施情况下，与N0P0K0处理相比，水稻全生育期叶面积指数均显著提升。当任意两种肥料施用量为“2”水平时，水稻分蘖期-抽穗期LAI随另一种肥料施用量增加而增加，N3P2K2处理时LAI 达最大；抽穗期-成熟期LAI 呈先增后减变化规律，N2P2K2处理时LAI表现最大，由于“3”水平处理（N3P2K2、 N2P3K2、 N2P2K3）肥料施用过高，分蘖期-抽穗期LAI 过高，叶片相互遮挡，群体质量变差、营养物质供应不足，引起大量无效分蘖消亡，导致生育后期LAI降低；N2P2K2处理后期营养物质供应充足，同时延缓叶片衰老，有利于光合物质生产，提高水稻产量，与段云轩研究结果一致[15]。水稻各施肥处理全生育期叶面积指数、抽穗期高效叶面积指数和光合势均与产量呈极显著正相关（见表11、12），说明氮磷钾肥料配施可有效提高水稻叶面积指数，为提高水稻产量奠定基础。

水稻穗部性状优劣是高产基础。本试验研究结果表明，在氮磷钾肥配施情况下，与N0P0K0处理相比，水稻穗部性状相关指标均显著提升，当任意两种肥料施用量为“2”水平时，水稻穗部性状相关指标随另一种肥料施用量增加呈先增后降趋势，以N2P2K2处理最高；各指标与产量均呈极显著正相关（见表13）。肥料配施对二次枝梗数和二次枝梗粒数影响最大，较对照处理（N0P0K0）两年平均增幅为40.75%（二次枝梗数）和32.91%（二次枝梗粒数），从而提高水稻产量，与邱福林等研究结果一致[23]。

水稻有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重是水稻产量构成因素，直接影响水稻产量。本试验研究表明，在氮磷钾肥配施情况下，与N0P0K0处理相比，各施肥处理差异显著，当任意两种肥料施用量为“2”水平时，随另一种肥料施用量增加，有效穗数增加，穗粒数先增后降，结实率降低，千粒重变化不显著；说明肥料配施对有效穗数、穗粒数影响较大，且对水稻增产贡献最大，与吴桂成等研究结果一致[24]。

水稻产量受氮磷钾肥共同调节[13]，本试验研究表明，N2P2K2 处理水稻产量最高，较对照处理（N0P0K0）两年平均增产30.08%，说明肥料配施可有效提高水稻产量，与王旭等研究结果一致[14]。

综上所述，合理氮磷钾肥配施可有效改善水稻生长发育，提高水稻株高和有效分蘖数，优化水稻群体结构，提高水稻叶面积指数和光合势，有利于光合产物积累，提高有效穗数和每穗粒数，最终实现增产目的。本研究可为寒地粳稻肥料施用提供理论依据和技术支持，对黑龙江省水稻生产可持续发展具有参考价值。