从 2004—2017 年，我国粮食生产实现了 “十四连增”，化肥施用量逐年增高是粮食连续增产的主要因子，特别是大幅度增加氮肥的用量。化肥过量施用导致肥料利用率偏低^[1-2]，不仅造成巨大的经济损失，还造成了环境污染，危害农产品品质安全^[3-4]，不利于农业绿色发展^[5]。因此大力推进化肥减量提效，积极探索产出高效、资源节约、环境友好的现代农业发展之路，是推进农业绿色发展的重要措施。目前有研究针对减少肥料投入，保证作物产量的养分管理技术做了探索^[6-8]。稻麦轮作是长中下游地区粮食作物的主要种植制度。稻麦轮作面临的主要问题是肥料用量大、养分利用效率 （简称养分利用率）低。因此，研究减量施肥对稻麦轮作制中作物产量和养分利用率的影响对于提高农田生产力、保护生态环境等方面具有重要意义。

近年有大量关于减量施肥研究报道。蒋鹏等^[9]发现减少施氮量，水稻的产量并未出现显著下降；氮肥农学利用率、偏生产力、吸收利用率有所增加。秦雪超等^[10]发现化肥减量替代不会降低华北平原小麦-玉米轮作产量。近年有些稻麦轮作减量施肥研究^[11-12]。程秀洲等^[13]发现减施氮肥 5% 能提高小麦植株内全磷和全钾含量及作物产量。近年有肥料增效剂在玉米^[14]、棉花^[15]、水稻^[16]以及蔬菜类^[17-18]作物上应用的报道。研究表明，施用肥料增效剂可以减少肥料用量，简化施肥方式，降低施肥成本，减轻化肥污染，保护环境^[19-20]。目前减量施肥研究集中在单季或双季作物氮肥减施和有机肥替代，多季作物定位试验和对周年累积养分利用率的研究少有报道，而且受气候条件和土壤肥力等因素的影响，减量施肥效果可能存在着很大的区域性差异。为探究不同减量施肥模式在稻麦轮作制生产中的效果，本研究在湖北省鄂州市开展 3 年稻麦轮作减量施肥田间定位试验，研究不同减量施肥模式（包括有机肥替代化肥以及配合施用氮肥增效剂、磷素活化剂等措施）对作物产量及氮磷钾养分吸收利用的影响，以期为湖北稻麦轮作区的高产、低耗、增效提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 研究地概况及供试材料

试验于 2017 年 11 月—2020 年 10 月在湖北省鄂州市路口农场进行，该区域属亚热带季风性气候，年均气温 17℃，年均日照时数 2003.7 h，年均降水量 1282.8 mm，无霜期 273 d。供试土壤为湖积物母质发育的潮土，土壤质地为壤土。土壤基本理化性状为：pH 5.76，有机质 10.06 g/kg，全氮 0.90 g/kg，全磷 0.70 g/kg，全钾 17.47 g/kg，碱解氮 70.86 mg/kg，有效磷 4.35 mg/kg，速效钾 55.6 mg/kg。

供试肥料：尿素（N 46%）、过磷酸钙（P₂O₅ 12%）、氯化钾（K₂0 60%），供试有机肥含氮（N） 1.08%、磷（P₂O₅）0.30%、钾（K₂O）4.20%。供试小麦品种为郑麦 9023，水稻品种为雍丰香1 号。

1.2 试验设计

试验共设置 6 个处理：①不施肥对照（T1）； ②当地常规施肥（T2）；③有机肥与化肥配施 （T3）；④在有机肥与化肥配施的基础上减化肥氮 20%+ 氮肥增效剂（T4）；⑤在有机肥与化肥配施的基础上减化肥磷 20% + 磷素活化剂（T5）；⑥在有机肥与化肥配施的基础上减化肥氮 20%、磷 20%+ 氮肥增效剂 + 磷素活化剂（T6）。小麦常规施肥的氮、磷、钾用量分别为 180、105、120 kg/hm²，其中氮肥按基追比 7∶3 分次施用，磷、钾肥做基肥一次性施入。水稻常规施肥的氮、磷、钾用量分别为 210、105、135 kg/hm²，其中氮肥按基追比 6∶2∶2 分次施用。不同施肥模式下的详细施肥情况见表1。

供试氮肥增效剂和磷素活化剂为沈阳中科新型肥料有限公司生产。氮肥增效剂为脲酶抑制剂 N-丁基硫代磷酰三胺（0.04%）和硝化抑制剂双氰胺（19%）； 磷素活化剂为植酸酶 A 酶（3000 活苗单位 /g）。

每个处理设 3 次重复，随机区组排列，小区面积 30 m²。小区间筑土埂，高约 30 cm，宽 20 cm。小麦分别于 2017 年 11 月 4 日、2018 年 10 月 26 日、2019 年 10 月 24 日播种，2018 年 5 月 19 日、2019 年 5 月 21 日、2020 年 5 月 19 日收获。小麦播种量为 150 kg/hm²。水稻分别于 2018 年 4 月 14 日、2019 年 4 月 14 日、 2020 年 4 月 13 日播种，2018 年 9 月 25 日、2019 年 9 月 25 日、2020 年 9 月 27 日收获。水稻播种量为 150 kg/hm²。田间其他管理同当地常规。

1.3 样品采集与分析

每个小区单打单收，田间直接测定产量，取 1 kg 样品，烘干后计算含水量，再通过含水量折算出小区实际产量。籽粒和秸秆样品装袋，放入烘箱中于 80℃烘干至恒重，称干重，粉碎过筛后采用浓 H₂SO₄-H₂O₂ 消煮，采用流动注射分析仪测定氮和磷含量，火焰光度计测定钾含量^[21]。

1.4 计算公式

养分相关指标计算方法^[22]如下：

植株养分总吸收量（kg/hm²）= 植株各器官干重之和 × 养分含量；

养分偏生产力（kg/kg）= 施养分作物产量 / 养分施用量；

养分利用效率（kg/kg）= 籽粒产量 / 植株养分总吸收量；

养分农学利用率（%）=（施养分区作物产量-不施养分区产量）/ 养分施用量 ×100。

1.5 数据处理

采用 Excel 2013 对试验数据进行计算和处理，用 SAS 8.1 进行统计分析，用 LSD 法检验处理间 P<0.05 水平的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同减量施肥模式对作物产量的影响

由表2 可知，3 年中与 T1 处理相比，施肥 （T2、T3、T4、T5、T6）处理作物产量均显著增加，但各施肥处理间无显著差异。2017—2018 周年是常规施肥处理产量最高，各减量施肥处理产量均略低于常规施肥 T2 处理，但无显著差异，各减量施肥处理（T4、T5、T6）间差异也不明显。2018— 2019 周年是 T6 处理产量最高，各减量施肥处理 （T4、T5、T6）产量高于 T2 处理。2019—2020 周年是 T2 处理产量最高，各减量施肥处理产量均略低于常规施肥处理，但差异不明显，各减量施肥处理（T4、T5、T6）间产量也无显著差异。

注：同列数据后不同字母表示差异显著（P<0.05）。下同。

2.2 不同减量施肥模式对作物氮素吸收与利用的影响

由表3 可知，2017—2018 周年 T2 处理的地上部氮素总吸收量高于其他处理，而 T4 处理的氮素总吸收量高于 T3、T5、T6 处理，各减肥处理间的地上部氮素总吸收量没有显著差异。T5 处理的氮素总吸收量在 2018—2019 周年和 2019—2020 周年是最高，较 T2 处理分别提高了 9.57% 和 0.51%。3 周年 T4 和 T6 处理的氮素利用率、氮素偏生产力和农学利用率都高于 T2 处理。其中 2017—2018 周年 T4 与 T2 处理间的氮素利用率和氮素偏生产力差异显著。T5 处理的氮素利用率在 2018—2019 周年和 2019—2020 周年高于 T2 处理，T5 的处理氮素偏生产力和农学利用率在 2018—2019 周年高于 T2 处理。但是 T3 处理的氮素总吸收量、农学利用率、氮素利用率和氮素偏生产力均低于 T2 处理，但两者间无显著差异。上述结果说明，T4 和 T6 处理有利于增强作物对氮素的吸收能力，提高氮素吸收效率，增强氮素的利用效率；T3 处理对作物氮素的吸收与利用均无显著影响。

2.3 不同减量施肥模式对作物磷素吸收与利用的影响

由表4 可知，与 T1 处理相比，施肥处理（T2、 T3、T4、T5、T6）均显著增加了作物地上部磷素总吸收量。2017—2018 周年 2018—2019 周年 T4、 T5、T6 处理的作物地上部磷素总吸收量高于常规施肥 T2 处理。2019—2020 周年各减量施肥处理 （T4、T5、T6）的作物地上部磷素总吸收量低于常规施肥 T2 处理。2018—2019 周年 T4、T5、T6 处理的作物地上部磷素利用率和农学利用率高于常规施肥 T2 处理。2017—2018 周年各减量施肥处理 （T4、T5、T6）的磷素利用率和农学利用率高于常规施肥 T2 处理。2019 年 T6 处理的磷素利用率也显著高于 T2 处理。施肥处理间的作物利用率没有显著差异。2019—2020 周年 T4、T5、T6 处理磷素偏生产力低于 T2 处理，2017—2018 周年 T5 处理磷素偏生产力也低于 T2 处理。但是 T3 处理的磷素总吸收量、农学利用率、磷素利用率和磷素偏生产力均低于 T2 处理，但两者间无显著差异。上述结果说明，T4、T5、T6 处理可以明显提高作物磷素总吸收量、磷素利用率、磷素的偏生产力和农学利用率，而 T3 处理对作物磷素的偏生产力、利用率、农学利用率均无显著影响。

2.4 不同减量施肥模式对作物钾素吸收与利用的影响

由表5 可知，各施肥处理作物的地上部钾素总吸收量显著高于 T1 处理，2018—2019 和 2019—2020 周年 T5 处理钾素总吸收量高于 T2 处理。2018—2019 和 2019—2020 周年 T5、T6 处理钾素利用率高于 T2 处理。3 年中 T6 处理的钾素利用率高于 T2 处理。2019—2020 周年 T4 处理的钾素利用率高于 T2 处理，而 2017—2018 和 2018— 2019 周年 T4 处理的钾素利用率低于 T2 处理，但差异不明显。3 个周年各减量施肥（T4、T5、T6） 处理钾素的偏生产力高于 T2 处理。2018—2019 周年 T4、T5、T6 处理钾素农学利用率高于 T2 处理。 3 个周年 T3 处理钾素农学利用率低于 T2 处理，但差异不显著。上述结果说明，T4、T5、T6 处理可以提高作物钾素总吸收量、钾素利用率、钾素的偏生产力和农学利用率，T3 处理可以提高作物钾素的偏生产力，而对作物钾素利用率、农学利用率无显著影响。

3 讨论

从本研究产量结果来看，第 1 年和第3年作物各减量施肥处理产量均略低于常规施肥处理，差异不显著。第 2 年配合增效剂的减量施肥处理产量均略高于常规施肥处理，差异也不明显。有机肥替代处理产量均略低于常规施肥处理，差异不显著。这与钟国荣^[11]、易琼等^[12]的研究结果相似，也与本课题组前期的研究结果是一致的^[22]。其原因可能是增施肥料增效剂和有机-无机肥配施能提高肥料利用率，促进作物生长，进而保证了产量。

养分吸收及其利用是作物产量形成的重要基础，施肥可以不同程度地影响植株养分吸收及其利用。本研究结果表明，配合氮增效剂的减量施肥处理有利于增强作物对氮素的吸收能力，提高氮素吸收效率，增强氮素的利用效率。田秀英等^[23]研究发现，尿素全量配施氮肥增效剂能显著提高氮素的农学利用率、生理效率和氮素利用率。易琼等^[12] 研究表明，减氮 20%～30% 处理提高了氮肥当季利用率、氮素农学利用率和氮肥偏生产力。钟国荣^[11]研究表明优化减量施肥可提高水稻和小麦的氮肥吸收利用率。陈志龙等^[24]研究表明有机肥替代氮化肥处理可提高氮肥利用率和氮肥农学利用率。其原因可能是氮肥增效剂能够延缓氮硝化，有很好的硝化抑制作用，使土壤中硝态氮含量维持在较低水平，还能够增加土壤无机氮含量，能在氮肥施入后较长时间内维持较高的可利用氮的供应强度^[19]。同时，增施肥料增效剂能提高肥料利用率，肥料增效剂与有机肥中含有的腐殖酸、有机酸等结合，能综合吸附肥料中的养分，起到控释和缓释的作用。

磷在植物体中的含量仅次于氮和钾，植物对磷的吸收和利用受各种因素影响。本研究结果表明，配合磷增效剂的减量施肥处理可以明显提高作物磷素总吸收量、磷素利用效率、磷素的偏生产力和农学利用率。这与本课题组前期的研究结果是一致的^[22]。有研究认为皓达肥料增效剂可促进萝卜和大白菜吸收养分，提高萝卜和大白菜氮磷钾养分效力系数^[25-26]。赵亚南等^[8] 研究表明小麦-玉米轮作减量施肥后，磷肥偏生产力、农学利用率和表观回收率提高。程秀洲^[13] 研究表明减施氮肥 5% 能提高小麦植株内全磷含量。其原因可能是增效剂有刺激作物生长和促进养分吸收的效果，又能维持磷在土壤中的活性，有利于作物根系吸收，从而提高肥料利用率。

作物对钾肥的需求量比较高，其吸收利用也受施肥的影响^[27]。本研究结果表明，配合增效剂的减量施肥处理可以明显提高钾素总吸收量、钾素农学利用率、钾素的偏生产力。有机肥替代可以提高作物钾素的偏生产力，这与杨勇等^[28]在水稻上的应用效果相似，也与本课题组前期的研究结果是一致的^[24]。程秀洲等^[13]研究表明稻-麦轮作体系减施氮肥 5% 能提高小麦植株内全钾含量。范立春等^[18]研究表明肥料增效剂可提高马铃薯的钾肥利用率。许猛等^[15]研究表明增效剂可以促进棉株地上部氮、磷、钾养分的积累。这可能是增效剂和有机-无机肥配施可以促进作物对化肥中养分的利用，同时协同作用导致磷、钾肥利用率有所提高。

4 结论

在稻麦轮作生产系统中，不同减量施肥模式对作物产量没有明显影响。总体上来看，肥料增效剂有一定的效果，肥料用量减少 20% 以后，作物产量降低也不显著。配合增效剂的减量施肥处理可增强作物对氮磷钾素的吸收，提高氮磷钾的利用效率。有机肥替代可以提高作物钾素的偏生产力。因此，在稻麦轮作生产系统中，结合增效剂的施用，可以减少 20% 的化肥用量，这样可以保证作物产量，节约肥料成本，从而获得较高的经济效益并降低过量化肥施用带来的环境风险。

参考文献