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在红壤双季稻区，早稻生长前期雨水较多，而较多的雨水往往促使稻农在早稻移栽后选择排水防涝。但是，由于人们一般在水稻移栽前施用基肥，这个时期的排水防涝就会导致肥料养分流失[1]。因此，明确早稻移栽后田面水的养分含量对于排水防涝和阻控养分流失具有指导意义。
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磷作为一种大量元素，在作物代谢及增强适应性、抗逆性上有重要作用[2]。据统计，我国有 2/3 的耕地土壤存在缺磷的问题，为最大限度挖掘作物产量潜力，生产上对磷的使用量逐渐加大，尤其到 20 世纪中期，化学磷肥的使用量迅速增加，也出现了盲目施磷、过量施磷的现象[3-4]。作物对磷的利用率较低，当季利用率普遍在 25% 以下[5-6]；施入农田中的磷肥除被作物吸收和土壤固定外，其余均以径流、渗漏、淋溶等形式损失，尤其水稻田，田面水磷流失的主要途径就是径流[7-8]。据报道，我国稻区全磷径流损失量为 0.7～3.22 kg/hm2，大量磷素向水体迁移，不仅会造成资源浪费，还会造成水体富营养化[9-10]。因此，寻求合理的磷肥投入量，在保证水稻产量的同时，通过控制稻田排水时期，减少磷流失具有重要意义。
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大量研究表明，合理调控磷肥投入量，可以有效降低田面水磷素流失风险从而更能满足水稻生长发育对磷素的需求[11-13]。区惠平等[10]通过研究广西赤红壤区不同磷肥用量下水稻的产量效应及磷素环境风险发现，P2O5 为 63 kg/hm2 时，流失风险较小，水稻产量较高，当磷肥施用量增至 2 倍甚至是 4 倍时，稻谷产量增加不明显，且田面水总磷含量处于较高水平，流失风险较大。朱坚等[14]在湖南典型双季稻区的研究表明，过量施磷会导致田面水磷素流失风险增加，对水稻也有减产的风险。周萍等[15]在湖北汉江平原区潮土水稻田面水磷素流失风险的研究表明，田面水磷含量与施肥量呈显著相关，该地区水稻最佳经济施磷量为 66 kg/hm2，增加磷肥用量，田面水磷含量增大，环境风险大，且增产效果不明显。目前众多研究表明，各大稻区的最佳施磷量与磷素流失高风险期不一，在江西红壤稻区的相关研究又少之甚少，因此，本文基于我国江西红壤双季稻田早稻季，研究水稻产量、田面水磷素动态变化与磷肥用量的相关关系，以期为红壤稻区的水肥管理提供数据支撑。
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1 材料与方法
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1.1 试验材料
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试验于 2022 年在江西省南昌市进贤县张公镇红壤研究所（28°15′30″N，116°20′24″E）开展，该地属中亚热带温湿型气候，低山丘陵区，年均温 18.1℃，年均降水量 1537 mm，无霜期 289 d。土壤类型为红壤性水稻土，土壤初始理化性质：pH 值为 5.23，有机质为 36.73 g/kg，全氮、全磷、全钾含量分别为 1.33、0.5、25.8 g/kg，碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为 158.89、44.44、128.75 mg/kg。种植模式为双季稻，早稻品种为德农 88，播种方式为人工插秧，株行距 20 cm×20 cm。
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1.2 试验设计
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试验设 P0、P26.6、P33.8、P41.1、P48.3、P55.6、 P62.8、P70.1 共 8 个处理，其中 P48.3 处理为常规施磷量。每个处理 3 次重复。小区面积 40 m2，随机区组排列，不同小区之间用覆膜田埂隔开，其中田埂高 40 cm、宽 50 cm，薄膜埋入土壤中 40 cm，并把田埂全部包住。各处理氮、钾肥投入量相同，氮肥（ 尿素，N 46%）40% 作基肥、30% 作分蘖肥、30% 作穗肥施用，钾肥（氯化钾，K2O 60%） 50% 作基肥、50% 作穗肥施用。磷肥（钙镁磷肥， P2O5 12.5%）作基肥一次性施用，各处理磷肥投入量见表1。
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1.3 样品采集与测定指标
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早稻磷素吸收量：在早稻成熟期，每小区随机选择 3 个点位，每个点位采集 1 兜样品，取籽粒、秸秆分别烘干、研磨、混匀后用于测定各部分的磷含量，测定方法为钼锑抗比色法[16]。
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磷素吸收量：作物磷素吸收量（kg/hm2）= 籽粒产量 × 籽粒含磷量 + 秸秆产量 × 秸秆含磷量。
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早稻产量：在早稻成熟期，每小区单独收获，脱粒后晒干称重，并换算成单位面积的水稻产量。
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田面水磷浓度和含量：在早稻移栽后，基肥施肥后 0（施肥当天）、1、3、5、7 d分别采用 200 mL 白色塑料瓶采集田面水样，每个小区分别在 5 个位置用注射器采集 20 mL，然后混合成 1 个样品；同时测定田面水深，每个小区用直尺测定 3 个位置。带回实验室，采用硫酸钾消煮-钼锑抗分光光度法测定水样的磷浓度[17]，并结合田面水体积计算各处理的水体磷含量。
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采用 Excel 2010 进行数据整理，使用 SAS 16.0 进行统计分析，不同处理差异的显著性分析采用新复极差法进行比较，水稻磷素吸收量、水稻产量与磷肥用量的关系采用曲线拟合，田面水磷含量与磷肥用量的关系采用线性拟合，所有图件均采用 Origin 8.5 进行制作。
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2 结果与分析
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2.1 不同磷肥用量下水稻磷素吸收量变化及磷素吸收量与磷肥用量的相关关系
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水稻磷素吸收量随磷肥用量的增加呈先升高后降低的趋势（图1）。在不同处理间，以 P55.6 处理磷素吸收量最高，其次是 P48.3、P62.8、P41.1、P33.8、 P26.6 和 P70.1 处理，但均未达到显著差异，以 P0 处理最低，P55.6 处理磷素吸收量较 P0 处理显著提高了 35.06%。通过拟合发现，早稻磷素吸收量与磷肥用量呈显著的抛物线关系（y=-1.69×10-3x 2 +0.17x+21.20， R2 =0.7807，P<0.05），最佳磷肥用量为 50.29 kg/hm2。
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2.2 不同磷肥用量下水稻产量的变化及水稻产量与磷肥用量的相关关系
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由图2 可知，在不同处理之间，以 P0 处理产量最低，其次是 P26.6 处理，两者差异显著，且显著低于其他施磷处理，较 P48.3 处理分别显著降低了 26.97%、9.27%。其他各处理间未达到显著差异，以 P55.6 处理产量最高，其次是 P48.3 处理，P55.6 处理较 P48.3 处理产量提高了 0.46%，P62.8、P70.1处理较 P48.3 处理产量分别降低了 1.34%、2.84%。 P41.1、P33.8 处理较 P48.3 处理分别降低了 0.78%、 3.12%。早稻产量呈现出随磷肥用量先增加后降低的趋势，通过拟合发现，早稻产量与磷肥用量呈显著的抛物线关系（y=-0.5999x2 +62.29x+4291.45， R2 =0.9933，P<0.05），最佳磷肥用量为 51.88 kg/hm2。
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图1 不同磷肥用量下水稻磷素吸收量变化及磷素吸收量与磷肥用量的相关关系
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注：柱上不同小写字母表示处理间在 0.05 水平上差异显著。下同。
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图2 不同磷肥用量下水稻产量的变化及水稻产量与磷肥用量的相关关系
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2.3 不同磷肥用量下田面水总磷浓度变化
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随着磷肥用量的增加，田面水总磷浓度逐渐增加，各磷肥用量田面水总磷浓度在施肥后均呈先升高后降低的趋势，在施肥后 1 d 达到峰值，之后开始下降并在施肥后 3 d 趋于稳定（图3）。不同磷肥用量之间存在差异，与其他处理相比，各采样时间均以 P70.1 处理的田面水总磷浓度最高（峰值为 0.94 mg/L），其在施肥后 1 d 较施肥后 0 d 升高了 18.03%，而施肥后 3 d 则下降了 54.38%。不同处理在不同采样时间也存在差异，其中 P0 与P41.1 处理在施肥后 1 d 的田面水磷浓度上升幅度最快，分别比施肥后 0 d 提高了 2.41 和 2.34 倍； 其次是 P33.8、P26.6 处理，施肥后 1 d 较施肥后 0 d 分别提高了 1.89 和 1.70 倍；P48.3、P55.6、 P62.8、P70.1 处理施肥后 1 d 则较施肥后 0 d 分别提高了 84.51%、59.49%、44.26%、18.03%。施肥后 3 d 以 P62.8 处理的田面水总磷浓度下降最快，较施肥后 1 d 降低了 61.85%，而 P0 处理的田面水总磷浓度则下降较慢，较施肥后 1 d降低了 46.51%。
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图3 不同磷肥用量下田面水总磷浓度变化
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注：柱上不同小写字母表示同一时间处理间在 0.05 水平差异显著。
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2.4 不同磷肥用量下田面水总磷含量变化
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随着磷肥用量的增加，田面水总磷含量逐渐增加，各磷肥用量田面水总磷含量变化趋势（图4） 与总磷浓度一致，在施肥后也呈先升高后降低的趋势。在施肥后 1 d 达到峰值，之后开始下降并在施肥后 3 d 趋于稳定。不同磷肥用量之间存在差异。各监测时间均以 P70.1 处理的田面水总磷含量最高（峰值为 4.70 kg/hm2），施肥后 1 d 后较施肥 0 d 升高了 18.03%，施肥 3 d 下降了 46.15%。P0 与 P41.1 处理施肥后田面水磷含量上升幅度最快，施肥后 1 d 较施肥 0 d 分别提高了 2.41、2.34 倍。其次是 P33.8、P26.6 处理，施肥后 1 d 较施肥后 0 d 分别提高了 1.89、1.70 倍。P48.3、P55.6、P62.8、 P70.1 处理施肥后 1 d后较施肥后 0 d分别提高了 84.51%、59.49%、44.26%、18.03%。施肥 3 d 后以 P70.1 处理田面水总磷含量下降最快，较第 1 d 降低了 46.15%，P0 处理田面水总磷含量下降较慢，较施肥后 1 d 升高了 57.17%。
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2.5 田面水总磷含量与磷肥用量的相关关系
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施肥后 0～7 d，田面水总磷含量与磷肥用量均存在显著的正相关关系（P<0.05，图5），结合线性方程的斜率（表2），施肥后 0、1、3、5、7 d 磷肥用量每增加 1 kg/hm2，田面水总磷含量分别增加 0.046、0.033、0.011、0.011、0.020 kg/hm2。因此，随施肥时间的延长，田面水中总磷含量的增加量降低，并逐渐趋于稳定。
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图4 不同磷肥用量下田面水总磷含量变化
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图5 田面水总磷含量与磷肥用量的相关关系
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3 讨论
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3.1 磷肥用量下早稻磷素吸收量及产量变化
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适当减少磷肥用量可以保证水稻的正常产量[18]。易均等[19]发现，磷肥用量减少 20% 以内能显著提高磷肥利用率，对双季稻产量无明显影响。付立东等[20]发现，适当减少施用磷肥可以提高磷肥利用率、磷肥偏生产力，但过多施用磷肥反而会阻碍水稻的生长发育，进而造成减产。本研究中，磷肥用量减施 15%、30% 时，磷素吸收量较正常施磷处理分别降低了 2.26%、1.74%，水稻产量较正常施磷处理分别降低了 0.78%、3.12%，均未达到显著水平，说明适当减少磷肥用量对水稻产量没有明显影响。结合磷肥用量与水稻产量及磷肥用量与水稻磷素吸收量的线性拟合方程发现，红壤区早稻季最佳磷肥用量为 51.09 kg/hm2。虽然磷肥用量太高会导致污染风险，但盲目大幅降低则会导致水稻减产，原因可能是随着磷肥用量的减少，田面水磷素降低幅度太高导致土壤养分耗竭，从而不能满足水稻磷素吸收[21]。各稻区最佳磷肥施用量及减施比例大不相同，原因一方面与土壤中磷含量、土壤中水稻可利用磷含量有效性存在差异有关，另一方面可能也与作物品种不同有关。
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3.2 磷肥用量改变早稻田面水磷浓度和含量
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红壤区稻田面积较大，其种稻过程中施肥导致的水体磷素污染风险较高[22]。前期研究表明，磷肥作为基肥施用显著增加施肥后田面水的磷含量[5，7]，在本研究中，施磷肥导致早稻季田面水总磷浓度和含量显著增加，且随施磷量的增加，田面水总磷浓度和含量也越高，这与其他人的研究结果相似[7，10，14-15]，但不同研究下田面水的磷素浓度增幅差异较大。原因主要与不同区域的土壤有效磷含量、磷肥用量不同以及水分管理措施的差异有关。在基肥施用后，田面水总磷浓度和含量的变化规律大体表现为：施肥后第 1 d 达到最大值，峰值过后各处理田面水总磷浓度均急速下降，施肥 3 d 后趋于稳定。这说明施磷肥后 3 d 内存在潜在的环境风险较高，且磷污染风险随磷肥用量的增加逐渐提升，建议施肥后 3 d 内最好避免排水，以防止磷素随水流失。另外，通过线性方程模拟田面水总磷含量与磷肥用量的关系发现，施肥后 0～7 d 田面水总磷含量与磷肥用量呈显著正相关。这说明，随着磷肥用量的增加，田面水中总磷含量流失风险加大。结合线性方程的斜率，施肥后 0、1、3、5、7 d 磷肥用量每增加 1 kg/hm2，田面水总磷含量分别增加 0.046、0.033、0.011、0.011、0.020 kg/hm2，说明随着施肥后时间的延长，田面水中磷素含量增长速率逐渐减小，在施肥后 3 d 趋于稳定，再一次印证了施肥后 0～3 d 是防止磷素流失的关键期，最好避免排水。此外，本研究中不施磷处理在施肥 1 d 后田面水总磷浓度也急剧增加，这与区惠平等[10]研究一致，原因可能与淹水翻地促进土壤无机磷活化有关[23]。同时，水稻苗期根系通过分泌有机酸直接增加了土壤磷素释放再加上根际微生物对磷素的活化这些释放的土壤无机磷也会迁移到水体中[24-25]。
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4 结论
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在我国红壤区的早稻季，为实现水稻高产的目标，建议适宜的磷肥（P2O5）施用量为 51.09 kg/hm2。同时，为控制磷素流失风险，基肥施用后 3 d 内应避免排水。
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摘要
探明红壤区早稻季产量与田面水磷素动态变化，为红壤稻区的水肥管理提供数据支撑。于 2022 年开展不同磷肥用量的田间试验，设置 P2O5 用量分别为 0、26.6、33.8、41.1、48.3、55.6、62.8、70.1 kg/hm2 （分别为 P0、P26.6、P33.8、P41.1、P48.3、P55.6、P62.8、P70.1 处理），测定磷素吸收量与早稻产量，监测施肥后 0、1、 3、5、7 d 田面水总磷浓度和含量的变化，并分析监测期内水稻产量、磷素吸收量及田面水总磷含量与磷肥用量的相关关系。结果表明：水稻磷素吸收量随磷肥用量的增加呈先升高后降低的趋势。以 P55.6 处理磷素吸收量最高，其次是 P48.3、P62.8、P41.1、P33.8、P26.6 和 P70.1 处理，但均未达到显著差异，P0 处理最低，拟合计算发现，最佳磷肥用量为 50.29 kg/hm2 ；早稻产量呈随磷肥用量先增加后降低的趋势，P0 处理产量最低，其次是 P26.6 处理，二者均显著低于其他施磷处理，其他各处理间未达到显著差异，以 P55.6 处理产量最高，其次是 P48.3 处理，P41.1、P33.8 处理较 P48.3 处理略有降低，拟合计算发现，51.88 kg/hm2 时产量最高；随着磷肥用量的增加，田面水总磷浓度和含量逐渐增加，各磷肥用量田面水总磷浓度、含量均在施肥后呈先升高后降低的趋势，施肥后 1 d 达到峰值，之后开始下降并在施肥后 3 d 趋于稳定；结合线性方程发现，施肥后 0 ～ 7 d，田面水总磷含量与磷肥用量均存在显著的正相关关系（P<0.05），施肥后 0、1、3、5、7 d 磷肥用量每增加 1 kg/hm2 ，田面水总磷含量分别增加 0.046、0.033、0.011、0.011、0.020 kg/hm2 。因此，我国红壤稻田早稻季适宜磷肥（P2O5）施用量为 51.09 kg/hm2 ，施肥后 3 d 内是磷流失的高风险期，应减少排水。
Abstract
This paper aimed to explore the dynamic change of yield and surface water phosphorus，in order to provide data support for water and fertilizer management in the red soil rice region. The experiment was carried out in 2022，Eight phosphorus application treatments were designed，including 0，26.6，33.8，41.1，48.3，55.6，62.8，70.1 kg/hm2 （remarking as P0，P26.6， P33.8，P41.1，P48.3，P55.6，P62.8，P70.1 treatments，respectively）. The phosphorus absorption and yield of early rice was measured，the change of total phosphorus concentration and content in the field water 0，1，3，5，and 7 days after fertilization was monitored，also the correlation between rice yield，phosphorus uptake，and total phosphorus content in surface water and the phosphorus fertilizer dosage was analyzed. The results showed that the phosphorus absorption of rice showed a trend of first increasing and then decreasing with the increase of phosphorus fertilizer dosage. The highest phosphorus absorption was observed in P55.6 treatment，followed by P48.3，P62.8，P41.1，P33.8，P26.6 and P70.1 treatments，but no significant differences were observed，with P0 treatment being the lowest. Through calculation，it was found that the optimal amount of phosphate fertilizer was 50.29 kg/hm2 . The yield of early rice showed a trend of first increasing and then decreasing with the increase application of phosphorus fertilizer. The yield of P0 treatment was the lowest，followed by P26.6 treatment，both of which were significantly lower than that of other phosphorus treatments，and there was no significant difference between other treatments. The yield of P55.6 treatment was the highest，followed by P48.3 treatment，and the yield of P41.1，P33.8 treatment was slightly lower than that of P48.3 treatment. The highest yield occurred at 51.88 kg/hm2 . The concentration and content of total phosphorus in surface water gradually increased with the increase of the amount of phosphorus fertilizer. The concentration and content of total phosphorus in surface water at each treatment increased first and then decreased after fertilization，and reached the peak value 1 day after fertilization，then began to decline and stabilized 3 days after fertilization. Based on the linear equation，it was found that there was a significant positive correlation（P<0.05） between the total phosphorus content and the amount of phosphorus fertilizer applied in the field water from 0 to 7 days after fertilization. For every 1 kg/hm2 increase in phosphorus fertilizer applied at 0，1，3，5，and 7 days after fertilization，the total phosphorus content in the field water increased by 0.046，0.033，0.011，0.011，and 0.020 kg/hm2 ，respectively. Therefore，the suitable application amount of phosphorus fertilizer（P2O5）for the early rice season in red soil paddy fields in China was 51.09 kg/hm2 . Within 3 days after fertilization was a high-risk period for phosphorus loss and drainage should be reduced.