1 前言
1.1 我国水稻发展状况
中国作为世界上最大的水稻生产国，其水稻种植面积位于世界第二[1]。在1949-1956 年期间中国水稻种植面积有所增加，1956-1961 年间却处于下降阶段。然而在 1961 年之后为先增加后减少，增加阶段为 1961 年-1976 年，并于 1976年达到巅峰 36969 千公顷，之后呈现波动下降趋势至 2003 年到达最低值 26508千公顷，比最高水稻种植面积减少约 28.3%[2]。自 2004 年起又开始第三次增长，最终将水稻种植面积稳定在 30000 千公顷左右[3]。
1949 年以来，中国水稻产量总体呈现往复上升且大幅度上升趋势，1959-1961年间大幅度下跌之后又保持增加的势头。1970 年中国水稻年产突破 1 亿吨，1997年中国水稻年产共计 2 亿吨[4]，之后逐年下降，在 2003 年中国水稻年产跌落低谷，为 1.6 亿吨[5]。2003 年之后恢复增长，且从 2011 年开始中国水稻年产稳定在 2 亿吨以上[6]。
第七次全国人口普查发现，中国的总人口数共计 14.1 亿人。中国作为人口大国，具有人口基数大，且人口数量一直保持增长状态等特点[7]。以每个成年人每天维持正常身体机能需要 500 克粮食计算，14 亿人口最低每年就需要消耗 2.6亿吨粮食。中国国土面积位于世界前列，然而中国耕地面积却不敌部分农业大国[8]。据第三次全国农业普查数据显示，中国耕地面积仅为 134921 千公顷，其中水稻种植面积大约为 29694 千公顷[9]。以稻米为主食的中国人口数超总数的65%[10]。水稻为中国庞大的消费人口提供了耐以生存的食物，稻谷产量和品质直接关系到中国粮食安全和国民经济[11]。人口增长是我国水稻产业有效发展的原始动力，我国作为水稻生产、消费大国[12]，联合国人口计划署认为，中国将于2030 年达到人口峰值，高达 15 亿左右，中国对水稻的需求量随着人口的增加而增加。以我国当前每年消费稻谷用量为对照计算，直至 2030 年，我国水稻需求量要提升超过 30%得以实现人们对未来水稻的生产需求[13]。
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1.2 肥料利用现状
1.2.1 氮肥利用现状
在各种环境条件下，氮（N）在植物生长和生产过程中的作用不容忽视[26]。由于氮素对植株生长的重要性使得氮肥成为世界化肥产量之首[27,28]，施用氮肥可促进水稻茎、叶生长茂盛，叶色浓绿，增加水稻株高、分蘖数、有效穗数，生育前期叶面积逐渐增加[29]。通过化肥施氮是作物生产中最主要的氮源[30]。然而，过量使用氮肥会对土壤健康、环境和作物生产产生不利影响[31,32]，如增加无效分蘖和穗分化期的生育期，降低生育后期的水稻叶面积，影响水稻植株光合作用能力，从而降低了籽粒品质、穗长以及籽粒产量[33]。
我国水稻种植面积在世界水稻种植面积中占据大约 20％，然而氮肥总施用量却达到了世界稻田施用总量的 37％[34,35]。这是由于我国水稻有着非常高的氮肥施用量，平均为 180kg/ha，比世界平均施氮水平高出 75％[36]。我国水稻生产中氮肥施用量的不断增加，导致氮肥利用效率低下，仅为 30%-35%[37]。据统计每年至少有 180 万吨氮肥（纯氮）被浪费[38]。氮肥大量流失的原因是由于稻田过量施用氮肥和氮肥利用率低[39]。以上情况不仅仅造成氮肥的浪费，并且使得生产者的种植成本不断增加。且除此之外，肥料施用量过多也就意味着不能被吸收利用的肥料越多，通过水土流失的方式，不能被吸收利用的化肥进入水源，造成水体污染[40-42]。李生秀等通过追踪我国水体中氮素的源头，发现其中的 60％来自于化肥。还发现氮素进入水体后不但会加剧其富营养化，还会污染土壤、水资源和大气等，并降低农产品品质[43]。陶为民[44]等认为，化学氮肥的损失可归结成以下几种途径，依次是硝酸盐的淋溶、硝化、反硝化脱氮和氨的挥发等，以上损失造成水体含氮化合物积聚[45]，水质变劣，且人体食用吸收积存硝酸盐的农作物也会形成伤害。柳金来[46]等通过试验研究发现在一定范围为氮肥用量愈高稻米蛋白质含量逐渐增高，但氮肥施用量高于 90.24kg/ha 时反而稻米的蛋白质含量逐渐下降，研究结果表明氮肥过量施用致使稻米品质变劣。过量施用氮肥会带来增加生产成本、环境污染、破坏耕地、影响稻米品质等诸多问题[47]，而我国水稻的氮肥施用量依旧维持在一个很高的水平，这是急需解决的问题[48]。因此，以最低的环境成本提高作物产量和质量来养活不断增长的全球人口是一项全球性挑战。
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2 材料与方法
2.1 试验设计
本论文共涉及二个联合田间试验。其中， 试验一：于 2019 年在广西壮族自治区来宾市象州县（23.97N，109.68E）、梧州市岑溪市（22.91N，110.99E）、贵港市港北区（23.10N，109.60E）、玉林市福绵区（22.63N，110.17E）、崇左市龙州县（22.35N，106.85E）。供试水稻品种：百香 139（象州、港北）、深优 9798（岑溪）、深优 898（福绵）、特优 575（龙州），供试水稻、品种特性如表 2-1。在施用基肥之前，采集 0-20cm 土壤样本，进行土壤基础理化性质分析，各项指标如表 3-2 所示。
试验为单因素试验，共设 5 个施肥水平。①T1:空白区（0 kg N + 0 kg P2O5 +0 kg K2O /ha）；②T2:全肥区（180 kg N + 45 kg P2O5 +135 kg K2O /ha）；③T3:缺氮区（0 kg N + 45 kg P2O5 +135 kg K2O /ha）；④T4:缺磷区（180 kg N + 0 kg P2O5 +135 kg K2O /ha）；⑤T5:缺钾区（180 kg N + 45 kg P2O5 +0 kg K2O /ha）。
磷肥选用过磷酸钙，全作为基肥施用；氮肥选用尿素，钾肥选用氯化钾，两者均分为基肥、分蘖肥、穗肥，以 50%、30%和 20%的比例施用。试验共有 5个处理，3 次重复，共 15 个小区。小区长 3.6m，宽 5.6m，面积 20.2m2,各个小区分布见图 2-1。重复间和相邻二个处理间留 50cm 走道，便于田间观察和农事操作。5 个施肥处理随机排列。常规方法育秧，3-4 叶期人工移栽，行距为 30cm，株距为 14cm，每穴栽双苗，每小区栽 12 行，每行栽 40 穴，每小区共 960 苗。
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2.2 调查内容与方法
2.2.1 土壤基础肥力
参考鲍士旦《土壤农化分析（第三版）》[124]，在基肥施用前每块田都分区组采集土壤样品，按“Z”字形，每组取 9 个点，将土壤混匀，放置在阴凉处自然风干[125]。研磨后的干土用 8mm 的筛进行筛选，然后进行测定分析，分析项目包括 pH 值、有机质（重络酸钾容量法-外加热法）、全氮（凯氏定氮法）、碱解氮（碱解扩散法）、有效磷（紫外分光法）及速效钾（火焰光度计）。
2.2.2 干物质积累量
在调查 30 穴水稻有效穗数的基础上，于齐穗期、成熟期每小区选取长势一致的代表性植株地上部 5 穴，按茎鞘、叶、穗器官分样。洗净后 105℃杀青 30min，80℃烘干至恒重(一般为 72h)后测定干物重，对样品进行粉碎过筛备用。
2.2.3 叶面积指数
在水稻齐穗期和成熟期，从每个处理区取 5 个具有代表性的水稻样品，保存带到实验室，用长×宽系数法测定水稻叶面积，然后换算为叶面积指数。
2.2.4 水稻产量及产量构成因素
实产：在水稻成熟期测定，人工收割全部植株和脱粒，晒干后称重，折算成单位面积产量。
考种：收割前按穗数调查情况取 5 蔸代表性水稻，沿根处截断，数出有效穗数，穗部脱粒，其他部位分茎叶烘干称重，穗部分用水选法（自来水）分开实粒、秕粒，实粒全部称重，计算实粒数、秕粒数、结实率、千粒重、每穗粒数。
2.2.5 植株氮、磷、钾含量
使用浓 H2SO4-H2O2法消煮水稻植株，提取其中氮、磷、钾，用 AA3 连续流动化学分析仪测定样品氮、磷含量、用原子吸收分光光度计测定样品钾含量，计算各器官的含氮、磷、钾吸收量。
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3 结果与分析 ......................................... 12
3.1 全量减施氮、磷、钾肥对水稻生长及养分积累的影响 ........................... 12
3.1.1 土壤基础肥力 .................................................. 12
3.1.2 对干物质积累的影响 ...................................... 13
4 讨论与结论 ............................................. 68
4.1 讨论 ................................................. 68
4.1.1 减量施肥对水稻生长和产量的影响 .................................... 68
4.1.2 减量施肥对水稻养分吸收和利用的影响 ................................... 69
4.1.3 不同品种产量及养分利用间的差异 ................................ 71
4.2 结论 ............................................... 72
3 结果与分析
3.1 全量减施氮、磷、钾肥对水稻生长及养分积累的影响
3.1.1 土壤基础肥力
表 3-2 表明，除龙州土壤呈弱碱性以外，其余 4 个试验点土壤均呈现弱酸性。根据国家土壤分级标准（表 3-1），岑溪和龙州试验点的土壤有机质含量处于二级（很高）水平，其余 3 个试验点的土壤有机质含量属于四级（中）水平。5 个试验点土壤的全氮含量在三级（高）及以上。5 个试验点土壤的碱解氮含量在二级（很高）及以上。龙州试验点土壤的速效磷含量较低，分类属于四级（中）；其余 4 个试验点土壤的速效磷含量在三级（高）及以上。除象州试验点土壤的速效钾含量为六级（很低）之外，其余 4 个试验点土壤的速效钾含量在三级（高）及以上。
农业论文参考
4 讨论与结论
4.1 讨论
4.1.1 减量施肥对水稻生长和产量的影响
品种改良为水稻产量的提高做出了巨大贡献[132]，但栽培方式、施肥、植保等管理措施的重要性也不容忽视[133]。前人研究表明，20 世纪 80 年代施肥可使稻谷产量上升 29.0%，现如今施肥可增加稻谷产量 29.6%。可见，化肥在水稻增产上发挥着巨大的作用[134]。全量减施氮、磷、钾养分试验结果表明，不施肥处理水稻产量为 3184.83-6486.00 kg/ha，施肥后增产 15.28%-50.89%。说明适宜施肥是水稻高产的重要栽培措施。反之，如果长期施肥不当，则会带来较低经济效益，破坏土壤肥力，浪费资源。
水稻养分积累决定其干物质积累，干物质积累又对水稻产量起决定性作用。不同施肥处理对水稻干物质积累有极显著影响，当缺失氮肥时，水稻干物质积累量显著降低，然而单独缺失磷、钾肥，对水稻干物质积累量没有太大的影响。氮、磷、钾肥对水稻干物质积累的促进作用从大到小依次为氮肥、磷肥、钾肥。
董作珍[135]等人就氮、磷、钾肥施用对籽粒产量影响的研究，研究结果表明肥料对水稻籽粒的作用由大到小依次为 N>K>P。在本试验中，与全肥处理水稻比较，不施氮肥处理水稻减产比例最大，其次是磷，再次是钾，5 个试验点表现出一致的变化趋势。
水稻产量与有效穗数、每穗总粒数、结实率、千粒重等产量构成因素关系密切[136]。刘伟明等研究表明甬优 8 的有效穗数与产量之间存在相关性关系，为显著负相关，每穗总粒数、千粒重与产量的相关性关系呈极显著正相关，结实率与产量之间的相关性结果显示正相关且显著[137]。林飞荣等发现嘉丰优 2 号的有效穗数与产量之间的关系表现为正相关，且是极显著的正相关，每穗实粒数、结实率与产量的相关性关系呈显著负相关[138]。漆辉等人通过对水稻产量构成因素的研究，发现受肥料影响最大的是有效穗数和每穗总粒数，减施肥料对水稻有效穗数的影响大，对千粒重影响小[139]。
参考文献（略）