基于“3414”肥效试验设计的水稻氮磷钾肥效及土壤养分响应研究

刘春雪; 司良; 王明硕; 孙海航; 王静静; 王和坤

doi:10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2026.03.002

安徽农学通报 >

2026 , Vol. 32 >Issue 3: 5 - 9

DOI: https://doi.org/10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2026.03.002

粮食作物

基于“3414”肥效试验设计的水稻氮磷钾肥效及土壤养分响应研究

刘春雪 ,
司良 ,
王明硕 ,
孙海航 ,
王静静 ,
王和坤

展开

吉林农业科技学院农学院，吉林 132101

司良（1988—），男，吉林磐石人，助教，从事土壤培肥研究。

刘春雪（2003—），女，河北张家口人，从事土壤培肥研究。

收稿日期: 2025-04-18

网络出版日期: 2026-02-09

基金资助

吉林省大学生创新创业训练计划项目“不同量N、P、K配施对稻田养分及水稻产量构成因素的影响”(S202311439012)

收起

Research on nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer efficiency and soil nutrient response of rice based on “3414” fertilizer efficiency experiment design

Liu Chunxue ,
Si Liang ,
Wang Mingshuo ,
Sun Haihang ,
Wang Jingjing ,
Wang Hekun

Expand

College of Agriculture, Jilin Agricultural Science and Technology University, Jilin 132101, China

Received date: 2025-04-18

Online published: 2026-02-09

Fold

摘要

为探讨吉林省中部水稻氮、磷、钾施肥量的最佳配比及其对水稻的影响效应，以吉宏6号为试验对象，采用“3414”田间肥效设计，设置3个（氮、磷、钾）因素，4个水平（0、1、2、3，其中0水平为不施肥，2水平N、P₂O₅、K₂O用量分别为180、60、90 kg/hm²，1和3水平施肥量分别为2水平施肥量的0.5倍和1.5倍），14个处理，测定每个处理的株高、有效穗数等生育性状和土壤pH、有机质含量等土壤养分指标。结果表明，各处理穴数在9.3～17.3穴/m²，株高在0.922～1.099 m；处理7（N₂P₃K₂）的有效穗数和千粒重最高，分别为31.3穗/穴，24.8 g，处理10（N₂ P₂ K₃）的穗粒数最高，为190.7粒，处理6（N₂P₂K₂）的产量最高，为614.2 kg/667 m²；处理11（N₃P₂K₂）的土壤碱解氮含量最多，处理9（N₂P₂K₁）的有效磷含量最高，处理10的土壤速效钾含量最高；处理13（N₁P₂K₁）的土壤pH最低；处理6（N₂P₂K₂）的有机质含量最高。综合表明，氮、磷、钾对水稻的影响效应有所不同，磷肥有利于增加水稻有效穗数、提高千粒重，钾肥对穗粒数的促进作用较为明显；其中处理6是研究区的最佳施肥量配比，能提高水稻产量和土壤有机质含量，达到丰产与培肥协同提升的效果。

关键词： 水稻; “3414”肥效; 产量; 有机质含量

本文引用格式

刘春雪 , 司良 , 王明硕 , 孙海航 , 王静静 , 王和坤 . 基于“3414”肥效试验设计的水稻氮磷钾肥效及土壤养分响应研究[J]. 安徽农学通报, 2026 , 32(3) : 5 -9 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2026.03.002

Abstract

To explore the optimal application rates and ratio of nitrogen (N), phosphorus (P), and potassium (K) fertilizers and their effects on rice in Central Jilin Province, Hongji No.6 was taken as the experimental object, field experiment was conducted using the “3414” fertilizer efficiency design. The experiment included 3 factors (N, P, K), 4 levels (0, 1, 2, 3; level 0 represented a no-fertilization control， the application rates at level 2 were 180 kg/hm² for N, 60 kg/hm² for P₂O₅, and 90 kg/hm² for K₂O， the application rates for level 1 and level 3 were set at 0.5 times and 1.5 times those of level 2, respectively.), and 14 treatments. Agronomic traits including plant height and effective panicle number, as well as soil nutrient indices such as soil pH and organic matter content, were determined for each treatment. The results showed that all treatments, the hill density ranged from 9.3 to 17.3 hills per square meter, and the plant height ranged from 0.922 to 1.099 m; treatment 7 (N₂P₃K₂) achieved the highest effective panicle number (31.3 panicles per hill) and 1 000-grain weight (24.8 g); treatment 10 (N₂P₂K₃) produced the maximum number of grains per panicle (190.7 grains); and treatment 6 (N₂P₂K₂) yielded the highest rice grain production (614.2 kg/667 m²). In terms of soil properties, treatment 11 (N₃P₂K₂) had the highest soil available nitrogen content; treatment 9 (N₂P₂K₁) had the highest available phosphorus content; treatment 10 had the highest available potassium content; treatment 13 (N₁P₂K₁) had the lowest soil pH; and treatment 6 had the highest soil organic matter content. Overall, N, P, and K fertilizers exhibited different effects on rice growth: phosphorus fertilizer was beneficial for increasing effective panicle number and improving 1 000-grain weight, while potassium fertilizer had a prominent promoting effect on the number of grains per panicle. Among all treatments, treatment 6 (N₂P₂K₂) was identified as the optimal fertilizer ratio for the study area, which could not only increase rice yield but also improve soil organic matter content, thus achieving the synergistic improvement of high yield and soil fertility.

Key words： rice; “3414” fertilizer efficiency; yield; organic matter

水稻作为重要的粮食作物之一，其产量需求随经济发展而持续提升^[1-2]。水稻品种的遗传特性、环境条件和栽培技术等因素协同影响其产量和品质^[3-4]。氮、磷、钾作为肥料三要素，对提高水稻产量、品质和保障粮食安全具有重要意义^[5]。然而，作物中的营养元素并不是独立调控的，氮、磷、钾之间存在着协同机制，合理配施对于作物产量的提高有重要作用^[6]。“3414”指氮、磷、钾3个因素、4个施肥水平、14个处理的田间试验方案，该方案具有设计处理少、效率高等优点，是应用较为广泛的肥料效应田间试验方案^[7]。吴珍等^[8]以四川早熟蒜为试验对象，采用“3414”肥料效应田间试验，探索了大蒜生产对氮、磷、钾肥的有效利用率，并建立高效的大蒜施肥模型，完善施肥技术体系，指导大田生产精准施肥。余磊^[9]通过“3414”田间试验，厘清了水稻产量与施肥量之间的关系，为水稻种植的合理施肥以及提高氮、磷、钾肥利用率提供参考。基于此，本研究以吉林省中部地区田间水稻为研究对象，采用“3414”肥料效应田间试验，探究了水稻氮、磷、钾施肥用量的最佳配比，为完善土壤测土配方施肥配方，实现化肥减量增效和改善土壤环境质量提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2023年5月在吉林农业科技学院校内北大地水稻田进行，其地势平坦、平整，肥力中下等水平，属于中低产田，配套沟渠，灌溉便利。供试氮、磷、钾肥料分别为尿素（N 46%，兴安盟博源化学有限公司）、过磷酸钙（P₂O₅ 12%，湖北丰乐生态肥业有限公司）和氯化钾（K₂O 60%，辽宁米高化工有限公司）。供试水稻品种为吉宏6号（吉审稻2014019），生育期138 d，属中晚熟香型水稻品种，株型紧凑，分蘖力适中。

1.2 试验方法

试验采用“3414”试验设计方法，3个（氮、磷、钾）因素，4个（0、1、2、3）施肥水平，14个处理。0水平为不施肥，2水平为当地最佳施肥量的近似值，1水平施肥量为2水平施肥量的0.5倍，3水平施肥量为2水平施肥量的1.5倍。14个处理详情见表1。

表1 “3414”完全实施方案处理

试验编号	处理	N水平	P水平	K水平
1	N₀ P₀ K₀	0	0	0
2	N₀ P₂ K₂	0	2	2
3	N₁ P₂ K₂	1	2	2
4	N₂ P₀ K₂	2	0	2
5	N₂ P₁ K₂	2	1	2
6	N₂ P₂ K₂	2	2	2
7	N₂ P₃ K₂	2	3	2
8	N₂ P₂ K₀	2	2	0
9	N₂ P₂ K₁	2	2	1
10	N₂ P₂ K₃	2	2	3
11	N₃ P₂ K₂	3	2	2
12	N₁ P₁ K₂	1	1	2
13	N₁ P₂ K₁	1	2	1
14	N₂ P₁ K₁	2	1	1

每个小区面积22.28 m²，每个处理的水稻种植密度相同，行株距为30 cm×16.5 cm。以研究区水稻2水平参考施肥量（N、P₂O₅、K₂O分别为160、60、90 kg/hm²）作底肥，根据试验要求及2水平施肥量计算每个处理的施肥量，见表2。将试验地翻耕耙平、构筑小区，田埂包裹农膜，灌水泡田48 h后按试验设计一次性施用尿素、过磷酸钙和氯化钾，将肥料翻耙入土。其间各小区田间管理措施保持一致。水稻分蘖期追施氮肥，2水平追施20 kg/hm²、1水平追施 10 kg/hm²、3水平追施30 kg/hm²。因此本试验2水平N、P₂O₅、K₂O用量分别为180、60、90 kg/hm²。不同施肥处理小区实行单排单灌，保证处理间互不影响。

表2 基于“3414”完全实施方案的肥料用量单位：（g/m²）

试验编号	处理	底肥			追肥
试验编号	处理	尿素	过磷酸钙	氯化钾	尿素
1	N₀ P₀ K₀	0	0	0	0
2	N₀ P₂ K₂	0	50	15.0	0
3	N₁ P₂ K₂	17.4	50	15.0	2.175
4	N₂ P₀ K₂	34.8	0	15.0	4.350
5	N₂ P₁ K₂	34.8	25	15.0	4.350
6	N₂ P₂ K₂	34.8	50	15.0	4.350
7	N₂ P₃ K₂	34.8	75	15.0	4.350
8	N₂ P₂ K₀	34.8	50	0	4.350
9	N₂ P₂ K₁	34.8	50	7.5	4.350
10	N₂ P₂ K₃	34.8	50	22.5	4.350
11	N₃ P₂ K₂	52.2	50	15.0	6.525
12	N₁ P₁ K₂	17.4	25	15.0	2.175
13	N₁ P₂ K₁	17.4	50	7.5	2.175
14	N₂ P₁ K₁	34.8	25	7.5	4.350

1.3 调查指标及方法

每个小区隔5～10 d调查1次苗情。成熟期考察植株性状、穗粒结构、产量等。在小区试验收割前，各小区采集水稻进行室内考种，采集土壤样品进行测试，每项指标重复3次。

1.3.1 生育性状

在田块中按5点取样法选取代表性区域（避开田边和异常区域），每个样点面积为 1 m²，统计样点内所有水稻穴数。株高：取代表性植株10穴，用测量尺从地面基部（分蘖节）量至最高穗的顶端（不压弯穗），取平均值。有效穗数：取代表性植株10穴，剔除完全空瘪穗，记录每穴有效穗数（抽穗≥50%且结实），计算平均值。千粒重：随机取成熟籽粒1 000粒，使用0.1 g精度天平称重。穗粒数：随机选取代表性主茎穗10穗，计数每穗实粒（饱满）+空瘪粒，计算单穗平均粒数。产量：收割≥50 m²代表性田块，脱粒后测定籽粒总鲜重，取样测含水量，换算14%标准水分产量。

1.3.2 土壤养分指标

采用5点取样法采集耕层（0～20 cm）土壤样品，土壤pH、有机质含量、碱解氮含量、有效磷含量和速效钾含量分别参考NY/T 1377—2007《土壤pH的测定》、NY/T 1121.6—2006《土壤有机质的测定》、LY/T 1228—2015《森林土壤水解性氮的测定》、NY/T 1121.7—2014《土壤有效磷的测定》和NY/T 889—2004《土壤速效钾/缓效钾含量的测定》进行测定。

1.4 数据处理

采用WPS Office和DPS 19.05软件对数据进行整理，并进行差异分析，采用WPS Office和Origin 2021软件作图。

2 结果与分析

2.1 水稻生育性状

由表3可知，各处理穴数在9.3～17.3穴/m²，株高在0.922～1.099 m。处理7（N₂P₃K₂）的有效穗数和千粒重最高，分别为31.3穗/穴，24.8 g，与处理6（N₂P₂K₂）差异具有统计学意义（P<0.05），表明在供氮供钾处于2水平前提下，增施磷肥有利于增加水稻有效穗数、提高千粒重；但该处理的穗粒数在供试处理中无明显优势，产量较处理6减少58.3 kg/667 m²。处理10（N₂P₂K₃）的穗粒数（190.7粒）最高，与处理6差异具有统计学意义（P<0.05），说明在氮、磷处于2水平的前提下，增施钾肥对穗粒数的促进作用明显。14个处理中，处理6（N₂P₂K₂）的产量最高，为614.2 kg/667 m²，是处理1（N₀P₀K₀）的2.55倍。综合表明，处理6的产量优势明显。

表3 水稻生育性状

编号	处理	穴数/（穴/m²）	株高/m	有效穗数/（穗/穴）	千粒重/g	穗粒数/粒	产量/（kg/667 m²）
1	N₀ P₀ K₀	10.7±2.08 cde	1.000±0.07 bcde	14.0±0.00 gf	23.9±1.03 ab	125.2±3.05 h	241.0±6.05 k
2	N₀ P₂ K₂	15.3±1.53 ab	0.938±0.07 e	10.0±2.00 i	21.8±0.96 f	139.3±0.44 def	257.4±2.28 j
3	N₁ P₂ K₂	11.7±0.58 cde	0.992±0.04 cde	18.0±1.00 de	21.6±1.39 f	143.5±8.04 de	384.1±8.35 i
4	N₂ P₀ K₂	10.0±2.00 e	1.065±0.02 abc	24.7±0.58 c	22.3±0.87 def	147.6±7.69 de	465.5±7.75 ef
5	N₂ P₁ K₂	11.8±1.61 cde	1.047±0.05 abcd	19.7±1.53 d	24.4±0.90 abc	136.8±4.59 efg	472.0±7.51 de
6	N₂ P₂ K₂	10.2±2.02 de	1.099±0.01 a	29.0±1.00 b	23.0±1.87 cdef	159.0±5.02 bc	614.2±6.08 a
7	N₂ P₃ K₂	9.3±1.15 e	1.083±0.05 abc	31.3±0.58 a	24.8±0.76 a	129.2±8.01 fgh	555.9±4.33 b
8	N₂ P₂ K₀	15.3±2.25 ab	1.089±0.06 ab	15.3±0.58 fgh	23.1±0.97 bcdef	149.2±9.50 cd	442.4±2.35 g
9	N₂ P₂ K₁	10.3±1.53 de	1.067±0.06 abc	23.3±1.53 c	22.3±1.02 def	164.0±7.31 b	458.2±1.97 f
10	N₂ P₂ K₃	13.2±1.04 bc	0.955±0.06 de	15.7±0.58 fg	24.0±1.06 abcd	190.7±8.78 a	552.2±5.67 b
11	N₃ P₂ K₂	12.8±1.61 bcd	1.010±0.06 abcde	17.0±2.00 ef	21.4±0.84 f	189.8±4.11 a	532.5±5.44 c
12	N₁ P₁ K₂	16.0±2.00 a	0.922±0.04 e	16.7±1.15 ef	22.2±0.62 ef	125.4±5.63 h	415.5±5.96 h
13	N₁ P₂ K₁	14.7±0.58 ab	0.958±0.08 de	17.0±1.00 ef	21.9±1.12 ef	126.9±6.47 gh	391.3±5.92 i
14	N₂ P₁ K₁	17.3±1.53 a	0.999±0.05 bcde	13.7±0.58 h	23.7±0.51 abcde	147.6±5.40 d	476.3±5.76 d

注：同列不同小写字母表示处理间差异在0.05水平具有统计学意义。

2.2 土壤养分指标

2.2.1 速效养分

如图1所示，处理11（N₃P₂K₂）的土壤碱解氮含量最高，与其余处理差异具有统计学意义（P<0.05）；处理1（N₀P₀K₀）土壤碱解氮含量最低；处理2（N₀P₂K₂）土壤碱解氮含量106.8 mg/kg，略高于处理1。表明土壤碱解氮含量与外源尿素施用量密切相关，施用磷、钾肥可刺激水稻根系分泌有机酸，促进土壤氮素的活化，从而提高土壤碱解氮含量水平。处理6土壤碱解氮含量与处理2接近，这表明在推荐施肥量条件下，水稻增产效果明显，地上生物量增加，促进了对土壤碱解氮的消耗。处理3（N₁P₂K₂）、处理12（N₁P₁K₂）、处理13（N₁P₂K₁）的氮肥均为推荐施氮量的50%，土壤碱解氮含量水平较低，在107.8～123.0 mg/kg。

显示原图|下载原图ZIP|生成PPT

图1 不同处理下的水稻土壤速效养分含量

图中不同小写字母表示处理间差异在0.05水平具有统计学意义。

处理9（N₂P₂K₁）有效磷含量最高，为33.5 mg/kg，钾肥量减半影响了水稻产量，使得更多磷素保留在土壤中；其次为处理7（N₂P₃K₂）。处理1土壤有效磷含量最低，不施肥对当季磷素供应有较大影响。

处理10的土壤速效钾含量最高，这说明过量施钾肥会导致土壤钾素的积累。

2.2.2 土壤pH及有机质含量

由图2可知，处理13（N₁P₂K₁）的土壤pH最低，为5.76，说明在推荐磷肥用量情况下，减少过磷酸钙和尿素的施用量，可能导致土壤酸化；其余13个处理的pH在6.00～6.87。处理6（N₂P₂K₂）的土壤有机质含量最高，为15.4 g/kg，表明推荐施肥量在保障水稻产量的同时促进了土壤有机质含量的提升，即丰产与培肥效果协同提升。

显示原图|下载原图ZIP|生成PPT

图2 不同处理下水稻土壤pH和有机质含量

3 结论与讨论

基于“3414”试验设计的水稻成熟期生育性状研究是了解施肥对水稻生长和产量影响的重要途径。本次水稻“3414”田间试验设置14个氮磷钾配比处理，未安排重复试验，旨在通过肥料效应回归模型探究氮磷钾养分对水稻的增产效应与最佳施用配比。本研究表明，在氮、钾肥推荐施用量条件下，增施磷肥有利于增加水稻有效穗数、提高千粒重；在氮、磷钾肥推荐施用量条件下，增施钾肥对穗粒数有明显的促进作用。张志才^[10]以淮稻5号为研究对象，进行了水稻“3414”肥料效应试验，结果表明，在N、K施肥量均为2水平的情况下，水稻的千粒重均随施磷量的增加呈先增加后下降的趋势。本研究结果表明，处理6（N₂P₂K₂）的水稻产量最高，当3种元素中有2种元素处于2水平时，过量施用第3种元素均会导致水稻产量下降，但高于其他处理，说明氮、磷、钾三要素的含量对水稻产量有不同程度的影响。易丽娟等^[11]采用“3414”肥料设计探究不同氮、磷、钾配比施肥对晚稻产量及产量构成因素的影响，结果表明，N₂P₂K₂处理既能满足水稻对肥料的需求，又能保证其正常生长，从而有利于实现水稻产量的增加，与本研究结果一致。

“3414”肥料效应研究可以确定最佳施肥方案，从而提高肥料利用率和农业生产效益。本研究结果表明，土壤速效养分含量水平与外源化肥施用量密切相关，推荐施肥（N₂P₂K₂）条件下，土壤有机质含量最高，说明最佳施肥量能在提高水稻产量的同时促进土壤有机质含量的提升。马坤伟等^[12]基于“3414”肥效田间试验，探索最佳肥料施用量和最佳施肥配比，结果表明，适宜的施肥指标体系是提高作物产量和肥料利用率的基础，以N₂P₂K₂处理的配方肥效果最佳，本文研究结果与此一致。

综上，本研究基于“3414”肥效试验设计，探究氮、磷、钾肥对水稻生育性状及土壤养分的影响，结果表明，磷肥有利于水稻有效穗数的增加、促进千粒重的提高，钾肥对穗粒数的促进作用较为明显；推荐施肥量（N₂P₂K₂）条件下，水稻产量最高，为614.2 kg/667 m²，土壤有机质含量最高，为15.4 g/kg，表明研究区水稻生产的最佳施肥配比为N 180 kg/hm²、P₂O₅ 60 kg/hm²、K₂O 90 kg/hm²，该施肥方式能提高水稻产量和土壤有机质含量，达到丰产与培肥协同提升的效果。然而，本试验为小区试验，未设重复，未来可设置多梯度、多重复的田间试验，扩大试验区域，结合多年多点数据，进一步验证试验结果的稳定性与普适性，为后续规模化应用提供更充分的科学依据。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序

[1]	李艾芬，麻万诸，章明奎. 水稻土的酸化特征及其起因[J]. 江西农业学报，2014，26（1）：72-76.

[2]	张闫. 我国不同区域高产水稻土理想物理性状分析与构建[D]. 沈阳：沈阳农业大学，2020.

[3]	KUMARATHILAKA P， SENEWEERA S， MEHARG A，et al. Arsenic accumulation in rice （Oryza sativa L.） is influenced by environment and genetic factors[J]. Science of the total environment，2018，642：485-496.

[4]	董立强，李睿，商文奇，等. 东北稻区肥料施用现状、存在的问题与应对策略[J]. 作物杂志，2017（6）：17-22.

[5]	储成才，王毅，王二涛. 植物氮磷钾养分高效利用研究现状与展望[J]. 中国科学:生命科学，2021，51（10）：1415-1423.

[6]	吴可，谢慧敏，刘文奇，等. 氮、磷、钾肥对南方双季稻区水稻产量及产量构成因子的影响[J]. 作物杂志，2021（4）：178-183.

[7]	王圣瑞，陈新平，高祥照，等. “3414”肥料试验模型拟合的探讨[J]. 植物营养与肥料学报，2002，8（4）：409-413.

[8]	吴珍，冯鹏飞，刘发万，等. 基于“3414”试验模型的大蒜氮磷钾肥效应研究[J]. 长江蔬菜，2023（24）：67-71.

[9]	余磊. 基于3414试验的普安县水稻肥效模型及推荐施肥量研究[D]. 长沙：湖南农业大学，2022.

[10]	张志才. 金湖县丘陵地水稻3414肥效试验[J]. 农技服务，2022，39（10）：31-36.

[11]	易利娟，刘芳珍. 氮磷钾的不同配比对水稻产量·产量构成因素的影响[J]. 安徽农业科学，2015，43（27）：90-93，104.

[12]	马坤伟，徐栋，吴正利，等. 水稻“3414”肥料效应田间试验效果分析[J]. 耕作与栽培，2018（1）：39-40.

Options

文章导航

模态框（Modal）标题

摘要