水稻是主要粮食作物，其整个生育期所需要的营养元素以氮（N）、磷（P)、钾(K)营养元素为主，N素能促进水稻生长并促进产量形成，P素能加强光合作用和碳水化合物的合成与运转，K素参与光合产物转运并增强植株抗逆性[1-2]。在水稻生产中，化肥作为主要的生产投入品，对提升水稻产量发挥着重要作用。联合国粮食及农业组织（FAO）资料显示，化肥对全球粮食产量的贡献率在50%～60%[3]。生产中部分农户为追求产量，存在过量或不合理施肥现象，肥料施入土壤后不能全部被作物吸收利用，导致肥料利用率较低，引发耕地酸化、板结、水体污染等环境问题[4]。提高水稻肥料利用效率、实现粮油作物大面积单产提升、控制因肥料流失引发的环境污染风险，仍是当前农业生产中亟需解决的问题。
配方施肥是一种按照土壤肥力水平和作物需肥规律进行养分合理配比的科学施肥技术[5]。研究表明，配方施肥能够提高肥料利用率、增加作物产量。唐海明等[6]研究发现，N、P、K 肥合理配施，能够提高N肥农学利用率和N肥偏生产力；吴晨光等[7]研究发现，配方施肥技术提高了N、P、K肥的利用效率。杨晓磊等[8]研究发现，优化施肥条件后水稻产量提高了1.7% ，其N、P和K肥的农学效率较常规施肥处理分别提高了53.89%、248.02%和34.88%。
水稻是湖南省宁乡的主要粮食作物之一，种植面积占其播种面积的94.32%。黄砂泥田是该地主要土壤类型之一，面积7 421.6 hm2，提升黄砂泥田早稻肥料利用率和早稻产量，对保障粮食安全具有重要意义。近年来，针对湘早籼24号等早籼稻品种的肥料效应研究相对较少，关于黄砂泥田的肥料利用率测算数据有待补充完善。本研究通过田间试验，明确黄砂泥田早稻N、P、K肥的利用效率及交互效应，以期为相似地区早籼稻科学施肥、水稻大面积单产提升提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验地基本情况
试验于2024年3—7月在湖南省宁乡市回龙铺镇沿河村进行（28°11' 26" N，112°25' 33" E），研究区属亚热带大陆性季风湿润区，年平均气温16.8 ℃，无霜期274 d，平均日照时数1 737.6 h，年均降水量1 358.3 mm。试验田块平整，土壤类型为黄砂泥，前季作物为水稻，秸秆85%还田，pH 5.6，有机质含量19.6 g/kg，碱解N、速效P、速效K含量分别为169、1.68、105 mg/kg。
1.2 试验材料
供试品种为籼型常规水稻品种湘早籼24号，由湖南省水稻研究所选育。N肥选用尿素（含N 46%），由湖北宜化集团有限责任公司生产；P肥选用过磷酸钙（含P2O5 12%），由新洋丰农业科技股份有限公司生产，K肥选用氯化钾（含K2O 60%），由中化化肥有限公司生产。
1.3 试验设计
试验设计5个处理区，分别为空白区（F0）、无N区（F1）、无P区（F2）、无K区（F3）、NPK区（F4），N、P、K施用量分别为135、72、72 kg/hm²（表1）。每个处理设3次重复，小区面积20 m²（长×宽为5 m×4 m），采用随机区组排列，相邻两个小区之间筑高×宽为0.3 m×0.2 m的田埂，覆盖黑色塑料薄膜，各小区单排单灌，防止小区之间相互影响。N、P肥100%作基肥，在试验田翻耕时一次性撒施，N肥按60%、20%和20%的比例，分基肥、分蘖肥和穗肥施用，K肥按50%、30%、20%的比例，分基肥、分蘖肥和穗肥施用。
表1 不同处理基肥和追肥的用量及比例 (kg/hm²) |
| 编号 | 处理 | 总施肥量 | 基肥 | 追肥 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 分蘖肥 | 穗肥 | ||||||||||||
| N | P2O5 | K2O | N | P2O5 | K2O | N | P2O5 | K2O | N | P2O5 | K2O | ||
| 1 | 空白区（F0） | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 无N区（F1） | 0 | 72 | 72 | 0 | 72 | 36 | 0 | 0 | 21.6 | 0 | 0 | 14.4 |
| 3 | 无P区（F2） | 135 | 0 | 72 | 81 | 0 | 36 | 27 | 0 | 21.6 | 27 | 0 | 14.4 |
| 4 | 无K区（F3） | 135 | 72 | 0 | 81 | 72 | 0 | 27 | 0 | 0 | 27 | 0 | 0 |
| 5 | NPK区（F4） | 135 | 72 | 72 | 81 | 72 | 36 | 27 | 0 | 21.6 | 27 | 0 | 14.4 |
1.4 田间管理
试验田早稻于3月27日播种，采用抛秧软盘育秧，4月22日人工撒施基肥并将田块翻耕平整，4月23日进行抛秧移栽，密度33万蔸/hm²，每蔸7～8株。各处理施肥、灌溉、除草和病虫害防治统一进行，4月29日施分蘖肥，6月1日施用穗肥。7月11日成熟，每个小区单独收割、晾晒，单独计算产量。整个生育期内未受到病虫害、水灾和旱灾等自然灾害的影响。
1.5 测定指标及方法
早稻进入完熟期，在收获前1 d，各小区内按梅花形布设5个采样点，采集5株能够反映本小区长势的植株，测量计算单位面积的有效穗数、每穗总粒数和结实率及千粒重等指标；各小区进行人工收割测产，稻谷、秸秆分小区单独晒干后称重，由检测机构检测稻谷和秸秆的全N、全P、全K含量。全N采用自动定氮仪法测定，全P含量采用钼锑抗比色法测定，全K含量采用火焰光度计法测定。N、P、K养分参数及肥料产量贡献率计算如式（1 ）～（4 ）。
NPK区早稻吸N（P、K）总量（kg/hm2）=NPK区早稻稻谷产量×稻谷全N（P、K）含量+NPK区早稻秸秆产量×秸秆全N（P、K）含量
无N（P、K）区早稻吸N（P、K）量（kg/hm2）=[无N（P、K）区早稻稻谷产量×稻谷全N（P、K）含量]+[无N（P、K）区早稻秸秆产量×秸秆全N（P、K）含量]
N（P、K）肥利用率（%）=[NPK区早稻吸收N（P、K）总量－缺素区处理早稻吸收N（P、K）总量]/N（P、K）素投入总量×100
肥料产量贡献率（%）=（施肥处理区产量－空白区产量）/施肥处理产量×100
1.6 数据处理
数据分析采用Excel 2007和 SPSS 27软件进行处理，采用多重比较LSD法检验进行统计学分析。
2 结果与分析
2.1 不同处理的产量表现及其构成因素分析
由表2可知，早稻不同处理之间的产量构成因素存在一定差异，有效穗数在312.25万~415.15万穗/hm2。每穗总粒数方面，F0处理最低（69.41粒），较其他处理减少11.07～17.91粒，降幅13.75%～20.51%，且F0处理与其他处理之间差异具有统计学意义（P<0.05)，这说明N、P、K素的投入，均能提高早稻的每穗总粒数。千粒重和结实率方面，F0处理最高，结实率和千粒重分别为80.92%和24.7 g。产量方面，稻谷产量和秸秆产量由高到低依次为F4处理>F3处理>F2处理>F1处理>F0处理，F0处理与其他处理之间差异均具有统计学意义（P<0.05），说明在缺N、缺P和缺K的情况下也可明显提高稻谷产量和秸秆产量。F4处理稻谷产量和秸秆产量均最高，分别为6 216.50和6 010.72 kg/hm²，与其他各处理间差异具有统计学意义（P<0.05)，表明N、P、K肥合理配施，能明显增加早稻稻谷和秸秆产量。F1处理产量低于F2处理，F2处理低于F3处理，表明缺N对早稻稻谷和秸秆产量的影响较大，缺K对早稻的稻谷和秸秆产量的影响较小。
表2 不同处理的产量表现及其构成因素 |
| 处理 | 有效穗数/（万穗/hm2） | 每穗总粒数/粒 | 结实率/% | 千粒重/g | 稻谷产量/（kg/hm2） | 秸秆产量/（kg/hm2） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| F0 | 312.25 d | 69.41 b | 80.92 a | 24.7 a | 4 231.19 c | 3 742.51 d |
| F1 | 345.15 c | 80.68 a | 76.20 ab | 24.4 a | 5 157.61 b | 4 345.52 c |
| F2 | 382.31 b | 80.48 a | 73.20 b | 23.1 a | 5 200.29 b | 4 556.22 bc |
| F3 | 380.21 b | 81.11 a | 78.40 ab | 23.2 a | 5 535.73 b | 5 062.03 b |
| F4 | 415.15 a | 87.32 a | 78.45 ab | 23.4 a | 6 216.50 a | 6 010.72 a |
|
2.2 不同处理对早稻养分含量的影响
2.2.1 N含量
由表3可知，N素养分积累总量以F4处理最高（199.09 kg/hm2），F0处理最低（99.58 kg/hm2），F4处理较F3、F2、F1和F0处理分别明显增加14.46%、26.17%、41.41%和99.93%（P<0.05)。表明N、P、K肥配合施用能够提高早稻N素的积累量，F1处理N素吸收量明显高于F0处理，印证了施用N肥对N积累的关键影响。
表3 不同处理对早稻N、P、K养分积累量的影响 |
| 处理 | 稻谷养分含量/（g/kg） | 秸秆养分含量/（g/kg） | 养分积累总量/（kg/hm2） | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| N | P2O5 | K2O | N | P2O5 | K2O | N | P2O5 | K2O | |
| F0 | 13.54 | 3.19 | 3.26 | 11.3 | 1.23 | 12.9 | 99.58 d | 18.10 d | 62.07 c |
| F1 | 14.44 | 3.79 | 3.38 | 15.26 | 1.66 | 19.1 | 140.79 c | 26.76 bc | 100.43 b |
| F2 | 18.4 | 3.24 | 2.43 | 13.63 | 1.53 | 22.8 | 157.79 bc | 23.82 c | 116.52 a |
| F3 | 18.83 | 3.73 | 3.52 | 13.77 | 1.54 | 14.1 | 173.94 b | 28.44 b | 90.86 b |
| F4 | 19.06 | 4.29 | 3.62 | 13.41 | 1.57 | 17.04 | 199.09 a | 36.11 a | 124.93 a |
2.2.2 P含量
由表3可知，F4处理P素的吸收利用量最高（36.11 kg/hm2），F0处理最低（18.10 kg/hm2），F4处理较F3、F2、F1和F0处理分别明显增加26.97%、51.60%、34.94%和99.50%，说明N、P、K配合施用对作物P素吸收利用有明显促进效果。F1处理P素吸收利用量明显高于F0处理，证明施用N肥在一定程度上可以提高作物P素吸收利用效率。
2.2.3 K含量
由表3可知，F4处理K素的吸收利用量在所有处理中含量最高（124.93 kg/hm2），F0处理在所有处理中含量最低（62.07 kg/hm2）。F4处理较F3、F2、F1和F0处理分别增加37.50%、7.22%、24.40%和101.27%。F4处理K素积累量明显高于F3、F0处理（P<0.05），说明K肥对早稻地上部分K素积累的影响明显。F2处理K素积累量明显高于F1处理（P<0.05），证明在缺N的情况下，作物K素吸收利用效果下降。
2.3 肥料利用率与肥料产量贡献率分析
N肥、P肥、K肥的肥料利用率与产量贡献率见表4。N肥利用率由高到低依次为F4处理>F3处理>F2处理，P肥利用率由高到低依次为F4处理>F3处理>F1处理，K肥利用率由高到低依次为F4处理>F2处理>F1处理，肥料产量贡献率由高到低依次为F4处理>F3处理>F2处理>F1处理。F1处理的P肥利用率、K肥利用率和肥料产量贡献率在所有处理中最低，分别为4.09%、13.29%、17.95%，说明N是限制早稻肥料吸收利用效果和产量的主要因子。F4处理的N肥利用率、P肥利用率、K肥利用率和肥料产量贡献率在所有处理中最高，分别为43.19%、17.07%、47.31%、31.93%，说明N、P、K配合施用有利于提高肥料利用率和肥料产量贡献率。N、P、K肥料利用率由高到低依次为K>N>P，P肥的肥料利用率最低，这可能是由于土壤pH值较低时，铁、铝及其水合氧化物对磷酸根的强吸附作用，使得有效P浓度大幅下降。
表4 不同处理肥料利用率和肥料产量贡献率单位：% |
| 处理 | 肥料利用率 | 肥料产量贡献率 | ||
|---|---|---|---|---|
| N | P2O5 | K2O | ||
| F0 | ||||
| F1 | 4.09 | 13.29 | 17.95 | |
| F2 | 12.59 | 35.64 | 18.63 | |
| F3 | 24.56 | 6.42 | 23.56 | |
| F4 | 43.19 | 17.07 | 47.31 | 31.93 |
3 结论与讨论
水稻产量主要构成因子包括单位面积有效穗数、穗粒数和千粒重。刘梦红等[9]研究表明，N肥用量和施肥方式对水稻产量及构成因素具有重要影响。赵庆雷等[10]研究认为，N肥的施用比例和水分管理是影响水稻产量及其构成指标的重要农艺措施。本实验中，与空白区相比，N、P、K肥配施条件下，早稻有效穗数、穗粒数均显著增加，说明在早稻生长时期应用配方施肥技术能协同促进早稻分蘖与籽粒形成，有利于增加水稻有效穗数和穗粒数。本研究发现，不施任何肥料时的结实率和千粒重较高，这与黄依雯等[11]、朱宽宇等[12]的研究结果一致，可能是千粒重与土壤基础肥力、品种特性与养分响应关系、环境胁迫等方面关联性较强。相关研究表明，早稻产量对N肥缺失最为敏感，减产幅度可达50%，而P、K缺失的减产效应相对较弱[13]。本试验中，N肥对水稻产量的影响最大，P、K肥对水稻产量的影响小于N肥，印证了N素在早稻产量形成中的核心作用。
N、P、K元素的积累能够保证早稻生长发育正常进行，将无机养分转化为有机养分。养分元素的缺乏会明显影响该元素的吸收[14]。在本试验中，F4处理稻谷和秸秆的N、P、K养分积累量均最高，这反映出在早稻生长周期科学施用N肥，不仅能够提高N素养分积累，还可以促进P素和K素养分吸收，减少肥料流失。
综上，在本试验条件下，N、P、K肥配合施用，能明显优化研究区早稻产量构成因子，在一定程度上提高了肥料利用率和肥料产量贡献率。未来早稻生产可加强P肥利用效果研究，在生产过程中可撒施石灰性土壤调理剂等调节土壤pH或添加有机物料，缓解土壤对P的吸附，从而提高P肥利用率。根据土壤特性、肥料类型、施肥方法和时期，结合土壤改良、水分调控、品种选育等综合措施，科学运筹施肥方式，可减少养分损失，实现提高早稻单产的目标。