水稻是我国最重要的粮食作物之一,稻谷产量和品质直接关系到我国粮食安全和国民经济^[1]。水稻产量和品质受品种遗传特性、环境条件和栽培技术措施的综合影响^[2]。合理施肥是重要的栽培技术措施。氮、磷、钾肥被称为肥料三要素,对提高水稻产量和品质、保障粮食安全具有重要意义^[3],然而,当前水稻生产中过量施用氮、磷、钾肥导致生产成本增加、养分利用率下降和环境污染等一系列问题^[4]。

研究^[5]表明,施用氮、磷、钾肥的早稻产量、晚稻产量和年总产量较对照区分别增加100.7%、67.0%和81.9%。李成亮等^[6]研究发现,氮、磷、钾肥的配合施用对双季水稻产量的影响大小为NPK>NP>PK>NK>CK,氮、磷和钾对水稻的增产效应系数分别为41.2%~54.8%、66.3%~88.2%和10.3%~10.9%。在0~270kg N/hm²施氮量范围内,水稻产量提高的原因是有效穗数和穗粒数的提高^[7]。苑俊丽等^[8]研究认为,在碱性土壤中,施用120~180kg N/hm²有助于提高水稻产量和氮素吸收效率。侯云鹏等^[9]研究发现,施用适量的氮肥可显著提高水稻产量及各生育时期养分吸收总量。许多学者将磷、钾肥与其他肥料配施研究其对水稻生长发育、产量和品质等的影响。任海等^[10]研究硅磷肥对水稻生长发育、产量和品质的影响,发现硅磷肥使水稻产量显著增加,施用量为1125kg/hm²时增产效果最好,且可显著改善稻米品质。徐新朋等^[11]研究得出,合理的磷、钾肥用量和移栽密度可显著增加水稻有效穗数和养分积累量,进而增加水稻产量和肥料利用率,但过多施用磷、钾肥会抑制产量的进一步增加。

氮、磷、钾三者之间存在复杂的作用^[12]。以单一营养元素对水稻产量及产量构成因子的影响研究较多,而在相同条件下比较不同营养元素效应的研究较少。为此,在5个试验点进行大田试验,研究氮、磷、钾肥对南方水稻产量及其构成因子的影响,以期为南方双季稻区氮、磷、钾肥合理施用提供理论依据。

2019年在广西来宾市象州县（23°97′ N,109°68′ E）、梧州市岑溪市（22°91′ N,110°99′ E）、崇左市龙州县（22°35′ N,106°85′ E）进行早稻田间试验,在贵港市港北区（23°10′ N,109°60′ E）和玉林市福绵区（22°63′ N,110°17′ E）进行晚稻田间试验。供试水稻品种为当地主栽品种百香139（象州、港北）、深优9798（岑溪）、两优898（福绵）和特优575（龙州）。

在施用基肥之前,从各地试验田采集0~20cm土壤样本进行基本理化性质分析,各项指标见表1。

试验设置5个施肥处理,对照（CK）,不施任何肥料;全肥（NPK）,同时施用氮、磷、钾肥;缺氮（N0PK）,在全肥基础上不施氮肥;缺磷（NP0K）,在全肥基础上不施磷肥;缺钾（NPK0）,在全肥基础上不施钾肥。施肥量为氮肥（按纯N计）180kg/hm²,磷肥（折合P₂O₅）45kg/hm²,钾肥（折合K₂O）135kg/hm²。磷肥为钙镁磷肥,作基肥一次性施用;氮肥为尿素,作基肥（50%）、分蘖肥（30%）和穗肥（20%）3次施用;钾肥为氯化钾,作基肥（50%）、分蘖肥（30%）和穗肥（20%）3次施用。每个处理重复3次,共15个小区。小区面积20.16m²,长3.6m,宽5.6m。重复间和相邻2个处理间留50cm走道,便于田间观察和农事操作。5个处理随机排列。常规方法育秧,3~4叶期人工移栽,行距30cm,株距14cm,每穴栽双苗,每小区栽12行,每行栽40穴,每小区960株苗。

1.3.1 土壤基础肥力 在基肥施用前每个区组按“S”形分别选取9个点取土壤样品混匀,置于阴凉处自然风干。干土磨碎后过8mm筛,按《土壤农化分析》（第3版）^[13]方法测定pH值,有机质（重铬酸钾容量法―外加热法）、全氮（凯氏定氮法）、碱解氮（碱解扩散法）、速效磷（紫外分光法）及速效钾含量（火焰光度计）。

1.3.2 水稻产量及其构成因子 在水稻成熟期采用人工收割全部植株,脱粒后晒干,称重,折算成单位面积产量。收割前每小区调查30穴水稻的有效穗数,取代表性5穴测定有效穗数、穗粒数、结实率和千粒重。

用Excel 2016统计数据与制作表格,用DPS和SPSS进行数据分析。

表1表明,除龙州土壤呈弱碱性以外,其余4个试验点土壤均为弱酸性。根据国家土壤分级标准^[14],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。土壤全氮含量均在三级（高）及以上,土壤碱解氮含量均在二级（很高）及以上。龙州试验点的土壤速效磷含量较低,属于四级（中）水平;其余4个试验点的土壤速效磷含量均在三级（高）及以上。除象州试验点的土壤速效钾含量为六级（很低）之外,其余4个试验点土壤的速效钾含量均在三级（高）及以上。

图1表明,各试验点水稻平均产量表现为NPK>NPK0>NP0K>N0PK>CK,与NPK处理相比,N0PK、NP0K、NPK0和CK处理水稻分别减产10.42%~24.41%、2.02%~10.94%、-2.08%~12.21%和15.28%~50.89%,分别平均减产17.43%、6.64%、4.83%和25.58%。

2.3.1 对有效穗数的影响 在同一试验地点,不同施肥处理间有效穗数的差异均达到了显著水平（表2）。然而,不同施肥处理有效穗数的变化趋势在不同试验地点不同。象州、港北和福绵3个试验点有效穗数最多的处理均为NP0K。由5个试验点有效穗数平均值可知,NP0K处理的有效穗数最多,然后依次是NPK0、NPK和N0PK,CK处理最少。

2.3.2 对水稻穗粒数的影响 表3表明,在象州、岑溪和龙州不同施肥处理间穗粒数的差异不显著。在港北和福绵不同施肥处理间穗粒数的差异显著。由5个试验点平均值可知,CK处理穗粒数最少,NPK0处理穗粒数最多,比CK处理高8.88%。

2.3.3 对水稻结实率的影响 由表4可以看出,NPK处理平均结实率最高,缺施肥料处理平均结实率从大到小为NPK0、NP0K和N0PK。与NPK相比,CK、N0PK、NP0K和NPK0处理水稻结实率分别下降1.60%、4.79%、3.40%和2.32%。由此可知,结实率受氮肥影响最大,磷肥次之,钾肥影响最小。

2.3.4 对水稻千粒重的影响 由表5可以看出,除港北外,其余4个试验点不同处理的水稻千粒重差异均达到显著水平。与NPK相比,CK、N0PK、NP0K和NPK0处理水稻千粒重分别下降1.21%、1.96%、1.64%和2.10%。

相关性分析（表6）表明,水稻产量与有效穗数（r=0.544）和穗粒数（r=0.852）呈极显著正相关,与结实率和千粒重呈负相关。产量构成因子间,有效穗数与千粒重呈极显著的负相关（r=-0.892）,结实率与穗粒数间呈显著负相关（r=-0.454）。其他产量构成因子间的相关性不显著。

通径分析（表7）表明,在4个产量构成因子中,穗粒数和有效穗数的直接通径系数明显大于总间接通径系数,而结实率和千粒重的总间接通径系数大于直接通径系数。分析表明,穗粒数和有效穗数对产量的影响以直接效应为主,而结实率和千粒重以间接效应为主。根据通径系数的数值大小,穗粒数和有效穗数对产量的影响明显大于结实率和千粒重。

品种改良为水稻产量的提高做出了巨大贡献,但栽培方式、施肥和植保等在高产栽培中也非常重要。20世纪80年代施肥对水稻产量的贡献率为29.0%,近年来施肥对水稻的贡献率为29.6%^[15]。可见,化肥在水稻生产上发挥着巨大的作用^[16]。本试验结果表明,施肥较不施肥处理增产。进一步证明了适量施肥是水稻高产的重要栽培措施。如果长期施肥不当,则会影响经济效益,破坏土壤肥力,浪费资源。

董作珍等^[17]研究表明,氮、磷、钾肥的施用可以显著提高水稻籽粒产量,其对籽粒产量的影响为N>K>P。在本试验中,与NPK处理相比较,N0PK处理水稻减产比例最大,其次是NP0K,再次是NPK0,5个试验点表现出大体一致的变化趋势。

水稻产量与有效穗数、穗粒数、结实率和千粒重等产量构成因子息息相关。刘伟明^[18]研究发现,甬优8号的有效穗数与产量呈显著负相关,穗粒数、千粒重与产量呈极显著正相关,结实率与产量呈显著正相关。林飞荣等^[19]发现,嘉丰优2号的有效穗数与产量呈极显著正相关,穗粒数、结实率与产量呈显著负相关。漆辉等^[20]研究表明,在水稻产量构成因子中,有效穗数和穗粒数随肥料施用量的增减呈现大幅度的波动,而千粒重则比较稳定。

本试验结果表明,在产量构成因子中,受氮肥影响最大的是有效穗数和结实率;受磷肥影响最大的是穗粒数;受钾肥影响最大的是千粒重。对水稻产量的影响作用由高到低依次为穗粒数、有效穗数、千粒重和结实率。

水稻产量受品种与环境因素共同作用。本研究在5个地点进行联合试验,虽然施肥处理一致,但各试验地点的水稻品种不同,试验季节不同（3个早稻试验,2个晚稻试验）,试验点土壤的基础肥力也存在较大差异。因此,不同处理产量及其构成因子在不同试验点没有表现出一致的变化趋势。岑溪土壤钾含量最高（209mg/kg）,其NPK0处理水稻产量甚至比NPK处理水稻增产2.08%。龙州试验点土壤速效磷含量低至四级（5.74mg/kg）,其有机质、全氮和碱解氮含量均达到三级甚至二级水平,而其CK处理水稻产量最低,在5个试验点中减产幅度最大。象州试验点土壤速效钾含量极低（20mg/kg）,有机质、全氮和碱解氮含量在5个试验点均最低,速效磷含量为三级水平,其CK处理水稻产量并没有明显比其他试验点低。上述分析表明,水稻产量受肥力因素的综合影响,尤其是受含量低（高）的营养元素的影响,因此,生产上应根据土壤肥力实际情况,因地制宜制定合理的施肥方案。

施用氮、磷、钾肥可显著提高水稻产量,单一元素肥料对产量的作用以氮肥最大,磷肥次之,钾肥的增产效果最小。不同元素肥料对产量构成因子的影响是不同的,氮肥主要影响有效穗数和结实率,磷肥主要影响穗粒数,钾肥主要影响千粒重。有效穗数和穗粒数对产量的影响以直接效应为主,并与产量呈现极显著的正相关。结实率和千粒重对产量的影响以间接效应为主,二者与产量的相关性不显著。