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1試驗(yàn)概況與試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)在太湖流域武進(jìn)市謝家村爽水型水稻土上,分對照(CK)和高、中、低3個(gè)不同氮肥施用水平(N1、N2、N3)。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù),小區(qū)采用隨機(jī)排列方式。在每個(gè)小區(qū)中間埋一根PVC滲漏管,埋深1m,定時(shí)取得土壤1m處的水樣,以觀察不同氮肥施用水平下氮的淋洗情況。水樣的采集根據(jù)施肥時(shí)間而定,施肥后的5d內(nèi)每天取樣,以后20d內(nèi)隔天取樣,再后每星期取樣。試驗(yàn)的3個(gè)無機(jī)氮肥施用量為150kg/hm2(N1)、250kg/hm2(N2)和350kg/hm2(N3),分別配施磷肥(P2O5)、鉀肥(K2O)為100kg/hm2、155kg/hm2。水稻品種為93-25,6月18日插秧時(shí)基肥施用碳銨,6月24日和7月18日追肥時(shí)分別施用尿素和復(fù)合肥。其它栽培及管理方式同農(nóng)民普通大田。試驗(yàn)田土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、速效磷(P2O5)速效鉀(K2O)分別為27.4g/kg,1.72g/kg,78.28mg/kg,21.44mg/kg,148.08mg/kg。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1施肥與產(chǎn)量變化

在一定的范圍內(nèi),隨著施肥量的增加產(chǎn)量增加,到N2處理時(shí)達(dá)最大值,N3處理已表現(xiàn)為產(chǎn)量下降(如表1)。但總體看,施肥間產(chǎn)量增加緩慢,經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析表明,施肥間的產(chǎn)量差異不顯著。但施肥處理與對照區(qū)的產(chǎn)量差異達(dá)顯著水平,施肥增產(chǎn)的幅度在30%～35.8%之間。隨著氮肥用量的增加,在產(chǎn)量增加的同時(shí),平均產(chǎn)量和邊際產(chǎn)量都在降低,到N3時(shí),邊際產(chǎn)量已為負(fù)值,致使糧食產(chǎn)量下降。平均產(chǎn)量到N3時(shí)降為5kg/kg,即施用每公斤氮肥平均只能生產(chǎn)5.0kg的糧食。這主要是高量氮肥施用下的氮肥“奢侈”吸收所致(如表2)。

2.2植株吸氮及氮肥利用率變化分析

隨著施肥量的增加,籽粒和秸稈的含氮量呈明顯的上升趨勢(如表2),即發(fā)生植株的“奢侈”吸氮。氮的“奢侈”吸收導(dǎo)致單位氮肥產(chǎn)糧數(shù)量下降。隨著施肥量的增加,籽粒的含氮量明顯上升,相應(yīng)地,籽粒吸氮在開始階段因產(chǎn)量增加而大幅度增加,到后階段,產(chǎn)量雖然增加很慢或已經(jīng)開始下降,但吸氮量仍表現(xiàn)出緩慢增加趨勢。秸稈吸氮由于秸稈產(chǎn)量一直增加,含氮量也一直增加,所以始終表現(xiàn)為大幅度增加(如表2)。植株整體吸氮經(jīng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)施肥處理間達(dá)極顯著水平。隨著氮肥施用量的增加,雖然植株吸氮量在增加,但氮肥利用率仍呈下降趨勢,在N1時(shí),氮肥利用率為35%,而到N2時(shí),即迅速下降至25%。從N2到N3,雖沒有再表現(xiàn)出下降趨勢,但籽粒部分的氮肥利用率已在明顯下降,從N1時(shí)的24%下降到N2時(shí)的14%,再下降到N3時(shí)的11%,且這時(shí)平均產(chǎn)量和邊際產(chǎn)量也在迅速下降,所以高施肥的水稻生產(chǎn)是不經(jīng)濟(jì)的。

2.3氮的淋洗濃度與淋洗量變化分析

NO3-N淋洗濃度和淋洗量隨著施肥量的增加都呈增加趨勢,且各處理間增加明顯(如表3),經(jīng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)達(dá)到極顯著差異,多重比較結(jié)果為,N3和N1、CK之間差異達(dá)到極顯著水平,N2和N1、CK之間差異達(dá)顯著水平。隨著NO3-N淋洗量的增加,邊際淋洗量也呈增加的趨勢,尤其到N3時(shí)增加迅速(表3)。綜合考慮,N3時(shí)產(chǎn)量已經(jīng)下降,而NO3-N的邊際淋洗量又在迅速上升,所以N3處理即350kg/hm2的施肥量已顯過量。

2.4水稻生態(tài)經(jīng)濟(jì)合理施肥量的探討

在水稻生產(chǎn)體系中,施肥量與產(chǎn)量的高低受3方面因素制約,一方面為滿足人口的食物需求而須水稻高產(chǎn);另一方面此生產(chǎn)水平下須資源高效和經(jīng)濟(jì)高效;再一方面就是須對環(huán)境產(chǎn)生盡量少的污染。所以水稻的生產(chǎn)就要兼顧這3方面的要求。從生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)三效益兼顧的角度來探討一個(gè)合理的施肥量就尤為必要。

生產(chǎn)、生態(tài)效益兼顧的施肥量隨著施氮量的增加,氮肥的邊際產(chǎn)量迅速降低,而NO3-N的邊際淋洗量卻迅速上升,到高施肥階段更是如此。根據(jù)環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)的Coase原理,兩線的交點(diǎn),即是兼顧生產(chǎn)、生態(tài)兩個(gè)效益比較合理的施肥點(diǎn)。此施肥量所對應(yīng)的產(chǎn)量Y*應(yīng)為合理的產(chǎn)量,其他施肥量和產(chǎn)量則會(huì)產(chǎn)生消極后果,若要求Y>Y*,則導(dǎo)致施肥量的增加(在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件和技術(shù)條件下),環(huán)境污染程度加重,若要求Y<Y*;雖然對環(huán)境影響較小,但也不能發(fā)揮肥料的增產(chǎn)潛力,浪費(fèi)肥料資源。

3討論

利用農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)的邊際收益分析原理,可求得水稻經(jīng)濟(jì)效益最佳的施肥量(X1)和產(chǎn)量(Y1),利用環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)的Coase原理可求得水稻產(chǎn)量和生態(tài)效益兼顧的施肥量(X2)與產(chǎn)量(Y2),X1-X2即為生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)三效益兼顧的適宜施肥量,相應(yīng)的產(chǎn)量(Y1-Y2)為即為三效益兼顧的適宜產(chǎn)量。根據(jù)此方法計(jì)算得出,221.6～261kg/hm2為蘇南太湖流域當(dāng)前生產(chǎn)條件和技術(shù)條件下水稻生產(chǎn)、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益兼顧的適宜氮肥用量,相應(yīng)的產(chǎn)量為7379.6～7548.6kg/hm2。如果考慮到施肥間產(chǎn)量差異的不顯著性,可選擇221.6～261kg/hm2的下限為目前水稻生產(chǎn)、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益兼顧的適宜氮肥用量。這和一些學(xué)者的研究結(jié)果相似[2,4]。當(dāng)然,三效益兼顧的適宜施肥量也不是固定的,它會(huì)隨著生產(chǎn)條件和技術(shù)條件的改變而發(fā)生變化;或受市場價(jià)格的影響,即隨著化肥價(jià)格的升高,或水稻價(jià)格的下降,兩線交點(diǎn)將向左移,即施肥量減少;否則,交點(diǎn)將向右移,即施肥量增加。