水稻經濟施氮量探究
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1試驗概況與試驗方法
試驗設在太湖流域武進市謝家村爽水型水稻土上,分對照(CK)和高、中、低3個不同氮肥施用水平(N1、N2、N3)。每個處理設3個重復,小區采用隨機排列方式。在每個小區中間埋一根PVC滲漏管,埋深1m,定時取得土壤1m處的水樣,以觀察不同氮肥施用水平下氮的淋洗情況。水樣的采集根據施肥時間而定,施肥后的5d內每天取樣,以后20d內隔天取樣,再后每星期取樣。試驗的3個無機氮肥施用量為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日插秧時基肥施用碳銨,6月24日和7月18日追肥時分別施用尿素和復合肥。其它栽培及管理方式同農民普通大田。試驗田土壤有機質、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試驗結果與分析
2.1施肥與產量變化
在一定的范圍內,隨著施肥量的增加產量增加,到N2處理時達最大值,N3處理已表現為產量下降(如表1)。但總體看,施肥間產量增加緩慢,經統計分析表明,施肥間的產量差異不顯著。但施肥處理與對照區的產量差異達顯著水平,施肥增產的幅度在30%～35.8%之間。隨著氮肥用量的增加,在產量增加的同時,平均產量和邊際產量都在降低,到N3時,邊際產量已為負值,致使糧食產量下降。平均產量到N3時降為5kg/kg,即施用每公斤氮肥平均只能生產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),即發生植株的“奢侈”吸氮。氮的“奢侈”吸收導致單位氮肥產糧數量下降。隨著施肥量的增加,籽粒的含氮量明顯上升,相應地,籽粒吸氮在開始階段因產量增加而大幅度增加,到后階段,產量雖然增加很慢或已經開始下降,但吸氮量仍表現出緩慢增加趨勢。秸稈吸氮由于秸稈產量一直增加,含氮量也一直增加,所以始終表現為大幅度增加(如表2)。植株整體吸氮經統計檢驗施肥處理間達極顯著水平。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,氮肥利用率為35%,而到N2時,即迅速下降至25%。從N2到N3,雖沒有再表現出下降趨勢,但籽粒部分的氮肥利用率已在明顯下降,從N1時的24%下降到N2時的14%,再下降到N3時的11%,且這時平均產量和邊際產量也在迅速下降,所以高施肥的水稻生產是不經濟的。
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),經統計檢驗達到極顯著差異,多重比較結果為,N3和N1、CK之間差異達到極顯著水平,N2和N1、CK之間差異達顯著水平。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時增加迅速(表3)。綜合考慮,N3時產量已經下降,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水稻生態經濟合理施肥量的探討
在水稻生產體系中,施肥量與產量的高低受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;另一方面此生產水平下須資源高效和經濟高效;再一方面就是須對環境產生盡量少的污染。所以水稻的生產就要兼顧這3方面的要求。從生產、經濟、生態三效益兼顧的角度來探討一個合理的施肥量就尤為必要。
生產、生態效益兼顧的施肥量隨著施氮量的增加,氮肥的邊際產量迅速降低,而NO3-N的邊際淋洗量卻迅速上升,到高施肥階段更是如此。根據環境經濟學的Coase原理,兩線的交點,即是兼顧生產、生態兩個效益比較合理的施肥點。此施肥量所對應的產量Y*應為合理的產量,其他施肥量和產量則會產生消極后果,若要求Y>Y*,則導致施肥量的增加(在現有的生產條件和技術條件下),環境污染程度加重,若要求Y<Y*;雖然對環境影響較小,但也不能發揮肥料的增產潛力,浪費肥料資源。
3討論
利用農業技術經濟學的邊際收益分析原理,可求得水稻經濟效益最佳的施肥量(X1)和產量(Y1),利用環境經濟學的Coase原理可求得水稻產量和生態效益兼顧的施肥量(X2)與產量(Y2),X1-X2即為生產、經濟、生態三效益兼顧的適宜施肥量,相應的產量(Y1-Y2)為即為三效益兼顧的適宜產量。根據此方法計算得出,221.6～261kg/hm2為蘇南太湖流域當前生產條件和技術條件下水稻生產、生態和經濟效益兼顧的適宜氮肥用量,相應的產量為7379.6～7548.6kg/hm2。如果考慮到施肥間產量差異的不顯著性,可選擇221.6～261kg/hm2的下限為目前水稻生產、生態和經濟效益兼顧的適宜氮肥用量。這和一些學者的研究結果相似[2,4]。當然,三效益兼顧的適宜施肥量也不是固定的,它會隨著生產條件和技術條件的改變而發生變化;或受市場價格的影響,即隨著化肥價格的升高,或水稻價格的下降,兩線交點將向左移,即施肥量減少;否則,交點將向右移,即施肥量增加。
