1试验概况与试验方法

试验设在太湖流域武进市谢家村爽水型水稻土上,分对照(CK)和高、中、低3个不同氮肥施用水平(N1、N2、N3)。每个处理设3个重复,小区采用随机排列方式。在每个小区中间埋一根PVC渗漏管,埋深1m,定时取得土壤1m处的水样,以观察不同氮肥施用水平下氮的淋洗情况。水样的采集根据施肥时间而定,施肥后的5d内每天取样,以后20d内隔天取样,再后每星期取样。试验的3个无机氮肥施用量为150kg/hm2(N1)、250kg/hm2(N2)和350kg/hm2(N3),分别配施磷肥(P2O5)、钾肥(K2O)为100kg/hm2、155kg/hm2。水稻品种为93-25,6月18日插秧时基肥施用碳铵,6月24日和7月18日追肥时分别施用尿素和复合肥。其它栽培及管理方式同农民普通大田。试验田土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷(P2O5)速效钾(K2O)分别为27.4g/kg,1.72g/kg,78.28mg/kg,21.44mg/kg,148.08mg/kg。

2试验结果与分析

2.1施肥与产量变化

在一定的范围内,随着施肥量的增加产量增加,到N2处理时达最大值,N3处理已表现为产量下降(如表1)。但总体看,施肥间产量增加缓慢,经统计分析表明,施肥间的产量差异不显著。但施肥处理与对照区的产量差异达显著水平,施肥增产的幅度在30%～35.8%之间。随着氮肥用量的增加,在产量增加的同时,平均产量和边际产量都在降低,到N3时,边际产量已为负值,致使粮食产量下降。平均产量到N3时降为5kg/kg,即施用每公斤氮肥平均只能生产5.0kg的粮食。这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变化分析

随着施肥量的增加,籽粒和秸秆的含氮量呈明显的上升趋势(如表2),即发生植株的“奢侈”吸氮。氮的“奢侈”吸收导致单位氮肥产粮数量下降。随着施肥量的增加,籽粒的含氮量明显上升,相应地,籽粒吸氮在开始阶段因产量增加而大幅度增加,到后阶段,产量虽然增加很慢或已经开始下降,但吸氮量仍表现出缓慢增加趋势。秸秆吸氮由于秸秆产量一直增加,含氮量也一直增加,所以始终表现为大幅度增加(如表2)。植株整体吸氮经统计检验施肥处理间达极显著水平。随着氮肥施用量的增加,虽然植株吸氮量在增加,但氮肥利用率仍呈下降趋势,在N1时,氮肥利用率为35%,而到N2时,即迅速下降至25%。从N2到N3,虽没有再表现出下降趋势,但籽粒部分的氮肥利用率已在明显下降,从N1时的24%下降到N2时的14%,再下降到N3时的11%,且这时平均产量和边际产量也在迅速下降,所以高施肥的水稻生产是不经济的。

2.3氮的淋洗浓度与淋洗量变化分析

NO3-N淋洗浓度和淋洗量随着施肥量的增加都呈增加趋势,且各处理间增加明显(如表3),经统计检验达到极显著差异,多重比较结果为,N3和N1、CK之间差异达到极显著水平,N2和N1、CK之间差异达显著水平。随着NO3-N淋洗量的增加,边际淋洗量也呈增加的趋势,尤其到N3时增加迅速(表3)。综合考虑,N3时产量已经下降,而NO3-N的边际淋洗量又在迅速上升,所以N3处理即350kg/hm2的施肥量已显过量。

2.4水稻生态经济合理施肥量的探讨

在水稻生产体系中,施肥量与产量的高低受3方面因素制约,一方面为满足人口的食物需求而须水稻高产;另一方面此生产水平下须资源高效和经济高效;再一方面就是须对环境产生尽量少的污染。所以水稻的生产就要兼顾这3方面的要求。从生产、经济、生态三效益兼顾的角度来探讨一个合理的施肥量就尤为必要。

生产、生态效益兼顾的施肥量随着施氮量的增加,氮肥的边际产量迅速降低,而NO3-N的边际淋洗量却迅速上升,到高施肥阶段更是如此。根据环境经济学的Coase原理,两线的交点,即是兼顾生产、生态两个效益比较合理的施肥点。此施肥量所对应的产量Y*应为合理的产量,其他施肥量和产量则会产生消极后果,若要求Y>Y*,则导致施肥量的增加(在现有的生产条件和技术条件下),环境污染程度加重,若要求Y<Y*;虽然对环境影响较小,但也不能发挥肥料的增产潜力,浪费肥料资源。

3讨论

利用农业技术经济学的边际收益分析原理,可求得水稻经济效益最佳的施肥量(X1)和产量(Y1),利用环境经济学的Coase原理可求得水稻产量和生态效益兼顾的施肥量(X2)与产量(Y2),X1-X2即为生产、经济、生态三效益兼顾的适宜施肥量,相应的产量(Y1-Y2)为即为三效益兼顾的适宜产量。根据此方法计算得出,221.6～261kg/hm2为苏南太湖流域当前生产条件和技术条件下水稻生产、生态和经济效益兼顾的适宜氮肥用量,相应的产量为7379.6～7548.6kg/hm2。如果考虑到施肥间产量差异的不显著性,可选择221.6～261kg/hm2的下限为目前水稻生产、生态和经济效益兼顾的适宜氮肥用量。这和一些学者的研究结果相似[2,4]。当然,三效益兼顾的适宜施肥量也不是固定的,它会随着生产条件和技术条件的改变而发生变化;或受市场价格的影响,即随着化肥价格的升高,或水稻价格的下降,两线交点将向左移,即施肥量减少;否则,交点将向右移,即施肥量增加。