双季稻“双还双减”机械化生产技术模式

黄 山，汤 军，李木英，魏洪义，石庆华，潘晓华

(江西农业大学 双季稻现代化生产协同创新中心/作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室/江西省作物生理生态与遗传育种重点实验室，江西 南昌 330045)

1 “双还双减”技术模式的内涵

化肥的大量施用对提高农作物产量起到了十分重要的作用，但过量施用化肥也带来了严重的环境污染。为了提高化肥利用率，减少化肥使用量，农业科技工作者从肥料运筹、水分管理等方面开展了大量研究。“双还双减”即是利用豆科绿肥的固氮特性和水稻吸收的钾素主要积累在稻草中的特点，通过绿肥和稻草还田以减少稻田氮肥和钾肥使用量。研究表明，冬季种植紫云英的早稻田块，每翻压1 000 kg鲜草可以减少化学氮肥施用量(纯氮)2 kg;早、晚稻每还田100 kg稻草(干质量)可减少化学施钾量(K2O)1 kg。双季稻“双还双减”机械化生产技术模式是基于双季水稻机耕、机插、机收不断发展的现实，以“双还双减”为核心，将机收条件下的紫云英高产技术、双季水稻机插秧技术、机耕机收技术、稻草快速腐解技术、水肥高效管理和病虫草害综合防控等技术进行组装整合而成。该技术模式适宜于长江中游南部双季水稻生产。

2 “双还双减”技术模式的意义

水稻是我国最重要的粮食作物，特别是双季水稻对保障我国粮食安全和社会稳定具有举足轻重的地位。以2011年为例，双季稻主产区湖南省和江西省水稻播种面积列全国前两位，分别占全国水稻总播种面积的13.5%和11.0%［1］。尤其是江西省，双季稻种植比例更高，2011年江西双季水稻占其水稻总播种面积的比例为87.9%，高于湖南17.8个百分点［2］。随着人口的增长，我国对稻谷的需求将继续增加。因此，实现双季水稻产量的持续提升至关重要。但是，有证据表明，近期粮食单产水平已经出现停滞，甚至是下降趋势［3］。其中，在亚洲的稻作系统中表现尤为明显［4-5］。长期化肥施用导致土壤质量的下降是水稻产量停滞不前的主要原因之一［4，6］。豆科绿肥和秸秆还田等有机培肥措施是提高土壤肥力和作物生产力持续提升的重要路径［7-11］。同时，有机物料的循环利用对降低化肥施用和流失，避免秸秆焚烧、改善大气和水环境也具有重要意义［12-13］。大量研究表明，豆科绿肥和秸秆联合还田能够对作物生长发育产生协同促进效应，而且具有显著的节肥效果，能够降低化学肥料的施用量［14-19］。双季稻区光温水资源丰富，冬种紫云英不仅不会影响双季水稻生产季节，还为实施豆科绿肥和秸秆联合还田提供了良好的契机。

伴随经济的快速发展和农村劳动力的大量转移，机械化生产是未来我国农业发展的必然趋势。同时，农业机械化也是推动规模化经营和实现我国农业现代化的主要途径，是农业现代化水平的重要标志。目前，提高我国农业机械化水平的关键在双季水稻，瓶颈在水稻种植环节。2012，全国耕种收综合机械化水平达到57%，而水稻机械种植水平仅为30%［20］。因此，推广水稻机插秧高产技术对提升我国农业的整体机械化水平具有重要作用。另外，一方面，农民生产、生活方式的转变使秸秆作为能源、饲料和家畜栏舍垫被物等的价值显著下降，因此，虽然政府严令禁止焚烧秸秆，但是由于监管难度大，目前在生产上，稻草焚烧现象仍然普遍存在，导致了资源的浪费和严重的大气污染［12-13］。另一方面，联合收割机的普遍应用实现了稻草切碎后的田间原位还田，加之机械化耕作的广泛应用消除了稻草还田后对土壤耕作的干扰。因此，机械化生产有利于水稻秸秆的原位全量还田。

综上所述，推广实施双季稻“双还双减”机械化生产技术模式能够同步实现提升水稻产量、改善稻田土壤肥力、降低面源污染和提高水稻生产的机械化水平等多个目标，对构建资源节约型和环境友好型的双季稻种植模式和美丽乡村建设均具有重要意义［21］。

3 “双还双减”技术模式的理论基础

3.1 长期集约化种植下，水稻产量持续增长乏力

最近的研究［3］表明，全球尺度上35%的水稻种植地区产量增长出现停滞局面，其中亚洲地区尤为严重，在中国、印度和印度尼西亚分别有79%、36%和81%的水稻种植地区产量停滞不前。Ladha等［4］通过对亚洲地区稻麦轮作系统长期定位试验数据的分析表明，在化肥NPK配施条件下，有72%的长期试验站点水稻产量出现停滞现象，22%的站点甚至表现出显著的下降趋势。Bi等［5］对我国3个双季稻长期定位试验的分析也表明，除进贤点的晚稻外，化肥NPK配施处理的水稻产量均表现出下降趋势。在长期施用化肥下，水稻产量较高加之有机质归还水平较低，土壤K库的耗竭是产量停滞的普遍原因［4］。另外，土壤N素有效性的下降、微量元素的亏缺、土壤物理性状的退化等也是导致产量水平停滞不前的原因［5，22-23］。因此，土壤质量的下降可能是制约水稻产量提高的重要因素之一，而秸秆还田和绿肥种植等有机培肥措施对维持稻田生产力的持续提升至关重要［8-9，19，24-27］。

3.2 长期稻草还田能够提高水稻产量和土壤肥力，但短期效应变异较大

水稻吸收的K主要储存在茎秆中，因此，稻草还田对补充土壤K库具有重要作用［4］。此外，稻草还田对提高土壤物理、化学和生物学性状具有多方面的作用，可以全面改善土壤质量［7，14，16］。大量的长期定位试验一致证明，稻草还田对维持水稻产量的持续增长和提升稻田土壤肥力具有重要作用［5，26，28-29］。但是，稻草还田对水稻产量和土壤肥力的提升效应可能需要较长的时间才能显现，较短的时间尺度上稻草还田的对水稻生产的效应变异较大。Bijay-Singh等［16］对亚洲稻区大量试验的综合分析指出，短期来看，稻草还田能增加或减少水稻产量，也可能并无显著影响，研究结果变异较大。总体上，稻草还田短期内(3～5年)可能不会带来水稻产量的显著提高［14］。主要原因可能是，稻草N和P素含量较低，C/N较高，稻草还田后，丰富的碳源引起土壤微生物的大量繁殖，导致土壤速效N的固定，引起水稻前期N素供应不足［30-32］。而且，厌氧条件下，大量稻草还田后由于木质素等物质的累积，使土壤N素有效性下降，从而对水稻生长产生不利影响［6，33］。此外，稻草还田下，由于水分管理不当，某些真菌性病害的加重以及乙酸、硫化物等有毒物质的积累也会制约水稻产量的提高［11，14，34-35］。

3.3 豆科绿肥和稻草联合还田能够对水稻生长发育产生协同促进效应，实现节肥增产

有两种途径可以解决稻草还田下，短暂性的N素固定问题:(1)改变N肥运筹，增加前期N肥比例，或稻草还田的同时额外配施少量N肥［30，36］。由于水稻N素吸收主要来源于土壤，N肥的当季利用效率较低，而且水稻前期N素吸收较少，因此，无论是增加前期N肥比例或额外配施一定量的N肥均可能加重N素流失，降低肥料利用效率，导致环境污染［31］;(2)稻草与豆科绿肥联合还田［16，37-38］。因为豆科作物秸秆N素含量较高，更易分解，稻草与豆科绿肥联合施用可缓解稻草单独还田的不利效应，提高水稻产量和N肥利用效率以及实现节肥。Aulakh等［39］对印度稻麦轮作系统的研究表明，麦秆和豆科绿肥联合还田能对水稻产量产生协同促进效应。也有研究显示，小麦秸秆和豆科绿肥联合施用能提高水稻产量和N肥利用效率［40］。Kaewpradit等［41］通过15N示踪法研究指出，花生秸秆与稻草联合还田能显著改善N素固定，更好地协同水稻N素需求与供给，降低N素流失。另外，本课题组的研究［42-43］表明，稻草还田下配施适量的腐解菌剂可提高土壤微生物和土壤酶的活性，加速稻草分解，从而缓解短期内稻草还田的不利效应，提高双季水稻产量。

已有证据表明，秸秆还田能降低N素流失、提高土壤P素的有效性，实现节肥增产［16，44-45］。对江西双季稻系统的研究表明，在等养分条件下，与全量化肥单独施用相比，秸秆还田配施减量的化肥并不影响水稻产量，试验第二年甚至能显著提高水稻产量，从而实现节肥增产;化肥N、P、K的减量幅度平均分别为27%，10%，67%，每百千克稻草还田量平均可减少施钾量(K2O)1.4 kg［44］。侯晓莉等［18］的研究也证明，化学N、P、K肥减量10%条件下，秸秆还田依然能增加水稻产量。基于对全国尺度稻田秸秆还田试验的meta分析，笔者发现秸秆还田能显著提高水稻产量，而且具有显著的节肥效果;与全量化学NPK施肥相比，秸秆还田配施减量的化肥不影响水稻产量，N、P、K肥的减量幅度平均分别可达29.4%，8.3%，21.9%［47］。另外，本研究团队近期的试验表明，与冬季休闲相比，冬种紫云英翻压还田下减少氮肥用量不影响双季早稻产量，有些年份甚至显著提高产量，这主要取决于冬季紫云英的生长量;每翻压1 000 kg鲜草平均可减少化学氮肥施用量(纯氮)3.6 kg［48］。因此，可以假设，豆科绿肥和秸秆联合还田应该具有更大的节肥效果。但是，目前我国针对豆科绿肥和秸秆联合还田下水稻的节肥效应研究很少。Aulakh等对印度稻麦轮作系统的研究表明，与秸秆单独还田相比，豆科绿肥和秸秆联合还田在增加水稻和小麦的产量的同时，N肥用量可减少72%［39］。Yadvinder-Singh等［37］也指出，等养分条件下，与秸秆单独还田处理相比，豆科绿肥和小麦秸秆联合施用即使仅配施35%的N肥，亦能显著增加稻麦系统的生产力，养分利用效率也随之显著提高。2013年课题组开展的田间试验表明，与全量化肥NPK施用相比(N∶P2O5∶K2O=150∶65∶135 kg/hm2)，减少20%的N、K肥，紫云英和稻草联合还田依然能显著提高早稻产量(增产幅度达5.7%)，但减少40%N、K肥时产量下降5.6%。

然而，目前在稻作系统中，豆科绿肥和秸秆联合还田的应用主要集中在印度河-恒河平原的稻麦轮作系统。因为，此地区小麦收获到下季水稻种植约有两个月的休闲期(5—6月)，给种植豆科绿肥提高了良好的条件［49］。而我国北方的一季稻种植系统冬季气温过低，江淮流域的稻麦轮作系统的茬口则异常紧张，均不适合种植豆科绿肥。而南方双季稻系统较长的冬季休闲期，为在不影响水稻播种面积和复种指数的前提下，推广豆科绿肥和秸秆联合还田提供了良好的机会。综上所述，在南方双季稻区推广冬季种植豆科绿肥和稻草联合还田，化肥减量施用、配合水稻机插高产栽培技术、病虫草害综合防控等多项技术，即“双季稻‘双还双减’机械化生产技术模式”，能够同步实现提高双季水稻产量、土壤肥力提升、降低农田面源污染、改善农村生态环境和农民节本增效等多项目标，对保障国家粮食安全和实现南方稻区的可持续发展具有重要意义。

4 “双还双减”模式的关键配套技术

4.1 培育壮秧

机插水稻高产的关键在培育壮秧。首先，应因地制宜选择优质、高产、稳产和抗逆性强的品种。早稻宜选用全生育期105～110 d的早、中熟品种;晚稻宜选用全生育期110～115 d的中熟或中熟偏早品种。选择地势平坦、灌溉和运秧方便、土壤肥沃的稻田或菜地做秧田。通过晒种选种和种子消毒、适宜播种量、半旱式水分管理、化控等措施，培育适龄、适高(株高)壮秧。提倡用机插秧育秧基质进行育秧。

4.2 机械插秧

机插秧对大田耕整质量要求较高。机械作业深度不超过20 cm，泥脚深度不大于30 cm。绿肥田于盛花期翻耕，灌水泡田沤肥腐熟10～15 d再进行旋耕;晚稻田在早稻收割后及时泡水旋耕，泡水前结合施肥可适当配施腐解菌剂以加速稻草分解。大田耕整后确保沉实1～2 d后栽插。尽可能采用高速插秧机。行株距规格为30 cm×(12～16)cm。在确保秧苗不漂、不倒的前提下，应尽量浅栽，机插深度以不大于2 cm为宜，机插完成后应在大田四周及时人工补苗。

4.3 肥水管理

施肥总量(667 m2):纯氮(N)11～13 kg、氧化钾(K2O)12 kg、五氧化二磷(P2O5)6～8 kg。氮、钾肥按基肥∶蘖肥∶穗肥=5∶2∶3施用;磷肥做基肥一次性施用。基肥在整地时施用，蘖肥在栽后7 d左右结合施用除草剂施用，穗肥晒田复水后(抽穗前18～20 d)施用。冬季种植紫云英的早稻田块，按每翻压1 000 kg鲜草减少化学氮肥施用量(纯氮)2 kg;早、晚稻每还田100 kg稻草减少化学施钾量(K2O)1 kg。施肥总量减少后，施肥方式及比例不变。

早稻薄水返青，湿润分蘖，每667 m2茎蘖数达到(1.8～2.0)×105时晒田，足水孕穗扬花，干湿灌浆，收割前5 d断水;晚稻浅水活棵，湿润分蘖，每667 m2茎蘖数达到(1.6～1.8)×105时开始晒田，足水保胎，有水抽穗扬花，干湿灌浆，收割前7 d左右断水。

4.4 病虫草害综合防控

坚持“预防为主，综合防治”的方针，以农业防治、生物防治和物理防治措施为主体，以化学防治为辅助，尽量选择无公害药剂，在保障产量目标的前提下实现农药减量。机插后5～7 d结合分蘖肥施用除草剂，施用后保持田间水层4～5 d。提倡稻田安装频振式杀虫灯以诱杀二化螟、稻纵卷叶螟和稻飞虱等水稻主要害虫。大田主要做好“三虫三病”的防治，即:分蘖盛期和抽穗期的二化螟，分蘖期至孕穗期的稻纵卷叶螟，抽穗灌浆期的稻飞虱，破口抽穗初期的稻瘟病，孕穗至抽穗期的纹枯病，以及晚稻的稻曲病。

4.5 紫云英种植与管理

于晚稻收割前20～25 d(9月下旬)将种子撒于稻田，每667 m2播种量2.0～2.5 kg，播后保持田间湿润，出苗后遇干旱灌“跑马水”。晚稻收获前7 d排干田间水分(遇秋雨要开沟排水)，以减轻收割机对紫云英幼苗的损伤。机收后人工将机械切碎还田的稻草扒均，并开好排水沟。冬春季节雨水过多时，要及时清沟排水，以防渍害。

［1］中华人民共和国国家统计局.［EB/OL］.http://www.stats.gov.cn/.

［2］中华人民共和国农业部.［EB/OL］.http://www.zzys.gov.cn/moazzys/nongqing.aspx.

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