水稻氮肥运筹及施用模式简述

2016-12-16贾东，徐漫，韩雷

北方水稻 2016年1期

贾东，徐漫，韩雷

（1辽宁省盐碱地利用研究所，辽宁盘锦 124010;2大洼县农业机械化学校，辽宁盘锦 124200；3沈阳农业大学附属实验场，沈阳 110161）

1 氮肥运筹研究的目的和意义

氮是作物生长必需的三大元素之一，对作物生长效果明显。在稻田生态系统中，氮素是水稻产量提高的巨大动力，对水稻生产的影响很大，如何合理施用氮肥一直是水稻栽培体系中重要的研究课题。

我国是世界上水稻生产与消费的第一大国，种植面积仅次于印度，总产占世界第一，全国有三分之二以上人口以稻米为主食。资料显示，我国水稻种植面积占世界水稻种植面积的20%，但水稻氮肥用量却占全球水稻氮肥总用量的37%。随着耕地面积的减少和人口的不断增长，我国资源消耗与粮食安全和环境保护的矛盾日趋突出，究其原因，这与氮肥的不合理运筹和过量施用均有很大的连带关系。长期以来，农民形成了施肥越多越增产的错误的传统观念，常常施用过量氮肥以期获得高产，导致集约化农作区的氮肥施用量越来越高，作物施肥量超过作物的吸收量；另一方面，氮肥价格的相对偏低也导致了氮肥的过量施用。基于此，我国化肥投入的增加与粮食产出的比例远远高于世界平均水平，成为世界氮肥第一消费大国（谢建昌，1998）。

我国肥料利用率低下的主要原因包括：施肥过量；忽视土壤养分资源的利用；作物增产潜力未得到充分挖掘；环境养分来源多，数量大等。国内外许多学者对如何提高肥料效率进行了深入的研究，并且取得了相应的研究成果。一般认为，氮肥利用率随着施氮量的增加会呈现出显著降低的趋势，不合理的氮肥运筹方式也会导致田间生产力和氮肥利用率的降低。因此，合理运筹氮肥，在保证一定产量的前提下提高氮肥利用率是科技工作者需要研究的重大课题。

传统的施肥理念由于偏爱施用氮肥而又缺乏环境保护意识和平衡施肥的技术，盲目的追求经济效益而重施氮肥，这不仅造成了作物生产成本的增加、肥料的浪费，而且因氨挥发、地表径流、排水导致地表水体的富营养化、地下水污染和温室气体N2O的排放等一系列的负面的环境效应。针对不同施肥方法体系来指导水稻生产，根据水稻的氮肥适宜施用方法和施用量，建立水稻氮肥高产高效的管理模式，在保证水稻稳产高产的前提下，提高稻米品质，降低病虫害发生，降低农药等生产资料的投入，减轻因氮肥挥发和淋失对环境造成的威胁，提高氮肥利用率，是目前我国水稻生产上亟需解决的科学问题，对于水稻生产可持续发展，提高水稻生产的竞争力，保障国家粮食安全具有重要的战略意义。

2 水稻氮肥施用模式的研究动态

2.1 国内外主要氮肥施用方法简介

2.1.1 深层施肥法将氮肥施用总量的1/3作为全层肥施入土壤，剩余的2/3肥料量于抽穗前35 d以球肥深施到10～12 cm的土壤中。该法是由日本农学家田中稔提出的，该作者以成穗率84%～95%、结实率85%以上作为目标，并认为当成穗率小于80%时，说明基肥过量；当结实率小于80%时，说明追肥过量，此时应对基肥、追肥数量及其比例进行调整。

2.1.2 侧深施肥法该方法是将肥料在水稻插秧的同时施于秧苗一侧土壤，可以促进水稻秧苗的早期生育，因此最适宜在寒地稻作区应用。侧深施肥法能够确保充足的茎数，促进秧苗前期的营养生长，进而解决早期温度低、冷水灌溉和地凉等所造成的生育早期水稻养分供应滞后的问题，在我国东北三省寒地水稻种植区以及日本寒地稻作区采用该施肥方法比较多。

2.1.3 前重—中轻—后补施肥法该施肥法强调重施基肥（基肥施用量超过总量的80%），少施分蘖肥和酌施粒肥，优点是能够获得适当的穗数，从而在后期能争取到较大的粒重和较多的粒数。我国东北稻区于20世纪80～90年代中期采用这种施肥法较多。但是，此种施肥法容易造成前期生长过旺从而使田间郁蔽，导致较重的病虫害发生，因此不利于高产优质水稻群体的建立。

2.1.4 前稳—中保—后促施肥法这是一种平稳促进的施肥方法，其优点是可以避免引起水稻前期生长过旺和分蘖过剩现象的发生，防止够苗期超前，群体长期处于拥挤状态，丛间郁蔽，生育环境恶化。该施肥法可减轻病虫草害，减少田间农药用量，节约成本，有利于保护生态环境和提高农民种稻效益。前稳—中保—后促施肥法逐渐被广泛认可，并且已经在生产上开始大面积的推广应用，取得了较好的社会效益和经济效益。

2.1.5 前轻—中重—后补施肥法此种施肥法的操作要点是适量施用基肥和分蘖肥，适当施穗肥，从而达到前期早生稳长、中期促进生长及后期避免早衰现象的效果。前轻—中重—后补施肥法能够保证足够的水稻穗数，促进大穗和提高粒重，在我国南方迟熟中稻和单季晚稻普遍采用这种施肥方法。

2.2 近年来新型施肥技术简介

随着科学技术的发展，高产和超高产水稻品种（组合）的推广，与此相适应的施肥技术也得到了发展，当前国内外最新施肥方法有一次性施肥、实地实时施肥管理模式、测土配方施肥、土壤精准施肥技术等。

2.2.1 一次性施肥水稻一次性施肥（或称水稻一次性全层施肥方法）首先在湖南醴陵研制成功，这种施肥方法是一种与水稻一次性专用肥料相结合的方法。一次性专用肥料是按照不同肥力土壤的供肥特征和水稻高产对养分的要求，把氮、磷、钾、微量元素等肥料混配在一起进行科学配方，把水稻一生中需要的全部营养（包括大量营养、中量营养和微量营养）采用造粒技术，经过一定工艺造粒制成作物专用肥。颗粒专用肥中的速效养分被缓释化，施入稻田后与土壤融合，肥料养分逐步释放，能满足水稻各个生育时期对养分的生理需要，促进水稻生长发育，从而达到省力、节本、节肥增效和高产目的，肥料养分利用率明显。这项技术不仅适用于水稻，在其他作物上也值得推广，目前己逐步在棉花、蔬菜上应用。这也是我国肥料施用技术和肥料制作方法上的一次大改革，填补了国内空白，达到了世界先进水平。

2.2.2 实地、实时施肥管理模式实地、实时施肥管理模式（site specific nutrient management，SSNM，and real time N management，RTNM）是在采用计算机决策支持系统和叶绿素快速测定仪（SPAD）或叶色卡（LCC）基础上发展起来的。该施肥模式的要点是：依据土壤养分的有效供给量、水稻产量和稻草对养分的吸收量以及当地政府稻谷收购价格等参数，经综合分析后为农户提供最佳经济有效的施肥方案；一般地讲，叶片含氮量与光合速率及干物质增长具有明显的相关关系。确定水稻叶片含氮量的施肥阈值，利用快速叶绿素测定仪或叶色卡观测叶片氮素情况对农民指导施肥，可获得施肥时间和氮肥施用量与作物对氮素吸收的协调一致，最终达到水稻高产、高效。彭少兵根据高产水稻单位面积含氮量及单位水稻干重生物量含氮量的变化特征，提出了应用特定的SPAD阈值进行水稻全程实时氮肥管理模式。试验证明，这一模式简单易行，在菲律宾应用这一方法比农民采用的习惯施肥法增产12.5%，氮肥用量降低14 kg/hm2，氮肥农学利用率提高57%。节氮效果明显，肥料资源利用率明显提高。

2.2.3 测土配方施肥测土配方施肥是依据作物产量、农产品品质、土壤肥力和作物环境的相互关系，根据作物需肥规律、土壤供肥特性与肥料效应，使有机肥料与无机肥料相结合、必需大量营养元素与微量元素适当配比以及采用相应肥料施用方法的完整施肥技术体系。测土配方施肥是目前中国乃至世界各国比较普遍的一种科学合理的施肥技术。测土配方施肥可根据各地土壤养分测定结果及作物生长发育所需各种养分的多少，科学配比各种养分的比例和施用量，以满足作物一生所需养分，达到增产、增效的目的；适量施肥，降低用肥成本，减少对环境的污染，防止土壤板结和控制病虫害。己有的试验和大面积的推广结果表明，实施测土配方施肥，大豆、水稻节本、增产、增效明显；小麦采用测土配方施肥的增产、增效也比较明显。

2.2.4 土壤精准施肥技术主要利用不同波段传感器与卫星、航空器、全球定位系统（GPS）与施肥机相连，获得地面与养分相关的光谱信息，从而制订与单块地相关的精准施肥量。该技术能有效地解决单块地养分含量的不均匀性问题。精准施肥技术步骤主要包括四个方面：① 土壤数据和作物营养实时数据的采集；② 差分全球定位系统；③决策分析系统；④ 控制施肥。遥感技术主要应用在作物营养诊断和土壤肥力诊断两个方面，指导作物施肥。缺氮、干旱等胁迫因子都会使作物叶片的光反射特性发生改变，通过检测植物冠层光学反射特性可以了解作物的营养状况。众所周知，叶绿素、蛋白质、水分和含碳化合物是影响叶片中对光吸收和光反射的主要物质，其中影响光吸收和光反射最大的是叶绿素含量。遥感技术主要用于检测作物冠层的光反射和吸收性质来检测作物营养状况，特别是氮素营养状况。对田间原状土壤的光谱特性进行检测的结果证明，可见光波段的一阶微分光谱与土壤水分、有机质含量、电导率及pH值呈线性相关，与土壤硝态氮含量则呈多元指数模型关系。假定土壤矿化氮量和土壤有效氮与土壤有机质成比例，可以通过遥感数据估测土壤有机质，从而就可以获得变量施肥处方图。

3 氮肥运筹对氮肥利用率的影响

中国稻田氮肥吸收利用率大多在30%～40%（朱兆良，2000），其主要原因可能与氮肥施用量较高、氮肥施用时期以基肥和分蘖肥为主有关。水稻氮素利用率随着氮肥用量的增加而下降的状况日益严重，氮肥利用率低和大量的氮素损失导致一系列不良的环境反应，因此，提高稻田氮肥利用率己成为人们关注的焦点。

氮肥过量施用时，会造成水稻对氮的奢侈吸收，因而氮肥生理利用率将急剧下降。张绍林等（1988）根据在太湖地区进行的26个田间试验的研究结果指出，当稻田施氮量由46 kgN·hm-2增加到 230 kgN·hm-2时，氮肥的生理利用率由45.0 kg稻谷·kg-1N下降至22.7 kg稻谷·kg-1N。中国稻田单位面积氮肥用量是日本的两倍，但两者水稻产量相当（Peng，2002）。国内外对通过肥料运筹以提高水稻氮肥利用率的途径和措施开展了大量的研究，研究结果表明，氮肥深施、适时施用和平衡施肥等均能有效地提高氮肥利用率（李庆遗等，1997）。水稻氮肥利用率随施氮量的增加而降低，过多的吸氮量大部分储藏在稻草中（Singh et al.，1998；崔玉亭等，2000；王德建等，2003；凌启鸿等，2005；冯涛等，2006）。郭熙盛（1992）指出，氮素利用率在相同的施氮量下因氮肥不同施用时期而有所差异。吴安之（1997）、苏祖芳等（2001）认为，施氮量过多使水稻植株的吸氮量增加，转移到谷粒中的氮素降低，稻草中的吸氮量多，造成氮素吸收利用率降低。张洪程（2003）的试验表明，随施氮量增加，百公斤籽粒需氮量升高，施氮量与百公斤籽粒需氮量均呈极显著的线性相关。氮肥利用率随施氮量的增加而上升，至中肥处理达最高，高肥处理则显著下降。

不同时期施肥水稻对N吸收利用效率存在明显差异。穗肥N对产量形成的作用明显高于基肥N和分蘖肥N，水稻对N、P、K均有吸收高峰，分别在幼穗形成至抽穗期、分蘖盛期到抽穗期和发蘖盛期到乳熟期。吴文革（2007）在双季稻北缘地区的研究表明，适当减少双季早稻的蘖肥、增加穗肥，可以在稳定单位面积的适宜穗数的基础上，增加抽穗至成熟期的叶片含氮量，提高叶绿素含量，提高齐穗后的绿叶面积和有效叶面积率以及群体光合势，有利于促进干物质积累，从而提高产量。前氮后移增施穗肥，能为水稻整个生育期提供比较平衡的氮素供应，可促进氮素的吸收，提高氮肥当季利用效率。

4 结论与讨论

氮是植物体内蛋白质、氨基酸、辅酶、核酸以及光合色素分子等的组成成分，因此，叶片氮的营养状况与许多生理过程有着密切的关系。据王仁雷（2002）研究，随着施氮水平的提高，气孔密度减少，水稻叶面积增大，光合速率和RuBP羧化酶活性增加。吴良欢等（1995）也证明了水稻剑叶净光合速率随含氮量的增加而提高。增施氮肥和氮素后移能明显改善水稻生育后期的光合能力。彭显龙（2006）研究证明，前氮后移施肥不但不会造成水稻贪青晚熟，反而能够使水稻提早抽穗3～5 d，并显著减少水稻无效分蘖，提高分蘖成穗率，改善水稻群体质量，显著减少水稻病害和倒伏的发生，水稻穗型整齐、穗大、结实率高、籽粒饱满、产量高，在减少20%以上氮肥用量条件下，使氮肥利用率平均提高18%。由此可见，氮肥不同施用模式对水稻产量及品质会产生相应的影响，不同时期施肥水稻对N吸收利用效率存在明显差异。因此，应进一步明确不同氮肥运筹下水稻产量和品质形成的调控机制，以采取更有效的措施达到水稻高产、优质的目的。进行氮肥的合理运筹，对水稻产量与品质的提高具有重要的现实意义。

在众多的氮肥施用管理模式中，水稻的前氮后移技术对水稻产量和品质的提升具有重要作用，其主要内容是根据水稻需肥规律和土壤养分供应能力，在减少氮肥总施用量30%左右的基础上，前氮后移，将穗粒肥比例增加到30%～40%以上，充分满足水稻生育后期对氮素的需求，提高水稻群体质量，促进大穗形成，提高水稻结实率，大幅度增加水稻产量。刘元英和李广进等试验结果表明，应用该项技术有效地防止了水稻倒伏和病害，使水稻结实率提高5个百分点左右，千粒重增加0.6～2.0 g，平均增产稻谷15%左右。应用此项技术还能明显提高出米率和稻米品质。通过增产、提质和节本，可使水稻增收约100元/667 m2。这对于水稻产业的可持续发展具有深远的意义，社会和生态效益也十分显著。

［1］易国英，戴平安，郑圣先，等.氮磷钾不同施用量对两系杂交水稻产量和养分吸收利用的影响［J］.作物研究，2006（1）：40－43.

［2］彭少兵，黄见良，钟旭华，等.提高中国稻田氮肥利用率的研究策略［J］.中国农业科学，2002，35（9）：1095－1103.

［3］单艳红，杨林章，颜廷梅，等.水田土壤溶液磷氮的动态变化及潜在的环境影响［J］.生态学报，2005，25（1）：l15－121.

［4］李虎，唐启源.我国水稻氮肥利用率及研究进展［J］.作物研究，2006（5）：401－404，408.

［5］郑志广，尹德明，李子芳，等.不同肥水条件对水稻生育状况及产量构成因素的影响［J］.天津农学院学报，2003，10（2）：9－13.

［6］蒋彭炎.高产水稻的若干生物学规律［J］.中国稻米，1994，1（2）：43－45.

［7］李跃建，朱华忠，伍玲，等.不同小麦品种剑叶的光合速率、影响因素及其与穗重关系的研究［J］.四川大学学报∶自然科学版，2003，40（3）：578－581.

［8］李义珍，黄育民，庄占龙，等.杂交稻高产结构研究［J］.福建省农科院学报，1995，10（1）：1－6.

［9］凌启鸿.作物群体质量［M］.上海：上海科学技术出版社，2000.

［10］李义珍，郑景生，庄占龙，等.杂交稻施氮水平效应研究［J］.福建农业学报，1998，13（2）：58－64.

［11］李广宇.前氮后移对寒地水稻物质运转及品质的影响［D］.哈尔滨：东北农业大学，2008.

［12］凌启鸿.水稻群体质量的理论与实践［M］.北京：中国农业出版社，1994.