辽河平原稻区化肥农药绿色替代减施技术模式

隋世江金丹丹牛世伟王 娜徐嘉翼董 海褚 晋宫 亮

(1.辽宁省农业科学院植物营养与环境资源研究所,辽宁 沈阳 110161; 2.辽宁省农业科学院植物保护研究所,辽宁 沈阳 110161)

水稻是辽宁省第二大粮食作物,据2019年统计年鉴数据显示,辽宁省水稻种植面积为48.8万hm2,水稻产量为418万 t。其中,辽河平原是辽宁省水稻主产区,播种面积与总产量均占全省70%以上。随着品种改良和高产栽培技术的应用,辽宁省水稻总产不断提高,但也存在着过量施肥、施肥方式不合理、灌排水粗放、农药滥用等问题。据统计,近年辽宁省化肥投入量高达400万t以上,而水稻当季肥料利用率仅为30%左右[1]。大量的水肥消耗极易引起稻田氮、磷等养分流失,不仅影响水稻生长、降低经济效益,还会加剧温室气体排放、地表水体富营养化及地下水硝酸盐污染等环境风险[2～5]。除了过量施肥,偏施、重施单一化肥及不施有机肥等农事操作在实际生产中普遍存在,这些不合理的施肥方式易引起土壤板结、破坏耕层结构,致使土壤保水保肥能力下降[6],不利于水稻生长及产量提升,同时易造成土壤养分流失。此外,目前水稻病虫害防治主要依靠化学防治,农药过量施用不仅影响稻米品质,而且对人体和环境也存在安全风险[7]。因此,为实现水稻绿色种植生产及稻米质量安全,急需研究构建水稻化肥农药绿色替代减施技术模式,这对水稻生产可持续发展、稻田生态环境及稻米食品安全具有重要意义。

以往有关稻田化肥农药减施技术多为试验研究[8～10],技术种类较为单一,且缺乏以绿色生产为目标的化肥农药替代减施技术综合模式。自2018年以来,在辽宁省农业科学院植物营养与环境资源研究所承担的国家重点研发计划“辽河平原稻区化肥农药减量增效技术集成研究与示范”的支持下,进行了关键技术筛选、集成与示范,结合辽河平原稻区生产实际,构建了化肥农药绿色替代减施技术模式,以期为辽河平原稻区水稻绿色种植及可持续生产提供技术支撑。

1 化肥绿色替代减施技术

化肥绿色替代减施技术是实现化肥使用零增长和作物稳产增产的重要途径。该技术主要利用水稻秸秆及有机肥富含养分的特点,将其肥料化可替代部分化肥投入,实现化肥减施。同时,有机物料能够改善耕层土壤结构,培肥地力,有助于作物稳产增产。

1.1 水稻秸秆还田替代化学钾肥

1.1.1 替代比例

辽河平原稻区水稻秸秆产量按照8 000～10 000 kg/hm2估算,秸秆实测 K2O含量1.64%,当季还田量按60%计算[11],养分释放量按照秸秆还田的75%计算[12],秸秆还田可补充土壤 K2O 59.04～73.80 kg/hm2,可替代约30%～50%钾肥。

1.1.2 收割作业

采用全喂入收割机进行收割作业,秸秆粉碎长度及留茬高度均不大于15 cm,粉碎长度合格率不低于90%,不得漏切;秸秆粉碎后,将其均匀抛散,不得有稻草堆积。

1.1.3 翻耕作业

结合生产计划,根据土壤适耕性确定耕作时间,以土壤相对持水量达到75%左右为宜,耕深不低于20 cm,秸秆掩埋率不低于80%。如过春耕,应在水稻插秧前30 d内完成翻耕作业。

1.1.4 耙地作业

上水泡田,水面高出耕层3～5 cm,浸泡 3～5 d,用搅浆平地机进行耙地作业。耙后保证田面平整(田面高低相差不超过20 mm),确保秸秆不外露,待泥浆沉淀3～5 d后,达到待插秧状态。

1.1.5 促腐降害

自秸秆还田作业起,连续3年增施基肥N 20 kg/hm2,同时施用秸秆腐熟剂,促进秸秆腐熟分解。秧苗返青后采用湿润灌溉法,分蘖终止期适当晒田(盐碱型水稻土除外),促进土壤气体流通交换,降低秸秆分解危害。

1.2 有机肥等氮替代化学氮肥

1.2.1 确定推荐施氮量

根据测土配方施肥方法,结合目标产量,基于辽河平原稻区水稻氮肥阈值试验结果[13],确定当水稻目标产量区间为9 500～11 000 kg/hm2时,推荐施氮量为210～245 kg/hm2。

由于地区间存在空间异质性,建议应用“养分专家(Nutrient Expert)”推荐施肥系统确定更为精准的推荐施肥量。农田养分专家系统,是一种基于作物产量反应和农学效率的推荐施肥方法,该方法以多年多点数据库为基础,在测土条件不充分时,仍可根据农田调查快速生成个性化的施肥方案,实现节肥增效。关注“养分专家”微信公众号即可免费使用。

1.2.2 确定有机替代量

通常畜禽粪便有机肥可替代10%～30%的化学氮肥,也可以根据生产需求增减替代比例,有机肥一般作基肥施用。分析测定有机肥氮养分含量,结合2.2.1确定的推荐施氮量,计算有机肥替代施用量,参考公式如下:

式中,RFN为推荐施氮量,kg/hm2;CFN为化学氮肥施用量,kg/hm2;OFN为有机肥施用量(或有机肥替代量),kg/hm2;CN为有机肥氮养分含量,%。

1.3 高效肥水管理

1.3.1 施肥管理

将全部有机肥、化学氮肥、磷肥及50%钾肥用作基肥,均匀撒施地表,旋耕12～15 cm,而后泡田耙地;剩余50%钾肥于水稻拔节期追施。若选用畜禽粪便等农家肥作为有机肥,应确保其完全发酵后施用,避免滋生病菌虫害。

1.3.2 水分管理

水稻返青至分蘖末期水分管理为,浅水层(2～3

cm)—自然落干3 d—浅水层(2～3

cm)—自然落干3

d,循环往复;在水稻分蘖末期(一般为6月25日～7月1日)进行晒田。若在盐碱地,则不落干不晒田。

1.3.3 快速营养诊断

在水稻分蘖期、拔节期、抽穗期等养分关键需求时期,使用SPAD-502叶绿素仪测定叶片SPAD值,并依此进行氮素营养诊断,一般认为水稻拔节至抽穗期SPAD值低于35～40时,应考虑补施氮肥。结合病虫害防治,酌情进行无人机喷施叶面氮肥。

2 病虫草害绿色生态防控技术

病虫草绿色生态防控技术优先运用生物防治、理化诱控和生态调控等手段防治稻田病虫草害。

2.1 稻瘟病生物农药防治

选用沈阳同祥农化有限公司自主研发的0.2%苯丙烯菌酮微乳剂(植物源农药)作为化学农药替代产品,对水稻主要病害稻瘟病进行防治。该药剂由豆科植物补骨脂(Psoralea corylifoliaLinn)种子为原材料制备,对植物及哺乳动物安全性高。施药时期为水稻破口前1次,齐穗期(破口期30 d后)1次,施用量为750 ml/hm2。

2.2 二化螟生物防控

采用生物防治技术基于二化螟性信息素,使用二化螟诱捕器替代化学农药防治技术,进而从根本上实现化学农药减施。诱捕器田间设置:以每hm2放置诱捕器15个为宜,每个诱捕器放1枚诱芯,相隔 25～30 m呈直线形放置,每个诱捕器距离田边5 m,诱芯放置高度1.2 m。诱芯30 d更换1次。

2.3 稻蟹种养生态防控

稻蟹种养是将水稻种植与河蟹养殖组合在一起,稻田为河蟹提供栖息空间及虫、草等饵料,河蟹通过扰动捕食等活动起到捕虫、除草、中耕等作用,控制水生杂草、稻飞虱、稻水象甲、螟虫等病虫草害发生[14]。一般在 6月 5日左右将河蟹(扣蟹)放养至稻田中,放养密度为8 000～11000只/hm2,扣蟹规格为100～200只/kg。河蟹放养后稻田水位控制在8～10 cm,高温期水位15～20cm,水稻分蘖末期不可落干晒田。根据河蟹不同生长阶段,每天定时投喂河蟹专用饲料。为避免河蟹逃逸,在田埂上设置高40～50 cm的棚膜防逃围栏。