水稻机插缓混一次施肥技术的研发与示范

2020-11-03丁艳锋李刚华李伟玮高深汪瑜辉刘正辉陈琳丁承强唐设江瑜

中国稻米 2020年5期

丁艳锋李刚华李伟玮高深汪瑜辉刘正辉陈琳丁承强唐设江瑜

（南京农业大学/江苏省现代作物生产协同创新中心/农业农村部南方作物生理生态重点开放实验室，南京210095；第一作者：dingyf@njau.edu.cn）

全球约有50%的人口以稻米为主食，施肥量的增加为水稻产量的提高作出了重要贡献[1]。然而在我国水稻生产中，氮肥过量使用，一些地方的施氮量高达300 kg/hm2以上[2]。这不仅使我国水稻的平均氮素利用率处于世界低水平（30%左右），还使环境污染问题加重[3-4]。另外，水稻生产的耕种及收获机械化已较成熟，然而施肥环节普遍采用人工撒施，并需要多次追肥，需要大量劳动力，而目前农村劳动力也很紧缺，影响了水稻生产的效率和效益。

为解决上述问题，我国从20 世纪90 年代开始引进创新机械侧深施肥技术，尤其近年来随着施肥机械研制水平的提高，水稻机械侧深施肥技术正逐步发展为当下受欢迎的施肥技术，提高了水稻施肥的机械化水平，解放了劳动力，也提高了氮肥利用率[5]。为提高机插侧深施肥的效果，研究者尝试应用施用缓控释肥等新型肥料。与速效化肥相比，施用缓控释肥可以协调肥料养分释放与作物养分吸收，有助于提高氮肥利用率又可减少用工和环境污染[6-7]。当前水稻生产中应用较多的缓控释肥为包膜控释氮肥，如硫包衣尿素、树脂包衣尿素等。

但是，单一类型缓控氮肥的养分供应模式往往不能满足水稻整个生育期的需肥，仍然需要多次施肥，而且穗肥的施用方法缺乏针对性。为此，笔者团队前期通过协调各肥料的氮素释放高峰，组配出一种氮素释放周期与水稻需肥规律更吻合的新型缓混肥[8]，结合机械侧深施肥技术和穗肥叶色诊断技术，开展了长期多点的试验[9-15]，创新出了“水稻机插缓混一次施肥技术”。

经过近10 年的试验研究，该技术逐步熟化，并在江苏省和安徽省多个市、区、县推广应用。试验示范结果表明，该项技术可在节约肥料20%～30%的前提下，保证水稻产量，提高氮肥利用率15 个百分点以上，减少施肥用工3～4 次，提升食味品质5%以上，实现了减肥、节本、绿色、高效。已被列为农业农村部2020 年十大引领性技术和江苏省农业农村厅2020 年主推技术。本文介绍该技术的定义和思路、技术关键和技术效果，阐述存在的问题，提出进一步优化水稻绿色高效施肥的思路和建议，以推进水稻轻简化栽培的进程，加快我国稻米产业优质高效发展。

1 水稻机插缓混一次施肥技术定义与思路

机插水稻常规施肥方法需要施用基肥、1～2 次分蘖肥、1～2 次穗肥。高产水稻的“二黄二黑”就是根据水稻精确定量栽培技术基本原理[16]，提出在有效分蘖期需要氮素营养较高，叶色显“黑”，提高有效分蘖发生率；无效分蘖期植株缺氮，叶色显“黄”，控制无效分蘖发生，并降低基本叶片和节间长度；幼穗分化期，逐步恢复氮的供应，叶色“渐变黑”，攻大穗；抽穗之后植株维持较长时间的氮含量，叶色“渐变黄”，延长灌浆期。

水稻机插缓混一次施肥技术是以水稻机插侧深施肥和专用缓混肥为核心，结合穗肥精确诊断，达到水稻“一次轻简施肥、一生精准供肥”的技术效果，实现水稻高产、优质、高效和生态为综合目标的轻简高效管理技术（图1）。

该技术思路是通过水稻机插侧深施用水稻专用缓混肥，达到水稻常规分次施肥的“二黄二黑”效果，并根据幼穗分化期水稻的叶色实际状态，针对示范补施一次穗肥（图1）。该技术契合了由国际植物营养研究所和国际肥料工业协会提出的农业可持续发展中的“4R养分管理”理念，即选择正确的肥料品种（Right source）、采用正确的肥料用量（Right rate）、在正确的时间（Right time）将肥料施用在正确的位置上（Right place）[17]。

图1 水稻机插缓混一次施肥技术示意图

2 水稻机插缓混一次施肥关键技术

2.1 核心技术

2.1.1 侧深施肥技术

施肥方式不合理是导致肥料损失及利用率降低的重要原因。目前，我国水稻的肥料施用普遍采用人工撒施的方式，通过将肥料深翻或泡田耕地后施肥的形式，将肥料施入土壤中[18]。该种措施不仅需要的肥料量大，还可能会使肥料在土壤中分布不均，从而影响水稻养分吸收及生长，最终导致产量降低和氮肥利用率下降。

侧深施肥技术是在机械插秧的同时，将肥料定位、定量、均匀的一次性施用于水稻根际的一种方法。该技术考虑到了作物根系的分布状况，将肥料尽可能施用在作物根系的主要分布范围内，使作物根系易于吸收。相对于传统施肥方式，侧深施肥技术同步机械插秧和侧深施肥，可有效节省人力物力，有助于节约肥料用量，提升插秧施肥的经济性和机械化水平[12，19-20]。

侧深施肥技术的关键包括几个方面。一是施肥位置位于秧苗一侧3.0～5.0 cm 处，施肥深度4.0～5.0 cm。在秧苗附近施肥可以使肥料快速被植株吸收，并且肥料深施可以减少肥料损失，提高肥料利用率。但也并不是施肥深度越深效果越好。我们对比了侧深施肥深度为5 cm 和10 cm 时的水稻产量，发现二者之间的产量无显著差异，但前者高于后者。此外，施肥深度为10 cm 时，会有秸秆堆积、飘秧现象发生，风险增加。二是选择气吹插秧机。气吹式插秧侧深施肥一体化机主要是通过鼓风机吹风将肥料吹至施肥点，大部分机械同时带有覆土盖肥功能[20]。三是由于侧深施肥增加了插秧机的负荷，使用大功率柴油机作为该种插秧机的配套动力。

2.1.2 缓混肥料的筛选

本团队前期的试验结果表明，单一肥料的稻田氮养分释放一般呈单一峰值的“S”或“J”型模式，无法做到多次释放，无法满足水稻全生育期的需求[12-14]，主要表现为：硫包衣尿素、腐殖酸释放偏前期，后期不足；树脂包衣尿素、脲甲醛释放偏后期，前期不足。因此，我们根据水稻的“双峰”需肥规律，将不同释放模式的肥料进行组配得到一种新型的缓混肥。该肥料可以满足高产水稻叶色双峰曲线。多点对比试验也表明，缓混一次施肥减少氮肥25%～30%情况下，90%试验点表现增产，平均增产率为5.6%，单一的硫包衣尿素70%的试验点减产，而树脂包衣尿素高于80%的试验点减产。因此，机插缓混一次施肥技术可以达到“一次轻简施肥、一生精准供肥”，最关键是得益于肥料的选用，其主要原则是需要满足水稻的需肥规律。水稻的氮肥吸收具有明显的阶段性特点，一般呈双峰性，分蘖期和拔节-抽穗期的吸氮量较高。

由于是一次性施肥，肥料的选用还需要保证氮、磷、钾肥配比科学。在所选肥料的物理性质上还要满足：硬度适宜，符合机械施肥强度要求；粒型整齐、均匀，一般选择粒径为2～5 mm 的圆粒型，要避免肥料颗粒大小、密度等不一致导致的肥料在施肥箱内出现分层现象从而影响施肥效果；较低的吸湿性，防止肥料遇水后造成肥管堵塞和肥料粘结导致的施肥不均匀。

2.1.3 穗肥诊断技术

由于生态、气候、土壤的差异，机插缓混一次性施肥可能存在总肥量偏少的问题，需要在倒3 叶期通过叶色诊断来判断是否追施1 次穗肥。本团队前期关于水稻叶色研究表明，顶4＜顶3、顶4=顶3 和顶4＞顶3三种叶色差，分别是氮素不足、正常和过剩的生理反映，顶4=顶3 的叶片含氮率在2.5%左右，明确了水稻“顶3 顶4 叶色差”可作为稻株氮素营养诊断的统一指标[21]。不同穗肥水平下，研究倒3 叶期顶3 和顶4 叶色差与产量之间的关系发现，顶4=顶3 的群体均可以获得最高的产量，进而建立了水稻看“顶3 顶4 叶色差”作为是否施穗肥的统一指标[22]。

叶色诊断的标准为：若叶色正常或偏深，即顶3 叶叶色≤顶4 叶叶色，则无需施肥；若叶色偏淡，即顶3叶叶色＞顶4 叶叶色（图2），则根据水稻类型选择不同施肥量，通常情况下常规粳稻施尿素10 kg/667 m2、杂交稻施尿素5 kg/667 m2，但若追求优质，可以选择不施穗肥。

图2 水稻穗肥施用诊断图

2.2 配套技术

2.2.1 精细整地技术

水稻机插缓混一次施肥技术的良好实施必须以较好的整地条件为基础，包括足够的耕深、平整的地表和适合的田面水层。秸秆还田全面推行的情况下，建议秸秆切碎至5 cm 左右。土地耕整时间一般要求沙质土移栽前1～2 d 耕整，壤土移栽前2～3 d 耕整，粘土移栽前3～4 d 耕整；耕整机械作业深度15～20 cm。整地标准是要保证田面平整，田块内高低落差不大于3 cm。插秧前需沉淀泥浆，达到泥水分清、沉淀不板结、水清不浑浊，田面水深1～3 cm。

2.2.2 壮秧培育技术

选择合适的秧苗是影响机插秧质量和效率的一个重要因素。目前机插育秧方法普遍采用的是漫灌湿润育秧方式，该方式除了工序繁琐、管理费工费时外，还会出现由于秧板或秧田平整度不够导致的秧苗生长参差不齐等现象，秧苗素质难以保持一致[23]。最终机插时易出现断苗、缺苗现象，影响机插效果。旱地硬盘微喷灌育秧技术发展迅速，灌溉效果好，育出的秧苗素质高，秧苗整齐度高，根系发达、盘结紧密，秧毯与插秧机的兼容性好，同时符合水稻生产省力简化、节本增效发展的要求[23-25]。因此，采用机插缓混一次施肥技术时推荐采用旱地微喷育秧技术培育机插均匀壮秧。

2.2.3 精确灌溉技术

稻田的水分定量调控不仅可以节约用水和提高水分利用效率，而且可以较常规灌溉（以水层灌溉为主，中期搁田，收获前1 周断水）显著提高产量和改善稻米品质[26]。科学的节水灌溉模式应该满足水稻各生育时期的生理生态需水规律，即，分蘖期浅水层，无效分蘖期重搁田以控制无效分蘖，长穗和结实期湿润灌溉全面提高群体质量、增强结实期群体光合生产率[27]。机插水稻精确灌溉技术要点如下：（1）移栽返青活棵期湿润灌溉，秸秆还田田块注意栽后露田，小苗移栽后初期断水露田的次数稍多些；（2）无效分蘖期至拔节初期及时搁田，且断水搁田必须在无效分蘖发生前2 个叶龄开始实施。以土壤板实有裂缝且行走不陷脚、植株叶色褪淡“落黄”作为搁田标准[16，27]；（3）拔节至成熟期干湿交替，保证田间基本无水层，保持湿润状态。穗分化开始后，每次灌2～3 cm 水层后，落干保持3～4 d 湿润，如此周而复始，直至成熟。这种方式可以同时满足这一时期水稻地上和地下的需水要求，有利于促进大穗形成，提高结实率和粒重[27]。

3 水稻机插缓混一次施肥技术效果

为验证水稻机插缓混一次施肥技术的效果，本团队于2017、2018 和2019 年分别在江苏省11、19 和22个县、市布设了大田对比试验，处理为：（1）常规分次施尿素（CK），其中总施氮量依据各地条件按精确定量栽培技术原理计算得出，分4 次施用，即基肥、分蘖肥、促花肥和保花肥，比例为3∶2∶3∶2；（2）机插缓混一次施肥技术（BBF），总施氮量为CK 的75%，一次性基施。同一地区的2 个处理磷、钾肥用量相同。试验结果如下。