太湖地区稻田持续高产的减量施氮技术体系研究

农环格格有话说：

      11月5日周六（农历十月初六），大家早安！！

今天文章：

作者在系统总结前人研究的基础上,结合课题组多年来 15N 同位素示踪研究以及水稻前后期用肥比例、适宜基蘖肥比例的盆栽试验和大田小区试验结果,提出了稻田持续高产低污的减量施氮技术体系方案。

来源《农业环境科学学报》2016年第4期。

...................................................

文

   薛利红 1,李刚华 2,侯朋福 1,范立慧 1,2,杨林章 1

1.江苏省农业科学院农业资源与环境研究所,南京 210014;

2.南京农业大学,南京 210095

...............................................................

文章重点

 提出了稻田持续高产低污的减量施氮技术体系方案

该技术体系包括稻季施氮量的合理计算、基于土壤肥力的前后期适宜施肥比例以及基蘖肥的合理运筹、基于作物长势的穗肥实时调控等，明确了氮肥减量：

首先应依据目标产量计算合理施氮量;

然后根据土壤肥力水平高低对前后期用肥比例以及基蘖肥的分配进行优化,根据作物长势对穗肥用量进行实时微调, 从而确保水稻高产可持续。

氮肥减量重点在于减少前期用肥即基蘖肥的用量。

在同等施氮量下,水稻适宜基蘖肥比例随肥力水平的增加而下降,低肥力下 60%最佳,中肥力下 50%为宜,高肥力下可降低至 40%;此外,低肥力下需保证一定的基肥用量,并调整适宜的基蘖肥比例以确保高产。 

背 景

太湖流域是传统的鱼米之乡,稻田密布于水网之 间。为了确保水稻高产,农户往往施入大量的化肥。

据调查研究,太湖流域稻季施氮量平均为 352 kg·hm-2, 其中 270~360 kg·hm-2 的占 43.3%,360~450 kg·hm-2(过量施肥)和超过450 kg·hm-2  (极端过量施肥)的分别占 26.6%和 13.3%。 

过量的化肥施入导致化肥利用率低下,氮肥的回收利用效率仅有 28.1%,而稻田稻季氨挥发损失通量可占总施肥量的 20%~40%,径流损失占 3.3%~5%,渗漏损失占 2.1%~3.2%,整个 稻季施入的氮肥中有 30%~50%以上流失到周边水体以及大气中,造成了严重的面源污染。

2013 年的监测数据表明,宜兴市周铁镇 43 条大小河道 TN 浓度 变化在 2.25~11.6 mg·L-1 之间,平均为 3.96 mg·L-1,远高于国家地表水V类水标准。 

根据《太湖流域水环境综合治理总体方案(2013 年修编)》,2010 年太湖流域综合治理区总污染负荷中面源污染 TN 的比重仍然 达44.92%,高于工业点源(30.59%)和城镇生活源 (24.49%),其中种植业对面源污染的贡献为 24.24%。农田面源污染主要受降雨和施肥事件影响,污染排放存在着很大的不确定性和随机性,时空变异性较大, 且责任主体涉及千家万户,污染的监控和监管比较困难。

因此,从源头上控制农田面源污染发生量是减少面源污染最有效的措施。

笔者已经系统总结梳理了国内外的源头减量技术,并按照技术原理进行了分类阐述。但是,针对集约化稻田系统,如何根据土壤地力的不同进行减量施肥,在保证高产可持续的同时减少化肥损失、提高利用率、降低面源污染风险,仍然缺乏一套可操作、实用的减量施肥技术体系,减多少、减施哪一次的肥料这些具体问题仍未得到解答。为此, 本文在系统总结前人研究结果的基础上,结合自己多年的研究结果,总结提出了稻田高产可持续的减量施肥技术体系,以期为当前太湖地区稻田化肥面源污染控制提供理论指导和技术支撑,确保稻田的高产可持续发展。

稻田高产低污可持续的

减量施肥技术保证体系

稻季总施氮量的计算——化肥减量依据

...............................

合理施氮量的确定是获得高产、维持土壤肥力和减少施氮引起的环境污染的关键。众所周知,作物产量随氮肥用量的增加呈先上升后下降的二次曲线函数关系,而氮素损失随氮肥施用量的增加则呈现线性上升关系,表明过多的氮肥投入不仅造成产量下降,且增加环境污染。

因此,合理减少施氮量,不仅能提高产量,还能减少面源污染。

根据肥料-产量效应函数法 

太湖流域稻田的最佳施氮量在 210~270 kg·hm-2 ,目前太湖流域稻田平均施氮量为 352 kg·hm-2 ,表明目前农户的化肥用量水平普遍超量 30%左右。

最近几年的化肥减量试验结果证实:

在当前农户施肥水平下(270~300 kg·hm-2),稻季化肥用量减量 20%~30%是可行的,对产量没有显著影响。但这均是短期(2~3 年)少数试验田块的结果,而我国土地实行农户分散经营制,田块小且田块间土壤肥力的时空变异性巨大。在确保水稻高产可持续性,即不以牺牲土壤肥力为代价的前提下,面对千家万户,化肥减量应该减多少、能减多久关系到合理施氮量的计算问题。 

稻季氮肥的合理运筹——肥料合理分配依据

..................................

为提高肥料利用率,目前水稻生产中多采用分次施肥的策略,即基肥、蘖肥和穗肥合理分配。目前水稻的氮肥运筹主要根据一定的比例对基、蘖和穗肥进行分配,如当前生产实际中常用的 30∶30∶40、40∶30∶30 等。因此,要减量施肥,必须明确减施哪个时期的肥料。

---前后期适宜的施肥比例

目前我国稻田基蘖肥用量比例过高,占总施氮量的 60%~80%。丁艳峰等研究指出,增施基、蘖氮肥增加了拔节前植株吸氮量,但抑制了拔节后植株吸氮 量,不利于整个生育期的氮素积累和总氮肥利用率的提高。 利用 15N 示踪技术,以目前太湖流域常用的常规粳稻武运粳 23 以及杂交稻 Y 两优 2 号为供试材料, 对水稻基肥、蘖肥和穗肥的氮素去向进行了系统研究,结果发现,基肥氮和蘖肥氮的吸收利用率分别仅有 20%~21.4%和 20%~26.8%,远远低于穗肥(66.1%~ 71.6%),基蘖肥中有 55%~70%损失到环境中,土壤 残留只有10%~22%,而穗肥的损失率不足20%。

因此,从提高肥料利用率方面考虑,减少基蘖肥用量,增加穗肥比例是比较科学的方法。 

如果减氮的同时不调整基蘖肥比例,则产量下降 3%~8%。这表明在减量施肥情况下要确保高产,更要注意前后期运筹比例,氮肥要重点用在肥料利用率高的后期。 

---基蘖肥的施用运筹

以往的研究多针对水稻的氮肥施用总量、前(基 蘖肥)后期(穗肥)施肥比例及如何调控穗肥用量,对于基肥和蘖肥两者之间的运筹研究较少。 

2014 年试验结果表明,基肥的用量取决于土壤肥力的高低。要实现水稻的高产高效低污栽培,必须针对土壤地力对各个时期的用肥进行精确定量。

为明确基肥和蘖肥的运筹比例是否受土壤肥力的影响,选用武运粳 23 号为供试品种,采用大田小区试验,考察不同基蘖肥运筹比例在高、低肥力水平下, 对水稻产量及产量构成因素、氮素利用率和群体质量的影响。

2014 年试验结果表明,基蘖肥运筹比例对产量及氮素利用率的影响因地力水平的差异而不同。 低肥力下要保证高产必须注重基蘖肥的合理运筹,高肥力下基蘖肥的运筹 对产量影响不显著。 

---根据作物长势的穗肥实时微调技术 

为确保高产,弥补前期水肥管理不当或者土壤-气候条件变化对水稻生长和群体构建造成的影响,需要根据作物的实时长势对穗肥用量进行微调。 

基于作物长势的穗肥调控技术能够根据作物的实时长势以及作物高产氮素需求对氮肥用量进行及时矫正,可有效避免过量施肥或者施肥不足带来的不利影响,从而确保高产并减少氮素的损失。

结 论

为保证稻田的高产稳产可持续发展,必须在保证土壤肥力不下降的基础上对氮肥用量进行合理减量, 低土壤肥力下化肥减量空间较小,高土壤肥力下化肥减量空间较大。适宜施氮量的计算宜采用基于目标产量的理论施氮量计算方法,即目标产量与百千克籽粒吸氮量的乘积。应减施的化肥量等于农户施氮量与理论施氮量的差值。化肥减量应重点减施前期用肥即基蘖肥。氮肥运筹应根据土壤肥力的高低进行优化调 整,低土壤肥力下要重视前期用肥,促进水稻早发、快发,基蘖肥施用比例以 60%为宜,其中基肥与蘖肥的比例以 3∶7 为宜,中高土壤肥力下基蘖肥的比例降低到 50%左右为宜。在此基础上,可利用叶色或冠层光谱无损监测技术对水稻长势进行实时无损诊断,并根据作物高产氮素需求对穗肥用量进行实时动态调整, 从而确保高产。