免耕水稻氮素利用與栽培調(diào)控研究進(jìn)展

梁天鋒　莫潤(rùn)秀　曾　可　江立庚

摘要：水稻免耕栽培技術(shù)是水稻栽培技術(shù)的重大革新，闡述了免耕水稻的發(fā)展現(xiàn)狀、氮素利用和栽培調(diào)控方面的有關(guān)問題，探討了免耕水稻栽培調(diào)控的研究方向。

關(guān)鍵詞：水稻；免耕；氮素利用；栽培調(diào)控

中圖分類號(hào)：S511；S143.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：0439-8114(2009)02-0478-03

水稻是我國(guó)主要糧食作物，承擔(dān)著糧食安全的第一重任，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，單位土地面積上投入的人力和物力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)：同時(shí)人口不斷增加，土地資源減少，生態(tài)環(huán)境惡化，人們對(duì)糧食需求壓力越來越大；水稻是施肥水平較高的作物之一，隨著施氮水平的提高，氮素利用效率下降生產(chǎn)成本提高，水土污染等問題日趨嚴(yán)重，近幾年迅速發(fā)展起來的水稻免耕技術(shù)，體現(xiàn)了當(dāng)今農(nóng)業(yè)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效、生態(tài)、安全、可持續(xù)發(fā)展的需要，是水稻栽培技術(shù)的一項(xiàng)重大革命和創(chuàng)新，本文就免耕水稻氮素利用及栽培調(diào)控的部分理論問題進(jìn)行評(píng)述與討論。

1水稻免耕栽培發(fā)展?fàn)顩r

免耕(no-tillage)，又稱零耕(zero tillage)，指在作物播種前不用農(nóng)具或機(jī)器整理土地，直接在原茬地上播種，播種以后在作物生長(zhǎng)期間不使用農(nóng)具進(jìn)行土壤管理的一種耕作方法。由于免耕能利用前茬殘留物覆蓋地表，借以減少水土流失和保護(hù)農(nóng)田，因而被稱之為保護(hù)性耕作。在1935年，一場(chǎng)沙塵暴從美國(guó)西部刮起，橫掃美國(guó)2/3的國(guó)土，毀掉300萬hm²耕地，把3億多噸土壤卷入大西洋，這場(chǎng)沙塵暴的罪魁禍?zhǔn)拙褪峭恋馗?，從此推?dòng)了各種保水保土耕種方法的研究，免耕法就是在這一基礎(chǔ)上逐步興起發(fā)展起來的。到目前為止，世界上已有近30個(gè)國(guó)家開展了這項(xiàng)研究工作，比較成功的有英國(guó)的冬小麥和油菜免耕栽培，巴西的大豆免耕栽培等。國(guó)外的免耕栽培主要是旱地免耕栽培，水稻的免耕栽培近些年來才逐漸得到重視和發(fā)展，國(guó)際水稻所于1998年開始進(jìn)行水稻免耕栽培的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)。我國(guó)水稻免耕始于20世紀(jì)70年代，主要有自然免耕和免耕直播兩種形式。1996年，廣東農(nóng)科院水稻所將免耕與拋秧技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，創(chuàng)造性地提出了具有鮮明中國(guó)特色的水稻免耕拋秧栽培技術(shù)。與常耕拋秧栽培比較，水稻免耕拋秧更省工、更節(jié)本、更高效、更安全，因而被認(rèn)為是水稻栽培技術(shù)上的重大革命。水稻免耕拋秧栽培于2000年開始在南方稻區(qū)個(gè)別省份進(jìn)行示范和推廣，2001年發(fā)展到廣東、廣西、四川、汁西、湖北等省，2003年全國(guó)推廣水稻免耕拋秧33萬hm²，尤其在廣西，水稻免耕拋秧栽培的發(fā)展速度和應(yīng)用面積均處于全國(guó)領(lǐng)先水平。2001年，廣西水稻免耕拋秧栽培面積僅為0.13萬hm²，2004年為33萬hm²，2006年全區(qū)推廣水稻免耕拋秧87.02萬hm²。

2免耕水稻氮素利用特性研究

免耕技術(shù)在水稻生產(chǎn)上推廣應(yīng)用后，前人已從免耕稻的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成以及免耕對(duì)土壤物理、化學(xué)及生物學(xué)特征的影響等進(jìn)行了一些研究，在氮素利用方面，定位試驗(yàn)結(jié)果表明，免耕使土壤有機(jī)質(zhì)和氮素向土壤表層富集，免耕水稻植株前期氮素含量較高，后期較低，易出現(xiàn)早衰現(xiàn)象。免耕水稻的氮肥利用率比常耕水稻的低，這可能與免耕稻田水層養(yǎng)分含量較高有關(guān)。英國(guó)早在20世紀(jì)60年代對(duì)免耕和翻耕進(jìn)行了大量的比較試驗(yàn)，結(jié)果表明只有當(dāng)?shù)使?yīng)充足時(shí)產(chǎn)量才沒有差異，其原因也可能是免耕影響了氮素的吸收。江立庚等對(duì)免耕拋秧水稻和常耕拋秧水稻的產(chǎn)量進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，在相同施氮量條件下，免耕拋秧水稻產(chǎn)量比常耕拋秧水稻略低(差異不顯著)，要使免耕拋秧水稻產(chǎn)量達(dá)到或超過常耕拋秧的產(chǎn)量，其施氮量必須增加10％～15％，試驗(yàn)也證實(shí)了免耕拋秧水稻必須要有充足的氮肥作基礎(chǔ)。

3免耕與常耕稻田氮素?fù)p失差異研究

3．1氨的揮發(fā)損失

國(guó)內(nèi)有研究證實(shí)氨揮發(fā)損失占總施氮量的9％～40％。在相同施氮量情況下，水稻生長(zhǎng)初期表層土壤和水層中肥料氮的含量免耕顯著高于傳統(tǒng)耕種，但在分蘗末期，免耕水稻含氮總量及其吸收肥料氮量都顯著低于傳統(tǒng)耕作，而對(duì)土壤氮的吸收則差異不顯著。原因在于免耕沒有耕作，當(dāng)?shù)拭媸┖?，稻田表面水中銨態(tài)氮濃度增加，pH值上升，從而導(dǎo)致氨的揮發(fā)損失，但免耕3～5年導(dǎo)致表層土壤酸化，廣西大學(xué)江立庚課題組研究結(jié)果顯示，30cm表土層內(nèi)土壤pH值免耕明顯低于常耕。

3．2硝化－反硝化損失

硝化－反硝化損失是土壤中氮素?fù)p失的一條重要途徑，它是微生物在特定條件下進(jìn)行的。高云超等研究發(fā)現(xiàn)：多年連續(xù)秸稈覆蓋免耕對(duì)土壤細(xì)菌群落影響很大，免耕可提高0～10cm土層土壤細(xì)菌總數(shù)、放線菌數(shù)和棒狀細(xì)菌數(shù)量，蔡貴信等認(rèn)為即使在較為適宜的氮肥用量和施用技術(shù)下，氮素的反硝化損失仍達(dá)16％～41％。

4免耕水稻氮素利用的調(diào)控研究

4．1免耕水稻氮素利用與稻草還田的關(guān)系

稻草還田有稻草覆蓋還田(面施)和稻草深埋還田(深施)兩種方式。在常規(guī)耕作條件下，稻草往往深施還田，在免耕條件下，稻草只能面施還田。稻草中氮素的80％以上以有機(jī)氮的形式存在，因此，稻草中的氮素必須在稻草分解、氮素釋放之后才能被水稻吸收利用。稻草面施還田時(shí)，稻草在氧氣充足的條件下分解，稻草深施還田時(shí)，稻草在氧氣相對(duì)較少條件下分解。由此推斷，在不同的耕作方式下，稻草的氮素釋放特性是不相同的。

已有研究表明，當(dāng)?shù)静菝媸r(shí)，其秸稈中的殘留較多。另一方面，面施稻草釋放的氮素主要處于土壤表層，與深施稻草釋放的氮素處于土壤深層不同。因此，面施稻草氮素利用與深施稻草氮素的利用理論上也存在一定的差異。Scowcroft等研究表明，土壤微生物是無機(jī)氮的強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)者，無論是NH⁺₄還是NO^-₃在中短期內(nèi)都會(huì)迅速被微生物固持而使植物無法利用。Ocio的研究結(jié)果顯示，施人標(biāo)記¹⁵N的氮肥在培養(yǎng)5d時(shí)，微生物固持的N量占施肥量的40％左右。稻草在微生物強(qiáng)烈分解的過程中消耗較多的土壤氮素，從而導(dǎo)致植株氮素的供應(yīng)相對(duì)不足，即大量的稻草在分解時(shí)，使部分土壤礦質(zhì)態(tài)氮變?yōu)橛袡C(jī)態(tài)氮，致使可供給態(tài)氮量下降，并且產(chǎn)生較多的Fe²⁺和有機(jī)酸等有毒物質(zhì)。

4．2免耕水稻氮素利用與水分關(guān)系

生產(chǎn)上，由于免除了犁耙田，一些田塊漏水較嚴(yán)重，水分利用率較低。水稻對(duì)淹水和旱地環(huán)境均有很強(qiáng)的適應(yīng)性，表現(xiàn)出明顯的兩棲性，節(jié)水栽培的潛力很大。研究表明，水稻受水分脅迫時(shí)，稻植株體內(nèi)的自由水／束縛水比值下降，ABA含量上升，脯

氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累增加，SOD活性明顯增強(qiáng)，并誘導(dǎo)逆境蛋白的形成和積累等。節(jié)水栽培改變了稻田土壤長(zhǎng)期淹水的狀態(tài)，土壤的氧化還原電位和通透性提高，有利于好氣微生物的活動(dòng)，從而促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的分解和養(yǎng)分的有效性，有研究表明，間歇灌溉條件下，土壤的速效氮含量比淺水灌溉提高25.30％，氮素利用率提高5.17％，但磷的吸收受到一定抑制。

4．3免耕水稻氮素利用與根系的關(guān)系

根系是水稻從稻田中吸收氮素的重要器官，然而，免耕對(duì)拋栽水稻根系的生長(zhǎng)是不利的。江立庚等的研究表明，免耕對(duì)拋栽水稻根系生長(zhǎng)的不利主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是免耕水稻根系生長(zhǎng)量下降，導(dǎo)致根系吸收面積和吸收能力可下降；二是免耕水稻根系更多的分布在稻田表層，分布在深層的根系明顯減少。由此可推斷，免耕水稻對(duì)土壤氮素尤其是深層氮素的吸收能力較差，根系生長(zhǎng)受阻可能是免耕拋秧水稻氮素利用率低的最主要原因之一。進(jìn)一步的研究表明，稻草還田能有效地促進(jìn)免耕拋栽水稻根系的生長(zhǎng)。這是因?yàn)榈静菰诘咎锉韺痈癄€后，形成了一個(gè)疏松、肥沃、氧氣充足的“表土層”。此外，一些科學(xué)研究者發(fā)現(xiàn)，NO^-₃可以有效促進(jìn)水稻側(cè)根的伸長(zhǎng)、增加對(duì)氮素的吸收。也有研究表明，水稻根系對(duì)供氮量和供氮方式具有適應(yīng)性反應(yīng)，不同的生育階段、不同的供氮濃度對(duì)根系的生長(zhǎng)量、不定根長(zhǎng)和根粗的影響不一。

節(jié)水栽培條件下，水稻根系的生長(zhǎng)也會(huì)發(fā)生顯著的變化，其生長(zhǎng)量下降，但根系向縱深方向發(fā)展，深層根系分布比率隨土壤含水量的下降而增加。因此，節(jié)水條件下，水稻對(duì)土壤深層的養(yǎng)分與水分的利用能力往往會(huì)增強(qiáng)，但是，節(jié)水栽培對(duì)土壤水分的控制必須在一定的范圍之內(nèi)。因?yàn)楦瞪L(zhǎng)發(fā)育最適宜的土壤含水量為田間最大持水量的70％～75％。

5結(jié)語

綜上所述，根系生長(zhǎng)受阻可能是免耕水稻肥料氮素利用率低的最主要原因，通過稻草還田和適當(dāng)?shù)乃终{(diào)節(jié)等調(diào)控手段，能有效地促進(jìn)免耕水稻根系的生長(zhǎng)，因此，如何通過稻草還田、水分調(diào)節(jié)結(jié)合改善施肥方法來優(yōu)化免耕水稻的栽培調(diào)控措施，在今后的免耕水稻的基礎(chǔ)性研究中將具有十分重要的意義，

此外，在以下幾個(gè)方面的研究還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步深入。

1)施氮后，水面氮素各種形態(tài)的動(dòng)態(tài)變化關(guān)系如何。

2)施氮后，田間滲漏水中各種氮素的變化關(guān)系如何。

3)稻草還田對(duì)免耕稻田氮肥的去向有何影響。

4)面施稻草氮素利用與深施稻草氮素利用有何差異。

5)水分調(diào)節(jié)對(duì)免耕水稻氮素利用及其生理基礎(chǔ)的研究。

(責(zé)任編輯昌炎新)