我國稻田氮肥利用現(xiàn)狀及對策

徐一蘭

摘要 介紹了我國水稻生產(chǎn)中氮肥使用和利用情況，并從稻田土壤背景氮、雜交水稻和超級稻的應(yīng)用、施肥時期和比例不合理、中期曬田等多方面分析了我國水稻氮肥利用率低的可能原因。初步探討了從選育節(jié)氮高效水稻品種、研發(fā)和應(yīng)用新型氮肥、改進稻田施肥時期和方法、科學(xué)使用硝化抑制劑和脲酶抑制劑及節(jié)肥新技術(shù)推廣應(yīng)用等方面來提高水稻氮肥利用率的研究策略。

關(guān)鍵詞 水稻；稻田；氮肥；利用率；對策

中圖分類號 S511 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）26-08970-03

Development State and Strategy of Improving Fertilizer-nitrogen Use Efficiency of Paddy in China

XU Yi-lan

（Hunan College of Biological and Electromechanical Polytechnic， Changsha， Hunan 410127）

Abstract The use and utilization of nitrogen （N） fertilizer in rice production in China were discussed. High indigenous soil N supply， application of hybrid rice and super rice， fertilizing time and its proportion is not reasonable， drained out water and dried the soil at maximum tillering stage could be the causes for the low fertilizer-N use efficiency in China. Therefore， future research work on improving fertilizer-N use efficiency of rice crop in China should focus on more on improving cultivars N responsiveness， breeding high fertilizer-N use efficiency of rice varieties， research and application of new type of nitrogen fertilizer， proper time and rate of N application based on crop N status， scientific use of nitrification inhibitors and urease inhibitors， application of new technology for save fertilizer and so on.

Key words Rice； Paddy field； Nitrogen fertilizer； Use efficiency； Strategy

水稻是我國最重要的糧食作物，其種植面積占我國糧食作物播種面積的26%～28%，產(chǎn)量占糧食總產(chǎn)的43%～45%^[1]。經(jīng)統(tǒng)計，1949年我國水稻總產(chǎn)為4 865萬t，2007年上升至18 603萬t，同期內(nèi)單產(chǎn)由1 890 kg/hm2增加到6 435 kg/hm2，總產(chǎn)和單產(chǎn)分別增加了2.8倍和2.4倍^[2]。多項研究證實，化肥尤其是氮肥對水稻生長具有重要作用。近年來，我國水稻生產(chǎn)面臨著高氮肥投入和低氮肥利用率的情況^[3-6]，引發(fā)了環(huán)境污染、能源浪費和生產(chǎn)效益降低等一系列問題。筆者在概述國內(nèi)氮肥施用主要研究進展的基礎(chǔ)上，對當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在的氮肥施用問題提出了對策，以期為水稻氮肥高效吸收利用的進一步研究和生產(chǎn)提供科學(xué)支撐。

1 中國稻田氮肥利用現(xiàn)狀及存在問題

水稻的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)離不開養(yǎng)分，氮素是水稻所需養(yǎng)分中的主要營養(yǎng)元素之一，而我國耕地土壤含氮量普遍缺乏，僅依靠土壤所含氮素遠(yuǎn)不能滿足水稻生長發(fā)育對氮素的需求^[7]，因此施用氮肥成為提高水稻產(chǎn)量的必然途徑之一。介于氮肥價格較低的原因，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為了實現(xiàn)水稻穩(wěn)產(chǎn)和豐產(chǎn)，出現(xiàn)了氮肥投入量逐年加大現(xiàn)象，然而，通過增施氮肥來提高產(chǎn)量，迫使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨氮肥利用率低下的嚴(yán)峻問題。因此，氮肥利用效率低且逐年降低的趨勢已經(jīng)發(fā)展成我國乃至全球水稻生產(chǎn)中的一個突出問題。

氮肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，是我國農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收效果最為突出的肥料。在水稻生產(chǎn)中，人們往往通過外部投放肥料來改善稻田營養(yǎng)狀況，其中氮肥的外部投入通常占外部總投入量的35%以上。在人口增長引發(fā)的糧食需求壓力下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥的使用量逐年增加，稻田施氮量也急劇增長。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計，1961年，全球氮施用量僅11.6×106 t，1999年增加至85.5×106 t，增加約6.4倍；而中國在同期內(nèi)氮肥施用量增加幅度達43.8倍^[8]。目前每年全球氮肥總量大約是1 000億kg，水稻氮肥平均施用量為112.2 kg/hm2^[10]。我國是世界氮肥第一消費大國，其氮肥施用量占全球氮肥總用量的比例由1961年的5%上升至1980年的20%，至今已超過30%^[9]。我國稻田平均氮肥施用量為180 kg/hm2^[3]，比世界水平高出約60%。在集約化農(nóng)業(yè)區(qū)，大田作物氮肥年施用量已增加至450～600 kg/hm2^[11]，達到了較高的氮施用水平。我國大部分地區(qū)水稻施氮量普遍偏高，氮肥投放水平是150～400 kg/hm2，其中上海、江浙、湖南和廣東等地的化學(xué)氮肥投放量在250～350 kg/hm2水平，東北三省和云貴地區(qū)的化學(xué)氮肥投放量在150～250 kg/hm2 水平^[12]。而我國水稻氮肥吸收利用率僅為30%～35%，這個數(shù)據(jù)比發(fā)達國家低15～20個百分點。氮肥的過量施用使得多余氮素?zé)o法被水稻有效吸收利用，這是水稻生產(chǎn)中氮肥利用率偏低的重要原因之一。

就我國水稻施氮量總體情況而言，氮肥施用量大、利用率低而損失率高是水稻生產(chǎn)中急需解決的突出問題。面對我國稻田氮肥施用情況，在保證水稻產(chǎn)量不降低或略有增加的前提下，采取減少氮肥施用量、提高氮肥利用率的措施，一直受到土壤學(xué)家和農(nóng)學(xué)家的重視。

2 我國稻田氮肥利用率低的原因

2.1 土壤中較高的背景氮含量

通過對世界各國稻田土壤無氮區(qū)對照水稻產(chǎn)量的研究顯示，我國水稻產(chǎn)量通常能達到5～6 t/hm2，比其他產(chǎn)稻國高出2 t/hm2^[3]，這表明我國稻田背景氮明顯高于其他國家的稻田。在施肥管理方面，我國廣大農(nóng)戶通常認(rèn)為土壤自身肥力是提高產(chǎn)量的基礎(chǔ)，因此非常注重通過土壤培肥來提高土壤生產(chǎn)力，于是生產(chǎn)中人們往往通過長期施用大量無機和有機氮素肥料來改善地力，導(dǎo)致土壤中積累了較多的氮素，形成了較高的土壤背景氮。土壤背景氮是土壤肥力的一個重要參數(shù)，彭少兵等^[3]的研究結(jié)果顯示，在過高的土壤背景氮下，氮肥施用量高反而引起氮肥農(nóng)學(xué)利用率降低，相反低背景氮的土壤條件將比高背景氮土壤條件對氮肥的反應(yīng)更敏感，這充分表明灌溉稻田并不需要保持很高的土壤背景氮來維持土壤生產(chǎn)力。因此土壤背景氮過高是導(dǎo)致我國水稻氮肥利用率低的重要原因之一。

2.2 雜交水稻和超級稻的推廣應(yīng)用

雜交水稻在我國乃至世界范圍內(nèi)廣泛栽培，我國雜交水稻播種面積占水稻種植面積的50%以上?；陔s交水稻種子價格昂貴的原因，為節(jié)約種子成本，我國廣大農(nóng)民往往通過稀植和減少本苗數(shù)來減少用種量，而高產(chǎn)所需要的穗數(shù)則采取增大基肥和分蘗肥以增加分蘗數(shù)來實現(xiàn)。生產(chǎn)實踐表明，水稻前期氮素吸收利用率遠(yuǎn)不及后期，前期氮肥的大量投入不僅使得水稻無法吸收利用，造成肥料的浪費，而且施肥增加的成本比節(jié)省的種子費用要高得多。在育種過程中，育種家偏重于選育大穗和莖稈粗壯、抗倒性強的品種或組合^[13-14]；在提高植株抗倒性方面，育種家通常在高供氮水平的育種田選擇耐肥性強的育種材料，很少有人考慮篩選對氮肥反應(yīng)敏感的材料。于是農(nóng)民在種植這些品種時，通常會選擇施用較多的氮肥來獲得高產(chǎn)。由此可見，雜交水稻和超級稻的推廣應(yīng)用也不可避免地成為我國水稻氮肥利用率低的重要原因。

2.3 施肥時期和比例不合理

我國江浙一帶、湖南和廣東等地區(qū)農(nóng)民在長期的水稻生產(chǎn)過程中往往習(xí)慣于將氮肥總量的55%～85%作為基肥及追施于移栽后前10 d內(nèi)。有研究表明，前期施氮量高有利于促進分蘗早發(fā)和提早返青^[15]，對分蘗力偏低的超級雜交稻及大穗型品種效果更為明顯。然而在水稻生長前期，根系沿未完全形成，稻株對氮素的需求量不大，當(dāng)大量氮肥在此時施入稻田時，部分氮肥無法被水稻吸收利用，且因長時間暴露于稻田中，加劇了氮肥的徑流和揮發(fā)，降低了稻田氮肥利用率。

2.4 中期曬田

水稻生長前期大量的氮肥投入導(dǎo)致分蘗大量發(fā)生和葉片生長過旺，這種效應(yīng)一直持續(xù)到最高分蘗期。在水稻栽培技術(shù)中，我國農(nóng)民常于水稻生長中期曬田以控制分蘗發(fā)生，創(chuàng)造健康群體以及改善根系活力，從而控制水稻生長后期的無效分蘗。有研究表明，中期曬田會加劇土壤氮素?fù)p失和減少水稻自身吸氮量^[16]，在一定程度上降低了氮肥利用率。

3 提高稻田氮肥利用率的對策

3.1 選育節(jié)氮高效水稻品種

王智平等^[11-19]研究表明，在秈、粳稻，常規(guī)稻和雜交稻，三系雜交稻和兩系雜交稻間的氮素利用率有顯著的品種間差異^[17-19]。隨著科學(xué)技術(shù)日新月異，利用現(xiàn)代遺傳育種、基因定位及轉(zhuǎn)基因等技術(shù)將與氮肥高效吸收及利用有關(guān)的基因融入優(yōu)良的水稻植株中，篩選出綜合性狀優(yōu)良且氮肥利用率高的水稻品種應(yīng)用于水稻生產(chǎn)，以提高水稻氮肥利用率。因此，選育和推廣種植節(jié)氮高效水稻品種是水稻節(jié)氮栽培的一個重要途徑，不僅有利于實現(xiàn)水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，同時可以較大幅度地提高水稻氮肥利用率。

3.2 研發(fā)和應(yīng)用新型氮肥

近年來，在化肥研發(fā)與科技進步的推動下，氮肥種類日益更新，大顆粒肥料、長效肥料（緩溶性肥料和緩釋性肥料）、復(fù)合肥料、配方肥料或添加了各種抑制劑的肥料等逐步推廣應(yīng)用于水稻生產(chǎn)中，有效地減緩與控制了稻田中肥料的溶解和釋放速度，減少了氮肥的損失，有效提高了氮肥的吸收與利用效率。據(jù)魯艷紅等^[20]報道，河沙泥土壤中施用70%氮量的控釋肥的氮肥利用率比尿素提高39.1%；鄭圣先等^[21]報道，南方水稻田控釋肥料氮的利用率可高達72.13%，比尿素提高36.5%?？梢?，新型氮肥的推廣應(yīng)用也是促使我國稻田氮肥高效利用的重要途徑。

3.3 改進稻田施肥時期和方法

在大田栽培管理過程中，可采取科學(xué)合理的田間管理措施提高水稻氮肥利用率。首先是科學(xué)確定稻田施氮量。有研究表明，水稻產(chǎn)量與氮肥施用量呈明顯的二次曲線關(guān)系^[22]。根據(jù)稻田不同土壤類型來確定適宜的氮肥施用量，可在提高水稻產(chǎn)量的同時，有效提高氮肥利用效率。其次是采用科學(xué)的施肥方法與施用方式。試驗證明，氮肥深施比傳統(tǒng)的面施方法，不僅可以減少氮素?fù)p失，而且能明顯增加水稻產(chǎn)量，由此可以看出，氮肥深施能獲得較高的農(nóng)學(xué)利用率。有研究結(jié)果認(rèn)為，采用超大顆粒尿素深施在減少氮肥用量、進一步提高水稻氮肥利用率方面更為有效^[23]。同時，根據(jù)土壤的肥力水平，N、P、K按一定比例配方施肥也可提高水稻氮肥利用率^[24]。朱兆良等^[25]研究表明，平衡施用N、P、K肥和其他必需的營養(yǎng)元素在提高水稻氮肥利用率方面具有一定成效。總體而言，氮肥深施，尤其是粒肥深施，可有效減少氮肥損失。最后是氮肥適期分次施用。水稻生長發(fā)育各階段對氮素的需求呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，根據(jù)這一特點分次適量施肥，不僅可有效促進植株生長與產(chǎn)量形成，而且有利于提高氮肥利用效率。

3.4 科學(xué)搭配硝化抑制劑和脲酶抑制劑

硝化抑制劑具有抑制銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化的作用，可以有效降低氮素?fù)p失。朱兆良等^[25]研究認(rèn)為，硝化抑制劑不能明顯降低氮素?fù)p失。脲酶抑制劑的作用是延緩尿素施入土壤后轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮的速度，對降低稻田銨的濃度、有效減少氨的揮發(fā)損失具有重要作用。相關(guān)研究結(jié)果顯示，水稻將尿素和脲酶抑制劑結(jié)合施用，孕穗期和成熟期可分別提高尿素利用率4.0%和5.6%，并能減少尿素中氮揮發(fā)損失35.9%^[26]。目前，有關(guān)硝化抑制劑和脲酶抑制劑在減少氮素?fù)p失的效果上，不同的試驗結(jié)果報道各異，尚未形成較為一致的結(jié)論。

3.5 節(jié)肥新技術(shù)推廣應(yīng)用

在水稻栽培管理過程中，除了采取科學(xué)的施肥方法與施用方式外，還可通過其他合理的栽培措施達到降低施氮量、提高氮肥利用率的目的。首先，對水稻生產(chǎn)全過程采取實時氮肥管理。實時氮肥管理強調(diào)施肥時間和氮肥施用量與作物對氮的需求量協(xié)調(diào)一致^[27]。劉志軍等^[28]研究發(fā)現(xiàn)，實時氮肥管理（依據(jù)葉綠素儀測定值進行的施肥方法）和實地氮肥管理（施氮時期、施氮量和葉綠素儀測定值相結(jié)合的施肥方法）顯著提高了氮肥農(nóng)學(xué)利用率，與農(nóng)民習(xí)慣施肥法（氮肥240 kg/hm2）相比，氮肥農(nóng)學(xué)利用率分別提高了204.3%～297.0%和200.9%～276.4%。由此可見，在保證水稻產(chǎn)量不降低或穩(wěn)定于一定水平的前提下，采取實時、實地氮肥管理是有效減少氮肥施用量，顯著提高水稻氮肥利用率的重要途徑。其次，水稻生產(chǎn)中也可通過水稻基本苗與施氮量耦合等節(jié)氮措施來提高水稻氮素吸收與利用。王紹華等^[29]研究了基本苗和施氮量對水稻氮素吸收與利用的影響，結(jié)果顯示，適當(dāng)增加基本苗是提高水稻氮素利用效率、減少施氮量的有效方法。

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