水旱輪作體系養(yǎng)分管理研究進(jìn)展

石子建，李建輝

（衢州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江衢州 324000）

水旱輪作體系養(yǎng)分管理研究進(jìn)展

石子建，李建輝?

（衢州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江衢州 324000）

水旱輪作是我國(guó)南方普遍采取的一種稻田耕作制度。通過分析水旱輪作種植模式下的氮磷鉀肥管理現(xiàn)狀，結(jié)合秸稈還田對(duì)農(nóng)田理化性質(zhì)及肥力的影響，提出秸稈還田配施無機(jī)肥的建議，以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分資源的高效利用和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

水旱輪作；養(yǎng)分管理；秸稈還田；無機(jī)肥

輪作栽培模式即在同一塊地里，按季節(jié)有序地輪換種植不同作物的種植方式［1］。水旱輪作是我國(guó)南方普遍采取的一種稻田耕作制度，主要包括水稻?小麥、水稻?綠肥、水稻?蔬菜、水稻?馬鈴薯、水稻?油菜、水稻?棉花、水稻?煙草、水稻?甘蔗、水稻?飼料等種植方式，其中以水稻?小麥輪作種植面積最大［2］。水旱輪作對(duì)于增加糧食產(chǎn)量、緩解人口壓力、保障我國(guó)的糧食安全具有十分重要的戰(zhàn)略意義。對(duì)于水旱輪作而言，施肥是保證其生產(chǎn)力可持續(xù)的不可或缺的環(huán)節(jié)。已有的研究表明，不施肥或施肥不合理不僅不會(huì)使產(chǎn)量增加，還會(huì)造成肥料浪費(fèi)和環(huán)境污染，如稻麥輪作體系中小麥對(duì)氮、磷、鉀肥的利用率分別為27.8%，38.9%和22.9%；水稻對(duì)氮、磷、鉀肥的利用率分別為35.8%，26.8%和41.8%［3］。養(yǎng)分精準(zhǔn)管理技術(shù)的引進(jìn)，對(duì)促進(jìn)水旱輪作可持續(xù)發(fā)展、維持較高的地力水平、緩解因施肥導(dǎo)致的地下水污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問題都有重要的意義。

1 水旱輪作體系中的精準(zhǔn)施肥

1.1 氮肥管理

氮素是水稻生產(chǎn)的主要養(yǎng)分限制因子之一。目前我國(guó)水稻生產(chǎn)中氮肥施用量比世界平均水平高出約75%，單季平均施氮量（純N，下同）為180 kg·hm－2，而在高產(chǎn)田塊中，水稻氮肥施用量甚至高達(dá)300～450 kg·hm－2，而水稻氮肥吸收利用率僅為30%～35%［4］。氮肥的使用量過多，不僅會(huì)造成氮素資源的浪費(fèi)，同時(shí)會(huì)進(jìn)入大氣和水體對(duì)生態(tài)環(huán)境造成直接破壞［5］。

王秀斌等［6］研究表明低產(chǎn)田、中產(chǎn)田和高產(chǎn)田（雙季水稻年產(chǎn)量分別為＜6 750，6 750～8 250，＞8 250 kg·hm－2）分別在施氮量為120，180和240 kg·hm－2的情況下取得高產(chǎn)，氮肥的貢獻(xiàn)率達(dá)到最高，氮肥貢獻(xiàn)率和氮肥吸收利用率均為低產(chǎn)田＞中產(chǎn)田＞高產(chǎn)田。在太湖地區(qū)的稻麥輪作體系中，水稻季的施氮量為210～225 kg· hm－2，小麥季施氮量為169～225 kg·hm－2時(shí)，產(chǎn)量和氮肥利用效率的綜合效應(yīng)達(dá)到最佳，而當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施氮量則高達(dá)550～650 kg·hm－2［7－8］。

張福鎖等［9］調(diào)查的4 218塊水稻，氮肥施用量為（209±140）kg·hm－2。對(duì)于水稻目前的產(chǎn)量水平來說，推薦施氮量為150～250 kg·hm－2較為合理，若以小于150 kg·hm－2為不足，大于250 kg· hm－2為過量，則施氮不足、合理和過量田塊分別占總調(diào)查田塊的1／3左右。葉靜等［10］在浙江省平湖市廣陳鎮(zhèn)的試驗(yàn)表明，農(nóng)戶常規(guī)施肥的氮肥施用量較高，一般為240 kg·hm－2，往往造成水稻貪青晚熟。在推薦施肥量中，減少氮肥施用量，增加磷鉀肥施用量，可增產(chǎn)節(jié)肥，增加收入。

不同地區(qū)甚至不同地塊間土壤的氮素含量差異很大，供氮能力也有很大區(qū)別?？赏ㄟ^作物診斷迅速確定作物的氮營(yíng)養(yǎng)狀況，并決定是否施氮。范明生［11］建議應(yīng)用ISPAD儀或硝酸鹽反射儀作為作物是否缺氮的診斷工具，以做出相應(yīng)的施肥決策。但是目前推廣難度較大，浙江地區(qū)水稻種植以小地塊分散經(jīng)營(yíng)為主，采用“一炮轟”的施肥方式，為氮肥的管理帶來很大不便。建議采用以推薦施肥為主，以具體田塊進(jìn)行微調(diào)為輔的施肥原則。

1.2 磷肥管理

不同于氮肥的易揮發(fā)和易淋溶，磷在土壤中易被固定，當(dāng)季施用的磷肥至少有75%以上以固定態(tài)或有效態(tài)等形式殘留在土壤中，雖然當(dāng)季利用率不高但后效期長(zhǎng)達(dá)至少12年［12］。無機(jī)磷酸鹽在土壤溶液中濃度相當(dāng)?shù)?，磷酸離子可以被吸附到帶正電荷的礦物質(zhì)上，如鐵和鋁氧化物。通過吸附／解吸和沉淀／溶解平衡控制了磷在土壤溶液中的濃度，并且影響磷的化學(xué)遷移和生物利用效率［13］。據(jù)Darilek等［14］報(bào)道，土壤長(zhǎng)期處于淹水狀態(tài)時(shí)，只有Fe／Al?P增加。Turner等［15］發(fā)現(xiàn)土壤的干濕交替過程可提高磷的溶解性，由于干濕交替可以殺死70%的微生物，而微生物量磷是可溶性磷的重要來源。如果迅速風(fēng)干，微生物細(xì)胞會(huì)損傷，發(fā)生質(zhì)壁分離或死亡，這一過程伴隨著磷的釋放。

在水旱輪作的種植模式下，可適當(dāng)減少水稻季磷的施用來充分挖掘土壤磷的潛力；在旱季作物上則應(yīng)適當(dāng)增加磷肥的用量以滿足作物需求和節(jié)約成本。Yadvinder［16］的研究表明，為獲得穩(wěn)定的作物產(chǎn)量，稻麥系統(tǒng)總的磷（P2O5，下同）投入量為40～50 kg·hm－2，在小麥季，磷的投入至少為26 kg·hm－2，而水稻季磷的用量約15～25 kg· hm－2。不施磷處理，經(jīng)過3個(gè)稻麥輪作周期后，磷素虧缺144.73～145.22 kg·hm－2，隨著施磷量的增加，土壤速效磷呈明顯遞增趨勢(shì)，高肥力土壤中小麥?水稻輪作施用磷45 kg·hm－2就可以維持土壤速效磷平衡［17］。卜容燕等［18］研究表明在水稻?油菜體系中，在水稻季施用磷60 kg·hm－2同樣可以保證產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，因此提出在“重旱輕水”的磷肥策略下，也要考慮水稻季磷肥投入。

磷肥施入土壤后易被土壤中的礦物固定，殘效期長(zhǎng)，短期內(nèi)不施磷可能不會(huì)造成作物減產(chǎn)，但必然導(dǎo)致土壤中的磷肥力降低，因此施用磷肥應(yīng)兼顧當(dāng)前的產(chǎn)量和長(zhǎng)遠(yuǎn)的環(huán)境效益。

1.3 鉀肥管理

土壤是一個(gè)鉀庫(kù)，鉀的形態(tài)可以分為水溶態(tài)、交換態(tài)、非交換態(tài)和礦物鉀；以其對(duì)生物的有效性，水溶性鉀和交換性鉀被看作是速效鉀，非交換性鉀被看作緩效鉀，礦物鉀被看作無效鉀；各種形態(tài)鉀之間處于一個(gè)相互轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)平衡體系中［19］。在水旱輪作種植條件下會(huì)增加土壤中鉀的淋洗，在淹水條件下，因?yàn)橥寥乐械腇e2＋，Mn2＋等陽離子的增加，能夠置換出土壤膠體吸附的更多K＋［20］。植物對(duì)鉀的需要量很高，一般情況下植物吸鉀量會(huì)超過吸磷量，與吸氮量相近［21］。隨著雜交水稻的推廣，作物產(chǎn)量的增加，以及糞便、秸稈等有機(jī)肥施用量的減少，使得目前鉀肥的投入遠(yuǎn)不能維持鉀素平衡，農(nóng)田鉀素虧缺已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展的限制因子之一［22］。

大量試驗(yàn)和調(diào)查結(jié)果［23］顯示，太湖地區(qū)農(nóng)田、浙江杭嘉湖平原中低產(chǎn)區(qū)的鉀素都是虧缺的，年虧缺量（K2O，下同）分別為52.5，30.75 kg· hm－2；在一年兩熟和三熟水旱輪作系統(tǒng)中不施肥的土壤每年鉀素虧缺148.2和182.7 kg·hm－2。盡管鉀肥的施用在一定的條件下緩解了土壤鉀素不足，但在一年兩熟和三熟輪作制中施鉀土壤平均每年仍虧鉀。李繼福等［24］在湖北低鉀田塊（速效鉀含量＜100 mg·kg－2）的試驗(yàn)表明，即使在秸稈還田條件下，鉀肥用量75 kg·hm－2，雖增產(chǎn)效果顯著，但鉀肥用量仍然不足。范明生等［25］研究表明在稻?麥輪作體系中，優(yōu)化施鉀（112 kg·hm－2）相對(duì)農(nóng)民習(xí)慣施鉀量（78 kg·hm－2）對(duì)農(nóng)田中鉀的負(fù)平衡相當(dāng)，均約虧損182 kg·hm－2。

綜上，在低鉀田塊上的推薦施鉀量70～80 kg· hm－2，并不能滿足農(nóng)田的鉀平衡的需求，應(yīng)結(jié)合秸稈還田適當(dāng)增加鉀肥的施用，而在中高鉀田塊上則應(yīng)當(dāng)結(jié)合秸稈還田適當(dāng)減少鉀肥的施用［23－25］。

對(duì)長(zhǎng)江中下游地區(qū)水旱輪作高產(chǎn)田（產(chǎn)量13 t· hm－2）N，P2O5和K2O最佳施用量分別約為200，145和250 kg·hm－2，施用比例約為1∶0.72∶1.23［26］。

2 水旱輪作體系中的秸稈還田技術(shù)

浙江地區(qū)水旱輪作種植體系下每年都要產(chǎn)生大量的農(nóng)作物秸稈，但由于運(yùn)費(fèi)較高和化肥的廣泛使用等原因，農(nóng)民一般采用直接將秸稈焚燒的做法，這樣就造成了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，不利于土壤的可持續(xù)利用［27］。已有的研究表明，秸稈還田對(duì)稻麥輪作農(nóng)田土壤碳庫(kù)具有顯著影響，秸稈還田可增加土壤中總有機(jī)碳、微生物生物碳、水溶性有機(jī)碳和水穩(wěn)性團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，改善土壤性質(zhì)。通過減小土壤容重，增加耕層土壤通氣孔隙度、總孔隙度、增強(qiáng)土壤保持水分的能力等來改變土壤物理性狀。還可通過釋放氮、磷、鉀以及中微量營(yíng)養(yǎng)元素被作物吸收利用，來代替部分化肥的使用［27－29］。此外，秸稈還田結(jié)合以測(cè)定葉片的葉綠素含量為基礎(chǔ)的實(shí)地氮肥管理，優(yōu)化氮肥施用量（200 kg· hm－2）和施用時(shí)期，相比農(nóng)民習(xí)慣施肥量（300 kg· hm－2）不僅可增加產(chǎn)量，還可以改善稻米品質(zhì)，提高氮肥利用效率［30］。同樣，在秸稈還田條件下，在增產(chǎn)的同時(shí)，中、高鉀土壤田塊比鉀肥推薦用量分別減少49.1%，20.0%［24］。

對(duì)于稻?麥水旱輪作種植體系而言，采用小麥秸稈粉碎直接還田＋水稻秸稈覆蓋還田模式組合，可以增加土壤氮磷鉀養(yǎng)分含量，改善土壤理化性質(zhì)，是南方地區(qū)麥稻水旱輪作制度下較為合理的秸稈還田方式［28］。操作流程為，麥季水稻機(jī)械化收獲后稻草直接覆蓋地表，免耕精量播種，施用尿素300 kg·hm－2，60%作為基肥，40%作為返青肥，磷鉀肥作為基肥一次性施用，為減少甲烷產(chǎn)生可配施一定的腐解劑。小麥?zhǔn)斋@后，將秸稈直接機(jī)械化粉碎后耕翻入土壤。

3 討論

目前，水旱輪作體系中肥料施用不合理的現(xiàn)象較為嚴(yán)重，偏施氮肥，而磷、鉀肥的施用量相對(duì)較少，氮肥施用時(shí)期與作物最大需求時(shí)期不匹配等［9－21，23］。據(jù)調(diào)查，氮肥施用過量、施用合理、施用不足均占1／3，而大部分農(nóng)戶均在移栽水稻前10 d施用氮肥，這與水稻的需氮規(guī)律不相匹配［25］。磷肥施用應(yīng)“重旱輕水”，充分挖掘作物的根系潛力并充分利用干濕交替過程中磷素的釋放。由于每年秸稈從農(nóng)田中帶走大部分鉀素，鉀肥投入不足，造成大部分農(nóng)田均處于鉀素負(fù)平衡的狀態(tài)。

秸稈還田可以改善土壤理化性質(zhì)、培肥地力、充分利用秸稈資源、避免因焚燒帶來環(huán)境污染，在促進(jìn)作物增產(chǎn)方面有很多報(bào)道，但是在增加土壤中速效磷方面仍然存在爭(zhēng)議［31］。秸稈還田過程中可適當(dāng)增加前期氮肥的施用，防止微生物與作物競(jìng)爭(zhēng)氮素的現(xiàn)象，同時(shí)運(yùn)用養(yǎng)分綜合管理技術(shù)，可以適當(dāng)減少氮肥施用總量，調(diào)整施用時(shí)期，維持或增加產(chǎn)量［25］。應(yīng)注意相應(yīng)的鉀肥施用量，利用秸稈還田來增加農(nóng)田中的鉀素投入，對(duì)于緩解秸稈過剩的壓力、維持土壤鉀素平衡具有重要意義，但有些地區(qū)土壤中鉀素處于虧缺狀態(tài)，即使在秸稈還田的條件下還是要增加鉀肥的施用［24－25］。

水旱輪作體系的精準(zhǔn)施肥應(yīng)該以實(shí)現(xiàn)糧食高產(chǎn)、資源高效、環(huán)境可持續(xù)的目標(biāo)展開，運(yùn)用養(yǎng)分綜合管理技術(shù)，確定合理的秸稈還田量以及氮磷鉀肥施用量，但最重要的是以“大配方，小調(diào)整”為原則做好后續(xù)的推廣工作，為水旱輪作更好地發(fā)揮穩(wěn)定國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略做出貢獻(xiàn)。

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（責(zé)任編輯：張才德）

S 511.062

A

0528?9017（2015）11?1819?03

文獻(xiàn)著錄格式：石子建，李建輝.水旱輪作體系養(yǎng)分管理研究進(jìn)展［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，56（11）：1819－1821，1824.

DOI 10.16178／j.issn.0528?9017.20151136

2015?09?26

浙江省旱作糧油科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2011R50026）；衢州市旱作糧油科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目；衢州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2013Y022，20132006，2014Y022）

石子建（1991－），男，河北滄州人，碩士研究生，從事根際磷養(yǎng)分研究工作。E?mail：zijiansh＠126.com。

李建輝，博士，從事農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)研究工作。E－mail：lijianhui＠yeah.net。