一次性施肥在我國主要糧食作物中的應用與環(huán)境效應

劉兆輝，吳小賓，譚德水，李彥，江麗華

?

一次性施肥在我國主要糧食作物中的應用與環(huán)境效應

劉兆輝，吳小賓，譚德水，李彥，江麗華

（山東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部黃淮海平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室/山東省植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，濟南 250100）

當前我國糧食生產(chǎn)面臨過量施肥、氮肥利用率低和農(nóng)業(yè)勞動力短缺等問題，探討主要糧食作物一次性施肥技術及其對作物產(chǎn)量、肥料利用效率以及環(huán)境效應的影響，為我國糧食生產(chǎn)的簡化施肥提供技術支撐。本論文系統(tǒng)分析了一次性施肥技術的發(fā)展現(xiàn)狀及其在三大糧食作物上的應用效果，針對一次性施肥技術存在的不足，提出其在我國三大糧食作物主產(chǎn)區(qū)的推廣應用前景和發(fā)展方向。一次性施肥是一種生產(chǎn)輕便、節(jié)本增效和保護環(huán)境的技術模式。當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通過一次性基施緩控釋肥、氮肥減量施用技術以及化學調(diào)控技術均可以實現(xiàn)三大糧食作物的一次性施肥。與農(nóng)民傳統(tǒng)施肥方式相比，一次性基施緩控釋肥可以顯著提高玉米、小麥和水稻三大糧食作物的產(chǎn)量和氮肥利用率，產(chǎn)量、氮肥利用率分別提高3.1%—31.7%、6.2%—86.6%；顯著減少農(nóng)田氨揮發(fā)、氧化亞氮排放、氮素淋溶和徑流損失，分別減少18.1%—81.3%、22.4%—73.4%、0—53.0%和0—43.2%。氮肥減量施用技術可在減少20%—37%氮肥施用量的條件下，維持玉米、小麥和水稻的產(chǎn)量不降低，提高三大糧食作物氮肥利用率2.3%—20.4%，以及降低氮素的損失。添加硝化抑制劑可使三大糧食作物產(chǎn)量、氮肥利用率分別提高6.5%—20.1%、5.0%—78.3%，使氧化亞氮排放顯著降低22.1%—51.0%；添加脲酶抑制劑顯著提高三大糧食作物產(chǎn)量5.8%—22.8%，顯著提高玉米、小麥氮肥利用率25.4%—40.7%，同時顯著降低三大作物氨揮發(fā)、氧化亞氮排放46.1%—51.2%、11.9%—45.2%。在全國主要糧食主產(chǎn)區(qū)的應用結果表明，一次性施肥技術既實現(xiàn)了作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、氮肥高效和氮損失減少，又節(jié)省了農(nóng)業(yè)勞動力和降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。因而，一次性施肥技術協(xié)同實現(xiàn)了作物高產(chǎn)、養(yǎng)分高效和環(huán)境友好的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展道路，同時解決了我國當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動力不足的難題，是適宜在全國糧食主產(chǎn)區(qū)全面推廣和應用的新技術。

一次性施肥技術；玉米；小麥；水稻；產(chǎn)量；肥料利用率；環(huán)境效應

0 引言

二十一世紀世界農(nóng)業(yè)面臨糧食安全與資源環(huán)境協(xié)同發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)。據(jù)預測，2050年全世界人口總數(shù)將超過90億，相對應的糧食產(chǎn)量需要翻一番才能滿足人類的需求[1-2]。2033年我國糧食生產(chǎn)需要增長35%才能滿足我國人口增長及人均需要增長的需求[3]。保證糧食需求決定了農(nóng)業(yè)在我國國民經(jīng)濟中的首要地位。玉米、小麥和水稻作為我國三大主要糧食作物，2016年的播種面積分別達到367.7×105、241.9×105和301.8×105hm2，總播種面積占全國糧食作物總播種面積的80.6%（圖1-A）[4]；2016年的產(chǎn)量分別達到21 955×104、12 885×104和20 708×104t，總產(chǎn)量達到全國糧食總產(chǎn)的90%以上（圖1-B）[4]。因而，玉米、小麥和水稻三大糧食作物在保障我國糧食安全中具有重要的地位和作用。

圖1 我國三大糧食作物的總播種面積及總產(chǎn)量

保障當前和未來糧食安全同時減少糧食生產(chǎn)帶來的巨大環(huán)境影響成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求，科學施肥是保證高產(chǎn)高效及減少環(huán)境污染的重要措施之一。然而，當前我國三大糧食主產(chǎn)區(qū)的施肥問題仍然比較突出。由于社會經(jīng)濟變革導致農(nóng)業(yè)勞動力短缺，我國糧食生產(chǎn)中過量施肥、不合理施肥的現(xiàn)象仍然普遍存在。不僅造成肥料利用率低，同時導致地下水硝酸鹽污染[5]、水體富營養(yǎng)化[6]和溫室氣體排放[7-8]等問題，嚴重影響了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和人類健康[9-10]。張福鎖等[11]研究認為我國三大糧食作物的肥料利用率遠低于國際水平，與20世紀80年代相比均呈下降趨勢。作物高產(chǎn)與養(yǎng)分高效的本質是養(yǎng)分供應的時空有效性與作物的需求同步[12-14]，即供肥必須與作物的養(yǎng)分吸收規(guī)律相吻合，實現(xiàn)根層養(yǎng)分供應與高產(chǎn)作物需求在數(shù)量上匹配、時間上同步、空間上一致，這就要求在作物生產(chǎn)中必須進行多次施肥，這與當前我國農(nóng)業(yè)勞動力短缺的社會現(xiàn)實是相矛盾的，已有的科學施肥技術因勞動力不足很難在我國大面積糧食生產(chǎn)中發(fā)揮作用。因此，當前我國的糧食生產(chǎn)迫切需要探索一套既省工節(jié)本又穩(wěn)定高產(chǎn)的簡化施肥技術，在滿足作物生長的前提下，簡化施肥管理，以實現(xiàn)減少勞動力投入，同時提高養(yǎng)分利用效率，協(xié)調(diào)作物高產(chǎn)與環(huán)境保護的目的。一次性施用控釋肥不僅能滿足作物整個生育期的養(yǎng)分需求，而且能簡化操作和減少環(huán)境污染，具有重要的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益[15-16]，因而開展一次性施肥技術的研究，可為我國糧食生產(chǎn)的施肥轉型提供新思路，為保障我國農(nóng)村勞動力短缺現(xiàn)狀下的糧食安全提供技術支撐，對保障國家糧食安全以及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

1 一次性施肥技術的概念

進行簡化栽培已成為當前我國糧食生產(chǎn)的必然需求。簡化栽培是運用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械代替人工操作，簡化種植管理，減少田間作業(yè)次數(shù)，將農(nóng)機和農(nóng)藝技術結合以減輕勞動強度，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)輕便簡捷、節(jié)本增效的施肥與耕作栽培方法[17]。簡化栽培是與傳統(tǒng)復雜的手工操作生產(chǎn)相對應的概念[18-20]，是建立在當前農(nóng)業(yè)發(fā)展的水平之上的，因此，簡化栽培技術是動態(tài)和不斷發(fā)展的，其具體的管理措施與保障技術等都隨當前農(nóng)業(yè)的發(fā)展水平而不斷變化、提升和完善，但不管如何變化，簡化栽培都要滿足在實現(xiàn)作物高效生產(chǎn)的前提下，獲得高產(chǎn)、優(yōu)質、生態(tài)、安全和可持續(xù)發(fā)展[18]。

施肥技術是作物栽培體系中的重要組成部分，是作物高產(chǎn)的根本保證。作為簡化栽培發(fā)展的高級形式，一次性施肥技術是指小麥、玉米等種子直播作物在播種的同時將肥料施入，水稻等移栽作物在插秧移栽或整地時將肥料施入，整個生育期內(nèi)不需要再次追肥，實現(xiàn)作物不減產(chǎn)或小幅度增產(chǎn)，達到經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益協(xié)同提高的目標。與將普通肥料作為底肥或口肥的“一炮轟”施肥方式不同，一次性施肥技術是以作物專用控釋肥料為支撐，與農(nóng)業(yè)機械同步實施，同時可將傳統(tǒng)多次施肥習慣進行簡化，實現(xiàn)大幅節(jié)省勞動力成本[21]?？蒯尫柿暇哂袀鹘y(tǒng)速效肥料不可比擬的優(yōu)勢[22]。依托新型肥料為載體的施肥技術不僅能簡化施肥過程，而且還能提高肥料利用率，降低施肥量[23]。

對于不同的作物，一次性施肥技術的管理方式也不完全相同。玉米一次性施肥技術是根據(jù)土壤肥力情況和玉米需肥特性確定最佳的施肥量，在整地時將玉米全生育期所需的專用緩控釋氮肥配合磷、鉀肥作底肥（或播種時作基肥）一次性施入，整個生育期內(nèi)不再追肥的方法。小麥一次性施肥技術是指播種期根據(jù)小麥不同生育階段對各營養(yǎng)成分的需求特點，結合當?shù)氐臍夂蛱卣骱屯寥罈l件，以小麥目標產(chǎn)量為基礎，按科學施肥理論和肥料改型改性技術，采用緩控釋氮肥摻混磷鉀等其他養(yǎng)分的方法，將小麥整個生育期所需的養(yǎng)分，在播種的同時一次性施入的技術[24]。水稻一次性施肥技術是指水稻從移栽到收獲整個生育期只施肥一次，依據(jù)水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對肥料養(yǎng)分的動態(tài)需求以及結合當?shù)氐臍夂蛱卣骱屯寥罈l件進行科學配方，將專用緩控釋肥在水稻移栽前作基肥結合耕作措施全層施用，一次施用無需追肥，就能滿足整個水稻生長期對養(yǎng)分的需求，同時實現(xiàn)增產(chǎn)增收的一項新技術[25-26]。

一次性施肥技術與農(nóng)機結合是簡化管理、減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及進行大面積作業(yè)的重要措施。我國糧食主產(chǎn)區(qū)可實現(xiàn)一次性施肥技術的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式主要包括以下三類：（1）一次性基施控釋氮肥，將控釋氮肥與配套農(nóng)機相結合，通過專用控釋肥實現(xiàn)作物全生育期的養(yǎng)分需求，不僅省工省力、簡化操作，而且還能提高肥料利用率、減少環(huán)境污染[15-16]；（2）氮肥減施技術，通過氮肥減量施用技術探尋作物氮素需求與土壤氮素供應之間的平衡關系，以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)、高效和持續(xù)健康的發(fā)展，已被國內(nèi)外廣泛使用[27-29]。本文所述氮肥減施技術是指通過控釋肥等新型肥料的應用實現(xiàn)氮肥施用量的進一步優(yōu)化；（3）化學調(diào)控技術，施肥時通過添加化學調(diào)控劑（如硝化抑制劑、脲酶抑制劑等）調(diào)控養(yǎng)分釋放和進行簡化操作，以解決普通肥料肥效短以及肥料利用率低的問題。

2 一次性施肥技術在主要糧食作物上的應用

緩控釋肥料是一次性施肥技術的重要載體，其中控釋肥料又是緩釋肥料的高級形式[30-32]。目前關于控釋肥的研究工作主要集中在包膜材料的選用、研制和控釋機制的研究上[33-34]。國際上，美日兩國是目前研究控釋肥及其應用技術最成熟的國家，美國也是最先研制出控釋氮肥的國家。美國生產(chǎn)的控釋肥在世界上具有較廣闊的應用范圍，以硫包膜、聚合物包膜和生物降解膜為主；日本的控釋肥包膜技術較為先進，以高分子包膜肥料為主；歐洲發(fā)達國家關于控釋肥的研究更側重于微溶性含氮化合物包膜[34-37]。由于控釋肥的價格是普通肥料的3—8倍，國際上控釋肥主要使用在花卉、水果、草坪等經(jīng)濟價值較高的植物上。隨著國外控釋肥研究技術的不斷進步，控釋肥的使用逐漸推廣到了水稻、玉米、小麥、馬鈴薯、棉花和蔬菜等大田作物和經(jīng)濟作物上[38]。我國緩控釋肥的研究開展較晚，真正形成產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化也僅有10余年的時間[39-40]。同發(fā)達國家相比，我國緩控釋肥料的研發(fā)水平還較低，但發(fā)展較為迅速，特別是2016年，由金正大生態(tài)工程集團股份有限公司主導制定的“控釋肥料”國際標準的發(fā)布，極大提升了我國控釋肥料行業(yè)的國際話語權，目前在包膜材料以及包膜工藝的研究和開發(fā)上均取得了一定的成果[41]。據(jù)統(tǒng)計，2005—2015年，我國緩控釋氮肥的總生產(chǎn)量為2 100萬噸，總推廣面積達到3 300萬公頃[42]。緩控釋肥及其應用技術的研究對一次性施肥技術的發(fā)展具有重要意義。

2.1 一次性施肥技術在玉米上的應用

經(jīng)過60年的不懈努力，我國玉米栽培的目標已由高產(chǎn)為主向高產(chǎn)、高效、生態(tài)、安全等多目標協(xié)同發(fā)展，近年來玉米生產(chǎn)立足于農(nóng)機農(nóng)藝結合，逐漸形成了不同主產(chǎn)區(qū)的全程機械化生產(chǎn)技術規(guī)范，并且實現(xiàn)產(chǎn)量和效率的協(xié)同提高[43]。一次性施肥技術因操作簡便、高效、生態(tài)、節(jié)肥和省工等特點而被廣泛應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，并在提高作物產(chǎn)量、氮肥利用率、培肥地力以及降低環(huán)境污染等方面取得了明顯的效果。趙貴哲等[44]研究表明，與農(nóng)民傳統(tǒng)施肥方式相比，一次性基施控釋肥可顯著提高玉米產(chǎn)量16.6%，與農(nóng)家肥混施增產(chǎn)率高達56.6%。許海濤等[45]研究表明，一次性基施控釋肥有利于促進夏玉米葉面積增大和根系增多，改善玉米的產(chǎn)量性狀，提高千粒重和產(chǎn)量。與摻混肥（尿素+二銨+氯化鉀）相比，一次性基施控釋肥明顯促進玉米對氮素的吸收利用，提高氮肥當季利用率38.1%—86.6%，同時降低氨揮發(fā)速率40%—96.5%，減少氨揮發(fā)損失量39.2%—81.3%[46]。胡小康等[47]的研究結果表明，一次性基施控釋肥能夠顯著降低夏玉米季土壤N2O的排放，N2O排放系數(shù)（0.30%）顯著低于分次施用尿素處理（1.15%），生長季內(nèi)土壤排放的N2O總量顯著降低73.4%。張婧等[48]的研究結果表明，一次性基施控釋氮肥可有效減少冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)土壤N2O排放，較普通尿素分次施用相比N2O年排放總量顯著減少22.8%。Li等[49]的研究表明，與普通尿素分次施用相比，一次性基施控釋氮肥可使0—1.3 m土層的氮素淋溶顯著降低53%。與碳酸氫銨和普通尿素相比，一次性基施控釋氮肥可有效地降低氮素徑流損失15%—25%[50]。對一次性基施緩控釋肥在我國玉米主產(chǎn)區(qū)上的應用效果進行了系統(tǒng)總結，全國大范圍的試驗結果表明與農(nóng)民傳統(tǒng)施肥相比，一次性基施緩控釋肥可使玉米產(chǎn)量、氮肥利用率平均提高8.3%、37.5%，使氨揮發(fā)、N2O排放、氮淋溶和氮徑流平均降低58.6%、24.5%、25.7%和22.4%[51]。上述研究表明一次性基施緩控釋肥不僅協(xié)同提高了玉米產(chǎn)量和氮肥利用率，而且還減少了活性氮的損失，改善了農(nóng)田環(huán)境。

全量或減量施用緩控釋肥在玉米上均具有增產(chǎn)效果[52-53]。在減氮20%的情況下，玉米一次性基施控釋氮肥仍可比普通肥料增產(chǎn)18.3%[53]。在減少1/3的純氮用量的情況下，施用控釋尿素仍可維持夏玉米產(chǎn)量不下降[54]。索東讓等[55]的研究表明，玉米一次性基施控釋氮肥可以節(jié)約氮肥25%，與普通尿素相比，氮肥利用率提高16.5%。彭正萍等[56]在河北省的研究表明，控釋氮肥減施20%較優(yōu)化施肥（尿素）處理相比可使玉米增產(chǎn)2.7%，氮肥利用率增加5.0%，同時減少氮素表觀損失76.6%。表明控釋氮肥減量施用可在保證作物產(chǎn)量的同時，提高肥料利用率，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益的最大化[29]。史桂芳等[57]研究指出，綜合考慮玉米產(chǎn)量、氮素利用效率和經(jīng)濟效益，緩控釋肥減氮20%可以達到省工、高產(chǎn)、高效和節(jié)肥的目的，適宜在華北夏玉米主產(chǎn)區(qū)推廣應用。

除緩控釋肥以外，向普通尿素中添加硝化抑制劑或脲酶抑制劑也可實現(xiàn)玉米一次性施肥，并且提高氮肥利用率和產(chǎn)量。2015年我國混合硝化抑制劑和脲酶抑制劑的氮肥生產(chǎn)量達到了140萬噸，應用面積達到200萬公頃[42]?；瘜W調(diào)控技術已逐漸成為提高氮肥利用率和減少活性氮損失的關鍵策略。研究表明，添加硝化抑制劑可使玉米產(chǎn)量較農(nóng)民習慣施肥增加7.1%，較優(yōu)化施肥（尿素）增加8.6%，同時提高氮肥利用率5.0%和減少氮素表觀損失53.0%[56]。夏龍龍等[51]通過文獻綜述的方法總結了硝化抑制劑與脲酶抑制劑在我國玉米主產(chǎn)區(qū)上的應用效果，研究發(fā)現(xiàn)添加硝化抑制劑使玉米產(chǎn)量和氮肥利用率分別提高6.5%和23.9%，同時使N2O排放顯著減少38.9%，但對農(nóng)田氨揮發(fā)無顯著影響；添加脲酶抑制劑使玉米的產(chǎn)量和氮肥利用率分別提高6.1%和40.7%，NH3、N2O的排放分別減少46.1%和37%。此外，林海濤等[58]的研究結果表明氮肥與硝化抑制劑配施可顯著增加玉米的產(chǎn)量、氮肥偏生產(chǎn)力以及農(nóng)學效率，同時可降低純氮用量60 kg·hm-2，增收346元/hm2，實現(xiàn)了玉米生產(chǎn)的節(jié)本增效。

2.2 一次性施肥技術在小麥上的應用

近年來緩控釋肥的研究和應用實踐證明，一次性施用緩控釋肥能夠提高肥料利用率，改善作物生長后期的供肥能力，促進作物增產(chǎn)[59]。張春倫等[60]研究表明，在冬小麥上，一次性基施緩控釋肥比分次施用普通尿素增產(chǎn)18.3%—27.8%。汪強等[61]報道，一次性基施緩控釋肥可促進小麥產(chǎn)量增加10.0%—11.2%，氮肥利用率提高6.2%—11.6%。彭正萍等[56]在河北省的研究表明，一次性基施控釋氮肥使小麥產(chǎn)量較農(nóng)民習慣施肥相比增加5.7%，氮肥利用率增加53.7%；與優(yōu)化施肥相比增產(chǎn)3.1%，氮肥利用率提高35.5%。王茹芳等[62]研究表明，與普通尿素相比，一次性基施緩控釋肥能使冬小麥產(chǎn)量提高23.8%，小麥籽粒的粗蛋白、氨基酸、濕面筋和總糖含量分別增加3.5%、21.3%、4.6%和43.8%。劉蕊等[63]研究表明，控釋尿素的養(yǎng)分控制釋放性能顯著促進了小麥的生長及對氮素的吸收，產(chǎn)量、氮肥利用率較普通尿素分別提高13.1%—31.7%、48.9%—59.3%；與普通尿素相比，控釋尿素使土壤氨揮發(fā)速率峰值有效推遲3—5 d，降低氨揮發(fā)速率峰值44.4%—69.5%，減少整個小麥季氨揮發(fā)累積損失量39.3%—52.1%。肖強等[64]通過冬小麥-夏玉米輪作3年6季的田間試驗的研究表明，緩控釋肥料能提高小麥氮素利用率2.8—23.4百分點、玉米氮素利用率1.0—21.6百分點，土壤-作物系統(tǒng)的氮素損失比普通化肥配施處理減少2.0—24.9百分點。徐鈺等[65]的研究表明一次性基施控釋肥可使N2O排放顯著降低22.4%—35.5%，CH4的吸收量增加9.3%—44.2%，一次性基施控釋肥能夠抵消由于秸稈還田引起的N2O增排。利用文獻綜述和數(shù)據(jù)挖掘的方法總結和分析了一次性基施緩控釋肥在我國小麥主產(chǎn)區(qū)的應用效果，一次性基施緩控釋肥較農(nóng)民習慣施肥相比可使小麥的產(chǎn)量、氮肥利用率分別提高6.4%和30.2%，使NH3、N2O排放分別減少33.8%、34.9%，但對麥田氮素淋溶和徑流的影響并不顯著[51]。

綜合產(chǎn)量、效益、養(yǎng)分效率和生態(tài)環(huán)境等方面，控釋氮肥減量施用技術在小麥上可以實現(xiàn)一次性施肥，具有簡化生產(chǎn)環(huán)節(jié)、節(jié)本增收、提高養(yǎng)分利用和減少環(huán)境污染等優(yōu)勢。朱曉霞等[66]在魯西地區(qū)的研究結果表明，與農(nóng)民習慣施氮（300 kg·hm-2）相比，在優(yōu)化施氮的基礎上緩控釋肥減氮20%（168 kg·hm-2）能夠保證小麥穩(wěn)產(chǎn)，其氮素回收率、氮肥偏生產(chǎn)力分別提高19.7%和34.3%。彭正萍等[56]在河北省的研究結果表明，控釋氮肥減氮20%與農(nóng)民習慣施肥相比使小麥產(chǎn)量增加7.1%，與優(yōu)化施肥相比增產(chǎn)4.5%，氮肥利用率提高12.2%，且表觀損失氮減少57.3%。譚德水等[67]研究表明，與普通尿素分次施用相比，一次性基施控釋氮肥使小麥生長季N2O排放顯著減少22.7%，同時降低小麥收獲期土壤硝態(tài)氮殘留，從而減少了氮向土壤深層淋溶和向大氣排放的環(huán)境風險。張英鵬等[68]在山東棕壤上的研究發(fā)現(xiàn)一次性施用緩控釋肥減少37%的氮肥用量仍可保證小麥獲得高產(chǎn)，并且顯著提高氮肥利用率以及降低硝態(tài)氮的淋溶風險。表明氮肥減量施用技術可實現(xiàn)小麥節(jié)本、穩(wěn)產(chǎn)、增效以及環(huán)境友好的目標，與傳統(tǒng)施肥方式相比具有較大的優(yōu)勢，有望在我國冬麥區(qū)全面推廣應用[67]。

與農(nóng)民習慣施肥相比，添加硝化抑制劑小麥產(chǎn)量增加13.4%；與優(yōu)化施肥處理相比，添加硝化抑制劑小麥增產(chǎn)10.6%，氮肥利用率提高16.4%，表觀損失氮減少76.7%[56]。添加硝化抑制劑能夠顯著抑制旱地冬小麥季N2O排放對施肥的響應，并能在普通尿素分次施用的基礎上提升產(chǎn)量10.9%，同時降低單位產(chǎn)量N2O排放量22.1%[69]。對化學調(diào)控技術在我國小麥主產(chǎn)區(qū)上的應用效果進行了系統(tǒng)的總結，研究發(fā)現(xiàn)與農(nóng)民傳統(tǒng)施肥習慣相比，添加硝化抑制劑可使小麥產(chǎn)量和氮肥利用率分別提高12.3%和31.6%，同時使N2O排放、氮淋溶和氮徑流分別減少31.8%、41.8%和46.1%，但對麥田NH3排放無顯著影響；添加脲酶抑制劑使小麥的產(chǎn)量和氮肥利用率分別提高5.8%和25.4%，使NH3、N2O的排放分別減少51.2%、11.9%[51]。

2.3 一次性施肥技術在水稻上的應用

國際上美國、歐洲和澳大利亞等發(fā)達國家的水稻種植以機械直播為主[70-71]。美國水稻種植80%采用機械旱直播，澳大利亞80%采用飛機撒播的方式，大型農(nóng)業(yè)機械與飛機的應用可以快速地提高工作效率，同時機械化耕作、施肥、除蟲以及收獲也保證了水稻的高效種植[72]。日本人多地少，地塊小、分散，日本政府對糧食生產(chǎn)和施肥技術非常重視，不斷研究、開發(fā)和推廣了大量適合本國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的新技術和新機具，使日本一次性施肥技術達到了世界領先水平。我國水稻種植區(qū)域跨度大，研發(fā)適合我國區(qū)域生產(chǎn)條件的一次性施肥技術，同時提高水稻生產(chǎn)機械化水平是實現(xiàn)水稻高產(chǎn)高效的重要途徑，也是解決勞動力短缺、提高勞動生產(chǎn)率的關鍵。我國水稻機械化以機械插秧和機械直播為主，針對目前我國水稻生產(chǎn)中面臨的問題，水稻一次性施肥技術不斷發(fā)展，并在大面積應用上取得了較好的應用效果。

研究表明，采用同步開溝起壟水稻機械化穴播技術，與人工撒播相比平均增產(chǎn)16.7%，與機械插秧相比增產(chǎn)4.1%—27.0%；與人工插秧、人工拋秧和機械插秧相比，分別可降低生產(chǎn)成本4.4%、7.7%和7.9%[72]。采用60 d釋放期的緩控釋肥可促進水稻對氮素的吸收和減少氮肥用量，實現(xiàn)早稻和晚稻的一次性施肥[73]。沈寅寅等[74]報道，水稻緩控釋肥養(yǎng)分釋放速度平穩(wěn)，能有效減少無效分蘗，提高水稻成穗率。紀雄輝等[75]的研究表明，控釋肥料一次性基施可提高早、晚稻產(chǎn)量10.3%—18.3%。Fu等[76]的研究表明，與普通尿素相比，一次性基施控釋肥料可使早稻的肥料利用率提高13.6%—86.4%，晚稻提高100%— 164%?？蒯尫柿夏軌蛴行У乜刂频氐尼尫牛档偷氐陌睋]發(fā)損失，降低稻田氧化亞氮的排放，提高氮素利用率，減少因氮素損失對環(huán)境造成的污染[75]。鄭圣先等[77]的研究結果表明，一次性基施控釋氮肥的氨揮發(fā)、淋失和硝化-反硝化的損失量分別比普通尿素處理下降54.0%、32.5%和94.2%。王春枝等[78]等研究表明，緩控釋肥可明顯抑制NH3和NOx的揮發(fā)損失。鄒洪濤等[79]研究了不同膜質材料覆膜制成的包膜肥料對抑制氮素揮發(fā)的影響，結果表明，與對照相比，包膜肥料的氮素揮發(fā)總量減少了18.1%—26.0%。周亮等[80]研究表明，與普通尿素處理比較，氨揮發(fā)累積損失量早稻控釋氮肥處理比普通尿素處理低43.0%—54.3%，晚稻降低了27.8%—35.3%。通過整合分析的方法對一次性基施緩控釋肥在我國水稻主產(chǎn)區(qū)的應用效果進行了總結，與傳統(tǒng)施肥方式相比，一次性基施緩控釋肥水稻的產(chǎn)量和氮肥利用率提高了9.3%和36.6%，NH3、N2O排放、氮素淋溶和徑流分別降低69.1%、48.9%、15.3%和43.2%[51]。

在減少20%施氮量的情況下，一次性基施緩控釋肥較分次施用普通尿素相比可使水稻產(chǎn)量持平或略增加，氮肥利用率顯著提高2.3%—20.4%[81]。陳建生等[82]的研究表明，一次性施用水稻控釋肥較常規(guī)施肥相比在純氮、磷分別減少22.1%和21.8%的情況下，仍能實現(xiàn)增產(chǎn)8.2%?？蒯尩蕼p量施用可以在維持水稻產(chǎn)量不降低的情況下平均節(jié)氮20%，同時提高氮肥利用率以及減少稻田氮素損失，實現(xiàn)水稻節(jié)本增收、穩(wěn)產(chǎn)高效以及環(huán)境友好的可持續(xù)生產(chǎn)。

與傳統(tǒng)施肥方式相比，添加硝化抑制劑可使早稻產(chǎn)量增加12.4%，氮肥利用率、氮肥農(nóng)學利用率、氮肥偏生產(chǎn)力分別增加27.3%、21.9%、10.3%，經(jīng)濟效益增加2 615元/hm2；使晚稻增產(chǎn)9.9%，氮肥利用率、氮肥農(nóng)學利用率、氮肥偏生產(chǎn)力分別增加78.3%、27.1%、10.0%，經(jīng)濟效益增加2 528元/hm2[83]。周旋等[84]研究表明，與普通尿素相比，添加脲酶抑制劑可使水稻增產(chǎn)22.2%—22.8%，經(jīng)濟效益提高24.6%— 25.2%；添加硝化抑制劑使水稻增產(chǎn)20.1%，經(jīng)濟效益提高22.2%。對化學調(diào)控技術在我國水稻主產(chǎn)區(qū)上的應用效果進行了全面總結，研究發(fā)現(xiàn)與農(nóng)民傳統(tǒng)施肥相比，配施硝化抑制劑可使水稻產(chǎn)量和氮肥利用率分別提高11.4%和24.4%，使N2O排放和氮淋溶分別降低51.0%和31.6%，但使稻田NH3的排放增加34.7%；配施脲酶抑制劑使水稻產(chǎn)量顯著增加11.1%，NH3和N2O排放分別降低46.7%和45.2%，但對氮肥利用率無顯著影響[51]。

養(yǎng)分供應與作物需求的時空匹配是實現(xiàn)三大糧食作物一次施肥技術的關鍵，針對不同作物、土壤類型和氣候條件，研發(fā)與三大糧食作物養(yǎng)分需求相匹配的系列緩控釋肥料，研制適宜當?shù)胤N植條件和一次性施肥配套的農(nóng)業(yè)機械，形成一次性施肥關鍵技術指標，在全國主要糧食主產(chǎn)區(qū)實現(xiàn)作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、資源高效、農(nóng)民增收、生態(tài)安全和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展（圖2）。

3 結論

一次性施肥技術實現(xiàn)了三大糧食作物在整個生育期內(nèi)只需施肥一次，既能實現(xiàn)根層養(yǎng)分供應與作物養(yǎng)分需求在數(shù)量、時間和空間上相吻合，又能簡化農(nóng)事操作、節(jié)省勞動力和降低生產(chǎn)成本。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一次性施肥技術因作物品種、區(qū)域氣候類型和土壤條件的不同而產(chǎn)生不同的應用效果。一次性施肥技術為我國勞動力短缺情況下實現(xiàn)糧食可持續(xù)生產(chǎn)提供了一個有效途徑。

4 展望

一次性施肥技術作為一項高產(chǎn)高效、環(huán)境友好和節(jié)約勞動力的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術，在我國未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展中具有良好的應用前景。然而，目前一次性施肥技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中仍然存在一些不足：（1）緩控釋肥存在養(yǎng)分釋放不能做到完全與作物的需肥規(guī)律相一致；（2）緩控釋肥的市場價格相對較高，限制了其在大田作物上的推廣；（3）我國機械化水平仍然較低，農(nóng)業(yè)機械裝備總量不足，結構不合理，地區(qū)之間農(nóng)業(yè)機械化水平嚴重不平衡；（4）現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機械缺少與一次性施肥技術的有效結合，施肥作業(yè)的效果不能適應不同土壤條件、不同種植方式和作物不同生長階段的需求；（5）對一次性施肥技術在田間的應用效果缺乏科學系統(tǒng)的評價（經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益及長遠效益等方面）。

針對上述問題，今后的工作需要從以下幾個方面展開：（1）開展緩控釋肥養(yǎng)分釋放機理的研究，研發(fā)與作物養(yǎng)分需求相匹配的專用緩控釋肥；（2）研發(fā)低成本的包膜材料，降低緩控釋肥生產(chǎn)的成本和肥料價格，使其在更多的作物上應用和推廣；（3）根據(jù)一次性施肥技術需求研發(fā)相應的農(nóng)業(yè)機械，特別是發(fā)展中小型多功能農(nóng)業(yè)機械，以適應多生態(tài)條件、多耕地類型的耕種與收獲；（4）進行農(nóng)機農(nóng)藝融合，建立我國區(qū)域一次性施肥技術體系，形成區(qū)域技術規(guī)程和模式，將成為我國一次性施肥技術發(fā)展的重要方向；（5）通過田間試驗和跟蹤調(diào)查等方式，綜合評價一次性施肥技術在不同作物主產(chǎn)區(qū)的應用效果。

[1] GODFRAY H C J, BEDDINGTON J R, CRUTE I R, HADDAD L, LAWRENCE D, MUIR J F, PRETTY J, ROBINSON S, THOMAS S M, TOULMIN C. Food security: the challenge of feeding 9 billion people., 2010, 327(5967): 812-818.

[2] TILMAN D, BALZER C, HILL J, BEFORT B L. Global food demand and the sustainable intensification of agriculture., 2011, 108(50): 20260-20264.

[3] ZHANG J. China’s success in increasing per capita food production., 2011, 62(11): 3707-3711.

[4] 中華人民共和國國家統(tǒng)計局. 中國統(tǒng)計年鑒. 北京: 中國統(tǒng)計出版社, 2016.

National Bureau of Statistics of the People’s Republic of China.. Beijing: China Statistics Press, 2016. (in Chinese)

[5] JU X T, KOU C L, ZHANG F S, CHRISTIE P. Nitrogen balance and groundwater nitrate contamination: comparison among three intensive cropping systems on the North China Plain., 2006, 143(1): 117-125.

[6] CONLEY D J, PAERL H W, HOWARTH R W, BOESCH D F, SEITZINGER S P, HAVENS K E, LANCELOT C, LIKENS G E. Controlling eutrophication: nitrogen and phosphorus., 2009, 323: 1014-1015.

[7] ZHANG W, DOU Z, HE P. Improvements in manufacture and agricultural use of nitrogen fertilizer in China offer scope for significant reductions in greenhouse gas emissions., 2013, 110: 8375-8380.

[8] OITA A, MALIK A, KANEMOTO K, GESCHKE A, NISHIJIMA S, LENZEN M. Substantial nitrogen pollution embedded in international trade., 2016, 9: 111-115.

[9] SUTTON M A, OENEMA O, ERISMAN J W, LEIP A, VAN GRINSVEN H, WINIWARTER W. Too much of a good thing., 2011, 472: 159-161.

[10] GU B J, JU X T, CHANG J, GE Y, VITOUSEK P M. Integrated reactive nitrogen budgets and future trends in China., 2015, 112: 8792-8797.

[11] 張福鎖, 王激清, 張衛(wèi)峰, 崔振嶺, 馬文奇, 陳新平, 江榮風. 中國主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑. 土壤學報, 2008, 45(5): 918-924.

ZHANG F S, WANG J Q, ZHANG W F, CUI Z L, MA W Q, CHEN X P, JIANG R F. Nutrient use efficiencies of major cereal crops in China and measures for improvement., 2008, 45(5): 918-924. (in Chinese)

[12] TILMAN D, CASSMAN K G, MATSON P A, NAYLOR R, POLASKY S. Agricultural sustainability and intensive production practices., 2002, 418(6898): 671-677.

[13] ZHANG F S, SHEN J B, ZHANG J L, ZUO Y M, LI L, CHEN X P. Rhizosphere processes and management for improving nutrient use efficiency and crop productivity: implications for China., 2010, 107:1-32.

[14] SHEN J B, CUI Z L, MIAO Y X, MI G H, ZHANG H Y, FAN M S, ZHANG CC , JIANG R F, ZHANG W F, LI H G, CHEN X P, LI X L, ZHANG F S. Transforming agriculture in China: from solely high yield to both high yield and high resource use efficiency., 2013, 2:1-8.

[15] YANG Y C, ZHANG M, LI Y C, FAN X H, GENG Y Q. Controlled release urea improved nitrogen use efficiency, activities of leaf enzymes, and rice yield., 2012, 76(6): 2307-2317.

[16] GENG J B, MA Q, ZHANG M, LI C L, LIU Z G, LYV X X, ZHENG W K. Synchronized relationships between nitrogen release of controlled release nitrogen fertilizers and nitrogen requirements of cotton., 2015, 184: 9-16.

[17] 董合忠, 李維江, 代建龍, 辛承松, 孔祥強, 唐薇, 張冬梅, 李振懷, 羅振, 盧合全, 王琦. 棉花簡化栽培技術規(guī)程: DB37/T 2739-2015, 2015.

DONG H Z, LI W J, DAI J L, XIN C S, KONG X Q, TANG W, ZHANG D M, LI Z H, LUO Z, LU H Q, WANG Q. Technical regulations for light and simplified cultivation of cotton: DB37/T 2739-2015, 2015. (in Chinese)

[18] 官春云. 作物簡化生產(chǎn)的發(fā)展現(xiàn)狀與對策. 湖南農(nóng)業(yè)科學, 2012, (1): 7-10. DOI: 10.16498/j.cnki.hnnykx. 2012.02.010.

GUAN C Y. Development situation and countermeasures of crop simplified production., 2012, (1): 7-10. (in Chinese)

[19] DAI J L, DONG H Z. Intensive cotton farming technologies in China: achievements, challenges and countermeasures., 2014, 155: 99-110.

[20] 董合忠, 楊國正, 田立文, 鄭曙峰. 棉花簡化栽培. 北京: 科學出版社, 2016: 1-30, 48-123, 194-291.

DONG H Z, YANG G Z, TIAN L W, ZHENG S F.. Beijing: Science Press, 2016: 1-30, 48-123, 194-291. (in Chinese)

[21] 王強, 姜麗娜, 潘建清, 李建強, 符建榮, 馬軍偉, 葉靜, 俞巧鋼, 孫萬春, 鄒平, 林輝. 長江下游單季稻一次性施肥產(chǎn)量效應及影響因子研究. 浙江農(nóng)業(yè)學報, 2017, 29(11): 1875-1881.

WANG Q, JIANG L N, PAN J Q, LI J Q, FU J R, MA J W, YE J, YU Q G, SUN W C, ZOU P, LIN H. Yield effect and influence factors of one-time fertilization on single-cropping rice in the lower reaches of Yangtze River., 2017, 29(11): 1875-1881. (in Chinese)

[22] NI B, LIU M, LU S. Multifunctional slow-release organic-inorganic compound fertilizer., 2010, 58(23): 12373-12378.

[23] 杜建軍, 廖宗文, 宋波, 朱兆華. 包膜控釋肥養(yǎng)分釋放特性評價方法的研究進展. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2002, 8(1): 16-21.

DU J J, LIAO Z W, SONG B, ZHU Z H. Progress on evaluation methods for nutrient release characteristic of coated controlled release fertilizers., 2002, 8(1): 16-21. (in Chinese)

[24] 劉兆輝, 李彥, 譚德水, 林海濤, 張英鵬, 江麗華, 張玉鳳, 徐鈺, 沈玉文. 冬小麥一次性施肥技術規(guī)程: DB37/T 3121-2018, 2018.

LIU Z H, LI Y, TAN D S, LIN H T, ZHANG Y P, JIANG L H, ZHANG Y F, XU Y, SHEN Y W. Technical regulations for one-off fertilization of winter wheat: DB37/T 3121-2018, 2018. (in Chinese)

[25] 徐培智, 謝春生, 陳建生, 張發(fā)寶, 唐拴虎. 水稻一次性施肥技術及其應用效果評價. 土壤肥料, 2005 (5): 49-51.

XU P Z, XIE C S, CHEN J S, ZHANG F B, TANG S H. Evaluation of one-off fertilization technology for rice and its application effect., 2005(5): 49-51. (in Chinese)

[26] 張緒美, 沈文忠, 李梅. 水稻控釋肥一次性施肥技術對比試驗初報. 甘肅農(nóng)業(yè)科技, 2015(11): 5-6.

ZHANG X M, SHEN W Z, LI M. A preliminary report on the comparison test of one-off application of controlled-release fertilizers of rice.2015(11): 5-6. (in Chinese)

[27] LAMBERT D K. Risk considerations in the reduction of nitrogen fertilizer use in agricultural production., 1990, 15(2): 234-244.

[28] QIAO J, YANG L Z, YAN T M, XUE F, ZHAO D. Nitrogen fertilizer reduction in rice production for two consecutive years in the Taihu Lake area., 2012, 146(1): 103-112.

[29] 劉兆輝, 薄錄吉, 李彥, 孫明, 仲子文, 張英鵬, 井永蘋. 氮肥減量施用技術及其對作物產(chǎn)量和生態(tài)環(huán)境的影響綜述. 中國土壤與肥料, 2016(4): 1-8. DOI: 10. 11838/sfsc. 20160401.

LIU Z H, BO L J, LI Y, SUN M, ZHONG Z W, ZHANG Y P, JING Y P. Effect of nitrogen fertilizer reduction on crop yield and ecological environment: a review., 2016(4): 1-8. DOI: 10. 11838/sfsc. 20160401. (in Chinese)

[30] 張民, 楊越超, 宋付朋, 史衍璽. 包膜控釋肥料研究與產(chǎn)業(yè)化開發(fā). 化肥工業(yè), 2005, 32(2): 7-13.

ZHANG M, YANG Y C, SONG F P, SHI Y X. Study and industrialized development of coated controlled release fertilizers., 2005, 32(2): 7-13. (in Chinese)

[31] AZEEM B, KUSHAARI K Z, MAN Z B, BASIT A, THANH T H. Review on materials & methods to produce controlled release coated urea fertilizer., 2014, 181: 11-21.

[32] 陳劍秋, 葛雨明, 孫德芳, 王麗萍, 張民. 緩控釋肥質量快速檢測方法探討. 磷肥與復肥, 2012, 27(5): 13-15.

CHEN J Q, GE Y M, SUN D F, WANG L P, ZHANG M. Discussion on rapid quality detection method for slow/controlled release fertilizers., 2012, 27(5): 13-15. (in Chinese)

[33] 景旭東, 林海琳, 閻杰. 新型緩釋/控釋肥包膜材料的研究與展望. 安徽農(nóng)業(yè)科學, 2015, 43(2): 139-141.

JING X D, LIN H L, YAN J. Research and prospect of new type slow/controlled release fertilizer coating materials., 2015, 43(2): 139-141. (in Chinese)

[34] NOTARIO DEL PINO J S, ARTEAGA PADRóN I J, GONZáLEZ MARTIN M M, GARCIA HERNáNDEZ J E. Phosphorus and potassium release from phillipsite-based slow-release fertilizers., 1995, 34(1): 25-29.

[35] 王興剛, 呂少瑜, 馮晨, 徐秀彬, 白嘯, 高楠楠, 柳明珠, 烏蘭. 包膜型多功能緩/控釋肥料的研究現(xiàn)狀及進展. 高分子通報, 2016(7): 9-22.

WANG X G, Lü S Y, FENG C, XU X B, BAI X, GAO N N, LIU M Z, WU L. Research status and progress of coated multifunctional slow/controlled release fertilizer., 2016(7): 9-22. (in Chinese)

[36] THIEX N. Determination of nitrogen, phosphorus and potassium release rates of slow-and controlled-release fertilizers: single laboratory validation, first action 2015.15., 2016, 99(2): 353.

[37] 許秀成, 李藥平, 王好斌. 包裹型/控制釋放肥料專題報道(第二報). 世界緩釋/控制釋放肥料生產(chǎn)、消費現(xiàn)狀. 磷肥與復肥, 2000, 15(4): 5-7.

XU X C, LI Y P, WANG H B. A special report on coated slow /controlled release fertilizer - part 2: the production and consumption of slow/controlled release fertilizer in the world., 2000, 15(4): 5-7. (in Chinese)

[38] 喻醯之. 西南玉米幾種新型肥料一次性施用效果的研究[D]. 成都: 四川農(nóng)業(yè)大學, 2013.

YU X Z. Effect of single basal application of several new type fertilizers on maize in Southwestern China[D]. Chengdu: Sichuan Agriculture University, 2013. (in Chinese)

[39] 潘貝貝, 王曉莉, 張文輝, 谷守玉. 多聚甲醛合成脲甲醛緩釋肥工藝初探. 磷肥與復肥, 2014, 29(1): 23-24.

PAN B B, WANG X L, ZHANG W H, GU S Y. Study on sythesis of urea-formaldehyde slow-release fertilizer by paraformaldehyde., 2014, 29(1): 23-24. (in Chinese)

[40] 蔣利華, 文卓瓊, 王錦, 熊遠福, 唐麗, 熊海蓉. 控釋肥包衣劑的控釋性能研究. 中國農(nóng)學通報, 2015, 31(20): 177-180.

JIANG L H, WEN Z Q, WANG J, XIONG Y F, TANG L, XIONG H R. Study on controlled-release properties of coating-agent for controlled-release fertilizer.2015, 31(20): 177-180. (in Chinese)

[41] 陳宏坤, 徐廣飛, 高璐陽, 鄭磊, 張素素. 緩控釋肥包膜材料的研究進展. 磷肥與復肥, 2016, 31(12): 19-21.

CHEN H K, XU G F, GAO L Y, ZHENG L, ZHANG S S. Research advances of coated material of slowly controlled release fertilizer., 2016, 31(12): 19-21. (in Chinese)

[42] 顏曉元, 夏龍龍, 遆超普. 面向作物產(chǎn)量和環(huán)境雙贏的氮肥施用策略. 中國科學院院刊, 2018, 33(2): 177-183.

YAN X Y, XIA L L, TI C P. Win-win nitrogen management practices for improving crop yield and environmental sustainability., 2018, 33(2): 177-183. (in Chinese)

[43] 李少昆, 趙久然, 董樹亭, 趙明, 李潮海, 崔彥宏, 劉永紅, 高聚林, 薛吉全, 王立春, 王璞, 陸衛(wèi)平, 王俊河, 楊祁峰, 王子明. 中國玉米栽培研究進展與展望. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2017, 50(11): 1941-1959.

LI S K, ZHAO J R, DONG S T, ZHAO M, LI C H, CUI Y H, LIU Y H, GAO J L, XUE J Q, WANG L C, WANG P, LU W P, WANG J H, YANG Q F,WANG Z M. Advances and prospects of maize cultivation in China., 2017, 50(11): 1941-1959. (in Chinese)

[44] 趙貴哲, 劉亞青, 薛懷清, 張斌. 玉米專用高分子緩釋肥的制備及肥效研究. 中北大學學報(自然科學版), 2007(2): 138-142.

ZHAO G Z, LIU Y Q, XUE H Q, ZHANG B. Study on preparation and fertilizer efficiency of slow release macromolecular fertilizer for maize.2007(2): 138-142. (in Chinese)

[45] 許海濤, 王成業(yè), 劉峰, 鄭菊紅, 史松濤. 緩控釋肥對夏玉米創(chuàng)玉198主要生產(chǎn)性狀及耕層土壤性狀的影響. 河北農(nóng)業(yè)科學, 2012, 16(10): 66-70.

XU H T, WANG C Y, LIU F, ZHENG J H, SHI S T. Effects of sustained controlled release fertilizer on main production characters of summer maize Chuangyu 198 and topsoil properties., 2012, 16(10): 66-70. (in Chinese)

[46] 李雨繁, 賈可, 王金艷, 馮國忠, 焉莉, 鄧超, 李輝, 高強. 不同類型高氮復混(合)肥氨揮發(fā)特性及其對氮素平衡的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2015, 21(3): 615-623.

LI Y F, JIA K, WANG J Y, FENG G Z, YAN L, DENG C, LI H, GAO Q. Ammonia volatilization characteristics of different kinds of high-nitrogen compound fertilizers and their effects on nitrogen balance., 2015, 21(3): 615-623. (in Chinese)

[47] 胡小康, 黃彬香, 蘇芳, 巨曉棠, 江榮風, 張福鎖. 氮肥管理對夏玉米土壤CH4和N2O排放的影響. 中國科學: 化學, 2011, 41(1): 117-128.

HU X K, HUANG B X, SU F, JU X T, JIANG R F, ZHANG F S. Effects of nitrogen management on methane and nitrous oxide emissions from summer maize soil in North China Plain., 2011, 41(01): 117-128. (in Chinese)

[48] 張婧, 夏光利, 李虎, 朱國梁, 牟小翎, 王立剛, 黃誠誠, 江雨倩. 一次性施肥技術對冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)土壤N2O排放的影響.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 2016, 35(1): 195-204.

ZHANG J, XIA G L, LI H, ZHU G L, MOU X L, WANG L G, HUANG C C, JIANG Y Q. Effect of single basal fertilization on N2O emissions in wheat and maize rotation system., 2016, 35(1): 195-204. (in Chinese)

[49] LI G H, ZHAO L P, ZHANG S X, HOSEN Y, YAGI K. Recovery and leaching of15N-labeled coated urea in a lysimeter system in the North China Plain., 2011, 21(6): 763-772.

[50] 付偉章, 史衍璽. 模擬降雨條件下肥料品種與施肥方式對氮素徑流流失的影響. 水土保持學報, 2013, 27(3): 14-17, 58.

FU W Z, SHI Y X. Impacts of fertilizer types and fertilization methods on nitrogen losses in surface flow under artificial rainfall conditions., 2013, 27(03): 14-17, 58. (in Chinese)

[51] XIA L L, LAM S K, CHEN D L, WANG J Y, TANG Q, YAN X Y. Can knowledge-based N management produce more staple grain with lower greenhouse gas emission and reactive nitrogen pollution? A meta-analysis., 2017, 23(5): 1917-1925.

[52] 衛(wèi)麗, 馬超, 黃曉書, 楊改青, 王同朝. 控釋肥對土壤全氮含量及夏玉米產(chǎn)量品質的影響. 水土保持學報, 2009, 23(4): 176-179.

WEI L, MA C, HUANG X S, YANG G Q, WANG T C. Effects of controlled-release nitrogen fertilizer on total n of soil and yield and quality of summer maize., 2009, 23(4): 176-179. (in Chinese)

[53] 盧艷麗, 白由路, 王磊, 王賀, 杜君, 王志勇. 華北小麥-玉米輪作區(qū)緩控釋肥應用效果分析. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2011, 17(1): 209-215.

LU Y L, BAI Y L, WANG L, WANG H, DU J, WANG Z Y. Efficiency analysis of slow/controlled release fertilizer on wheat-maize in North China.2011, 17(1): 209-215. (in Chinese)

[54] 孫克剛, 和愛玲, 李丙奇, 胡穎, 楊稚娟. 控釋尿素和普通尿素在夏玉米上的應用效果比較. 河南農(nóng)業(yè)科學, 2008(12): 61-63.

SUN K G, HE A L, LI B Q, HU Y, YANG Z J. Study on the applying effect of the controlled released urea and conventional urea on summer corn., 2008(12): 61-63. (in Chinese)

[55] 索東讓, 梁國森. 長效尿素肥效及施用技術研究. 耕作與栽培, 2002(2): 46-47.

SUO D R, LIANG G S. Studies of controlled-release urea on nitrogen use efficiency and application technique., 2002(2): 46-47. (in Chinese)

[56] 彭正萍, 劉亞男, 李迎春, 王艷群, 舒曉曉, 魏姍姍, 門明新, 劉會玲. 持續(xù)氮素調(diào)控對小麥/玉米輪作系統(tǒng)氮素利用和表觀損失的影響.水土保持學報, 2015, 29(6): 74-79.

PENG Z P, LIU Y N, LI Y C, WANG Y Q, SHU X X, WEI S S, MEN M X, LIU H L. Effects of constant nitrogen regulation on the nitrogen utilization and apparent loss in the rotation system of wheat and maize., 2015, 29(6): 74-79. (in Chinese)

[57] 史桂芳, 董浩, 衣文平, 孫國波, 朱國梁, 牟小翎, 曹兵. 不同用量長效控釋肥對夏玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響. 山東農(nóng)業(yè)科學, 2017, 49(7): 95-98.

SHI G F, DONG H, YI W P, SUN G B, ZHU G L, MOU X L, CAO B. Effects of different application rates of long-term controlled-release fertilizer on growth, development and yield of summer maize., 2017, 49(7): 95-98. (in Chinese)

[58] 林海濤, 李慧, 余曄, 李彥, 譚德水, 張玉鳳, 夏光利, 劉兆輝. 氮肥與新型增效劑配施對夏玉米生長及產(chǎn)量的影響. 山東農(nóng)業(yè)科學, 2015(11): 68-71.

LIN H T, LI H, YU Y, LI Y, TAN D S, ZHANG Y F, XIA G L, LIU Z H. Effects of n fertilizer combined with new synergist on summer corn growth and yield., 2015(11): 68-71. (in Chinese)

[59] 唐拴虎, 楊少海, 陳建生, 徐培智, 張發(fā)寶, 艾紹英, 黃旭. 水稻一次性施用控釋肥料增產(chǎn)機理探討. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2006, 39(12): 2511-2520.

TANG S H, YANG S H, CHEN J S, XU P Z, ZHANG F B, AI S Y, HUANG X. Studies on the mechanism of single basal application of controlled-release fertilizers for increasing yields of rice (L)., 2006, 39(12): 2511-2520. (in Chinese)

[60] 張春倫, 朱興明, 胡思農(nóng). 緩釋尿素的肥效及氮素利用率研究. 土壤肥料, 1998(6): 17-20.

ZHANG C L, ZHU X M, HU S N. Research on utilization ratio of nitro?gen fertilizer and slow-release urea.1998(6): 17-20. (in Chinese)

[61] 汪強, 李雙凌, 韓燕來, 王宜倫, 苗玉紅, 武新梅, 譚金芳. 緩/控釋肥對小麥增產(chǎn)與提高氮肥利用率的效果研究. 土壤通報, 2007, 38(4): 693-696.

WANG Q, LI S L, HAN Y L, WANG Y L, MIAO Y H, WU X M, TAN J F. Effect of slow/controlled release fertilizers on yield and fertilizer - nitrogen use efficiency., 2007, 38(4): 693-696. (in Chinese)

[62] 王茹芳, 張夫道, 劉秀梅, 張樹清, 何緒生, 王玉軍. 膠結型緩釋肥在小麥上應用效果的研究. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2005, 11(03): 340-344.

WANG R F, ZHANG F D, LIU X M, ZHANG S Q, HE X S, WANG Y J. Responses of wheat to felted slow-release fertilizer., 2005, 11(3): 340-344. (in Chinese)

[63] 劉蕊. 控釋尿素對土壤氨揮發(fā)、氮素養(yǎng)分和微生物多樣性及小麥產(chǎn)量的影響[D]. 泰安: 山東農(nóng)業(yè)大學, 2010.

LIU R. Effects of controlled release urea on soil ammonia volatilization, nitrogen nutrient, microbial diversity and yield of wheat[D]. Taian: Shandong Agricultural University, 2010. (in Chinese)

[64] 肖強, 張夫道, 王玉軍, 張建鋒, 張樹清. 納米材料膠結包膜型緩/控釋肥料的特性及對作物氮素利用率與氮素損失的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2008, 14(4): 779-785.

XIAO Q, ZHANG F D, WANG Y J, ZHANG J F, ZHANG S Q. Effects of slow/controlled release fertilizers felted and coated by nano-materials on nitrogen recovery and loss of crops., 2008, 14(4): 779-785. (in Chinese)

[65] 徐鈺, 劉兆輝, 朱國梁, 李欣, 譚德水, 石璟, 江麗華. 不同農(nóng)業(yè)管理措施對華北地區(qū)麥田溫室氣體排放的影響. 中國土壤與肥料, 2016(2): 7-13.

XU Y, LIU Z H, ZHU G L, LI X, TAN D S, SHI J, JIANG L H. Effects of greenhouse gas emission under different agricultural management practices in wheat field in the north china plain., 2016(2): 7-13. (in Chinese)

[66] 朱曉霞, 譚德水, 江麗華, 鄭福麗, 林海濤, 劉兆輝. 減量施用控釋氮肥對小麥產(chǎn)量效率及土壤硝態(tài)氮的影響. 土壤通報, 2013, 44(1): 179-183.

ZHU X X, TAN D S, JIANG L H, ZHENG F L, LIN H T, LIU Z H. Effect of reducing amount of controlled release n fertilizer on yield of winter wheat, n efficiency and soil NO3--N.2013, 44(1): 179-183. (in Chinese)

[67] 譚德水, 江麗華, 房靈濤, 曹景同, 李子雙, 劉兆輝. 控釋氮肥一次施用對小麥群體調(diào)控及養(yǎng)分利用的影響. 麥類作物學報, 2016, 36(11): 1523-1531.

TAN D S, JIANG L H, FANG L T, CAO J T, LI Z S, LIU Z H. Effect of controlled-release nitrogen fertilizer on group regulation and nutrient utilization of winter wheat., 2016, 36(11): 1523-1531. (in Chinese)

[68] 張英鵬, 劉兆輝, 仲子文, 孫明, 劉蘋, 馬征, 井永蘋, 李彥. 氮肥調(diào)控對冬小麥主要性狀, 氮素利用及土壤硝態(tài)氮時空變化的影響. 江西農(nóng)業(yè)學報, 2013, 25(12): 78-81.

ZHANG Y P, LIU Z H, ZHONG Z W, SUN M, LIU P, MA Z, JING Y P, LI Y. Effects of nitrogen fertilizer regulation on main characters and nitrogen use of winter wheat，and spatial - temporal changes of nitrate nitrogen in soil., 2013, 25(12): 78-81. (in Chinese)

[69] 胡騰, 同延安, 高鵬程, 高兵, 巨曉棠. 黃土高原南部旱地冬小麥生長期N2O排放特征與基于優(yōu)化施氮的減排方法研究. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2014, 22(9): 1038-1046.

HU T, TONG Y A, GAO P C, GAO B, JU X T. N2O emission characteristics and mitigation methods in South Loess Plateau under rain-fed winter wheat conditions., 2014, 22(9): 1038-1046. (in Chinese)

[70] 張紹軍, 楊寶田, 羅閣山. 國內(nèi)外水稻直播機械化的發(fā)展研究. 農(nóng)業(yè)科技與裝備, 2012(5): 61-62.

ZHANG S J, YANG B T, LUO G S. Research on the development in direct rice seeding mechanization at home and abroad., 2012(5): 61-62. (in Chinese)

[71] 高一銘, 閆濤, 劉文杰. 國內(nèi)外水稻直播機械化研究進展. 農(nóng)業(yè)科技與裝備, 2013(1): 28-29.

GAO Y M, YAN T, LIU W J. Research and progress of direct rice seeding mechanization at home and abroad., 2013(1): 28-29. (in Chinese)

[72] 王在滿. 同步開溝起壟水稻機械化穴播技術研究[D]. 廣州: 華南農(nóng)業(yè)大學, 2016.

WANG Z M. Design and experiments of precision rice hill-drop drilling technology with synchronous furrowing and ridging[D]. Guangzhou: South China Agricultural University, 2016. (in Chinese)

[73] 張木, 唐拴虎, 張發(fā)寶, 黃巧義, 黃旭. 60天釋放期緩釋尿素可實現(xiàn)早稻和晚稻的一次性基施. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2017, 23(1): 119-127.

ZHANG M, TANG S H, ZHANG F B, HUANG Q Y, HUANG X. Slow-release urea of 60-day-release period is suitable for one basal application in early and late rice., 2017, 23(1): 119-127. (in Chinese)

[74] 沈寅寅, 郭棟, 施儉, 包士忠. 水稻緩(控)釋配方肥應用技術研究. 安徽農(nóng)學通報(下半月刊), 2011, 17(8): 52-54.

SHEN Y Y, GUO D, SHI J, BAO S Z. Application technology of slow (controlled) release formula fertilizer in rice., 2011, 17(8): 52-54. (in Chinese)

[75] 紀雄輝, 羅蘭芳, 鄭圣先. 控釋肥料對提高水稻養(yǎng)分利用率和削減稻田土壤環(huán)境污染的作用. 磷肥與復肥, 2007, 22(2): 67-68.

JI X H, LUO L F, ZHENG S X. Effect of controlled release fertilizer on increasing rice nutrient use efficiency and minimizing environmental contamination of rice field, 2007, 22(2): 67-68. (in Chinese)

[76] FU J R, ZHU Y H, JIANG L N. Use of controlled release fertilizer for increasing N efficiency on direct seeding rice., 2001, 11(4): 333-339.

[77] 鄭圣先, 劉德林, 聶軍, 戴平安, 肖劍. 控釋氮肥在淹水稻田土壤上的去向及利用率. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2004, 10(2): 137-142.

ZHENG S X, LIU D L, NIE J, DAI P A, XIAO J. Fate and recovery efficiency of controlled release nitrogen fertilizer in flooding paddy soil., 2004, 10(2): 137-142. (in Chinese)

[78] 王春枝, 張玉龍, 張玉玲. 尿素涂層施入水田后對NH3和NOx揮發(fā)影響的研究. 沈陽農(nóng)業(yè)大學學報, 2003, 34(1): 20-22.

WANG C Z, ZHANG Y L, ZHANG Y L. Effect of coated urea on nitrogen volatilization in paddy soil., 2003, 34(1): 20-22. (in Chinese)

[79] 鄒洪濤, 張玉龍, 黃毅, 楊宇, 虞娜. 不同膜質材料制成包膜肥料對抑制氮素揮發(fā)效果的研究. 土壤通報, 2006, 37(3): 519-521.

ZOU H T, ZHANG Y L, HUANG Y, YANG Y, LU N. Inhibiting effect of N-volatilization from different coated fertilizers., 2006, 37(3): 519-521. (in Chinese)

[80] 周亮, 榮湘民, 謝桂先, 王心星, 謝勇, 寧琪. 不同氮肥施用對雙季稻稻田氨揮發(fā)及其動力學特性的影響. 水土保持學報, 2014, 28(4): 143-147.

ZHOU L, RONG X M, XIE G X, WANG X X, XIE Y, NING Q. Effects of different nitrogen fertilizers on ammonia volatilization and its dynamic characteristics of double cropping rice., 2014, 28(4): 143-147. (in Chinese)

[81] 王強, 姜麗娜, 潘建清, 符建榮, 馬軍偉, 葉靜, 俞巧鋼, 孫萬春, 鄒平, 林輝. 長江下游單季稻一次性施肥的適宜緩釋氮肥篩選. 中國土壤與肥料, 2018(3): 48-53.

WANG Q, JIANG L N, PAN J Q, FU J R, MA J W, YE J, YU Q G, SUN W C, ZOU P, LIN H. Screening of slow release nitrogen fertilizer suitable for one-time fertilization on single cropping rice in the lower reaches area of Yangtze River. S, 2018(3): 48-53. (in Chinese)

[82] 陳建生, 徐培智, 唐拴虎, 張發(fā)寶, 謝春生. 一次基施水稻控釋肥技術的養(yǎng)分利用率及增產(chǎn)效果. 應用生態(tài)學報, 2005, 16(10): 1868-1871.

CHEN J S, XU P Z, TANG S H, ZHANG F B, XIE C S. Nutrient use efficiency and yield-increasing effect of single basal application of rice-specific controlled release Fertilizer., 2005, 16(10): 1868-1871. (in Chinese)

[83] 劉彥伶, 來慶, 徐旱增, 張宣, 吳良歡, 顧艷, 何艷, 孔向軍. 不同氮肥類型對黃泥田雙季稻產(chǎn)量及氮素利用的影響. 浙江大學學報(農(nóng)業(yè)與生命科學版), 2013, 39(4): 403-412.

LIU Y L, LAI Q, XU H Z, ZHANG X, WU L H, GU Y, HE Y, KONG X J. Effects of different types of nitrogen fertilizers on grain yield and nitrogen utilization of double-cropping rice in yellow clayey soil., 2013, 39(4): 403-412. (in Chinese)

[84] 周旋, 吳良歡, 戴鋒. 生化抑制劑組合與施肥模式對黃泥田水稻產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的影響. 生態(tài)學雜志, 2017, 36(12): 3517-3525.

ZHOU X, WU L H, DAI F. Effects of biochemical inhibitor combination and fertilization mode on rice yield and economic benefit in yellow clayey field., 2017, 36(12): 3517-3525. (in Chinese)

（責任編輯 李云霞）

Application and Environmental Effects of One-off Fertilization Technique in Major Cereal Crops in China

LIU ZhaoHui, WU XiaoBin, TAN DeShui, LI Yan, JIANG LiHua

(Institute of Agricultural Resources and Environment, Shandong Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Agricultural Environment of Huang-Huai-Hai Plain, Ministry of Agriculture / Shandong Provincial Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer, Jinan 250100)

There are a lot of problems related to nitrogen excessive application, low nitrogen use efficiency (NUE) and lack of agricultural labor force in the current crop production in China. The objective of this paper was to investigate one-off fertilization technique for the major cereal crops (maize, wheat and rice) and its effects on yield, NUE and environmental effect, so as to provide a technical support for simplified fertilization management in our grain production. This study analyzed the research status and application effects of one-off fertilization on three major cereal crops based on the literatures. Finally, this study proposed the application prospect and the development direction of one-off fertilization technique according to the existing questions in the three major cereal crop productions. One-off fertilization technique is a portable, cost-saving and benefit- increasing, and environmental protection technical pattern in the crop production. In the current agricultural production, one-off fertilization technique of three major cereal crops can be realized through one-off application of slow/controlled release fertilizer, optimizing N rate and chemical control techniques. Compared with the conventional fertilizing methods, one-off application of slow/controlled release fertilizer could significantly increase yield and NUE of maize, wheat and rice. The yield and NUE of the major cereal crops were significantly increased by 3.1%-31.7% and 6.2%-86.6%, respectively. The loss of ammonia volatilization, nitrous oxide emissions, N leaching and run-off were significantly reduced by 18.1%-81.3%, 22.4%-73.4%, 0-53.0% and 0-43.2%, respectively. Under the condition of an average reduction of 20%-37% application, the optimizing N rate technology could still maintain the yield of maize, wheat and rice without reducing, and improved NUE of the three major cereal crops by 2.3%-20.4%, and reduced various N losses. Adding nitrification inhibitors could increase grain yield and NUE by 6.5%-20.1% and 5.0%-78.3%, respectively, and significantly reduced nitrous oxide emissions by 22.1%-51.0%. The addition of urease inhibitors could increase grain yield of maize, wheat and rice by 5.8%-22.8%, promote NUE of maize and wheat by 25.4%-40.7%, and reduce the ammonia volatilization and nitrous oxide emissions of three major cereal crops by 46.1%-51.2% and 11.9%-45.2%, respectively. The application results in the main grain producing areas of China showed that the one-off fertilization technique not only realized the stable yield of the major cereal crops, the high efficiency of N fertilizer and the reduction of N loss, but also saved the agricultural labor force and reduced the agricultural production cost. Therefore, one-off fertilization technique achieved high yield, high NUE and environment-friendly simultaneously, and solved the problems of agricultural labor shortage in the current crop production. One-off fertilization technique is a new technique suitable for comprehensive popularization and application across the country.

one-off fertilization technique; maize; wheat; rice; yield; nitrogen use efficiency; environmental effect

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.20.002

2018-01-23；

2018-08-17

國家重點研發(fā)計劃（2017YFD0201700、2018YFD0200603）、國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201303103）、山東省重點研發(fā)計劃（重大關鍵技術）（2016ZDJS08A02）、國家小麥產(chǎn)業(yè)技術體系崗位科學家項目（CARS-03）、山東省農(nóng)業(yè)科學院青年英才培養(yǎng)計劃、山東省博士后創(chuàng)新項目專項基金（201703051）

劉兆輝，Tel：0531-66659546；E-mail：liuzhaohui6666@sina.com