水稻氮肥運籌及施用模式簡述

賈 東，徐 漫，韓 雷

（1遼寧省鹽堿地利用研究所，遼寧 盤錦 124010;2大洼縣農(nóng)業(yè)機械化學校，遼寧 盤錦 124200；3沈陽農(nóng)業(yè)大學附屬實驗場，沈陽 110161）

1 氮肥運籌研究的目的和意義

氮是作物生長必需的三大元素之一，對作物生長效果明顯。在稻田生態(tài)系統(tǒng)中，氮素是水稻產(chǎn)量提高的巨大動力，對水稻生產(chǎn)的影響很大，如何合理施用氮肥一直是水稻栽培體系中重要的研究課題。

我國是世界上水稻生產(chǎn)與消費的第一大國，種植面積僅次于印度，總產(chǎn)占世界第一，全國有三分之二以上人口以稻米為主食。資料顯示，我國水稻種植面積占世界水稻種植面積的20%，但水稻氮肥用量卻占全球水稻氮肥總用量的37%。隨著耕地面積的減少和人口的不斷增長，我國資源消耗與糧食安全和環(huán)境保護的矛盾日趨突出，究其原因，這與氮肥的不合理運籌和過量施用均有很大的連帶關系。長期以來，農(nóng)民形成了施肥越多越增產(chǎn)的錯誤的傳統(tǒng)觀念，常常施用過量氮肥以期獲得高產(chǎn)，導致集約化農(nóng)作區(qū)的氮肥施用量越來越高，作物施肥量超過作物的吸收量；另一方面，氮肥價格的相對偏低也導致了氮肥的過量施用?；诖耍覈释度氲脑黾优c糧食產(chǎn)出的比例遠遠高于世界平均水平，成為世界氮肥第一消費大國（謝建昌，1998）。

我國肥料利用率低下的主要原因包括：施肥過量；忽視土壤養(yǎng)分資源的利用；作物增產(chǎn)潛力未得到充分挖掘；環(huán)境養(yǎng)分來源多，數(shù)量大等。國內(nèi)外許多學者對如何提高肥料效率進行了深入的研究，并且取得了相應的研究成果。一般認為，氮肥利用率隨著施氮量的增加會呈現(xiàn)出顯著降低的趨勢，不合理的氮肥運籌方式也會導致田間生產(chǎn)力和氮肥利用率的降低。因此，合理運籌氮肥，在保證一定產(chǎn)量的前提下提高氮肥利用率是科技工作者需要研究的重大課題。

傳統(tǒng)的施肥理念由于偏愛施用氮肥而又缺乏環(huán)境保護意識和平衡施肥的技術，盲目的追求經(jīng)濟效益而重施氮肥，這不僅造成了作物生產(chǎn)成本的增加、肥料的浪費，而且因氨揮發(fā)、地表徑流、排水導致地表水體的富營養(yǎng)化、地下水污染和溫室氣體N2O的排放等一系列的負面的環(huán)境效應。針對不同施肥方法體系來指導水稻生產(chǎn)，根據(jù)水稻的氮肥適宜施用方法和施用量，建立水稻氮肥高產(chǎn)高效的管理模式，在保證水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的前提下，提高稻米品質(zhì)，降低病蟲害發(fā)生，降低農(nóng)藥等生產(chǎn)資料的投入，減輕因氮肥揮發(fā)和淋失對環(huán)境造成的威脅，提高氮肥利用率，是目前我國水稻生產(chǎn)上亟需解決的科學問題，對于水稻生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展，提高水稻生產(chǎn)的競爭力，保障國家糧食安全具有重要的戰(zhàn)略意義。

2 水稻氮肥施用模式的研究動態(tài)

2.1 國內(nèi)外主要氮肥施用方法簡介

2.1.1 深層施肥法 將氮肥施用總量的1/3作為全層肥施入土壤，剩余的2/3肥料量于抽穗前35 d以球肥深施到10～12 cm的土壤中。該法是由日本農(nóng)學家田中稔提出的，該作者以成穗率84%～95%、結實率85%以上作為目標，并認為當成穗率小于80%時，說明基肥過量；當結實率小于80%時，說明追肥過量，此時應對基肥、追肥數(shù)量及其比例進行調(diào)整。

2.1.2 側(cè)深施肥法 該方法是將肥料在水稻插秧的同時施于秧苗一側(cè)土壤，可以促進水稻秧苗的早期生育，因此最適宜在寒地稻作區(qū)應用。側(cè)深施肥法能夠確保充足的莖數(shù)，促進秧苗前期的營養(yǎng)生長，進而解決早期溫度低、冷水灌溉和地涼等所造成的生育早期水稻養(yǎng)分供應滯后的問題，在我國東北三省寒地水稻種植區(qū)以及日本寒地稻作區(qū)采用該施肥方法比較多。

2.1.3 前重—中輕—后補施肥法 該施肥法強調(diào)重施基肥（基肥施用量超過總量的80%），少施分蘗肥和酌施粒肥，優(yōu)點是能夠獲得適當?shù)乃霐?shù)，從而在后期能爭取到較大的粒重和較多的粒數(shù)。我國東北稻區(qū)于20世紀80～90年代中期采用這種施肥法較多。但是，此種施肥法容易造成前期生長過旺從而使田間郁蔽，導致較重的病蟲害發(fā)生，因此不利于高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻群體的建立。

2.1.4 前穩(wěn)—中?！蟠偈┓史?這是一種平穩(wěn)促進的施肥方法，其優(yōu)點是可以避免引起水稻前期生長過旺和分蘗過?，F(xiàn)象的發(fā)生，防止夠苗期超前，群體長期處于擁擠狀態(tài)，叢間郁蔽，生育環(huán)境惡化。該施肥法可減輕病蟲草害，減少田間農(nóng)藥用量，節(jié)約成本，有利于保護生態(tài)環(huán)境和提高農(nóng)民種稻效益。前穩(wěn)—中?！蟠偈┓史ㄖ饾u被廣泛認可，并且已經(jīng)在生產(chǎn)上開始大面積的推廣應用，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

2.1.5 前輕—中重—后補施肥法 此種施肥法的操作要點是適量施用基肥和分蘗肥，適當施穗肥，從而達到前期早生穩(wěn)長、中期促進生長及后期避免早衰現(xiàn)象的效果。前輕—中重—后補施肥法能夠保證足夠的水稻穗數(shù)，促進大穗和提高粒重，在我國南方遲熟中稻和單季晚稻普遍采用這種施肥方法。

2.2 近年來新型施肥技術簡介

隨著科學技術的發(fā)展，高產(chǎn)和超高產(chǎn)水稻品種（組合）的推廣，與此相適應的施肥技術也得到了發(fā)展，當前國內(nèi)外最新施肥方法有一次性施肥、實地實時施肥管理模式、測土配方施肥、土壤精準施肥技術等。

2.2.1 一次性施肥 水稻一次性施肥 （或稱水稻一次性全層施肥方法）首先在湖南醴陵研制成功，這種施肥方法是一種與水稻一次性專用肥料相結合的方法。一次性專用肥料是按照不同肥力土壤的供肥特征和水稻高產(chǎn)對養(yǎng)分的要求，把氮、磷、鉀、微量元素等肥料混配在一起進行科學配方，把水稻一生中需要的全部營養(yǎng)（包括大量營養(yǎng)、中量營養(yǎng)和微量營養(yǎng)）采用造粒技術，經(jīng)過一定工藝造粒制成作物專用肥。顆粒專用肥中的速效養(yǎng)分被緩釋化，施入稻田后與土壤融合，肥料養(yǎng)分逐步釋放，能滿足水稻各個生育時期對養(yǎng)分的生理需要，促進水稻生長發(fā)育，從而達到省力、節(jié)本、節(jié)肥增效和高產(chǎn)目的，肥料養(yǎng)分利用率明顯。這項技術不僅適用于水稻，在其他作物上也值得推廣，目前己逐步在棉花、蔬菜上應用。這也是我國肥料施用技術和肥料制作方法上的一次大改革，填補了國內(nèi)空白，達到了世界先進水平。

2.2.2 實地、實時施肥管理模式 實地、實時施肥管理模式 （site specific nutrient management，SSNM，and real time N management，RTNM）是在采用計算機決策支持系統(tǒng)和葉綠素快速測定儀（SPAD）或葉色卡（LCC）基礎上發(fā)展起來的。該施肥模式的要點是：依據(jù)土壤養(yǎng)分的有效供給量、水稻產(chǎn)量和稻草對養(yǎng)分的吸收量以及當?shù)卣竟仁召弮r格等參數(shù)，經(jīng)綜合分析后為農(nóng)戶提供最佳經(jīng)濟有效的施肥方案；一般地講，葉片含氮量與光合速率及干物質(zhì)增長具有明顯的相關關系。確定水稻葉片含氮量的施肥閾值，利用快速葉綠素測定儀或葉色卡觀測葉片氮素情況對農(nóng)民指導施肥，可獲得施肥時間和氮肥施用量與作物對氮素吸收的協(xié)調(diào)一致，最終達到水稻高產(chǎn)、高效。彭少兵根據(jù)高產(chǎn)水稻單位面積含氮量及單位水稻干重生物量含氮量的變化特征，提出了應用特定的SPAD閾值進行水稻全程實時氮肥管理模式。試驗證明，這一模式簡單易行，在菲律賓應用這一方法比農(nóng)民采用的習慣施肥法增產(chǎn)12.5%，氮肥用量降低14 kg/hm2，氮肥農(nóng)學利用率提高57%。節(jié)氮效果明顯，肥料資源利用率明顯提高。

2.2.3 測土配方施肥 測土配方施肥是依據(jù)作物產(chǎn)量、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、土壤肥力和作物環(huán)境的相互關系，根據(jù)作物需肥規(guī)律、土壤供肥特性與肥料效應，使有機肥料與無機肥料相結合、必需大量營養(yǎng)元素與微量元素適當配比以及采用相應肥料施用方法的完整施肥技術體系。測土配方施肥是目前中國乃至世界各國比較普遍的一種科學合理的施肥技術。測土配方施肥可根據(jù)各地土壤養(yǎng)分測定結果及作物生長發(fā)育所需各種養(yǎng)分的多少，科學配比各種養(yǎng)分的比例和施用量，以滿足作物一生所需養(yǎng)分，達到增產(chǎn)、增效的目的；適量施肥，降低用肥成本，減少對環(huán)境的污染，防止土壤板結和控制病蟲害。己有的試驗和大面積的推廣結果表明，實施測土配方施肥，大豆、水稻節(jié)本、增產(chǎn)、增效明顯；小麥采用測土配方施肥的增產(chǎn)、增效也比較明顯。

2.2.4 土壤精準施肥技術 主要利用不同波段傳感器與衛(wèi)星、航空器、全球定位系統(tǒng)（GPS）與施肥機相連，獲得地面與養(yǎng)分相關的光譜信息，從而制訂與單塊地相關的精準施肥量。該技術能有效地解決單塊地養(yǎng)分含量的不均勻性問題。精準施肥技術步驟主要包括四個方面：① 土壤數(shù)據(jù)和作物營養(yǎng)實時數(shù)據(jù)的采集；② 差分全球定位系統(tǒng)；③決策分析系統(tǒng)；④ 控制施肥。遙感技術主要應用在作物營養(yǎng)診斷和土壤肥力診斷兩個方面，指導作物施肥。缺氮、干旱等脅迫因子都會使作物葉片的光反射特性發(fā)生改變，通過檢測植物冠層光學反射特性可以了解作物的營養(yǎng)狀況。眾所周知，葉綠素、蛋白質(zhì)、水分和含碳化合物是影響葉片中對光吸收和光反射的主要物質(zhì)，其中影響光吸收和光反射最大的是葉綠素含量。遙感技術主要用于檢測作物冠層的光反射和吸收性質(zhì)來檢測作物營養(yǎng)狀況，特別是氮素營養(yǎng)狀況。對田間原狀土壤的光譜特性進行檢測的結果證明，可見光波段的一階微分光譜與土壤水分、有機質(zhì)含量、電導率及pH值呈線性相關，與土壤硝態(tài)氮含量則呈多元指數(shù)模型關系。假定土壤礦化氮量和土壤有效氮與土壤有機質(zhì)成比例，可以通過遙感數(shù)據(jù)估測土壤有機質(zhì)，從而就可以獲得變量施肥處方圖。

3 氮肥運籌對氮肥利用率的影響

中國稻田氮肥吸收利用率大多在30%～40%（朱兆良，2000），其主要原因可能與氮肥施用量較高、氮肥施用時期以基肥和分蘗肥為主有關。水稻氮素利用率隨著氮肥用量的增加而下降的狀況日益嚴重，氮肥利用率低和大量的氮素損失導致一系列不良的環(huán)境反應，因此，提高稻田氮肥利用率己成為人們關注的焦點。

氮肥過量施用時，會造成水稻對氮的奢侈吸收，因而氮肥生理利用率將急劇下降。張紹林等（1988）根據(jù)在太湖地區(qū)進行的26個田間試驗的研究結果指出，當?shù)咎锸┑坑?6 kgN·hm-2增加到 230 kgN·hm-2時，氮肥的生理利用率由45.0 kg稻谷·kg-1N下降至22.7 kg稻谷·kg-1N。中國稻田單位面積氮肥用量是日本的兩倍，但兩者水稻產(chǎn)量相當（Peng，2002）。國內(nèi)外對通過肥料運籌以提高水稻氮肥利用率的途徑和措施開展了大量的研究，研究結果表明，氮肥深施、適時施用和平衡施肥等均能有效地提高氮肥利用率 （李慶遺等，1997）。水稻氮肥利用率隨施氮量的增加而降低，過多的吸氮量大部分儲藏在稻草中 （Singh et al.，1998；崔玉亭等，2000；王德建等，2003；凌啟鴻等，2005；馮濤等，2006）。郭熙盛（1992）指出，氮素利用率在相同的施氮量下因氮肥不同施用時期而有所差異。吳安之（1997）、蘇祖芳等（2001）認為，施氮量過多使水稻植株的吸氮量增加，轉(zhuǎn)移到谷粒中的氮素降低，稻草中的吸氮量多，造成氮素吸收利用率降低。張洪程（2003）的試驗表明，隨施氮量增加，百公斤籽粒需氮量升高，施氮量與百公斤籽粒需氮量均呈極顯著的線性相關。氮肥利用率隨施氮量的增加而上升，至中肥處理達最高，高肥處理則顯著下降。

不同時期施肥水稻對N吸收利用效率存在明顯差異。穗肥N對產(chǎn)量形成的作用明顯高于基肥N和分蘗肥N，水稻對N、P、K均有吸收高峰，分別在幼穗形成至抽穗期、分蘗盛期到抽穗期和發(fā)蘗盛期到乳熟期。吳文革（2007）在雙季稻北緣地區(qū)的研究表明，適當減少雙季早稻的蘗肥、增加穗肥，可以在穩(wěn)定單位面積的適宜穗數(shù)的基礎上，增加抽穗至成熟期的葉片含氮量，提高葉綠素含量，提高齊穗后的綠葉面積和有效葉面積率以及群體光合勢，有利于促進干物質(zhì)積累，從而提高產(chǎn)量。前氮后移增施穗肥，能為水稻整個生育期提供比較平衡的氮素供應，可促進氮素的吸收，提高氮肥當季利用效率。

4 結論與討論

氮是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、氨基酸、輔酶、核酸以及光合色素分子等的組成成分，因此，葉片氮的營養(yǎng)狀況與許多生理過程有著密切的關系。據(jù)王仁雷（2002）研究，隨著施氮水平的提高，氣孔密度減少，水稻葉面積增大，光合速率和RuBP羧化酶活性增加。吳良歡等（1995）也證明了水稻劍葉凈光合速率隨含氮量的增加而提高。增施氮肥和氮素后移能明顯改善水稻生育后期的光合能力。彭顯龍（2006）研究證明，前氮后移施肥不但不會造成水稻貪青晚熟，反而能夠使水稻提早抽穗3～5 d，并顯著減少水稻無效分蘗，提高分蘗成穗率，改善水稻群體質(zhì)量，顯著減少水稻病害和倒伏的發(fā)生，水稻穗型整齊、穗大、結實率高、籽粒飽滿、產(chǎn)量高，在減少20%以上氮肥用量條件下，使氮肥利用率平均提高18%。由此可見，氮肥不同施用模式對水稻產(chǎn)量及品質(zhì)會產(chǎn)生相應的影響，不同時期施肥水稻對N吸收利用效率存在明顯差異。因此，應進一步明確不同氮肥運籌下水稻產(chǎn)量和品質(zhì)形成的調(diào)控機制，以采取更有效的措施達到水稻高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的目的。進行氮肥的合理運籌，對水稻產(chǎn)量與品質(zhì)的提高具有重要的現(xiàn)實意義。

在眾多的氮肥施用管理模式中，水稻的前氮后移技術對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的提升具有重要作用，其主要內(nèi)容是根據(jù)水稻需肥規(guī)律和土壤養(yǎng)分供應能力，在減少氮肥總施用量30%左右的基礎上，前氮后移，將穗粒肥比例增加到30%～40%以上，充分滿足水稻生育后期對氮素的需求，提高水稻群體質(zhì)量，促進大穗形成，提高水稻結實率，大幅度增加水稻產(chǎn)量。劉元英和李廣進等試驗結果表明，應用該項技術有效地防止了水稻倒伏和病害，使水稻結實率提高5個百分點左右，千粒重增加0.6～2.0 g，平均增產(chǎn)稻谷15%左右。應用此項技術還能明顯提高出米率和稻米品質(zhì)。通過增產(chǎn)、提質(zhì)和節(jié)本，可使水稻增收約100元/667 m2。這對于水稻產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有深遠的意義，社會和生態(tài)效益也十分顯著。

［1］易國英，戴平安，鄭圣先，等.氮磷鉀不同施用量對兩系雜交水稻產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用的影響 ［J］.作物研究，2006（1）：40－43.

［2］彭少兵，黃見良，鐘旭華，等.提高中國稻田氮肥利用率的研究策略［J］.中國農(nóng)業(yè)科學，2002，35（9）：1095－1103.

［3］單艷紅，楊林章，顏廷梅，等.水田土壤溶液磷氮的動態(tài)變化及潛在的環(huán)境影響［J］.生態(tài)學報，2005，25（1）：l15－121.

［4］李 虎，唐啟源.我國水稻氮肥利用率及研究進展［J］.作物研究，2006（5）：401－404，408.

［5］鄭志廣，尹德明，李子芳，等.不同肥水條件對水稻生育狀況及產(chǎn)量構成因素的影響［J］.天津農(nóng)學院學報，2003，10（2）：9－13.

［6］蔣彭炎.高產(chǎn)水稻的若干生物學規(guī)律［J］.中國稻米，1994，1（2）：43－45.

［7］李躍建，朱華忠，伍 玲，等.不同小麥品種劍葉的光合速率、影響因素及其與穗重關系的研究［J］.四川大學學報∶自然科學版，2003，40（3）：578－581.

［8］李義珍，黃育民，莊占龍，等.雜交稻高產(chǎn)結構研究［J］.福建省農(nóng)科院學報，1995，10（1）：1－6.

［9］凌啟鴻.作物群體質(zhì)量［M］.上海：上?？茖W技術出版社，2000.

［10］李義珍，鄭景生，莊占龍，等.雜交稻施氮水平效應研究［J］.福建農(nóng)業(yè)學報，1998，13（2）：58－64.

［11］李廣宇.前氮后移對寒地水稻物質(zhì)運轉(zhuǎn)及品質(zhì)的影響［D］.哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學，2008.

［12］凌啟鴻.水稻群體質(zhì)量的理論與實踐［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1994.

［13］劉 宛，徐正進，陳溫福，等.不同氮素水平對直立穗型水稻品種群體光合特性的影響［J］.沈陽農(nóng)業(yè)大學學報，2001，32（1）：8－12.

［14］慕永紅，孫海燕，孫建勇，等.不同施氮比例對水稻產(chǎn)量與品質(zhì)的影響［J］.黑龍江農(nóng)業(yè)科學，2000（3）：18－19.

［15］彭顯龍，劉元英，羅盛國，等.實地氮肥管理對寒地水稻干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響 ［J］.中國農(nóng)業(yè)科學，2006，39（11）：2286－2293.

［16］徐正進，薛亞杰，東正昭.水稻超高產(chǎn)品種物質(zhì)生產(chǎn)與產(chǎn)量分析［J］.遼寧農(nóng)業(yè)科學，1992（3）：1－4.

［17］王仁雷，華 春，魏錦城.氮水平對水稻汕優(yōu)64和金南風光合特性的影響 ［J］.中國水稻科學，2002，16（4）：331－334.

［18］許大全，沈允鋼.作物高產(chǎn)高效生理學研究進展［M］.北京：科學技術出版社，1994：17－23.

［19］張榮銑，戴新賓，許曉明，等.葉片光合功能期與作物光合生產(chǎn)潛力［M］//婁成后，王學臣.作物產(chǎn)量形成的生理學基礎.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2001：52－63.

［20］楊惠杰，李義珍，黃育民，等.超高產(chǎn)水稻的產(chǎn)量構成和庫源結構［J］.福建農(nóng)業(yè)學報，1999，14（1）：1－5.

［21］韓曉日，陳恩鳳，郭鵬程，等.長期施肥對作物產(chǎn)量及土壤氮素肥力的影響 ［J］.土壤通報，1995，26（6）：244－246.

［22］陳建國，朱 軍.秈粳雜交稻米外觀品質(zhì)性狀的遺傳及基因型×環(huán)境互作效應研究 ［J］.中國農(nóng)業(yè)科學，1998，31（4）：1－7.

［23］江立庚，曹衛(wèi)星.水稻高效利用氮素的生理機制及有效途徑［J］.中國水稻科學，2002，16（3）：261－264.

［24］黃見良.水稻氮素營養(yǎng)特性、氮肥利用率與實時實地氮肥管理的研究［D］.長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學，2003.

［25］趙全志，丁艷鋒，黃丕生，等.水稻植株含氮量與穗粒重的關系［J］.南京農(nóng)業(yè)大學學報，1999，22（4）：13－18.