日本水稻化肥減量施用的經(jīng)驗與啟示

懷燕 陳葉平 毛國娟 許劍鋒

（浙江省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，杭州310020；第一作者：592778787@qq.com）

我國是世界最大的水稻生產(chǎn)國，總產(chǎn)位居世界第一，有近26%的耕地用于種植水稻[1]。水稻生產(chǎn)對我國的糧食安全起著至關(guān)重要的作用。自20世紀(jì)60年代以來，我國的水稻生產(chǎn)取得了非凡的成績，矮稈、耐肥水的高產(chǎn)水稻以及雜交水稻育種的成功使得糧食單產(chǎn)水平大幅提高，隨之而來，我國稻田的施肥量也急劇增加，出現(xiàn)了氮肥投入過量、利用效率低等問題。目前我國水稻平均氮肥施用量為180 kg/hm2，比世界水稻氮肥平均施用量高出75%，而氮肥平均農(nóng)學(xué)利用率（NAE，單位施氮量增加的產(chǎn)量）不足12 kg/kg，不到發(fā)達(dá)國家的一半[2]。發(fā)達(dá)國家自20世紀(jì)80年代末以來，開始重視化肥施用行為及其引發(fā)的農(nóng)業(yè)面源污染問題的研究和治理，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過量施用化肥作了相應(yīng)的調(diào)整。發(fā)達(dá)國家化肥施用量呈現(xiàn)出先快速增長、達(dá)到峰值后保持穩(wěn)中有降或持續(xù)下降的趨勢，逐步走上了減肥增效的可持續(xù)發(fā)展之路[3]。日本是全球十大稻米生產(chǎn)國之一，在20世紀(jì)90年代之前，水稻生產(chǎn)也是通過高化肥投入獲取高產(chǎn)，之后氮肥投入量一直在下降，而水稻產(chǎn)量略有增長，氮肥利用率明顯提高[4]。這表明水稻產(chǎn)量與化肥使用效率協(xié)同提高是可能的。本文梳理了日本水稻生產(chǎn)化肥減量背后的社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境的變化、政策的驅(qū)動和技術(shù)的推進(jìn)，并針對我國水稻生產(chǎn)現(xiàn)狀，分析了推動化肥減量的主要因素及可能實現(xiàn)的途徑，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)部提出的“力爭到2020年，主要農(nóng)作物化肥使用量實現(xiàn)零增長”的目標(biāo)提供借鑒。

1 日本水稻生產(chǎn)中化肥的應(yīng)用情況

在20世紀(jì)90年代以前，日本水稻的施肥以高產(chǎn)為目標(biāo)。20世紀(jì)70年代和80年代，平均施氮量約100 kg/hm2。從1988年開始，施肥時更加關(guān)注環(huán)境的友好和米質(zhì)的提高，氮肥施用量開始減少，每2～3年減少10 kg/hm2，至2007年施氮量已下降至62.7 kg/hm2，僅是1989年施氮量的62.8%。相對應(yīng)的氮肥農(nóng)學(xué)利用率（NAE）不斷提高，20世紀(jì)70年代和80年代，NAE在40～49 kg/kg之間，2007年達(dá)到80 kg/kg，氮肥農(nóng)學(xué)利用率幾乎翻了一番[4]。而隨著施氮量的下降，其水稻產(chǎn)量并未下降，而是在保持穩(wěn)定的基礎(chǔ)上略有增長?？梢姡谝欢ǖ募夹g(shù)條件下，化肥減量后水稻產(chǎn)量依然能實現(xiàn)穩(wěn)步增產(chǎn)，這也正是水稻生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新的一個標(biāo)志。

2 日本水稻化肥減量推動因素與實施措施

2.1 社會環(huán)境的推動

在上世紀(jì)60年代早期，隨著肉類和乳制品等消費(fèi)品的增加，日本的大米消費(fèi)量達(dá)到了高峰，70年代稻米生產(chǎn)出現(xiàn)了過剩，人們對大米數(shù)量的需求轉(zhuǎn)向了對質(zhì)量的需求，市場上，口感好、有機(jī)栽培的大米出現(xiàn)了高溢價，同時日本政府減少了稻米統(tǒng)購統(tǒng)銷的數(shù)量，形成“政府米”和“自主米”雙軌制的稻米流通渠道[5]，農(nóng)民在自身利益的驅(qū)動下，開始選用優(yōu)質(zhì)品種，并以減肥減藥綠色高效的手段來進(jìn)行稻米生產(chǎn)。另外，肥料、農(nóng)藥等大量投入造成的水體富營養(yǎng)化、野生鳥類減少等狀況[6]，也引起了政府和廣大民眾的重視。再加上日本由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量勞動力轉(zhuǎn)向工業(yè)生產(chǎn)，勞動力的短缺和老齡化也要求日本水稻生產(chǎn)轉(zhuǎn)向更省工節(jié)本的方式，以減少化肥施用次數(shù)和用量為目標(biāo)的新技術(shù)不斷被研究和開發(fā)。

2.2 政策的制定與推動

日本于20世紀(jì)90年代初提出發(fā)展“環(huán)境保全型農(nóng)業(yè)”，之后農(nóng)林水產(chǎn)省及日本農(nóng)協(xié)為首的官方和非官方環(huán)保組織相繼成立，首項措施就是在1992建立了環(huán)保農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)簽指引；1999年，《持續(xù)農(nóng)業(yè)法》、《家畜排泄物法》和《肥料管理法（修訂）》三項環(huán)境農(nóng)業(yè)法生效。同時提出了“生態(tài)農(nóng)民”計劃，把提高土壤肥力和減少化學(xué)肥料和農(nóng)藥應(yīng)用的農(nóng)戶登記注冊為“生態(tài)農(nóng)民”，2009年注冊的農(nóng)民約占全國農(nóng)戶的40%（MAFF統(tǒng)計數(shù)據(jù)）。2006年《有機(jī)農(nóng)業(yè)促進(jìn)法》頒布，提供了特殊種植的農(nóng)產(chǎn)品和有機(jī)農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。特別種植的認(rèn)證要求農(nóng)民的稻田必須比標(biāo)準(zhǔn)施肥減少50%以上；有機(jī)認(rèn)證要求農(nóng)民的稻田必須2年以上不使用任何農(nóng)藥[1]。2007年開始，對符合標(biāo)準(zhǔn)的“生態(tài)農(nóng)民”，實行硬件補(bǔ)貼、無息貸款支持和稅收減免等優(yōu)惠政策[7]。從2011年開始，“生態(tài)農(nóng)民”可以享受到政府的直接補(bǔ)貼[8]。

2.3 技術(shù)的改進(jìn)與推動

2.3.1 品種的改良

水稻的施肥和品種有密切的關(guān)系。日本在20世紀(jì)50-60年代，選育和推薦的品種還是高產(chǎn)和耐肥性強(qiáng)的品種；60年代末，矮稈、多穗、高產(chǎn)、抗倒伏、適宜機(jī)械種植的日本晴成了主導(dǎo)品種；1979年越光因食用品質(zhì)好、耐低溫能力強(qiáng)、適應(yīng)性廣，取代日本晴成為大多數(shù)農(nóng)戶種植的水稻品種；80年代后，一些新的優(yōu)質(zhì)米品種陸續(xù)應(yīng)用，如秋田小町、陽之光、一見鐘情等，這些品種都以越光為親本育成。近幾年，日本的水稻生產(chǎn)還是以這些品種為主。尤其是越光，近10年來其種植面積仍維持在日本水稻種植總面積的37%左右[5]。雖然越光的品種特性是品質(zhì)好，但是施肥量還是會影響其口感，施氮過多會導(dǎo)致稻米蛋白質(zhì)含量增加，從而降低適口性[9]。因此，為了產(chǎn)出高品質(zhì)的大米，農(nóng)民主動減少氮肥的使用量。除了越光系列品種，日本科研機(jī)構(gòu)也開展了一些高產(chǎn)、對肥料需求低的品種的選育與研究[10]。

2.3.2 施肥技術(shù)的改進(jìn)

2.3.2.1 施肥診斷技術(shù)土壤中的養(yǎng)分含量是決定水稻施肥量的一項重要參考指標(biāo)，測土施肥是化肥減量的重要方法和手段。日本成立了全國農(nóng)業(yè)協(xié)會聯(lián)合會，其中從事施肥診斷技術(shù)者約9 000名。2006年，日本水稻土壤每33 hm2有1個診斷點（MAFF數(shù)據(jù)）。2013年，日本青森縣土壤診斷施肥后水稻施肥量減少了13%，福井縣則減少了33%。日本農(nóng)林水產(chǎn)省要求各地根據(jù)土壤診斷結(jié)果（土壤中的肥料成分）、標(biāo)準(zhǔn)施肥量，制定減少施肥量的標(biāo)準(zhǔn)。2015年35個道府縣制定了水稻田減肥標(biāo)準(zhǔn)。土壤診斷技術(shù)也被應(yīng)用于農(nóng)機(jī)方面，2009年日本農(nóng)機(jī)生產(chǎn)商推出了車速連動的高精度的變量施肥機(jī)，該機(jī)器安裝了施肥地圖（根據(jù)土壤診斷和測產(chǎn)等數(shù)據(jù)），操作員可根據(jù)施肥裝置地圖自動指示的目標(biāo)施肥量進(jìn)行施肥，試驗證明能節(jié)約施肥量10%左右。

植物營養(yǎng)診斷是水稻追肥的重要手段。早年日本在水稻上穗肥施用的診斷方法是“碘-碘化鉀”液染色法，根據(jù)葉片染色情況決定穗肥的施用；之后，日本美能達(dá)公司開發(fā)了便攜式葉綠素計，該儀器采用的光譜特征參數(shù)為SPAD（soil and plant analysis development）值，通過測定葉片中葉綠素含量進(jìn)行氮素營養(yǎng)快速無損診斷，取得良好的應(yīng)用效果[11]。近年來，日本植物營養(yǎng)實時診斷的研究取得了長足的進(jìn)步，診斷方法和技術(shù)在不斷改進(jìn)[12]。

2.3.2.2 施肥方法20世紀(jì)50、60年代日本比較成功的水稻施肥方法有鹽人松三郎的“水稻氮肥全層施肥法”和田中稔的“水稻深層追肥法”，上述施肥法是以深施氮肥為主要內(nèi)容的水稻高產(chǎn)施肥法[13]。而松島省三的“V”字施肥法則減少了基肥數(shù)量，增加了追肥比例，在70年代日本農(nóng)戶小西種植的日本晴，利用該施肥法獲得了801.5 kg/667 m2的高產(chǎn)[14]。80年代初，水稻側(cè)條狀施肥法開始應(yīng)用，該施肥法是在水稻插秧機(jī)上安裝施肥機(jī)械，移栽時把底肥定位集中施于秧苗側(cè)位一定深度。這種施肥法省工省力，又提高了肥料利用率，與傳統(tǒng)施肥法相比，機(jī)插側(cè)深施肥可減少10%～30%的氮肥投入[15]。2010年日本插秧機(jī)上安裝施肥裝置的比例超過40%，其中，8行機(jī)約為70%，5行和6行插秧機(jī)也達(dá)到55%以上，4行插秧機(jī)占近30%[16]。90年代，育苗箱全量施肥法開始在日本試驗與示范。育苗箱全量施肥是利用控釋氮肥在育苗時一次性施入，在大田期間不再施肥的一項技術(shù)，是一種肥料與種子或植物根系接觸的創(chuàng)新的施肥技術(shù)。該技術(shù)進(jìn)一步提高了肥料利用率，減輕了勞動力的投入。Kanetu等[17]試驗證明，在免耕條件下，應(yīng)用育苗箱全量施肥技術(shù)，氮肥利用率達(dá)到83%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)栽培的33%。據(jù)Ryoichi Kaneki試驗，用育苗箱一次性施肥的方法，氮肥農(nóng)學(xué)利用率達(dá)到了63 kg/kg，而常規(guī)施肥僅為46 kg/kg[18]。同時，在灌溉期間，稻田氮和磷的排出量大大降低，磷的排出量僅為0.84 kg/hm2，大約是常規(guī)施肥的三分之一，而氮則從外界（排灌水和雨水中）吸收了1.4 kg/hm2。

2.3.2.3 新型肥料的開發(fā)和應(yīng)用日本緩效性肥料研究居世界領(lǐng)先地位。早在20世紀(jì)60年代初就開始研制緩效性肥料[11]，80年代開始研制以包膜尿素為代表的新型緩效性肥料，其氮素利用率可達(dá)80%以上，用在水稻上的肥效期可以從1個月至3年任意調(diào)節(jié)[12]。這些肥料被應(yīng)用于機(jī)插側(cè)深施肥、育苗箱全量施肥等技術(shù)。至2012年，利用肥效調(diào)節(jié)型肥料進(jìn)行一次性全量基施栽培的水稻，約占全國水稻總面積的40%。至今，日本肥料研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)等還在根據(jù)各道府縣的施肥標(biāo)準(zhǔn)和地域品種來進(jìn)行個性化肥效調(diào)節(jié)型肥料的設(shè)計和產(chǎn)品化，并著力于解決高溫年份一次性施肥后期肥料不足的追肥診斷和省力化追肥技術(shù)（如研制液態(tài)肥料用機(jī)器進(jìn)行灌施等）。

3 對我國水稻化肥減量施用的啟示

當(dāng)前我國水稻生產(chǎn)的社會背景，與20世紀(jì)70-90年代的日本相似[5]。在稻米供應(yīng)方面，由于農(nóng)產(chǎn)品日益豐富，我國人均大米年消費(fèi)量逐年下降，而國內(nèi)糧食生產(chǎn)“12連增”，同時糧食進(jìn)口量也創(chuàng)歷史新高，使得糧食庫存達(dá)到新高[19]，稻米的生產(chǎn)目標(biāo)正從解決溫飽向追求優(yōu)質(zhì)高效的方向轉(zhuǎn)變。環(huán)境資源方面，過去為了解決糧食短缺問題，大量使用化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等化學(xué)投入品，導(dǎo)致資源環(huán)境亮起了“紅燈”，靠拼資源消耗、拼要素投入的粗放發(fā)展方式已經(jīng)難以為繼。在勞動力方面，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)生變化，農(nóng)村勞動力向其他產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，農(nóng)業(yè)人口老齡化現(xiàn)象嚴(yán)重，我國水稻生產(chǎn)由家庭小規(guī)模人工種植逐漸向合作社、家庭農(nóng)場大規(guī)模機(jī)械化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，水稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展正在轉(zhuǎn)型。當(dāng)年的日本正是在相似的社會背景下，通過化肥減量和相應(yīng)配套的農(nóng)藝措施，較好的解決了水稻種植效益低下、環(huán)境資源破壞、勞動力短缺的困境。因此，日本在實施化肥減量施用過程中采取的政策、推行的技術(shù)，都能給我國水稻化肥減量施用工作的開展提供很好的經(jīng)驗和啟示。

3.1 政策的啟示

3.1.1 加強(qiáng)無公害農(nóng)產(chǎn)品執(zhí)行力度和有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品認(rèn)證制度

農(nóng)民決定采用一項新的農(nóng)藝措施來取代傳統(tǒng)的技術(shù)，很大程度上取決于這項技術(shù)是否能提高他的收入。日本的有機(jī)大米價格較高，使得農(nóng)民愿意使用優(yōu)質(zhì)品種，并用控制肥料投入的栽培方法來保證品質(zhì)，提高種植凈利潤。日本的特別種植認(rèn)證嚴(yán)格執(zhí)行比常規(guī)施肥化肥減量50%以上等標(biāo)準(zhǔn)；有機(jī)認(rèn)證嚴(yán)格執(zhí)行2年以上不使用任何農(nóng)藥等標(biāo)準(zhǔn)，政策的嚴(yán)格性和執(zhí)行力使得有機(jī)大米的品質(zhì)得以保障，高價的有機(jī)大米在市場上打開了空間。目前國內(nèi)也制定了《無公害產(chǎn)品認(rèn)證管理辦法》、《無公害產(chǎn)品認(rèn)證實施規(guī)則》及《無公害產(chǎn)品》國家標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行力度及有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品認(rèn)證制度，加強(qiáng)市場監(jiān)督和監(jiān)管，建立消費(fèi)者信心，確立市場誠信度，打開優(yōu)質(zhì)高價大米市場。

3.1.2 引導(dǎo)公眾參與政策制定，提高全民環(huán)保意識

公眾參與是日本在制定化肥減量政策上的一大特色。以日本農(nóng)協(xié)為首的民間組織和有機(jī)農(nóng)業(yè)團(tuán)體積極發(fā)動和引導(dǎo)公眾廣泛參與到化肥減量工作中，通過改變農(nóng)戶傳統(tǒng)的生產(chǎn)觀念進(jìn)而改變其化肥施用行為，或者通過社會的壓力促使其減少化肥施用。我國目前民間農(nóng)業(yè)團(tuán)體力量較弱，應(yīng)發(fā)揮聯(lián)合社、農(nóng)民合作社、家庭農(nóng)場等新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體的積極性，通過宣傳培訓(xùn)，引導(dǎo)他們參與到環(huán)境保護(hù)政策、有機(jī)大米認(rèn)證等各項政策中來，通過公眾參與政策手段提高農(nóng)戶化肥減量的意識和組織化程度，也能在一定程度上為農(nóng)戶進(jìn)一步減少化肥施用量提供動力[3]。

3.1.3 建立綠色高效的財政補(bǔ)貼制度

日本把提高土壤肥力、減少化學(xué)肥料和農(nóng)藥應(yīng)用的農(nóng)戶登記在冊，稱為“生態(tài)農(nóng)民”，享受政府的直接補(bǔ)貼[8]。這類政策不僅能支持綠色高效技術(shù)的推廣，還能把財政的“黃箱政策”轉(zhuǎn)變?yōu)椤熬G箱政策”。2016年，我國財政部、農(nóng)業(yè)部聯(lián)合印發(fā)了《建立以綠色生態(tài)為導(dǎo)向的農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼制度改革方案》，要求有關(guān)部門和地方政府圍繞保障糧食等主要農(nóng)產(chǎn)品供給安全、農(nóng)民穩(wěn)定增收和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)等目標(biāo)，推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，完善農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼政策。可操作性強(qiáng)的綠色生態(tài)導(dǎo)向型政策的出臺必將大力推進(jìn)水稻的化肥減量。

3.2 技術(shù)的借鑒

日本在水稻化肥減量方面的技術(shù)研究得較早，當(dāng)前在推廣的主要幾項技術(shù)措施是：機(jī)插側(cè)深施肥、育苗箱全量施肥、肥效調(diào)節(jié)型肥料的應(yīng)用等。日本在上世紀(jì)80年代提出的水稻機(jī)插側(cè)深施肥是較好的一種省工節(jié)本技術(shù)，我國于90年代開始在黑龍江墾區(qū)等寒地水稻產(chǎn)區(qū)推廣應(yīng)用，1994年黑龍江省應(yīng)用側(cè)深施肥技術(shù)達(dá)33.3萬hm2，增產(chǎn)稻谷6 000萬kg，節(jié)肥6 000多t。目前，黑龍江農(nóng)墾總局已把側(cè)深施肥技術(shù)作為水稻生產(chǎn)的重點推廣項目。但其他地區(qū)應(yīng)用還不多，應(yīng)加強(qiáng)試驗、示范與推廣的力度。育苗箱全量施肥在日本被證明是一種高效的減肥技術(shù)，在我國水稻化肥減量中能否發(fā)揮作用還需要進(jìn)一步試驗證明。日本在肥效調(diào)節(jié)型肥料的開發(fā)上要求較高，根據(jù)不同的地域、不同的品種設(shè)計不同釋放型肥料，使肥力釋放與作物的需肥規(guī)律吻合。我國也應(yīng)加大新型肥料的研究和開發(fā)力度。

4 結(jié)語

在日本水稻化肥減量的過程中，技術(shù)起到了非常重要的作用，然而技術(shù)的推廣是一個漫長的過程，日本緩控釋肥料技術(shù)在20世紀(jì)70年代已經(jīng)相當(dāng)成熟，一直到90年代農(nóng)戶才表現(xiàn)出興趣并開始應(yīng)用，技術(shù)的應(yīng)用受到使用成本、使用技術(shù)、農(nóng)民接受新事物程度等的制約；政策是推動水稻化肥減量很好的工具，日本的化肥減量政策是公眾參與型的，也是激勵型的，通過改變農(nóng)民的觀念來實現(xiàn)，因此政策的見效期比較長；社會的變化則是推動日本實施水稻化肥減量的動力，在勞動力極端缺乏和老齡化的情況下，使用省工的新技術(shù)成了必然選擇，而化肥減量技術(shù)正是省工的新技術(shù)。日本的水稻化肥減量是由社會因素推動、由技術(shù)支撐、由政策驅(qū)動的一次水稻生產(chǎn)方式的變革。

當(dāng)前，我國的社會環(huán)境出現(xiàn)了日本20世紀(jì)70-90年代相似的情況，水稻生產(chǎn)效益低、勞動力緊缺并且老齡化、資源環(huán)境破壞等，推動水稻產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變的社會因素正在逐漸形成，而我們的技術(shù)貯備還缺乏，從品種選育、施肥技術(shù)、新型肥料的開發(fā)等方面來看，都還不足以為化肥減量做好技術(shù)支撐；從政策方面看，由于我國地域廣闊，各地自然和社會因子千差萬別，這也加大了政策制定的難度。在當(dāng)前的社會背景下，怎樣制訂有效的政策、開展技術(shù)的研究與推廣，是對我們政府部門、科研單位和推廣機(jī)構(gòu)的考驗。Rogers[20]的調(diào)查表明，由生產(chǎn)行為變化帶來的凈收入增加，是農(nóng)戶采納和接受新的生產(chǎn)方式的主要決定因素之一。因此，無論是政策的制定還是技術(shù)的推廣，都應(yīng)該與增加農(nóng)民收入掛鉤，才能讓農(nóng)民自愿采取水稻化肥減量的各項具體措施。政策、技術(shù)和社會環(huán)境三因素必須協(xié)同作用，才能有效推動我國水稻化肥減量施用的實施，促進(jìn)我國水稻產(chǎn)業(yè)提升。

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