王家寶 王文軍 張祥明 袁嫚嫚 鄔剛 孫義祥 馬朝紅
摘要?為了探索水稻化肥減施新途徑,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展,依托科技部國家重點研發(fā)計劃“化肥農(nóng)藥減施增效技術(shù)應(yīng)用研究”項目,2017—2019年在安徽省不同水稻種植區(qū)開展了水稻機械旱條直播一次性施肥技術(shù)、水稻機械化秧肥同步一次性施肥技術(shù)和水稻機械穴直播一次性施肥技術(shù)模式示范研究,并對3種減肥技術(shù)模式的減肥效果進行了評估。結(jié)果表明,較常規(guī)施肥,采用化肥減施技術(shù)模式后,水稻可減肥23.2%~26.3%,同時增產(chǎn)5.9%~13.0%,氮肥利用率提升9.0%~22.0%,經(jīng)濟效益增加1?150~2?751元/hm2。各減肥技術(shù)模式對于水稻增產(chǎn)、提高肥料利用率均有顯著作用,適宜在安徽省大規(guī)模推廣。
關(guān)鍵詞?水稻;化肥減施;肥料利用率;經(jīng)濟效益
中圖分類號?S506?文獻標識碼?A?文章編號?0517-6611(2021)03-0152-04
doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2021.03.042
Abstract?In?order?to?explore?a?new?way?to?reduce?the?application?of?chemical?fertilizer?in?rice?and?realize?the?green?development?of?agriculture,?relying?on?the?national?key?research?and?development?plan?of?the?Ministry?of?Science?and?Technology,?“application?research?on?the?technology?of?reducing?the?application?of?chemical?fertilizer?and?pesticide?and?increasing?efficiency”.?From?2017?to?2019,?demonstration?studies?were?carried?out?in?different?rice?planting?areas?of?Anhui?Province,?including?onetime?fertilization?technology?of?rice?mechanical?dry?strip?direct?seeding,?synchronous?onetime?fertilization?technology?of?rice?mechanized?seedling?fertilizer?and?onetime?fertilization?technology?mode?of?rice?mechanical?hole?direct?seeding?in?different?rice?planting?areas?of?Anhui?Province,?and?the?weight?loss?effect?of?three?modes?was?evaluated.?The?results?showed?that?compared?with?conventional?fertilization,?the?rice?could?reduce?fertilizer?by?23.2%?-?26.3%,?increase?yield?by?5.9%?-?13.0%,?increase?nitrogen?use?efficiency?by?9.0%?-?22.0%,?and?increase?economic?benefits?by?1?150-2?751?yuan/hm2.?The?results?showed?that?all?the?fertilizer?reduction?techniques?had?significant?effects?on?increasing?rice?yield?and?improving?fertilizer?utilization?rate,?which?was?suitable?for?largescale?promotion?in?Anhui?Province.
Key?words?Rice;Fertilizer?reduction;Fertilizer?utilization?rate;Economic?benefits
水稻是我國最重要的谷類作物之一,其種植面積為全國糧食播種面積的24%左右,達3.02×107?hm2[1]。作為糧食的“糧食”,在保障農(nóng)作物產(chǎn)量方面,化肥發(fā)揮著不可替代的作用。但化肥的過量施用所帶來的生產(chǎn)成本上升、環(huán)境退化和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全等一系列問題,已成為制約我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素[2-5]。
研究表明,通過養(yǎng)分優(yōu)化管理措施,在保證水稻產(chǎn)量的同時,氮肥可減施20%以上,化肥利用效率也有顯著提升[6]。胡時友等[7]通過集成有機肥替代、中微量元素配施、氮肥后移等技術(shù)模式,水稻產(chǎn)量、品質(zhì)以及經(jīng)濟效益均得到提升。轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的化肥施用以及水稻種植模式,推廣化肥減施增效技術(shù)是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的有效途徑[8]。
為了解決化肥施用過量和不合理施用的問題,科技部啟動了國家重點研發(fā)計劃“化肥農(nóng)藥減施增效技術(shù)應(yīng)用研究”項目,分區(qū)域、分作物集成組裝化肥農(nóng)藥減量增效技術(shù)模式,創(chuàng)建不同模式下化肥減量增效示范區(qū),帶動科學施肥技術(shù)的推廣。
筆者選取安徽省不同水稻種植區(qū)域,對集成組裝化肥農(nóng)藥減量增效技術(shù)模式效果進行評價。在不同年份、不同試驗點開展了水稻機械旱條直播一次性施肥技術(shù)、水稻機械化秧肥同步一次性施肥技術(shù)和水稻機械穴直播一次性施肥技術(shù)的集成示范。建立化肥減施增效技術(shù)效益評估監(jiān)測點,定點監(jiān)測,結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù),對化肥農(nóng)藥減量增效技術(shù)模式中化肥施用情況、化肥利用率(包括農(nóng)學效率)、作物產(chǎn)量以及經(jīng)濟效益進行評估,以期對安徽省水稻化肥減施技術(shù)的推廣提供可行性依據(jù)。
1?材料與方法
1.1?試驗地概況
安徽省地處114°54′~119°37′E、29°41′~34°38′N,屬暖溫帶與亞熱帶過渡區(qū),年降雨量800~1?800?mm,≥10?℃積溫為?4?600~5?300?℃,一年一熟到一年三熟種植制度均有分布。于2017—2019年分別選取安徽省具有代表性的水稻種植區(qū)巢湖、明光、池州3地為監(jiān)測點,對3種水稻減肥模式進行試驗示范評價。各監(jiān)測點土壤基本理化性質(zhì)見表1。
1.2?試驗示范技術(shù)模式實施方案
于2017—2019年分別開展了水稻機械旱條直播一次性施肥技術(shù)、水稻機械化秧肥同步一次性施肥技術(shù)和水稻機械穴直播一次性施肥技術(shù)模式示范,每個示范區(qū)內(nèi)選取面積0.20~0.33?hm2的地塊,分別設(shè)置常規(guī)施肥和不施氮肥對照處理。具體實施方案見表2。
1.3?植株樣品采集及分析方法
收獲期,每個處理分別采集籽粒、秸稈樣品,測定樣品氮、磷、鉀含量,實驗室常規(guī)考種。水稻用收割機全部實收,單獨計產(chǎn)。
上述項目測定參照魯如坤[9]的方法。
1.4?相關(guān)指標計算方法
氮肥利用率按照以下公式計算:
試驗數(shù)據(jù)用Excel?2010軟件進行處理和分析。
2?結(jié)果與分析
2.1?不同技術(shù)模式對水稻產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響
由表3可知,采用減肥技術(shù)模式后,對水稻產(chǎn)量構(gòu)成要素影響明顯。減肥技術(shù)模式主要是通過增加水稻單位面積有效穗數(shù)、每穗實粒數(shù)等實現(xiàn)產(chǎn)量的提升。2017—2019年,采用機械旱條直播一次性施肥技術(shù)的水稻單位面積有效穗數(shù)和每穗實粒數(shù)比不施氮肥處理和常規(guī)施肥處理分別高81.2×104/hm2、27.4×104/hm2和23.3個、0.6個;采用秧肥同步一次性施肥技術(shù)后,水稻單位面積有效穗數(shù)較不施氮肥和常規(guī)施肥處理增幅分別達24.2%和3.2%,每穗實粒數(shù)也有顯著提高;采用機械穴直播一次性施肥技術(shù)的水稻單位面積有效穗數(shù)較不施氮肥和常規(guī)施肥處理分別增加了40.5%和4.2%,每穗實粒數(shù)分別增加了19.2和6.7個。各處理水稻谷草比和千粒重差異較小。
2.2?不同技術(shù)模式對水稻產(chǎn)量的影響
不同施肥模式對水稻產(chǎn)量影響明顯,采用水稻減肥技術(shù)的處理產(chǎn)量為8?665.0~11?236.5?kg/hm2,常規(guī)施肥處理的水稻產(chǎn)量為8?015.0~9?940.5?kg/hm2。3種減肥技術(shù)模式在3年的示范中,相對于常規(guī)施肥對水稻均有不同程度的增產(chǎn)作用(圖1)。2017—2019年,旱條直播一次性施肥技術(shù)水稻產(chǎn)量相對于常規(guī)施肥處理分別增加了6.0%、9.2%、6.8%,3年平均增產(chǎn)7.3%;秧肥同步一次性施肥技術(shù)水稻產(chǎn)量比常規(guī)施肥處理3年分別增加13.0%、7.2%、6.5%,3年平均增產(chǎn)8.9%;機械穴直播一次性施肥技術(shù)水稻產(chǎn)量較常規(guī)施肥處理3年分別增產(chǎn)7.4%、8.1%、5.9%,3年平均增產(chǎn)7.1%。3種水稻減肥技術(shù)模式在3年中較常規(guī)施肥平均增產(chǎn)幅度達7.8%。
2.3?不同技術(shù)模式對水稻氮肥利用率的影響
由表4可知,不同減肥技術(shù)模式對水稻氮肥利用率的影響顯著。采用減肥技術(shù)模式后,水稻氮肥農(nóng)學效率和氮肥利用率均得到很大程度的提高。機械旱條直播一次性施肥技術(shù)氮肥農(nóng)學效率和氮肥利用率分別比常規(guī)施肥處理高7.1~8.7?kg/kg和9.0%~17.4%,3年平均高8.0?kg/kg和12.6%;秧肥同步一次性施肥技術(shù)氮肥農(nóng)學效率和氮肥利用率分別比常規(guī)施肥處理高7.3~13.3?kg/kg和16.3%~22.0%,3年平均高9.4?kg/kg和18.4%;機械穴直播一次性施肥技術(shù)氮肥農(nóng)學效率和氮肥利用率分別比常規(guī)施肥處理高6.4~9.0?kg/kg和14.2%~17.9%,3年平均高7.9?kg/kg和16.6%。3年監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,3種減肥技術(shù)模式較常規(guī)施肥模式的氮肥農(nóng)學效率和氮肥利用率分別提升了8.4?kg/kg和15.9%。
2.4?不同技術(shù)模式對水稻經(jīng)濟效益的影響
由表5可知,減肥技術(shù)模式的運用對經(jīng)濟效益的增加十分明顯,采用減肥技術(shù)模式后,主要通過節(jié)本和增收2個途徑實現(xiàn)經(jīng)濟效益的增加。2017—2019年,旱條直播一次性施肥技術(shù)模式較常規(guī)施肥處理經(jīng)濟效益分別增加了1?150、1?700和1?425元/hm2,3年平均增加經(jīng)濟效益1?425元/hm2;秧肥同步一次性施肥技術(shù)模式較常規(guī)施肥處理經(jīng)濟效益分別增加了2?751、1?216和1?226元/hm2,3年平均增加經(jīng)濟效益1?731元/hm2;機械穴直播一次性施肥技術(shù)模式較常規(guī)施肥處理經(jīng)濟效益分別增加了1?696、1?895和1?448元/hm2,3年平均增加經(jīng)濟效益1?680元/hm2。采用減肥技術(shù)模式后,水稻經(jīng)濟效益增加量在1?150~2?751元/hm2,平均可增加經(jīng)濟效益1?612元/hm2。
2.5?水稻化肥減施技術(shù)模式的推廣應(yīng)用情況
上述集成技術(shù)在各示范點進行了大規(guī)模的推廣應(yīng)用,在安徽省明光、巢湖、宣州、旌德、貴池建立了萬畝核心示范區(qū)5個;在明光、巢湖、宣州、旌德、貴池、全椒、潁上、霍邱、蕪湖、定遠、天長、長豐等地建立了約33.33?hm2示范片15個。累計推廣應(yīng)用面積達20萬hm2以上,累計減施化肥近2萬t,增加產(chǎn)量超過1億kg,節(jié)本增收近2億元。開展培訓班次10余次,累計培訓生產(chǎn)經(jīng)營性農(nóng)民920人次,培訓農(nóng)技人員1?166人次,服務(wù)農(nóng)業(yè)新型主體160余個。組織行業(yè)專家開展觀摩評審會議近10次。
團隊依托科技部國家重點研發(fā)計劃“化肥農(nóng)藥減施增效技術(shù)應(yīng)用研究”項目,與肥料企業(yè)合作開發(fā)新型肥料產(chǎn)品2個,篩選出氮高效水稻品種2個,提出稻麥(油)輪作區(qū)水稻化肥減施增效關(guān)鍵技術(shù)3項,集成水稻化肥減施增效模式2套,發(fā)布地方標準4件,發(fā)表學術(shù)論文9篇,申請發(fā)明專利8項。安徽廣播電臺直播節(jié)目2次,安徽電視臺報道3次,農(nóng)民日報、安徽日報等權(quán)威媒體進行了多次宣傳報道,促進了水稻化肥減施技術(shù)模式在全省大面積應(yīng)用。
3?結(jié)論與討論
在必需元素中,作物對氮素最為敏感,當前我國農(nóng)田氮肥施用過量的現(xiàn)象也比較嚴重,氮素也是作物產(chǎn)量最主要的限制因子[10]。因此,降低農(nóng)田化肥施用的首要任務(wù)是減少氮肥的施用[11]。該研究中,采用3種水稻減肥集成技術(shù)模式,在化肥總施用量降低23.2%~26.3%的情況下,相對于常規(guī)施肥,氮肥農(nóng)學效率和氮肥利用率分別提升6.4~13.3?kg/kg和9.0%~22.0%,同時水稻產(chǎn)量也提升5.9%~13.0%。這主要是因為減肥技術(shù)模式通過集成肥料深施、緩控釋肥應(yīng)用、水分管理等多種優(yōu)化養(yǎng)分管理的技術(shù)模式[12],降低了化肥特別是氮肥損失,從而達到了提升產(chǎn)量和肥料利用效率的目的。
通過減肥技術(shù)模式的應(yīng)用,可以有效降低水稻生產(chǎn)中化肥和人工的投入,進而增加經(jīng)濟效益。該研究中,采用減肥技術(shù)模式后,水稻經(jīng)濟效益增加1?150~2?751元/hm2,對節(jié)省肥料資源和減少環(huán)境污染都有積極作用。
在近幾年對化肥減施技術(shù)模式的推廣應(yīng)用中,產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益,對實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展有積極的促進作用。因此,大力推廣水稻減肥技術(shù)模式,在保證水稻產(chǎn)量、減少環(huán)境污染的前提下,有利于農(nóng)民經(jīng)濟效益的提升和肥料資源的節(jié)約,適宜在安徽省大面積推廣應(yīng)用。
參考文獻
[1]?國家統(tǒng)計局.中國統(tǒng)計年鑒[M].北京:中國統(tǒng)計出版社,2019.
[2]?趙宏偉,沙漢景.我國稻田氮肥利用率的研究進展[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報,2014,45(2):116-122.
[3]?謝立勇,許婧,郭李萍,等.水肥管理對稻田CH4排放及其全球增溫潛勢影響的評估[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報,2017,25(7):958-967.
[4]?朱堅,紀雄輝,田發(fā)祥,等.典型雙季稻田施磷流失風險及閾值研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2017,36(7):1425-1433.
[5]?GUO?J?H,LIU?X?J,ZHANG?Y,et?al.Significant?acidification?in?major?Chinese?croplands[J].Science,2010,327(5968):1008-1010.
[6]?安寧,范明生,張福鎖.水稻最佳作物管理技術(shù)的增產(chǎn)增效作用[J].植物營養(yǎng)與肥料學報,2015,21(4):846-852.
[7]?胡時友,馬朝紅,張舒,等.湖北省枝江市優(yōu)質(zhì)稻減肥增效綠色防控綜合技術(shù)示范效果評價[J].農(nóng)村經(jīng)濟與科技,2018,29(23):45-46.
[8]?劉莉,劉靜.基于種植結(jié)構(gòu)調(diào)整視角的化肥減施對策研究[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2019,40(1):17-25.
[9]?魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社,2000.
[10]?尹娟,費良軍,田軍倉,等.水稻田中氮肥損失研究進展[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2005,21(6):189-191.
[11]?CHEN?J,HUANG?Y,TANG?Y?H.Quantifying?economically?and?ecologically?optimum?nitrogen?rates?for?rice?production?in?southeastern?China[J].Agriculture,ecosystems?&?environment,2011,142(3/4):195-204.
[12]?谷學佳,王玉峰,張磊,等.施肥插秧一體化技術(shù)對水稻產(chǎn)量及氮素流失的影響[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學,2017(8):12-17.