花生全程可控施肥理論與技術

萬書波，李新國

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學院，山東 濟南，250100；2.山東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)作物種質(zhì)資源研究所/山東省作物遺傳改良與生態(tài)生理重點實驗室，山東 濟南，250100；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華東地區(qū)作物栽培科學觀測實驗站，山東 東營，257000）

花生是我國重要的油料作物之一，是國民經(jīng)濟發(fā)展和維護國家糧油安全的重要保障。目前，我國油脂油料凈進口折油總量已由2000 年的461.4 萬噸上升到2010 年的2088.9 萬噸，十年間增長353%，但與此同時，我國食用植物油的自給率已由本世紀初的60%下降到35%左右[1]，從2011 至2018年，油脂油料凈進口由1846.3 萬噸增加到2630 萬噸，增加了42.4%，食用植物油的自給率為34%[2]。進一步提升花生生產(chǎn)能力，提高花生產(chǎn)量和效益，對保障人民食用油脂安全和實現(xiàn)農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收具有重要意義。

1 我國目前氮肥施用總體過量，部分地區(qū)呈現(xiàn)污染、土質(zhì)退化

我國化肥施用主要分以下三個階段：第一階段20世紀50-60年代，這個時期化肥施用量較少，主要以有機肥為主，幾乎是補充土壤養(yǎng)分的唯一來源[3,4]。第二階段70-90 年代，從70 年代開始，我國化肥消費量迅速增加；80 年代化肥投入比重超過有機肥[5]，過度施用氮肥開始導致土壤酸化；到了90年代，化肥消費量繼續(xù)大幅增加。70 年代末化肥總施用量1086 萬噸，80 年代末超過2000 萬噸，而1990-1999 年均增加量為170.4 萬噸[6]。第三個階段2000年以后，第一個十年，年均增量有所放緩，約為141.6 萬噸[7]。有統(tǒng)計表明中國糧食年產(chǎn)量從1981年（3.25 億噸）至2008 年（5.29 億噸）增長了63%，而氮肥消費量卻增長了近2倍。據(jù)世界糧農(nóng)組織統(tǒng)計，目前我國氮肥用量占全球氮肥用量30%。1961-1999年，全球氮肥用量（以元素N 計）從1.16×107噸增加到8.55×107噸，增加了6.4 倍，而中國在同期內(nèi)氮肥用量增加了43.8 倍[8]，進入新千年后，2001-2018 年間全球氮肥用量增加了33.4%，中國同期內(nèi)增加了26.2%，而美國僅增加8.3%[9]。

我國化學肥料總體情況為施用過量，尤其是中部、東部經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，為追求作物產(chǎn)量，化肥施肥過量的現(xiàn)象突出。長期不合理過量使用化肥，造成土壤結構變差、農(nóng)產(chǎn)品硝酸鹽含量過高、重金屬含量超標。究其原因：一是對不同區(qū)域不同種植體系肥料損失規(guī)律和高效利用機理缺乏深入的認識；二是有機肥等研發(fā)落后，施用率低，肥料損失大；三是針對不同種植體系肥料減施增效的技術研發(fā)滯后，亟需加強技術集成，創(chuàng)新應用模式。因此，明確不同植種體的需肥規(guī)律、創(chuàng)新施肥技術、建立高效施肥模式、研發(fā)及物化可控肥料新產(chǎn)品等是我國實現(xiàn)化肥減施增效的關鍵。

2 國內(nèi)外花生施肥現(xiàn)狀

花生成熟后，植株體內(nèi)根莖葉等營養(yǎng)體內(nèi)全氮含量為1.51%，占全株總氮量的28.4%；果針、幼果、莢果等生殖體含氮3.11%，占全株總氮量的71.6%?；ㄉ仓牦w內(nèi)的全氮量較禾谷類作物高，每生產(chǎn)100 kg 花生莢果需純氮4.3～6.5 kg 計算，比生產(chǎn)相同數(shù)量的禾谷籽粒高1.3～2.4倍。若按6000 kg/hm2莢果產(chǎn)量計算，以每生產(chǎn)100 kg 莢果需氮4.3 kg 計算，需氮量則為258 kg/hm2[10]。

在100多個花生種植國中，印度、中國的花生種植面積分別位于第一、第二位，但美國的平均單產(chǎn)最高；美國強調(diào)前茬施肥，即把肥料施在前茬作物上，花生基本不施氮肥，以花生根瘤固氮供肥為主，在非常貧瘠的地塊每公頃施氮30 kg以內(nèi)，但注重施用鈣肥；印度和尼日利亞花生田基本不施氮肥。

我國經(jīng)歷了從不施氮肥到施氮肥再到施氮過量的過程。20世紀80年代，孫彥浩等提出花生千斤高產(chǎn)施肥指標為氮減半、磷加倍、鉀全量，山東省花生大面積畝產(chǎn)500 kg（折合單產(chǎn)7500 kg/hm2）以上，每收100 kg莢果需施氮素3 kg，磷素2 kg，鉀素3 kg?；颈壤秊镹∶P∶K=3∶2∶3[11]。20世紀90年代初，張思蘇等提出N∶P∶K=1∶1.5∶2，試驗表明該比例對花生具有更好的增產(chǎn)、提質(zhì)作用[12]。雖然有花生田氮減半的提法，施氮量也要150 kg/hm2以上，但這種施肥量并沒有被種植戶廣泛接受。過多的施用氮肥嚴重抑制了根瘤菌的固氮作用，并給環(huán)境帶來巨大壓力。特別是花生主產(chǎn)區(qū)，過度依賴于以肥促產(chǎn)。

近20 年來，施肥過于重視增產(chǎn)效果明顯的氮、磷、鉀肥，作為植物所需大量元素的鈣素以及有機肥卻被忽視，嚴重影響了作物對鈣素的吸收利用，逐漸成為限制花生產(chǎn)量進一步提高的主要因素之一。同時，由于氮阻遏效應，長期大量施用氮肥嚴重抑制了根瘤菌的固氮作用，限制了花生等豆科作物的生物固氮的效應，一方面為了追求產(chǎn)量，氮肥用量居高不下，不僅氮肥利用率低、流失嚴重、對環(huán)境壓力大，而且極大地限制了根瘤菌固氮作用的發(fā)揮；二是花生施肥方式是在翻地時、播種進行一次或兩次施用，但因缺少滿足不同生育期需求的有效控釋肥（氮、鈣肥等），肥料難以根據(jù)花生不同生育期的特異需求而滿足差異化、精準化養(yǎng)分供給，造成花生苗期肥力充盈、植株徒長，后期脫肥、出現(xiàn)早衰和莢果空秕等，節(jié)肥無從談起，同時根瘤菌生物固氮能力也難以實現(xiàn)。

3 按花生需肥規(guī)律供肥是實現(xiàn)花生增產(chǎn)節(jié)肥的重大突破

通常栽培上把花生生育期分為四個時期：幼苗期、開花下針期、結莢期和飽果期。早期關于花生各時期各種營養(yǎng)元素吸收規(guī)律研究表明，花生對N、P、K、Ca 等主要肥料在幼苗期的吸收都較低；N 肥在開花下針期和結莢期的需求量較大，但在飽果期明顯下降；而Ca 的需求量則在開花下針期明顯增加，在飽果期維持較高的狀態(tài)[8]。但這些數(shù)據(jù)的標注都是基于各時期營養(yǎng)元素占全生育期百分數(shù)來表述的，幼苗期本身的營養(yǎng)體比較小，體現(xiàn)了花生不同發(fā)育時期對不同營養(yǎng)需求的大體趨勢。

幼苗期是花生生長的相對旺盛期，營養(yǎng)體發(fā)育快，對N肥等營養(yǎng)的需要也相對要大，而幼苗期抗逆性差，適量補充Ca將有利于壯苗，根系處于發(fā)育期，根瘤菌處于侵染或發(fā)育期，尚不具有固氮能力。在主莖約3 片葉時追施氮肥有助于根瘤菌的發(fā)育[10]。開花下針期至結莢期，對氮需求量較幼苗期低，花生通過根瘤菌固氮基本能滿足需要[10]。結莢中后期至飽果期，根瘤衰老，通過固氮難以滿足需要。由于莢果發(fā)育需要較多的光合產(chǎn)物，從而需要避免脫肥和植株早衰，需要及時補充N 肥以維持較高的光合作用水平，而鑒于果針入土10 天后，籽粒開始大量攝取Ca 肥，應在此時期補充Ca 肥。因此可將花生的需肥時間分為三個階段：幼苗期（前期）、開花下針期和結莢前期（中期）、結莢中后期和飽果期（后期）[10]。

因此根據(jù)花生需肥規(guī)律的三個時期，立足于花生特性和國內(nèi)生產(chǎn)實際，實現(xiàn)一次施肥，全程可控，在特定時間段進行針對性的供肥，既滿足植株的需要，又充分發(fā)揮生物固氮的能力，起到增產(chǎn)節(jié)肥的目的，改變氮肥投入過多、鈣肥偏少或不施的現(xiàn)狀，補充有機肥和微生物肥料，實現(xiàn)前期促苗、中期補鈣和后期促果保產(chǎn)。相關技術和產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)將有助于花生生產(chǎn)的重大突破。

4 全程可控施肥理論與分層施肥技術的提出和應用

結合花生生育期的需肥特性，2014 年山東省農(nóng)業(yè)科學院花生栽培與生理生態(tài)團隊發(fā)明專利“花生雙層膜無機肥料”獲得了國家專利局授權[13]，該專利首次建立了花生專用肥的多層包膜、速效肥與緩釋肥共同造粒的制肥思路與技術，基本上滿足了花生苗期對速效肥和中后期對氮肥和鈣肥的需求。并以此為基礎，提出花生全生育期可控施肥理論與技術，以外層為速效肥、內(nèi)層為緩釋肥的多層包膜肥料達到花生全生育期的持續(xù)供肥效果?；ㄉ炭煽厥┓世碚撘c及技術特點總結如下：

4.1 花生需肥規(guī)律

幼苗期根瘤尚未形成，營養(yǎng)體發(fā)育快，對N素等養(yǎng)分的需要也相對要大，且幼苗期抗逆性差，適量補充Ca 有利于壯苗[1,14～17]；開花期至飽果期，根瘤大量形成，通過根瘤菌固氮基本滿足需要，莢果對Ca素需求增大，應在此時期補充Ca 肥[18]；生育后期根瘤衰老固氮減弱，且莢果充實需要較多的光合產(chǎn)物，為避免脫肥和植株早衰，應補充N、P、K等[19]。

4.2 全程可控施肥技術

在明確花生需肥規(guī)律的基礎上，形成了全程可控施肥理論與技術，可概括為“起爆氮、中補鈣和后援氮”。起爆氮是指在生育前期供應速效氮肥，促進植株早期發(fā)育和根瘤形成；中補鈣是指生育中期以鈣肥供應為主，以根瘤固氮為植株供氮為主，促進莢果發(fā)育[20～22]；而后援氮則是在生育后期以緩釋氮肥和鉀肥為主，促進莢果充實飽滿[23]。

為充分發(fā)揮根瘤菌的生物固氮能力，減少氮肥施用比例，并滿足花生生長發(fā)育不同階段的養(yǎng)分需求，研發(fā)出滿足生育全程的養(yǎng)分供應多層膜控釋肥，這種控釋肥可做為種肥進行施用。肥料的選擇為速效肥與緩釋肥復混的花生專用控釋復混肥料，肥料N 含量為15.4%，其中，速效肥N 含量為7.0%，緩釋肥N 含量為8.4%。肥料中P2O5含量為12.2%；K2O 含量為15.4%、鈣含量為2.0%；富含中微量元素硼、鋅、鐵、鉬、活化腐殖酸等。

4.3 分層施肥技術

花生的結莢層與根系在土壤中分布于不同的土層，莢果分布于上層5～15 cm，根系則要深一些，集中于10～30 cm。根據(jù)不同生育期對不同土層養(yǎng)分吸收利用特點，研發(fā)出花生專用分層施肥播種機，于6～10 cm（結果層）、10～20 cm（根系集中層）分層施肥。

淺層土壤中以速效氮肥為主，滿足苗期需求；深層土壤中以控釋肥和鈣肥為主，滿足中后期需求；同時實現(xiàn)鈣肥與磷鉀肥區(qū)域化隔離，減少不同元素的拮抗作用。

4.4 施肥量

我國花生種植地域比較廣泛，既有土壤肥力較好的高產(chǎn)地塊，也有大面積貧瘠的中低產(chǎn)田，根據(jù)地力條件和產(chǎn)量水平，肥料用量750～1050 kg/hm2。施肥方式為土壤分層施肥，其中結果層和根系集中層各375～525 kg/hm2。符合花生前期生長對氮、磷、鉀的需求、后期對氮、鈣肥料的需求。

5 前景與展望

山東省農(nóng)業(yè)科學院花生栽培與生理生態(tài)創(chuàng)新團隊的多年大田試驗表明，全程可控施肥技術可節(jié)氮20%以上，比常規(guī)施肥單產(chǎn)增產(chǎn)10%以上，其中濟陽基地單增產(chǎn)21.3%～28.1%；莒南縣試驗增產(chǎn)12.14%～14.01%（未發(fā)表資料），實現(xiàn)了減肥增產(chǎn)的效果。我國由于長期過量施用氮肥，部分耕地酸化嚴重，造成鈣素流失，土壤環(huán)境質(zhì)量下降，可持續(xù)性發(fā)展受到制約。同時國內(nèi)外缺乏滿足花生生長發(fā)育需求的專用肥，因此，采取積極有效的施肥措施，一方面有利于實現(xiàn)花生生產(chǎn)因需給肥，提升肥料利用率，另一方面也利于簡化生產(chǎn)程序、節(jié)約成本、降低碳排放，從而推動花生高效、綠色生產(chǎn)，對緩解我國糧油爭地矛盾及油料作物的供需矛盾具有重要意義。作為花生全程可控施肥技術的核心技術之一，花生花生分層高效施肥技術遴選為山東省農(nóng)業(yè)技術規(guī)程（SDNYGC-2-1106-2018），花生全程可控施肥技術遴選為2020 年山東省主推技術。根據(jù)花生不同時期對氮、鈣元素需求特點和規(guī)律的同時，系統(tǒng)開展花生種植調(diào)控關鍵技術的研究，隨著氮、鈣的可控釋放配套技術、產(chǎn)品和機械等的進一步優(yōu)化和完善，花生全程可控施肥技術將會進一步推動花生的高效、綠色生產(chǎn)。