興仁市玉米化肥減量高產(chǎn)技術(shù)策略探討

摘 要 貴州省興仁市玉米生產(chǎn)面臨化肥過量使用導致的土壤退化和產(chǎn)量增長緩慢問題。分析了產(chǎn)量增長緩慢的原因，并提出了化肥減量高產(chǎn)技術(shù)策略。建議通過測土配方技術(shù)精確調(diào)控化肥施用量，篩選和推廣高效利用化肥的新品種，實施精細化差異化施肥技術(shù)，以及構(gòu)建整合減量化肥與高產(chǎn)栽培技術(shù)的綜合體系。這些策略旨在提升化肥利用效率，減少環(huán)境污染，同時保障玉米產(chǎn)量，推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞 玉米；化肥減量；高產(chǎn)技術(shù)；貴州省興仁市

中圖分類號：S513 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.11.014

鑒于當前我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥農(nóng)藥濫用嚴重，采用低投入高產(chǎn)栽培技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展成為必然之舉。貴州省黔西南州興仁市玉米長期施用大量化肥，導致土壤退化、化肥利用率低、產(chǎn)量增長緩慢。筆者根據(jù)興仁市實際玉米種植情況，分析產(chǎn)量提升緩慢的原因，并深入研究興仁市實施玉米化肥減量高產(chǎn)技術(shù)的策略建議，旨在建立整合減量化肥與高產(chǎn)栽培技術(shù)的綜合體系，有效解決過量化肥施用引起的土壤養(yǎng)分失衡問題，推動興仁市玉米產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效。

1" 興仁市玉米種植概況

興仁市地處黔西南州西北部，屬北亞熱帶濕潤性氣候，年平均氣溫14 ℃，年降水量約1 000 mm。滇西南窄谷盆地水熱條件優(yōu)越，土壤以水稻土和紅壤為主，為玉米種植提供了良好的自然條件[1]。近年來興仁市大力發(fā)展玉米產(chǎn)業(yè)，玉米種植面積穩(wěn)步上升，2019年達到2.87萬hm2，占全市糧食播種面積的80%以上。但與玉米種植面積擴大不相匹配的是，興仁市玉米產(chǎn)量增長緩慢（見表1），過去5年玉米單產(chǎn)每667 m2只增加了約15 kg，遠低于全國玉米單產(chǎn)水平。導致這一問題的原因復(fù)雜多樣，其中長期依賴化肥施入增加產(chǎn)量的粗放式增產(chǎn)模式是重要因素。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，近5年興仁市每公頃化肥施用量年均超過450 kg，是玉米高產(chǎn)栽培經(jīng)濟施肥量（375 kg·hm-2）的1.2倍[2]。大量農(nóng)藥化肥的濫用不僅產(chǎn)生了巨大的環(huán)境污染，也導致土壤質(zhì)量下降，地力衰退嚴重。據(jù)測算，由于連作墾植和過度施肥，興仁市83.5%的玉米種植土壤有機質(zhì)含量低于2.5%，僅有14%的土壤pH值在6～7的適宜范圍內(nèi)，土壤耕層深度也從20世紀90年代的30 cm下降到現(xiàn)在的20 cm左右[1]。這些土壤理化指標的惡化直接制約了玉米的根系發(fā)育和養(yǎng)分吸收，進而影響到玉米的產(chǎn)量水平。

2" 興仁市玉米產(chǎn)量增長緩慢的原因

2.1" 化肥施用過量與土壤養(yǎng)分失衡

長期過量施用化肥是導致興仁市玉米化肥利用率低下的重要因素。一方面，大量化肥輸入超過了土壤對養(yǎng)分的吸收能力和修復(fù)能力的極限，形成養(yǎng)分浪費和累積。統(tǒng)計顯示，2019年興仁市玉米地土壤速效氮平均剩余量高達112.7 mg·kg-1，是玉米高產(chǎn)栽培適宜速效氮含量60～90 mg·kg-1的1.2倍；土壤速效磷平均含量為23.6 mg·kg-1，脫磷量較高。這表明土壤中已累積大量無機氮和磷肥，而這些殘留養(yǎng)分由于微生物作用和滲漏損失，化肥的利用效率不到30%[3]。另一方面，土壤有機質(zhì)和微生物也參與植物營養(yǎng)元素從無效態(tài)到有效態(tài)的轉(zhuǎn)化，但長期的高強度化學肥料施用打破了土壤肥力平衡和微生物區(qū)系平衡，抑制了固氮菌、硝化菌、磷溶菌等對養(yǎng)分轉(zhuǎn)化修復(fù)的作用。如2019年統(tǒng)計，83.5%的玉米田土壤有機質(zhì)含量低于2.5%，細菌、真菌等微生物數(shù)量比中生水稻土低1～2數(shù)量級，嚴重影響了土壤肥力的發(fā)揮[2]。微生物和土壤有機質(zhì)含量的下降又形成惡性循環(huán)，使土壤肥力衰退，難以提供充足的營養(yǎng)支持玉米的生長需求，這種土壤肥力失衡的狀態(tài)就是玉米化肥利用率低下、增產(chǎn)乏力的根本原因。

2.2" 玉米品種對化肥利用率低的問題凸顯

除了化肥施用不當之外，興仁市主流推廣的玉米品種較單一，適應(yīng)性和抗逆性較差也是造成增產(chǎn)乏力的重要制約因素。目前興仁市絕大部分玉米種植區(qū)推廣應(yīng)用的仍是20世紀90年代選育的老品系雜交種。經(jīng)過數(shù)十年的連作，這些品種的抗病蟲害能力已逐漸減弱，而其自身的根系較弱，對土壤養(yǎng)分的吸收和利用率也較低。具體來看，現(xiàn)有主流玉米品種的根系分布相對集中，主要根系分布在土層深度0～20 cm，20 cm以下鮮有根系分布，這導致根系對土壤養(yǎng)分特別是遠離根系的磷肥的有效利用范圍和吸收能力受到限制。測試結(jié)果顯示，在相同化肥水平下，這些老品系雜交種的地上部分對磷素的積累量均顯著低于新選育雜交種的平均水平[1]。由于磷素是影響玉米產(chǎn)量的主要限制性營養(yǎng)元素，根系發(fā)育對磷肥吸收利用的不足已成為增產(chǎn)的短板[4]。此外，單一的品種群體結(jié)構(gòu)也增加了區(qū)域性病蟲害發(fā)生的風險。這些因素綜合作用使現(xiàn)有玉米品種對化肥利用效率整體偏低，加劇了土壤肥力的浪費與退化。

2.3" 傳統(tǒng)施肥方式缺乏科學性與精準性

興仁市玉米傳統(tǒng)的施肥模式主要采用平均定量整片施用化肥的簡單粗放方式，這種非精準的施肥技術(shù)也是導致化肥利用效率不高的原因之一。目前，絕大多數(shù)農(nóng)戶的施肥策略簡單依據(jù)土層深度和面積計算化肥用量，在整個玉米種植區(qū)全面平均撒施制定化肥用量，而不能根據(jù)土壤養(yǎng)分狀況的差異性實施針對性調(diào)整。這種平均定量施肥的技術(shù)方法，忽視了同一片玉米地之間復(fù)雜的肥力變異性。實際上，由于地形、水熱條件和歷史施肥操作的差異，同一片玉米種植區(qū)土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力往往呈現(xiàn)片狀或置景式分化特征，不同亞區(qū)的pH值、有機質(zhì)、速效養(yǎng)分含量可以相差30%以上。如果采用平均施肥模式，必然導致部分土壤養(yǎng)分過剩而其他部分養(yǎng)分不足，難以滿足玉米不同生育期對營養(yǎng)的需求，加劇了養(yǎng)分浪費和環(huán)境風險[5]。此外，平均施肥也忽視了施肥深度和時期對肥料利用率的影響。研究表明，玉米的主要根系分布在0～20 cm土層，而淺施態(tài)氮素更容易被土壤吸附或被雨水淋溶流失，利用率很低；而分批分期的施用模式可以提高20%以上的肥料獲得率[1]。但目前興仁市玉米種植中，75%以上的農(nóng)戶一次性地面全量撒施，進一步制約了化肥的高效利用。

2.4" 高產(chǎn)栽培技術(shù)與減量化肥措施結(jié)合不足

除了傳統(tǒng)的化肥管理問題外，興仁市另一個值得關(guān)注的制約因素是在現(xiàn)有玉米高產(chǎn)栽培技術(shù)體系里，缺乏與化肥減量相匹配的營養(yǎng)補充措施。目前，玉米高產(chǎn)栽培技術(shù)在種子、農(nóng)藝和病蟲草害等環(huán)節(jié)已實現(xiàn)標準化，但主要依賴源于化學肥料的養(yǎng)分投入，化肥減量后缺乏有機質(zhì)、腐熟劑和微生物肥料等替代物質(zhì)補充土壤肥力，造成在減量施肥條件下很難保證玉米的營養(yǎng)需求。舉例來說，目前興仁市主流高產(chǎn)栽培技術(shù)將生物量產(chǎn)品僅僅局限于玉米秸稈還田處理中，但秸稈直接還田所補充的有機質(zhì)和養(yǎng)分遠遠不足；微生物肥料（如菌根菌肥、固氮菌肥）的應(yīng)用比例僅為7%，而這些微肥對提高肥料有效性的作用尚未得到發(fā)揮；玉米高產(chǎn)栽培深松整地體系中也缺乏有機改良劑和腐熟劑的配套應(yīng)用，導致在減少化肥投入量的情況下，很難通過提高土壤肥力實現(xiàn)玉米營養(yǎng)需求量的平衡與高產(chǎn)目標。

3" 興仁市實施玉米化肥減量高產(chǎn)技術(shù)策略的建議

3.1" 應(yīng)用測土配方技術(shù)以精確調(diào)控化肥施用量

為科學合理確定化肥施用量，建議在興仁市玉米主產(chǎn)區(qū)廣泛開展土壤營養(yǎng)狀態(tài)檢測與配方施肥技術(shù)服務(wù)。具體來說，在每一種植季開始前，采用“S”形線路采樣方法，選擇具有代表性的多個田塊，每667 m2提取一個對角線組成的混合土壤樣本，用于測定土壤pH值、有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀、速效硫、速效鈣鎂及微量元素等指標。建立土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)庫，運用相關(guān)模型計算每個樣本點對應(yīng)的經(jīng)濟化肥投入量。

在此基礎(chǔ)上，使用γ射線掃描儀、可見近紅外光譜儀等精準測土設(shè)備，繪制細分到1︰10 000比例尺的土壤養(yǎng)分空間分布圖。根據(jù)土壤類型、地形位置特征，合理劃分土壤管理單元，制定差異化、分散化的配方施肥方案。在施肥操作上，利用衛(wèi)星導航定位、可變速控制技術(shù)，實現(xiàn)同一土塊內(nèi)不同細分區(qū)域的可變率施肥，顯著提高化肥時空效益。

3.2" 篩選和推廣高效利用化肥的玉米新品種

為提高玉米化肥利用效率，需要從品種營養(yǎng)吸收特性著手，大力篩選和示范高效玉米新品種。首先，組織開展系統(tǒng)的雜交組合評價，測定不同材料在常規(guī)化肥條件下的產(chǎn)量表現(xiàn)和肥料收獲指數(shù)。同時，開展盆栽試驗直接評價其根系形態(tài)指標，如根系生物量、根長密度等。選擇根系發(fā)達、抗逆性強、產(chǎn)量高的材料制作不同類型的新雜交組合進行區(qū)域試驗。

在新雜交組合的選育過程中，要充分運用分子標記技術(shù)輔助選擇。在玉米品種的根發(fā)育和營養(yǎng)吸收過程中，Pht1等基因家族起主要調(diào)控作用。通過關(guān)聯(lián)分析和QTL定位，可以明確這些基因位點與根發(fā)達性狀的關(guān)聯(lián)效應(yīng)，然后利用這些位點設(shè)計分子標記，在選育和雜交的各代篩選中標出理想基因型，最終獲得根系生物量大、分布廣、化肥響應(yīng)度高的玉米材料。此外，充分利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)也可以快速獲得高肥效品種。例如導入過表達解磷菌脂肪酶基因，或者雙重過表達類型青銅蛋白基因的轉(zhuǎn)基因玉米，其化肥利用效率可以比常規(guī)雜交種提高15%以上。除雜交優(yōu)勢利用外，興仁市還應(yīng)大力推廣參與雜交的優(yōu)質(zhì)高效親本系列化肥的利用特性。例如選用高吸收高利用能力親本材料，在主產(chǎn)區(qū)發(fā)揮其雜種優(yōu)勢，通過雜種利用改善土壤肥效退化狀況。

3.3" 實行精細化、差異化施肥技術(shù)及管理策略

為實現(xiàn)精準高效的化肥管理，建議興仁市玉米產(chǎn)區(qū)廣泛推廣精細化差異化的新型施肥技術(shù)體系。充分利用互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字化管理平臺，建立詳細的土壤分析圖和作物生育信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的動態(tài)更新和精細化監(jiān)測。同時，利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)配合可變施肥機械裝備，進行差異化施肥操作。

更為重要的是要深入研究不同成分肥料的高效利用技術(shù)，制定科學的施肥程序。例如在基肥期減少過多易流失的速效氮肥投入，而采用包膜控釋尿素增加氮肥的穩(wěn)定性；葉面噴施磷肥和葉綠素，提高其吸收效率；開展水肥一體化灌施，將水溶性復(fù)合肥料通過管道直達玉米根系，減少養(yǎng)分在土壤中的轉(zhuǎn)化損耗，促進吸收。此外，還需要建立完善的肥料輔助劑應(yīng)用體系，選擇高效的腐熟劑、抗硝化抑制劑和保水調(diào)控劑，提高肥料轉(zhuǎn)化效率并減緩其在土壤中的流失。這種信息化精準施加與肥料高效化利用技術(shù)的有機整合，實現(xiàn)了對土壤養(yǎng)分狀態(tài)和作物需求的精準供給，顯著降低了養(yǎng)分浪費損失對環(huán)境的污染風險，極大提升了作物增產(chǎn)潛能。

3.4" 構(gòu)建整合減量化肥與高產(chǎn)栽培技術(shù)的綜合體系

為確保化肥減量過程中玉米增產(chǎn)水平不降低，必須重新設(shè)計和優(yōu)化現(xiàn)有的高產(chǎn)栽培技術(shù)體系，實現(xiàn)營養(yǎng)供給的多元化。1）大力發(fā)展綠色有機肥替代部分化肥投入，同時利用專用微生物菌劑提高化肥肥效。例如丙酮桿菌、根瘤菌等固氮菌肥，不僅提供氮素營養(yǎng)，也能分泌生長素促進根系和地上部分生長；還可以選擇已知的低磷誘導根際微生物，啟動土壤中磷素的高效轉(zhuǎn)化和釋放。2）在育苗和返青期通過葉面噴施微量元素肥料，彌補化肥減量造成的營養(yǎng)缺口。目前主流高產(chǎn)種植體系沒有涵蓋微量元素的補充，這些必要的強化措施將會對作物的產(chǎn)量性狀產(chǎn)生顯著增效作用。3）要加強肥料以外的土壤調(diào)理技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用，選擇高效的土壤結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑，通過改善土壤理化性質(zhì)促進根系生長，提高養(yǎng)分吸收利用率。4）完善現(xiàn)有灌溉模式，推行水肥一體化技術(shù)，讓營養(yǎng)成分隨水直接到達根系表面，減少傳統(tǒng)肥料在土壤中的轉(zhuǎn)化損失。這種整合不同類型營養(yǎng)供給技術(shù)的協(xié)同高效系統(tǒng)，能在減少對單一化肥依賴的基礎(chǔ)上，準確滿足作物生長對養(yǎng)分的需求，保障玉米高產(chǎn)高效栽培目標的實現(xiàn)。與此同時，也為減少面源污染和推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了可靠途徑。

4" 結(jié)語

通過對興仁市玉米化肥利用現(xiàn)狀和增產(chǎn)障礙因素的分析，發(fā)現(xiàn)長期過量依賴化肥投入的傳統(tǒng)施肥模式已難以為繼。必須從調(diào)整優(yōu)化品種結(jié)構(gòu)、運用精準高效施肥技術(shù)和構(gòu)建綜合營養(yǎng)供給體系等方面著手，實現(xiàn)化肥減量與高產(chǎn)增效的雙豐收，這不僅能切實維護區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，也為玉米產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。當然這需要政府部門加大技術(shù)研發(fā)與推廣力度，需要農(nóng)技人員改進服務(wù)理念，也需要廣大玉米種植戶的理性采納應(yīng)用。只有多方協(xié)同，堅持問題導向和技術(shù)創(chuàng)新，才能推進興仁市乃至更廣區(qū)域玉米種植的綠色轉(zhuǎn)型。

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（責任編輯：敬廷桃）