水旱輪作體系養分管理研究進展

石子建，李建輝

（衢州市農業科學研究院，浙江衢州 324000）

水旱輪作體系養分管理研究進展

石子建，李建輝?

（衢州市農業科學研究院，浙江衢州 324000）

水旱輪作是我國南方普遍采取的一種稻田耕作制度。通過分析水旱輪作種植模式下的氮磷鉀肥管理現狀，結合秸稈還田對農田理化性質及肥力的影響，提出秸稈還田配施無機肥的建議，以實現養分資源的高效利用和生態環境的可持續發展。

水旱輪作；養分管理；秸稈還田；無機肥

輪作栽培模式即在同一塊地里，按季節有序地輪換種植不同作物的種植方式［1］。水旱輪作是我國南方普遍采取的一種稻田耕作制度，主要包括水稻?小麥、水稻?綠肥、水稻?蔬菜、水稻?馬鈴薯、水稻?油菜、水稻?棉花、水稻?煙草、水稻?甘蔗、水稻?飼料等種植方式，其中以水稻?小麥輪作種植面積最大［2］。水旱輪作對于增加糧食產量、緩解人口壓力、保障我國的糧食安全具有十分重要的戰略意義。對于水旱輪作而言，施肥是保證其生產力可持續的不可或缺的環節。已有的研究表明，不施肥或施肥不合理不僅不會使產量增加，還會造成肥料浪費和環境污染，如稻麥輪作體系中小麥對氮、磷、鉀肥的利用率分別為27.8%，38.9%和22.9%；水稻對氮、磷、鉀肥的利用率分別為35.8%，26.8%和41.8%［3］。養分精準管理技術的引進，對促進水旱輪作可持續發展、維持較高的地力水平、緩解因施肥導致的地下水污染、水體富營養化等環境問題都有重要的意義。

1 水旱輪作體系中的精準施肥

1.1 氮肥管理

氮素是水稻生產的主要養分限制因子之一。目前我國水稻生產中氮肥施用量比世界平均水平高出約75%，單季平均施氮量（純N，下同）為180 kg·hm－2，而在高產田塊中，水稻氮肥施用量甚至高達300～450 kg·hm－2，而水稻氮肥吸收利用率僅為30%～35%［4］。氮肥的使用量過多，不僅會造成氮素資源的浪費，同時會進入大氣和水體對生態環境造成直接破壞［5］。

王秀斌等［6］研究表明低產田、中產田和高產田（雙季水稻年產量分別為＜6 750，6 750～8 250，＞8 250 kg·hm－2）分別在施氮量為120，180和240 kg·hm－2的情況下取得高產，氮肥的貢獻率達到最高，氮肥貢獻率和氮肥吸收利用率均為低產田＞中產田＞高產田。在太湖地區的稻麥輪作體系中，水稻季的施氮量為210～225 kg· hm－2，小麥季施氮量為169～225 kg·hm－2時，產量和氮肥利用效率的綜合效應達到最佳，而當地農民習慣施氮量則高達550～650 kg·hm－2［7－8］。

張福鎖等［9］調查的4 218塊水稻，氮肥施用量為（209±140）kg·hm－2。對于水稻目前的產量水平來說，推薦施氮量為150～250 kg·hm－2較為合理，若以小于150 kg·hm－2為不足，大于250 kg· hm－2為過量，則施氮不足、合理和過量田塊分別占總調查田塊的1／3左右。葉靜等［10］在浙江省平湖市廣陳鎮的試驗表明，農戶常規施肥的氮肥施用量較高，一般為240 kg·hm－2，往往造成水稻貪青晚熟。在推薦施肥量中，減少氮肥施用量，增加磷鉀肥施用量，可增產節肥，增加收入。

不同地區甚至不同地塊間土壤的氮素含量差異很大，供氮能力也有很大區別。可通過作物診斷迅速確定作物的氮營養狀況，并決定是否施氮。范明生［11］建議應用ISPAD儀或硝酸鹽反射儀作為作物是否缺氮的診斷工具，以做出相應的施肥決策。但是目前推廣難度較大，浙江地區水稻種植以小地塊分散經營為主，采用“一炮轟”的施肥方式，為氮肥的管理帶來很大不便。建議采用以推薦施肥為主，以具體田塊進行微調為輔的施肥原則。

1.2 磷肥管理

不同于氮肥的易揮發和易淋溶，磷在土壤中易被固定，當季施用的磷肥至少有75%以上以固定態或有效態等形式殘留在土壤中，雖然當季利用率不高但后效期長達至少12年［12］。無機磷酸鹽在土壤溶液中濃度相當低，磷酸離子可以被吸附到帶正電荷的礦物質上，如鐵和鋁氧化物。通過吸附／解吸和沉淀／溶解平衡控制了磷在土壤溶液中的濃度，并且影響磷的化學遷移和生物利用效率［13］。據Darilek等［14］報道，土壤長期處于淹水狀態時，只有Fe／Al?P增加。Turner等［15］發現土壤的干濕交替過程可提高磷的溶解性，由于干濕交替可以殺死70%的微生物，而微生物量磷是可溶性磷的重要來源。如果迅速風干，微生物細胞會損傷，發生質壁分離或死亡，這一過程伴隨著磷的釋放。

在水旱輪作的種植模式下，可適當減少水稻季磷的施用來充分挖掘土壤磷的潛力；在旱季作物上則應適當增加磷肥的用量以滿足作物需求和節約成本。Yadvinder［16］的研究表明，為獲得穩定的作物產量，稻麥系統總的磷（P2O5，下同）投入量為40～50 kg·hm－2，在小麥季，磷的投入至少為26 kg·hm－2，而水稻季磷的用量約15～25 kg· hm－2。不施磷處理，經過3個稻麥輪作周期后，磷素虧缺144.73～145.22 kg·hm－2，隨著施磷量的增加，土壤速效磷呈明顯遞增趨勢，高肥力土壤中小麥?水稻輪作施用磷45 kg·hm－2就可以維持土壤速效磷平衡［17］。卜容燕等［18］研究表明在水稻?油菜體系中，在水稻季施用磷60 kg·hm－2同樣可以保證產量和經濟效益，因此提出在“重旱輕水”的磷肥策略下，也要考慮水稻季磷肥投入。

磷肥施入土壤后易被土壤中的礦物固定，殘效期長，短期內不施磷可能不會造成作物減產，但必然導致土壤中的磷肥力降低，因此施用磷肥應兼顧當前的產量和長遠的環境效益。

1.3 鉀肥管理

土壤是一個鉀庫，鉀的形態可以分為水溶態、交換態、非交換態和礦物鉀；以其對生物的有效性，水溶性鉀和交換性鉀被看作是速效鉀，非交換性鉀被看作緩效鉀，礦物鉀被看作無效鉀；各種形態鉀之間處于一個相互轉化的動態平衡體系中［19］。在水旱輪作種植條件下會增加土壤中鉀的淋洗，在淹水條件下，因為土壤中的Fe2＋，Mn2＋等陽離子的增加，能夠置換出土壤膠體吸附的更多K＋［20］。植物對鉀的需要量很高，一般情況下植物吸鉀量會超過吸磷量，與吸氮量相近［21］。隨著雜交水稻的推廣，作物產量的增加，以及糞便、秸稈等有機肥施用量的減少，使得目前鉀肥的投入遠不能維持鉀素平衡，農田鉀素虧缺已成為農業生產持續發展的限制因子之一［22］。

大量試驗和調查結果［23］顯示，太湖地區農田、浙江杭嘉湖平原中低產區的鉀素都是虧缺的，年虧缺量（K2O，下同）分別為52.5，30.75 kg· hm－2；在一年兩熟和三熟水旱輪作系統中不施肥的土壤每年鉀素虧缺148.2和182.7 kg·hm－2。盡管鉀肥的施用在一定的條件下緩解了土壤鉀素不足，但在一年兩熟和三熟輪作制中施鉀土壤平均每年仍虧鉀。李繼福等［24］在湖北低鉀田塊（速效鉀含量＜100 mg·kg－2）的試驗表明，即使在秸稈還田條件下，鉀肥用量75 kg·hm－2，雖增產效果顯著，但鉀肥用量仍然不足。范明生等［25］研究表明在稻?麥輪作體系中，優化施鉀（112 kg·hm－2）相對農民習慣施鉀量（78 kg·hm－2）對農田中鉀的負平衡相當，均約虧損182 kg·hm－2。

綜上，在低鉀田塊上的推薦施鉀量70～80 kg· hm－2，并不能滿足農田的鉀平衡的需求，應結合秸稈還田適當增加鉀肥的施用，而在中高鉀田塊上則應當結合秸稈還田適當減少鉀肥的施用［23－25］。

對長江中下游地區水旱輪作高產田（產量13 t· hm－2）N，P2O5和K2O最佳施用量分別約為200，145和250 kg·hm－2，施用比例約為1∶0.72∶1.23［26］。

2 水旱輪作體系中的秸稈還田技術

浙江地區水旱輪作種植體系下每年都要產生大量的農作物秸稈，但由于運費較高和化肥的廣泛使用等原因，農民一般采用直接將秸稈焚燒的做法，這樣就造成了資源浪費和環境污染，不利于土壤的可持續利用［27］。已有的研究表明，秸稈還田對稻麥輪作農田土壤碳庫具有顯著影響，秸稈還田可增加土壤中總有機碳、微生物生物碳、水溶性有機碳和水穩性團聚體有機碳含量，改善土壤性質。通過減小土壤容重，增加耕層土壤通氣孔隙度、總孔隙度、增強土壤保持水分的能力等來改變土壤物理性狀。還可通過釋放氮、磷、鉀以及中微量營養元素被作物吸收利用，來代替部分化肥的使用［27－29］。此外，秸稈還田結合以測定葉片的葉綠素含量為基礎的實地氮肥管理，優化氮肥施用量（200 kg· hm－2）和施用時期，相比農民習慣施肥量（300 kg· hm－2）不僅可增加產量，還可以改善稻米品質，提高氮肥利用效率［30］。同樣，在秸稈還田條件下，在增產的同時，中、高鉀土壤田塊比鉀肥推薦用量分別減少49.1%，20.0%［24］。

對于稻?麥水旱輪作種植體系而言，采用小麥秸稈粉碎直接還田＋水稻秸稈覆蓋還田模式組合，可以增加土壤氮磷鉀養分含量，改善土壤理化性質，是南方地區麥稻水旱輪作制度下較為合理的秸稈還田方式［28］。操作流程為，麥季水稻機械化收獲后稻草直接覆蓋地表，免耕精量播種，施用尿素300 kg·hm－2，60%作為基肥，40%作為返青肥，磷鉀肥作為基肥一次性施用，為減少甲烷產生可配施一定的腐解劑。小麥收獲后，將秸稈直接機械化粉碎后耕翻入土壤。

3 討論

目前，水旱輪作體系中肥料施用不合理的現象較為嚴重，偏施氮肥，而磷、鉀肥的施用量相對較少，氮肥施用時期與作物最大需求時期不匹配等［9－21，23］。據調查，氮肥施用過量、施用合理、施用不足均占1／3，而大部分農戶均在移栽水稻前10 d施用氮肥，這與水稻的需氮規律不相匹配［25］。磷肥施用應“重旱輕水”，充分挖掘作物的根系潛力并充分利用干濕交替過程中磷素的釋放。由于每年秸稈從農田中帶走大部分鉀素，鉀肥投入不足，造成大部分農田均處于鉀素負平衡的狀態。

秸稈還田可以改善土壤理化性質、培肥地力、充分利用秸稈資源、避免因焚燒帶來環境污染，在促進作物增產方面有很多報道，但是在增加土壤中速效磷方面仍然存在爭議［31］。秸稈還田過程中可適當增加前期氮肥的施用，防止微生物與作物競爭氮素的現象，同時運用養分綜合管理技術，可以適當減少氮肥施用總量，調整施用時期，維持或增加產量［25］。應注意相應的鉀肥施用量，利用秸稈還田來增加農田中的鉀素投入，對于緩解秸稈過剩的壓力、維持土壤鉀素平衡具有重要意義，但有些地區土壤中鉀素處于虧缺狀態，即使在秸稈還田的條件下還是要增加鉀肥的施用［24－25］。

水旱輪作體系的精準施肥應該以實現糧食高產、資源高效、環境可持續的目標展開，運用養分綜合管理技術，確定合理的秸稈還田量以及氮磷鉀肥施用量，但最重要的是以“大配方，小調整”為原則做好后續的推廣工作，為水旱輪作更好地發揮穩定國家糧食安全戰略做出貢獻。

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（責任編輯：張才德）

S 511.062

A

0528?9017（2015）11?1819?03

文獻著錄格式：石子建，李建輝.水旱輪作體系養分管理研究進展［J］.浙江農業科學，2015，56（11）：1819－1821，1824.

DOI 10.16178／j.issn.0528?9017.20151136

2015?09?26

浙江省旱作糧油科技創新團隊項目（2011R50026）；衢州市旱作糧油科技創新團隊項目；衢州市科技計劃項目（2013Y022，20132006，2014Y022）

石子建（1991－），男，河北滄州人，碩士研究生，從事根際磷養分研究工作。E?mail：zijiansh＠126.com。

李建輝，博士，從事農業生態學研究工作。E－mail：lijianhui＠yeah.net。