一次性施肥技術實現三大糧食作物輕簡化綠色生產

譚德水，劉兆輝

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一次性施肥技術實現三大糧食作物輕簡化綠色生產

譚德水，劉兆輝

（山東省農業科學院農業資源與環境研究所/農業部廢棄物基質化利用重點實驗室/山東省植物營養與肥料重點實驗室，濟南 250100）

保證糧食增產的同時協同提高養分利用效率和減少環境污染，是21世紀世界農業發展面臨的巨大挑戰[1-2]，也是當前國際農業科學界高度關注的重大科學問題[3]。作為世界上最大的發展中國家，我國用占世界9%的耕地養活了世界上21%的人口[4]，保證糧食安全決定了農業在我國國民經濟中的首要地位。玉米、小麥和水稻三大糧食作物常年的總播種面積和總產量占全部糧食作物的80%和90%以上[5]，在保障我國糧食安全中具有重要的地位和作用。未來農業的可持續生產不僅要保障作物產量，提高養分利用效率，同時還要降低環境負面效應影響和提高產品品質，實現“綠色發展”的目標[3, 6]，施肥在其中扮演著重要的角色。

近20年，我國科研工作者在植物營養學、科學施肥理論與應用技術上取得了很大進展[7-9]，在植物營養生物學、根際營養和養分資源管理等方面的理論創新和實踐應用都已位居世界前列[6]，為保障國家糧食安全和環境安全做出了重要貢獻。然而，由于當前我國社會發展迅速導致農村勞動力由第一產業向第二和第三產業轉移，農業從業人員所占比例已從1980年的68.7%下降到2009年的38.1%[10]。而農業生產中高產高效科學施肥技術的農藝操作環節相對較多，用工增多，有悖于高效輕簡化的農業生產發展趨勢，而受勞動力所限，科學技術難以實現。此外，我國小農戶分散經營的農業生產特點導致傳統科學施肥技術很難在區域尺度上發揮作用[11]。實際上我國糧食生產中過量施肥、不合理施肥的現象仍普遍存在，施肥依然有較大盲目性[12-14]，這不僅造成我國糧食作物的肥料利用率遠低于先進國家水平[15]，而且導致地下水硝酸鹽污染[16]、水體氮磷富營養化[17]和溫室氣體排放增加[18-19]等環境問題加劇，嚴重影響了農業生態環境以及人類健康[20-21]。基于我國農業生產地塊面積小、分散經營的基本國情，費時、耗力的勞動密集型糧食生產方式受到了嚴重限制和前所未有的挑戰，因此，節本、省工、穩產高產、高效、綠色的輕簡化農業生產方式越來越受到重視[10]。一次性施肥狹義來講，是指在作物整個生育期只施用一次肥料的生產技術，該技術既可實現糧食生產的高產高效和節本增收、提高農民種糧積極性，又可節約勞動力、解決第二三產業發展“用工荒”的難題，對促進國民經濟協調發展和有效解決“三農”問題等具有重要的意義，也是當前我國農業勞動力缺乏條件下保障國家糧食安全的迫切需求。

不同于將普通速效肥料底肥一次性施入不再進行追肥的“一炮轟”施肥方式[22]，一次性施肥技術核心是綠色新型肥料產品和機械產品的研發與應用，通過專用機械將作物專用緩控釋肥料一次施用，實現肥料養分釋放與作物生長養分需求的時空匹配。本刊中所述糧食作物一次性施肥技術的主要載體是緩控釋氮肥，如不同包膜型、添加劑型、腐植酸型等。目前國內外關于緩控釋肥的研究工作主要集中在包膜材料的選用、研制與緩控釋機制的研究方面[23-24]，由于成本的限制，較少關注緩控釋肥料在糧食作物上的應用效果。在我國糧食作物生產上，一次性施肥技術存在基礎理論研究薄弱、低成本適宜緩釋肥料產品、配套機械和核心技術缺乏等難題。本專刊刊出的論文以穩產高產、養分高效和生態友好為目標，以省工、節本、減肥為主攻方向，從作物養分需求規律[25-26]、研發篩選專用緩控釋肥[27-28]、一次性施肥關鍵技術[29-31]、養分效率[32-36]、生產效益和環境影響[37-39]等方面，對糧食作物一次性施肥技術進行了系統研究和評價，為三大糧食作物輕簡化和綠色生產提供了技術支撐。

[1] CASSMAN K G. Ecological intensification of cereal production systems: yield potential, soil quality, and precision agriculture., 1999, 96(11): 5952-5959.

[2] TILMAN D, CASSMAN K G, MATSON P A, NAYLOR R, POLASKY S. Agricultural sustainability and intensive production practices., 2002, 418: 671-677.

[3] FOLEY J A, RAMANKUTTY N, BRAUMAN K A, CASSIDY E S, GERBER J S, JOHNSTON M, MUELLER N D, O’CONNELL C, RAY D K, WEST P C, BALZER C, BENNETT E M, CARPENTER S R, HILL J, MONFREDA C, POLASKY S, ROCKSTR?M J, SHEEHAN J, SIEBERT S, TILMAN D, ZAKS D P M. Solutions for a cultivated planet., 2011, 478(7369): 337-342.

[4] IFA. IFA Database. International Fertilizer Industry Association. 2014.

[5] 中華人民共和國國家統計局. 中國統計年鑒. 北京: 中國統計出版社, 2016.

National Bureau of Statistics of the People’s Republic of China.Beijing: China Statistics Press, 2016. (in Chinese)

[6] 袁力行, 申建波, 崔振嶺, 張福鎖. 植物營養學科發展報告. 農學學報, 2018, 8(1): 39-43.

YUAN L X, SHEN J B, CUI Z L, ZHANG F S. Advances and prospects of plant nutrition., 2018, 8(1): 39-43. (in Chinese)

[7] 黃德明. 十年來我國測土施肥的進展. 植物營養與肥料學報, 2003, 9(4): 495-499.

HUANG D M. Soil testing and fertilizer recommendations in China during the past decade., 2003, 9(4): 495-499. (in Chinese)

[8] ZHANG F S, CUI Z L, CHEN X P, JU X T, SHEN J B, CHEN Q, LIU X J, ZHANG W F, MI G H, FAN M S, JIANG R F. Integrated nutrient management for food security and environmental quality in China.2012, 116: 1-40.

[9] 朱兆良, 金繼運. 保障我國糧食安全的肥料問題. 植物營養與肥料學報, 2013, 19(2): 259-273.

ZHU Z L, JIN J Y. Fertilizer use and food security in China., 2013,19(2): 259-273. (in Chinese)

[10] 官春云. 作物輕簡化生產的發展現狀與對策. 湖南農業科學, 2012 (2): 7-10.

GUAN C Y. Development situation and countermeasures of crop light-simplified production., 2012(2): 7-10. (in Chinese)

[11] 王雁峰. 中國主要糧食作物測土配方施肥工程實施效果及優化策略[D]. 北京: 中國農業大學, 2011.

WANG Y F. The effect, problem and strategy about China’s Soil Testing and Fertilizer Recommendation Project on main grain[D]. Beijing: China Agricultural University, 2011. (in Chinese)

[12] 朱兆良. 推薦氮肥適宜施用量的方法論芻議. 植物營養與肥料學報, 2006, 12(1): 1-4.

ZHU Z L. On the methodology of recommendation for the application rate of chemical fertilizer nitrogen to crops., 2006, 12(1): 1-4. (in Chinese)

[13] CHEN X P, CUI Z L. VITOUSEK P M. CASSMAN K G, MATSON P A, BAI J S, MENG Q F, HOU P, YUE S C, R?MHELD V, ZHANG F S. Integrated soil-crop system management for food security., 2011, 108(16): 6399-6404.

[14] ZHANG F S, CHEN XP, VITOUSEK P. An experiment for the world., 2013, 497(7447): 33-35.

[15] 張福鎖, 王激清, 張衛峰, 崔振嶺, 馬文奇, 陳新平, 江榮風. 中國主要糧食作物肥料利用率現狀與提高途徑. 土壤學報, 2008, 45(5): 918-924.

ZHANG F S, WANG J Q, ZHANG W F, CUI Z L, MA W Q, CHEN X P, JIANG R F. Nutrient use efficiencies of major cereal crops in China and measures for improvement., 2008, 45(5): 918-924. (in Chinese)

[16] OITA A, MALIK A, KANEMOTO K, GESCHKE A, NISHIJIMA S, LENZEN M. Substantial nitrogen pollution embedded in international trade., 2016, 9: 111-115.

[17] LIU X J, JU X T, ZHANG Y, HE C E, KOPSCH J, ZHANG F S. Nitrogen deposition in agroecosystems in the Beijing area., 2006, 113(1): 370-377.

[18] CONLEY D J, PAERL H W, HOWARTH R W, BOESCH D F, SEITZINGER S P, HAVENS K E, LANCELOT C, LIKENS G E. Controlling eutrophication: nitrogen and phosphorus., 2009, 323: 1014-1015.

[19] JU X T, KOU C L, ZHANG F S, CHRISTIE P. Nitrogen balance and groundwater nitrate contamination: comparison among three intensive cropping systems on the North China Plain., 2006, 143(1): 117-125.

[20] SUTTON M A, OENEMA O, ERISMAN J W, LEIP A, VAN GRINSVEN H, WINIWARTER W. Too much of a good thing., 2011, 472: 159-161.

[21] GU B J, JU X T, CHANG J, GE Y, VITOUSEK P M. Integrated reactive nitrogen budgets and future trends in China., 2015, 112: 8792-8797.

[22] 高強, 李德忠, 汪娟娟, 白百一, 黃立華. 春玉米一次性施肥效果研究. 玉米科學, 2007, 15(4): 125-128.

GAO Q, LI D Z, WANG J J, BAI B Y, WANG L H. Effects of single fertilization for spring maize., 2007, 15(4): 125-128. (in Chinese)

[23] 景旭東, 林海琳, 閻杰. 新型緩釋/控釋肥包膜材料的研究與展望. 安徽農業科學, 2015, 43(2): 139-141.

JING X D, LIN H L, YAN J. Research and prospect of new type slow/controlled release fertilizer coating materials., 2015, 43(2): 139-141. (in Chinese)

[24] 陳宏坤, 徐廣飛, 高璐陽, 鄭磊, 張素素. 緩控釋肥包膜材料的研究進展. 磷肥與復肥, 2016, 31(12): 19-21.

CHEN H K, XU G F, GAO L Y, ZHENG L, ZHANG S S. Research advances of coated material of slowly controlled release fertilizer., 2016, 31(12):19-21. (in Chinese)

[25] 張青松, 盧殿君, 岳善超, 占愛, 崔振嶺. 華北地區高產冬小麥氮磷鉀養分需求特征. 中國農業科學, 2018, 51(20):3840-3851.

ZHANG Q S, LU D J, YUE S C, ZHAN A, CUI Z L. Characteristics of N, P and K nutrient demand of high-yielding winter wheat in North China Plain.2018, 51(20):3840-3851.

[26] 林海濤, 李彥, 劉兆輝, 沈玉文, 江麗華, 譚德水, 宋效宗, 劉蘋. 水性樹脂包膜尿素氮素釋放與冬小麥氮素吸收匹配特征. 中國農業科學, 2018, 51(20): 3852-3862.

LIN H T, LI Y, LIU Z H, SHEN Y W, JIANG L H, TAN D S, SONG X Z, LIU P. The match of the nitrogen uptake in winter wheat and nitrogen release of water borne resin coated urea.2018, 51(20): 3852-3862.

[27] 吳小賓, 譚德水, 林海濤, 朱國梁, 李子雙, 和愛玲, 郭建華, 劉兆輝. 冬小麥一次性施肥氮肥產品篩選與產量效應. 中國農業科學, 2018, 51(20): 3863-3875.

WU X B, TAN D S, LIN H T, ZHU G L, LI Z S, HE A L, GUO J H, LIU Z H. Yield effect and nitrogen fertilizer screening of one-off application of controlled release fertilizer for winter wheat.2018, 51(20): 3863-3875.

[28] 江麗華, 譚德水, 李子雙, 李宗新, 郭建華, 孫克剛, 李妮, 徐鈺,楊巖, 石璟, 王梅, 劉兆輝. 黃淮海平原夏玉米一次性施肥肥料產品的篩選與產量效應. 中國農業科學, 2018, 51(20): 3876-3886.

JIANG L H, TAN D S, LI Z S, LI Z X, GUO J H, SUN K G, LI N, XU Y, YANG Y, SHI J, WANG M, LIU Z H. Fertilizer product screening and yield response about one-off fertilization on summer maize in Huang-Huai-Hai Plain.2018, 51(20): 3876-3886.

[29] 譚德水, 林海濤, 朱國梁, 李子雙, 郭清福, 吳小賓, 劉兆輝. 黃淮海東部冬小麥一次性施肥的產量效應. 中國農業科學, 2018, 51(20): 3887-3896.

TAN D S, LIN H T, ZHU G L, LI Z S, GUO Q F, WU X B, LIU Z H. Effect of one-off fertilization on winter wheat yield in Huang- Huai-Hai East Region.2018, 51(20):3887-3896.

[30] 劉蘋, 譚德水, 徐鈺, 林海濤, 李彥, 宋效宗, 沈玉文, 劉兆輝. 施肥方法對小麥專用控釋氮肥肥效的影響. 中國農業科學, 2018, 51(20): 3897-3908.

LIU P, TAN D S, XU Y, LIN H T, LI Y, SONG X Z, SHEN Y W, LIU Z H. Effects of fertilization methods of self-made wheat-specific controlled-release nitrogen fertilizer on fertilizer efficiencies.2018, 51(20): 3897-3908.

[31] 楊巖, 譚德水, 江麗華, 郭建華, 孫克剛, 徐鈺, 石璟, 王梅, 劉兆輝. 黃淮海夏玉米一次性施肥技術效應研究. 中國農業科學, 2018, 51(20): 3909-3919.

YANG Y, TAN D S, JIANG L H, GUO J H, SUN K G, XU Y, SHI J, WANG M, LIU Z H. Study on the effects of one-off fertilization of summer maize in Huang-Huai-Hai Region.2018, 51(20): 3909-3919.

[32] 侯云鵬, 李前, 謝佳貴, 孔麗麗, 秦裕波, 于雷, 王立春, 尹彩俠. 不同緩/控釋氮肥對春玉米氮素吸收利用、土壤無機氮變化及氮平衡的影響. 中國農業科學, 2018, 51(20): 3928-3940.

HOU Y P, LI Q, XIE J G, KONG L L, QIN Y B, YU L, WANG L C, YIN C X. Effects of Different slow/controlled release nitrogen fertilizers on spring maize nitrogen uptake and utilization, soil inorganic nitrogen and nitrogen balance.2018, 51(20): 3928-3940.

[33] 尹彩俠, 李前, 孔麗麗, 秦裕波, 王蒙, 于雷, 劉春光, 王立春, 侯云鵬. 控釋氮肥減施對春玉米產量、氮素吸收及轉運的影響. 中國農業科學, 2018, 51(20): 3941-3950.

YIN C X, LI Q, KONG L L, QIN Y B, WANG M, YU L, LIU C G, WANG L C, HOU Y P. Effect of reduced controlled-release nitrogen fertilizer application on yield, nitrogen absorption and transportation of spring maize.2018, 51(20): 3941-3950.

[34] 王強, 姜麗娜, 潘建清, 李建強, 馬軍偉, 葉靜, 鄒平. 緩釋氮肥一次性施肥對單季稻氮素吸收和產量的影響. 中國農業科學, 2018, 51(20): 3951-3960.

WANG Q, JIANG L N, PAN J Q, LI J Q, MA J W, YE J, ZOU P. Yield and nitrogen adsorption of single-cropping rice as influenced by one-off fertilization of slow-released nitrogen fertilizer.2018, 51(20): 3951-3960.

[35] 張木, 唐拴虎, 黃巧義, 逄玉萬, 易瓊, 黃旭, 李蘋, 付弘婷. 緩釋尿素配施普通尿素對雙季稻養分的供應特征. 中國農業科學, 2018, 51(20): 3985-3995.

ZHANG M, TANG S H, HUANG Q Y, PANG Y W, YI Q, HUANG X, LI P, FU H T. The nutrient supply characteristics of co-application of slow-release urea and common urea in double-cropping rice.2018, 51(20): 3985-3995.

[36] 黃巧義, 張木, 黃旭, 唐拴虎, 張發寶, 逄玉萬, 易瓊, 李蘋, 付弘婷. 聚脲甲醛緩釋氮肥一次性基施在雙季稻上的應用效果. 中國農業科學, 2018, 51(20): 3996-4006.

HUANG Q Y, ZHANG M, HUANG X, TANG S H, ZHANG F B, PANG Y W, YI Q, LI P, FU H T. Effect of single basal application of poly urea-formaldehyde fertilizer under reduced n rate on double cropping rice.2018, 51(20): 3996-4006.

[37] 石寧, 李彥, 張英鵬, 羅加法, 仲子文, 孫明, 劉兆輝, 井永蘋, 薄錄吉. 控釋肥對小麥/玉米農田土壤硝態氮累積和遷移的影響. 中國農業科學, 2018, 51(20): 3920-3927.

SHI N, LI Y, ZHANG Y P, LUO J F, ZHONG Z W, SUN M, LIU Z H, JING Y P, BO L J. Effects of the controlled release fertilizer on nitrate accumulation and migration in the soil of wheat-maize rotation system.2018, 51(20): 3920-3927.

[38] 李鵬飛, 李小坤, 侯文峰, 任濤, 叢日環, 杜昌文, 邢烈火, 王少華, 魯劍巍. 應用15N示蹤技術研究控釋尿素在稻田中的去向及利用率. 中國農業科學, 2018, 51(20): 3961-3971.

LI P F, LI X K, HOU W F, REN T, CONG R H, DU C W, X L H, WANG S H, LU J W. Studying the fate and recovery efficiency of controlled release urea in paddy soil using15N tracer technique.2018, 51(20): 3961-3971.

[39] 徐馳, 謝海寬, 丁武漢, 戴震, 張婧, 王立剛, 李虎. 油菜-水稻復種系統一次性施肥對CH4和N2O凈排放的影響. 中國農業科學, 2018, 51(20): 3972-3984.

XU C, XIE H K, DING W H, DAI Z, ZHANG J, WANG L G, LI H. The effects of CH4and N2O net emission under one-off fertilization of rape-paddy replanting system.2018, 51(20): 3972-3984.

（責任編輯 李云霞）

One-off Fertilization Technology Realized Light-Simplified and Green Production for the Three Major Grain Crops

TAN DeShui, LIU ZhaoHui

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.20.001

2018-10-09；

2018-10-15

國家公益性行業（農業）科研專項（201303103）

譚德水，E-mail：tandeshui@163.com