水稻化肥減量增效技術集成與推廣研究

摘 要：為探索水稻化肥減量增效技術，本文根據水稻肥情與地力劃分施肥區，根據目標產量法，進行3414多點試驗，得出水稻氮磷鉀最佳用量及配方。同時運用麥秸機械化全量還田技術等，多部門協作，創新推廣方法，配合典型示范等措施，應用于生產實踐中，取得了較為顯著的經濟、生態和社會效益。

關鍵詞：水稻;化肥減量;效益

江蘇省如東縣地處長江三角洲北翼的陸地地貌典型的濱海平原，主要土壤類型是典型的夾沙土，水稻是項目區（豐利鎮、岔河鎮、栟茶鎮、長沙鎮）傳統種植的主要糧食作物之一，常年種植面積1.6萬hm2左右。1984年，如東縣就在省內較早地開始了以缺素補素為主的水稻配方施肥技術試驗及示范推廣，對當時傳統的憑經驗施肥的習慣進行了重大變革，施用有機肥和增磷補鉀技術得到了普遍應用，但化肥用量隨之增大，肥料利用率隨之下降。再加上當時土肥技術社會化服務體系單一，農技部門配方不供肥，農資部門不按配方供肥，技物不配套，水稻配方施肥技術缺乏量化指標和操作規范指導，尤以農民為追求高產盲目增施化肥的現象突出，導致水稻產量徘徊不穩、品質下降、肥料利用率低，不僅損失嚴重，而且導致土壤板結、土壤耕作層變淺、有效土層變薄，還污染了環境，原有的技術已遠不適應糧食作物品種、產量水平、栽培方式的變化及優質高效的現代生產要求。控制化肥用量、提高肥料利用率、實現水稻增產提質已成為生產上亟待解決的問題。因此，筆者于2011年開始進行水稻化肥減量增效技術研究與應用，2013年開始依托省級測土配方施肥補貼項目的支撐，在項目區推廣應用水稻化肥減量增效技術，取得了明顯的經濟、生態、社會效益。

一、研究方法

根據項目區土壤供肥特點和水稻需肥特性，遵循全面實現高產、優質、高效及科技創新的指導思想，堅持走調查研究、試驗示范和全面推廣的技術路線，在項目區（豐利鎮、岔河鎮、栟茶鎮、長沙鎮）面積占87.1%以上、主要土壤類型為夾沙土的地塊對水稻化肥減量增效技術進行了研究，于2013—2017年在項目區大面積推廣應用，取得了顯著的經濟、生態和社會效益[1]。

二、研究內容

（一）根據肥情與地力監測劃定施肥分區

根據1997、2002、2007、2012年如東縣4次地力調查結果顯示，耕層土壤有機質質量分數和全氮質量分數密切相關。如夾沙土，沿海農區水旱輪作土壤有機質質量分數13.50 g/kg，全氮質量分數0.83 g/kg;稻麥棉復種輪作土壤有機質質量分數高，全氮質量分數也比較高，其耕層土壤有機質質量分數高達19.30 g/kg，全氮質量分數為1.60 g/kg。經統計分析，耕層土壤有機質質量分數和全氮質量分數呈直線正相關，相關系數R=0.984 2**（極顯著）。兩者互變關系可用直線方程y=0.004+0.052x表示。土壤全氮與土壤有效氮呈正相關，土壤肥力與土壤有機質質量分數呈正相關，因而土壤肥力與土壤全氮質量分數呈正相關（見表1）[2]。

根據1997—2012年全項目區每年16戶定點肥情調查的施肥動態（見表2），查找土壤全氮質量分數、農戶施肥與水稻產量之間的關系，結果表明：無論哪種類型的土壤，科學施肥均能有效提高作物產量，但作物產量主要來自于土地生產力即土壤供氮能力，地力水平高，土壤全氮含量高，生產潛力大，產量也高。地力基礎產量一般占施肥產量的50%～70%，各種作物在不同年際間所占的比例均表現為一致，但不同作物地力基礎產量有一定的差異（見表2）。水稻地力基礎產量為334 kg/667 m2，施肥區產量為529 kg/667 m2，肥料投入產量為195 kg/667 m2，土地生產力63.1%。可見作物生產主要依賴地力，同時也依靠施肥來提高產量。實踐表明，在所有肥料因素中，氮肥的施用對糧食作物產量和品質的影響占主導作用，與磷鉀的配比合理，產量潛力會得到進一步發揮，品質也會得到相應提高[3]。將田塊按土壤耕層全氮質量分數和常年產量水平劃分為高肥力（土壤全氮質量分數1.5～2.0 g/kg、水稻產量≥600 kg/667 m2）、中肥力（土壤全氮質量分數1.0～1.5 g/kg、水稻產量500～600 kg/667 m2）和低肥力（土壤全氮質量分數<1.0 g/kg、水稻產量≤500 kg/667 m2）3個施肥分區。

（二）根據施肥分區進行試驗研究、示范和推廣應用

在水稻化肥減量增效技術研究前的施肥結構調查中，發現水稻生產中氮施用量過多，磷鉀施用不足。據此，根據目標產量法，針對高、中、低不同肥力水平的夾沙土，設氮磷鉀3個因素，每因素設4個水平，其中2水平為項目區多年試驗及調查研究得出的不同肥力水平土壤的最佳施肥量，采用最優回歸設計成14個處理，進行3414多點試驗，將獲得的數據按肥力水平進行分類統計分析，取得水稻產量與氮磷鉀之間的效應方程以及水稻獲得最佳經濟產量時的氮磷鉀最佳用量及配比。同時，根據Stanford方程提出不同土壤肥力水平水稻不同目標產量的化肥減量增效及其運籌技術，進行減量增效區與常規施肥區的多點對比試驗，測定其籽粒與植株的含氮量及其籽粒品質，計算氮肥利用率。在此基礎上提出不同肥力水平水稻的精確施氮模式，并建立減量增效示范方，然后將水稻化肥減量增效技術通過示范輻射全面應用于生產實踐中，取得了較為顯著的經濟、生態和社會效益[4]。

三、試驗技術

（一）調查項目實施前的施肥結構

據對1993—2012年項目區各個肥情點541.67 hm2（其中豐利鎮146.67 hm2、岔河鎮173.33 hm2、栟茶鎮133.33 hm2、長沙鎮88.33 hm2）水稻施肥情況的調查發現，水稻產量在600 kg/667 m2以上的高產田，667 m2施肥量為氮（N）為21.2 kg，磷（P2O5）為2.8 kg，鉀（K2O）為3.4 kg，N∶P2O5∶K2O為1.00∶0.13∶0.16;水稻產量為500～600 kg/667 m2的中產田，平均667 m2施肥量為氮（N）為23.3 kg，磷（P2O5）為2.7 kg，鉀（K2O）為2.9 kg，N∶P2O5∶K2O為1.00∶0.12∶0.12;水稻產量為500 kg/667 m2以下的低產田，平均667 m2施肥量為氮（N）為24.5 kg，磷（P2O5）為2.5 kg，鉀（K2O）為2.9 kg，N∶P2O5∶K2O為1.00∶0.10∶0.12。加權平均667 m2施肥量為氮（N）23.0 kg、磷（P2O5）2.7 kg、鉀（K2O）3.0 kg，N∶P2O5∶K2O為1.00∶0.12∶0.13（見表3）[5]。

對施氮水平進行分類統計（見表4），當水稻化肥施氮量在15～20 kg/667 m2時，隨著施氮量的增加，產量逐漸提高;施氮量在20～25 kg/667 m2時，增產不明顯;少于15 kg/667 m2則用氮不足，大于25 kg/667 m2則用氮過量，產量隨氮的增加而下降。特別是低產田塊，最高施氮量達到了32.3 kg/667 m2，造成了氮肥的嚴重浪費。施氮偏高，氮肥利用率僅為26.3%，磷偏低，鉀用量嚴重不足。有機氮的用量占總氮量的23.7%，基本合理。調查發現不同的施氮量與不同的施肥結構，水稻667 m2產量都不相同，加權平均最低產量為478.0 kg/667 m2，最高產量為603.8 kg/667 m2，平均產量為579.2 kg/667 m2。在保證氮肥用量的前提下，水稻產量隨著施鉀量的增加而顯著增產。但水稻應用鉀肥面積較小，在調查中有25.3%的農戶不施鉀肥，在某些地區水稻因缺鉀引起的生理性病害時有發生，在一定程度上影響了水稻產量的提高和品質的提升[6]。

（二）主要技術

水稻化肥減量增效技術以“以土定產、以產定肥、缺啥補啥、有機無機相結合、氮磷鉀平衡施肥”為原則。

1.試驗研究

針對水稻化肥減量增效技術實施前施肥結構中存在的氮用量過多、氮肥利用率低和磷鉀用量不足，已影響了水稻產量和品質提高的問題，筆者開展了氮磷鉀最佳用量配比及精確施氮和常規施肥的對比試驗[7]。

氮磷鉀最佳用量配比和精確施氮試驗田塊土壤類型均為夾沙土，土壤耕層（0～20 cm）養分含量：高肥力田塊，全氮質量分數1.5～1.8 g/kg，有效磷質量分數12～15 mg/kg，速效鉀質量分數85～106 mg/kg;中肥力田塊，全氮質量分數1.2～1.4 g/kg，有效磷質量分數10～14 mg/kg，速效鉀質量分數80～94 mg/kg;低肥力田塊，土壤耕層全氮質量分數0.6～1.1 g/kg，有效磷質量分數10～13 mg/kg，速效鉀質量分數80～102 mg/kg。

（1）氮磷鉀最佳用量配比試驗

試驗設氮、磷、鉀3個因素，每個因素設4個水平，共14個處理。4個水平：0水平指不施肥，2水平指依據項目區肥情調查得出的數據與多年試驗結果計算得出的目標產量下的最佳施肥量，1水平=2水平×0.5，3水平=2水平×1.5（該水平為過量施肥水平）。各處理隨機排列，不設重復，每小區面積為10 m2，長寬比為3∶1（見表5）。

水稻高、中、低肥力夾沙土目標產量650 kg/667 m2最佳施氮量（純N）分別為15.5、18.5、21.0 kg/667 m2，最佳施磷量（P2O5）分別為3.6、4.2、4.8 kg/667 m2，最佳施鉀量（K2O）分別為7.5、9.0、10.5 kg/667 m2。肥料運籌為磷、鉀肥均作基肥一次性施入。對于氮肥，高肥力田塊基蘗肥∶穗肥為5∶5，中肥力田塊基蘗肥∶穗肥為5.5∶4.5，低肥力田塊基蘗肥∶穗肥為6∶4。穗肥中促花肥∶保花肥為7∶3。分別在豐利、岔河、栟茶3個鎮選擇了高、中、低肥力各1個田塊進行了肥料用量最佳配比試驗9點次。

由各點肥料用量最佳配比試驗結果匯總得出高、中、低3種肥力土壤水稻產量與施肥之間的效應函數，以及不同肥力土壤水稻可獲得的最佳經濟產量所需要的氮磷鉀最佳用量。氮磷鉀最佳用量配比下的水稻產量如表6所示。

高肥力田塊水稻：Y=448.488 6+15.368 1N+13.279 1P+9.380 0K+0.995 4NP+0.996 4NK-1.777 9PK-0.832 4N2-0.431 6P2-0.517 7K2（R=0.997 5**），當667 m2施N 17.9 kg、P2O5 2.8 kg、K2O 7.5 kg，三要素比例為1.00∶0.16∶0.42時，最佳經濟產量為679.1 kg/667 m2。

中肥力田塊水稻：Y=405.582 2+15.748 4N+11.729 2P+8.309 0K+0.637 2NP+0.573 9NK-0.440 7PK-0.561 3N2-1.114 9P2-0.758 9K2（R=0.994 0**），當667 m2施N 20.4 kg、P2O5 3.2 kg、K2O 7.4 kg，三要素比例為1.00∶0.16∶0.36時，最佳經濟產量為657.1 kg/667 m2。

低肥力田塊水稻：Y=369.106 2+13.385 9N+24.953 7P+9.097 4K+0.667 7NP+0.578 7NK-2.989 3PK-0.526 7N2-0.617 9P2-0.342 5K2（R=0.996 3**）。當667 m2施N 21.1 kg、P2O5 3.5 kg、K2O 10.2 kg，三要素比例為1.00∶0.16∶0.48時，最佳經濟產量為618.2 kg/667 m2。

（2）水稻化肥減量增效技術試驗

化肥減量增效試驗設3個處理，即無氮對照（33.335 m2）、精確施氮（66.667 m2）和常規施肥（>333.335 m2）。

根據Stanford方程計算高、中、低肥力土壤目標產量650 kg/667 m2對應的施氮量分別為15.5、18.5、21.0 kg/667 m2。

磷、鉀統一為P2O5 4.2 kg/667 m2、K2O"9.0 kg/667 m2。2 a在豐利鎮、岔河鎮2個鎮分別選取了高、中、低肥力各1個田塊進行了精確施氮試驗，共試驗6點次。水稻精確施氮分別與水稻肥料最佳用量配比試驗運籌相同[8]。

6個點次的水稻精確施氮試驗結果表明（見表7），精確施氮比常規施肥節氮5.1～16.1 kg/667 m2，增產8.2～68.0 kg/667 m2，增長率為1.5%～12.2%。其中高肥力水平增產35.5 kg/667 m2，增長率5.3%，節氮6.1 kg/667 m2，氮肥利用率提高了6.8個百分點，凈增經濟效益52.33元;中肥力水平增產24.2 kg/667 m2，增長率3.9%，節氮7.0 kg/667 m2，氮肥利用率提高了10.8個百分點，凈增經濟效益37.1元;低肥力水平增產23.8 kg/667 m2，增長率3.9%，節氮5.8 kg/667 m2，氮肥利用率提高了11.8個百分點，凈增經濟效益43.3元。以高肥力水平產量增加幅度最大，低肥力水平的氮肥利用率提高幅度最大，比常規施肥提高了11.8個百分點。無論哪種肥力水平，精確施氮由于平衡施肥，水稻養分吸收比例協調，因而其出糙率、整精米率、直鏈淀粉等品質指標明顯優于常規施肥（見表8）。由此可見，精確施氮技術對提高水稻產量和品質以及氮肥利用率具有較明顯的作用，不僅節約了肥料資源，而且明顯提高了經濟效益。

2.建立不同施肥分區的施肥模式

根據試驗結果及生產實際，利用高、中、低肥力夾沙土上水稻的100 kg籽粒吸氮量，根據Stanford公式氮用量（kg/667 m2）=（目標產量-基礎產量）×100 kg籽粒吸氮量/肥料當季利用率/100，計算出項目區不同肥力夾沙土上種植早熟晚粳水稻化肥減量增效技術。再根據氮與磷鉀的最佳配比，計算出磷鉀的相應用量，從而得出不同肥力水平的施肥模式（見表9）。根據施肥模式印發了施肥建議卡，進一步明確施肥品種、數量、運籌和注意事項等，共印發5萬份到農戶手中。

3.建立麥秸還田機械化全量還田的技術流程

（1）機械收割、秸稈切碎并拋撒

在機械收割小麥時，用半喂入式聯合收割機（久保田、洋馬等機型）收割，留茬高度10～15 cm，應安裝秸稈切碎效果較好的裝置，調整切碎機的切草刀片間距并開啟秸稈切碎裝置，將小麥秸稈切成5～10 cm的小段，均勻撒于田間[9]。

（2）施足基肥，上水泡田

秸稈分解初期由于微生物爭氮，會降低土壤中氮含量，在放水泡田前應補施一定量的氮肥，按100 kg秸稈增施1.0 kg純氮（尿素約2.3 kg），同時補足磷、鉀肥。施基肥后放水泡田，浸泡時間以泡軟秸稈、泡透耕作層為度。一般浸泡24～36 h使秸稈軟化。

（3）機械旋耕還田

選擇與中型拖拉機相配套的高效低耗秸稈還田機械。旋耕深度要求達到15 cm以上。據試驗研究，旋耕深度在10 cm的田塊與旋耕深度15 cm的田塊試驗對比，埋秸率由65%提高至85%。新型機械正旋埋草、帶水旋耕，有利于提高機械作業效率和埋草效率。同時，帶水旋耕減輕了機械負荷和動力消耗，特別是提高了旋耕埋草田面的平整度，旋耕一次能實現埋草和平整田地兩項操作。作業時采取2遍作業，第一遍是整體旋耕還田，避免漏耕，可以適當重耕，以提高埋草效果;第二遍采用找平，并適當提高作業速度。旋耕后田面露草量以豎立的碎草在10～12根/m2為宜。

4.統一供應配方肥

為確保水稻化肥減量增效技術全面到位，特別提供了40%復合肥和30%復合肥的配方，40%復合肥配方為14-16-10、18-12-10，30%復合肥配方為15-9-6、15-10-5、12-8-10、12-10-8。通過科普宣傳周、鎮村廣播、現場會等技術平臺對配方肥的施用技術進行大力宣傳，通過農資點及其指定供應點將配方肥銷售到戶，做到技物同時到田頭、戶頭。

5.增施有機肥

根據多年試驗結果，地力基礎產量隨有機質上升而增加，呈極顯著正相關，相關系數R=0.960 6**，兩者互變關系可用y=29.93+7.79x表示，表明地力基礎產量與土壤的有機質質量分數密切相關。主要以秸稈還田和施用人畜禽糞肥500～600 kg/667 m2或商品有機肥500～600 kg/667 m2來增加土壤有機質投入，培肥地力，改善土層結構[10]。

6.合理配施微量元素肥料

為了充分發揮水稻化肥減量增效技術在水稻上的應用效果，根據土壤養分檢測參數的豐缺，補充對禾本科作物較為敏感的鋅元素，配施鋅肥1～2 kg/667 m2。

四、應用效果

根據2013—2017年推廣項目區內4個鎮隨機調查80個農戶水稻化肥減量增效技術應用情況表明，控氮、穩磷、補鉀水稻在生長發育過程中有了合理的群體結構，群體與個體協調生長，有效降低了病蟲危害，增強了水稻的抗逆性。水稻實施技術田塊平均667 m2施N 19.6 kg、P2O5 4.0 kg、K2O 8.4 kg，667 m2節氮5.4 kg、增磷1.1 kg、增鉀2.9 kg，氮肥利用率由原來的26.3%提高至現在的34.6%，提高了8.3個百分點，實施技術田塊比常規施肥田塊667 m2加權平均增產30.02 kg，平均產量610.88 kg/667 m2，增長率達5.2%。推廣應用水稻化肥減量增效技術不僅提高了水稻產量，而且大大提高了水稻氮肥利用率和籽粒品質，節支增收效果顯著。據統計，截至2017年，水稻化肥減量增效技術應用面積占種植面積7.86萬hm2的87.1%，其中近兩年豐利鎮的推廣覆蓋率在95%以上。2013—2017年技術的應用覆蓋率逐年提高，2013年應用面積達1.148萬hm2，覆蓋率達73.1%;2014年應用面積達1.273萬hm2，覆蓋率達81.0%;2015年應用面積達1.398萬hm2，覆蓋率達88.9%;2016年應用面積達1.495萬hm2，覆蓋率達95.1%;2017年應用面積達1.534萬hm2，覆蓋率達97.6%。5 a累計減少肥料用量（折純）2 290.87 t，節約肥本748.90萬元，增加糧食產量30 839.55 t，增加稻谷產值9 251.86萬元，凈增效益10 000.76萬元（見表10～15）。

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