賈 東，徐 漫，韓 雷

（1遼寧省鹽堿地利用研究所，遼寧 盤錦 124010;2大洼縣農(nóng)業(yè)機(jī)械化學(xué)校，遼寧 盤錦 124200；3沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)附屬實(shí)驗(yàn)場，沈陽 110161）

1 氮肥運(yùn)籌研究的目的和意義

氮是作物生長必需的三大元素之一，對(duì)作物生長效果明顯。在稻田生態(tài)系統(tǒng)中，氮素是水稻產(chǎn)量提高的巨大動(dòng)力，對(duì)水稻生產(chǎn)的影響很大，如何合理施用氮肥一直是水稻栽培體系中重要的研究課題。

我國是世界上水稻生產(chǎn)與消費(fèi)的第一大國，種植面積僅次于印度，總產(chǎn)占世界第一，全國有三分之二以上人口以稻米為主食。資料顯示，我國水稻種植面積占世界水稻種植面積的20%，但水稻氮肥用量卻占全球水稻氮肥總用量的37%。隨著耕地面積的減少和人口的不斷增長，我國資源消耗與糧食安全和環(huán)境保護(hù)的矛盾日趨突出，究其原因，這與氮肥的不合理運(yùn)籌和過量施用均有很大的連帶關(guān)系。長期以來，農(nóng)民形成了施肥越多越增產(chǎn)的錯(cuò)誤的傳統(tǒng)觀念，常常施用過量氮肥以期獲得高產(chǎn)，導(dǎo)致集約化農(nóng)作區(qū)的氮肥施用量越來越高，作物施肥量超過作物的吸收量；另一方面，氮肥價(jià)格的相對(duì)偏低也導(dǎo)致了氮肥的過量施用。基于此，我國化肥投入的增加與糧食產(chǎn)出的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界平均水平，成為世界氮肥第一消費(fèi)大國（謝建昌，1998）。

我國肥料利用率低下的主要原因包括：施肥過量；忽視土壤養(yǎng)分資源的利用；作物增產(chǎn)潛力未得到充分挖掘；環(huán)境養(yǎng)分來源多，數(shù)量大等。國內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)如何提高肥料效率進(jìn)行了深入的研究，并且取得了相應(yīng)的研究成果。一般認(rèn)為，氮肥利用率隨著施氮量的增加會(huì)呈現(xiàn)出顯著降低的趨勢(shì)，不合理的氮肥運(yùn)籌方式也會(huì)導(dǎo)致田間生產(chǎn)力和氮肥利用率的降低。因此，合理運(yùn)籌氮肥，在保證一定產(chǎn)量的前提下提高氮肥利用率是科技工作者需要研究的重大課題。

傳統(tǒng)的施肥理念由于偏愛施用氮肥而又缺乏環(huán)境保護(hù)意識(shí)和平衡施肥的技術(shù)，盲目的追求經(jīng)濟(jì)效益而重施氮肥，這不僅造成了作物生產(chǎn)成本的增加、肥料的浪費(fèi)，而且因氨揮發(fā)、地表徑流、排水導(dǎo)致地表水體的富營養(yǎng)化、地下水污染和溫室氣體N2O的排放等一系列的負(fù)面的環(huán)境效應(yīng)。針對(duì)不同施肥方法體系來指導(dǎo)水稻生產(chǎn)，根據(jù)水稻的氮肥適宜施用方法和施用量，建立水稻氮肥高產(chǎn)高效的管理模式，在保證水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的前提下，提高稻米品質(zhì)，降低病蟲害發(fā)生，降低農(nóng)藥等生產(chǎn)資料的投入，減輕因氮肥揮發(fā)和淋失對(duì)環(huán)境造成的威脅，提高氮肥利用率，是目前我國水稻生產(chǎn)上亟需解決的科學(xué)問題，對(duì)于水稻生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展，提高水稻生產(chǎn)的競爭力，保障國家糧食安全具有重要的戰(zhàn)略意義。

2 水稻氮肥施用模式的研究動(dòng)態(tài)

2.1 國內(nèi)外主要氮肥施用方法簡介

2.1.1 深層施肥法 將氮肥施用總量的1/3作為全層肥施入土壤，剩余的2/3肥料量于抽穗前35 d以球肥深施到10～12 cm的土壤中。該法是由日本農(nóng)學(xué)家田中稔提出的，該作者以成穗率84%～95%、結(jié)實(shí)率85%以上作為目標(biāo)，并認(rèn)為當(dāng)成穗率小于80%時(shí)，說明基肥過量；當(dāng)結(jié)實(shí)率小于80%時(shí)，說明追肥過量，此時(shí)應(yīng)對(duì)基肥、追肥數(shù)量及其比例進(jìn)行調(diào)整。

2.1.2 側(cè)深施肥法 該方法是將肥料在水稻插秧的同時(shí)施于秧苗一側(cè)土壤，可以促進(jìn)水稻秧苗的早期生育，因此最適宜在寒地稻作區(qū)應(yīng)用。側(cè)深施肥法能夠確保充足的莖數(shù)，促進(jìn)秧苗前期的營養(yǎng)生長，進(jìn)而解決早期溫度低、冷水灌溉和地涼等所造成的生育早期水稻養(yǎng)分供應(yīng)滯后的問題，在我國東北三省寒地水稻種植區(qū)以及日本寒地稻作區(qū)采用該施肥方法比較多。

2.1.3 前重—中輕—后補(bǔ)施肥法 該施肥法強(qiáng)調(diào)重施基肥（基肥施用量超過總量的80%），少施分蘗肥和酌施粒肥，優(yōu)點(diǎn)是能夠獲得適當(dāng)?shù)乃霐?shù)，從而在后期能爭取到較大的粒重和較多的粒數(shù)。我國東北稻區(qū)于20世紀(jì)80～90年代中期采用這種施肥法較多。但是，此種施肥法容易造成前期生長過旺從而使田間郁蔽，導(dǎo)致較重的病蟲害發(fā)生，因此不利于高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻群體的建立。

2.1.4 前穩(wěn)—中?！蟠偈┓史?這是一種平穩(wěn)促進(jìn)的施肥方法，其優(yōu)點(diǎn)是可以避免引起水稻前期生長過旺和分蘗過剩現(xiàn)象的發(fā)生，防止夠苗期超前，群體長期處于擁擠狀態(tài)，叢間郁蔽，生育環(huán)境惡化。該施肥法可減輕病蟲草害，減少田間農(nóng)藥用量，節(jié)約成本，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境和提高農(nóng)民種稻效益。前穩(wěn)—中?！蟠偈┓史ㄖ饾u被廣泛認(rèn)可，并且已經(jīng)在生產(chǎn)上開始大面積的推廣應(yīng)用，取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2.1.5 前輕—中重—后補(bǔ)施肥法 此種施肥法的操作要點(diǎn)是適量施用基肥和分蘗肥，適當(dāng)施穗肥，從而達(dá)到前期早生穩(wěn)長、中期促進(jìn)生長及后期避免早衰現(xiàn)象的效果。前輕—中重—后補(bǔ)施肥法能夠保證足夠的水稻穗數(shù)，促進(jìn)大穗和提高粒重，在我國南方遲熟中稻和單季晚稻普遍采用這種施肥方法。

2.2 近年來新型施肥技術(shù)簡介

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高產(chǎn)和超高產(chǎn)水稻品種（組合）的推廣，與此相適應(yīng)的施肥技術(shù)也得到了發(fā)展，當(dāng)前國內(nèi)外最新施肥方法有一次性施肥、實(shí)地實(shí)時(shí)施肥管理模式、測(cè)土配方施肥、土壤精準(zhǔn)施肥技術(shù)等。

2.2.1 一次性施肥 水稻一次性施肥 （或稱水稻一次性全層施肥方法）首先在湖南醴陵研制成功，這種施肥方法是一種與水稻一次性專用肥料相結(jié)合的方法。一次性專用肥料是按照不同肥力土壤的供肥特征和水稻高產(chǎn)對(duì)養(yǎng)分的要求，把氮、磷、鉀、微量元素等肥料混配在一起進(jìn)行科學(xué)配方，把水稻一生中需要的全部營養(yǎng)（包括大量營養(yǎng)、中量營養(yǎng)和微量營養(yǎng)）采用造粒技術(shù)，經(jīng)過一定工藝造粒制成作物專用肥。顆粒專用肥中的速效養(yǎng)分被緩釋化，施入稻田后與土壤融合，肥料養(yǎng)分逐步釋放，能滿足水稻各個(gè)生育時(shí)期對(duì)養(yǎng)分的生理需要，促進(jìn)水稻生長發(fā)育，從而達(dá)到省力、節(jié)本、節(jié)肥增效和高產(chǎn)目的，肥料養(yǎng)分利用率明顯。這項(xiàng)技術(shù)不僅適用于水稻，在其他作物上也值得推廣，目前己逐步在棉花、蔬菜上應(yīng)用。這也是我國肥料施用技術(shù)和肥料制作方法上的一次大改革，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

2.2.2 實(shí)地、實(shí)時(shí)施肥管理模式 實(shí)地、實(shí)時(shí)施肥管理模式 （site specific nutrient management，SSNM，and real time N management，RTNM）是在采用計(jì)算機(jī)決策支持系統(tǒng)和葉綠素快速測(cè)定儀（SPAD）或葉色卡（LCC）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。該施肥模式的要點(diǎn)是：依據(jù)土壤養(yǎng)分的有效供給量、水稻產(chǎn)量和稻草對(duì)養(yǎng)分的吸收量以及當(dāng)?shù)卣竟仁召弮r(jià)格等參數(shù)，經(jīng)綜合分析后為農(nóng)戶提供最佳經(jīng)濟(jì)有效的施肥方案；一般地講，葉片含氮量與光合速率及干物質(zhì)增長具有明顯的相關(guān)關(guān)系。確定水稻葉片含氮量的施肥閾值，利用快速葉綠素測(cè)定儀或葉色卡觀測(cè)葉片氮素情況對(duì)農(nóng)民指導(dǎo)施肥，可獲得施肥時(shí)間和氮肥施用量與作物對(duì)氮素吸收的協(xié)調(diào)一致，最終達(dá)到水稻高產(chǎn)、高效。彭少兵根據(jù)高產(chǎn)水稻單位面積含氮量及單位水稻干重生物量含氮量的變化特征，提出了應(yīng)用特定的SPAD閾值進(jìn)行水稻全程實(shí)時(shí)氮肥管理模式。試驗(yàn)證明，這一模式簡單易行，在菲律賓應(yīng)用這一方法比農(nóng)民采用的習(xí)慣施肥法增產(chǎn)12.5%，氮肥用量降低14 kg/hm2，氮肥農(nóng)學(xué)利用率提高57%。節(jié)氮效果明顯，肥料資源利用率明顯提高。

2.2.3 測(cè)土配方施肥 測(cè)土配方施肥是依據(jù)作物產(chǎn)量、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、土壤肥力和作物環(huán)境的相互關(guān)系，根據(jù)作物需肥規(guī)律、土壤供肥特性與肥料效應(yīng)，使有機(jī)肥料與無機(jī)肥料相結(jié)合、必需大量營養(yǎng)元素與微量元素適當(dāng)配比以及采用相應(yīng)肥料施用方法的完整施肥技術(shù)體系。測(cè)土配方施肥是目前中國乃至世界各國比較普遍的一種科學(xué)合理的施肥技術(shù)。測(cè)土配方施肥可根據(jù)各地土壤養(yǎng)分測(cè)定結(jié)果及作物生長發(fā)育所需各種養(yǎng)分的多少，科學(xué)配比各種養(yǎng)分的比例和施用量，以滿足作物一生所需養(yǎng)分，達(dá)到增產(chǎn)、增效的目的；適量施肥，降低用肥成本，減少對(duì)環(huán)境的污染，防止土壤板結(jié)和控制病蟲害。己有的試驗(yàn)和大面積的推廣結(jié)果表明，實(shí)施測(cè)土配方施肥，大豆、水稻節(jié)本、增產(chǎn)、增效明顯；小麥采用測(cè)土配方施肥的增產(chǎn)、增效也比較明顯。

2.2.4 土壤精準(zhǔn)施肥技術(shù) 主要利用不同波段傳感器與衛(wèi)星、航空器、全球定位系統(tǒng)（GPS）與施肥機(jī)相連，獲得地面與養(yǎng)分相關(guān)的光譜信息，從而制訂與單塊地相關(guān)的精準(zhǔn)施肥量。該技術(shù)能有效地解決單塊地養(yǎng)分含量的不均勻性問題。精準(zhǔn)施肥技術(shù)步驟主要包括四個(gè)方面：① 土壤數(shù)據(jù)和作物營養(yǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集；② 差分全球定位系統(tǒng)；③決策分析系統(tǒng)；④ 控制施肥。遙感技術(shù)主要應(yīng)用在作物營養(yǎng)診斷和土壤肥力診斷兩個(gè)方面，指導(dǎo)作物施肥。缺氮、干旱等脅迫因子都會(huì)使作物葉片的光反射特性發(fā)生改變，通過檢測(cè)植物冠層光學(xué)反射特性可以了解作物的營養(yǎng)狀況。眾所周知，葉綠素、蛋白質(zhì)、水分和含碳化合物是影響葉片中對(duì)光吸收和光反射的主要物質(zhì)，其中影響光吸收和光反射最大的是葉綠素含量。遙感技術(shù)主要用于檢測(cè)作物冠層的光反射和吸收性質(zhì)來檢測(cè)作物營養(yǎng)狀況，特別是氮素營養(yǎng)狀況。對(duì)田間原狀土壤的光譜特性進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)果證明，可見光波段的一階微分光譜與土壤水分、有機(jī)質(zhì)含量、電導(dǎo)率及pH值呈線性相關(guān)，與土壤硝態(tài)氮含量則呈多元指數(shù)模型關(guān)系。假定土壤礦化氮量和土壤有效氮與土壤有機(jī)質(zhì)成比例，可以通過遙感數(shù)據(jù)估測(cè)土壤有機(jī)質(zhì)，從而就可以獲得變量施肥處方圖。

3 氮肥運(yùn)籌對(duì)氮肥利用率的影響

中國稻田氮肥吸收利用率大多在30%～40%（朱兆良，2000），其主要原因可能與氮肥施用量較高、氮肥施用時(shí)期以基肥和分蘗肥為主有關(guān)。水稻氮素利用率隨著氮肥用量的增加而下降的狀況日益嚴(yán)重，氮肥利用率低和大量的氮素?fù)p失導(dǎo)致一系列不良的環(huán)境反應(yīng)，因此，提高稻田氮肥利用率己成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

氮肥過量施用時(shí)，會(huì)造成水稻對(duì)氮的奢侈吸收，因而氮肥生理利用率將急劇下降。張紹林等（1988）根據(jù)在太湖地區(qū)進(jìn)行的26個(gè)田間試驗(yàn)的研究結(jié)果指出，當(dāng)?shù)咎锸┑坑?6 kgN·hm-2增加到 230 kgN·hm-2時(shí)，氮肥的生理利用率由45.0 kg稻谷·kg-1N下降至22.7 kg稻谷·kg-1N。中國稻田單位面積氮肥用量是日本的兩倍，但兩者水稻產(chǎn)量相當(dāng)（Peng，2002）。國內(nèi)外對(duì)通過肥料運(yùn)籌以提高水稻氮肥利用率的途徑和措施開展了大量的研究，研究結(jié)果表明，氮肥深施、適時(shí)施用和平衡施肥等均能有效地提高氮肥利用率 （李慶遺等，1997）。水稻氮肥利用率隨施氮量的增加而降低，過多的吸氮量大部分儲(chǔ)藏在稻草中 （Singh et al.，1998；崔玉亭等，2000；王德建等，2003；凌啟鴻等，2005；馮濤等，2006）。郭熙盛（1992）指出，氮素利用率在相同的施氮量下因氮肥不同施用時(shí)期而有所差異。吳安之（1997）、蘇祖芳等（2001）認(rèn)為，施氮量過多使水稻植株的吸氮量增加，轉(zhuǎn)移到谷粒中的氮素降低，稻草中的吸氮量多，造成氮素吸收利用率降低。張洪程（2003）的試驗(yàn)表明，隨施氮量增加，百公斤籽粒需氮量升高，施氮量與百公斤籽粒需氮量均呈極顯著的線性相關(guān)。氮肥利用率隨施氮量的增加而上升，至中肥處理達(dá)最高，高肥處理則顯著下降。

不同時(shí)期施肥水稻對(duì)N吸收利用效率存在明顯差異。穗肥N對(duì)產(chǎn)量形成的作用明顯高于基肥N和分蘗肥N，水稻對(duì)N、P、K均有吸收高峰，分別在幼穗形成至抽穗期、分蘗盛期到抽穗期和發(fā)蘗盛期到乳熟期。吳文革（2007）在雙季稻北緣地區(qū)的研究表明，適當(dāng)減少雙季早稻的蘗肥、增加穗肥，可以在穩(wěn)定單位面積的適宜穗數(shù)的基礎(chǔ)上，增加抽穗至成熟期的葉片含氮量，提高葉綠素含量，提高齊穗后的綠葉面積和有效葉面積率以及群體光合勢(shì)，有利于促進(jìn)干物質(zhì)積累，從而提高產(chǎn)量。前氮后移增施穗肥，能為水稻整個(gè)生育期提供比較平衡的氮素供應(yīng)，可促進(jìn)氮素的吸收，提高氮肥當(dāng)季利用效率。

4 結(jié)論與討論

氮是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、氨基酸、輔酶、核酸以及光合色素分子等的組成成分，因此，葉片氮的營養(yǎng)狀況與許多生理過程有著密切的關(guān)系。據(jù)王仁雷（2002）研究，隨著施氮水平的提高，氣孔密度減少，水稻葉面積增大，光合速率和RuBP羧化酶活性增加。吳良?xì)g等（1995）也證明了水稻劍葉凈光合速率隨含氮量的增加而提高。增施氮肥和氮素后移能明顯改善水稻生育后期的光合能力。彭顯龍（2006）研究證明，前氮后移施肥不但不會(huì)造成水稻貪青晚熟，反而能夠使水稻提早抽穗3～5 d，并顯著減少水稻無效分蘗，提高分蘗成穗率，改善水稻群體質(zhì)量，顯著減少水稻病害和倒伏的發(fā)生，水稻穗型整齊、穗大、結(jié)實(shí)率高、籽粒飽滿、產(chǎn)量高，在減少20%以上氮肥用量條件下，使氮肥利用率平均提高18%。由此可見，氮肥不同施用模式對(duì)水稻產(chǎn)量及品質(zhì)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的影響，不同時(shí)期施肥水稻對(duì)N吸收利用效率存在明顯差異。因此，應(yīng)進(jìn)一步明確不同氮肥運(yùn)籌下水稻產(chǎn)量和品質(zhì)形成的調(diào)控機(jī)制，以采取更有效的措施達(dá)到水稻高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的目的。進(jìn)行氮肥的合理運(yùn)籌，對(duì)水稻產(chǎn)量與品質(zhì)的提高具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在眾多的氮肥施用管理模式中，水稻的前氮后移技術(shù)對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的提升具有重要作用，其主要內(nèi)容是根據(jù)水稻需肥規(guī)律和土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力，在減少氮肥總施用量30%左右的基礎(chǔ)上，前氮后移，將穗粒肥比例增加到30%～40%以上，充分滿足水稻生育后期對(duì)氮素的需求，提高水稻群體質(zhì)量，促進(jìn)大穗形成，提高水稻結(jié)實(shí)率，大幅度增加水稻產(chǎn)量。劉元英和李廣進(jìn)等試驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)有效地防止了水稻倒伏和病害，使水稻結(jié)實(shí)率提高5個(gè)百分點(diǎn)左右，千粒重增加0.6～2.0 g，平均增產(chǎn)稻谷15%左右。應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)還能明顯提高出米率和稻米品質(zhì)。通過增產(chǎn)、提質(zhì)和節(jié)本，可使水稻增收約100元/667 m2。這對(duì)于水稻產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義，社會(huì)和生態(tài)效益也十分顯著。

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