譚德水，劉兆輝

?

一次性施肥技術(shù)實(shí)現(xiàn)三大糧食作物輕簡(jiǎn)化綠色生產(chǎn)

譚德水，劉兆輝

（山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部廢棄物基質(zhì)化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/山東省植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250100）

保證糧食增產(chǎn)的同時(shí)協(xié)同提高養(yǎng)分利用效率和減少環(huán)境污染，是21世紀(jì)世界農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的巨大挑戰(zhàn)[1-2]，也是當(dāng)前國(guó)際農(nóng)業(yè)科學(xué)界高度關(guān)注的重大科學(xué)問(wèn)題[3]。作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)用占世界9%的耕地養(yǎng)活了世界上21%的人口[4]，保證糧食安全決定了農(nóng)業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(chǎn)量占全部糧食作物的80%和90%以上[5]，在保障我國(guó)糧食安全中具有重要的地位和作用。未來(lái)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)生產(chǎn)不僅要保障作物產(chǎn)量，提高養(yǎng)分利用效率，同時(shí)還要降低環(huán)境負(fù)面效應(yīng)影響和提高產(chǎn)品品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)“綠色發(fā)展”的目標(biāo)[3, 6]，施肥在其中扮演著重要的角色。

近20年，我國(guó)科研工作者在植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、科學(xué)施肥理論與應(yīng)用技術(shù)上取得了很大進(jìn)展[7-9]，在植物營(yíng)養(yǎng)生物學(xué)、根際營(yíng)養(yǎng)和養(yǎng)分資源管理等方面的理論創(chuàng)新和實(shí)踐應(yīng)用都已位居世界前列[6]，為保障國(guó)家糧食安全和環(huán)境安全做出了重要貢獻(xiàn)。然而，由于當(dāng)前我國(guó)社會(huì)發(fā)展迅速導(dǎo)致農(nóng)村勞動(dòng)力由第一產(chǎn)業(yè)向第二和第三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，農(nóng)業(yè)從業(yè)人員所占比例已從1980年的68.7%下降到2009年的38.1%[10]。而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中高產(chǎn)高效科學(xué)施肥技術(shù)的農(nóng)藝操作環(huán)節(jié)相對(duì)較多，用工增多，有悖于高效輕簡(jiǎn)化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展趨勢(shì)，而受勞動(dòng)力所限，科學(xué)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)。此外，我國(guó)小農(nóng)戶(hù)分散經(jīng)營(yíng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)導(dǎo)致傳統(tǒng)科學(xué)施肥技術(shù)很難在區(qū)域尺度上發(fā)揮作用[11]。實(shí)際上我國(guó)糧食生產(chǎn)中過(guò)量施肥、不合理施肥的現(xiàn)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(guó)糧食作物的肥料利用率遠(yuǎn)低于先進(jìn)國(guó)家水平[15]，而且導(dǎo)致地下水硝酸鹽污染[16]、水體氮磷富營(yíng)養(yǎng)化[17]和溫室氣體排放增加[18-19]等環(huán)境問(wèn)題加劇，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境以及人類(lèi)健康[20-21]。基于我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地塊面積小、分散經(jīng)營(yíng)的基本國(guó)情，費(fèi)時(shí)、耗力的勞動(dòng)密集型糧食生產(chǎn)方式受到了嚴(yán)重限制和前所未有的挑戰(zhàn)，因此，節(jié)本、省工、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、高效、綠色的輕簡(jiǎn)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式越來(lái)越受到重視[10]。一次性施肥狹義來(lái)講，是指在作物整個(gè)生育期只施用一次肥料的生產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)既可實(shí)現(xiàn)糧食生產(chǎn)的高產(chǎn)高效和節(jié)本增收、提高農(nóng)民種糧積極性，又可節(jié)約勞動(dòng)力、解決第二三產(chǎn)業(yè)發(fā)展“用工荒”的難題，對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展和有效解決“三農(nóng)”問(wèn)題等具有重要的意義，也是當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力缺乏條件下保障國(guó)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(jìn)行追肥的“一炮轟”施肥方式[22]，一次性施肥技術(shù)核心是綠色新型肥料產(chǎn)品和機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用，通過(guò)專(zhuān)用機(jī)械將作物專(zhuān)用緩控釋肥料一次施用，實(shí)現(xiàn)肥料養(yǎng)分釋放與作物生長(zhǎng)養(yǎng)分需求的時(shí)空匹配。本刊中所述糧食作物一次性施肥技術(shù)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(guó)內(nèi)外關(guān)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(jī)制的研究方面[23-24]，由于成本的限制，較少關(guān)注緩控釋肥料在糧食作物上的應(yīng)用效果。在我國(guó)糧食作物生產(chǎn)上，一次性施肥技術(shù)存在基礎(chǔ)理論研究薄弱、低成本適宜緩釋肥料產(chǎn)品、配套機(jī)械和核心技術(shù)缺乏等難題。本專(zhuān)刊刊出的論文以穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、養(yǎng)分高效和生態(tài)友好為目標(biāo)，以省工、節(jié)本、減肥為主攻方向，從作物養(yǎng)分需求規(guī)律[25-26]、研發(fā)篩選專(zhuān)用緩控釋肥[27-28]、一次性施肥關(guān)鍵技術(shù)[29-31]、養(yǎng)分效率[32-36]、生產(chǎn)效益和環(huán)境影響[37-39]等方面，對(duì)糧食作物一次性施肥技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究和評(píng)價(jià)，為三大糧食作物輕簡(jiǎn)化和綠色生產(chǎn)提供了技術(shù)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(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局. 中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒. 北京: 中國(guó)統(tǒng)計(jì)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(yíng)養(yǎng)學(xué)科發(fā)展報(bào)告. 農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào), 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(lái)我國(guó)測(cè)土施肥的進(jìn)展. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 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(yùn). 保障我國(guó)糧食安全的肥料問(wèn)題. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 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(jiǎn)化生產(chǎn)的發(fā)展現(xiàn)狀與對(duì)策. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué), 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(guó)主要糧食作物測(cè)土配方施肥工程實(shí)施效果及優(yōu)化策略[D]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué), 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(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 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(wèi)峰, 崔振嶺, 馬文奇, 陳新平, 江榮風(fēng). 中國(guó)主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑. 土壤學(xué)報(bào), 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(qiáng), 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(xué), 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(nóng)業(yè)科學(xué), 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(yáng), 鄭磊, 張素素. 緩控釋肥包膜材料的研究進(jìn)展. 磷肥與復(fù)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(ài), 崔振嶺. 華北地區(qū)高產(chǎn)冬小麥氮磷鉀養(yǎng)分需求特征. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 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(píng). 水性樹(shù)脂包膜尿素氮素釋放與冬小麥氮素吸收匹配特征. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 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(guó)梁, 李子雙, 和愛(ài)玲, 郭建華, 劉兆輝. 冬小麥一次性施肥氮肥產(chǎn)品篩選與產(chǎn)量效應(yīng). 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 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(chǎn)品的篩選與產(chǎn)量效應(yīng). 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 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(guó)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(chǎn)量效應(yīng). 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 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(píng), 譚德水, 徐鈺, 林海濤, 李彥, 宋效宗, 沈玉文, 劉兆輝. 施肥方法對(duì)小麥專(zhuān)用控釋氮肥肥效的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 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(shù)效應(yīng)研究. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 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(duì)春玉米氮素吸收利用、土壤無(wú)機(jī)氮變化及氮平衡的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 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(duì)春玉米產(chǎn)量、氮素吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 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(qiáng), 姜麗娜, 潘建清, 李建強(qiáng), 馬軍偉, 葉靜, 鄒平. 緩釋氮肥一次性施肥對(duì)單季稻氮素吸收和產(chǎn)量的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 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(wàn), 易瓊, 黃旭, 李蘋(píng), 付弘婷. 緩釋尿素配施普通尿素對(duì)雙季稻養(yǎng)分的供應(yīng)特征. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 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(fā)寶, 逄玉萬(wàn), 易瓊, 李蘋(píng), 付弘婷. 聚脲甲醛緩釋氮肥一次性基施在雙季稻上的應(yīng)用效果. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 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(píng), 薄錄吉. 控釋肥對(duì)小麥/玉米農(nóng)田土壤硝態(tài)氮累積和遷移的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 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(huán), 杜昌文, 邢烈火, 王少華, 魯劍巍. 應(yīng)用15N示蹤技術(shù)研究控釋尿素在稻田中的去向及利用率. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 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(fù)種系統(tǒng)一次性施肥對(duì)CH4和N2O凈排放的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 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(zé)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(guó)家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)（201303103）

譚德水，E-mail：tandeshui@163.com