本文摘要：摘要 綜述了我國水稻生產(chǎn)上水肥施用與利用現(xiàn)狀，南方稻作區(qū)節(jié)水灌溉和控制排水研究狀況，從新施肥模式的運用、新型高效肥料的推廣應(yīng)用和用地與養(yǎng)地相結(jié)合的培肥模式論述施肥技術(shù)研究新進(jìn)展。提出合理的水肥耦合調(diào)控技術(shù)、水資源的循環(huán)利用與合理的灌排管理和
摘要 綜述了我國水稻生產(chǎn)上水肥施用與利用現(xiàn)狀，南方稻作區(qū)節(jié)水灌溉和控制排水研究狀況，從新施肥模式的運用、新型高效肥料的推廣應(yīng)用和用地與養(yǎng)地相結(jié)合的培肥模式論述施肥技術(shù)研究新進(jìn)展。提出合理的水肥耦合調(diào)控技術(shù)、水資源的循環(huán)利用與合理的灌排管理和耕作制度與種植結(jié)構(gòu)調(diào)整成為今后南方地區(qū)水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞 南方稻作區(qū);水稻;水肥調(diào)控;可持續(xù)發(fā)展
水稻是我國最主要的糧食作物，在我國糧食生產(chǎn)中占有極其重要的地位。我國水稻生產(chǎn)的大頭在南方，面積和總產(chǎn)分別占全國水稻的81.6%和79.4%[1]。水稻是一種喜溫、喜濕的作物，我國秦嶺—淮河以南的南方集中了全國80%左右的水資源，高溫期與多雨期一致，水熱資源豐富，比北方更適宜發(fā)展水稻生產(chǎn)[2]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上水和肥是影響作物產(chǎn)量與生態(tài)環(huán)境的重要因素，水稻是農(nóng)業(yè)灌溉用水和氮磷養(yǎng)分消耗最多的作物之一，生長期的養(yǎng)分管理和灌排水管理是非常重要的環(huán)節(jié)。近年來，南方地區(qū)水稻生產(chǎn)上如今也面臨諸多矛盾，一方面，不科學(xué)的養(yǎng)分管理極易導(dǎo)致水稻種植區(qū)氮磷養(yǎng)分流失，帶來嚴(yán)重環(huán)境問題的同時，使水稻當(dāng)季氮磷養(yǎng)分利用率下降;另一方面，由于降水時空分布不均和年際水文差異，而旱澇同季、同年現(xiàn)象極為普遍，因此，如何調(diào)控水稻種植中的水肥管理措施是一項緊急而艱巨的任務(wù)。
多年來，國內(nèi)外稻作科學(xué)工作者圍繞高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的目標(biāo)，針對我國南方地區(qū)的水文氣象要素、水稻各生育期水分和養(yǎng)分需求以及各區(qū)域的農(nóng)作模式與地勢環(huán)境，就稻田水肥調(diào)控技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，創(chuàng)建了“淺、濕、曬”灌溉、干濕交替灌溉、濕潤灌溉、蓄雨型灌溉和控制灌排等多種節(jié)水灌溉技術(shù)，以及有機(jī)無機(jī)肥配施、秸稈還田與化肥配施、冬閑期綠肥種植與生物炭等有機(jī)添加劑的養(yǎng)地培肥措施，緩/控釋肥或添加氮抑制劑等新型高效肥料、氮肥實時實地管理、減量優(yōu)化施肥等施肥模式，或是水肥耦合調(diào)控技術(shù)，為推動稻作科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。筆者就我國水稻水肥利用現(xiàn)狀、南方稻區(qū)水肥調(diào)控研究進(jìn)展及未來發(fā)展趨勢提出了以下看法。
1 我國稻田水肥利用現(xiàn)狀
21世紀(jì)全球農(nóng)業(yè)面臨兩大挑戰(zhàn)：一是為滿足人口的增長需要不斷增加糧食產(chǎn)量，二是在不斷增加糧食產(chǎn)量的同時需要應(yīng)對水資源的日益減少。我國水稻年種植面積達(dá)3 100萬hm2，占總耕地面積的 30% 左右，水稻總產(chǎn)量達(dá)到 1.8×1011 kg，占總糧食產(chǎn)量的40% 左右[3-4]。水稻是我國灌溉用水量最大、化肥消費量最多的農(nóng)作物，其用水量占農(nóng)業(yè)用水量的70%，消耗全國總用水量約50%，目前用于灌溉的水資源愈來愈匱乏，嚴(yán)重制約了水稻的生產(chǎn)。
1961—2011年，綠色革命使得我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)加速，糧食產(chǎn)量增長了3.9倍，這種高投入、高產(chǎn)出的體系意味著糧食供應(yīng)的增加，但同時也意味著資源消耗和環(huán)境成本的增加[5]。特別是化肥的消耗，2011年我國氮磷鉀肥(N+P2O5+K2O)消費總量為5 050萬t，占世界化肥總消費量的30%[6]，正是由于化肥在水稻增產(chǎn)中的不可替代性，我國化肥使用量不斷增加，方克明等[7]調(diào)查表明2005和2015年水稻化肥用量分別為951.45和978.75 kg/hm2，而同期農(nóng)作物化肥用量分別為533.85和579.3 kg/hm2，水稻化肥單位面積用量均明顯高于相應(yīng)年份的農(nóng)作物化肥使用量平均水平。由此可見，我國稻田氮肥施用量已經(jīng)處于相當(dāng)高的水平，朱兆良[8]研究指出在中國稻田碳銨的氮肥吸收利用率低于30%，尿素為30%～40%，李慶逵等[9]研究指出中國稻田氮肥吸收利用率為30%～35%，彭少兵等[10-11]研究指出隨著我國水稻氮肥用量的增加，其農(nóng)學(xué)利用率可能會持續(xù)繼續(xù)下降。
磷是作物正常生長發(fā)育所必需營養(yǎng)元素之一，水稻的磷肥施用量高達(dá)180～200 kg/hm2，但是由于磷在土壤中移動性較差、易被土壤吸附固定等原因，磷肥當(dāng)季利用率僅為7.0%～20.0%[12-14]。當(dāng)前的水稻生產(chǎn)中，磷肥施用存在很大的盲目性和不合理性，主要表現(xiàn)為磷肥施用量普遍偏高[15]，生產(chǎn)上多表現(xiàn)為底肥一次性施入。但是，龔海青等[16]研究表明水稻施用磷肥量后移30%的磷肥貢獻(xiàn)率、農(nóng)學(xué)利用率、偏生產(chǎn)力和吸收利用率提高了27.7%、33.6%、8.2% 和273%。而不同類型水稻對磷肥投入的反應(yīng)不同，王偉妮等[17]研究表明早、中、晚稻的磷肥(P2O5)農(nóng)學(xué)利用率平均分別為13.3、13.3和11.6 kg/kg，偏生產(chǎn)力分別為116.4、148.0和157.5 kg/kg，吸收利用率分別為14.2%、13.7%和11.3%，生理利用率分別為85.2、110.4和65.4 kg/kg。不同栽培方式下水稻對磷素利用率也不相同，郭鑫年等[18]研究表明插秧處理水稻磷肥利用效率、偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)利用效率、生理利用效率較直播處理分別提高了 17.4%、8.6%、38.4%、4.6%。在水稻-油菜輪作體系中，卜容燕等[19]研究表明水稻季施磷(P2O5)60 kg/hm2時水稻產(chǎn)量最高，磷肥當(dāng)季利用率最大，而油菜季合理施用磷肥，則顯著地增加油菜的產(chǎn)量和磷素吸收量，這是因為水稻季施用的磷肥殘留在土壤中可以被后季油菜吸收利用，具有明顯的后效作用。
2 南方稻作區(qū)水管理現(xiàn)狀
灌溉對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)十分重要，水稻是需水量最多的作物之一，我國南方地區(qū)年降雨量豐富，特別是每年的梅雨期，但也存在時空分布不均的問題，季節(jié)性干旱地區(qū)的總面積逐年增加，且干旱多發(fā)生在夏、秋季節(jié)，正是水稻生長的關(guān)鍵需水期[20]，使得水稻生產(chǎn)中灌溉水量較大，同時由于稻田化肥用量過高，加之不合理的灌排管理，大量的氮磷等營養(yǎng)元素從稻田進(jìn)入周邊水體，加劇了農(nóng)業(yè)面源污染。因此，因地制宜地實施科學(xué)的灌排管理，合理利用梅雨期降雨，既能減少農(nóng)業(yè)用水，緩解水資源短缺，又能減少稻田排水，控制面源污染，有效緩解農(nóng)用水資源短缺問題、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)水資源的持續(xù)、高效利用以及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，是一舉多得的舉措。
2.1 稻田節(jié)水灌溉研究進(jìn)展
水稻節(jié)水灌溉模式是指為充分利用降雨，優(yōu)化水稻的生理需水，減少水稻的生態(tài)需水，人為控制減少無效用水，從而實施的高效水分管理和稻田土壤水分狀況調(diào)節(jié)的灌水方法。根據(jù)水稻不同生育期的需水要求，選用不同的水層控制標(biāo)準(zhǔn)，不同灌水定額、灌水次數(shù)、灌水時間和灌溉定額，即不同的灌溉制度，從而形成不同的水稻灌溉模式[21]。稻田節(jié)水主要的兩個途徑是減少消耗量和增加蓄雨量，減少消耗主要是減少葉面蒸騰、棵間蒸發(fā)量和稻田滲漏量這3部分[22]。
近年來，學(xué)者們開展了大量稻田節(jié)水灌溉試驗研究，一系列的節(jié)水灌溉措施被不斷測試、改進(jìn)和推廣應(yīng)用，并逐漸總結(jié)出了“淺、濕、曬”灌溉、濕潤灌溉、干濕交替灌溉和蓄雨型灌溉等多種節(jié)水增效的灌溉模式[23-27]，但是，這些灌溉技術(shù)并不是所有地區(qū)都能適用，針對不同地形地貌、土壤類型、氣候條件等特點來做研究才是關(guān)鍵。據(jù)報道，“淺、濕、曬”灌溉可節(jié)水40%左右[28]，增加產(chǎn)量1.1%[29]。張自常等[27]研究表明干濕交替灌溉相較農(nóng)民習(xí)慣灌溉的灌溉水利用效率(產(chǎn)量/灌溉水量)2.5%，產(chǎn)量增加6.16%～11.6%，同時還可改善稻米品質(zhì)。
晏軍等[30]在江漢平原地區(qū)研究表明，淺灌深蓄的蓄雨型灌溉技術(shù)較常規(guī)淹灌處理，田間灌溉水量、總用水量、徑流量、滲漏量和降雨利用率分別降低41.7%，18.5%，45.8%，21.9%和增加16.2%，TN和TP徑流流失量分別降低32.6%～35.9%和36.4%～53.1%，TN和TP滲漏流失量分別降低22.8%～32.0%和16.2%～33.3%。潘樂[31]研究表明“淺、濕、曬”灌溉比常規(guī)淹灌排水量減少10.3%，TN流失量減少19.1%，TP流失量減少11.3%。間歇灌溉比常規(guī)淹灌排水量減少15.0%，TN流失量減少3.6%，TP流失量減少19.5%，姜萍等[32]研究表明與常規(guī)淹灌處理相比，濕潤灌溉處理可減少8.9%的灌水量， 6.0%的徑流排水量以及17.3%的滲漏排水量，同時整個水稻季，減少了38.2%的TN徑流流失，以及42.1%的TN滲漏流失。
2.2 稻田控制排水研究進(jìn)展
稻田排水對水稻生長發(fā)育具有十分重要作用，合理排水可調(diào)節(jié)田間水、肥、氣、熱。控制排水有利于保持作物適宜的土壤水分條件、可減少排水流失量以及排水中的污染物[21]。然而，排水本身具有因地制宜的特點，合理的排水管理將會為水稻用水需求提供穩(wěn)定的用水供給與安全保障。Drury等[33]研究比較了傳統(tǒng)排水和控制排水對排水水質(zhì)的影響，研究表明控制排水的氮和磷的減少30%到50%。Ayars等[34]報道了控制排水是改善灌溉農(nóng)業(yè)用水管理的下一個合理步驟，和玉璞等[35-37]研究表明節(jié)水灌溉技術(shù)與控制排水技術(shù)有機(jī)結(jié)合，可以有效減少稻田排水中氮、磷養(yǎng)分含量。喬欣等[38]研究指出節(jié)灌控排模式較非節(jié)灌控排明顯減少了農(nóng)田排水量和氮磷流失量，同時提高了養(yǎng)分利用率。
稻田控制排水除了影響稻田排水水量、水質(zhì)外，還會影響稻田田間耗水量。Wesstrm等[39]2年試驗研究表明，暗管排水田塊蒸發(fā)蒸騰量分別較不排水田塊增加16%和7%;Tan等[40]3年的試驗研究表明，在較干旱年份，暗管控制排水田塊蒸發(fā)蒸騰量較自由排水田塊顯著增加。俞雙恩等[41]、高世凱等[42-43]和Djaman K等[44]在太湖流域研究表明，控制排水通過對稻田水位的調(diào)控，排水量顯著減少，同時能有效地削減稻田地表排水中氮磷負(fù)荷，提高水稻水氮利用效率。
推薦閱讀：《北方水稻》(雙月刊)創(chuàng)刊于1971年，是遼寧省鹽堿地利用研究所主辦的以水稻為主的專業(yè)技術(shù)期刊。主要宣傳報道水稻研究最新成果、交流各地水稻豐產(chǎn)經(jīng)驗。
轉(zhuǎn)載請注明來自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///nylw/19380.html
