我国稻田氮肥利用现状及对策

徐一兰

摘要 介绍了我国水稻生产中氮肥使用和利用情况，并从稻田土壤背景氮、杂交水稻和超级稻的应用、施肥时期和比例不合理、中期晒田等多方面分析了我国水稻氮肥利用率低的可能原因。初步探讨了从选育节氮高效水稻品种、研发和应用新型氮肥、改进稻田施肥时期和方法、科学使用硝化抑制剂和脲酶抑制剂及节肥新技术推广应用等方面来提高水稻氮肥利用率的研究策略。

关键词 水稻；稻田；氮肥；利用率；对策

中图分类号 S511 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）26-08970-03

Development State and Strategy of Improving Fertilizer-nitrogen Use Efficiency of Paddy in China

XU Yi-lan

（Hunan College of Biological and Electromechanical Polytechnic， Changsha， Hunan 410127）

Abstract The use and utilization of nitrogen （N） fertilizer in rice production in China were discussed. High indigenous soil N supply， application of hybrid rice and super rice， fertilizing time and its proportion is not reasonable， drained out water and dried the soil at maximum tillering stage could be the causes for the low fertilizer-N use efficiency in China. Therefore， future research work on improving fertilizer-N use efficiency of rice crop in China should focus on more on improving cultivars N responsiveness， breeding high fertilizer-N use efficiency of rice varieties， research and application of new type of nitrogen fertilizer， proper time and rate of N application based on crop N status， scientific use of nitrification inhibitors and urease inhibitors， application of new technology for save fertilizer and so on.

Key words Rice； Paddy field； Nitrogen fertilizer； Use efficiency； Strategy

水稻是我国最重要的粮食作物，其种植面积占我国粮食作物播种面积的26%～28%，产量占粮食总产的43%～45%^[1]。经统计，1949年我国水稻总产为4 865万t，2007年上升至18 603万t，同期内单产由1 890 kg/hm2增加到6 435 kg/hm2，总产和单产分别增加了2.8倍和2.4倍^[2]。多项研究证实，化肥尤其是氮肥对水稻生长具有重要作用。近年来，我国水稻生产面临着高氮肥投入和低氮肥利用率的情况^[3-6]，引发了环境污染、能源浪费和生产效益降低等一系列问题。笔者在概述国内氮肥施用主要研究进展的基础上，对当前农业生产中存在的氮肥施用问题提出了对策，以期为水稻氮肥高效吸收利用的进一步研究和生产提供科學支撑。

1 中国稻田氮肥利用现状及存在问题

水稻的优质高产离不开养分，氮素是水稻所需养分中的主要营养元素之一，而我国耕地土壤含氮量普遍缺乏，仅依靠土壤所含氮素远不能满足水稻生长发育对氮素的需求^[7]，因此施用氮肥成为提高水稻产量的必然途径之一。介于氮肥价格较低的原因，在农业生产中为了实现水稻稳产和丰产，出现了氮肥投入量逐年加大现象，然而，通过增施氮肥来提高产量，迫使农业生产面临氮肥利用率低下的严峻问题。因此，氮肥利用效率低且逐年降低的趋势已经发展成我国乃至全球水稻生产中的一个突出问题。

氮肥在农业生产中发挥着重要作用，是我国农业增产增收效果最为突出的肥料。在水稻生产中，人们往往通过外部投放肥料来改善稻田营养状况，其中氮肥的外部投入通常占外部总投入量的35%以上。在人口增长引发的粮食需求压力下，农业生产中氮肥的使用量逐年增加，稻田施氮量也急剧增长。据联合国粮农组织统计，1961年，全球氮施用量仅11.6×106 t，1999年增加至85.5×106 t，增加约6.4倍；而中国在同期内氮肥施用量增加幅度达43.8倍^[8]。目前每年全球氮肥总量大约是1 000亿kg，水稻氮肥平均施用量为112.2 kg/hm2^[10]。我国是世界氮肥第一消费大国，其氮肥施用量占全球氮肥总用量的比例由1961年的5%上升至1980年的20%，至今已超过30%^[9]。我国稻田平均氮肥施用量为180 kg/hm2^[3]，比世界水平高出约60%。在集约化农业区，大田作物氮肥年施用量已增加至450～600 kg/hm2^[11]，达到了较高的氮施用水平。我国大部分地区水稻施氮量普遍偏高，氮肥投放水平是150～400 kg/hm2，其中上海、江浙、湖南和广东等地的化学氮肥投放量在250～350 kg/hm2水平，东北三省和云贵地区的化学氮肥投放量在150～250 kg/hm2 水平^[12]。而我国水稻氮肥吸收利用率仅为30%～35%，这个数据比发达国家低15～20个百分点。氮肥的过量施用使得多余氮素无法被水稻有效吸收利用，这是水稻生产中氮肥利用率偏低的重要原因之一。

就我国水稻施氮量总体情况而言，氮肥施用量大、利用率低而损失率高是水稻生产中急需解决的突出问题。面对我国稻田氮肥施用情况，在保证水稻产量不降低或略有增加的前提下，采取减少氮肥施用量、提高氮肥利用率的措施，一直受到土壤学家和农学家的重视。

2 我国稻田氮肥利用率低的原因

2.1 土壤中较高的背景氮含量

通过对世界各国稻田土壤无氮区对照水稻产量的研究显示，我国水稻产量通常能达到5～6 t/hm2，比其他产稻国高出2 t/hm2^[3]，这表明我国稻田背景氮明显高于其他国家的稻田。在施肥管理方面，我国广大农户通常认为土壤自身肥力是提高产量的基础，因此非常注重通过土壤培肥来提高土壤生产力，于是生产中人们往往通过长期施用大量无机和有机氮素肥料来改善地力，导致土壤中积累了较多的氮素，形成了较高的土壤背景氮。土壤背景氮是土壤肥力的一个重要参数，彭少兵等^[3]的研究结果显示，在过高的土壤背景氮下，氮肥施用量高反而引起氮肥农学利用率降低，相反低背景氮的土壤条件将比高背景氮土壤条件对氮肥的反应更敏感，这充分表明灌溉稻田并不需要保持很高的土壤背景氮来维持土壤生产力。因此土壤背景氮过高是导致我国水稻氮肥利用率低的重要原因之一。

2.2 杂交水稻和超级稻的推广应用

杂交水稻在我国乃至世界范围内广泛栽培，我国杂交水稻播种面积占水稻种植面积的50%以上。基于杂交水稻种子价格昂贵的原因，为节约种子成本，我国广大农民往往通过稀植和减少本苗数来减少用种量，而高产所需要的穗数则采取增大基肥和分蘖肥以增加分蘖数来实现。生产实践表明，水稻前期氮素吸收利用率远不及后期，前期氮肥的大量投入不仅使得水稻无法吸收利用，造成肥料的浪费，而且施肥增加的成本比节省的种子费用要高得多。在育种过程中，育种家偏重于选育大穗和茎秆粗壮、抗倒性强的品种或组合^[13-14]；在提高植株抗倒性方面，育种家通常在高供氮水平的育种田选择耐肥性强的育种材料，很少有人考虑筛选对氮肥反应敏感的材料。于是农民在种植这些品种时，通常会选择施用较多的氮肥来获得高产。由此可见，杂交水稻和超级稻的推广应用也不可避免地成为我国水稻氮肥利用率低的重要原因。

2.3 施肥时期和比例不合理

我国江浙一带、湖南和广东等地区农民在长期的水稻生产过程中往往习惯于将氮肥总量的55%～85%作为基肥及追施于移栽后前10 d内。有研究表明，前期施氮量高有利于促进分蘖早发和提早返青^[15]，对分蘖力偏低的超级杂交稻及大穗型品种效果更为明显。然而在水稻生长前期，根系沿未完全形成，稻株对氮素的需求量不大，当大量氮肥在此时施入稻田时，部分氮肥无法被水稻吸收利用，且因长时间暴露于稻田中，加剧了氮肥的径流和挥发，降低了稻田氮肥利用率。

2.4 中期晒田

水稻生长前期大量的氮肥投入导致分蘖大量发生和叶片生长过旺，这种效应一直持续到最高分蘖期。在水稻栽培技术中，我国农民常于水稻生长中期晒田以控制分蘖发生，创造健康群体以及改善根系活力，从而控制水稻生长后期的无效分蘖。有研究表明，中期晒田会加剧土壤氮素损失和减少水稻自身吸氮量^[16]，在一定程度上降低了氮肥利用率。

3 提高稻田氮肥利用率的对策

3.1 选育节氮高效水稻品种

王智平等^[11-19]研究表明，在籼、粳稻，常规稻和杂交稻，三系杂交稻和两系杂交稻间的氮素利用率有显著的品种间差异^[17-19]。随着科学技术日新月异，利用现代遗传育种、基因定位及转基因等技术将与氮肥高效吸收及利用有关的基因融入优良的水稻植株中，筛选出综合性状优良且氮肥利用率高的水稻品种应用于水稻生产，以提高水稻氮肥利用率。因此，選育和推广种植节氮高效水稻品种是水稻节氮栽培的一个重要途径，不仅有利于实现水稻高产优质，同时可以较大幅度地提高水稻氮肥利用率。

3.2 研发和应用新型氮肥

近年来，在化肥研发与科技进步的推动下，氮肥种类日益更新，大颗粒肥料、长效肥料（缓溶性肥料和缓释性肥料）、复合肥料、配方肥料或添加了各种抑制剂的肥料等逐步推广应用于水稻生产中，有效地减缓与控制了稻田中肥料的溶解和释放速度，减少了氮肥的损失，有效提高了氮肥的吸收与利用效率。据鲁艳红等^[20]报道，河沙泥土壤中施用70%氮量的控释肥的氮肥利用率比尿素提高39.1%；郑圣先等^[21]报道，南方水稻田控释肥料氮的利用率可高达72.13%，比尿素提高36.5%。可见，新型氮肥的推广应用也是促使我国稻田氮肥高效利用的重要途径。

3.3 改进稻田施肥时期和方法

在大田栽培管理过程中，可采取科学合理的田间管理措施提高水稻氮肥利用率。首先是科学确定稻田施氮量。有研究表明，水稻产量与氮肥施用量呈明显的二次曲线关系^[22]。根据稻田不同土壤类型来确定适宜的氮肥施用量，可在提高水稻产量的同时，有效提高氮肥利用效率。其次是采用科学的施肥方法与施用方式。试验证明，氮肥深施比传统的面施方法，不仅可以减少氮素损失，而且能明显增加水稻产量，由此可以看出，氮肥深施能获得较高的农学利用率。有研究结果认为，采用超大颗粒尿素深施在减少氮肥用量、进一步提高水稻氮肥利用率方面更为有效^[23]。同时，根据土壤的肥力水平，N、P、K按一定比例配方施肥也可提高水稻氮肥利用率^[24]。朱兆良等^[25]研究表明，平衡施用N、P、K肥和其他必需的营养元素在提高水稻氮肥利用率方面具有一定成效。总体而言，氮肥深施，尤其是粒肥深施，可有效减少氮肥损失。最后是氮肥适期分次施用。水稻生长发育各阶段对氮素的需求呈现一定的规律性，根据这一特点分次适量施肥，不仅可有效促进植株生长与产量形成，而且有利于提高氮肥利用效率。

3.4 科學搭配硝化抑制剂和脲酶抑制剂

硝化抑制剂具有抑制铵态氮向硝态氮转化的作用，可以有效降低氮素损失。朱兆良等^[25]研究认为，硝化抑制剂不能明显降低氮素损失。脲酶抑制剂的作用是延缓尿素施入土壤后转化为铵态氮的速度，对降低稻田铵的浓度、有效减少氨的挥发损失具有重要作用。相关研究结果显示，水稻将尿素和脲酶抑制剂结合施用，孕穗期和成熟期可分别提高尿素利用率4.0%和5.6%，并能减少尿素中氮挥发损失35.9%^[26]。目前，有关硝化抑制剂和脲酶抑制剂在减少氮素损失的效果上，不同的试验结果报道各异，尚未形成较为一致的结论。

3.5 节肥新技术推广应用

在水稻栽培管理过程中，除了采取科学的施肥方法与施用方式外，还可通过其他合理的栽培措施达到降低施氮量、提高氮肥利用率的目的。首先，对水稻生产全过程采取实时氮肥管理。实时氮肥管理强调施肥时间和氮肥施用量与作物对氮的需求量协调一致^[27]。刘志军等^[28]研究发现，实时氮肥管理（依据叶绿素仪测定值进行的施肥方法）和实地氮肥管理（施氮时期、施氮量和叶绿素仪测定值相结合的施肥方法）显著提高了氮肥农学利用率，与农民习惯施肥法（氮肥240 kg/hm2）相比，氮肥农学利用率分别提高了204.3%～297.0%和200.9%～276.4%。由此可见，在保证水稻产量不降低或稳定于一定水平的前提下，采取实时、实地氮肥管理是有效减少氮肥施用量，显著提高水稻氮肥利用率的重要途径。其次，水稻生产中也可通过水稻基本苗与施氮量耦合等节氮措施来提高水稻氮素吸收与利用。王绍华等^[29]研究了基本苗和施氮量对水稻氮素吸收与利用的影响，结果显示，适当增加基本苗是提高水稻氮素利用效率、减少施氮量的有效方法。

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