水稻叶面肥研究的应用进展与展望

杜海萌 韦还和 余清源 戴其根

（扬州大学水稻产业工程技术研究院，225009，江苏扬州）

水稻是我国重要的粮食作物，以稻米为主食的人口约占总人口的65%[1]。如何提高水稻的产量和品质是作物学家一直致力研究的课题。目前，在我国水稻生产成本中，肥料一般占50%以上。过量和不合理施肥是施肥中存在的主要问题，不仅使肥料利用率下降，污染环境，更会降低水稻产量和品质，影响食品安全。叶面肥在农业应用中有悠久的历史，它是将作物所需要的营养直接喷施于叶面，通过叶面吸收而发挥其功能的一种肥料，具有针对性强、营养吸收快和养分利用率高的特点[2]。与常规根部施肥相比，叶面施肥具有快速、高效、操作简单和经济等特点，因而通过合理施用叶面肥提高水稻产量和品质具有重要意义。本文介绍了水稻叶面肥的发展历程和种类，分析了叶面肥对水稻产量和品质等方面的影响，探讨了目前水稻叶面肥施用存在的一些问题，并对未来水稻叶面肥的发展趋势做了展望。

1 叶面肥的发展历程

叶面肥在农业生产上的应用已经有200多年的历史（表1）。早在18世纪，就有农民用河泥粪等对水稻进行叶面施用的例子[3]。但将叶面肥应用于大面积农业生产开始于20世纪40-60年代，当时主要通过对农作物喷施尿素和草木灰浸液等来促进其生长、提高产量。由于国内历史环境原因，我国直至20世纪70年代末才开始尝试自行研制叶面肥，其中最具代表性的是叶肥一号。此时叶面肥的成分主要是无机盐类，养分浓度低，吸收不稳定，这是叶面肥发展的初期阶段[4]。20世纪60年代早期，日本和西欧出现了多种类型的商品叶面肥[5]。人们通过对叶面肥营养机制的研究，在单一的肥料配方中加入了螯合剂和表面活性剂等助剂，从而让叶面肥含有多种类型的养分，并且提高了叶面肥的浓度，成功研制出以螯合态微量元素为主要成分的叶面肥，开始出现了一些作物专用的配方，这就是叶面肥发展的中期阶段[6]。20世纪90年代以后，叶面肥转向综合发展，趋于多功能化，既可以为水稻提供营养，又兼具促进生长和防病虫害的作用[7]。叶面施肥作为一种环保、直接和高效的施肥方式，可以弥补土壤施肥的不足，为作物生长发育过程中针对性提供养分元素和生长调节物质等，有强化营养、矫正生长、提高抗性和促进生育等功能，可提高作物的产量和品质。

表1 叶面肥发展历程Table 1 Development history of foliar fertilizer

2 叶面肥的作用机理

水稻叶面肥是营养元素施用于水稻叶面，通过叶片吸收而发挥其基本功能的一种肥料类型。植物养分吸收主要是依靠根系和叶片，叶片是植物的重要营养器官之一，对养分吸收的形态和机理与根相似，符合合理施肥的五大基本原理，即养分归还学说、最小养分律、最适因子律、报酬递减律和因子综合作用律[8]。

水稻叶片有上、下2层表皮，由表皮细胞组成，上表皮细胞的外侧有角质层和蜡质，可以保护表皮组织下的叶肉细胞行使光合和呼吸等功能，不受外界不利条件的影响，叶片表皮上还有许多微小的气孔，行使气体交换的功能。角质层由一种带有羟基和羧基的长碳链脂肪酸聚合物组成，这种聚合物的分子间隙及分子上的羟基和羧基亲水基团可以让水溶液渗透进入叶内，叶片表面的气孔是叶面肥进入叶片更方便的通道[9-11]。此外还可以通过叶片细胞的质外连丝，主动把营养物质吸收到叶片内部。水稻施用叶面肥具有针对性，且用肥量少、见效快。

3 叶面肥的种类

近年来，我国水稻叶面肥产品与施用技术不断进步，发展十分迅速，从一开始的简单元素复配到如今的多种元素复合，不仅补充了营养元素，更是与激素和农药结合，能够调控植物生长发育，甚至能预防病虫，通过叶面施肥强化了水稻对生物胁迫和非生物胁迫的抗逆性。根据水稻叶面肥的组分和功能，通常我们把它分为以下几种类型。

3.1 营养型叶面肥

营养型叶面肥分为2类，一类是氮、磷、钾以及微量元素等养分含量较高的叶面肥，主要是为作物提供各种营养元素，改善作物的营养状况，尤其适用于为作物生长后期补充各种营养元素[12-13]，尿素和过磷酸钙浸出液等都属于此类[14]。另一类是含有铁、锰、锌等微量元素的叶面肥，其可改善作物的品质，减轻作物因微量元素不足造成的减产和品质下降问题。施用这类肥料应尽量选择早上或者傍晚，施肥之前保持土壤湿润。

3.2 调节型叶面肥

此类叶面肥中含有调节植物生长的物质，如生长素和激素等，主要功能是调控作物的生长发育。适于作物生长前期和中期施用[15]。该类叶面肥成本低、见效快。

3.3 生物型叶面肥

生物型叶面肥中含微生物体及其代谢物，如氨基酸、核苷酸和核酸类物质等，它的主要作用是刺激作物生长、促进作物代谢、防止或减轻病虫害的发生[15]。

3.4 肥药型叶面肥

肥药型叶面肥加入了一定的防治病虫害的农药成分，在为植物提供营养的同时，还可在一定程度地防治病虫，是一种节省成本和人工、值得推广的肥料。

3.5 复合型叶面肥

此类叶面肥种类繁多，复合、混合形式多样，其功能有多种，既可为作物提供全面的营养，又可刺激作物生长，调控发育，激活作物中酶的活性，提高光合作用效率，调节营养物质运输和分配，增强根系对土壤养分吸收利用能力，从而起到养根保叶和延长功能叶性能的作用[16]。

3.6 其他类型叶面肥

稀土型叶面肥，加入稀土元素的叶面肥可以促进作物对氮、磷、钾等营养元素的吸收和利用[14]，能够促进水稻种子发芽和出苗，提高植株抗逆性，还可以增加水稻产量，提高稻米品质和叶绿素含量，增强光合作用[17]。

降低重金属吸收的叶面肥，一种尤其适合应用于镉（Cd）污染区的增产降Cd的水稻叶面肥，能使现有水稻增产补铁的同时减少对Cd的吸收[18]。

另外还有天然矿物质类叶面肥、益菌类叶面肥和天然汁液类叶面肥等。

4 叶面肥施用对水稻的影响

叶面肥具有肥效好、操作简单、养分吸收快和针对性强等优点，不仅能够调节水稻生理[19]，提高综合肥效，还可提升水稻产量和品质。

4.1 增加水稻产量

水稻施用叶面肥可以通过增加有效穗数、穗粒数和千粒重等产量构成因素增加产量。

王康等[20]研究了不同量的沼液叶面肥对水稻生长和产量的影响，结果表明在合适的范围内，喷施叶面肥浓度越高，对水稻分蘖促进效果越好，而孕穗期和灌浆期喷施低浓度叶面肥可以增加穗粒数和千粒重，从而实现增产。

魏丹等[21]研究表明，用硒肥作叶面肥处理的水稻各项产量性状均比对照（喷施清水）好，能降低空瘪率，增加千粒重，有显著增产作用。樊俊等[22]研究表明，喷施10g/L浓度的水稻专用叶面肥，穗粒数比对照增加17.99粒，结实率增加4.6%，穗秕粒数下降4.33粒，均达显著水平。Ram等[23]在7个国家的不同地点对硫酸锌与常用农药联合叶面施用的可行性进行了研究，结果表明叶面锌处理在多数地区都有提高水稻籽粒产量的趋势。锌可以促进水稻蛋白质的代谢，增强茎秆强度，硫酸锌与常用农药联合叶面施用不仅能显著提高穗数和穗粒数，从而提高水稻产量及其构成因素[24-25]，还可以防治病虫害。

刘玉兰等[26]研究表明，光碳核肥喷施次数与水稻相对叶绿素含量、叶面积指数、干物质量、千粒重、结实率、产量、糙米率、直链淀粉含量和食味值均呈极显著正相关，与垩白粒率、垩白度和蛋白质含量均呈显著负相关，喷施4次光碳核肥效果最佳，能同时提升水稻产量和品质。

李婷婷等[19]研究了功能型叶面肥对杂交水稻功能叶生理特性和产量的影响，发现在水稻生育后期喷施功能型叶面肥，有利于提高功能叶的光合性能，促进叶片干物质积累，维持功能叶的生理活性，延缓叶片衰老进程，从而提高产量。

4.2 改善稻米品质

叶面肥可以降低籽粒垩白粒率与垩白度，提高精米率与糙米率，还可以提升直链淀粉和蛋白质含量等，一些叶面肥能提高稻米中的微量元素和营养质量。

孔令国等[27]研究了禾嫁春叶面肥对不同氮素水平下水稻生长和大米品质的影响，结果表明禾嫁春叶面肥处理可以提高大米氮、磷、钾、钙、镁、铁、锰、锌和铜等矿质营养元素含量，适量追施氮肥，配合施用禾嫁春叶面肥不仅可以提高水稻产量，而且能够提高大米营养价值。

樊俊等[22]研究表明，与对照处理相比，喷施专用叶面肥水稻穗粒数、结实率、糙米率、出糙率、整精米率、精米率和粗蛋白含量等均有所提高，秕粒数、垩白粒率和总淀粉含量则有一定程度的降低，由于叶面肥施用量小，其对品质的影响大于对产量的影响。

吕倩等[28]研究表明，叶面喷施氨基酸铁肥可以显著增加不同水稻品种精米中的铁、蛋白质、赖氨酸等必需氨基酸含量和15种氨基酸总量，可作为提高稻米铁含量和营养品质的经济、有效的农艺措施在生产实际中推广应用。

众所周知，稻谷锌含量非常低，但富含抑制锌在饮食中的生物利用度的化合物，如植酸盐[29-30]。水稻一般更容易出现土壤缺锌导致其产量和营养品质大幅下降的现象[31-33]。土壤和叶面施用锌肥被认为是解决作物生产和人类健康中与缺锌有关问题的短期有效办法[34-36]。叶面施用锌肥时，全粒和胚乳增锌量特别高，对水稻生长有很大的促进作用[23]。

4.3 减少重金属积累

随着工业制造业的发展，部分农田Cd污染问题日益显露和突出[37]。Cd具有较强的水溶性，容易从土壤转运到水稻籽粒中富集起来[38]。水稻是谷类农作物中对Cd吸收能力最强的作物[39-40]，食用稻米已经成为人体Cd的主要摄入源[41]，严重危害人体健康[42]。研究[43]表明，叶面喷施技术是一种可以显著影响Cd在水稻体内转运的农艺调控措施。杨晓荣等[43]研究表明，叶面喷施重金属螯合剂2,3-二巯基丁二酸可显著降低Cd在水稻幼苗地上部的累积。叶面喷施硅[44]、锌[45]和锰[46]等都可以显著降低Cd从水稻幼苗根部向地上部转运，减轻水稻中Cd的毒害。之前有报道表明，根部施用硅肥也可以减少水稻[47]、小麦[48-49]和玉米[50]幼苗对重金属的吸收和积累，但是施用于土壤的硅因其溶解度低，对矿物质和有机质的吸附性强而难以发挥应有的作用[51-52]，因此根部施用硅肥需要大量的硅，成本高，施硅量大[53]。因此，比起根部施用硅肥，叶面喷施硅肥更加经济有效[44]。

张宇鹏等[54]研究表明，无机硅经叶面吸收后，在减少叶片中铅富集的同时减少了根系对土壤铅的吸收，将经根系吸收的铅富集于茎和稻壳中；而在减少叶片中Cd富集的同时并未减少根系对Cd的吸收，而是将经根系吸收的Cd富集于根和茎中。

5 叶面肥的施用方法

5.1 肥料选择

叶面肥品种众多，应选择含量高、溶解度高、纯度高和副成分少的叶面肥，如尿素、磷酸二氢钾、磷铵、氯化钾和大量元素水溶肥，这类肥料都适合用作叶面喷肥。

一方面，可根据土壤状况选择叶面肥种类，在土壤肥力差的地区可选择氮、磷、钾含量较高的叶面肥。在土壤微量元素有效性低、水稻出现缺素症状时，选择含有微量元素的叶面肥。也可根据水稻的长势选择叶面肥种类，如水稻叶色发黄和生长缓慢是缺氮的症状，这个时候就应该喷施以氮为主的营养型叶面肥。

另一方面，不同生育时期应选择不同种类的叶面肥。在水稻生长前期可选用调节型叶面肥，调控水稻的生长发育，刺激生长；生长中后期，需肥量大，同时也是影响产量和品质的关键时期，应选用含有大量营养元素的营养型叶面肥，以保证快速补充水稻营养。

5.2 喷施浓度

叶面肥浓度过高会灼伤水稻叶片，而浓度过低则达不到施用效果。水稻生育中后期叶面肥喷施尿素的浓度最高可达2.0%，磷酸二氢钾的浓度最高为0.5%，其他大量元素肥料的浓度不高于1.0%，微量元素肥料的浓度不高于0.2%[55]。

5.3 喷施时期和次数

一般应选择在水稻拔节孕穗至破口期喷施，喷施时间宜选择在无风天、阴天，或在湿度较大、蒸发量较小的9:00前或16:00后进行。为了提高喷施效果，叶面喷施应至少进行2次，第1次以补充氮和磷肥为主，每次喷施应保证叶片正反面都喷到，并保证足够的用水量，为了节约成本，可与防病治虫药剂结合混喷[55]。

5.4 与土壤施肥配合施用

叶面施肥是土壤施肥的重要补充[16]，必须与土壤施肥相结合，才能充分满足水稻的生长需求，并不能替代土壤施肥。在水稻生长前期和中后期可根据水稻的具体长势情况选择性地进行叶面施肥，以达到增加水稻产量和提升水稻品质的目的。

6 叶面肥施用存在的问题

6.1 施用方式费时费工

在叶面肥施用方面，目前仍主要依靠人工施用，劳动效率低，经济效益也低。同时叶面肥的施用缺乏技术指导，市场上生产水稻叶面肥的品牌众多，但部分商家只注重效果的夸大宣传，却没有切实有效的技术指导说明[56]，导致在施用时出现盲目施用，达不到应有的效果，施用不当甚至会造成肥害、减产。

6.2 种类丰富度仍然不够

目前市面上的叶面肥种类虽然已经有多种，较之前已有很大的进步，但仍然不能满足如今的水稻生产需求，我们需要研究出更多种类的叶面肥来应对生产需要，叶面肥的开发力度仍然有待提高。

6.3 施用效果参差不齐

市场上叶面肥质量良莠不齐，施肥效果差异较大[12]。虽然近年来随着科学技术的发展，叶面施肥在我国得到迅速推广和应用，但市场上的水稻叶面肥种类繁多，叶面肥质量和价格也高低不一，相差很大。

7 叶面肥的发展策略与趋势

高产、优质、高效、生态和安全一直是农业发展的综合目标，这就要求施肥必定也要简单易行。叶面施肥简单、方便、清洁，是现代农业“立体施肥”的重要组成部分[57]。大量生产实践已经证明，叶面肥的施用是对土壤施肥的有效补充手段，是一项低成本、高效益的措施[58]。

7.1 施肥技术机械化

随着科技的进步与发展，科技在农业上的应用也越来越多。人工施肥费时费工，效率低，叶面肥属于水溶肥，具有速溶、均匀的优点，非常适合采用自动化施肥，我国利用无人机进行施肥的技术日趋成熟，在未来，机械化施肥一定会全面代替人工施肥，成为肥料施用的主流方法。

7.2 肥料多元化

目前市面上的叶面肥种类已经有多种，功效不一，在未来，肥料的种类定会更加多元，更加细分，如针对缺乏某种单一元素的肥料将会被生产出来，更强的针对性。

水稻是生长期较长的作物，生长过程中不仅需要足够的营养元素，还可能会遇到各种病虫害以及重金属污染问题，因此复合多功能化也将是水稻叶面肥的主导方向之一[8]，未来生产出的叶面肥不仅能补充水稻生长期间所必需的营养元素以及生长调节剂，同时还具有防治病虫害、减少植株对重金属的吸收作用。

7.3 成本低廉化

随着国家的产业扶持和肥料生产加工技术的日益成熟，肥料的成本和价格将会越来越低，而市场监管机制的进一步完善也会提高叶面肥的质量，叶面肥的市场会进一步扩大，迎来大范围、大面积推广的浪潮。这也将进一步促进水稻高产、优质、高效、生态和安全综合目标的实现。

7.4 材料环保化

2014年国家发改委发布的《全国土壤污染状况调查公报》中显示，我国土壤环境状况总体不容乐观。部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，全国土壤点位超标率为16.1%。随着社会的进步，人们环保意识增强，绿色环保的施肥方式将会成为主流。喷施叶面肥可减少化肥和农药的使用量，降低水稻体内的有害物质残留，减少环境污染，保护环境。因此叶面肥喷施将是土壤肥料施用的重要补充。

叶面肥的原材料可从天然物质中获得，如烟草、海藻素和秸秆发酵料等，对环境友好又对作物具有良好的营养作用和生理调节作用的天然物质。吴嫦华[59]发明了一种有机硅叶面肥的制作方法，将烧焦的稻壳用水浸出，是一种无污染、无副作用且能提高作物产量的环保叶面肥。运用环境友好的原材料生产叶面肥将会是未来发展的新方向。