基于微生物产品（肥料及菌剂）的水稻肥药双减绿色生产技术初探

王丹英 陈松 刘侃诚 韦君杭 章秀福*

（1中国水稻研究所，杭州 310006；2浙江森井农业生物技术有限公司 微生物研究中心，杭州 310006；*通讯作者：zhangxiufu@caas.cn）

水稻是我国最主要的粮食作物之一，肥料作为决定水稻产量的一个关键因素，是水稻生产投入的主要部分。化肥应用为水稻增产发挥了重要作用，但由于农户对化肥增产的深度依赖和期望，存在宁多勿少的盲目性，导致当前化肥施用量偏高而利用率则明显偏低。不合理的化肥施用，不仅造成资源浪费、土壤结构恶化，还导致水体富营养化等农业面源污染问题[1]。微生物肥料系由一种或若干种有益微生物经工业化培养发酵而成，通过其所含微生物的生命活动及其产生的次生代谢物质作用于植物，具有提高土壤肥力、刺激植物生长、防治有害微生物等普通化肥不具备的作用[2-3]。用微生物产品替代或部分替代化肥，抑制有害病菌降低农药用量，在理论上是完全可行的。但由于技术、成本等种种原因，未见到微生物产品在水稻生产中大面积应用，也未形成基于微生物产品的水稻绿色生产技术。从2020年开始，中国水稻研究所和浙江森井农业生物技术有限公司合作，开展基于微生物产品的水稻绿色生产技术研究，通过研发复合微生物产品，探索不同微生物产品功效及使用方法，分析评估了微生物肥料及菌剂替代或部分替代化肥和农药的生态、经济效应，于2021年集成了基于微生物产品（肥料及菌剂）的水稻绿色生产技术，并在浙江平湖的单季稻上进行了应用。

1 基于微生物产品的水稻绿色生产技术应用效果

2021年5—11月在浙江嘉兴平湖曹桥街道野马村的“稻-麦”轮作田块上，以常规粳稻苏香粳100为材料，运用多种微生物菌剂、微生物肥料产品部分替代化肥和农药，进行了基于微生物产品的绿色生产示范。与农户对照相比，示范田在化肥减量66%（表1）、杀菌剂减量65%（表2）的情况下，水稻单产603.6 kg/667 m2，产量与当地农户持平。说明基于微生物产品的水稻绿色生产技术可以在确保水稻稳产的前提下实现水稻的减肥减药绿色生产。

表1 不同种植方式的施肥情况

表2 不同种植方式的杀菌剂用量

2 基于微生物产品的水稻绿色生产技术应用基础

多菌种、复合、高效的微生物产品是技术的应用基础。采用自主知识产权的原创性新技术，研发出具多菌种复合、菌群稳定性强且高效的森井复合微生物产品（浙江森井农业生物技术有限公司生产），含有酸鱼乳杆菌、谷氨酸棒状杆菌以及其他108种难培养微生物。菌群内通过糖类、乳酸、短链脂肪酸、正己酸等营养物质密集的交叉互养网络形成稳定的共生关系，同时代谢产生多糖、氨基酸、核酸、维生素等复合营养物质，承担起除核心菌群外更多微生物的营养代谢。复合微生物产品的使用，一方面改变土壤环境，影响细菌群落；另一方面带来了外源益生细菌的直接输入，促进土壤微生物群落结构的稳定与多样性的维持，有效地改良土壤微环境。森井复合微生物产品类型多样，包括生物有机肥、复合微生物肥料（液态，简称微生物液态肥）和菌剂（液态）等3种，其中生物有机肥的速效N、P、K含量分别为0.74%、0.68%和2.00%，微生物液态肥的速效N、P、K含量分别为0.84%、0.37%和0.91%，两者均能够提供作物生长所需养分并具有改良土壤微生物环境的作用；菌剂未添加速效养分，其主要功能是加速秸秆腐化，能快速降低秸秆腐解时稻田水体的化学需氧量（COD）、总氮和总磷浓度，具有清洁水体的作用。

3 基于微生物产品的水稻绿色生产技术关键措施

3.1 “菌肥+化肥”的水稻绿色施肥套餐设计

针对不同的生产需求，我们建立了以微生物肥料部分替代化肥的“菌肥+化肥”施肥方案和全部替代化肥的“纯菌肥”施肥方案，前者适用于当前水稻生产的肥药减量绿色栽培，后者则适用于高端有机大米的生产。

微生物肥料部分替代化肥的“菌肥+化肥”的水稻绿色栽培，以秸秆还田利用和水稻生长过程中微生物肥料与化肥的合理调配为重点，以减肥、减药、省本、稳产、提质为目标。

1）微生物菌剂和化学氮肥结合促进秸秆清洁腐解。秸秆还田作为一项培肥地力的重要措施被普遍采用。但秸秆还田在改良土壤结构的同时，也会导致土壤病菌增加，作物病害加重及缺苗（僵苗）等不良现象[4-5]，特别是在“稻-麦”等多熟制稻田中，头茬和后季作物的间隔时间非常短，容易发生土壤中秸秆转化微生物与水稻幼苗争夺养分的矛盾。经过大量研究，我们形成了菌剂和氮肥共同作用促进秸秆腐解的方法，即在小麦秸秆翻耕还田前，施入微生物菌剂20 kg/667 m2和碳铵40 kg/667 m2。

2）微生物肥料部分替代化肥实现水稻生产化肥减量。南方水稻一般采用分次施肥，肥料分基、蘖、穗肥3次施用。根据水稻生产的养分需求规律，综合考虑不同肥料的功效、养分释放特点和价格因素，我们建立了用微生物肥料部分取代化肥，有机、无机配施，速效、长效兼顾的施肥方法，在水稻生长的不同阶段施用不同形态的微生物肥料和化肥，形成“菌肥+化肥”的水稻绿色施肥套餐，即：在水稻种植之前，每667 m2施入生物有机肥75 kg作基肥，分蘖期施尿素10 kg促分蘖发生，孕穗初期施微生物液态肥50 kg作穗肥。

综上，“稻-麦”轮作稻田的“菌肥+化肥”水稻绿色施肥套餐的化肥施用量（折纯）为11.4 kg/667 m2，与农户施肥方式（基肥为18∶8∶18的复合肥30 kg/667 m2，第1次追肥施用尿素20 kg/667 m2，第2次追肥施用15∶15∶15的复合肥25 kg/667 m2）相比，当季N素投入量减少32.5%。

3.2 肥料施用方法的改进与创新

当地种粮大户普遍采用“一基两追”的3次施肥方法，其中基肥一般是用撒肥机撒施，追肥通常是用背负式喷肥机喷施，也有人工撒施或无人机追施。微生物绿色施肥方法的不同之处在于：在秸秆翻耕还田之前需要喷施微生物菌剂和碳铵以促进秸秆腐解和清洁还田。为减少施肥次数，降低施肥的人工成本，我们改进了基肥和穗肥的施用方法。

1）基肥的固液同步施用技术：将原来“麦收后先喷施菌剂和撒施碳铵，然后秸秆翻耕还田，再撒施基肥，最后整平”的过程，改为“在喷施液态菌剂同时，同步撒施碳铵和生物有机肥”。通过在撒肥机上加装喷施装置，实现固体肥和液体肥的同步施用。此施肥工艺的改进，不仅减少了施肥次数，而且在随后的秸秆机械翻耕还田过程，可以使基肥深施于土壤中，减少肥料流失，有利于提高肥料利用效率。

2）穗肥的以水带肥施用技术：孕穗初期微生物液态肥的施用采取“以水带肥”的方法，在搁田后复水过程中，让液态复合微生物肥料随水均匀流入稻田，减少肥料施用的人工成本。在装置上，采用的是普通的塑料桶，在桶底加装水龙头开关（图1），可以根据灌溉水速调整液态肥注入速度，简单、省本、高效。

图1 “以水带肥”施肥装置

3.3 与施肥配套的耕作和灌溉技术改进

已有研究表明，在肥料施用后，田面水体的养分含量会急剧升高，至施肥1周后才降至较低水平[6]，因而施肥后1周之内应禁止排水。此外，秸秆还田的稻田，在秸秆腐解的过程中会产生大量褐色中间产物，若田水外排会污染周边水体，导致严重的面源污染。因此，要求第1次施肥后秸秆浅水旋耕还田，或者旱耕还田后再灌水，以浸没土壤而不高于田面为宜。其优点在于一方面减少了肥料流失和秸秆腐解中间产物外排的风险，另一方面秸秆腐解过程中会产生大量的还原性物质，降低水体的含氧量，而薄水可以使空气中的氧进入稻田土壤，有利于减轻秸秆还田的负面影响。

水稻生长过程中，实行干湿交替的好氧灌溉：返青分蘖期每次灌水水位不高于田面3 cm，待落干后再灌第2次水；分蘖末期搁田至田面开裂以减少无效分蘖；孕穗初期复水，以水带肥施入微生物液态肥，此时若气温高，可以将水位保持在5 cm左右；灌溉期浅水干湿交替，切忌断水过早。