一种基于降低稻田氮、磷面源污染的化肥减量深施方法

摘要

本发明公开了一种基于降低稻田氮、磷面源污染的化肥减量深施方法，包括如下步骤：1)确定水稻的化肥减量深施方法的目标产量：2)确定目标产量下的N、P、K养分需求量：3)确定目标产量下的施肥量：4)施用化肥：早、晚稻的肥料均按提苗肥和基肥施用。早稻提苗肥：氮肥用量25-30kg？N/ha和磷肥用量25-30kg？P2O5/ha。晚稻提苗肥：氮肥用量30kg？N/ha。早、晚稻的基肥用量均等于早、晚稻目标产量下的施肥量减去早、晚稻提苗肥用量。早、晚稻的提苗肥均在插秧前撒施，基肥先做成肥球，然后在插秧后深施。该方法可较大限度降低稻田氮、磷面源污染风险，提高肥料利用效率，在生产中可操作性强，投入成本低，推广应用价值极高。

说明书

技术领域

本发明涉及农作物施肥技术领域，具体涉及一种基于降低稻田氮、磷面源污染的化肥减量深施方法，适用于我国南方双季稻连年化肥减施与保持产量稳定前提下降低稻田氮、磷面源污染。

背景技术

水稻是我国重要的粮食作物。目前我国水稻种植面积约占世界水稻种植面积的20％，而水稻氮肥用量占全球水稻氮肥总用量的37％。我国稻田单季氮肥用量平均高达180kghm^-2，这一用量比世界稻田氮肥单位面积平均用量大约高出75％左右。然而，过高的化肥用量在满足高产需求的同时，也带来了严重的问题。一方面过量施用化肥导致肥料利用率降低，土壤结构恶化，水稻产量不稳定；另一方面化肥的大量损失加剧农业面源污染和水体富营养化风险。如何提高化肥利用效率、减少由肥料损失带来的农业面源污染是长期以来我国粮食安全和生态环境等领域科学家关注的重要课题。

目前，我国稻田施肥技术主要有测土配方施肥、平衡施肥、水肥耦合、前氮后移和缓控施肥等，极大推动了我国施肥技术的进步。此外，针对我国人多地少、经营分散、田块面积小等实际情况，朱兆良院士提出了“区域用量控制与田块微调相结合推荐施肥”和“土壤养分分区管理和分区平衡施肥技术”的理念，用来指导区域上养分利用效率的提高。这些施肥技术为提高我国肥料利用率和保障粮食安全做出了重要贡献。

研究表明，除过量施用化肥外，施肥方式不当是导致当前肥料利用效率下降和农田面源污染加剧的另一重要因素。在实际生产中，肥料撒施的现象仍较常见，尤其是在水稻种植过程中，撒施化肥易随稻田排水及地表径流损失。另有研究指出，将化肥撒施改为深施，可显著提高稻田肥料利用效率和降低稻田面源污染。但目前少有结合化肥深施以进一步提高肥料利用效率和降低农田面源污染风险的施肥技术。

在我国南方双季稻区，化肥高投入和撒施极为普遍，且稻季降雨充沛，水稻施肥期间降雨频繁，稻田排水和地表径流导致的化肥损失较为严重，并污染临近水体或引起水体富营养化。因此，在不降低水稻产量的前提下，通过合理降低化肥投入和改变施肥方式是解决该地区稻田施肥对环境不良影响及提高肥料利用效率的有效途径之一。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于降低稻田氮、磷面源污染的化肥减量深施方法，该方法可较大限度降低稻田面源污染风险，提高氮肥利用效率，在生产中可操作性强，投入成本低，推广应用价值极高。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种基于降低稻田氮、磷面源污染的化肥减量深施方法，包括如下步骤：

1)确定水稻的化肥减量深施方法的目标产量：

目标产量确定为当地水稻稻谷前三年平均产量的110％-115％；

2)确定目标产量下的N、P、K养分需求量：

目标产量下的N、P、K养分需求量可以根据如下公式求得：

NR_N，P，K＝Y×GNC_N，P，K+SY×SNC_N，P，K；

式中：NR_N，P，K为目标产量下水稻的N、P或K养分需求量，Y为目标产量，GNC_N，P，K为目标产量下水稻稻谷的N、P或K养分含量，SY为目标产量下水稻秸秆干物质量，SNC_N，P，K为目标产量下水稻秸秆干物质的N、P或K养分含量，其中Y、GNC_N，P，K、SY和SNC_N，P，K均可以在水稻收获后实测获得；

3)确定目标产量下的施肥量：

依据作物施肥基本原理“养分归还学说”，作物收获后带走的养分要以施肥的方式归还，以维持土壤养分平衡，因此，目标产量下的施肥量可以根据如下公式求得：

AF_N，P，K＝NR_N，P，K/NC_N，P，K；

式中：AF_N，P，K为目标产量下的N、P或K肥的施用量，NR_N，P，K为步骤2)中所获得的目标产量下的养分需求量，NC_N，P，K为肥料中的N、P或K的含量，其中肥料中的N、P或K含量可根据肥料的说明书获得；

4)施用化肥：

早、晚稻的肥料均按提苗肥和基肥施用，早稻提苗肥：氮肥用量30-35kgN/ha、磷肥用量25-30kgP₂O₅/ha，晚稻提苗肥：氮肥用量25-30kgN/ha，早、晚稻的基肥用量均等于早、晚稻目标产量下的施肥量减去早、晚稻提苗肥，早、晚稻的提苗肥均在插秧前撒施，基肥先做成肥球，然后在插秧后深施。

对上述方法进行改进，所述的氮肥为硫酸铵，磷肥为磷酸二氢铵，钾肥为氯化钾；步骤4)中，基肥做成肥球的方法为：先将确定施肥重量的氮、磷和钾肥充分混匀，再加入过2-3毫米筛后的粘土，充分混匀得混合肥料，然后喷水至混合肥料用手可以捏成团为止，放置10-15分钟后用手捏成直径为1-1.5cm的肥球；所述的粘土为双季稻种植区的红壤；基肥深施可人工进行，深施深度为5-7cm，隔行点状深施。

本发明与现有技术相比，其有益效果和优点在于：

1、该方法在确定区域产量的情况下，依据目标产量法确定施肥量，施肥方式由传统的撒施改为深施，并提供了具体实施方案。

2、该方法在确保水稻产量不减产的前提下减少化肥施用量，并且采用深施的施肥方式，可较大限度的提高肥料利用效率，降低由施肥造成的农田氮磷面源污染风险，同时在连年减施化肥的情况下仍能维持稻田土壤肥力。

3、该方法所涉及的肥球制作方法简单易行，所需的辅助工具极少。

4、该方法中基肥可在插秧后进行深施，深施操作简便，额外增加的劳动力极少，且深施后不需要后期追肥，便于田间管理。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行具体说明。

实施例1

一种基于降低稻田氮、磷面源污染的化肥减量深施方法，其步骤是：

1)确定水稻的化肥减量深施方法的目标产量：

以中国科学院桃源农业生态试验站为试验区，该试验区近三年来早、晚稻平均产量分别为4500-4800kg/ha和4700-5000kg/ha左右，因此，确定该试验区今年水稻的目标产量是5250kg/ha。

2)目标产量下的N、P、K养分需求量可以根据如下公式求得：

NR_N，P，K＝Y×GNC_N，P，K+SY×SNC_N，P，K；

式中：NR_N，P，K为目标产量下水稻的N、P或K养分需求量(kg/ha)，Y为目标产量(kg/ha)，GNC_N，P，K为目标产量下水稻稻谷的N，P或K养分含量(kg/kg)，SY为目标产量下水稻秸秆干物质量(kg/ha)，SNC_N，P，K为目标产量下水稻秸秆干物质的N，P或K养分含量(kg/kg)。根据调研和取样分析结果得出，早稻秸秆干物质量约为5000kg/ha，晚稻秸秆干物质量约为5100kg/ha，早稻秸秆干物质中N、P和K的含量分别为0.88、0.18和1.23％，早稻稻谷中N、P和K的含量分别为1.10、0.31和0.09％，晚稻秸秆干物质中N、P和K的含量分别为0.90、0.19和1.26％，晚稻稻谷中N、P和K的含量分别为1.12、0.32和0.09％。根据养分需求量公式计算得出目标产量下早稻的N、P和K需求量分别为102、25和66kg/ha，晚稻的N、P和K需求量分别为104、26和69kg/ha。

3)确定目标产量下的施肥量：

依据作物施肥基本原理“养分归还学说”，作物收获后带走的养分要以施肥的方式归还，以维持土壤养分平衡，因此，目标产量下的施肥量可以根据如下公式求得：

AF_N，P，K＝NR_N，P，K/NC_N，P，K；

式中：AF_N，P，K为目标产量下的N、P或K肥的施肥量(kg/ha)，NR_N，P，K为步骤2)中所获得的目标产量下的养分需求量(kg/ha)，NC_N，P，K为肥料中的N、P或K的含量(kg/kg)。该方法中所用的N肥为硫酸铵，纯N含量为21％，P肥为磷酸二氢铵，P₂O₅含量为49％，纯N含量为11.8％，K肥为氯化钾，K₂O含量为60％。根据步骤2)确定的早、晚稻的N、P和K的需求量，以及施肥量的计算公式，可以计算得出目标产量下早稻的施肥量分别为硫酸铵420kg/ha，磷酸二氢铵116kg/ha，氯化钾133kg/ha，晚稻的施肥量分别为硫酸铵426kg/ha，磷酸二氢铵122kg/ha，氯化钾138kg/ha。

4)化肥施用：

早、晚稻的肥料均按提苗肥和基肥施用，早稻提苗肥：硫酸铵108kg/ha和磷酸二氢铵61kg/ha，晚稻提苗肥：硫酸铵143kg/ha。早、晚稻的基肥用量均等于早、晚稻目标产量下的施肥量减去早、晚稻提苗肥。经计算，早稻的基肥：硫酸铵312kg/ha、磷酸二氢铵55kg/ha、氯化钾133kg/ha；晚稻的基肥：硫酸铵283kg/ha、磷酸二氢铵122kg/ha、氯化钾138kg/ha，总化肥量为543kg/ha。早、晚稻基肥做成肥球的方法为：先将硫酸铵、磷酸二氢铵和氯化钾充分混匀，再加入过2毫米筛后的粘土，粘土的加入量为基肥总重量的1/2，充分混匀得混合肥料，然后喷水至混合肥料用手可以捏成团为宜，放置10分钟后用手捏成直径为1cm的肥球。早、晚稻的提苗肥均在插秧前撒施，基肥制作成肥球后在插秧后深施，基肥肥球深施可人工进行，施肥位置为相邻两行水稻植株的中间，深施深度为5-7cm。

试验一、本发明的化肥减量深施方法对双季稻产量及氮肥利用效率影响的试验

下面以实施例1所述的化肥减量深施方法为例进行试验。

试验地点：中国科学院桃源农业生态试验站。

试验时间：2012年-2014年。

试验方法：

试验共设2个处理组，分别为减量深施处理组(试验组)和农户常规施肥处理(对照组)，重复3次试验。农户常规施肥处理组早稻化肥施用量分别为：N150kg/ha，P26kg/ha，K75kg/ha，晚稻化肥施用量分别为：N150kg/ha，P33kg/ha，K75kg/ha，其中早、晚稻氮肥均按基肥和分蘖肥(基肥和分蘖肥比例为4：6)，磷钾肥均做基肥一次性施入。减量深施处理组早、晚稻化肥的施用量和施用方法见实施例1。

试验结果：

本对比试验自2012年早稻开始至2014年晚稻结束，3年共进行了6季试验，试验结果如表1所示：

表1、减量深施组和习惯施肥组在施肥量、产量及氮肥利用效率方面的比较

由表1可知，减量深施组的施肥量为103kg/ha，而农户习惯施肥组的施肥量为150kg/ha；习惯施肥组减量深施组的早、晚稻年均产量分别为5346kg/ha和5222kg/ha，与农户习惯施肥组相比，分别增产13.49％和8.12％；减量深施组的早、晚稻的氮肥利用效率分别为49.28％和46.86％，农户习惯施肥组的早、晚稻氮肥利用效率仅为29.02％和26.40％。由此表明，本申请的化肥减量深施方法在减少施肥量的前提下，不仅提高了早、晚的产量，而且显著地提高了早、晚稻氮肥的利用效率。

试验二、本发明的化肥减量深施方法对双季稻氮、磷面源污染风险影响的试验。

试验地点：中国科学院桃源农业生态试验站。

试验时间：2012年-2014年。

试验方法：

试验处理组的设置和各处理组的施肥方案同试验一。在水稻的整个生育期根据施肥情况采集稻田田面水进行氮、磷浓度监测。

试验结果：

本对比试验自2012年早稻开始至2014年晚稻结束，3年共进行了6季试验，习惯施肥组和减量深施组中稻田水层氮、磷浓度的监测结果如表2所示：

表2减量深施组和习惯施肥组在稻田水层中氮、磷浓度方面的比较

由表2可知，减量深施组与农户习惯施肥组相比，早稻季稻田水层中NO^3--N、NH⁴⁺-N和总磷浓度分别降低了30％、70％和20％，晚稻季稻田水层中NO^3--N、NH⁴⁺-N和总磷浓度分别降低了40％、86％和46％。由此可见，本发明的减量深施方法可显著降低稻田水层中氮、磷浓度，有效降低了稻田氮、磷面源污染的风险。

试验三、本发明的化肥减量深施方法对对双季稻田土壤肥力的影响的试验

试验地点：中国科学院桃源农业生态试验站。

试验时间：2012年-2014年。

试验方法：

试验处理组的设置和各处理组的施肥方案同试验一。与农户习惯施肥相比，减量深施由于连年减量施用化肥，减少了养分投入，可能会导致土壤肥力的下降，为了验证本化肥减量深施技术对土壤肥力的影响，在2014年晚稻收获后采集试验田块土壤样品，测试土壤样品中有机质、全氮、全磷和全钾指标。

实验结果：

减量深施组和习惯施肥组稻田基础土壤肥力的试验结果如表3所示：

表3减量深施组和习惯施肥组稻田基础土壤肥力的比较

由表3可知，经过连续3年的施肥，与习惯深施组相比，减量深施组的稻田土壤中有机质、铵态氮、速效磷和速效钾的量均略高于习惯深施组。由此可见，本发明的减量深施方法虽然降低了化肥投入，但通过深施可有效维持土壤肥力，降低了化肥损失。

综上所述，本发明的减量深施方法减少了氮肥施用量(早稻32.0％、晚稻30.7％)，磷肥施用量(早稻3.8％、晚稻15.2％)和钾肥施用量(早稻12.0％、晚稻8.0％)，通过化肥深施，早晚稻年均产量(早稻5346kg/ha、晚稻5222kg/ha)均达到了目标产量5250kg/ha，增产了13.5％-8.1％，而且提高了养分利用效率和降低了稻田氮、磷面源污染风险。由此可见，本发明的基于降低稻田氮、磷面源污染的化肥减量深施方法是可行的，可操作性强，投入成本低，推广应用价值高。