王春曉,王世福,鹿?jié)蓡?,?蔚,臧宏偉,張 偉,姚 杰,蘭 豐,柳 璇,劉傳德*,鄭亞萍
(1.山東省煙臺(tái)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院/農(nóng)業(yè)部果品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室(煙臺(tái))/農(nóng)業(yè)部果品及苗木質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(煙臺(tái)),山東 煙臺(tái)265500;2.甘肅貴金屬冶煉有限公司,甘肅 定西 730500;3.山東省花生研究所,山東 青島 266100)
長(zhǎng)期以來(lái),為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn),我國(guó)花生生產(chǎn)走的是高投入高產(chǎn)出的“雙高”模式,其中肥料的投入尤為突出,過(guò)量甚至盲目施肥在許多產(chǎn)區(qū)已成為習(xí)慣。我國(guó)花生生產(chǎn)推薦施肥量遠(yuǎn)高于世界其他花生主產(chǎn)國(guó)。美國(guó)花生除在缺鈣地區(qū)結(jié)莢前追施一定數(shù)量的鈣肥、生茬地補(bǔ)施適量的根瘤菌劑外,不再施用其他任何種類的肥料。日本較注重磷肥的施用,90%的氮素依靠根瘤菌固氮提供。印度、越南等發(fā)展中國(guó)家花生施肥量?jī)H為我國(guó)的5%~10%[1]。
大量的化肥投入雖然在提高產(chǎn)量方面發(fā)揮了重要作用,但由化肥帶來(lái)的負(fù)面影響也日趨明顯:一是造成花生徒長(zhǎng)倒伏、早衰減產(chǎn);二是抑制根瘤發(fā)育,降低根瘤菌固氮能力;三是肥料浪費(fèi)大,利用低,生產(chǎn)成本高;四是對(duì)生態(tài)環(huán)境潛在威脅大;五是引起土壤鹽漬、酸化,結(jié)構(gòu)變劣,持續(xù)生產(chǎn)能力下降。因此,過(guò)量施肥已成為我國(guó)花生持續(xù)增產(chǎn)增效和生態(tài)安全的主要障礙因素之一。節(jié)肥省肥、科學(xué)施肥已成為事關(guān)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的大事。
2005年,農(nóng)業(yè)部制定了《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》,提出了未來(lái)五年我國(guó)主要農(nóng)作物化肥使用量的目標(biāo)任務(wù),拉開了我國(guó)節(jié)肥減肥、高效施肥的序幕,這是繼配方施肥、沃土工程之后,推出的又一實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。花生是我國(guó)重要的油料作物、經(jīng)濟(jì)作物,在農(nóng)業(yè)增收、農(nóng)民增效、保障食用油脂安全等方面有舉足輕重的地位。我國(guó)人多地少,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)肩負(fù)著提高產(chǎn)量和減少環(huán)境污染的雙重任務(wù),在保證花生產(chǎn)量穩(wěn)中有升的前提下減少化肥用量,是未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)我國(guó)花生科研和生產(chǎn)的一項(xiàng)重要任務(wù)。
我國(guó)每年花生氮磷鉀養(yǎng)分總需求約為70萬(wàn)t,N:P2O5:K2O比例約為1:0.35:0.75[2]。山東和河南需求量最大,兩省之和占總需求量的48%,其次為河北、遼寧、廣東、安徽、河北、四川等省。自上世紀(jì)60年代末,為提高花生產(chǎn)量,施肥受到高度重視,山東省花生研究所根據(jù)單位花生植株所吸收養(yǎng)分量,結(jié)合各元素營(yíng)養(yǎng)特性,提出了氮減半、磷加倍、鉀全量的施肥原則,要求每生產(chǎn)100 kg莢果施純N 2.5 kg、P2O52 kg和K2O 2.5 kg[3],這一技術(shù)沿用至今,為提高我國(guó)花生產(chǎn)量發(fā)揮了重要作用。然而這一基于產(chǎn)量為主目標(biāo)的施肥技術(shù)氮磷鉀都有一定程度的結(jié)余,尤其是磷,推薦量為實(shí)際需要量的2倍。如此連年施肥,土壤中氮磷鉀養(yǎng)分總體都有一定的富余,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國(guó)花生氮磷鉀肥表觀剩余率分別約為19.0%、63.0%和38.5%。不僅造成肥料浪費(fèi),同時(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成很大壓力。
肥料結(jié)構(gòu)的改變對(duì)我國(guó)花生施肥產(chǎn)生了很大影響。隨著高濃度復(fù)合肥比例的逐漸增加,尤其是三元復(fù)合肥(多為N、P2O5、K2O各含15%)廣泛應(yīng)用,花生田養(yǎng)分殘余狀況更加嚴(yán)重(圖1),磷素尤為突出,進(jìn)一步加劇了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。
圖1 花生需肥與施肥現(xiàn)狀
花生為地下結(jié)果作物,對(duì)土壤緊實(shí)狀況響應(yīng)非常敏感,通過(guò)深耕及深松等耕作方式,可降低土壤容重,提高通透性,改變土壤氧化還原電位,增加元素的有效性,促進(jìn)花生對(duì)養(yǎng)分的吸收利用,具有一定的節(jié)肥潛力[4-5]。加大有機(jī)物料的投入,是沃土肥田、化肥減施后保證花生持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的最有效措施之一。增施有機(jī)肥和秸稈還田是目前增加有機(jī)物料投入的主要方式?,F(xiàn)有研究表明,有機(jī)肥與化肥配施比單施化肥能增加花生田細(xì)菌、真菌及放線菌數(shù)量,提高脲酶、酸性磷酸酶及蔗糖酶活性,增加土壤速效氮磷鉀養(yǎng)分含量,進(jìn)而提高肥料利用率及花生產(chǎn)量[6-7]。在小麥—花生兩熟制栽培條件下,連續(xù)兩年進(jìn)行小麥秸稈還田,土壤有機(jī)質(zhì)比不還田處理和試驗(yàn)前分別提高0.05和0.034個(gè)百分點(diǎn)[8]。因此,深耕配合增施有機(jī)物料,是花生化肥減施得以長(zhǎng)期堅(jiān)持實(shí)施的基礎(chǔ),需認(rèn)真對(duì)待。
2.2.1 研發(fā)新型肥料
緩/控釋肥能控制養(yǎng)分釋放速度,實(shí)現(xiàn)作物需要與肥料供應(yīng)相對(duì)一致,從而提高肥料利用率和降低肥料對(duì)環(huán)境的污染,被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的一種新型肥料[9]。張玉樹等[10]在福建紅壤土上試驗(yàn)表明,在等量養(yǎng)分均做基肥時(shí),控釋肥比普通肥花生增產(chǎn)2.5%~10.8%,氮、磷、鉀當(dāng)季利用率分別提高3.9%~15.8%、0.6%~4.2%和2.6%~14.2%。成艷紅等[11]報(bào)道,在江西紅壤上,配施20%控釋肥較常規(guī)施肥氮肥利用率提高57.4%,莢果增產(chǎn)5.7%。初長(zhǎng)江試驗(yàn)表明,緩釋肥用量減少20%~25%,產(chǎn)量與常規(guī)施肥相當(dāng)[12]。今后,應(yīng)根據(jù)花生生育期間氮素需求規(guī)律研發(fā)花生專用緩/控釋肥,力求在供應(yīng)時(shí)間和供應(yīng)強(qiáng)度兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)氮素供需的“精準(zhǔn)、同步”。
2.2.2 普及測(cè)土配方施肥技術(shù)
測(cè)土配方施肥是根據(jù)花生需肥規(guī)律、土壤供肥能力和肥料效應(yīng),提出氮、磷、鉀及中微量元素的施用數(shù)量、比例、時(shí)間和方法的一套施肥基礎(chǔ)體系,是實(shí)現(xiàn)各種養(yǎng)分平衡供應(yīng)、肥料減量增效、花生增產(chǎn)提質(zhì)的有效措施。其中肥料效應(yīng)函數(shù)—養(yǎng)分豐缺指標(biāo)法是目前最為常用的配方施肥技術(shù),其推薦施肥量和配方的科學(xué)性及嚴(yán)謹(jǐn)性較高[13]。近年來(lái),全國(guó)已在多個(gè)省份建立了花生測(cè)土配方施肥體系,確定了花生氮磷鉀肥經(jīng)濟(jì)施用量及推薦施用量[14-16]。試驗(yàn)表明,測(cè)土配方施肥較常規(guī)施肥增產(chǎn)16.9%~24.4%,氮、磷、鉀配施較各自單施肥料利用率提高2.0%~7.3%[9]。利用計(jì)算機(jī)專家決策系統(tǒng)實(shí)行區(qū)域配方施肥比常規(guī)專用肥增產(chǎn)5.6%~9.8%,節(jié)肥5.7%~24.9%[17]。節(jié)肥降耗、增產(chǎn)增效潛力大。由于我國(guó)農(nóng)民知識(shí)水平不高,花生田面積小而分散,對(duì)單一農(nóng)戶田塊進(jìn)行測(cè)土配方施肥既不經(jīng)濟(jì)、也不現(xiàn)實(shí),如何將測(cè)土配方施肥與肥料企業(yè)結(jié)合,按一定的區(qū)域直接生產(chǎn)適合農(nóng)民需要的肥料,是未來(lái)測(cè)土配方施肥工作需要進(jìn)一步探究的重要課題。
2.2.3 因地制宜發(fā)展水肥一體化技術(shù)
水肥一體化技術(shù)是將灌溉與施肥融為一體的農(nóng)業(yè)新技術(shù),膜下滴灌是花生常用的一種水肥一體化施肥技術(shù)[18],在測(cè)土配方施肥的基礎(chǔ)上應(yīng)用膜下滴灌技術(shù),比常規(guī)技術(shù)可節(jié)肥30%~50%,在減少肥料用量40%的基礎(chǔ)上,莢果增產(chǎn)15%以上。節(jié)肥增產(chǎn)潛力大[19]。該技術(shù)在新疆及東北農(nóng)牧交錯(cuò)帶等花生產(chǎn)區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景。我國(guó)花生肥水一體化技術(shù)現(xiàn)處在起步階段,整體技術(shù)及肥料運(yùn)籌技術(shù)尚不成熟、完善,在一定程度影響了該技術(shù)節(jié)肥節(jié)水、增產(chǎn)增效的效果?;诰C合考慮不同生育期土壤供肥能力、植株需肥特性、肥料吸收利用等因素的不同種類肥料搭配與運(yùn)籌,是未來(lái)該技術(shù)需突破的重點(diǎn)和難點(diǎn),也是未來(lái)工作的重點(diǎn)。
2.2.4 探索精準(zhǔn)施肥可行性
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)于1993-1994年起源于美國(guó)明尼蘇達(dá)州的兩個(gè)農(nóng)場(chǎng),精準(zhǔn)施肥是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)中的核心內(nèi)容,該技術(shù)用全球定位系統(tǒng)可在每一操作單元上因土、因作物全面平衡施肥,可顯著提高肥料利用率和施肥經(jīng)濟(jì)效益及作物產(chǎn)量,降低化肥用量及施肥對(duì)環(huán)境的不良影響,是提高化肥利用率、最大限度地利用土地資源,以及以合理的肥料投入量獲取最高產(chǎn)量和最大經(jīng)濟(jì)效益、保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和自然資源的有效途徑和措施。近年來(lái),我國(guó)在小麥、玉米、水稻等作物上開展了精準(zhǔn)施肥研究與應(yīng)用,節(jié)肥、增產(chǎn)效果顯著[20],具有廣闊的發(fā)展前景。但目前花生上應(yīng)用甚少。
2.2.5 適時(shí)追施葉面肥
花生葉片有直接吸收養(yǎng)分的能力[21],可有效彌補(bǔ)逆境(干旱、鹽堿、酸化、瘠薄、根系老化等)條件下根系吸收能力不足的問(wèn)題。目前,葉面追肥種類較多,生育中期一般以硼、鉬、鐵等為主,生育后期主要追施氮、磷、鉀等?,F(xiàn)有試驗(yàn)表明,花生葉面追肥可增產(chǎn)3.7%~33.1%[3,22-23]。增產(chǎn)效果不穩(wěn)定是影響葉面肥應(yīng)用最主要瓶頸,其原因與品種類型、土壤供肥能力、植株長(zhǎng)勢(shì)及葉面肥濃度、噴施時(shí)間、次數(shù)等有關(guān)。探明葉面肥的使用條件,對(duì)發(fā)揮葉面追肥在花生節(jié)肥增產(chǎn)中的作用有重要意義[9]。
2.3.1 接種根瘤菌,提高根瘤菌固氮能力
作為豆科作物,花生有利用與固氮功能,固氮量為3.5~7.0 N kg/(667m2·季),此量可占花生生育所需氮素的24%~81%,因品種和土壤生境不同而異[9,24-25]。接種根瘤菌劑能為花生提供一定的氮素營(yíng)養(yǎng),達(dá)到肥料減施增效目的[26-27]。林國(guó)林等[28]報(bào)道,接種根瘤菌可促進(jìn)植株生長(zhǎng), 提高葉面積系數(shù),莢果增產(chǎn)7.5%~12.9%。史清亮等[29]研究表明,在石灰性土壤施肥條件下,花生接種根瘤菌效果顯著,結(jié)瘤數(shù)增加5倍,莢果增產(chǎn)17.2%,籽仁粗蛋白含量提高3.0%~7.0%。劉世旺等[30]多點(diǎn)試驗(yàn)表明,接種根瘤菌的花生飽果率、百果干質(zhì)量和單株根瘤數(shù)等均有明顯增加,莢果平均增產(chǎn)14.5%。當(dāng)?shù)适┯貌蛔銜r(shí),接種根瘤菌效果不明顯,當(dāng)?shù)适┯眠m量時(shí),接種根瘤菌可增產(chǎn)11.4%~11.7%[31]。王永長(zhǎng)等[32]研究表明,常規(guī)施肥減半,接種根瘤菌,花生根瘤數(shù)明顯增加,莢果增產(chǎn)5%左右。綜合目前研究,接種根瘤菌一般可節(jié)氮1/4~1/2,增產(chǎn)5%以上,發(fā)展前景廣闊。然而,目前生產(chǎn)上根瘤菌劑并未得到廣泛應(yīng)用,重要原因之一是效果不穩(wěn)定。今后要進(jìn)一步加強(qiáng)“土著根瘤菌—接種根瘤菌劑—土壤生境—花生品種類型”相互關(guān)系的研究,篩選優(yōu)秀高效根瘤菌菌株,研制根瘤菌菌劑(肥)適宜劑型、使用方法等,進(jìn)一步提高根瘤菌菌劑(肥)的接種效果及穩(wěn)定性。
2.3.2 培育營(yíng)養(yǎng)高效品種
同一作物不同基因型品種對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素吸收能力及利用率存在較大差異,篩選和利用高效的基因型,有望成為未來(lái)花生節(jié)肥省肥的有效途徑。萬(wàn)書波等[33]研究表明,不同品種類型花生氮利用率相差7.6%~8.3%,根瘤菌固氮率相差5.0%~23.0%。鄭永美等[34]比較了20個(gè)花生品種氮素利用特點(diǎn),結(jié)果氮素生產(chǎn)效率和氮肥利用率分別為8.1~29.6 kg/kg和16.3%~34.6%,最高值分別達(dá)到最低值的3.7倍和2.1倍,篩選出“花育22”、“濰花8”等5個(gè)高產(chǎn)氮高效品種。山東省花生研究所研究了42個(gè)不同基因型品種磷素利用特點(diǎn),結(jié)果磷效率為78.2~119.4 kg/kg,最大值為最小值的1.5倍,篩選出“花育36”和“花育39”等6個(gè)高產(chǎn)磷高效品種[9]。表明,培育、應(yīng)用養(yǎng)分利用率高的花生品種,是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。
2.3.3 合理化控
花生具有半無(wú)限生長(zhǎng)習(xí)性,在水肥優(yōu)越的條件下,往往因植株徒長(zhǎng)導(dǎo)致結(jié)莢后仍有較多的養(yǎng)分用于營(yíng)養(yǎng)體的消耗,不僅影響莢果的充實(shí)而減產(chǎn),同時(shí)也降低了養(yǎng)分利用效率。植物生長(zhǎng)抑制劑,可有效控制莖葉徒長(zhǎng),提高庫(kù)源比例,在提高莢果產(chǎn)量同時(shí),減少了肥料不必要的浪費(fèi),是花生節(jié)肥、增產(chǎn)的有效途徑。目前,有關(guān)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑控制花生徒長(zhǎng)倒伏、提高產(chǎn)量方面的報(bào)道較多。今后應(yīng)加強(qiáng)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑增產(chǎn)與節(jié)肥的協(xié)同效應(yīng),進(jìn)一步挖掘化控的節(jié)肥潛力。
近年來(lái),受成土母質(zhì)、氣候及人為因素影響,相當(dāng)一部分花生田中的障礙性因子逐漸增加,主要表現(xiàn)為土壤酸化、鹽漬(堿)化、粘重等,降低了肥料中營(yíng)養(yǎng)元素的有效性,抑制了花生對(duì)養(yǎng)分的吸收,進(jìn)而降低肥料利用率。因此,花生化肥減施首先應(yīng)從充分發(fā)揮土壤潛能入手,通過(guò)提升土壤基礎(chǔ)肥力,活化土壤養(yǎng)分,改善土壤結(jié)構(gòu)等,提高土壤供肥能力,維持花生持續(xù)穩(wěn)定增產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)改進(jìn)肥料養(yǎng)分釋放特性及施用方式,提高肥料利用率。另外,選擇營(yíng)養(yǎng)高效品種、提高根瘤固氮能力以及減少營(yíng)養(yǎng)體無(wú)效消耗等,也是花生減少化肥用量的有效途徑?;蕼p施最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“三效”協(xié)調(diào)一致,即經(jīng)濟(jì)效益、資源效益和環(huán)境效益的同步提高。
不同減肥措施(途徑)均有一定的節(jié)肥效果,然而,我國(guó)花生分布廣泛,不同產(chǎn)區(qū)土壤類型、品種特性、種植制度、生態(tài)條件以及生產(chǎn)水平等存在較大差異,因地制宜有選擇地對(duì)這些單項(xiàng)措施進(jìn)行優(yōu)化組裝,建立適合不同產(chǎn)區(qū)的化肥減施體系,并根據(jù)現(xiàn)有施肥水平,制定近、中、長(zhǎng)不同階段花生化肥減施目標(biāo)和實(shí)施方案,是未來(lái)化肥減施的首要任務(wù)。