本文摘要：摘要 综述了我国水稻生产上水肥施用与利用现状，南方稻作区节水灌溉和控制排水研究状况，从新施肥模式的运用、新型高效肥料的推广应用和用地与养地相结合的培肥模式论述施肥技术研究新进展。提出合理的水肥耦合调控技术、水资源的循环利用与合理的灌排管理和
摘要 综述了我国水稻生产上水肥施用与利用现状，南方稻作区节水灌溉和控制排水研究状况，从新施肥模式的运用、新型高效肥料的推广应用和用地与养地相结合的培肥模式论述施肥技术研究新进展。提出合理的水肥耦合调控技术、水资源的循环利用与合理的灌排管理和耕作制度与种植结构调整成为今后南方地区水稻优质高产高效生产的发展趋势。
关键词 南方稻作区;水稻;水肥调控;可持续发展
水稻是我国最主要的粮食作物，在我国粮食生产中占有极其重要的地位。我国水稻生产的大头在南方，面积和总产分别占全国水稻的81.6%和79.4%[1]。水稻是一种喜温、喜湿的作物，我国秦岭—淮河以南的南方集中了全国80%左右的水资源，高温期与多雨期一致，水热资源丰富，比北方更适宜发展水稻生产[2]。农业生产上水和肥是影响作物产量与生态环境的重要因素，水稻是农业灌溉用水和氮磷养分消耗最多的作物之一，生长期的养分管理和灌排水管理是非常重要的环节。近年来，南方地区水稻生产上如今也面临诸多矛盾，一方面，不科学的养分管理极易导致水稻种植区氮磷养分流失，带来严重环境问题的同时，使水稻当季氮磷养分利用率下降;另一方面，由于降水时空分布不均和年际水文差异，而旱涝同季、同年现象极为普遍，因此，如何调控水稻种植中的水肥管理措施是一项紧急而艰巨的任务。
多年来，国内外稻作科学工作者围绕高产、优质、高效、生态、安全的目标，针对我国南方地区的水文气象要素、水稻各生育期水分和养分需求以及各区域的农作模式与地势环境，就稻田水肥调控技术进行了大量的研究，创建了“浅、湿、晒”灌溉、干湿交替灌溉、湿润灌溉、蓄雨型灌溉和控制灌排等多种节水灌溉技术，以及有机无机肥配施、秸秆还田与化肥配施、冬闲期绿肥种植与生物炭等有机添加剂的养地培肥措施，缓/控释肥或添加氮抑制剂等新型高效肥料、氮肥实时实地管理、减量优化施肥等施肥模式，或是水肥耦合调控技术，为推动稻作科学的进步和发展做出了重要贡献。笔者就我国水稻水肥利用现状、南方稻区水肥调控研究进展及未来发展趋势提出了以下看法。
1 我国稻田水肥利用现状
21世纪全球农业面临两大挑战：一是为满足人口的增长需要不断增加粮食产量，二是在不断增加粮食产量的同时需要应对水资源的日益减少。我国水稻年种植面积达3 100万hm2，占总耕地面积的 30% 左右，水稻总产量达到 1.8×1011 kg，占总粮食产量的40% 左右[3-4]。水稻是我国灌溉用水量最大、化肥消费量最多的农作物，其用水量占农业用水量的70%，消耗全国总用水量约50%，目前用于灌溉的水资源愈来愈匮乏，严重制约了水稻的生产。
1961—2011年，綠色革命使得我国农业生产加速，粮食产量增长了3.9倍，这种高投入、高产出的体系意味着粮食供应的增加，但同时也意味着资源消耗和环境成本的增加[5]。特别是化肥的消耗，2011年我国氮磷钾肥(N+P2O5+K2O)消费总量为5 050万t，占世界化肥总消费量的30%[6]，正是由于化肥在水稻增产中的不可替代性，我国化肥使用量不断增加，方克明等[7]调查表明2005和2015年水稻化肥用量分别为951.45和978.75 kg/hm2，而同期农作物化肥用量分别为533.85和579.3 kg/hm2，水稻化肥单位面积用量均明显高于相应年份的农作物化肥使用量平均水平。由此可见，我国稻田氮肥施用量已经处于相当高的水平，朱兆良[8]研究指出在中国稻田碳铵的氮肥吸收利用率低于30%，尿素为30%～40%，李庆逵等[9]研究指出中国稻田氮肥吸收利用率为30%～35%，彭少兵等[10-11]研究指出随着我国水稻氮肥用量的增加，其农学利用率可能会持续继续下降。
磷是作物正常生长发育所必需营养元素之一，水稻的磷肥施用量高达180～200 kg/hm2，但是由于磷在土壤中移动性较差、易被土壤吸附固定等原因，磷肥当季利用率仅为7.0%～20.0%[12-14]。当前的水稻生产中，磷肥施用存在很大的盲目性和不合理性，主要表现为磷肥施用量普遍偏高[15]，生产上多表现为底肥一次性施入。但是，龚海青等[16]研究表明水稻施用磷肥量后移30%的磷肥贡献率、农学利用率、偏生产力和吸收利用率提高了27.7%、33.6%、8.2% 和273%。而不同类型水稻对磷肥投入的反应不同，王伟妮等[17]研究表明早、中、晚稻的磷肥(P2O5)农学利用率平均分别为13.3、13.3和11.6 kg/kg，偏生产力分别为116.4、148.0和157.5 kg/kg，吸收利用率分别为14.2%、13.7%和11.3%，生理利用率分别为85.2、110.4和65.4 kg/kg。不同栽培方式下水稻对磷素利用率也不相同，郭鑫年等[18]研究表明插秧处理水稻磷肥利用效率、偏生产力、农学利用效率、生理利用效率较直播处理分别提高了 17.4%、8.6%、38.4%、4.6%。在水稻-油菜轮作体系中，卜容燕等[19]研究表明水稻季施磷(P2O5)60 kg/hm2时水稻产量最高，磷肥当季利用率最大，而油菜季合理施用磷肥，则显著地增加油菜的产量和磷素吸收量，这是因为水稻季施用的磷肥残留在土壤中可以被后季油菜吸收利用，具有明显的后效作用。
2 南方稻作区水管理现状
灌溉对农业生产十分重要，水稻是需水量最多的作物之一，我国南方地区年降雨量丰富，特别是每年的梅雨期，但也存在时空分布不均的问题，季节性干旱地区的总面积逐年增加，且干旱多发生在夏、秋季节，正是水稻生长的关键需水期[20]，使得水稻生产中灌溉水量较大，同时由于稻田化肥用量过高，加之不合理的灌排管理，大量的氮磷等营养元素从稻田进入周边水体，加剧了农业面源污染。因此，因地制宜地实施科学的灌排管理，合理利用梅雨期降雨，既能减少农业用水，缓解水资源短缺，又能减少稻田排水，控制面源污染，有效缓解农用水资源短缺问题、实现农业水资源的持续、高效利用以及农业的可持续发展，是一举多得的举措。
2.1 稻田节水灌溉研究进展
水稻节水灌溉模式是指为充分利用降雨，优化水稻的生理需水，减少水稻的生态需水，人为控制减少无效用水，从而实施的高效水分管理和稻田土壤水分状况调节的灌水方法。根据水稻不同生育期的需水要求，选用不同的水层控制标准，不同灌水定额、灌水次数、灌水时间和灌溉定额，即不同的灌溉制度，从而形成不同的水稻灌溉模式[21]。稻田节水主要的两个途径是减少消耗量和增加蓄雨量，减少消耗主要是减少叶面蒸腾、棵间蒸发量和稻田渗漏量这3部分[22]。
近年来，学者们开展了大量稻田节水灌溉试验研究，一系列的节水灌溉措施被不断测试、改进和推广应用，并逐渐总结出了“浅、湿、晒”灌溉、湿润灌溉、干湿交替灌溉和蓄雨型灌溉等多种节水增效的灌溉模式[23-27]，但是，这些灌溉技术并不是所有地区都能适用，针对不同地形地貌、土壤类型、气候条件等特点来做研究才是关键。据报道，“浅、湿、晒”灌溉可节水40%左右[28]，增加产量1.1%[29]。张自常等[27]研究表明干湿交替灌溉相较农民习惯灌溉的灌溉水利用效率(产量/灌溉水量)2.5%，产量增加6.16%～11.6%，同时还可改善稻米品质。
晏军等[30]在江汉平原地区研究表明，浅灌深蓄的蓄雨型灌溉技术较常规淹灌处理，田间灌溉水量、总用水量、径流量、渗漏量和降雨利用率分别降低41.7%，18.5%，45.8%，21.9%和增加16.2%，TN和TP径流流失量分别降低32.6%～35.9%和36.4%～53.1%，TN和TP渗漏流失量分别降低22.8%～32.0%和16.2%～33.3%。潘乐[31]研究表明“浅、湿、晒”灌溉比常规淹灌排水量减少10.3%，TN流失量减少19.1%，TP流失量减少11.3%。间歇灌溉比常规淹灌排水量减少15.0%，TN流失量减少3.6%，TP流失量减少19.5%，姜萍等[32]研究表明与常规淹灌处理相比，湿润灌溉处理可减少8.9%的灌水量， 6.0%的径流排水量以及17.3%的渗漏排水量，同时整个水稻季，减少了38.2%的TN径流流失，以及42.1%的TN渗漏流失。
2.2 稻田控制排水研究进展
稻田排水对水稻生长发育具有十分重要作用，合理排水可调节田间水、肥、气、热。控制排水有利于保持作物适宜的土壤水分条件、可减少排水流失量以及排水中的污染物[21]。然而，排水本身具有因地制宜的特点，合理的排水管理将会为水稻用水需求提供稳定的用水供给与安全保障。Drury等[33]研究比较了传统排水和控制排水对排水水质的影响，研究表明控制排水的氮和磷的减少30%到50%。Ayars等[34]報道了控制排水是改善灌溉农业用水管理的下一个合理步骤，和玉璞等[35-37]研究表明节水灌溉技术与控制排水技术有机结合，可以有效减少稻田排水中氮、磷养分含量。乔欣等[38]研究指出节灌控排模式较非节灌控排明显减少了农田排水量和氮磷流失量，同时提高了养分利用率。
稻田控制排水除了影响稻田排水水量、水质外，还会影响稻田田间耗水量。Wesstrm等[39]2年试验研究表明，暗管排水田块蒸发蒸腾量分别较不排水田块增加16%和7%;Tan等[40]3年的试验研究表明，在较干旱年份，暗管控制排水田块蒸发蒸腾量较自由排水田块显著增加。俞双恩等[41]、高世凯等[42-43]和Djaman K等[44]在太湖流域研究表明，控制排水通过对稻田水位的调控，排水量显著减少，同时能有效地削减稻田地表排水中氮磷负荷，提高水稻水氮利用效率。
推荐阅读：《北方水稻》(双月刊)创刊于1971年，是辽宁省盐碱地利用研究所主办的以水稻为主的专业技术期刊。主要宣传报道水稻研究最新成果、交流各地水稻丰产经验。
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