免耕水稻氮素利用与栽培调控研究进展

梁天锋　莫润秀　曾　可　江立庚

摘要：水稻免耕栽培技术是水稻栽培技术的重大革新，阐述了免耕水稻的发展现状、氮素利用和栽培调控方面的有关问题，探讨了免耕水稻栽培调控的研究方向。

关键词：水稻；免耕；氮素利用；栽培调控

中图分类号：S511；S143.1文献标识码：A文章编号：0439-8114(2009)02-0478-03

水稻是我国主要粮食作物，承担着粮食安全的第一重任，随着我国经济的发展和城市化进程的推进，单位土地面积上投入的人力和物力呈现下降趋势：同时人口不断增加，土地资源减少，生态环境恶化，人们对粮食需求压力越来越大；水稻是施肥水平较高的作物之一，随着施氮水平的提高，氮素利用效率下降生产成本提高，水土污染等问题日趋严重，近几年迅速发展起来的水稻免耕技术，体现了当今农业优质、高产、高效、生态、安全、可持续发展的需要，是水稻栽培技术的一项重大革命和创新，本文就免耕水稻氮素利用及栽培调控的部分理论问题进行评述与讨论。

1水稻免耕栽培发展状况

免耕(no-tillage)，又称零耕(zero tillage)，指在作物播种前不用农具或机器整理土地，直接在原茬地上播种，播种以后在作物生长期间不使用农具进行土壤管理的一种耕作方法。由于免耕能利用前茬残留物覆盖地表，借以减少水土流失和保护农田，因而被称之为保护性耕作。在1935年，一场沙尘暴从美国西部刮起，横扫美国2/3的国土，毁掉300万hm²耕地，把3亿多吨土壤卷入大西洋，这场沙尘暴的罪魁祸首就是土地耕作，从此推动了各种保水保土耕种方法的研究，免耕法就是在这一基础上逐步兴起发展起来的。到目前为止，世界上已有近30个国家开展了这项研究工作，比较成功的有英国的冬小麦和油菜免耕栽培，巴西的大豆免耕栽培等。国外的免耕栽培主要是旱地免耕栽培，水稻的免耕栽培近些年来才逐渐得到重视和发展，国际水稻所于1998年开始进行水稻免耕栽培的长期定位试验。我国水稻免耕始于20世纪70年代，主要有自然免耕和免耕直播两种形式。1996年，广东农科院水稻所将免耕与拋秧技术有机的结合起来，创造性地提出了具有鲜明中国特色的水稻免耕抛秧栽培技术。与常耕抛秧栽培比较，水稻免耕抛秧更省工、更节本、更高效、更安全，因而被认为是水稻栽培技术上的重大革命。水稻免耕抛秧栽培于2000年开始在南方稻区个别省份进行示范和推广，2001年发展到广东、广西、四川、汁西、湖北等省，2003年全国推广水稻免耕抛秧33万hm²，尤其在广西，水稻免耕拋秧栽培的发展速度和应用面积均处于全国领先水平。2001年，广西水稻免耕抛秧栽培面积仅为0.13万hm²，2004年为33万hm²，2006年全区推广水稻免耕抛秧87.02万hm²。

2免耕水稻氮素利用特性研究

免耕技术在水稻生产上推广应用后，前人已从免耕稻的生长发育、产量形成以及免耕对土壤物理、化学及生物学特征的影响等进行了一些研究，在氮素利用方面，定位试验结果表明，免耕使土壤有机质和氮素向土壤表层富集，免耕水稻植株前期氮素含量较高，后期较低，易出现早衰现象。免耕水稻的氮肥利用率比常耕水稻的低，这可能与免耕稻田水层养分含量较高有关。英国早在20世纪60年代对免耕和翻耕进行了大量的比较试验，结果表明只有当氮肥供应充足时产量才没有差异，其原因也可能是免耕影响了氮素的吸收。江立庚等对免耕抛秧水稻和常耕抛秧水稻的产量进行了比较，结果表明，在相同施氮量条件下，免耕抛秧水稻产量比常耕抛秧水稻略低(差异不显著)，要使免耕抛秧水稻产量达到或超过常耕抛秧的产量，其施氮量必须增加10％～15％，试验也证实了免耕抛秧水稻必须要有充足的氮肥作基础。

3免耕与常耕稻田氮素损失差异研究

3．1氨的挥发损失

国内有研究证实氨挥发损失占总施氮量的9％～40％。在相同施氮量情况下，水稻生长初期表层土壤和水层中肥料氮的含量免耕显著高于传统耕种，但在分蘖末期，免耕水稻含氮总量及其吸收肥料氮量都显著低于传统耕作，而对土壤氮的吸收则差异不显著。原因在于免耕没有耕作，当氮肥面施后，稻田表面水中铵态氮浓度增加，pH值上升，从而导致氨的挥发损失，但免耕3～5年导致表层土壤酸化，广西大学江立庚课题组研究结果显示，30cm表土层内土壤pH值免耕明显低于常耕。

3．2硝化－反硝化损失

硝化－反硝化损失是土壤中氮素损失的一条重要途径，它是微生物在特定条件下进行的。高云超等研究发现：多年连续秸秆覆盖免耕对土壤细菌群落影响很大，免耕可提高0～10cm土层土壤细菌总数、放线菌数和棒状细菌数量，蔡贵信等认为即使在较为适宜的氮肥用量和施用技术下，氮素的反硝化损失仍达16％～41％。

4免耕水稻氮素利用的调控研究

4．1免耕水稻氮素利用与稻草还田的关系

稻草还田有稻草覆盖还田(面施)和稻草深埋还田(深施)两种方式。在常规耕作条件下，稻草往往深施还田，在免耕条件下，稻草只能面施还田。稻草中氮素的80％以上以有机氮的形式存在，因此，稻草中的氮素必须在稻草分解、氮素释放之后才能被水稻吸收利用。稻草面施还田时，稻草在氧气充足的条件下分解，稻草深施还田时，稻草在氧气相对较少条件下分解。由此推断，在不同的耕作方式下，稻草的氮素释放特性是不相同的。

已有研究表明，当稻草面施时，其秸秆中的残留较多。另一方面，面施稻草释放的氮素主要处于土壤表层，与深施稻草释放的氮素处于土壤深层不同。因此，面施稻草氮素利用与深施稻草氮素的利用理论上也存在一定的差异。Scowcroft等研究表明，土壤微生物是无机氮的强烈竞争者，无论是NH⁺₄还是NO^-₃在中短期内都会迅速被微生物固持而使植物无法利用。Ocio的研究结果显示，施人标记¹⁵N的氮肥在培养5d时，微生物固持的N量占施肥量的40％左右。稻草在微生物强烈分解的过程中消耗较多的土壤氮素，从而导致植株氮素的供应相对不足，即大量的稻草在分解时，使部分土壤矿质态氮变为有机态氮，致使可供给态氮量下降，并且产生较多的Fe²⁺和有机酸等有毒物质。

4．2免耕水稻氮素利用与水分关系

生产上，由于免除了犁耙田，一些田块漏水较严重，水分利用率较低。水稻对淹水和旱地环境均有很强的适应性，表现出明显的两栖性，节水栽培的潜力很大。研究表明，水稻受水分胁迫时，稻植株体内的自由水／束缚水比值下降，ABA含量上升，脯

氨酸等渗透调节物质积累增加，SOD活性明显增强，并诱导逆境蛋白的形成和积累等。节水栽培改变了稻田土壤长期淹水的状态，土壤的氧化还原电位和通透性提高，有利于好气微生物的活动，从而促进土壤有机质的分解和养分的有效性，有研究表明，间歇灌溉条件下，土壤的速效氮含量比浅水灌溉提高25.30％，氮素利用率提高5.17％，但磷的吸收受到一定抑制。

4．3免耕水稻氮素利用与根系的关系

根系是水稻从稻田中吸收氮素的重要器官，然而，免耕对抛栽水稻根系的生长是不利的。江立庚等的研究表明，免耕对抛栽水稻根系生长的不利主要表现在两个方面，一是免耕水稻根系生长量下降，导致根系吸收面积和吸收能力可下降；二是免耕水稻根系更多的分布在稻田表层，分布在深层的根系明显减少。由此可推断，免耕水稻对土壤氮素尤其是深层氮素的吸收能力较差，根系生长受阻可能是免耕抛秧水稻氮素利用率低的最主要原因之一。进一步的研究表明，稻草还田能有效地促进免耕抛栽水稻根系的生长。这是因为稻草在稻田表层腐烂后，形成了一个疏松、肥沃、氧气充足的“表土层”。此外，一些科学研究者发现，NO^-₃可以有效促进水稻侧根的伸长、增加对氮素的吸收。也有研究表明，水稻根系对供氮量和供氮方式具有适应性反应，不同的生育阶段、不同的供氮浓度对根系的生长量、不定根长和根粗的影响不一。

节水栽培条件下，水稻根系的生长也会发生显著的变化，其生长量下降，但根系向纵深方向发展，深层根系分布比率随土壤含水量的下降而增加。因此，节水条件下，水稻对土壤深层的养分与水分的利用能力往往会增强，但是，节水栽培对土壤水分的控制必须在一定的范围之内。因为根系生长发育最适宜的土壤含水量为田间最大持水量的70％～75％。

5结语

综上所述，根系生长受阻可能是免耕水稻肥料氮素利用率低的最主要原因，通过稻草还田和适当的水分调节等调控手段，能有效地促进免耕水稻根系的生长，因此，如何通过稻草还田、水分调节结合改善施肥方法来优化免耕水稻的栽培调控措施，在今后的免耕水稻的基础性研究中将具有十分重要的意义，

此外，在以下几个方面的研究还应当进一步深入。

1)施氮后，水面氮素各种形态的动态变化关系如何。

2)施氮后，田间渗漏水中各种氮素的变化关系如何。

3)稻草还田对免耕稻田氮肥的去向有何影响。

4)面施稻草氮素利用与深施稻草氮素利用有何差异。

5)水分调节对免耕水稻氮素利用及其生理基础的研究。

(责任编辑昌炎新)