配方施肥對(duì)水稻生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益的影響

　　摘要：蘇州市吳中區(qū)是農(nóng)業(yè)面源污染防控的重點(diǎn)區(qū)域，推行配方施肥模式是該區(qū)實(shí)現(xiàn)種植業(yè)肥料減量的主要手段。但是，測(cè)土配方施肥模式的制定以作物產(chǎn)量的提升和保障為側(cè)重，缺少對(duì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等多方綜合性需求的回應(yīng)。針對(duì)該區(qū)已沿用4年的水稻配方施肥模式，本研究設(shè)置包含配方施肥模式和常規(guī)施肥模式的缺素試驗(yàn)，測(cè)定水稻養(yǎng)分利用、農(nóng)田氮磷排放、農(nóng)戶經(jīng)費(fèi)收支等指標(biāo)，分析配方施肥模式的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益。研究結(jié)果顯示，現(xiàn)有配方施肥模式在減少養(yǎng)分投入的條件下仍能夠保障水稻產(chǎn)量，且提高磷鉀肥利用效率6%~29%，降低氮流失量36%，減少用于肥料購(gòu)置的經(jīng)濟(jì)投入35%，增加農(nóng)戶凈利潤(rùn)2 558元?hm-2，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境多方效益的兼顧。基于養(yǎng)分利用效率，現(xiàn)配方施肥模式的仍有進(jìn)一步減少肥料投入的余地。為保障土壤生產(chǎn)力的可持續(xù)性，建議增加一定比例的有機(jī)肥投入，且以4~5年為周期，對(duì)配方肥養(yǎng)分配比和配方施肥模式進(jìn)行調(diào)整，構(gòu)筑生產(chǎn)中的動(dòng)態(tài)物質(zhì)平衡，為農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供技術(shù)支撐。

　　本文源自韓雪梅;楊林章;俞映倞;徐紅艷;朱秀紅;楊梖;程浩;， 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) 發(fā)表時(shí)間：2021-07-22

　　關(guān)鍵詞：配方施肥;稻;利用效率;氮磷流失;生產(chǎn)收支

　　測(cè)土配方施肥是聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署推行的一種作物科學(xué)施肥管理技術(shù)。國(guó)際領(lǐng)域的推廣應(yīng)用可追溯至上世紀(jì)中葉，而我國(guó)對(duì)測(cè)土配方施肥的初探始于 1992 年。2005 年我國(guó)明確了 “提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力”的目標(biāo)，構(gòu)建“測(cè)、配、產(chǎn)、供、施”多環(huán)節(jié)鏈性聯(lián)動(dòng)體系，由政府提供技術(shù)和經(jīng)費(fèi)上的雙向支持[1-2]，推動(dòng)測(cè)土配方施肥工作在廣大種植區(qū)的應(yīng)用。受社會(huì)發(fā)展的影響，如今單純性增產(chǎn)、保產(chǎn)已不再是種植業(yè)唯一的需求，兼顧生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等多方向的綜合性需求，應(yīng)運(yùn)而生。但是，測(cè)土配方施肥方案的制定依然沿用初期的老方式、老辦法，對(duì)綜合性需求中除生產(chǎn)以外其他需求的響應(yīng)，存在不足。

　　具體來(lái)說(shuō)，現(xiàn)階段綜合性需求以作物產(chǎn)量的保產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)為前提，經(jīng)濟(jì)上需優(yōu)化提升投產(chǎn)比，環(huán)保上需降低種植區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染排放，生產(chǎn)可持續(xù)性上需維持、提升土壤地力。首先，現(xiàn)有配方施肥對(duì)作物生產(chǎn)的需求回應(yīng)較好，其對(duì)水稻生物量、籽粒產(chǎn)量的正向影響已得到廣泛證實(shí)[3-5]。其次，配方施肥對(duì)經(jīng)濟(jì)需求的回應(yīng)主要以養(yǎng)分增效為體現(xiàn)。肥料利用率的提升是諸多研究展現(xiàn)施肥方案有效性的重要指標(biāo)[4, 6-7]，然而對(duì)投產(chǎn)比(單位質(zhì)量大米產(chǎn)出的肥料投入)的變化，缺少關(guān)注。此外，配方施肥對(duì)環(huán)保和生產(chǎn)可持續(xù)需求未作出明確回應(yīng)。作為肥料優(yōu)化運(yùn)籌的技術(shù)手段之一，配方施肥理論上可大幅度避免土壤中速效態(tài)氮磷的大量盈余，在種植區(qū)域內(nèi)部減少可流失的物質(zhì)源，以此降低氮磷流失風(fēng)險(xiǎn)[8-11]，然而專門針對(duì)測(cè)土配方施肥方案實(shí)施對(duì)氮磷流失影響的研究并未見報(bào)道。少數(shù)研究關(guān)注到測(cè)土配方施肥有提升土壤有機(jī)質(zhì)及速效態(tài)氮磷鉀含量的作用[12]，但是多數(shù)測(cè)土配方施肥的實(shí)施對(duì)土壤前后地力的關(guān)注度不夠，而這恰恰是支撐種植業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵，也是對(duì)已有配方進(jìn)行調(diào)整的依據(jù)。綜上所述，因地制宜的將生產(chǎn)以外的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等因子納入考慮，及時(shí)對(duì)當(dāng)前配方施肥模式進(jìn)行調(diào)整，成為了新時(shí)代種植業(yè)生產(chǎn)對(duì)測(cè)土配方施肥提出的新要求。

　　江蘇省蘇州市吳中區(qū)緊鄰太湖，境內(nèi)河道湖泊眾多，水網(wǎng)密布。該區(qū)域農(nóng)耕歷史悠久，自古就是“魚米之鄉(xiāng)”。種植系統(tǒng)的肥料施用是該區(qū)域農(nóng)業(yè)面源污染氮磷的主要來(lái)源之一。水稻作為該區(qū)典型糧食作物，種植面積達(dá) 2 000 hm2 以上，稻田系統(tǒng)的肥料施用、養(yǎng)分利用效率等直接關(guān)系到周邊流域水體的水質(zhì)情況 [13]。在維持稻米產(chǎn)出的同時(shí)，控制稻田氮磷流失，是尋找農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)兩者平衡的關(guān)鍵。該區(qū)積極推進(jìn)“兩減六治三提升”專項(xiàng)行動(dòng)方案，而測(cè)土配方施肥就是落地“治理太湖水環(huán)境”工作的主要途徑之一。2015—2016 年吳中區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門開展稻田田間試驗(yàn)和土壤地力情況摸底，明確土壤現(xiàn)有養(yǎng)分含量、水稻產(chǎn)量目標(biāo)、水稻生長(zhǎng)肥料需求等參數(shù)，以“大配方、小調(diào)整” [14]為原則，借助應(yīng)用縣域測(cè)土配方施肥專家系統(tǒng)，制定肥料配方方案，并經(jīng)專家組論證微調(diào)，最終確定主推氮:磷:鉀比例為 16%:12%:17% 的配方肥(由華昌化工股份有限公司生產(chǎn))作為基肥，搭配尿素為蘗穗肥，作為該區(qū)域水稻種植的配方施肥模式。該模式自 2017 年稻季起開展全區(qū)推廣，覆蓋吳中區(qū)主要農(nóng)村合作社和種植類工商資本企業(yè)，已連續(xù)執(zhí)行 4 個(gè)種植季。與常規(guī)施肥模式相比，當(dāng)前配方施肥模式的養(yǎng)分利用效率如何?是否降低稻田系統(tǒng)的面源污染負(fù)荷?在經(jīng)濟(jì)投產(chǎn)上是否具有優(yōu)勢(shì)?連續(xù)使用后土壤地力現(xiàn)況如何?這些問(wèn)題都有待驗(yàn)證。

　　對(duì)此，本研究選取連續(xù)實(shí)施配方施肥模式 4 個(gè)種植季的稻田區(qū)域，設(shè)置配方施肥模式和常規(guī)施肥模式條件下的缺素處理，探討配方施肥模式對(duì)水稻養(yǎng)分利用、農(nóng)田氮磷排放、農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)收益的影響，分析配方施肥模式的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和生產(chǎn)可持續(xù)，基于當(dāng)前地力現(xiàn)況提出配方施肥模式調(diào)整建議，為農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展工作的推進(jìn)提供支持。

　　1 材料與方法

　　1.1 供試土壤及作物

　　1.1.1 供試土壤

　　本研究開展于吳中區(qū)臨湖鎮(zhèn)湖橋村(N 31°8′12″, E120°30′28″)，位于長(zhǎng)江三角洲太湖流域，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均溫 15.7℃, 平均降水 1100 mm。該區(qū)域水稻土多由湖底沉積物發(fā)育而成，耕作層深度 18cm，經(jīng)歷過(guò)百年水稻耕作，近 5 年以水稻-綠肥為主要輪作模式。試驗(yàn)開展前耕作層土壤基本理化性質(zhì)如下：有機(jī)質(zhì) 14.9g·kg-1，全氮 1.79 g·kg-1，全磷 0.44 g·kg-1，堿解氮 839 mg·kg-1，有效磷 14.2 mg·kg-1，速效鉀 54.7 mg·kg-1，陽(yáng)離子交換量 15.7cmol·kg-1，容重 1.23 g·cm -3，pH 7.88。

　　1.1.2 供試作物

　　本研究供試水稻品種為南粳 46 號(hào)。該品種為江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所雜交選育而成的晚粳，具有株型緊湊,分蘗力強(qiáng)等特點(diǎn)，是供試區(qū)域乃至太湖流域的主要水稻栽種品種之一。

　　1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及田間管理

　　試驗(yàn)設(shè)置常規(guī)施肥(CF)和配方施肥(SF)2 種模式，每種模式分別包含缺氮(PK)、缺磷(NK)、缺鉀(NP)和不缺素(NPK)處理，另設(shè) 1 個(gè)不施用任何肥料的空白處理，共計(jì) 9 個(gè)處理。每種處理設(shè) 3 個(gè)重復(fù)，小區(qū)面積 64 m2(8 m ×8 m)。其中，缺素處理氮磷鉀養(yǎng)分投入分別由尿素、過(guò)磷酸鈣和氯化鉀進(jìn)行施用;常規(guī)施肥的不缺素處理使用氮：磷：鉀 =15%：15%：15%常規(guī)復(fù)合肥作為基肥，配方施肥的不缺素處理使用氮：磷：鉀=16%：12%： 17%配方復(fù)合肥為基肥;蘗肥和穗肥期施用尿素完成氮補(bǔ)充。2 種施肥模式的養(yǎng)分投入量以當(dāng)?shù)貙?shí)際種植的氮磷鉀投入情況為指導(dǎo)，即常規(guī)施肥模式，施用常規(guī)復(fù)合肥 525 kg? hm-2 和尿素 450 kg? hm-2;配方施肥模式，施用配方復(fù)合肥 35 kg? hm-2 和尿素 375 kg? hm-2。具體肥料養(yǎng)分投入量如表 1 所示。

　　稻季試驗(yàn)開展于 2020 年，基肥、蘗肥和穗肥施用時(shí)間分別為 6 月 8 日、7 月 1 日和 7 月 29 日;6 月 9 日以 18 cm×30 cm 間距移栽水稻幼苗至試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，11 月 10 日收獲。

　　1.3 樣品采集及指標(biāo)測(cè)定

　　1.3.1 植株樣品采集及指標(biāo)測(cè)定

　　收獲時(shí)，統(tǒng)計(jì)各小區(qū)平均分蘗數(shù)，以此為標(biāo)準(zhǔn)，采集每個(gè)小區(qū)典型植株樣品(僅地上部分)4 穴。植株樣品穗和莖葉部分分開，于 105℃烘箱內(nèi)殺青 30 min，在 80℃溫度下分別烘至恒質(zhì)量，稱量、記數(shù)，用于生物量核算。此后，植株樣品穗和莖葉分別磨碎，過(guò) 20 目，測(cè)定其中氮(凱式法，F(xiàn)oss Scino KT260，中國(guó))、磷(鉬銻抗比色法，SHIMADZU UV-1800，日本)、鉀(火焰光度計(jì)法，上海光譜，中國(guó))含量。各處理理論產(chǎn)量通過(guò)籽粒考種計(jì)算而來(lái)。

　　1.3.2 土壤樣品采集及指標(biāo)測(cè)定

　　2020 年稻季種植前采集 5 個(gè)試驗(yàn)區(qū)域耕作層(0~18 cm)土壤樣品，作為初始土壤，用于土壤基本理化性質(zhì)分析(詳見 1.1.1)，水稻收獲后采集常規(guī)施肥和配方施肥 2 種模式下的不缺素處理土壤，檢測(cè)土壤全氮(同植株 1.3.1)、全磷(同植株 1.3.1)和有機(jī)質(zhì)(重鉻酸鉀氧化-比色法)含量。

　　1.3.3 徑流液的采集及氮磷損失的測(cè)定

　　水稻生長(zhǎng)期發(fā)生較大規(guī)模降雨且引起排水，則視為 1 次徑流。產(chǎn)流 2h 后，于各小區(qū)排水口采集對(duì)應(yīng)處理的徑流液，由降雨量、田面水高度變化的差值確定徑流深，用于單次徑流量的估算。試驗(yàn)期間共采集到 5 次降水徑流(6 月 13 日、6 月 29 日，8 月 4 日、9 月 16 日和 9 月 17 日)，并未發(fā)生烤田排水。

　　1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析

　　1.4.1 作物氮/磷/鉀養(yǎng)分吸收量的計(jì)算

　　各小區(qū)每穴植株莖葉和穗分別稱質(zhì)量，記錄干物質(zhì)量和對(duì)應(yīng)氮磷鉀含量，用于作物氮磷鉀吸收量的計(jì)算：

　　作物氮/磷/鉀吸收量(kg·hm-2 )= [植株莖葉干物質(zhì)量(g·穴-1 )? 植株莖葉氮/磷/鉀含量 (mg·g -1 )+ 植株穗干物質(zhì)量(g·穴-1 )? 植株穗氮/磷/鉀含量(mg·g -1 ) ] ? 1.8?105 穴·hm-2 ? 10-6 (1)

　　1.4.2 作物氮/磷/鉀肥利用效率的計(jì)算

　　(1)氮磷鉀表觀利用效率

　　作物氮表觀利用效率(%)=[NPK 處理作物氮吸收量(kg·hm-2 ) - PK 處理作物氮吸收量 (kg·hm-2 ) ] ?氮肥施用量(kg·hm-2 ) ?100%

　　作物磷表觀利用效率(%)=[NPK 處理作物磷吸收量(kg·hm-2 ) - NK 處理作物磷吸收量 (kg·hm-2 ) ] ?磷肥施用量(kg·hm-2 ) ?100%

　　作物鉀表觀利用效率(%)=[NPK 處理作物鉀吸收量(kg·hm-2 ) - NP 處理作物鉀吸收量(kg·hm-2 ) ] ?鉀肥施用量(kg·hm-2 ) ?100% (4)

　　(2)氮磷鉀農(nóng)學(xué)利用利用效率

　　作物氮農(nóng)學(xué)利用效率(kg?kg-1 )= [NPK 處理作物產(chǎn)量(kg·hm-2 )-PK 處理作物產(chǎn)量(kg·hm-2 ) ] ?氮肥施用量(kg·hm-2 ) (5)

　　作物磷農(nóng)學(xué)利用效率(kg?kg-1 )=[NPK 處理作物產(chǎn)量(kg·hm-2 )-NK 處理作物產(chǎn)量(kg·hm-2 ) ] ?磷肥施用量(kg·hm-2 ) (6)

　　作物鉀農(nóng)學(xué)利用效率(kg?kg-1 )=[NPK 處理作物產(chǎn)量(kg·hm-2 )- NP 處理作物產(chǎn)量(kg·hm-2 ) ] ?鉀肥施用量(kg·hm-2 ) (7)

　　(3)偏生產(chǎn)力

　　NPK 處理作物偏生產(chǎn)力(kg?kg-1 )= NPK 處理作物產(chǎn)量(kg·hm-2 )?氮磷鉀肥施用總量 kg·hm-2

　　1.4.3 稻季氮磷徑流流失量的計(jì)算

　　記錄單次降水前、降水后田面水深和降水量數(shù)據(jù)，計(jì)算徑流深。使用流動(dòng)分析儀(Skalar，荷蘭)檢測(cè)徑流液中氮、磷含量。通過(guò)單次徑流氮磷損失量的累積獲得整個(gè)稻季徑流氮/磷損失量。

　　徑流深(mm)= 降水前田面水深(mm) + 降水量(mm) - 降水后田面水深(mm) (9) 稻季徑流氮/磷損失量(kg·hm-2 )= ∑ 第 k 次徑流深(mm)? 5 k=1 第 k 次徑流液中氮/磷含量 ( mg?L -1 )

　　1.4.4 生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)收支的情況

　　本研究的經(jīng)濟(jì)測(cè)算以吳中區(qū)臨湖鎮(zhèn)蘇州市湖嘉生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司規(guī)模化生產(chǎn)實(shí)際投入為依據(jù)。生產(chǎn)支出包括物料投入和人工水電投入，物料包括肥料和種苗，人工水電包含農(nóng)機(jī)使用、灌溉用水電和田間管理相關(guān)人工。由于該公司以大米為產(chǎn)出進(jìn)行售賣，因此，支出上還包含稻米烘干和出米烘干兩個(gè)后期加工環(huán)節(jié)，收入上則以成品米售賣獲益為計(jì)。此處計(jì)算不包括土地租賃費(fèi)用。

　　1.4.5 數(shù)據(jù)處理

　　研究采用 SPSS (SPSS 19.0 for Windows, SPSS Inc., USA) 中 Duncan 法對(duì)作物產(chǎn)量、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)、徑流氮磷流失量等數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析(P<0.05)，T-test 對(duì)作物氮吸收量、氮肥利用效率等數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析(P<0.05);采用 Microsoft Excel 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖。

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 水稻生產(chǎn)及養(yǎng)分利用情況

　　2.1.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)

　　兩種肥料模式下，NPK 處理的產(chǎn)量差異并不顯著，說(shuō)明配方施肥模式未對(duì)水稻產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響，而養(yǎng)分缺素投入處理的水稻產(chǎn)量均出現(xiàn)一定程度(5%~44%)下降(圖 1)。這其中，氮和磷的缺失對(duì)產(chǎn)量的影響 NPK 處理)到顯著水平。此外，PK 處理的產(chǎn)量已接近 CK 處理，可見當(dāng)前地力狀況氮肥投入對(duì)水稻種植產(chǎn)出起決定性作用。

　　水稻單位面積的穗數(shù)及穗粒數(shù)是受投入缺素影響最為明顯的指標(biāo)，也是直接影響水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵。配方施肥模式較常規(guī)施肥模式，在養(yǎng)分投入缺素時(shí)，相對(duì)穗粒數(shù)更多、結(jié)實(shí)率也更高(表 2)。因此，配方施肥模式 NK 和 NP 處理的理論產(chǎn)量較高于常規(guī)施肥模式下的該處理。在缺氮條件下，配方施肥模式無(wú)顯著優(yōu)勢(shì)，暗示著，氮素是保障產(chǎn)出的關(guān)鍵。

　　2.1.2 養(yǎng)分吸收情況及利用效率

　　常規(guī)施肥模式條件下，磷、鉀元素的缺失降低了 8%~13%的水稻氮吸收，而配方施肥模式條件下水稻氮吸收對(duì)鉀的缺失無(wú)明顯響應(yīng)(圖 2 a)。而氮的缺失降低了水稻磷吸收 16%~52%(圖 2 b)，降低了鉀吸收 4%~63%(圖 2 c)。此外，兩種施肥模式下水稻對(duì)養(yǎng)分的利用僅在鉀元素上存在顯著差異，即配方施肥顯著提高了水稻對(duì)鉀的吸收量(圖 2 c)。

　　表觀利用效率數(shù)據(jù)顯示，配方施肥模式較常規(guī)施肥模式分別提高了水稻對(duì)磷、鉀肥利用效率 6%和 29%。這說(shuō)明，配方施肥模式下的磷鉀肥轉(zhuǎn)化利用效率更高。此外，農(nóng)學(xué)利用效率數(shù)據(jù)顯示，配方施肥模式較常規(guī)施肥模式顯著提高了氮肥對(duì)水稻產(chǎn)量貢獻(xiàn)，即每公斤氮肥投入可多生產(chǎn) 2.81 kg 稻。從總體養(yǎng)分投入(偏生產(chǎn)力)角度上看，單位質(zhì)量的肥料投入在配方施肥模式下能夠輸出更多的水稻產(chǎn)量。對(duì)肥料利用率的綜合提升，體現(xiàn)了配方施肥模式中氮磷鉀養(yǎng)分的投入量和配比更符合水稻生長(zhǎng)的需求，能夠支撐水稻生長(zhǎng)的養(yǎng)分吸收，這也一定程度解釋了配方施肥模式在減少養(yǎng)分投入條件下保障水稻產(chǎn)出的原因。

　　2.2 氮磷徑流流失情況

　　在徑流深一致的情況下，配方施肥模式顯著降低了稻季 36%徑流途徑的氮流失量，對(duì)徑流途徑的磷流失影響不顯著(圖 3)。從氮肥投入占比上看，配方施肥模式徑流途徑氮損失約為 4%，而常規(guī)施肥模式為 6%。若將空白處理的氮流失量作為土壤本底進(jìn)行扣除(減去 CK 處理對(duì)應(yīng)數(shù)值)，配方施肥模式的因肥料引發(fā)的氮流失量?jī)H為常規(guī)施肥模式的一半。

　　2.3 水稻生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)收支情況

　　配方施肥模式較常規(guī)施肥模式顯著降低了 35%的肥料經(jīng)濟(jì)投入，且增加了 4%左右的產(chǎn)出(表 4)。因此，在其他支出都相同的情況下，可為農(nóng)戶增加 2558 元?hm-2 (折合 170 元?畝-1 ) 的凈利潤(rùn)。

　　3 討論

　　3.1 配方施肥模式的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益分析

　　測(cè)土配方施肥以養(yǎng)分補(bǔ)償學(xué)說(shuō)為原則，通過(guò)調(diào)整投入的肥料物質(zhì)及量，協(xié)調(diào)土壤、肥料、作物三者的物質(zhì)關(guān)系。社會(huì)的高速發(fā)展?jié)撘颇挠绊懼a(chǎn)者和管理者心中生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的權(quán)重，測(cè)土配方施肥的工作側(cè)重也隨之發(fā)生轉(zhuǎn)移。推廣之初，提高作物單產(chǎn)，保障糧食供給是測(cè)土配方施肥的主要目標(biāo)。隨著種植規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)，促進(jìn)節(jié)本增效，獲取最優(yōu)經(jīng)濟(jì)收益逐漸取代了對(duì)高產(chǎn)的一味追求。“十三五”期間，農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出了環(huán)境友好和發(fā)展可持續(xù)的新要求，削減肥料流失量、培肥土壤也納入了種植生產(chǎn)的目標(biāo)之中。因此，對(duì)配方施肥模式的評(píng)判離不開對(duì)其經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益的綜合考量。

　　本研究中配方施肥模式可較常規(guī)施肥模式降低每噸大米生產(chǎn)所需的肥料投入 38%(圖 4a)、減少每噸大米生產(chǎn)產(chǎn)生的氮磷流失量 35%(圖 4b)。由此可見，在現(xiàn)地力條件下，配方施肥模式較常規(guī)施肥模式能夠更好兼顧生產(chǎn)(表 2)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境(圖 4)的多方效益。

　　本研究所在的吳中區(qū)通過(guò)自主招標(biāo)配方肥生產(chǎn)、實(shí)行配方肥購(gòu)買和售賣補(bǔ)貼，將農(nóng)戶獲取配方肥的單價(jià)降低至常規(guī)復(fù)合肥的 65%。同時(shí)，配方施肥模式在追肥期的肥料施入量較常規(guī)施肥模式減少了 17%，進(jìn)一步降低了用于肥料購(gòu)買的投入成本，大大提高了農(nóng)戶對(duì)配方施肥模式的選擇意愿。對(duì)經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)而言，政府能夠用于補(bǔ)貼配方肥購(gòu)買銷售的資金并不寬裕，便捷的配方肥購(gòu)置途徑和基層技術(shù)培訓(xùn)對(duì)于讓農(nóng)戶選擇推薦的施肥模式，顯得尤為重要[15-16]。而配方施肥模式本身能否通過(guò)提升作物產(chǎn)出，提高農(nóng)戶凈收益，才是推廣、落實(shí)測(cè)土配方工作的關(guān)鍵[3, 5]。值得注意的是，本研究中整個(gè)水稻生產(chǎn)的資金投入在 13 000 元 ?hm-2 左右，而肥料投入為 1 000~1 500 元?hm-2 (表 4)，僅占物料投入的 35%~45%，總投入的 7%~11%，和之前有關(guān)肥料化肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的成本占比數(shù)據(jù)相差較遠(yuǎn)[17]。如此低的占比，一定程度削弱了農(nóng)戶對(duì)肥料投入量的關(guān)注，比起精準(zhǔn)控量減少投入，更愿意選擇過(guò)量投施確保作物生長(zhǎng)養(yǎng)分需求。事實(shí)上，過(guò)量或不恰當(dāng)?shù)姆柿鲜┯貌粌H不能提高作物產(chǎn)量，反而會(huì)帶來(lái)一定程度的減產(chǎn)[18]，增加土壤中未被作物吸收利用的肥料源氮磷存量，提升氮磷流失風(fēng)險(xiǎn)[19]。本研究顯示，氮肥是影響水稻產(chǎn)量最為主要元素，同樣的結(jié)果在油菜系統(tǒng)的測(cè)土配方施肥中也得到了驗(yàn)證[20]。因此，氮相較于磷，對(duì)于產(chǎn)量和污染風(fēng)險(xiǎn)的調(diào)控，更為重要。本研究中兩種施肥模式的徑流氮損失比例在 4%~6%范圍(圖 3)，與種植業(yè)氮肥平均徑流損失系數(shù) 5%左右的前期研究結(jié)論相符。說(shuō)明配方模式能夠更好呼應(yīng)水稻對(duì)氮素的需求，徑流發(fā)生時(shí)土壤環(huán)境中的礦質(zhì)態(tài)氮留存量較低，實(shí)現(xiàn)稻田氮排放的有效削減[10-11]。隨著各地政府對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染治理的重視，減少肥料施用量成為實(shí)現(xiàn)種植業(yè)源頭削減的主要抓手，測(cè)土配方 “按需、按量、按時(shí)”施肥的原則[21]，為“減什么”“減多少”“怎么減”給出了答案[8, 10]，而測(cè)土配方工作的落實(shí)也是推動(dòng)農(nóng)業(yè)面源污染治理的重要工作組成[9]。

　　3.2 配方施肥模式的生產(chǎn)可持續(xù)性分析及改進(jìn)建議

　　現(xiàn)有配方施肥模式已沿用 4 年，有關(guān)施肥配方調(diào)整周期的研究，此前并未見報(bào)道。就本研究而言，對(duì)比 2017 年使用配方模式前的土壤養(yǎng)分指標(biāo)數(shù)據(jù)，土壤全氮全磷未出現(xiàn)顯著變化，但土壤有機(jī)質(zhì)含量下降顯著(表 5)。這說(shuō)明，現(xiàn)配方施肥模式可滿足水稻生長(zhǎng)需求，但是，即使實(shí)行秸稈還田，也未能彌補(bǔ)土壤中有機(jī)物質(zhì)耗損缺口。此外，本研究配方施肥模式水稻地上部分氮、磷吸收量分別為 169 kg·hm-2 和 45kg·hm-2 (圖 2)，僅占氮磷投入量的 66% 和 72%，可見在養(yǎng)分投入配比不變的情況下，配方施肥模式的養(yǎng)分投入量依然存在削減的余地。因此，在肥料品種上，建議適當(dāng)增加一定比例的有機(jī)肥，以 30%~70%占比為宜[22];在肥料養(yǎng)分投入上，建議削減蘗肥、穗肥的尿素投入量，將一定比例的配方肥由基肥期移至穗肥期，適當(dāng)以尿素為基肥期進(jìn)行氮補(bǔ)充，保證磷鉀投入量的同時(shí)，減少氮投入總量。考慮到多環(huán)節(jié)的推行需要一定操作周期[1, 15]，太過(guò)頻繁的調(diào)整缺乏可行性，因此，建議以 4~5 年為周期，進(jìn)行配方施肥模式的調(diào)整。

　　4 結(jié)論

　　(1)與常規(guī)施肥模式相比，配方施肥模式更好支撐了水稻生長(zhǎng)的養(yǎng)分需求，顯著提高了肥料的綜合利用效率，單位質(zhì)量的肥料投入在配方施肥模式下具有更高的水稻產(chǎn)量輸出，達(dá)到了保產(chǎn)目標(biāo)，并顯著降低了肥料的經(jīng)濟(jì)投入，提升了農(nóng)戶的凈利潤(rùn)。

　　(2)氮元素較磷鉀而言是當(dāng)前地力狀況下對(duì)水稻生長(zhǎng)起決定性作用的營(yíng)養(yǎng)元素。配方施肥模式可顯著降低徑流途徑的氮流失量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境多方效益的兼顧。

　　(3)現(xiàn)階段的配方施肥模式中養(yǎng)分投入量依然存在削減的余地。建議增加一定比例有機(jī)肥投入，適當(dāng)削減氮投入總量;以每 4~5 年為周期，對(duì)配方施肥模式中的養(yǎng)分配比和投入量進(jìn)行論證和調(diào)整。

　　(4)我國(guó)測(cè)土配方施肥的實(shí)施推廣已長(zhǎng)達(dá) 15 年，現(xiàn)有研究機(jī)構(gòu)對(duì)其關(guān)注度并不高，發(fā)文量也呈現(xiàn)減少狀況。如何通過(guò)調(diào)節(jié)肥料投入，達(dá)到作物、土壤、甚至是生態(tài)圈的平衡，這一問(wèn)題對(duì)于推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的至關(guān)重要。因此，測(cè)土配方施肥在任何一個(gè)時(shí)候都絕非老生常談，而是一項(xiàng)不斷需要調(diào)整、修正、完善的的工作。