技術領域：

本發(fā)明涉及一種稻麥輪作農田養(yǎng)分減排且維持作物穩(wěn)產的方法，屬于農業(yè)面源污染控制及作物生產技術領域。

背景技術：
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稻麥兩熟種植制度主要分布在東亞和南亞的亞熱帶-暖溫帶地區(qū)，包括中國、印度、巴基斯坦等國家，其中以我國的面積最大。在我國長江中下游地區(qū)，僅江蘇省年種植面積即達130萬hm²左右，稻麥兩熟制農田的可持續(xù)生產對保證江蘇乃至全國的糧食安全至關重要。近年來，由于人口的過速增長，迫于糧食壓力和經濟需求，土地集約化生產程度進一步提高，江蘇太湖流域稻麥產區(qū)年均施肥量高達550～650kg·hm^-2，大大超過了全國平均水平，加之不合理的施肥和水分管理方式導致的農田土壤養(yǎng)分流失的加劇不僅對區(qū)域土壤質量產生巨大的威脅，成為進一步發(fā)展江蘇農業(yè)生產的主要障礙，而且對流域水體富營養(yǎng)化的氮磷貢獻率較大。眾所周知，氮、磷含量過高是導致水體富營養(yǎng)化的主要原因之一，且磷是其主要限制因子，而農田氮、磷流失是其重要面源污染源。據估計，農業(yè)面源排放氮、磷素對太湖水體的貢獻率分別達37.5％和15.1％，其中農田流失量對面源污染貢獻率分別約60％和20％。因此，建立稻麥輪作農田土壤養(yǎng)分徑流減排技術體系對于太湖流域水體生態(tài)環(huán)境健康可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

目前，關于農田氮磷流失控制技術主要集中在工程技術、生物技術、農田原位減排技術等方面。在對面源污染物的輸出治理中，工程措施為植物措施的實施提供了良好的條件。米艷華等(2006)在云南做了綜合水土保持技術試驗，研究發(fā)現(xiàn)，植物籬麻袋覆蓋技術能夠減少地表徑流量、土壤流失量和養(yǎng)分流失量22.7％、27.1％和36.8％，對面源污染物的輸出起到較好的控制作用。通過在農田排水溝渠末端增加生態(tài)塘，在其中種植養(yǎng)分富集植物，攔截農田地表徑流養(yǎng)分流失也可顯著減輕稻田面源污染。然而，綜合水保措施及生態(tài)塘養(yǎng)分攔截回用技術在實施過程中改造施工費用較高，并且可能占用較多農地，后續(xù)管理維護過程也較為繁瑣。保護性耕作措施免耕秸稈覆蓋可顯著減少徑流量和侵蝕量，然而長期免耕會導致耕作層變淺。相關報道認為，增加稻田蓄雨水高度(從6cm增加30cm)可極顯著降低氮素流失，徑流泥沙從347.8kg/hm2減少到3.3kg/hm2，徑流總氮從4.23kg/hm2減少到0.17kg/hm2。同時，王瑩等(2009)認為施肥后10d內減少稻田排水量或推遲排水時間，是降低其氮素隨徑流流失的有效途徑。然而，增加稻田蓄雨水高度和減少稻田排水量或推遲排水時間等措施會對顯著影響水稻生長發(fā)育，進而造成顯著減產。從稻麥周年生產系統(tǒng)考慮，如何協(xié)調稻麥周年高產穩(wěn)產的農學效應和稻麥輪作農田氮、磷養(yǎng)分有效減排的環(huán)境效應是目前的研究重點與難點。

技術實現(xiàn)要素：
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技術問題：

本發(fā)明提供一種稻麥輪作農田養(yǎng)分減排且維持作物穩(wěn)產的方法，該技術可減少稻麥輪作農田土壤氮、磷徑流損失，減輕農田面源污染，并可維持稻麥周年高產穩(wěn)產。

技術方案：

一種稻麥輪作農田養(yǎng)分減排且維持作物穩(wěn)產的方法，其特征在于：

稻麥生產過程中，水稻季減施或不施用磷肥，利用小麥季殘余磷素。其中，

小麥季進行優(yōu)化施肥，調減施肥量為n225kg·hm^-2，p2o590kg·hm^-2，k2o90kg·hm^-2，同時，調整氮肥運籌比例為基肥：返青拔節(jié)肥：穗肥＝70％：20％：10％；

水稻季進行優(yōu)化施肥，調減施肥量為n270kg·hm^-2，p2o567.5kg·hm^-2，k2o112.5kg·hm^-2，同時，調整氮肥運籌比例為基肥：分蘗肥：促花肥：?；ǚ剩?0％：30％：20％：10％；

或水稻季不施用磷肥，利用小麥季殘余磷素，施肥量調減為n270kg·hm^-2，k2o112.5kg·hm^-2，氮肥運籌比例調整為基肥：分蘗肥：促花肥：?；ǚ剩?0％：30％：20％：10％。

小麥季p、k肥作基肥以復合肥形式一次施入,所述復合肥為:硫酸鉀型、n,15％、p2o5,15％、k2o,15％；氮肥以上述比例施入，基肥于耕作整地時基施，施肥深度10～15cm；返青拔節(jié)肥和穗肥均以n≥46％的尿素的形式表施施入；

水稻季優(yōu)化施肥技術中p、k基肥以復合肥形式施入,所述復合肥為:硫酸鉀型、n,15％、p2o5,15％、k2o,15％；p肥全作基肥，于耕作整地時基施，施肥深度10～15cm；剩余k肥促花肥施用，以k2o≥60％的kcl形式表施施入；

或者水稻季不施用磷肥，k肥基施60％，于耕作整地時以k2o≥60％的kcl形式施入，施肥深度10～15cm，促花肥施用40％，以k2o≥60％的kcl形式表施施入。

小麥季施肥播種后根據生產面積大小，在麥田開“井”型排水溝以便降雨期間排水，防止麥田積水，進而影響小麥正常生長發(fā)育；一般田間每間隔1.5～2.0m開具一條溝，排水溝寬約10～12cm，深約10～12cm；水稻季水分管理采用前期5～6cm淺水、中期擱田、后期干濕交替的管理模式。

小麥季稻秸還田量為9000kg·hm^-2，水稻季麥秸還田量為6000kg·hm^-2；小麥品種選用春性中筋小麥寧麥16，水稻品種選用遲熟中粳南粳9108。

小麥、水稻生產過程中，耕作整地、施肥方式及植保管理等田間操作措施與常規(guī)生產方式保持一致，同一般高產大田。

有益效果：

1、本發(fā)明通過優(yōu)化施肥技術與小麥季殘留磷素稻季利用技術達到稻麥輪作農田土壤徑流氮、磷養(yǎng)分減排、流失風險降低且稻麥穩(wěn)產高產的效果，操作簡便，效果顯著。

2、采用優(yōu)化施肥技術可顯著降低麥田土壤徑流水氮、磷濃度(全生育期內多次徑流過程中徑流水氮、磷濃度加權平均值)分別達17.05％和15.19％，可顯著降低稻田徑流水氮、磷濃度分別達8.11％和38.86％。同時，采用優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用協(xié)同技術可顯著降低稻田徑流水氮、磷濃度達8.91％和57.78％。采用優(yōu)化施肥技術可顯著減少稻麥輪作農田氮、磷徑流周年流失量分別達15.64％和30.71％。采用優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用協(xié)同技術可顯著減少稻麥輪作農田氮、磷徑流周年流失量分別達15.77％和43.31％。

3、采用優(yōu)化施肥技術可顯著減少稻麥輪作農田土壤氮、磷平衡盈余量分別達13.68％和42.86％。同時，采用優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用協(xié)同技術可顯著減少稻麥輪作農田土壤氮、磷平衡盈余量分別達9.09％和75.91％，極顯著降低稻麥輪作農田土壤氮、磷流失風險。

4、采用優(yōu)化施肥技術和優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用協(xié)同技術可基本維持稻麥周年穩(wěn)產，春性中筋小麥寧麥16和遲熟中粳南粳9108周年產量分別達14.51×10³kg·hm^-2和14.28×10³kg·hm^-2。同時，采用優(yōu)化施肥技術和優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用協(xié)同技術可顯著提高稻麥周年氮肥偏生產力分別達19.44％和17.56％。

具體實施方式：

以江蘇南京溧水區(qū)白馬鎮(zhèn)試驗基地稻麥輪作農田生產實例為例：

本試驗點設在江蘇省南京市溧水縣白馬鎮(zhèn)江蘇省農業(yè)科學院植物科學基地(31°36′n,119°11′e)，位于南京市溧水縣東南部，屬北亞熱帶向中亞熱帶的過渡區(qū)，年均氣溫約15.5℃，年均日照2145.8h，年均降雨量1036.9mm，年無霜期237d。試驗田土壤屬白漿土，0～20cm土層土壤基本理化性狀為：ph(h2o,1:5)6.21，有機質(g·kg^-1)16.62，全n(g·kg^-1)0.87，全p(g·kg^-1)0.24，速效氮(mg·kg^-1)35.16，速效磷(mg·kg^-1)11.84，速效鉀(mg·kg^-1)89.23。

試驗時間為2014年10月至2015年6月的小麥生長季和2015年6月至2015年10月的水稻生長季，小麥品種為春性中筋小麥寧麥16，播種量150kg·hm^-2，條播，行距為25～30cm。水稻品種為遲熟中粳南粳9108，常規(guī)水育秧方式培育壯秧，手工移栽，苗齡足月，栽插規(guī)格為25cm×13cm，每穴2-3株，試驗田面積至少200m²，以常規(guī)生產(大田高產施肥、大田高產田間管理)為對照，試驗設置三次重復。

常規(guī)生產(大田高產施肥、大田高產田間管理)具體操作方式為，麥季施肥量為n270kg·hm^-2，p2o5135kg·hm^-2，k2o135kg·hm^-2，p、k肥作基肥一次施入，氮肥按基肥：返青拔節(jié)肥：穗肥＝60％：30％：10％施用，稻秸還田量為9000kg·hm^-2，耕作方式為旋耕；稻季施肥量為n360kg·hm^-2，p2o5112.5kg·hm^-2，k2o112.5kg·hm^-2，p、k以45％復合肥(安徽司爾特肥業(yè)有限公司出品,硫酸鉀型,n,15％；p2o5,15％；k2o,15％)施入，基肥60％，促花肥40％，氮肥按基肥：分蘗肥：促花肥：保花肥＝30％：30％：20％：20％施用，麥秸還田量為6000kg·hm^-2，耕作方式為耕翻+旋耕。

本發(fā)明小麥季進行優(yōu)化施肥方法為，調減施肥量為n225kg·hm^-2，p2o590kg·hm^-2，k2o90kg·hm^-2，同時，調整氮肥運籌比例為基肥：返青拔節(jié)肥：穗肥＝70％：20％：10％。

水稻季進行優(yōu)化施肥方法為，調減施肥量為n270kg·hm^-2，p2o567.5kg·hm^-2，k2o112.5kg·hm^-2，同時，調整氮肥運籌比例為基肥：分蘗肥：促花肥：?；ǚ剩?0％：30％：20％：10％。

或者，水稻季在優(yōu)化施肥基礎上，采用小麥季殘余磷素稻季利用技術(不施用磷肥，利用小麥季殘余磷素)，其中，施肥量調減為n270kg·hm^-2，k2o112.5kg·hm^-2，氮肥運籌比例調整為基肥：分蘗肥：促花肥：?；ǚ剩?0％：30％：20％：10％。

小麥季p、k肥作基肥以復合肥(安徽司爾特肥業(yè)有限公司出品,硫酸鉀型,n,15％；p2o5,15％；k2o,15％)形式一次施入，氮肥以上述比例施入，基肥于耕作整地時基施，施肥深度10～15cm。返青拔節(jié)肥和穗肥均以尿素(河南心連心化肥有限公司,“心連心”牌尿素,n≥46％)的形式表施施入。水稻季優(yōu)化施肥技術中p、k以45％復合肥(安徽司爾特肥業(yè)有限公司出品,硫酸鉀型,n,15％；p2o5,15％；k2o,15％)形式施入，p肥全作基肥，于耕作整地時基施，施肥深度10～15cm。剩余k肥促花肥施用，以kcl(中國農業(yè)生產資料集團公司進口，白俄羅斯產，k2o≥60％)形式表施施入；優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用協(xié)同技術中，不施用磷肥，k肥基施60％，于耕作整地時以kcl(中國農業(yè)生產資料集團公司進口，白俄羅斯產，k2o≥60％)形式施入，施肥深度10～15cm，促花肥施用40％，以kcl(中國農業(yè)生產資料集團公司進口，白俄羅斯產，k2o≥60％)形式表施施入。

小麥季稻秸還田量為9000kg·hm^-2，水稻季麥秸還田量為6000kg·hm^-2。

小麥季施肥播種后根據生產面積大小，在麥田開“井”型排水溝以便降雨期間排水，防止麥田積水，進而影響小麥正常生長發(fā)育。一般田間每間隔1.5～2.0m開具一條溝，排水溝寬約10～12cm，深約10～12cm。水稻季水分管理采用前期淺水(5～6cm)、中期擱田、后期干濕交替的管理模式。

小麥、水稻生產過程中，耕作整地、施肥方式及植保管理等田間操作措施與常規(guī)生產方式保持一致，同一般高產大田。

稻麥輪作農田土壤徑流氮、磷養(yǎng)分減排效果及作物產量效應等具體試驗結果結合以下實例予以說明：

實例1：稻麥輪作農田小麥生長季土壤徑流氮、磷養(yǎng)分減排與小麥穩(wěn)產效果

以2014～2015年小麥生產試驗為例：

常規(guī)生產管理(大田高產施肥、大田高產田間管理)條件下，麥田徑流水氮、磷濃度、氮、磷徑流流失量分別為18.07mg·l^-1、0.25mg·l^-1、31.61kg·hm^-2、0.44kg·hm^-2。采用優(yōu)化施肥技術可顯著減少麥田土壤氮、磷徑流損失(表1)。徑流水氮、磷養(yǎng)分濃度是農田土壤氮、磷徑流損失的主要構成因子，采用優(yōu)化施肥技術可顯著降低麥田土壤徑流水氮、磷濃度(全生育期內多次徑流過程中徑流水氮、磷濃度加權平均值)分別達17.05％和15.19％；徑流水氮、磷流失量是表征麥田土壤氮、磷徑流輸出量的關鍵指標，采用優(yōu)化施肥技術可顯著減少小麥全生育期氮、磷徑流流失量分別達17.05％和15.19％。

常規(guī)生產管理(大田高產施肥、大田高產田間管理)條件下，小麥產量達6.63×10³kg·hm^-2。采用優(yōu)化施肥技術雖降低小麥產量達8.78％，但基本維持小麥穩(wěn)產，其產量仍達6.05×10³kg·hm^-2(表1)。

氮、磷平衡盈余量是用以表征農田土壤氮、磷養(yǎng)分流失風險的主要指標之一，采用優(yōu)化施肥技術可減少麥田土壤氮素平衡盈余量達3.04％，可顯著減少麥田土壤磷素平衡盈余量達35.59％，顯著降低麥田土壤磷素流失風險。

表1優(yōu)化施肥條件下麥田土壤氮、磷養(yǎng)分減排與小麥穩(wěn)產效果

表2優(yōu)化施肥條件下麥田土壤氮、磷流失風險控制效果

實例2：稻麥輪作農田水稻生長季土壤徑流氮、磷養(yǎng)分減排效果與水稻穩(wěn)產效應

以2015年水稻生產試驗為例：

常規(guī)生產管理(大田高產施肥、大田高產田間管理)條件下，稻田徑流水氮、磷濃度、氮、磷徑流流失量分別為3.03mg·l^-1、0.43mg·l^-1、5.86kg·hm^-2和0.83kg·hm^-2。采用優(yōu)化施肥技術和優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用協(xié)同技術均可顯著減少稻田氮、磷徑流損失(表3)。徑流水氮、磷養(yǎng)分濃度是農田土壤氮、磷徑流損失的主要構成因子，采用優(yōu)化施肥技術可顯著降低稻田徑流水氮、磷濃度(全生育期內多次徑流過程中徑流水氮、磷濃度加權平均值)分別達8.11％和38.86％。采用優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用協(xié)同技術可顯著降低稻田徑流水氮、磷濃度(全生育期內多次徑流過程中徑流水氮、磷濃度加權平均值)分別達8.91％和57.78％；徑流水氮、磷流失量是表征稻田土壤氮、磷徑流輸出量的關鍵指標，采用優(yōu)化施肥技術可顯著減少水稻全生育期氮、磷徑流流失量分別達8.11％和38.86％。采用優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用協(xié)同技術可顯著減少水稻全生育期氮、磷徑流流失量分別達8.91％和57.78％。

常規(guī)生產管理(大田高產施肥、大田高產田間管理)條件下，稻谷產量達8.83×10³kg·hm^-2。采用優(yōu)化施肥技術可維持水稻穩(wěn)產，稻谷產量稍降4.15％，但差異不顯著。同時，采用優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用協(xié)同技術雖降低稻谷產量達6.79％，但基本維持水稻穩(wěn)產，其產量仍達8.23×10³kg·hm^-2(表3)。

氮、磷平衡盈余量是用以表征農田土壤氮、磷養(yǎng)分流失風險的主要指標之一，采用優(yōu)化施肥技術可顯著減少稻田土壤氮、磷平衡盈余量分別達23.86％和53.83％。同時，采用優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用協(xié)同技術可顯著減少稻田土壤氮素平衡盈余量達14.88％，而磷素呈現(xiàn)當季虧缺狀態(tài)，虧缺量達28.62kg·hm^-2，極顯著降低稻田土壤氮、磷流失風險(表4)。

表3優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用條件下稻田土壤氮、磷養(yǎng)分減排與水稻穩(wěn)產效果

表4優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用條件下稻田土壤氮、磷流失風險控制效果

實例3：稻麥輪作農田土壤徑流氮、磷養(yǎng)分周年減排與稻麥周年穩(wěn)產效果

以2014～2015年小麥、水稻周年生產試驗為例：

常規(guī)生產管理(大田高產施肥、大田高產田間管理)條件下，稻麥輪作農田氮、磷周年流失量分別達37.47kg·hm^-2和1.27kg·hm^-2(表5)。徑流水氮、磷流失量是表征農田土壤氮、磷徑流輸出量的關鍵指標，采用優(yōu)化施肥技術可顯著減少稻麥輪作農田氮、磷徑流周年流失量分別達15.64％和30.71％。采用優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用協(xié)同技術可顯著減少稻麥輪作農田氮、磷徑流周年流失量分別達15.77％和43.31％。

氮、磷平衡盈余量是用以表征農田土壤氮、磷養(yǎng)分流失風險的主要指標之一，采用優(yōu)化施肥技術可顯著減少稻麥輪作農田土壤氮、磷平衡盈余量分別達13.68％和42.86％。同時，采用優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用協(xié)同技術可顯著減少稻麥輪作農田土壤氮、磷平衡盈余量分別達9.09％和75.91％，極顯著降低稻麥輪作農田土壤氮、磷流失風險(表5)。

常規(guī)生產管理(大田高產施肥、大田高產田間管理)條件下，稻麥周年產量達15.46×10³kg·hm^-2。采用優(yōu)化施肥技術和優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用協(xié)同技術雖降低稻麥周年產量分別達6.13％和7.64％，但基本維持周年穩(wěn)產，其產量仍高達14.51×10³kg·hm^-2和14.28×10³kg·hm^-2(表5)。

氮肥偏生產力是表征作物氮肥利用效率的指標之一，采用優(yōu)化施肥技術和優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用協(xié)同技術可顯著提高稻麥周年氮肥偏生產力分別達19.44％和17.56％(表6)。

表5優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用條件下稻麥輪作農田土壤徑流養(yǎng)分周年減排與流失風險控制效果

表6優(yōu)化施肥與小麥季殘余磷素稻季利用條件下稻麥周年氮肥利用效率提升效果