黃 山，湯 軍，李木英，魏洪義，石慶華，潘曉華

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 雙季稻現(xiàn)代化生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心/作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江西省作物生理生態(tài)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330045)

1 “雙還雙減”技術(shù)模式的內(nèi)涵

化肥的大量施用對(duì)提高農(nóng)作物產(chǎn)量起到了十分重要的作用，但過量施用化肥也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染。為了提高化肥利用率，減少化肥使用量，農(nóng)業(yè)科技工作者從肥料運(yùn)籌、水分管理等方面開展了大量研究?！半p還雙減”即是利用豆科綠肥的固氮特性和水稻吸收的鉀素主要積累在稻草中的特點(diǎn)，通過綠肥和稻草還田以減少稻田氮肥和鉀肥使用量。研究表明，冬季種植紫云英的早稻田塊，每翻壓1 000 kg鮮草可以減少化學(xué)氮肥施用量(純氮)2 kg;早、晚稻每還田100 kg稻草(干質(zhì)量)可減少化學(xué)施鉀量(K2O)1 kg。雙季稻“雙還雙減”機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)模式是基于雙季水稻機(jī)耕、機(jī)插、機(jī)收不斷發(fā)展的現(xiàn)實(shí)，以“雙還雙減”為核心，將機(jī)收條件下的紫云英高產(chǎn)技術(shù)、雙季水稻機(jī)插秧技術(shù)、機(jī)耕機(jī)收技術(shù)、稻草快速腐解技術(shù)、水肥高效管理和病蟲草害綜合防控等技術(shù)進(jìn)行組裝整合而成。該技術(shù)模式適宜于長江中游南部雙季水稻生產(chǎn)。

2 “雙還雙減”技術(shù)模式的意義

水稻是我國最重要的糧食作物，特別是雙季水稻對(duì)保障我國糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定具有舉足輕重的地位。以2011年為例，雙季稻主產(chǎn)區(qū)湖南省和江西省水稻播種面積列全國前兩位，分別占全國水稻總播種面積的13.5%和11.0%［1］。尤其是江西省，雙季稻種植比例更高，2011年江西雙季水稻占其水稻總播種面積的比例為87.9%，高于湖南17.8個(gè)百分點(diǎn)［2］。隨著人口的增長，我國對(duì)稻谷的需求將繼續(xù)增加。因此，實(shí)現(xiàn)雙季水稻產(chǎn)量的持續(xù)提升至關(guān)重要。但是，有證據(jù)表明，近期糧食單產(chǎn)水平已經(jīng)出現(xiàn)停滯，甚至是下降趨勢(shì)［3］。其中，在亞洲的稻作系統(tǒng)中表現(xiàn)尤為明顯［4-5］。長期化肥施用導(dǎo)致土壤質(zhì)量的下降是水稻產(chǎn)量停滯不前的主要原因之一［4，6］。豆科綠肥和秸稈還田等有機(jī)培肥措施是提高土壤肥力和作物生產(chǎn)力持續(xù)提升的重要路徑［7-11］。同時(shí)，有機(jī)物料的循環(huán)利用對(duì)降低化肥施用和流失，避免秸稈焚燒、改善大氣和水環(huán)境也具有重要意義［12-13］。大量研究表明，豆科綠肥和秸稈聯(lián)合還田能夠?qū)ψ魑锷L發(fā)育產(chǎn)生協(xié)同促進(jìn)效應(yīng)，而且具有顯著的節(jié)肥效果，能夠降低化學(xué)肥料的施用量［14-19］。雙季稻區(qū)光溫水資源豐富，冬種紫云英不僅不會(huì)影響雙季水稻生產(chǎn)季節(jié)，還為實(shí)施豆科綠肥和秸稈聯(lián)合還田提供了良好的契機(jī)。

伴隨經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和農(nóng)村勞動(dòng)力的大量轉(zhuǎn)移，機(jī)械化生產(chǎn)是未來我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。同時(shí)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化也是推動(dòng)規(guī)?；?jīng)營和實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的主要途徑，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。目前，提高我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的關(guān)鍵在雙季水稻，瓶頸在水稻種植環(huán)節(jié)。2012，全國耕種收綜合機(jī)械化水平達(dá)到57%，而水稻機(jī)械種植水平僅為30%［20］。因此，推廣水稻機(jī)插秧高產(chǎn)技術(shù)對(duì)提升我國農(nóng)業(yè)的整體機(jī)械化水平具有重要作用。另外，一方面，農(nóng)民生產(chǎn)、生活方式的轉(zhuǎn)變使秸稈作為能源、飼料和家畜欄舍墊被物等的價(jià)值顯著下降，因此，雖然政府嚴(yán)令禁止焚燒秸稈，但是由于監(jiān)管難度大，目前在生產(chǎn)上，稻草焚燒現(xiàn)象仍然普遍存在，導(dǎo)致了資源的浪費(fèi)和嚴(yán)重的大氣污染［12-13］。另一方面，聯(lián)合收割機(jī)的普遍應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了稻草切碎后的田間原位還田，加之機(jī)械化耕作的廣泛應(yīng)用消除了稻草還田后對(duì)土壤耕作的干擾。因此，機(jī)械化生產(chǎn)有利于水稻秸稈的原位全量還田。

綜上所述，推廣實(shí)施雙季稻“雙還雙減”機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)模式能夠同步實(shí)現(xiàn)提升水稻產(chǎn)量、改善稻田土壤肥力、降低面源污染和提高水稻生產(chǎn)的機(jī)械化水平等多個(gè)目標(biāo)，對(duì)構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的雙季稻種植模式和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)均具有重要意義［21］。

3 “雙還雙減”技術(shù)模式的理論基礎(chǔ)

3.1 長期集約化種植下，水稻產(chǎn)量持續(xù)增長乏力

最近的研究［3］表明，全球尺度上35%的水稻種植地區(qū)產(chǎn)量增長出現(xiàn)停滯局面，其中亞洲地區(qū)尤為嚴(yán)重，在中國、印度和印度尼西亞分別有79%、36%和81%的水稻種植地區(qū)產(chǎn)量停滯不前。Ladha等［4］通過對(duì)亞洲地區(qū)稻麥輪作系統(tǒng)長期定位試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析表明，在化肥NPK配施條件下，有72%的長期試驗(yàn)站點(diǎn)水稻產(chǎn)量出現(xiàn)停滯現(xiàn)象，22%的站點(diǎn)甚至表現(xiàn)出顯著的下降趨勢(shì)。Bi等［5］對(duì)我國3個(gè)雙季稻長期定位試驗(yàn)的分析也表明，除進(jìn)賢點(diǎn)的晚稻外，化肥NPK配施處理的水稻產(chǎn)量均表現(xiàn)出下降趨勢(shì)。在長期施用化肥下，水稻產(chǎn)量較高加之有機(jī)質(zhì)歸還水平較低，土壤K庫的耗竭是產(chǎn)量停滯的普遍原因［4］。另外，土壤N素有效性的下降、微量元素的虧缺、土壤物理性狀的退化等也是導(dǎo)致產(chǎn)量水平停滯不前的原因［5，22-23］。因此，土壤質(zhì)量的下降可能是制約水稻產(chǎn)量提高的重要因素之一，而秸稈還田和綠肥種植等有機(jī)培肥措施對(duì)維持稻田生產(chǎn)力的持續(xù)提升至關(guān)重要［8-9，19，24-27］。

3.2 長期稻草還田能夠提高水稻產(chǎn)量和土壤肥力，但短期效應(yīng)變異較大

水稻吸收的K主要儲(chǔ)存在莖稈中，因此，稻草還田對(duì)補(bǔ)充土壤K庫具有重要作用［4］。此外，稻草還田對(duì)提高土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性狀具有多方面的作用，可以全面改善土壤質(zhì)量［7，14，16］。大量的長期定位試驗(yàn)一致證明，稻草還田對(duì)維持水稻產(chǎn)量的持續(xù)增長和提升稻田土壤肥力具有重要作用［5，26，28-29］。但是，稻草還田對(duì)水稻產(chǎn)量和土壤肥力的提升效應(yīng)可能需要較長的時(shí)間才能顯現(xiàn)，較短的時(shí)間尺度上稻草還田的對(duì)水稻生產(chǎn)的效應(yīng)變異較大。Bijay-Singh等［16］對(duì)亞洲稻區(qū)大量試驗(yàn)的綜合分析指出，短期來看，稻草還田能增加或減少水稻產(chǎn)量，也可能并無顯著影響，研究結(jié)果變異較大?？傮w上，稻草還田短期內(nèi)(3～5年)可能不會(huì)帶來水稻產(chǎn)量的顯著提高［14］。主要原因可能是，稻草N和P素含量較低，C/N較高，稻草還田后，豐富的碳源引起土壤微生物的大量繁殖，導(dǎo)致土壤速效N的固定，引起水稻前期N素供應(yīng)不足［30-32］。而且，厭氧條件下，大量稻草還田后由于木質(zhì)素等物質(zhì)的累積，使土壤N素有效性下降，從而對(duì)水稻生長產(chǎn)生不利影響［6，33］。此外，稻草還田下，由于水分管理不當(dāng)，某些真菌性病害的加重以及乙酸、硫化物等有毒物質(zhì)的積累也會(huì)制約水稻產(chǎn)量的提高［11，14，34-35］。

3.3 豆科綠肥和稻草聯(lián)合還田能夠?qū)λ旧L發(fā)育產(chǎn)生協(xié)同促進(jìn)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)肥增產(chǎn)

有兩種途徑可以解決稻草還田下，短暫性的N素固定問題:(1)改變N肥運(yùn)籌，增加前期N肥比例，或稻草還田的同時(shí)額外配施少量N肥［30，36］。由于水稻N素吸收主要來源于土壤，N肥的當(dāng)季利用效率較低，而且水稻前期N素吸收較少，因此，無論是增加前期N肥比例或額外配施一定量的N肥均可能加重N素流失，降低肥料利用效率，導(dǎo)致環(huán)境污染［31］;(2)稻草與豆科綠肥聯(lián)合還田［16，37-38］。因?yàn)槎箍谱魑锝斩扤素含量較高，更易分解，稻草與豆科綠肥聯(lián)合施用可緩解稻草單獨(dú)還田的不利效應(yīng)，提高水稻產(chǎn)量和N肥利用效率以及實(shí)現(xiàn)節(jié)肥。Aulakh等［39］對(duì)印度稻麥輪作系統(tǒng)的研究表明，麥稈和豆科綠肥聯(lián)合還田能對(duì)水稻產(chǎn)量產(chǎn)生協(xié)同促進(jìn)效應(yīng)。也有研究顯示，小麥秸稈和豆科綠肥聯(lián)合施用能提高水稻產(chǎn)量和N肥利用效率［40］。Kaewpradit等［41］通過15N示蹤法研究指出，花生秸稈與稻草聯(lián)合還田能顯著改善N素固定，更好地協(xié)同水稻N素需求與供給，降低N素流失。另外，本課題組的研究［42-43］表明，稻草還田下配施適量的腐解菌劑可提高土壤微生物和土壤酶的活性，加速稻草分解，從而緩解短期內(nèi)稻草還田的不利效應(yīng)，提高雙季水稻產(chǎn)量。

已有證據(jù)表明，秸稈還田能降低N素流失、提高土壤P素的有效性，實(shí)現(xiàn)節(jié)肥增產(chǎn)［16，44-45］。對(duì)江西雙季稻系統(tǒng)的研究表明，在等養(yǎng)分條件下，與全量化肥單獨(dú)施用相比，秸稈還田配施減量的化肥并不影響水稻產(chǎn)量，試驗(yàn)第二年甚至能顯著提高水稻產(chǎn)量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)肥增產(chǎn);化肥N、P、K的減量幅度平均分別為27%，10%，67%，每百千克稻草還田量平均可減少施鉀量(K2O)1.4 kg［44］。侯曉莉等［18］的研究也證明，化學(xué)N、P、K肥減量10%條件下，秸稈還田依然能增加水稻產(chǎn)量。基于對(duì)全國尺度稻田秸稈還田試驗(yàn)的meta分析，筆者發(fā)現(xiàn)秸稈還田能顯著提高水稻產(chǎn)量，而且具有顯著的節(jié)肥效果;與全量化學(xué)NPK施肥相比，秸稈還田配施減量的化肥不影響水稻產(chǎn)量，N、P、K肥的減量幅度平均分別可達(dá)29.4%，8.3%，21.9%［47］。另外，本研究團(tuán)隊(duì)近期的試驗(yàn)表明，與冬季休閑相比，冬種紫云英翻壓還田下減少氮肥用量不影響雙季早稻產(chǎn)量，有些年份甚至顯著提高產(chǎn)量，這主要取決于冬季紫云英的生長量;每翻壓1 000 kg鮮草平均可減少化學(xué)氮肥施用量(純氮)3.6 kg［48］。因此，可以假設(shè)，豆科綠肥和秸稈聯(lián)合還田應(yīng)該具有更大的節(jié)肥效果。但是，目前我國針對(duì)豆科綠肥和秸稈聯(lián)合還田下水稻的節(jié)肥效應(yīng)研究很少。Aulakh等對(duì)印度稻麥輪作系統(tǒng)的研究表明，與秸稈單獨(dú)還田相比，豆科綠肥和秸稈聯(lián)合還田在增加水稻和小麥的產(chǎn)量的同時(shí)，N肥用量可減少72%［39］。Yadvinder-Singh等［37］也指出，等養(yǎng)分條件下，與秸稈單獨(dú)還田處理相比，豆科綠肥和小麥秸稈聯(lián)合施用即使僅配施35%的N肥，亦能顯著增加稻麥系統(tǒng)的生產(chǎn)力，養(yǎng)分利用效率也隨之顯著提高。2013年課題組開展的田間試驗(yàn)表明，與全量化肥NPK施用相比(N∶P2O5∶K2O=150∶65∶135 kg/hm2)，減少20%的N、K肥，紫云英和稻草聯(lián)合還田依然能顯著提高早稻產(chǎn)量(增產(chǎn)幅度達(dá)5.7%)，但減少40%N、K肥時(shí)產(chǎn)量下降5.6%。

然而，目前在稻作系統(tǒng)中，豆科綠肥和秸稈聯(lián)合還田的應(yīng)用主要集中在印度河-恒河平原的稻麥輪作系統(tǒng)。因?yàn)?，此地區(qū)小麥?zhǔn)斋@到下季水稻種植約有兩個(gè)月的休閑期(5—6月)，給種植豆科綠肥提高了良好的條件［49］。而我國北方的一季稻種植系統(tǒng)冬季氣溫過低，江淮流域的稻麥輪作系統(tǒng)的茬口則異常緊張，均不適合種植豆科綠肥。而南方雙季稻系統(tǒng)較長的冬季休閑期，為在不影響水稻播種面積和復(fù)種指數(shù)的前提下，推廣豆科綠肥和秸稈聯(lián)合還田提供了良好的機(jī)會(huì)。綜上所述，在南方雙季稻區(qū)推廣冬季種植豆科綠肥和稻草聯(lián)合還田，化肥減量施用、配合水稻機(jī)插高產(chǎn)栽培技術(shù)、病蟲草害綜合防控等多項(xiàng)技術(shù)，即“雙季稻‘雙還雙減’機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)模式”，能夠同步實(shí)現(xiàn)提高雙季水稻產(chǎn)量、土壤肥力提升、降低農(nóng)田面源污染、改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和農(nóng)民節(jié)本增效等多項(xiàng)目標(biāo)，對(duì)保障國家糧食安全和實(shí)現(xiàn)南方稻區(qū)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

4 “雙還雙減”模式的關(guān)鍵配套技術(shù)

4.1 培育壯秧

機(jī)插水稻高產(chǎn)的關(guān)鍵在培育壯秧。首先，應(yīng)因地制宜選擇優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和抗逆性強(qiáng)的品種。早稻宜選用全生育期105～110 d的早、中熟品種;晚稻宜選用全生育期110～115 d的中熟或中熟偏早品種。選擇地勢(shì)平坦、灌溉和運(yùn)秧方便、土壤肥沃的稻田或菜地做秧田。通過曬種選種和種子消毒、適宜播種量、半旱式水分管理、化控等措施，培育適齡、適高(株高)壯秧。提倡用機(jī)插秧育秧基質(zhì)進(jìn)行育秧。

4.2 機(jī)械插秧

機(jī)插秧對(duì)大田耕整質(zhì)量要求較高。機(jī)械作業(yè)深度不超過20 cm，泥腳深度不大于30 cm。綠肥田于盛花期翻耕，灌水泡田漚肥腐熟10～15 d再進(jìn)行旋耕;晚稻田在早稻收割后及時(shí)泡水旋耕，泡水前結(jié)合施肥可適當(dāng)配施腐解菌劑以加速稻草分解。大田耕整后確保沉實(shí)1～2 d后栽插。盡可能采用高速插秧機(jī)。行株距規(guī)格為30 cm×(12～16)cm。在確保秧苗不漂、不倒的前提下，應(yīng)盡量淺栽，機(jī)插深度以不大于2 cm為宜，機(jī)插完成后應(yīng)在大田四周及時(shí)人工補(bǔ)苗。

4.3 肥水管理

施肥總量(667 m2):純氮(N)11～13 kg、氧化鉀(K2O)12 kg、五氧化二磷(P2O5)6～8 kg。氮、鉀肥按基肥∶蘗肥∶穗肥=5∶2∶3施用;磷肥做基肥一次性施用?；试谡貢r(shí)施用，蘗肥在栽后7 d左右結(jié)合施用除草劑施用，穗肥曬田復(fù)水后(抽穗前18～20 d)施用。冬季種植紫云英的早稻田塊，按每翻壓1 000 kg鮮草減少化學(xué)氮肥施用量(純氮)2 kg;早、晚稻每還田100 kg稻草減少化學(xué)施鉀量(K2O)1 kg。施肥總量減少后，施肥方式及比例不變。

早稻薄水返青，濕潤分蘗，每667 m2莖蘗數(shù)達(dá)到(1.8～2.0)×105時(shí)曬田，足水孕穗揚(yáng)花，干濕灌漿，收割前5 d斷水;晚稻淺水活棵，濕潤分蘗，每667 m2莖蘗數(shù)達(dá)到(1.6～1.8)×105時(shí)開始曬田，足水保胎，有水抽穗揚(yáng)花，干濕灌漿，收割前7 d左右斷水。

4.4 病蟲草害綜合防控

堅(jiān)持“預(yù)防為主，綜合防治”的方針，以農(nóng)業(yè)防治、生物防治和物理防治措施為主體，以化學(xué)防治為輔助，盡量選擇無公害藥劑，在保障產(chǎn)量目標(biāo)的前提下實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥減量。機(jī)插后5～7 d結(jié)合分蘗肥施用除草劑，施用后保持田間水層4～5 d。提倡稻田安裝頻振式殺蟲燈以誘殺二化螟、稻縱卷葉螟和稻飛虱等水稻主要害蟲。大田主要做好“三蟲三病”的防治，即:分蘗盛期和抽穗期的二化螟，分蘗期至孕穗期的稻縱卷葉螟，抽穗灌漿期的稻飛虱，破口抽穗初期的稻瘟病，孕穗至抽穗期的紋枯病，以及晚稻的稻曲病。

4.5 紫云英種植與管理

于晚稻收割前20～25 d(9月下旬)將種子撒于稻田，每667 m2播種量2.0～2.5 kg，播后保持田間濕潤，出苗后遇干旱灌“跑馬水”。晚稻收獲前7 d排干田間水分(遇秋雨要開溝排水)，以減輕收割機(jī)對(duì)紫云英幼苗的損傷。機(jī)收后人工將機(jī)械切碎還田的稻草扒均，并開好排水溝。冬春季節(jié)雨水過多時(shí)，要及時(shí)清溝排水，以防漬害。

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