【化肥农药减量技术研究进展的文献综述4000字】

化肥农药减量技术研究进展的文献综述1.1化肥减量主要驱动技术1.1.1肥料施用优化化肥高效的利用重在于土壤-作物-环境三者的协调和同步，来实现肥料利用率的提升。而肥料技术优化及效率的提升主要依靠4方面：1）基于测土配方和精准施肥技术，结合区域土壤养分供应基础状况和作物需肥特征，确定作物适宜的养分用量（李银水2009）；2）不同肥料的形态与比例的优化，如适宜的硝态氮和铵态氮配比可促进作物根系生长，改善根际环境（熊淑萍等2012）；3）正确的施肥方式，常见的施肥方式有撒施、条施、穴施、翻施等，而肥料集中施用能明显减少损失（Grantetal2002，Nashetal2012）；4）根据作物需肥关键时期，从作物养分临界期和最大养分效率期分配肥料用量（任涛和鲁剑巍2016）。目前，我国肥料施肥技术主要以测土配方为主，常见的方法有目标产量法、肥料效应函数、土壤养分丰缺指标法和“土壤养分临界值”法，可以确定区域适宜的肥料用量，在此基础上结合已有的土壤和作物信息资料整理分析，制成具有实效性和可操作性的田间管理信息系统可进一步挖掘耕地潜力，节约化肥和良种（金继运和白由路2004，邹娟2010，王寅等2013）。调节肥料形态配比与作物不同时期植株构建相匹配，可促进作物生长和养分吸收。油菜上实行以酰胺态氮肥为主，调整铵硝配比有助于苗期根系生长和提高肥料利用率（张萌2015，任涛和鲁剑巍2016），同时结合缓控释氮肥可充分保证后期养分供应，实现肥料高效利用（王素萍等2012）。合理的施肥方式利于增大根系和养分的接触面积，促进根系生长。施肥过浅或过深均不利于作物生长，易诱发幼苗生长不良，研究发现施肥位置在10-15cm对种子出苗和根系生长较好（NuttallandButton1980，Suetal2015）。油菜本身是需肥较大的作物，养分吸收表现为主要集中在苗期和薹期，后期则是养分的转移、分配与物质的合成（刘晓伟等2011），而水稻养分需求期主要是苗期、分蘖期和抽穗期（宋勇生等2004，杨树明等2009），在作物不同需求关键时期投入养分是提高养分利用率的重要途径。研究表明，油菜最适的氮肥施用时期和比例为基肥50%～60%、越冬肥（苗肥）20%和薹肥20%～30%，水稻最适的氮肥施用时期和比例为基肥30%～80%、分蘖肥20%～40%和穗肥0%～30%（宋勇生等2004，苏伟等2010，王继玥等2012，牛世伟等2020）。由以上可知，实现化肥减量的前提是提高肥料利用效率，合理的提高施肥技术是减肥的关键。1.1.2肥料产品创新肥料产品的创新是化肥减量的主要途径。目前，化肥种类众多，不同历史阶段选择不同，为适应粮食生产和提高肥料利用率，化肥由传统的单质低浓度肥料转向高浓度化肥和复合肥，随后由配方单一的复合肥转向作物专用性复合肥（车升国2015，付浩然等2020）。常见的化肥以尿素和15-15-15通用型复合肥为主，各种新型肥料如缓控释肥、水溶肥和稳定性肥料以及硝化抑制剂和脲酶抑制剂的应用在市场上逐渐增加。传统施肥因未考虑不同区域作物的养分需求差异，致使通用型配方主导了复合(混)肥市场（张卫峰等2009，徐洋2019）。因此，为满足作物养分吸收需求、提高肥料利用率及减少环境损失，化肥走向作物专用化是改善肥料利用率及减少用量的重要途径。作物专用肥是根据作物特有的需肥特性，结合区域气候和土壤环境、种植制度、施肥技术等研制出来的专用型复合肥料，具有养分释放与作物吸收相匹配的优点，在促进作物生长、降低肥料损失、提高产量和肥料利用率方面效果明显（Maoetal2005，AzeemBetal2014）。大量研究表明，小麦、玉米、水稻、油菜、棉花等施用作物专用肥的增产率在5%～25%，主要通过改善作物生长状况、提高光合能力、降低病虫草害来提高产量。水稻专用肥施用可促进植株生长稳健，减轻病虫害及倒伏，提高成穗率、千粒重和有效穗数，并提高了肥料利用率（高菊生等2008，张洪昌2010）。小麦上，与传统施肥和推荐施肥相比，小麦新型专用肥在植株产量构成因子、氮素累积和肥料利用率均得到不同程度提高（朱彦锋等2018，刘倩倩等2019）。采用氮肥总量控制、分期调控及磷钾肥恒量监控技术制定的区域春玉米专用肥配方，可改善春玉米穗粒数、百粒重及收获指数等产量和生育性状，实现10.0%～16.0%增产（张玉华等2001，郭军玲等2014）。在油菜专用肥上，油菜缓释专用肥一次施用可促进养分吸收，提高生物量、养分积累和单株角果数，表现出增产或稳产效果，且减少用工、增产增收，有效提高肥料利用率，同时维持收获后土壤全氮、全磷、全钾含量，适宜于轻简化生产（周鹂等2015，胡文诗等2016，麻井彪等2020）。1.1.3肥料配套管理作物养分高效品种、增密减氮、氮肥后移、秸秆还田等高产栽培技术措施是提高单位面积产量，也是提升效率和节省肥料的重要途径。相比1985-1999年间的早期品种，2000年后粮食新品种产量水平大幅度提高，配合选用耐密品种且适当减少前期氮肥用量可提高肥料利用效率，实现作物增产16.0%～24.4%（张卫建等2015，Yingetal2019）。在水稻、玉米、烟草等作物上采用减氮增密技术，适当减少氮肥用量和增加移栽密度可构建良好的密植群体，提高光合作用，改善产量构成和肥料利用率，降低土壤无机氮和温室气体，利于产量和品质的提高（朱相成等2016，李传胜等2017，何成贵等2018，张鹤宇等2018）。氮肥后移技术的运用也使得我国主要粮食作物增产3.0%～51.8%，同时氮肥利用率提高46.1%～111.8%。与传统“一炮轰”或农民习惯施肥模式相比，将前期氮肥减量后移至作物生长关键生育时期，可有效增加植物干物质积累和养分吸收，降低肥料损失进而提高利用率（陈祥等2008，赵士诚等2010）。水稻上通过优化氮肥用量和栽插规格综合措施也能进一步提高产量和氮肥利用效率的潜力（潘俊峰等2019）。在经济作物上，相同目标产量下，油菜增密后可以节约氮肥用量20%～30%，同时配合直播油菜“前促后稳”的养分管理策略，在前期供应充足养分促进幼苗发育以提高外界环境胁迫能力，后期持续稳定供应养分保证油菜个体构建来实现化肥减量（朱珊等2013，王寅等2014）。秸秆还田可增加农田系统有机质投入，对农田生态系统实现化肥减量和可持续发展具有重要意义。秸秆覆盖可以降低土壤紧实度，改良土壤压实状况，提高土壤饱和导水率，减少土壤水分蒸发，利于改善土壤保水能力和阳离子交换量（舒馨等2014，高丽秀等2015，陈玉章等2019）。张建军等（2019）研究表明，实行秸秆翻压还田与氮肥减量20%～40%时，产量和水分利用效率均高于常规施肥，并改善产量性状和拔节期玉米光合性能及叶片叶绿素相对含量。长期秸秆还田有利于土壤全氮、全磷和有机质提高，增加秸秆用量可提高酸解氨基酸态氮、酸解氨态氮和氨基糖氮含量，进一步提高微生物量氮，对土壤脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和磷酸酶活性均有改善，同时高量秸秆还田对NO3-N含量的提高具有促进作用，适量的化肥减施对土壤肥力无负面影响（李锦等2013，赵士诚等2014，黄容等2016，吴玉红等2018）。大量研究表明，秸秆还田可节省化肥投入10%～30%，并提高作物产量2.8%～16.2%（吕亚敏等2018，曾研华等2018，王秋菊等2019，殷尧翥等2019）。在蔬菜作物上，以稻草腐熟还田开展莴苣化肥减量可实现氮、磷肥用量减少10%，钾肥用量减少10%～20%，改善莴苣株高、茎粗等农学性状，土壤有机质、有效磷、碱解氮含量均有提升（丛艳静等2014）。1.2农药减量主要驱动技术农业上病虫草害防治措施主要应用栽培防治、生物防治、物理防治等绿色防控和高效低毒低残留农药、大中型高效机械、推广精准科学施药与统防统治等农药产品替代与高效管理为主。在农业栽培防治方面，以抗病品种筛选防治为主，油菜上选育出了华油杂62R新品种，根肿病防治效果良好；水稻上选育出具有抗纹枯病、稻瘟病、白叶枯病和稻飞虱抗性新品种ZH5，两者均对产量和品质无负作用（黄世文等2007，李倩等2020）。以生态调控技术途径可以有效减少农业栽培中的病虫草害。研究表明，通过田间翻耕稻田并灌水沤田5～7d，对二化螟有良好控制效果（钟玲等2019）；周年轮作也可抑制杂草、土传病害等（杜翠敏等2006，徐宁等2013）。在理化诱控技术上，应用高效性诱剂和杀虫灯，可降低害虫发生密度，防效达90%以上，与常规化防无显著差异，减少施药次数和节约成本（胡成志2008，吴寒冰等2013，姜海平等2018）。在生物防治上，水稻主要推广应用春雷霉素、枯草芽孢杆菌、嘧肽霉素防治稻瘟病，井冈霉素、申嗪霉素、井冈·蜡芽防治纹枯病和稻曲病，苏云金杆菌、甘蓝夜蛾核多角体病毒防治二化螟，甘蓝夜蛾核多角体病毒、苏云金杆菌、球孢白僵菌、多杀霉素防治稻纵卷叶螟，苦参碱防治稻飞虱（杨媚等2012；关雄和蔡峻2014，张洁等2013，曾婷等2018，钟玲等2019）；油菜上以盾壳霉作为油菜菌核病防治的的生物产品可以防治菌核病侵染和蔓延，田间试验表明适宜剂量的盾壳霉对于预防油菜菌核病防效约为50%，花期再次喷雾防效进一步提升（姜道宏等2000，Weberetal2015，LangBetal2017，周永金和杨兴志2019）。传统农药投入量大且频率高，病虫草害抗性提高，加剧农药投入已不能满足当前农田防治，同时产量也得不到稳定保障，新型低量、高效、低毒低残留的农药替代是促进化肥减量与高效防治的首选（PanandLi2006）。水稻上防治稻纵卷叶螟能以甲维盐、依维菌素、呋喃虫酰肼、氟虫腈、茚虫威替代传统高毒农药，而褐飞虱以吡蚜酮、阿维菌素、氟虫腈、噻虫嗪、烯啶虫等新型药剂替代，相比农户可控制用药次数和用药量，提高防治效果同时降低了用药成本，实现水稻种植的经济效益和环境双赢（高忠文等2008，王彦华等2008，何健等2016）。农药高效的利用也离不开合理的管理措施，应对病虫草害季节发生特点，应采用“抓两头控中间，抓秧田保大田”的策略，重点抓好种子处理、秧苗移栽前送嫁药和后期适时适量病害防治（张静2012，钟玲2019）。研究表明，按包衣剂质量(g)：种子质量(g)≥1:50进行油菜种子包衣，15%氟啶胺包衣剂对种子发芽率、成苗率及油菜苗高、根长和鲜重均没有显著影响，盆栽试验和田间试验防治根肿病效果分别达83.5%和44.5%