日本水稻化肥減量施用的經驗與啟示

懷燕 陳葉平 毛國娟 許劍鋒

（浙江省農業技術推廣中心，杭州310020；第一作者：592778787@qq.com）

我國是世界最大的水稻生產國，總產位居世界第一，有近26%的耕地用于種植水稻[1]。水稻生產對我國的糧食安全起著至關重要的作用。自20世紀60年代以來，我國的水稻生產取得了非凡的成績，矮稈、耐肥水的高產水稻以及雜交水稻育種的成功使得糧食單產水平大幅提高，隨之而來，我國稻田的施肥量也急劇增加，出現了氮肥投入過量、利用效率低等問題。目前我國水稻平均氮肥施用量為180 kg/hm2，比世界水稻氮肥平均施用量高出75%，而氮肥平均農學利用率（NAE，單位施氮量增加的產量）不足12 kg/kg，不到發達國家的一半[2]。發達國家自20世紀80年代末以來，開始重視化肥施用行為及其引發的農業面源污染問題的研究和治理，對農業生產中過量施用化肥作了相應的調整。發達國家化肥施用量呈現出先快速增長、達到峰值后保持穩中有降或持續下降的趨勢，逐步走上了減肥增效的可持續發展之路[3]。日本是全球十大稻米生產國之一，在20世紀90年代之前，水稻生產也是通過高化肥投入獲取高產，之后氮肥投入量一直在下降，而水稻產量略有增長，氮肥利用率明顯提高[4]。這表明水稻產量與化肥使用效率協同提高是可能的。本文梳理了日本水稻生產化肥減量背后的社會經濟環境的變化、政策的驅動和技術的推進，并針對我國水稻生產現狀，分析了推動化肥減量的主要因素及可能實現的途徑，為實現農業部提出的“力爭到2020年，主要農作物化肥使用量實現零增長”的目標提供借鑒。

1 日本水稻生產中化肥的應用情況

在20世紀90年代以前，日本水稻的施肥以高產為目標。20世紀70年代和80年代，平均施氮量約100 kg/hm2。從1988年開始，施肥時更加關注環境的友好和米質的提高，氮肥施用量開始減少，每2～3年減少10 kg/hm2，至2007年施氮量已下降至62.7 kg/hm2，僅是1989年施氮量的62.8%。相對應的氮肥農學利用率（NAE）不斷提高，20世紀70年代和80年代，NAE在40～49 kg/kg之間，2007年達到80 kg/kg，氮肥農學利用率幾乎翻了一番[4]。而隨著施氮量的下降，其水稻產量并未下降，而是在保持穩定的基礎上略有增長。可見，在一定的技術條件下，化肥減量后水稻產量依然能實現穩步增產，這也正是水稻生產技術創新的一個標志。

2 日本水稻化肥減量推動因素與實施措施

2.1 社會環境的推動

在上世紀60年代早期，隨著肉類和乳制品等消費品的增加，日本的大米消費量達到了高峰，70年代稻米生產出現了過剩，人們對大米數量的需求轉向了對質量的需求，市場上，口感好、有機栽培的大米出現了高溢價，同時日本政府減少了稻米統購統銷的數量，形成“政府米”和“自主米”雙軌制的稻米流通渠道[5]，農民在自身利益的驅動下，開始選用優質品種，并以減肥減藥綠色高效的手段來進行稻米生產。另外，肥料、農藥等大量投入造成的水體富營養化、野生鳥類減少等狀況[6]，也引起了政府和廣大民眾的重視。再加上日本由于經濟的發展，大量勞動力轉向工業生產，勞動力的短缺和老齡化也要求日本水稻生產轉向更省工節本的方式，以減少化肥施用次數和用量為目標的新技術不斷被研究和開發。

2.2 政策的制定與推動

日本于20世紀90年代初提出發展“環境保全型農業”，之后農林水產省及日本農協為首的官方和非官方環保組織相繼成立，首項措施就是在1992建立了環保農產品標簽指引；1999年，《持續農業法》、《家畜排泄物法》和《肥料管理法（修訂）》三項環境農業法生效。同時提出了“生態農民”計劃，把提高土壤肥力和減少化學肥料和農藥應用的農戶登記注冊為“生態農民”，2009年注冊的農民約占全國農戶的40%（MAFF統計數據）。2006年《有機農業促進法》頒布，提供了特殊種植的農產品和有機農業標準認證。特別種植的認證要求農民的稻田必須比標準施肥減少50%以上；有機認證要求農民的稻田必須2年以上不使用任何農藥[1]。2007年開始，對符合標準的“生態農民”，實行硬件補貼、無息貸款支持和稅收減免等優惠政策[7]。從2011年開始，“生態農民”可以享受到政府的直接補貼[8]。

2.3 技術的改進與推動

2.3.1 品種的改良

水稻的施肥和品種有密切的關系。日本在20世紀50-60年代，選育和推薦的品種還是高產和耐肥性強的品種；60年代末，矮稈、多穗、高產、抗倒伏、適宜機械種植的日本晴成了主導品種；1979年越光因食用品質好、耐低溫能力強、適應性廣，取代日本晴成為大多數農戶種植的水稻品種；80年代后，一些新的優質米品種陸續應用，如秋田小町、陽之光、一見鐘情等，這些品種都以越光為親本育成。近幾年，日本的水稻生產還是以這些品種為主。尤其是越光，近10年來其種植面積仍維持在日本水稻種植總面積的37%左右[5]。雖然越光的品種特性是品質好，但是施肥量還是會影響其口感，施氮過多會導致稻米蛋白質含量增加，從而降低適口性[9]。因此，為了產出高品質的大米，農民主動減少氮肥的使用量。除了越光系列品種，日本科研機構也開展了一些高產、對肥料需求低的品種的選育與研究[10]。

2.3.2 施肥技術的改進

2.3.2.1 施肥診斷技術土壤中的養分含量是決定水稻施肥量的一項重要參考指標，測土施肥是化肥減量的重要方法和手段。日本成立了全國農業協會聯合會，其中從事施肥診斷技術者約9 000名。2006年，日本水稻土壤每33 hm2有1個診斷點（MAFF數據）。2013年，日本青森縣土壤診斷施肥后水稻施肥量減少了13%，福井縣則減少了33%。日本農林水產省要求各地根據土壤診斷結果（土壤中的肥料成分）、標準施肥量，制定減少施肥量的標準。2015年35個道府縣制定了水稻田減肥標準。土壤診斷技術也被應用于農機方面，2009年日本農機生產商推出了車速連動的高精度的變量施肥機，該機器安裝了施肥地圖（根據土壤診斷和測產等數據），操作員可根據施肥裝置地圖自動指示的目標施肥量進行施肥，試驗證明能節約施肥量10%左右。

植物營養診斷是水稻追肥的重要手段。早年日本在水稻上穗肥施用的診斷方法是“碘-碘化鉀”液染色法，根據葉片染色情況決定穗肥的施用；之后，日本美能達公司開發了便攜式葉綠素計，該儀器采用的光譜特征參數為SPAD（soil and plant analysis development）值，通過測定葉片中葉綠素含量進行氮素營養快速無損診斷，取得良好的應用效果[11]。近年來，日本植物營養實時診斷的研究取得了長足的進步，診斷方法和技術在不斷改進[12]。

2.3.2.2 施肥方法20世紀50、60年代日本比較成功的水稻施肥方法有鹽人松三郎的“水稻氮肥全層施肥法”和田中稔的“水稻深層追肥法”，上述施肥法是以深施氮肥為主要內容的水稻高產施肥法[13]。而松島省三的“V”字施肥法則減少了基肥數量，增加了追肥比例，在70年代日本農戶小西種植的日本晴，利用該施肥法獲得了801.5 kg/667 m2的高產[14]。80年代初，水稻側條狀施肥法開始應用，該施肥法是在水稻插秧機上安裝施肥機械，移栽時把底肥定位集中施于秧苗側位一定深度。這種施肥法省工省力，又提高了肥料利用率，與傳統施肥法相比，機插側深施肥可減少10%～30%的氮肥投入[15]。2010年日本插秧機上安裝施肥裝置的比例超過40%，其中，8行機約為70%，5行和6行插秧機也達到55%以上，4行插秧機占近30%[16]。90年代，育苗箱全量施肥法開始在日本試驗與示范。育苗箱全量施肥是利用控釋氮肥在育苗時一次性施入，在大田期間不再施肥的一項技術，是一種肥料與種子或植物根系接觸的創新的施肥技術。該技術進一步提高了肥料利用率，減輕了勞動力的投入。Kanetu等[17]試驗證明，在免耕條件下，應用育苗箱全量施肥技術，氮肥利用率達到83%，遠遠高于常規栽培的33%。據Ryoichi Kaneki試驗，用育苗箱一次性施肥的方法，氮肥農學利用率達到了63 kg/kg，而常規施肥僅為46 kg/kg[18]。同時，在灌溉期間，稻田氮和磷的排出量大大降低，磷的排出量僅為0.84 kg/hm2，大約是常規施肥的三分之一，而氮則從外界（排灌水和雨水中）吸收了1.4 kg/hm2。

2.3.2.3 新型肥料的開發和應用日本緩效性肥料研究居世界領先地位。早在20世紀60年代初就開始研制緩效性肥料[11]，80年代開始研制以包膜尿素為代表的新型緩效性肥料，其氮素利用率可達80%以上，用在水稻上的肥效期可以從1個月至3年任意調節[12]。這些肥料被應用于機插側深施肥、育苗箱全量施肥等技術。至2012年，利用肥效調節型肥料進行一次性全量基施栽培的水稻，約占全國水稻總面積的40%。至今，日本肥料研究機構和企業等還在根據各道府縣的施肥標準和地域品種來進行個性化肥效調節型肥料的設計和產品化，并著力于解決高溫年份一次性施肥后期肥料不足的追肥診斷和省力化追肥技術（如研制液態肥料用機器進行灌施等）。

3 對我國水稻化肥減量施用的啟示

當前我國水稻生產的社會背景，與20世紀70-90年代的日本相似[5]。在稻米供應方面，由于農產品日益豐富，我國人均大米年消費量逐年下降，而國內糧食生產“12連增”，同時糧食進口量也創歷史新高，使得糧食庫存達到新高[19]，稻米的生產目標正從解決溫飽向追求優質高效的方向轉變。環境資源方面，過去為了解決糧食短缺問題，大量使用化肥、農藥、農膜等化學投入品，導致資源環境亮起了“紅燈”，靠拼資源消耗、拼要素投入的粗放發展方式已經難以為繼。在勞動力方面，隨著經濟的發展，農業結構逐漸發生變化，農村勞動力向其他產業轉移，農業人口老齡化現象嚴重，我國水稻生產由家庭小規模人工種植逐漸向合作社、家庭農場大規模機械化生產轉變，水稻產業發展正在轉型。當年的日本正是在相似的社會背景下，通過化肥減量和相應配套的農藝措施，較好的解決了水稻種植效益低下、環境資源破壞、勞動力短缺的困境。因此，日本在實施化肥減量施用過程中采取的政策、推行的技術，都能給我國水稻化肥減量施用工作的開展提供很好的經驗和啟示。

3.1 政策的啟示

3.1.1 加強無公害農產品執行力度和有機農產品認證制度

農民決定采用一項新的農藝措施來取代傳統的技術，很大程度上取決于這項技術是否能提高他的收入。日本的有機大米價格較高，使得農民愿意使用優質品種，并用控制肥料投入的栽培方法來保證品質，提高種植凈利潤。日本的特別種植認證嚴格執行比常規施肥化肥減量50%以上等標準；有機認證嚴格執行2年以上不使用任何農藥等標準，政策的嚴格性和執行力使得有機大米的品質得以保障，高價的有機大米在市場上打開了空間。目前國內也制定了《無公害產品認證管理辦法》、《無公害產品認證實施規則》及《無公害產品》國家標準，應加強標準執行力度及有機農產品認證制度，加強市場監督和監管，建立消費者信心，確立市場誠信度，打開優質高價大米市場。

3.1.2 引導公眾參與政策制定，提高全民環保意識

公眾參與是日本在制定化肥減量政策上的一大特色。以日本農協為首的民間組織和有機農業團體積極發動和引導公眾廣泛參與到化肥減量工作中，通過改變農戶傳統的生產觀念進而改變其化肥施用行為，或者通過社會的壓力促使其減少化肥施用。我國目前民間農業團體力量較弱，應發揮聯合社、農民合作社、家庭農場等新型農業經營主體的積極性，通過宣傳培訓，引導他們參與到環境保護政策、有機大米認證等各項政策中來，通過公眾參與政策手段提高農戶化肥減量的意識和組織化程度，也能在一定程度上為農戶進一步減少化肥施用量提供動力[3]。

3.1.3 建立綠色高效的財政補貼制度

日本把提高土壤肥力、減少化學肥料和農藥應用的農戶登記在冊，稱為“生態農民”，享受政府的直接補貼[8]。這類政策不僅能支持綠色高效技術的推廣，還能把財政的“黃箱政策”轉變為“綠箱政策”。2016年，我國財政部、農業部聯合印發了《建立以綠色生態為導向的農業補貼制度改革方案》，要求有關部門和地方政府圍繞保障糧食等主要農產品供給安全、農民穩定增收和農業生態環境保護等目標，推進農業供給側結構性改革，完善農業補貼政策。可操作性強的綠色生態導向型政策的出臺必將大力推進水稻的化肥減量。

3.2 技術的借鑒

日本在水稻化肥減量方面的技術研究得較早，當前在推廣的主要幾項技術措施是：機插側深施肥、育苗箱全量施肥、肥效調節型肥料的應用等。日本在上世紀80年代提出的水稻機插側深施肥是較好的一種省工節本技術，我國于90年代開始在黑龍江墾區等寒地水稻產區推廣應用，1994年黑龍江省應用側深施肥技術達33.3萬hm2，增產稻谷6 000萬kg，節肥6 000多t。目前，黑龍江農墾總局已把側深施肥技術作為水稻生產的重點推廣項目。但其他地區應用還不多，應加強試驗、示范與推廣的力度。育苗箱全量施肥在日本被證明是一種高效的減肥技術，在我國水稻化肥減量中能否發揮作用還需要進一步試驗證明。日本在肥效調節型肥料的開發上要求較高，根據不同的地域、不同的品種設計不同釋放型肥料，使肥力釋放與作物的需肥規律吻合。我國也應加大新型肥料的研究和開發力度。

4 結語

在日本水稻化肥減量的過程中，技術起到了非常重要的作用，然而技術的推廣是一個漫長的過程，日本緩控釋肥料技術在20世紀70年代已經相當成熟，一直到90年代農戶才表現出興趣并開始應用，技術的應用受到使用成本、使用技術、農民接受新事物程度等的制約；政策是推動水稻化肥減量很好的工具，日本的化肥減量政策是公眾參與型的，也是激勵型的，通過改變農民的觀念來實現，因此政策的見效期比較長；社會的變化則是推動日本實施水稻化肥減量的動力，在勞動力極端缺乏和老齡化的情況下，使用省工的新技術成了必然選擇，而化肥減量技術正是省工的新技術。日本的水稻化肥減量是由社會因素推動、由技術支撐、由政策驅動的一次水稻生產方式的變革。

當前，我國的社會環境出現了日本20世紀70-90年代相似的情況，水稻生產效益低、勞動力緊缺并且老齡化、資源環境破壞等，推動水稻產業生產方式轉變的社會因素正在逐漸形成，而我們的技術貯備還缺乏，從品種選育、施肥技術、新型肥料的開發等方面來看，都還不足以為化肥減量做好技術支撐；從政策方面看，由于我國地域廣闊，各地自然和社會因子千差萬別，這也加大了政策制定的難度。在當前的社會背景下，怎樣制訂有效的政策、開展技術的研究與推廣，是對我們政府部門、科研單位和推廣機構的考驗。Rogers[20]的調查表明，由生產行為變化帶來的凈收入增加，是農戶采納和接受新的生產方式的主要決定因素之一。因此，無論是政策的制定還是技術的推廣，都應該與增加農民收入掛鉤，才能讓農民自愿采取水稻化肥減量的各項具體措施。政策、技術和社會環境三因素必須協同作用，才能有效推動我國水稻化肥減量施用的實施，促進我國水稻產業提升。

[1]Peng S B,Buresh R J,Huang J L,et al.Improving nitrogen fertilization in rice by site-specific N management:a review[J].Agron Sustain Dev,2010,30（3）:649-656.

[2]李俊峰，楊建昌.水分與氮素及其互作對水稻產量和水肥利用效率的影響研究進展[J].中國水稻科學，2017，31（3）：327-334.

[3]李芳，馮淑怡，曲福田.發達國家化肥減量政策的適用性分析及啟示[J].農業資源與環境學報，2017，34（1）：15-23.

[4]Atsuko Tanaka.Moving towards low-input rice cropping practices:past experiences and future challenges for Japan[M].WS4.4-Transitions towards sustainable agriculture:From farmers to agro-food systems:1 844-1 854.

[5]王亞梁，朱德鋒，張玉屏，等.日本水稻生產發展變化及對我國的啟示[J].中國稻米，2016，22（4）：1-7.

[6]Megumi Katada,Hiroto Tanaka.Valuing the low fertilizer and agricultural chemical rice produced in creating a habitat for returning Japanese Ibis[J].Agric Inf Res,2008,17（1）:6-12.

[7]李筱琳，李闖.日本現代農業環境政策實施路徑研究[J].世界農業，2014（4）：83-86

[8]Colledani M,Gershwin S B.Review of sustainable agriculture:promotion its challenges and opportunities in Japan[J].J Resour Ecol,2013,4（3）:6.

[9]Matsushima S,Matsuzaki A.Safe and high quality rice cropping based on second Matsushima theory（4）[J].Agriculture and Horticulture,1972,47（9）:1 271-1 276.

[10]Kossonou Guillaume Anzoua,Kashiwagi Junichi,Hasegawa Toshihiro.Genetic improvements for high yield and low soil nitrogen tolerance in rice（Oryza sativa L.）under a cold environment[J].Field Crop Res,2010,116（1-2）:38-45.

[11]賀冬仙，胡娟秀.基于葉片光譜透過特性的植物氮素測定[J].農業工程學報，2011，27（4）：214-218.

[12]Kazuyuki Yagi,Katsuyuki Minami.Challenges of reducing excess nitrogen in Japanese agroecosystems[J].Sci China Ser C,2005,48:928-936.

[13]任軍，閨曉艷.日本施肥現狀及發展趨勢[J].土壤肥料，1996（3）：20-22.

[14]蔣彭艷.日本水稻高產農戶的栽培技術（述評）[J].浙江農業科學，1979（2）：48-52.

[15]Fertilizer almanac 1989[M].Tokyo:Fertilizer Association Newspaper Department.

[16]黃凰，曹衛華.水稻多功能插秧機側向深施肥試驗效果分析[J].中國農業大學學報，2014，19（4）：150-154.

[17]Kanetu Y,Awasaki H,Mural Y.The no-tilling rice culture by single application of fertilizer in a nursery boxes[J].Jpn J Soil Sci Plant Nutr,1994,65:385-391.

[18]Ryoichi Kaneki.Reduction of effluent nitrogen and phosphorus from paddy fields[J].Paddy Water Environ,2003,1:133-138.

[19]龐乾林，王志剛，林海.以新理念發展稻米糧食產業確保供求平衡生態美麗[J].中國稻米，2016，22（2）：57-60.

[20]Rogers E M.Elements of diffusion[M].New York:Free Press,2003:1-38.