水稻葉面肥研究的應用進展與展望

杜海萌 韋還和 余清源 戴其根

（揚州大學水稻產(chǎn)業(yè)工程技術研究院，225009，江蘇揚州）

水稻是我國重要的糧食作物，以稻米為主食的人口約占總?cè)丝诘?5%[1]。如何提高水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)是作物學家一直致力研究的課題。目前，在我國水稻生產(chǎn)成本中，肥料一般占50%以上。過量和不合理施肥是施肥中存在的主要問題，不僅使肥料利用率下降，污染環(huán)境，更會降低水稻產(chǎn)量和品質(zhì)，影響食品安全。葉面肥在農(nóng)業(yè)應用中有悠久的歷史，它是將作物所需要的營養(yǎng)直接噴施于葉面，通過葉面吸收而發(fā)揮其功能的一種肥料，具有針對性強、營養(yǎng)吸收快和養(yǎng)分利用率高的特點[2]。與常規(guī)根部施肥相比，葉面施肥具有快速、高效、操作簡單和經(jīng)濟等特點，因而通過合理施用葉面肥提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要意義。本文介紹了水稻葉面肥的發(fā)展歷程和種類，分析了葉面肥對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)等方面的影響，探討了目前水稻葉面肥施用存在的一些問題，并對未來水稻葉面肥的發(fā)展趨勢做了展望。

1 葉面肥的發(fā)展歷程

葉面肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應用已經(jīng)有200多年的歷史（表1）。早在18世紀，就有農(nóng)民用河泥糞等對水稻進行葉面施用的例子[3]。但將葉面肥應用于大面積農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開始于20世紀40-60年代，當時主要通過對農(nóng)作物噴施尿素和草木灰浸液等來促進其生長、提高產(chǎn)量。由于國內(nèi)歷史環(huán)境原因，我國直至20世紀70年代末才開始嘗試自行研制葉面肥，其中最具代表性的是葉肥一號。此時葉面肥的成分主要是無機鹽類，養(yǎng)分濃度低，吸收不穩(wěn)定，這是葉面肥發(fā)展的初期階段[4]。20世紀60年代早期，日本和西歐出現(xiàn)了多種類型的商品葉面肥[5]。人們通過對葉面肥營養(yǎng)機制的研究，在單一的肥料配方中加入了螯合劑和表面活性劑等助劑，從而讓葉面肥含有多種類型的養(yǎng)分，并且提高了葉面肥的濃度，成功研制出以螯合態(tài)微量元素為主要成分的葉面肥，開始出現(xiàn)了一些作物專用的配方，這就是葉面肥發(fā)展的中期階段[6]。20世紀90年代以后，葉面肥轉(zhuǎn)向綜合發(fā)展，趨于多功能化，既可以為水稻提供營養(yǎng)，又兼具促進生長和防病蟲害的作用[7]。葉面施肥作為一種環(huán)保、直接和高效的施肥方式，可以彌補土壤施肥的不足，為作物生長發(fā)育過程中針對性提供養(yǎng)分元素和生長調(diào)節(jié)物質(zhì)等，有強化營養(yǎng)、矯正生長、提高抗性和促進生育等功能，可提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

表1 葉面肥發(fā)展歷程Table 1 Development history of foliar fertilizer

2 葉面肥的作用機理

水稻葉面肥是營養(yǎng)元素施用于水稻葉面，通過葉片吸收而發(fā)揮其基本功能的一種肥料類型。植物養(yǎng)分吸收主要是依靠根系和葉片，葉片是植物的重要營養(yǎng)器官之一，對養(yǎng)分吸收的形態(tài)和機理與根相似，符合合理施肥的五大基本原理，即養(yǎng)分歸還學說、最小養(yǎng)分律、最適因子律、報酬遞減律和因子綜合作用律[8]。

水稻葉片有上、下2層表皮，由表皮細胞組成，上表皮細胞的外側(cè)有角質(zhì)層和蠟質(zhì)，可以保護表皮組織下的葉肉細胞行使光合和呼吸等功能，不受外界不利條件的影響，葉片表皮上還有許多微小的氣孔，行使氣體交換的功能。角質(zhì)層由一種帶有羥基和羧基的長碳鏈脂肪酸聚合物組成，這種聚合物的分子間隙及分子上的羥基和羧基親水基團可以讓水溶液滲透進入葉內(nèi)，葉片表面的氣孔是葉面肥進入葉片更方便的通道[9-11]。此外還可以通過葉片細胞的質(zhì)外連絲，主動把營養(yǎng)物質(zhì)吸收到葉片內(nèi)部。水稻施用葉面肥具有針對性，且用肥量少、見效快。

3 葉面肥的種類

近年來，我國水稻葉面肥產(chǎn)品與施用技術不斷進步，發(fā)展十分迅速，從一開始的簡單元素復配到如今的多種元素復合，不僅補充了營養(yǎng)元素，更是與激素和農(nóng)藥結合，能夠調(diào)控植物生長發(fā)育，甚至能預防病蟲，通過葉面施肥強化了水稻對生物脅迫和非生物脅迫的抗逆性。根據(jù)水稻葉面肥的組分和功能，通常我們把它分為以下幾種類型。

3.1 營養(yǎng)型葉面肥

營養(yǎng)型葉面肥分為2類，一類是氮、磷、鉀以及微量元素等養(yǎng)分含量較高的葉面肥，主要是為作物提供各種營養(yǎng)元素，改善作物的營養(yǎng)狀況，尤其適用于為作物生長后期補充各種營養(yǎng)元素[12-13]，尿素和過磷酸鈣浸出液等都屬于此類[14]。另一類是含有鐵、錳、鋅等微量元素的葉面肥，其可改善作物的品質(zhì)，減輕作物因微量元素不足造成的減產(chǎn)和品質(zhì)下降問題。施用這類肥料應盡量選擇早上或者傍晚，施肥之前保持土壤濕潤。

3.2 調(diào)節(jié)型葉面肥

此類葉面肥中含有調(diào)節(jié)植物生長的物質(zhì)，如生長素和激素等，主要功能是調(diào)控作物的生長發(fā)育。適于作物生長前期和中期施用[15]。該類葉面肥成本低、見效快。

3.3 生物型葉面肥

生物型葉面肥中含微生物體及其代謝物，如氨基酸、核苷酸和核酸類物質(zhì)等，它的主要作用是刺激作物生長、促進作物代謝、防止或減輕病蟲害的發(fā)生[15]。

3.4 肥藥型葉面肥

肥藥型葉面肥加入了一定的防治病蟲害的農(nóng)藥成分，在為植物提供營養(yǎng)的同時，還可在一定程度地防治病蟲，是一種節(jié)省成本和人工、值得推廣的肥料。

3.5 復合型葉面肥

此類葉面肥種類繁多，復合、混合形式多樣，其功能有多種，既可為作物提供全面的營養(yǎng)，又可刺激作物生長，調(diào)控發(fā)育，激活作物中酶的活性，提高光合作用效率，調(diào)節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)運輸和分配，增強根系對土壤養(yǎng)分吸收利用能力，從而起到養(yǎng)根保葉和延長功能葉性能的作用[16]。

3.6 其他類型葉面肥

稀土型葉面肥，加入稀土元素的葉面肥可以促進作物對氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的吸收和利用[14]，能夠促進水稻種子發(fā)芽和出苗，提高植株抗逆性，還可以增加水稻產(chǎn)量，提高稻米品質(zhì)和葉綠素含量，增強光合作用[17]。

降低重金屬吸收的葉面肥，一種尤其適合應用于鎘（Cd）污染區(qū)的增產(chǎn)降Cd的水稻葉面肥，能使現(xiàn)有水稻增產(chǎn)補鐵的同時減少對Cd的吸收[18]。

另外還有天然礦物質(zhì)類葉面肥、益菌類葉面肥和天然汁液類葉面肥等。

4 葉面肥施用對水稻的影響

葉面肥具有肥效好、操作簡單、養(yǎng)分吸收快和針對性強等優(yōu)點，不僅能夠調(diào)節(jié)水稻生理[19]，提高綜合肥效，還可提升水稻產(chǎn)量和品質(zhì)。

4.1 增加水稻產(chǎn)量

水稻施用葉面肥可以通過增加有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重等產(chǎn)量構成因素增加產(chǎn)量。

王康等[20]研究了不同量的沼液葉面肥對水稻生長和產(chǎn)量的影響，結果表明在合適的范圍內(nèi)，噴施葉面肥濃度越高，對水稻分蘗促進效果越好，而孕穗期和灌漿期噴施低濃度葉面肥可以增加穗粒數(shù)和千粒重，從而實現(xiàn)增產(chǎn)。

魏丹等[21]研究表明，用硒肥作葉面肥處理的水稻各項產(chǎn)量性狀均比對照（噴施清水）好，能降低空癟率，增加千粒重，有顯著增產(chǎn)作用。樊俊等[22]研究表明，噴施10g/L濃度的水稻專用葉面肥，穗粒數(shù)比對照增加17.99粒，結實率增加4.6%，穗秕粒數(shù)下降4.33粒，均達顯著水平。Ram等[23]在7個國家的不同地點對硫酸鋅與常用農(nóng)藥聯(lián)合葉面施用的可行性進行了研究，結果表明葉面鋅處理在多數(shù)地區(qū)都有提高水稻籽粒產(chǎn)量的趨勢。鋅可以促進水稻蛋白質(zhì)的代謝，增強莖稈強度，硫酸鋅與常用農(nóng)藥聯(lián)合葉面施用不僅能顯著提高穗數(shù)和穗粒數(shù)，從而提高水稻產(chǎn)量及其構成因素[24-25]，還可以防治病蟲害。

劉玉蘭等[26]研究表明，光碳核肥噴施次數(shù)與水稻相對葉綠素含量、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)量、千粒重、結實率、產(chǎn)量、糙米率、直鏈淀粉含量和食味值均呈極顯著正相關，與堊白粒率、堊白度和蛋白質(zhì)含量均呈顯著負相關，噴施4次光碳核肥效果最佳，能同時提升水稻產(chǎn)量和品質(zhì)。

李婷婷等[19]研究了功能型葉面肥對雜交水稻功能葉生理特性和產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)在水稻生育后期噴施功能型葉面肥，有利于提高功能葉的光合性能，促進葉片干物質(zhì)積累，維持功能葉的生理活性，延緩葉片衰老進程，從而提高產(chǎn)量。

4.2 改善稻米品質(zhì)

葉面肥可以降低籽粒堊白粒率與堊白度，提高精米率與糙米率，還可以提升直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量等，一些葉面肥能提高稻米中的微量元素和營養(yǎng)質(zhì)量。

孔令國等[27]研究了禾嫁春葉面肥對不同氮素水平下水稻生長和大米品質(zhì)的影響，結果表明禾嫁春葉面肥處理可以提高大米氮、磷、鉀、鈣、鎂、鐵、錳、鋅和銅等礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量，適量追施氮肥，配合施用禾嫁春葉面肥不僅可以提高水稻產(chǎn)量，而且能夠提高大米營養(yǎng)價值。

樊俊等[22]研究表明，與對照處理相比，噴施專用葉面肥水稻穗粒數(shù)、結實率、糙米率、出糙率、整精米率、精米率和粗蛋白含量等均有所提高，秕粒數(shù)、堊白粒率和總淀粉含量則有一定程度的降低，由于葉面肥施用量小，其對品質(zhì)的影響大于對產(chǎn)量的影響。

呂倩等[28]研究表明，葉面噴施氨基酸鐵肥可以顯著增加不同水稻品種精米中的鐵、蛋白質(zhì)、賴氨酸等必需氨基酸含量和15種氨基酸總量，可作為提高稻米鐵含量和營養(yǎng)品質(zhì)的經(jīng)濟、有效的農(nóng)藝措施在生產(chǎn)實際中推廣應用。

眾所周知，稻谷鋅含量非常低，但富含抑制鋅在飲食中的生物利用度的化合物，如植酸鹽[29-30]。水稻一般更容易出現(xiàn)土壤缺鋅導致其產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)大幅下降的現(xiàn)象[31-33]。土壤和葉面施用鋅肥被認為是解決作物生產(chǎn)和人類健康中與缺鋅有關問題的短期有效辦法[34-36]。葉面施用鋅肥時，全粒和胚乳增鋅量特別高，對水稻生長有很大的促進作用[23]。

4.3 減少重金屬積累

隨著工業(yè)制造業(yè)的發(fā)展，部分農(nóng)田Cd污染問題日益顯露和突出[37]。Cd具有較強的水溶性，容易從土壤轉(zhuǎn)運到水稻籽粒中富集起來[38]。水稻是谷類農(nóng)作物中對Cd吸收能力最強的作物[39-40]，食用稻米已經(jīng)成為人體Cd的主要攝入源[41]，嚴重危害人體健康[42]。研究[43]表明，葉面噴施技術是一種可以顯著影響Cd在水稻體內(nèi)轉(zhuǎn)運的農(nóng)藝調(diào)控措施。楊曉榮等[43]研究表明，葉面噴施重金屬螯合劑2,3-二巰基丁二酸可顯著降低Cd在水稻幼苗地上部的累積。葉面噴施硅[44]、鋅[45]和錳[46]等都可以顯著降低Cd從水稻幼苗根部向地上部轉(zhuǎn)運，減輕水稻中Cd的毒害。之前有報道表明，根部施用硅肥也可以減少水稻[47]、小麥[48-49]和玉米[50]幼苗對重金屬的吸收和積累，但是施用于土壤的硅因其溶解度低，對礦物質(zhì)和有機質(zhì)的吸附性強而難以發(fā)揮應有的作用[51-52]，因此根部施用硅肥需要大量的硅，成本高，施硅量大[53]。因此，比起根部施用硅肥，葉面噴施硅肥更加經(jīng)濟有效[44]。

張宇鵬等[54]研究表明，無機硅經(jīng)葉面吸收后，在減少葉片中鉛富集的同時減少了根系對土壤鉛的吸收，將經(jīng)根系吸收的鉛富集于莖和稻殼中；而在減少葉片中Cd富集的同時并未減少根系對Cd的吸收，而是將經(jīng)根系吸收的Cd富集于根和莖中。

5 葉面肥的施用方法

5.1 肥料選擇

葉面肥品種眾多，應選擇含量高、溶解度高、純度高和副成分少的葉面肥，如尿素、磷酸二氫鉀、磷銨、氯化鉀和大量元素水溶肥，這類肥料都適合用作葉面噴肥。

一方面，可根據(jù)土壤狀況選擇葉面肥種類，在土壤肥力差的地區(qū)可選擇氮、磷、鉀含量較高的葉面肥。在土壤微量元素有效性低、水稻出現(xiàn)缺素癥狀時，選擇含有微量元素的葉面肥。也可根據(jù)水稻的長勢選擇葉面肥種類，如水稻葉色發(fā)黃和生長緩慢是缺氮的癥狀，這個時候就應該噴施以氮為主的營養(yǎng)型葉面肥。

另一方面，不同生育時期應選擇不同種類的葉面肥。在水稻生長前期可選用調(diào)節(jié)型葉面肥，調(diào)控水稻的生長發(fā)育，刺激生長；生長中后期，需肥量大，同時也是影響產(chǎn)量和品質(zhì)的關鍵時期，應選用含有大量營養(yǎng)元素的營養(yǎng)型葉面肥，以保證快速補充水稻營養(yǎng)。

5.2 噴施濃度

葉面肥濃度過高會灼傷水稻葉片，而濃度過低則達不到施用效果。水稻生育中后期葉面肥噴施尿素的濃度最高可達2.0%，磷酸二氫鉀的濃度最高為0.5%，其他大量元素肥料的濃度不高于1.0%，微量元素肥料的濃度不高于0.2%[55]。

5.3 噴施時期和次數(shù)

一般應選擇在水稻拔節(jié)孕穗至破口期噴施，噴施時間宜選擇在無風天、陰天，或在濕度較大、蒸發(fā)量較小的9:00前或16:00后進行。為了提高噴施效果，葉面噴施應至少進行2次，第1次以補充氮和磷肥為主，每次噴施應保證葉片正反面都噴到，并保證足夠的用水量，為了節(jié)約成本，可與防病治蟲藥劑結合混噴[55]。

5.4 與土壤施肥配合施用

葉面施肥是土壤施肥的重要補充[16]，必須與土壤施肥相結合，才能充分滿足水稻的生長需求，并不能替代土壤施肥。在水稻生長前期和中后期可根據(jù)水稻的具體長勢情況選擇性地進行葉面施肥，以達到增加水稻產(chǎn)量和提升水稻品質(zhì)的目的。

6 葉面肥施用存在的問題

6.1 施用方式費時費工

在葉面肥施用方面，目前仍主要依靠人工施用，勞動效率低，經(jīng)濟效益也低。同時葉面肥的施用缺乏技術指導，市場上生產(chǎn)水稻葉面肥的品牌眾多，但部分商家只注重效果的夸大宣傳，卻沒有切實有效的技術指導說明[56]，導致在施用時出現(xiàn)盲目施用，達不到應有的效果，施用不當甚至會造成肥害、減產(chǎn)。

6.2 種類豐富度仍然不夠

目前市面上的葉面肥種類雖然已經(jīng)有多種，較之前已有很大的進步，但仍然不能滿足如今的水稻生產(chǎn)需求，我們需要研究出更多種類的葉面肥來應對生產(chǎn)需要，葉面肥的開發(fā)力度仍然有待提高。

6.3 施用效果參差不齊

市場上葉面肥質(zhì)量良莠不齊，施肥效果差異較大[12]。雖然近年來隨著科學技術的發(fā)展，葉面施肥在我國得到迅速推廣和應用，但市場上的水稻葉面肥種類繁多，葉面肥質(zhì)量和價格也高低不一，相差很大。

7 葉面肥的發(fā)展策略與趨勢

高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)和安全一直是農(nóng)業(yè)發(fā)展的綜合目標，這就要求施肥必定也要簡單易行。葉面施肥簡單、方便、清潔，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)“立體施肥”的重要組成部分[57]。大量生產(chǎn)實踐已經(jīng)證明，葉面肥的施用是對土壤施肥的有效補充手段，是一項低成本、高效益的措施[58]。

7.1 施肥技術機械化

隨著科技的進步與發(fā)展，科技在農(nóng)業(yè)上的應用也越來越多。人工施肥費時費工，效率低，葉面肥屬于水溶肥，具有速溶、均勻的優(yōu)點，非常適合采用自動化施肥，我國利用無人機進行施肥的技術日趨成熟，在未來，機械化施肥一定會全面代替人工施肥，成為肥料施用的主流方法。

7.2 肥料多元化

目前市面上的葉面肥種類已經(jīng)有多種，功效不一，在未來，肥料的種類定會更加多元，更加細分，如針對缺乏某種單一元素的肥料將會被生產(chǎn)出來，更強的針對性。

水稻是生長期較長的作物，生長過程中不僅需要足夠的營養(yǎng)元素，還可能會遇到各種病蟲害以及重金屬污染問題，因此復合多功能化也將是水稻葉面肥的主導方向之一[8]，未來生產(chǎn)出的葉面肥不僅能補充水稻生長期間所必需的營養(yǎng)元素以及生長調(diào)節(jié)劑，同時還具有防治病蟲害、減少植株對重金屬的吸收作用。

7.3 成本低廉化

隨著國家的產(chǎn)業(yè)扶持和肥料生產(chǎn)加工技術的日益成熟，肥料的成本和價格將會越來越低，而市場監(jiān)管機制的進一步完善也會提高葉面肥的質(zhì)量，葉面肥的市場會進一步擴大，迎來大范圍、大面積推廣的浪潮。這也將進一步促進水稻高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)和安全綜合目標的實現(xiàn)。

7.4 材料環(huán)保化

2014年國家發(fā)改委發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》中顯示，我國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀。部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，全國土壤點位超標率為16.1%。隨著社會的進步，人們環(huán)保意識增強，綠色環(huán)保的施肥方式將會成為主流。噴施葉面肥可減少化肥和農(nóng)藥的使用量，降低水稻體內(nèi)的有害物質(zhì)殘留，減少環(huán)境污染，保護環(huán)境。因此葉面肥噴施將是土壤肥料施用的重要補充。

葉面肥的原材料可從天然物質(zhì)中獲得，如煙草、海藻素和秸稈發(fā)酵料等，對環(huán)境友好又對作物具有良好的營養(yǎng)作用和生理調(diào)節(jié)作用的天然物質(zhì)。吳嫦華[59]發(fā)明了一種有機硅葉面肥的制作方法，將燒焦的稻殼用水浸出，是一種無污染、無副作用且能提高作物產(chǎn)量的環(huán)保葉面肥。運用環(huán)境友好的原材料生產(chǎn)葉面肥將會是未來發(fā)展的新方向。