曾研華, 吳建富, 潘曉華, 石慶華, 朱德峰
(1江西農(nóng)業(yè)大學(xué),作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗室,江西省作物生理生態(tài)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗室,南昌 330045; 2中國水稻研究所,水稻生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室,杭州 310006; 3 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,南京 210095)
稻草不同還田方式對雙季水稻產(chǎn)量及稻米品質(zhì)的影響
曾研華1,2,3, 吳建富1*, 潘曉華1*, 石慶華1, 朱德峰2
(1江西農(nóng)業(yè)大學(xué),作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗室,江西省作物生理生態(tài)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗室,南昌 330045; 2中國水稻研究所,水稻生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室,杭州 310006; 3 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,南京 210095)
稻草還田; 稻草燒灰還田; 雙季早、 晚稻; 產(chǎn)量; 稻米品質(zhì)
Abstract: The localization field experiments were conducted to study on yields and quality characteristics of rice in different straw incorporation ways at double cropping rice seasons of 2010-2011. There were six treatments, total rice straw incorporation and chemical fertilizers(NPK+S), rice straw incineration and chemical fertilizers (NPK+SI), rice straw no-incorporation with only chemical fertilizers (NPK) and the others three compared treatments with no chemical fertilizers. The results show that NPK+S could increase the number of early rice’s tillers, the form rate of tillers, leaf area index at the middle and late growing seasons and aboveground dry matter, promote chlorophyll content (SPAD value) and the number of effective panicles in unit area, and delay the senescence trend under the conditions of equal nitrogen, phosphorus and potassium nutrient. However the effects are not obvious for late rice. Compared with the NPK and NPK+SI treatments, NPK+S could enhance significantly the grain yield of early rice, and the average yield of the two years are increased by 3.78%-8.77%. As the time of rice straw incorporation prolonged, late rice yields under the NPK+S and NPK+SI treatments are not significantly different, and the yield are increased significantly by 5.66%-7.32% compared with the NPK treatment. However, the effects of CK+S on early and late rice’s growth and yields are obviously greater than those of CK+SI and CK in the plots of no chemical fertilizers. Moreover, NPK+S could improve flavor quality of early and late rice, but lower the external and nutrition quality, which are not benefited for improving the processed quality of late rice. Ultimately, it suggests that there is significance for promoting rice yields in the double cropping rice.
Keywords: straw incorporation; straw incineration; double cropping early and late rice; yield; rice quality
早、 晚稻稻草還田定位試驗于2010年開始在江西省進(jìn)賢縣溫圳鎮(zhèn)楊溪村進(jìn)行。2009年晚稻收獲后稻草分別原位全量還田和原位燒灰還田,作翌年早稻有機(jī)肥。供試土壤為第四紀(jì)紅色粘土發(fā)育的水稻土,試驗前土壤的基本養(yǎng)分狀況為: 有機(jī)質(zhì)含量34.16 g/kg、 全氮2.271 g/kg、 堿解氮126.0 mg/kg、 有效磷31.34 mg/kg、 速效鉀97.9 mg/kg、 pH 5.48。供試早、 晚稻品種分別為陸兩優(yōu)996和五豐優(yōu)T025。
采用田間大區(qū)試驗,每處理面積為326.7m2,每處理按具有代表性的3點(diǎn)重復(fù)取樣。除不施肥處理外,其它各處理氮、 磷、 鉀養(yǎng)分投入總量相等,但來源不同。其早、晚稻純氮總量分別為165.0 kg/hm2和195.0 kg/hm2,N ∶P2O5∶K2O均為 1 ∶0.45 ∶0.9,NPK處理的養(yǎng)分全部用化肥,而NPK+S和NPK+SI處理的化肥用量(以N、 P2O5和K2O計)分別為養(yǎng)分投入總量與還田稻草和草灰輸入農(nóng)田的養(yǎng)分量之差,其余處理的氮、 磷、 鉀養(yǎng)分全部來源于還田稻草和草灰(見表2)。早稻氮肥按基肥 ∶分蘗肥 ∶穗肥=5 ∶2 ∶3施用,晚稻氮肥按基肥 ∶分蘗肥 ∶穗肥=4 ∶2 ∶4施用。早、 晚稻鉀肥按分蘗肥 ∶穗肥=7 ∶3施用,磷肥一次性做基肥施用,化肥用尿素(含N 46%)、 鈣鎂磷肥(含P2O512%)和氯化鉀(含K2O 60%)。早稻栽插密度為13.3cm×23.3cm,晚稻為13.3cm×26.6cm,其他管理措施同一般高產(chǎn)栽培田。
表1 早、 晚稻還田的稻草和草灰中氮、 磷、 鉀養(yǎng)分含量(%)
表2 早、 晚稻還田的稻草和草灰輸入農(nóng)田的養(yǎng)分量(kg/hm2)
1.3.1 莖蘗變化及成穗率 水稻移栽后每處理定點(diǎn)40蔸,每5 d調(diào)查一次田間莖蘗數(shù),直到齊穗期,并在成熟期每處理調(diào)查120蔸有效穗,與最高莖蘗數(shù)結(jié)合計算成穗率。
1.3.2 干物質(zhì)和葉面積 于分蘗期(移栽后15 d)、 幼穗分化期(一次枝梗原基分化期)、 抽穗期和成熟期,按平均數(shù)法每處理分三點(diǎn)各取樣5蔸,將根剪除按莖、 葉、 穗(抽穗后)分開,于105℃下殺青15 min后80℃烘干至恒重。葉面積測定按小樣葉重量法。
1.3.3 葉片SPAD值 在抽穗后每隔5 d 用SPAD -502葉綠素儀測定水稻劍葉中部的葉綠素含量(SPAD值),每處理分三點(diǎn)測定長勢一致的稻株劍葉中部,共計30片。
1.3.4 考種與測產(chǎn) 收割前1d,各處理在調(diào)查有效穗基礎(chǔ)上按平均數(shù)法取樣5蔸進(jìn)行考種。各處理實(shí)割100蔸,脫粒后曬干稱重測產(chǎn)。
1.3.5 稻米品質(zhì) 委托農(nóng)業(yè)部食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心(武漢)檢測。
圖、 表中的數(shù)據(jù)無特殊說明外均為兩年的平均值,用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和SPSS16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。
表3 稻草不同還田方式對雙季早、 晚稻產(chǎn)量的影響 (kg/hm2)
注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同小、 大寫字母分別表示處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平 Values followed by different small and capital letters in same column mean significant at the 5% and 1% levels, respectively.
表4 稻草不同還田方式對雙季稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響
注(Note): 數(shù)據(jù)為兩年的平均值 Values are the averages of two years. 同列數(shù)據(jù)后不同小、 大寫字母分別表示處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平 Values followed by different small and capital letters in same column mean significant at the 5% and 1% levels, respectively.
相關(guān)分析表明,影響早稻產(chǎn)量的主要因素是有效穗數(shù)和每穗粒數(shù),與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)分別為0.9915(極顯著相關(guān))和0.9674(顯著相關(guān)); 晚稻產(chǎn)量主要與有效穗數(shù)呈極顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.9772。
對早、 晚稻莖蘗和成穗率分析結(jié)果顯示(表5),各施肥處理早稻莖蘗數(shù)在出現(xiàn)高峰期前,NPK+S處理分蘗增長率稍高于NPK、 NPK+SI,但最高莖蘗數(shù)差異不大,高峰苗后,分蘗下降率較小,其莖蘗成穗率相應(yīng)提高; 晚稻NPK+S的最高莖蘗數(shù)、 分蘗增長率及下降率均略低于NPK和NPK+SI處理,成穗率低于NPK處理,高于NPK+SI處理。不施肥處理中早、 晚稻最高莖蘗數(shù)CK+S處理均高于其余兩處理。
表5 稻草不同還田方式對雙季稻分蘗成穗的影響
注(Note): 數(shù)據(jù)為兩年的平均值 Values are the averages of two years. 同列數(shù)據(jù)后不同小、 大寫字母分別表示處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平 Values followed by different small and capital letters in same column mean significant at the 5% and 1% levels, respectively.
圖1 不同稻草還田方式對雙季稻葉面積指數(shù)的影響Fig.1 Dynamic changes of leaf area index (LAI) of double cropping rice under different treatments[注(Note): 數(shù)據(jù)為兩年的平均值 Values are the averages of two years. TS—分蘗期Tilling stage; SDS—幼穗分化期 Spikelet differentiation stage; HS—抽穗期Heading stage; RS—成熟期Ripening stage. 柱上不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Different letters above the bars mean significant at 5% levels.]
圖2 不同稻草還田方式對雙季稻劍葉葉綠素含量(SPAD值)的影響Fig.2 Dynamic changes of SPAD values of double cropping rice leaves under different treatments[注(Note): 數(shù)據(jù)為兩年的平均值 Values are the averages of two years]
圖1表明,早、 晚稻的最大葉面積指數(shù)(LAI)均出現(xiàn)在抽穗期。在分蘗期和幼穗分化期,早稻NPK + S處理的LAI低于NPK和NPK+SI處理,抽穗后則相反; 晚稻在整個生育期中NPK+S處理的LAI都要明顯低于其他兩個處理。不施肥早、 晚稻CK+S處理的LAI在各生育時期均高于其他兩處理。
從圖2可以看出,無論是早稻還是晚稻,在抽穗后10 d,各處理劍葉SPAD值下降明顯。早稻施肥區(qū)各處理若以劍葉SPAD值下降至抽穗時最大值80%的天數(shù)代表緩降期,NPK+S、 NPK+SI和NPK處理則分別為21 d、 19 d和18 d。說明在等養(yǎng)分施肥條件下,稻草還田延長了水稻生育后期劍葉的功能期,延緩了葉片的衰老,有利于籽粒的灌漿結(jié)實(shí); 晚稻NPK +S處理劍葉SPAD值卻始終低于后者。早、 晚稻CK+S處理的劍葉SPAD值始終高于CK和CK+SI。
研究表明(圖3),早、 晚稻干物質(zhì)量均隨水稻的生長逐漸增加。抽穗前早、 晚稻干物質(zhì)量NPK+S處理略低于NPK+SI和NPK處理,而在抽穗后期,NPK+S處理則明顯高于后兩者; 不施肥處理晚稻干物質(zhì)量CK+S處理在各生育時期均大于其余兩處理,且在抽穗后差異更明顯。說明稻草還田促進(jìn)水稻生育中后期干物質(zhì)的積累。相關(guān)分析(圖4)表明,早、 晚稻成熟期干物質(zhì)量與產(chǎn)量呈極顯著線性正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.9487、 0.8921。
圖3 不同稻草還田方式對早稻和晚稻干物質(zhì)量的影響Fig.3 Effects of different straw incorporation ways on the dry matter yield of early rice and late rice[注(Note): 數(shù)據(jù)為兩年的平均值 Values are the averages of two years. TS—分蘗期Tilling stage; SDS—幼穗分化期 Spikelet differentiation stage; HS—抽穗期Heading stage; RS—成熟期Ripening stage. 柱上不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Different letters above the bars mean significant at 5% levels.]
圖4 水稻成熟期干物質(zhì)量與產(chǎn)量的關(guān)系Fig.4 Correlation between the biomass yield and grain yield of rice at the ripening stage
相關(guān)分析表明(圖5),早稻和晚稻產(chǎn)量與蛋白質(zhì)含量呈顯著或極顯著二次曲線關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為0.9407(極顯著)、 0.8126(顯著)。在蛋白質(zhì)含量最高時,對拋物線方程求值,得出早稻和晚稻產(chǎn)量分別為12.47 t/hm2和9.50 t/hm2。
農(nóng)作物秸稈還田能否起到與化學(xué)肥料同等的營養(yǎng)作用,一直是許多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一[7, 10-11]。前人的研究結(jié)果[12-15]可知,稻草還田促進(jìn)水稻生長發(fā)育以及提高產(chǎn)量,原因是其能促進(jìn)水稻分蘗,提高成穗率,增加有效穗數(shù)及結(jié)實(shí)率,生育中后期葉片能維持較高的功能期和較高的干物質(zhì)積累量。本研究也得到了相似的結(jié)論。將秸稈養(yǎng)分視同化學(xué)養(yǎng)分的情況下,早稻稻草還田處理能夠提高產(chǎn)量的主要原因是使水稻穗粒結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化,有效穗和每穗粒數(shù)協(xié)同增加; 而晚稻則為前期分蘗遲,致使每穗粒數(shù)減少。與稻草不還田相比,等養(yǎng)分施肥條件下,稻草全量還田處理的葉面積指數(shù)及干物質(zhì)積累量在生育前期相對較低,但生育中后期的干物質(zhì)積累量明顯增大。上述結(jié)果表明,稻草還田能夠起到化學(xué)肥料的作用,尤其是有利于水稻生長中后期土壤有效養(yǎng)分的供應(yīng)。
表6 不同稻草還田方式對稻米品質(zhì)的影響(2010年)(%)
注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同小、 大寫字母分別表示處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平 Values followed by different small and capital letters in same column mean significant at the 5% and 1% levels, respectively.
圖5 稻谷產(chǎn)量與稻米蛋白質(zhì)含量的關(guān)系Fig.5 Correlation between rice grain yield and rice protein
關(guān)于稻草還田對稻米品質(zhì)的影響,有研究認(rèn)為秸稈還田與實(shí)地氮肥管理能降低稻米堊白米率、 堊白度和直鏈淀粉含量,改善稻米的外觀品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì),稻米的食味品質(zhì)也可得到改善[6]; 而劉世平等[18]認(rèn)為秸稈還田可提高稻米蛋白質(zhì)含量,改善稻米營養(yǎng)品質(zhì)。本研究認(rèn)為,稻草全量還田有利于改善稻米加工品質(zhì)和食味品質(zhì),但降低了稻米外觀品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì),這與有些相關(guān)報道[19-20]的結(jié)論不一致,其原因有待進(jìn)一步研究。
[1] 劉巽浩,高旺盛,朱文珊.秸稈還田的機(jī)理與技術(shù)模式[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2001. 55-61. Liu X H, Gao W S, Zhu W S. The mechanism and technical pattern of straw return to field[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2001. 55-61.
[2] 周鳴錚.土壤肥力概論[M].杭州: 浙江科學(xué)技術(shù)出版社, 1985. 118-154. Zhou M Z. Soil fertility introduction[M]. Zhejiang: Science and Technology Press, 1985. 118-154.
[3] 王玄德, 石孝均, 宋光煜. 長期稻草還田對紫色水稻土肥力和生產(chǎn)力的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2005, 11(3): 302-307. Wang X D,Shi X J,Song G Y. Effects of long-term rice straw returning on the fertility and productivity of purplish paddy soil[J]. Plant Nutr. Fert. Sci., 2005, 11(3): 302-307.
[4] 慕永紅, 曹書恒, 李珍,等. 水稻機(jī)械化秸稈直接還田現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué), 2000, (5): 42-43. Mu Y H, Cao S H, Li Zetal. Advance and development tendency of rice straw directly returning to field under mechanization[J]. Heilongjiang. Agric. Sci. , 2000, (5): 42-43.
[5] 李家仁. 稻草還田增產(chǎn)效果的研究[J]. 土壤肥料, 1994, (1): 16-19. Li J R. Study on the effect of straw returning to field improving rice yield[J]. Soils. Fert., 1994,(1):16-19.
[6] 徐國偉, 吳長付, 劉輝, 等. 秸稈還田與實(shí)地氮肥管理對水稻產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報,2006, 22(10): 209-215. Xu G W, Wu C F, Liu Hetal. Effect of straw residue returned and site-specific nitrogen management on yield and quality of rice[J]. Chin. Agric. Sci. Bull., 2006, 22(10): 209-215.
[7] 葉文培, 謝小立, 王凱榮, 等. 不同時期秸稈還田對水稻生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響[J]. 中國水稻科學(xué), 2008, 22 (1): 65-70. Ye W P, Xie X L, Wang K Retal. Effects of rice straw manuring in different periods on growth and yield of rice[J]. Chin. J. Rice. Sci., 2008, 22(1): 65-70.
[8] 張水清, 鐘旭華, 黃農(nóng)榮, 等. 稻草覆蓋還田對華南雙季晚稻物質(zhì)生產(chǎn)和產(chǎn)量的影響[J]. 中國水稻科學(xué), 2011, 25(3): 284-290. Zhang S Q, Zhong X H, Huang N Retal. Effects of straw mulching on dry matter production and grain yield of double cropping late season rice(Oryzasativa) in south China[J]. Chin. J. Rice. Sci., 2011, 25(3): 284-290.
[9] 曾研華, 吳建富, 何虎, 等.機(jī)械化稻草全量還田下雙季早稻生長發(fā)育、 產(chǎn)量及品質(zhì)的響應(yīng)[J]. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2011, 33(5): 840-844. Zeng Y H, Wu J F, He Hetal. Effect of mechanized total returning of straw to field on growth, yield and quality of early rice[J]. Jiangxi. Agric. Univ. , 2011, 33(5): 840-844.
[10] 彭英湘, 王凱榮, 謝小立, 等. 水肥條件和稻草還田對土壤供氮及水稻產(chǎn)量的影響[J]. 中國土壤與肥料, 2007, (4): 40-43,48. Peng Y X, Wang K R, Xie X Letal. Influences of nitrogen fertilizer on the assimilation and use efficiency of nitrogen in rice[J]. Chin. Soils. Fert. , 2007, (4): 40-43, 48.
[11] 區(qū)惠平, 何佳, 寧偉軍, 等. 稻草還田在水稻生產(chǎn)上的應(yīng)用與研究進(jìn)展[J]. 作物雜志, 2007, (6): 9-11. Qu H P, He J, Ning W Jetal. Review of application and research of rice straw returning on rice production[J]. Crops, 2007, (6): 9-11.
[12] 石健康, 蘇時民, 戴昌浩, 等. 不同耕作方式和施氮水平對稻草還田效益的影響[J]. 作物研究, 2006, 20(2): 116-118. Shi J K, Su S M, Dai C Hetal. Efficiency of rice stubble as fertilizer under different tillage and nitrogen application levels in rice[J]. Crop. Res. , 2006, 20(2): 116-118.
[13] 張德遠(yuǎn),劉經(jīng)榮, 張寧珍,等. 稻草還田試驗初報[J]. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(專輯), 1990, (8): 43-49. Zhang D Y, Liu J R, Zhang N Zetal. Preliminary study on the experiment of straw returning to field[J]. J. Jiangxi. Agric. Univ. (Special), 1990, (8): 43-49.
[14] 張水清, 鐘旭華, 黃紹敏, 等.中國稻草還田技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2010, 26(15): 332-335. Zhang S Q, Zhong X H, Huang S Metal. Advance of straw returning in China[J]. Chin. Agri. Sci. Bull., 2010,26 (15): 332-335.
[15] 凌啟鴻, 蘇祖芳, 張海泉. 水稻成穗率與群體質(zhì)量的關(guān)系及其影響因素的研究[J]. 作物學(xué)報, 1995, 21(4): 463-469. Ling Q H, Su Z F, Zhang H Q. Relationship between earbearing tiller percentage and population quality and its influential factors in rice[J]. Acta. Agron. Sin., 1995, 21(4): 463-469.
[16] 肖小平, 湯海濤, 紀(jì)雄輝. 稻草還田模式對稻田土壤速效氮、 鉀含量及晚稻生長的影響[J]. 作物學(xué)報, 2008, 34(8): 1464-1469. Xiao X P, Tang H T, Ji X H. Effect of patterns of straw returning to field on contents of available N, K in soil and the later rice growth[J]. Acta. Agron. Sin., 2008, 34(8): 1464-1469.
[17] 卜毓堅. 不同耕作方式和稻草還田量對晚稻生長發(fā)育與土壤肥力的影響[D]. 長沙: 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2007. Pu Y J. The effects of different tillage and rice-straw returning on the rice growth and soil fertility [D]. Changsha: Ms thesis of Hunan Agricultral University, 2007.
[18] 劉世平, 陸建飛, 單玉華, 等. 稻田輪耕土壤氮素礦化及土壤供氮量的研究[J]. 揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版), 2003, 24(2): 36-39. Liu S P, Lu J F, Shan Y Hetal. Study on nitrogen mineralization and its supply to rice in the paddy soil with rotation tillage[J]. J. Yangzhou. Univ.(Agri. Life Sci.), 2003, 24 (2): 36-39.
[19] 單提波, 魏宏國, 王安東,等. 稻草還田配施化學(xué)氮肥對水稻生長發(fā)育、 產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2010, 32 (2): 265-270. Shan T P, Wei H G, Wang A Detal. Effect of rice straw return plus nitrogen fertilizer on growth and development, yield and quality in rice[J]. Jiangxi. Agric. Univ., 2010, 32(2): 265-270.
[20] 劉世平, 聶新濤, 戴其根, 等. 免耕套種與秸稈還田對水稻生長和稻米品質(zhì)的影響[J]. 中國水稻科學(xué), 2007, 21(1): 71-76. Liu S P, Nie H T, Dai Q Getal. Effects of interplanting with zero tillage and wheat straw manuring on rice growth and grain quality[J]. Chin. J. Rice. Sci., 2007, 21(1): 71-76.
Studyonyieldandqualityofdoublecroppingriceindifferentstrawreturnapproaches
ZENG Yan-hua1,2,3, WU Jian-fu1*, PAN Xiao-hua1*, SHI Qing-hua1, ZHU De-feng2
(1KeyLaboratoryofCropPhysiology,EcologyandGeneticBreeding,MinistryofEducation/KeyLaboratoryofCropPhysiology,EcologyandGeneticBreedingofJiangxiProvince/JiangxiAgriculturalUniversity,Nanchang330045,China;2StateKeyLaboratoryofRiceBiology/ChinaNationalRiceResearchInstitute,Hangzhou310006,China; 3CollegeofAgriculture,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China)
S511.4+2.01
A
1008-505X(2013)03-0534-09
2012-08-02接受日期2013-02-04
國家“十二五”科技支撐計劃項目(2011BAD16B04); 國家科技支撐計劃項目(2012BAD14B14); 江西省科技支撐計劃重點(diǎn)項目(2009BNA03800); 南昌市科技局科技支撐計劃重點(diǎn)項目(農(nóng)業(yè)支撐計劃第36)資助。
曾研華(1986—),男,江西九江人,博士研究生,主要從事水稻高產(chǎn)理論與技術(shù)研究。E-mail: zyh74049501@163.com * 通信作者 E-mail: wjf 6711@126.com; E-mail: xhuapan@163.com