稻草全量還田配施腐解菌劑對機插晚稻生長發(fā)育的影響

倪國榮，魏賽金，呂偉生，黃國強，周春火，譚雪明，

曾勇軍，涂國全，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/江西省作物生理生態(tài)與遺傳育種重點實驗室/江西省農(nóng)業(yè)微生物資源開發(fā)與利用工程實驗室/生物科學(xué)與工程學(xué)院，江西南昌330045)

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稻草全量還田配施腐解菌劑對機插晚稻生長發(fā)育的影響

倪國榮，魏賽金，呂偉生，黃國強，周春火，譚雪明，

曾勇軍，涂國全，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/江西省作物生理生態(tài)與遺傳育種重點實驗室/江西省農(nóng)業(yè)微生物資源開發(fā)與利用工程實驗室/生物科學(xué)與工程學(xué)院，江西南昌330045)

摘要：采用田間試驗,研究稻草全量還田配施腐解菌劑對機插晚稻生長發(fā)育的影響。結(jié)果表明，與單一秸稈還田(對照)相比，秸稈還田配施腐稈菌劑處理提高了水稻分蘗數(shù)、葉面積指數(shù)和地上部干物質(zhì)量，增加了水稻穗數(shù)和每穗粒數(shù),從而提高了水稻產(chǎn)量。從2年(2013、2014年)的結(jié)果來看，秸稈還田配施腐稈菌劑使干物質(zhì)量提高了8.31%，植株N、P、K積累量分別提高了12.12%、11.97%、9.0%，產(chǎn)量提高了9.24%，效果顯著。因此該自制腐稈菌劑可在當(dāng)?shù)亟斩捜窟€田機插栽培模式下使用。

關(guān)鍵詞：機插晚稻；稻草還田；腐解菌劑

農(nóng)作物秸稈含有豐富的碳、氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，秸稈還田能促進(jìn)土壤有機質(zhì)的積累、改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力、增加作物產(chǎn)量等作用，是重要的有機肥源[1-4]。秸稈直接還田后腐解過程主要是在土壤微生物作用下的生物化學(xué)過程，可以有效防止秸稈腐爛過程中養(yǎng)分的流失等優(yōu)點，是一條合理利用秸稈資源、養(yǎng)地培肥的有效途徑[5]，隨著機械收割的發(fā)展，稻草直接全量還田成為趨勢，但是稻草還田后稻草的分解產(chǎn)生有機酸及微生物大量繁殖后與后茬作物出現(xiàn)爭氮現(xiàn)象，導(dǎo)致燒苗等不利影響，因此在稻草全量還田條件下，如何促進(jìn)稻草的快速分解腐爛，消除稻草分解帶來的不利影響，最終提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)，是當(dāng)前水稻生產(chǎn)中亟待解決的一個重大問題。

近年來，江西農(nóng)業(yè)大學(xué)在國家糧食豐產(chǎn)工程項目的資助下，篩選出能夠快速分解秸稈的微生物，并研制成了腐稈菌劑，分別在2009年和2011年通過大田試驗研究了腐稈菌劑對晚稻和早稻生產(chǎn)的影響，表現(xiàn)出良好的促生增產(chǎn)效果[6-7]。而在機插栽培條件下，考察自制腐稈菌劑對水稻生長的影響的研究尚未開展。本試驗采用田間試驗,在早稻稻草切碎全量還田和配施促腐劑直接還田后，研究了稻草全量還田添加菌劑對水稻生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響，旨在為稻草分解菌劑及秸稈的合理利用提供生態(tài)學(xué)理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗設(shè)計

試驗于 2013—2014 年在江西省上高試驗基地進(jìn)行，2013年試前前土壤基本化學(xué)性質(zhì)為：全氮2.21 g/kg、堿解氮178.65 mg/kg、有機質(zhì)37.73 g/kg、速效磷56.08 mg/kg、速效鉀73.95 mg/kg，pH 5.31；2014年試前土壤基本化學(xué)性質(zhì)為：全氮2.39 g/kg、堿解氮187.94 mg /kg、有機質(zhì)41.38 g/kg、速效磷62.34 mg/kg、速效鉀81.73 mg/kg，pH 5.44。

供試品種為超級雜交晚稻H優(yōu)518。稻草高效分解菌制劑由江西農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院應(yīng)用微生物實驗室研制。在早稻稻草切碎全量還田的條件下，設(shè)置加稻草腐解劑(SM)和不加稻草腐解劑(CK)2個處理，2013年進(jìn)行小區(qū)試驗每個處理種植面積166.67 m2。6月26日播種，采用基質(zhì)旱育，7月18日機插，規(guī)格為25 cm×15 cm。7月15日傍晚撒腐解劑51 kg/hm2、CaO 12 kg/hm2，分別加細(xì)砂拌勻后撒施。按當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣的技術(shù)措施進(jìn)行管理，基肥施45%(15∶15∶15)復(fù)合肥525 kg/hm2，分蘗肥施尿素187.5 kg/hm2，穗肥施尿素37.5 kg/hm2，氯化鉀75 kg/hm2；夠苗曬田，割前7 d斷水。

2014年進(jìn)行大區(qū)試驗，每個處理面積667 m2。6月27日播種，采用基質(zhì)旱育，7月18日機插，規(guī)格為30 cm×14 cm。7月15日傍晚撒腐解劑51 kg/hm2、CaO 12 kg/hm2，分別加細(xì)砂拌勻后撒施。基肥施45%(15∶15∶15)復(fù)合肥600 kg/hm2，分蘗肥施尿素77.55 kg/hm2，穗肥施尿素116.4 kg/hm2，氯化鉀100.05 kg/hm2；苗數(shù)達(dá)80%曬田，割前7 d斷水。

1.2測定項目與方法

1.2.1莖蘗動態(tài) 每個處理定2點，每點調(diào)查10蔸，自移栽當(dāng)天起每4天調(diào)查1次分蘗，直到齊穗期。

1.2.2葉面積在分化Ⅱ期、抽穗期、成熟期按平均莖蘗數(shù)法5點取樣，每點取樣5蔸，取莖鞘、葉片、穗(抽穗后)3部分于烘箱105 ℃殺青15 min，然后保持80 ℃至樣品烘干，冷卻至室溫后稱量，用于植株N、P、K積累量的測定。N用FOSS-2300型全自動定N儀測定，P用釩鉬黃比色法測定，K用火焰光度計測定[8]。

1.2.3干物質(zhì)及植株N、P、K養(yǎng)分積累在分化II期、抽穗期、成熟期按平均莖蘗數(shù)法5點取樣，每點取樣蔸，取莖鞘、葉片、穗(抽穗后)3部分于烘箱105 ℃殺青1 min，然后保持80 ℃至樣品烘干，冷卻至室溫后稱重用于植株N、P、K。N用FOSS-2300型全自動定N儀測定，P用釩鉬黃比色法測定，K用火焰光度計測定[8]。

1.2.4產(chǎn)量及其構(gòu)成成熟期每處理調(diào)查100蔸有效穗，按平均數(shù)法3點取樣，每點5蔸，考察穗粒結(jié)構(gòu)；按3點法進(jìn)行測產(chǎn)，每點實割150蔸。

1.3統(tǒng)計分析

用Excel 2003 處理數(shù)據(jù)，并繪圖；在DPS7.05 中完成統(tǒng)計分析,用LSD 法進(jìn)行多重比較。

2結(jié)果及分析

2.1水稻莖蘗動態(tài)

圖1顯示,水稻移栽后，配施腐解菌劑處理的水稻分蘗數(shù)都大于對照處理,說明稻草還田配施腐解菌劑能促進(jìn)水稻分蘗。但對2年的影響有所不同。2013年各處理在移栽后20 d左右達(dá)到分蘗最高峰，2014年各處理在移栽后28 d左右達(dá)到分蘗最高峰。出現(xiàn)這個差異的原因是，根據(jù)氣象資料，2013年7—8月比2014年同期的雨水更少，氣溫更高，這樣有利于水稻分蘗。

圖1　不同處理水稻莖蘗動態(tài)變化Fig.1　Dynamic changes of tiller number of rice under different treatments

2.2葉面積指數(shù)動態(tài)

從各個處理間的葉面積指數(shù)可以看出，與對照相比，加菌處理分蘗表現(xiàn)為早生快發(fā)，峰時提前，峰值略高，最終成穗數(shù)也較多(圖2)。加菌處理葉面積一直高于對照，其中成熟期差異較小,其中在2013年，除了在分化期添加菌劑處理的葉面積指數(shù)顯著高于對照處理，而在抽穗期和成熟期，這種差異并不顯著。在2014年，添加菌劑處理的葉面積指數(shù)在分化期和成熟期顯著高于對照處理，在抽穗期這種差異不顯著。

數(shù)據(jù)為3個重復(fù)的平均值，柱形圖上的不同字母分別表示差異達(dá)在5 %顯著水平。The data in the figure are means is of 3 replicates.Histograms cappedwith different letters indicate significant difference at 5% level.圖2　不同處理水稻葉面積指數(shù)變化Fig.2　Dynamic changes of leaf area index of rice under different treatments

2.3菌劑對干物質(zhì)積累的影響

2013年與2014年各處理的干物質(zhì)積累呈現(xiàn)相似的趨勢(表1)。秸稈還田配施腐稈菌劑處理與對照相比干物質(zhì)積累量差異顯著。加菌處理干物質(zhì)總量比對照提高了9.15%(2013年)、7.46%(2014年)。葉片是水稻唯一重要的光合作用器官,是水稻產(chǎn)量形成所需物質(zhì)的主要供給者,而秸稈還田能顯著提高水稻的葉面積指數(shù)特別是生育中后期的葉面積指數(shù),從而提高群體光合生產(chǎn)能力,增強光合產(chǎn)物的同化能力,促進(jìn)干物質(zhì)積累。

表1　不同處理水稻干物質(zhì)積累量動態(tài)變化(667m2)

同一列數(shù)據(jù)不同小寫字母者表示在5 %水平上差異顯著(P<0.05)。

Within a column,different lower case letters indicate significant difference at 5% level.

2.4菌劑對植株N、P、K積累量的影響

在水稻的不同生長時期，添加腐解菌劑處理的植株N、P、K積累量顯著高于高于對照組，在分化期，抽穗期及成熟期水稻含N積累量分別提高了15.24%、11.92%、48.98%(2013年)，15.29%、8.60%、8.14%(2014年)；含P積累量分別提高了14.29%、14.56%、30.00%(2013年)，15.29%、7.77%、13.33%(2014年)；含K積累量分別提高了15.77%、3.26%、40.54%(2013年)，14.67%，-2.48%，18.00%(2014年)。2年加菌處理的植株N、P、K總積累量顯著高于對照組，分別提高了15.78%、15.79%、10.92%(2013年)，8.46%、8.14%、7.07%(2014年)。說明添加菌劑能夠顯著提高水稻植株N、P、K的積累量。

表2　不同處理水稻植株N、P、K積累量變化

同一列數(shù)據(jù)不同小寫字母者表示在5 %水平上差異顯著(P<0.05)。

Within a column,different lower case letters indicate significant difference at 5% level.

2.5產(chǎn)量及其構(gòu)成

表3的數(shù)據(jù)顯示,添加菌劑處理667 m2有效穗數(shù)為298.1(2013年)、344.4(2014年)，每穗實粒數(shù)為108.3粒/穗(2013年)、114.99粒/穗(2014年),結(jié)實率為89.99%(2013年)、86.05(2014年),千粒質(zhì)量為27.52 g(2013年)、27.48 g(2014年)，均顯著高于對照。加腐稈菌劑處理的實際產(chǎn)量比對照提高了12.96%(2013年)，5.92%(2014年)，其中667 m2有效穗和產(chǎn)量差異顯著，說明菌劑對產(chǎn)量的影響主要是增加了有效穗。在移栽密度相同的情況下,667 m2穗數(shù)主要由分蘗數(shù)和成穗率決定，秸稈還田配施腐稈菌劑處理提高了水稻分蘗數(shù),增加了水稻葉面積指數(shù),減緩了中后期葉面積下降速率,而成穗率與生育中后期葉面積下降速率呈極顯著負(fù)相關(guān)[9],因而也就增加了水稻的穗數(shù)。

表3　不同處理水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素

同一列數(shù)據(jù)不同小寫字母者表示在5 %水平上差異顯著(P<0.05)。

Within a column,different lower case letters indicate significant difference at 5% level.

3討論

許多學(xué)者一直在關(guān)注稻田廢棄物循環(huán)利用能否替代化學(xué)肥料的施用[10-12]。張德遠(yuǎn)等[14]認(rèn)為秸稈直接還田是利用有機物的一種較好方式，是培肥地力、建設(shè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)田的一項基本措施。葉文培等[15]認(rèn)為秸稈還田對水稻生長發(fā)育和產(chǎn)量有促進(jìn)作用。但秸稈中富含大量難以分解的纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)，造成在自然條件下腐解率不及50%，從而影響下茬作物的生根和成活，成為限制秸稈資源利用的瓶頸。因此篩選構(gòu)建能夠產(chǎn)生多種纖維素酶的高效穩(wěn)定復(fù)合菌系應(yīng)用于秸稈腐解[16]，成為了一個新的研究熱點。趙明文等[17]發(fā)現(xiàn)，與不接種相比，接種分解菌群秸稈分解率提高顯著，增加了次生根、分蘗數(shù)、單株干質(zhì)量；使劍葉長增長，增寬，株高增加；增加了有效穗，每穗實粒數(shù)，千粒質(zhì)量和實際產(chǎn)量。楊文兵等[18]研究發(fā)現(xiàn)不同秸稈腐熟劑在晚稻秸稈腐熟還田上使用均可以提高土壤有機質(zhì)及各種養(yǎng)分，同時具有明顯的增產(chǎn)效果。作物鋪蓋稻草具有很好的增產(chǎn)效果，且鋪蓋稻草加噴秸稈腐熟劑的增產(chǎn)效果更好[19-20]。

本次田間實驗結(jié)果再次證明了稻草還田配施菌劑會影響水稻生長發(fā)育。如前所述，配施菌劑稻草還田處理后產(chǎn)量均有不同程度提高，有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒質(zhì)量等產(chǎn)量構(gòu)成因素也均高于單一秸稈還田處理，這與筆者[6]在晚稻上及魏賽金等[7]的研究結(jié)果一致，再次證實了自制腐稈菌劑對稻草還田的具有顯著積極的意義。

本研究發(fā)現(xiàn)，2013年和2014年秸稈還田配施菌劑對晚稻生長發(fā)育的促進(jìn)作用不同。2013年各處理在移栽后20 d左右達(dá)到分蘗最高峰，2014年各處理在移栽后28 d左右達(dá)到分蘗最高峰，這是由于2013年7—8月光照充足，氣溫偏高，有利于水稻的生長，而2014年同期則由于陰雨天氣多，氣溫偏低，生長相對緩慢，所以導(dǎo)致生育期延長，分蘗最高峰到達(dá)時間也推后。秸稈還田配施菌劑處理使干物質(zhì)總量提高了9.15%(2013年)、7.46%(2014年)，植株N、P、K總積累量分別提高了15.78%、15.79%、10.92%(2013年)，8.46%、8.14%、7.07%(2014年)，實際產(chǎn)量提高了12.96%(2013年)，5.92%(2014年)。造成2年水稻生長差異的主要原因應(yīng)該是2年晚稻生育期氣候條件差異及所用田塊自身土壤肥力和肥水管理的差異影響還田后稻草的腐解及土壤養(yǎng)分釋放。與2013年相比，2014年所用田塊土壤肥力較高。因此不管是單一稻草還田還是配施菌劑稻草還田，2014年的產(chǎn)量總體比2013年高。但在2014年，施菌處理產(chǎn)量僅比對照提高了5.92%，2013年卻提高了12.96%，說明配施腐稈菌劑秸稈還田在低肥力的田塊中及光照足、溫度高的條件下對水稻的生長影響更顯著。

與單施稻草比較，稻草還田配施自制腐解菌劑對于提高植株干物質(zhì)、氮、磷、鉀的積累量，保證較高的水稻增產(chǎn)潛力等方面有較好的促進(jìn)作用?？傊?，秸稈配施腐解菌劑培肥了土壤，促進(jìn)了作物的生長發(fā)育，從而提高了作物產(chǎn)量。

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Effects of Rice Straw Returning with Straw Decomposition Agent

on Growth of Machine-transplanted Late Rice

NI Guo-rong,WEI Sai-jin,LYU Wei-sheng,HUANG Guo-qiang,ZHOU Chun-huo,

TAN Xue-ming,ZENG Yong-jun,TU Guo-quan,SHI Qing-hua,PAN Xiao-hua*

(Collaborative Innovation Center for the Modernization Production of Double Cropping Rice /Jiangxi Key Laboratory of Crop Physiology,Ecology and Genetic Breeding /Jiangxi Agricultural Microbial Resource Development and Utilization Engineering Lab /College of Biology Science and Engineering,Jiangxi Agricultural University,Nanchang 330045,China)

Abstract:A field experiment was conducted in the growing seasons in 2013 and 2014 to assess the effects of straw returning plus straw decomposition agent on the growth of late rice.Straw returning in soil plus straw decomposition agent increased the number of tillers,leaf area index and above ground dry matter.And straw returning plus straw decomposition agent also increased the number of panicles per hm2,number of grains per panicle and grain yield of rice.A treatment of single application of straw without decomposition was used as a control.With straw decomposition agent application,straw returning increased rice dry matter accumulation by 8.31%,N,P,K by 12.12%,11.97%,9.0%,respectively,grain yield by 9.24%.Therefore,the straw decomposition agent can be used with straw returning in local machine-transplanted cultivation patterns.

Key words:machine-transplanted late rice;straw-returning;straw decomposition agent

作者簡介：倪國榮(1983—)，男，助理研究員，博士，主要從事農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究，E-mail:ngr0329@126.com;*通信作者：潘曉華，教授，博士，博導(dǎo)，E-mail:xhuapan@163.com。

基金項目：國家“十二五”科技支撐計劃項目(2011BAD16B04、2012BAD04B11)、江西省科技計劃項目(20144BBF60003)和江西省教育廳科技計劃項目(GJJ14307)

收稿日期：2015-03-30修回日期：2015-05-26

中圖分類號：S511.62

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1000-2286(2015)06-0960-06

倪國榮，魏賽金，呂偉生，等.稻草全量還田配施腐解菌劑對機插晚稻生長發(fā)育的影響[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2015，37(6)：960-965.