秸稈全量還田條件下作物營養(yǎng)障礙因子研究

金婷 柯帥 王盼星 盛海君 錢曉晴

摘要[目的]確定秸稈全量還田引起的作物營養(yǎng)障礙因子作用大小，為秸稈全量還田精準配肥提供參考。[方法]以南粳9108水稻品種為材料，采用土壤混合秸稈（1 kg土+5 g秸稈）加營養(yǎng)液澆灌的方法，在苗期進行N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo 12種元素缺素處理，研究不同營養(yǎng)元素對供試水稻苗期地上部分（株高、基莖粗、葉綠素SPAD）和地下部分（根系）生長的影響。[結(jié)果]

不同缺素營養(yǎng)液處理的水稻苗期株高、基莖粗、葉綠素SPAD和根系主要形態(tài)指標基本上低于完全營養(yǎng)液處理（對照），其中缺N處理各指標降低幅度最大且差異達極顯著水平。[結(jié)論]秸稈全量還田引起的作物營養(yǎng)障礙因子作用由大到小依次為N、S、Zn、P、K、Ca、Mn、Fe、Cu、B、Mo、Mg，影響最大的元素是N，其次是S、Zn、P。為了更好地發(fā)揮秸稈全量還田改土培肥與增產(chǎn)提質(zhì)的作用，應(yīng)重視N、S、Zn、P等元素的配合施用。

關(guān)鍵詞水稻；秸稈還田；營養(yǎng)障礙

中圖分類號S141.4文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）16-0115-04

Crop Nutrition Disorders Facters under Returning All Wheat Straw to Field

JIN Ting，KE Shuai，WANG Panxing，QIAN Xiaoqing* et al

（College of Environmental Science and Engineering，Yangzhou University，Yangzhou，Jiangsu 225127）

Abstract[Objective] To determine crop nutrition disorders facters under returning all wheat straw to field， and provide a reference for the accurate fertilization of the whole amount of straw returning .[Method]With the rice variety of South japonica 9108 as materials，using soil mixed straw （1 kg soil +5 g straw） and nutrient solution ， phosphorus， potassium， calcium， magnesium， sulfur， iron， manganese， copper， zinc， boron and molybdenum 12 kinds of element deficiency in seedling were treated，effects of different nutrient elements on the growth of aboveground part （plant height，stem diameter，chlorophyll SPAD） and underground part （root） on rice seedling stage were studied.[Result]Under different nutrient solution treatment，the height， stem diameter， chlorophyll SPAD and root morphological indexes of rice seedlings basically were lower than the complete nutrient solution treatment （control）， the nitrogen deficiency indexes decreased and reached a very significant difference.[Conclusion] Under the condition of total straw returning to field，the crop nutrient barrier factors from large to small were N， S， Zn， P， K， Ca， Mn， Fe， Cu， B， Mo， Mg， the biggest impact elements were nitrogen， followed by sulfur， zinc and phosphorus.In order to make full use of the total amount of straw returning to the soil to improve soil fertility and increase production and quality，should be paid attention to the application of nitrogen，sulfur，zinc，phosphorus.

Key wordsRice；Straw returning；Nutritional disorders

基金項目江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計劃項目（SJLX16-0597）；揚州市科技計劃項目（YZ2016038）；江蘇省政策引導(dǎo)類計劃項目（BN2016197）。

作者簡介金婷（1993—），女，江蘇鹽城人，碩士研究生，研究方向：農(nóng)業(yè)資源利用。*通訊作者，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事資源環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究與教學(xué)工作。

收稿日期2017-04-07

作物秸稈中含有豐富的C、N、P和K及多種微量元素，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的營養(yǎng)源。研究表明，秸稈還田具有改善土壤理化性狀和生物學(xué)性狀、提高土壤肥力、增加作物產(chǎn)量等作用[1-2]。我國是農(nóng)業(yè)大國，秸稈資源較豐富，目前秸稈年產(chǎn)量約7億t。據(jù)統(tǒng)計，全部秸稈中所含NPK量相當(dāng)于全國目前化肥用量的1/3左右[3]。農(nóng)田秸稈覆蓋技術(shù)在發(fā)達國家已相當(dāng)完善，并取得了較好的效果[4-5]。目前國內(nèi)關(guān)于秸稈還田的研究起步較晚，秸稈還田率遠低于發(fā)達國家[6]。因此，充分利用秸稈資源，科學(xué)推廣秸稈全量無障礙還田技術(shù)，是促進我國農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的有效手段，也是提高土壤有機碳含量、培肥地力、增加養(yǎng)分循環(huán)利用率有效而簡便的方法。

雖然秸稈還田技術(shù)已有大量研究，并取得了一定進展，但目前我國秸稈資源并未得到有效利用。其主要原因在于缺乏可操作性的規(guī)范化或標準化的施肥措施。要制訂規(guī)范化的施肥措施，必須明確秸稈全量還田條件下可能引起的作物營養(yǎng)障礙因子及其作用大小。其中，微生物大量繁殖引起的土壤缺N已引起廣泛重視，秸稈還田配合施用N肥已成為秸稈還田的常規(guī)做法[7]。而秸稈還田可能引起Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn、P、Mo等元素有效含量下降，對作物生長與產(chǎn)量形成的影響研究較少。

為了更好地發(fā)揮秸稈還田的效率，減少因使用不當(dāng)而產(chǎn)生的減產(chǎn)等負面效應(yīng)，筆者分析秸稈全量還田條件下可能引起的作物營養(yǎng)障礙因子及其作用大小，并相應(yīng)調(diào)節(jié)施肥措施，從而實現(xiàn)高效秸稈還田，對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1材料與方法

1.1試驗材料

于2016年6月在揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院實驗中心進行盆栽培養(yǎng)試驗，供試水稻品種為南粳9108，經(jīng)溫室培育后選擇長勢一致的秧苗移栽至試驗盆中。土壤采自鎮(zhèn)江農(nóng)委示范基地，質(zhì)地為黏土，pH 5.90，有機質(zhì) 26.7 g/kg，堿解氮116.4 mg/kg，速效磷 29.1 mg/kg，速效鉀276.9 mg/kg。秸稈采用該土壤來源地上季小麥秸稈，切碎（1 cm左右）待用。有機物料腐熟劑采用農(nóng)業(yè)部948項目技術(shù)支持產(chǎn)品[（微生物肥（2014）準字（1364）號執(zhí)行標準GB 20287—2006）]。

1.2試驗方法

試驗采用15 cm×10 cm×13 cm的盆缽，每盆裝入經(jīng)過5 mm篩網(wǎng)的土壤1 kg，小麥秸稈5 g[相當(dāng)于田間秸稈還田量11 250 kg/hm2（20 cm耕層150 000 kg土）]和0.2 g有機物料腐熟劑，充分拌勻，備用。待水稻秧苗（每盆3株）移栽后澆灌營養(yǎng)液。共設(shè)置13個處理，以完全營養(yǎng)液為對照，用缺素營養(yǎng)液（-N、-P、-K、-Ca、-Mg、-S、-Fe、-B、-Mo）作為處理，重復(fù)3次。具體營養(yǎng)液配制見表1。

1.3試驗管理

試驗在避雨試驗場進行，采用自然溫度和光照。2016年6月20日移栽秧苗，當(dāng)天用自來水澆灌，每天10∶00左右澆灌各營養(yǎng)液1次（每盆100 mL，可根據(jù)天氣調(diào)節(jié)），每7 d倒1次周轉(zhuǎn)箱殘留的營養(yǎng)液。每天有順序地變更水稻的位置，保持光照基本一致并保持一定的通風(fēng)時間。常規(guī)管理，試驗為期20 d，7月10日取樣測定。

1.4測定項目與方法

1.4.1地上部分生物學(xué)指標。水稻秧苗移栽后10、20 d，分別采用直尺和游標卡尺測量株高（從土表到秧苗頂部的高度）和基莖粗（離土層1 cm處水稻莖稈基部寬度），7月10日采用SPAD-502便攜葉綠素儀測定水稻葉片的葉綠素含量。

1.4.2根系形態(tài)相關(guān)指標。于2016年7月10日取樣，將新鮮根系用自來水浸泡30 min，并用流水小心將根系沖洗干凈，以單株為單位，利用根系掃描儀（Win RHIZO LA1600）將完整根系圖像掃入計算機，用根系分析系統(tǒng)對根系總根長、總根表面積、根平均直徑、根體積、根尖數(shù)進行測定。

1.5數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2003 軟件對數(shù)據(jù)進行處理，并采用SPSS 18.0統(tǒng)計分析軟件進行差異顯著性分析（LSD法）。

2結(jié)果與分析

2.1不同營養(yǎng)液處理對水稻地上部分形態(tài)、生理指標的影響

2.1.1株高。

以處理10 d時完全營養(yǎng)液處理水稻苗的相對株高為100，各處理的相對株高分別為-N（86.74）、-P（88.27）、-K（90.06）、-Ca（88.56）、-Mg（104.60）、-S（94.47）、

-Fe（94.59）、-Mn（96.06）、-Cu（90.17）、-Zn（94.47）、-B（99.06）、-Mo（96.52），即-N<-P<-Ca<-K<-Cu<-S=-Zn<-Fe<-Mn<-Mo<-B<全<-Mg。在秸稈全量還田10 d時，對株高制約最大的3個元素分別為N、P和Ca。以處理20 d時完全營養(yǎng)液水稻苗的相對株高為100，各處理的相對株高分別為-N（78.91）、-P（88.07）、-K（89.54）、-Ca（82.63）、-Mg（94.98）、-S（88.03）、-Fe（86.79）、-Mn（96.53）、-Cu（92.56）、-Zn（85.84）、-B（97.02）、-Mo（94.79），即-N<-Ca<-Zn<-Fe<-S<-P<-K<-Cu<-Mo<-Mg<-Mn<-B<全。秸稈全量還田20 d時對株高制約最大的3個元素分別為N、Ca和Zn（圖1、2）。缺N處理使水稻苗期生長受抑制程度最大，比完全營養(yǎng)液處理（對照）10 d的增長量降低了40.89%，差異達極顯著水平。10 d的增長量表現(xiàn)為-N<-Zn<-Fe<-Ca<-Mg<-S<-P<-K<-Mo<-B<-Mn<-Cu<全。

2.1.2基莖寬。

以完全營養(yǎng)液處理10 d時水稻苗的相對基莖寬為100，各處理的相對基莖寬分別為-N（88.65）、-P（83.69）、-K（85.82）、-Ca（86.52）、-Mg（89.83）、-S（96.69）、-Fe（91.96）、-Mn（96.45）、-Cu（89.83）、-Zn（95.98）、-B（99.29）、-Mo（88.89），由小到大依次為-P<-K<-Ca<-N<-Mo<-Cu=-Mg<-Fe<-Zn<-Mn<-S<-B<全。秸稈全量還田10 d時對基莖寬影響較大的3個元素分別為P、K和Ca。以完全營養(yǎng)液處理20 d時水稻苗的相對基莖寬為100，各處理的相對基莖寬分別為-N（79.78）、-P（81.41）、-K（83.75）、-Ca（83.03）、-Mg（90.43）、-S（87.55）、-Fe（88.63）、-Mn（99.46）、-Cu（89.71）、-Zn（95.49）、-B（88.45）、-Mo（83.21），由小到大依次為-N<-P<-Ca<-Mo<-K<-S<-B<-Fe<-Cu<-Mg<-Zn<-Mn<全。秸稈全量還田20 d時對基莖寬影響較大的3個元素分別為N、P和Ca（圖3、4）。缺N處理使水稻苗期生長受抑制程度最大，比完全營養(yǎng)液處理（對照）10 d的增長量降低了48.85%，差異達極顯著水平。10 d的增長量由小到大依次為-N<-B<-S<-Mo<-Ca<-P<-K<-Fe<-Cu<-Mg<-Zn<全<-Mn。

2.1.3葉綠素含量。

葉綠素是植物光合作用最重要的基礎(chǔ)物質(zhì)，其含量多少在一定程度上決定了植物光合作用強度的高低，從而影響植物的生長和農(nóng)作物的產(chǎn)量[9]。 不同營養(yǎng)液處理對水稻苗期葉綠素含量的影響見圖5。由圖5可知，在秸稈全量還田條件下，對水稻苗期葉綠素SPAD值影響較大的因子由大到小依次為N、K、Zn、Cu、S、Mn、Mo、B、Ca、P、Fe、Mg。在缺N營養(yǎng)液處理下，葉綠素SPAD較完全營養(yǎng)液處理降幅最大，為29.41%，差異達極顯著水平。其次是缺K營養(yǎng)液處理和缺Zn營養(yǎng)液處理，下降幅度分別為13.23%、10.46%。

2.2不同營養(yǎng)液處理對水稻苗期根系形態(tài)指標的影響

水稻根系既是吸收水分和養(yǎng)分的重要器官， 又是很多物質(zhì)同化、轉(zhuǎn)化和合成的場所， 還是與地上部分進行物質(zhì)交流的代謝器官。根系的生長情況與活力與地上部分關(guān)系密切，其生長好壞會直接影響整個水稻的生長發(fā)育、營養(yǎng)水平和產(chǎn)量水平[10]。不同營養(yǎng)液處理對水稻苗期根系形態(tài)指標的影響見表2。由表2可知，與完全營養(yǎng)液相比，除缺Mg和缺Mo處理，其他處理均使總根長、總根表面積、根平均直徑、根體積和根尖數(shù)不同程度的降低。其中降低幅度最大的是缺N處理，總根長、總根表面積、根平均直徑、根體積和根尖數(shù)分別降低了56.01%、43.51%、43.41%、43.50%和43.45%。其次是缺S和缺Zn處理。

45卷16期金 婷等秸稈全量還田條件下作物營養(yǎng)障礙因子研究

2.3綜合評價

不同營養(yǎng)液處理對水稻地上部分和地下部分各指標的影響并不完全一致，采用累計積分法（表3，按每種指標由小到大排序，然后將每種處理各指標的序號相加得到序號之和，再按序號之和排序），選取處理20 d時水稻地上部分和地下部分相對應(yīng)指標，得到秸稈全量還田引起的作物營養(yǎng)障礙因子的作用由大到小依次為N、S、Zn、P、K、Ca、Mn、Fe、Cu、B、Mo、Mg，最大的障礙因子是N，其次是S和Zn。

3結(jié)論

該研究結(jié)果表明，不同缺素營養(yǎng)液處理的水稻苗期株高、基莖粗、葉綠素含量和根系主要形態(tài)指標基本上低于完全營養(yǎng)液處理（對照），其中缺N處理各指標降低幅度最大且差異達極顯著水平。秸稈全量還田引起作物營養(yǎng)障礙因子的作用由大到小依次為N、S、Zn、P、K、Ca、Mn、Fe、Cu、B、Mo、Mg，影響最大的元素是N，其次是S、Zn、P。為更好地發(fā)揮秸稈全量還田改土培肥與增產(chǎn)提質(zhì)的作用，應(yīng)重視N、S、Zn、P等元素的配合施用。

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