秸稈全量還田與氮肥運(yùn)籌對(duì)機(jī)插粳稻產(chǎn)量及氮素吸收利用的影響

李曉峰 程金秋 梁 健 陳夢(mèng)云 任紅茹 張洪程 霍中洋 戴其根 許 軻 魏海燕 郭保衛(wèi)

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秸稈全量還田與氮肥運(yùn)籌對(duì)機(jī)插粳稻產(chǎn)量及氮素吸收利用的影響

李曉峰 程金秋 梁 健 陳夢(mèng)云 任紅茹 張洪程 霍中洋*戴其根 許 軻 魏海燕 郭保衛(wèi)

揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江流域稻作技術(shù)創(chuàng)新中心 / 揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育點(diǎn), 江蘇揚(yáng)州 225009

以常規(guī)粳稻南粳5055、南粳46為材料, 在總施純氮量為300 kghm–2條件下, 設(shè)置9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6共6種基蘗肥與穗肥比例, 探討秸稈全量還田條件下不同氮肥運(yùn)籌對(duì)機(jī)插粳稻產(chǎn)量及氮素吸收利用特征的影響。結(jié)果表明, 與秸稈不還田相比, 秸稈全量還田具有顯著的增產(chǎn)效應(yīng), 南粳5055、南粳46平均增產(chǎn)5.04%、4.64%; 隨著基蘗氮肥占總施氮量比例的下降, 秸稈全量還田機(jī)插粳稻產(chǎn)量呈先增后減的趨勢(shì), 基蘗氮肥與穗氮肥比例為7∶3時(shí), 水稻產(chǎn)量最高。相同氮肥運(yùn)籌模式下, 秸稈全量還田處理水稻拔節(jié)期及移栽至拔節(jié)階段的群體干物質(zhì)積累量均低于秸稈不還田處理, 抽穗期、成熟期及拔節(jié)至抽穗、抽穗至成熟階段的群體干物質(zhì)積累量則高于秸稈不還田處理。氮肥運(yùn)籌間表現(xiàn)為隨基蘗氮肥占總施氮量比例的下降, 拔節(jié)期及移栽至拔節(jié)階段的群體干物質(zhì)積累量下降, 而抽穗期、成熟期及拔節(jié)至抽穗、抽穗至成熟階段的群體干物質(zhì)積累量呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。當(dāng)基蘗氮肥與穗氮肥比例為7∶3時(shí), 秸稈全量還田條件下的水稻群體干物質(zhì)積累量最高, 經(jīng)濟(jì)系數(shù)也最高。秸稈全量還田水稻拔節(jié)前的氮素積累量低于秸稈不還田處理, 拔節(jié)至抽穗、抽穗至成熟階段的氮素積累量則高于秸稈不還田處理, 秸稈全量還田處理的氮肥表觀利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力均高于秸稈不還田處理。不同氮肥運(yùn)籌間表現(xiàn)為隨基蘗肥占總施氮量比例的下降, 氮肥表觀利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥生理利用率及氮肥偏生產(chǎn)力均呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì), 當(dāng)基蘗氮肥與穗氮肥運(yùn)籌比例為7∶3時(shí)最高。

秸稈全量還田; 氮肥運(yùn)籌; 機(jī)插粳稻; 產(chǎn)量; 氮素吸收; 氮肥利用率

我國(guó)秸稈資源豐富, 據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì), 每年產(chǎn)生作物秸稈約7.95億噸, 其中小麥秸稈約占禾谷類(lèi)作物秸稈總量的27.7%[1]。秸稈是一種重要的可再生有機(jī)資源, 含有豐富的碳、氮、磷、鉀以及微量元素等養(yǎng)分[2-4]。秸稈還田在改善土壤結(jié)構(gòu)和物理性狀, 提高土壤肥力的同時(shí)也有效地提高土壤對(duì)氮素的吸收利用率, 從而減小了氮素施用過(guò)程中對(duì)環(huán)境的潛在威脅[5]。大量研究表明, 秸稈還田需要配合氮肥運(yùn)籌從而避免微生物在分解秸稈過(guò)程中與水稻競(jìng)爭(zhēng)土壤中的氮素[6-8], 隨著微生物的分解, 秸稈還田中的氮素會(huì)緩慢釋放出來(lái)供水稻吸收利用[9]。李勇等[10]研究認(rèn)為秸稈全量還田條件下與傳統(tǒng)氮肥運(yùn)籌模式(基蘗肥∶穗肥=5∶5)相比優(yōu)化后的氮肥運(yùn)籌模式(基蘗肥∶穗肥=6.5∶3.5), 能提高水稻產(chǎn)量和氮肥利用率。胡雅杰等[11]研究認(rèn)為較常規(guī)氮肥運(yùn)籌(基蘗肥∶穗肥=6∶4), 適當(dāng)提高基肥比例(基蘗肥∶穗肥=7∶3)可提高秸稈全量還田條件下機(jī)插超級(jí)粳稻產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量、氮素積累量和氮肥利用率。李錄久等[12]研究表明, 在秸稈還田和不還田條件下分別設(shè)置3種氮肥運(yùn)籌比例, 以基蘗肥與穗肥比例為8∶2運(yùn)籌方式較為適宜, 水稻產(chǎn)量最高, 籽粒含氮量升高、氮吸收量增多, 氮肥利用率提高。嚴(yán)奉君等[13]研究認(rèn)為秸稈覆蓋條件下, 氮肥運(yùn)籌以基肥∶蘗肥∶穗肥為3∶3∶4時(shí)的水稻根系生長(zhǎng)旺盛, 物質(zhì)生產(chǎn)能力強(qiáng), 氮肥利用率最高。陳夕進(jìn)等[14]研究認(rèn)為秸稈還田后, 適宜的基蘗肥與穗肥比例為8∶2; 秸稈不還田處理, 適宜的基蘗肥與穗肥比例為7∶3。由此可見(jiàn), 前人關(guān)于秸稈還田對(duì)水稻生長(zhǎng)影響的結(jié)果不盡一致, 而且以往研究的氮肥運(yùn)籌設(shè)計(jì)偏少, 仍具有一定的經(jīng)驗(yàn)性, 缺乏系統(tǒng)性, 同時(shí)研究重點(diǎn)大多集中于秸稈還田條件下的氮肥運(yùn)籌效果, 其與秸稈不還田條件下的氮肥運(yùn)籌效果之間缺乏比較研究, 特別是對(duì)秸稈還田和秸稈不還田各自的最佳氮肥運(yùn)籌模式下水稻產(chǎn)量和氮素吸收利用的差異缺乏系統(tǒng)比較評(píng)價(jià)。本試驗(yàn)采用毯苗機(jī)插方式, 設(shè)置6種基蘗肥與穗肥運(yùn)籌比例, 系統(tǒng)研究分析秸稈還田和秸稈不還田條件下的氮肥運(yùn)籌效應(yīng)及其互作關(guān)系。試圖探明秸稈全量還田機(jī)插稻高產(chǎn)高效栽培最佳氮肥運(yùn)籌模式, 以期為秸稈全量還田機(jī)插稻高產(chǎn)施肥提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與供試品種

試驗(yàn)在揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院校外基地江蘇省常熟市農(nóng)業(yè)綜合展示基地(31°41′15″N, 120°40′16″E)進(jìn)行。前茬為小麥, 土壤質(zhì)地屬黏土, 地力中等偏上, 土壤含有機(jī)質(zhì)21.50 g kg–1、全氮1.88 g kg–1、速效磷15.90 mg kg–1、速效鉀98.70 mg kg–1。

供試品種為常規(guī)早熟晚粳稻南粳46和南粳5055。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以秸稈還田與不還田為主區(qū), 氮肥運(yùn)籌為裂區(qū), 品種為裂-裂區(qū)。其中, 秸稈還田處理為, 小麥?zhǔn)斋@時(shí)啟動(dòng)切碎裝置將秸稈全部還田, 秸稈還田量6.0 t hm–2; 秸稈不還田處理為, 小麥機(jī)械收獲, 留茬高度5 cm, 粉碎秸稈用人工移除至田外。設(shè)計(jì)6種基蘗肥與穗肥比例, 分別為9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6。同時(shí)設(shè)置不施氮處理(CK)。共28個(gè)處理, 重復(fù)3次, 計(jì)84個(gè)小區(qū), 小區(qū)面積15 m2, 每小區(qū)之間筑35~40 cm土埂并用塑料薄膜包埂, 保證單獨(dú)排灌。

施氮區(qū)每公頃施純氮300 kg, 基蘗肥中的基肥與分蘗肥比例均為5∶5, 基肥在移栽前1 d施入, 分蘗肥分別在移栽后二葉期和三葉期各施50%, 穗肥分別在倒四葉、倒二葉各施60%、40%。N∶P∶K=1.0∶0.5∶0.8, 其中磷肥一次性基施, 鉀肥分基肥和拔節(jié)肥兩次施用, 各施50%。不施氮區(qū)的磷、鉀肥用量及施用方法與施氮區(qū)一致。氮、磷、鉀肥分別以尿素(含N 46.4%)、過(guò)磷酸鈣(含P2O512.5%)、氯化鉀(含K2O 57%)折算施用。

于2014年5月25日播種, 6月10日移栽; 2015年5月26日播種, 6月12日移栽。以毯苗機(jī)插軟盤(pán)旱育秧, 每盤(pán)播干種120 g。栽插行株距為30.0 cm×11.7 cm, 每穴4株, 栽插后及時(shí)查漏補(bǔ)缺。水分管理為, 薄水移栽活棵并露田1~2次, 分蘗期淺水勤灌, 至有效分蘗臨界葉齡期前1個(gè)葉齡(N-n-1)自然斷水?dāng)R田, 并采取輕擱、多擱的方法; 拔節(jié)后實(shí)行濕潤(rùn)灌溉, 直至收獲前5~7 d停止灌溉。病、蟲(chóng)、草害防治按當(dāng)?shù)卮竺娣e生產(chǎn)統(tǒng)一實(shí)施。

1.3 測(cè)定內(nèi)容與方法

1.3.1 莖蘗動(dòng)態(tài) 從每小區(qū)選取2個(gè)觀察點(diǎn), 每點(diǎn)選取連續(xù)10穴定期調(diào)查, 每5 d調(diào)查一次莖蘗數(shù), 直到抽穗期。

1.3.2 干物質(zhì)量 于分蘗中期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期, 按每小區(qū)莖蘗數(shù)的平均數(shù)取代表性植株3穴, 于105℃下殺青30 min, 75℃下烘干至恒重, 測(cè)定植株干物質(zhì)重。

1.3.3 氮素積累量 將植株干樣粉碎后用H2SO4-H2O2消化, 以半微量凱氏定氮法測(cè)定各部分氮含量。

1.3.4 產(chǎn)量 成熟期普查每小區(qū)50穴, 計(jì)算有效穗數(shù), 取5穴調(diào)查每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率, 以1000粒實(shí)粒樣本(干種子)稱(chēng)重, 重復(fù)3次(誤差不超過(guò)0.05 g)求取千粒重。成熟期從各小區(qū)割取100穴, 去雜, 測(cè)定水分, 核收實(shí)產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析

氮肥表觀利用率(%) = (施氮區(qū)植株氮素積累量?空白區(qū)植株氮素積累量)/施氮量×100

氮肥農(nóng)學(xué)利用率(kg kg–1) = (施氮區(qū)水稻產(chǎn)量?空白區(qū)水稻產(chǎn)量)/施氮量

氮肥生理利用率(kg kg–1) = (施氮區(qū)水稻產(chǎn)量?空白區(qū)水稻產(chǎn)量)/(施氮區(qū)植株氮素積累量?空白區(qū)植株氮素積累量)

百千克籽粒需氮量(kg) = (植株氮素積累量/產(chǎn)量)×100

收獲指數(shù)(%) = (群體單位面積經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量/群體單位面積地上部總干物質(zhì)積累量)×100

采用Microsoft Excel 2003錄入和計(jì)算數(shù)據(jù), 運(yùn)用DPS軟件統(tǒng)計(jì)分析。

由于2年試驗(yàn)結(jié)果的規(guī)律基本一致, 本文主要取2015年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

方差分析表明(表1和表2), 秸稈還田(A)、氮肥運(yùn)籌(B)及其互作效應(yīng)(A×B)均達(dá)極顯著水平, 不同處理年度間(Y)差異也極顯著, 而年度(Y)與秸稈還田(A)、氮肥運(yùn)籌比例(B)處理的互作效應(yīng)均不顯著。

進(jìn)一步分析可知(表3和表4), 南粳5055、南粳46秸稈全量還田條件下各處理的產(chǎn)量分別比秸稈不還田處理高1.44%~12.14%、1.76%~10.70%, 平均高5.04%、4.64%; 不同氮肥運(yùn)籌間均表現(xiàn)為隨基蘗肥占總施氮量比例的下降, 產(chǎn)量呈先增后減趨勢(shì), 其中在秸稈全量還田條件下, 以基蘗肥與穗肥比例7∶3處理的產(chǎn)量最高, 在秸稈不還田條件下, 以基蘗肥與穗肥比例6∶4處理的產(chǎn)量最高, 且秸稈全量還田條件下最佳氮肥運(yùn)籌處理(7∶3)的產(chǎn)量顯著高于秸稈不還田條件下最佳氮肥運(yùn)籌處理(6∶4), 平均產(chǎn)量分別高7.70% (南粳5055)、6.25% (南粳46)。說(shuō)明, 秸稈全量還田配以合理的氮肥運(yùn)籌更利于提高水稻產(chǎn)量。不同處理產(chǎn)量構(gòu)成因素則表現(xiàn)為, 與秸稈不還田相比, 秸稈全量還田處理的穗數(shù)減少, 而每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重均有所增加。不同氮肥運(yùn)籌間, 秸稈全量還田和不還田處理的穗數(shù)均表現(xiàn)為隨基蘗肥占總施氮量比例的減少而降低, 但均顯著高于不施氮處理, 每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重呈先增后減趨勢(shì)。群體穎花量則表現(xiàn)為秸稈全量還田顯著高于秸稈不還田, 隨著基蘗肥與穗肥比例的下降, 群體穎花量表現(xiàn)為先增加后減少的趨勢(shì), 其中秸稈全量還田時(shí)以7∶3處理最高, 秸稈不還田時(shí)則以6∶4處理最高, 且秸稈全量還田條件下的最高群體穎花量(7∶3處理)顯著高于秸稈不還田條件下的最高群體穎花量(6∶4處理), 分別高5.13% (南粳5055)、5.09% (南粳46)。因此, 在秸稈全量還田條件下, 適當(dāng)增施氮肥或提高基蘗氮肥比例, 能有效地降低秸稈還田后的抑制效應(yīng), 促進(jìn)分蘗早發(fā), 穩(wěn)定穗數(shù), 增加穗粒數(shù), 提高群體總穎花量, 實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)增產(chǎn)。

表1 秸稈還田與氮肥運(yùn)籌條件下南粳5055產(chǎn)量的方差分析

*,**分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著, ns表示差異不顯著(>0.05)

*and**mean significance at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively. ns: not significant. Y: year; A: straw treatment; B: nitrogen application practice.

表2 秸稈還田與氮肥運(yùn)籌條件下南粳46產(chǎn)量的方差分析

*,**分別表示在0.05和0.01水平差異顯著, ns表示差異不顯著(>0.05)。

*and**mean significance at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively. ns: not significant. Y: year; A: straw treatment; B: nitrogen application practice.

2.2 群體干物質(zhì)積累

由表5可知, 秸稈全量還田對(duì)不同生育時(shí)期群體干物質(zhì)積累量的影響不同。在拔節(jié)期, 秸稈全量還田處理的群體干物質(zhì)積累量均低于相同氮肥運(yùn)籌秸稈不還田處理, 而在抽穗期、成熟期則均高于秸稈不還田處理。其中南粳5055和南粳46拔節(jié)期秸稈全量還田處理比秸稈不還田處理平均分別低4.86%、5.31%, 在抽穗期、成熟期則分別高4.42%、2.73%和5.84%、4.48%。在拔節(jié)期, 不同氮肥運(yùn)籌間均表現(xiàn)為隨基蘗肥占總施氮量比例的下降, 群體干物質(zhì)積累量呈遞減趨勢(shì); 而在抽穗期與成熟期, 不同氮肥運(yùn)籌間均表現(xiàn)為隨基蘗肥占總施氮量比例的下降, 群體干物質(zhì)積累量呈先增后減趨勢(shì), 其中在秸稈全量還田與不還田條件下分別以基蘗肥與穗肥比例為7∶3、6∶4處理的群體干物質(zhì)積累量最高, 且秸稈全量還田最佳氮肥運(yùn)籌處理(7∶3)成熟期干物質(zhì)積累量顯著高于秸稈不還田最佳氮肥運(yùn)籌處理(6∶4), 分別高10.33% (南粳5055)、6.03% (南粳46)。收獲指數(shù)也表現(xiàn)為秸稈全量還田處理較秸稈不還田高, 平均提高0.53 (南粳5055)和0.63 (南粳46)。說(shuō)明秸稈腐解一定程度上抑制了水稻生育前期的生長(zhǎng), 但秸稈分解釋放的氮素顯著促進(jìn)了中后期群體生長(zhǎng), 這可能是水稻產(chǎn)量及收獲指數(shù)提高的主要原因。

表3 秸稈全量還田和秸稈不還田下氮肥運(yùn)籌對(duì)機(jī)插粳稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響(2014)

同一品種同列數(shù)據(jù)后不同小、大寫(xiě)字母分別表示處理間差異達(dá)0.05和0.01顯著水平。表中“處理”指基蘗肥與穗肥比例, “CK”為對(duì)照。

Values followed by different lowercase and capital letters in a column are significantly different at the 0.05 and 0.01 probability levels respectively. The “Treatment” in table refers to the ratio basal-tillering-fertilizer to panicle-fertilizer; “CK” refers to control.

表4 秸稈全量還田和秸稈不還田下氮肥運(yùn)籌對(duì)機(jī)插粳稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響(2015)

同一品種同列數(shù)據(jù)后不同小、大寫(xiě)字母分別表示處理間差異達(dá)0.05和0.01顯著水平。表中“處理”指基蘗肥與穗肥比例, “CK”為對(duì)照。

Values followed by different lowercase and capital letters in a column are significantly different at the 0.05 and 0.01 probability levels respectively. The “Treatment” in table refers to the ratio basal-tillering-fertilizer to panicle-fertilizer; “CK” refers to control.

2.3 階段干物質(zhì)積累及其比例

由表6可知, 在移栽至拔節(jié)階段, 秸稈全量還田處理的群體階段干物質(zhì)積累量均低于相同氮肥運(yùn)籌下秸稈不還田處理, 而在拔節(jié)至抽穗、抽穗至成熟階段則均高于秸稈不還田處理。其中南粳5055和南粳46秸稈全量還田處理移栽至拔節(jié)階段干物質(zhì)積累量比秸稈不還田處理分別低4.89%、5.33%, 在拔節(jié)至抽穗、抽穗至成熟階段則分別高10.27%、7.84%和8.23%、7.49%。不同氮肥運(yùn)籌群體階段干物質(zhì)積累量在移栽至拔節(jié)階段均表現(xiàn)為隨基蘗肥占總施氮量比例的下降而下降, 而在拔節(jié)至抽穗、抽穗至成熟階段的群體干物質(zhì)積累量則均表現(xiàn)為隨基蘗肥占總施氮量比例的下降呈先增后減趨勢(shì)。其中秸稈全量還田條件下抽穗至成熟階段的群體干物質(zhì)積累量最高的為7∶3處理, 而在秸稈不還田條件下為6∶4處理, 且秸稈全量還田條件下水稻群體干物質(zhì)積累量最高的處理(7∶3)顯著高于秸稈不還田條件下的群體干物質(zhì)積累量最高的處理(6∶4), 南粳5055、南粳46分別高12.80%、9.28%。

表5 氮肥運(yùn)籌對(duì)機(jī)插粳稻干物質(zhì)積累特征的影響

同一品種同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示處理間差異達(dá)0.05顯著水平。表中“處理”指基蘗肥與穗肥比例, “CK”為對(duì)照。

Values followed by different lowercase letters in a column are significantly different at the 0.05 probability level. The “Treatment” in table refers to the ratio basal-tillering-fertilizer to panicle-fertilizer; “CK” refers to control.

2.4 各生育階段氮素積累量及其比例

由表7可知, 在拔節(jié)前, 秸稈全量還田處理的氮素積累量均低于相同氮肥運(yùn)籌秸稈不還田處理, 而在拔節(jié)至抽穗、抽穗至成熟階段則均高于秸稈不還田處理。其中南粳5055和南粳46拔節(jié)期秸稈全量還田處理比秸稈不還田處理平均低3.38%、5.85%, 在拔節(jié)至抽穗、抽穗至成熟階段則分別高17.30%、19.12%和12.05%、7.73%。不同氮肥運(yùn)籌處理的氮素積累量及其占總吸氮量比例在拔節(jié)前均表現(xiàn)為隨基蘗肥占總施氮量比例的下降而下降; 拔節(jié)至抽穗階段的氮素積累量表現(xiàn)為隨基蘗肥占總施氮量比例的下降呈先增后減趨勢(shì), 而階段氮素積累量占總吸氮量的比例則隨基蘗肥占總施氮量比例的下降呈遞增趨勢(shì); 抽穗至成熟階段的氮素積累量及其占總吸氮量的比例均表現(xiàn)為隨基蘗肥占總施氮量比例的下降呈先增后減的趨勢(shì)。其中在秸稈全量還田條件下水稻抽穗至成熟階段的氮素積累量最高的為7∶3處理, 而在秸稈不還田條件下為6∶4處理, 且秸稈全量還田條件下7∶3處理的階段氮素積累量顯著高于秸稈不還田條件下的6∶4處理, 分別高12.68% (南粳5055)、6.69% (南粳46)。

表6 氮肥運(yùn)籌對(duì)機(jī)插粳稻各生育期干物質(zhì)積累及其比例的影響

同一品種同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示處理間差異達(dá)0.05顯著水平。表中“處理”指基蘗肥與穗肥比例, “CK”為對(duì)照。

Values followed by different lowercase letters in a column are significantly different at the 0.05 probability level. The “Treatment” in table refers to the ratio basal-tillering-fertilizer to panicle-fertilizer; “CK” refers to control.

表7 氮肥運(yùn)籌對(duì)機(jī)插粳稻各生育階段氮素吸收積累的影響

同一品種同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示處理間差異達(dá)0.05顯著水平。表中“處理”指基蘗肥與穗肥比例, “CK”為對(duì)照。

NA: nitrogen accumulation. Values followed by different lowercase letters in a column are significantly different at the 0.05 probability level. The “Treatment” in table refers to the ratio basal-tillering-fertilizer to panicle-fertilizer; “CK” refers to control.

2.5 氮素吸收利用率

由表8可知, 秸稈全量還田處理的氮肥表觀利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力均高于相同氮肥運(yùn)籌下秸稈不還田處理。其中南粳5055和南粳46秸稈全量還田處理比秸稈不還田處理的氮肥表觀利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力平均高6.43、5.77、2.29和1.91、1.76、1.30。而秸稈全量還田處理的氮肥生理利用率與百千克籽粒吸氮量較秸稈不還田處理無(wú)規(guī)律性差異。不同氮肥運(yùn)籌間均表現(xiàn)為隨基蘗肥占總施氮量比例的下降, 氮肥表觀利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥生理利用率及氮肥偏生產(chǎn)力均呈先增后減的趨勢(shì), 其中在秸稈全量還田條件下以基蘗肥與穗肥比例為7∶3處理最高, 而在秸稈不還田條件下以基蘗肥與穗肥比例為6∶4 處理最高, 且秸稈全量還田條件下基蘗肥與穗肥比例為7∶3處理的氮素總積累量、氮肥表觀利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力也均明顯高于秸稈不還田條件下6∶4處理, 分別高14.08 kg hm–2(南粳5055)、12.88 kg hm–2(南粳46)、6.84%、6.19%, 2.36 kg kg–1、2.16 kg kg–1, 3.55 kg kg–1、2.11 kg kg–1。

表8 氮肥運(yùn)籌對(duì)機(jī)插粳稻的氮素利用效率的影響

同一品種同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示處理間差異達(dá)0.05顯著水平。表中“處理”指基蘗肥與穗肥比例, “CK”為對(duì)照。

NA: nitrogen accumulation; ANUE: apparent nitrogen use efficiency; PNUE: physiological nitrogen use efficiency; AE: agronomic nitrogen use efficiency; PFP: partial factor productivity of applied N; NRG: nitrogen requirement for 100 kg grains. Values followed by different lowercase letters in a column are significantly different at the 0.05 probability level. The “Treatment” in table refers to the ratio basal-tillering-fertilizer to panicle-fertilizer; “CK” refers to control.

3 討論

3.1 秸稈全量還田與氮肥運(yùn)籌對(duì)機(jī)插粳稻產(chǎn)量的影響

關(guān)于秸稈還田對(duì)水稻產(chǎn)量的影響, 前人進(jìn)行了大量研究, 但研究結(jié)果不盡一致。袁玲等[15]、葉文培等[16]和Xu等[17]認(rèn)為, 秸稈還田能提高水稻產(chǎn)量5%~10%。陳新紅等[18]和徐國(guó)偉等[19]認(rèn)為秸稈還田對(duì)水稻產(chǎn)量的影響不顯著。關(guān)于氮肥運(yùn)籌對(duì)水稻產(chǎn)量的影響, 胡雅杰等[11]研究認(rèn)為, 基蘗氮肥∶穗氮肥=7∶3時(shí)可顯著增加穗數(shù)而提高機(jī)插超級(jí)粳稻產(chǎn)量; 王建明等[20]研究認(rèn)為, 基蘗肥∶穗肥比例為7∶3~8∶2時(shí), 可以保證足穗與高產(chǎn)。本研究則認(rèn)為, 秸稈全量還田具有一定的增產(chǎn)效應(yīng), 但增產(chǎn)是否顯著與基蘗肥與穗肥的氮肥運(yùn)籌比例關(guān)系密切, 當(dāng)基蘗肥與穗肥的氮肥運(yùn)籌比例為7∶3時(shí), 南粳5055、南粳46的增產(chǎn)幅度最大, 分別達(dá)12.14%、10.70%, 并極顯著高于其他處理(包括顯著高于秸稈不還田最佳氮肥運(yùn)籌處理即6∶4處理的產(chǎn)量, 分別高7.70%、6.25%); 但當(dāng)?shù)蔬\(yùn)籌比例為6∶4、5∶5、4∶6時(shí), 增產(chǎn)效應(yīng)則不顯著。這可能是由于水稻生育前期秸稈腐爛與水稻生長(zhǎng)爭(zhēng)氮, 如施氮比例過(guò)小, 則易使水稻氮素供應(yīng)不足并抑制分蘗, 影響中后期生長(zhǎng)與高產(chǎn), 而適當(dāng)提高前期氮肥施用比例及施用量, 能較好協(xié)調(diào)秸稈腐爛與水稻生長(zhǎng)爭(zhēng)氮, 確保水稻分蘗早發(fā)穩(wěn)發(fā), 實(shí)現(xiàn)預(yù)期穗數(shù), 并協(xié)調(diào)足穗與大穗的矛盾, 顯著增加每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重, 從而獲得高產(chǎn)。但本試驗(yàn)是在秸稈還田量為6.0 t hm–2的條件下進(jìn)行的, 秸稈還田量增加或者減少, 以及土壤養(yǎng)分背景值是否會(huì)影響氮肥運(yùn)籌對(duì)秸稈還田水稻產(chǎn)量的效應(yīng), 這方面仍有待進(jìn)一步深入研究。

3.2 秸稈全量還田與氮肥運(yùn)籌對(duì)機(jī)插粳稻干物質(zhì)積累的影響

朱斌等[21]研究表明, 秸稈還田后各處理的群體干物質(zhì)積累量在水稻生長(zhǎng)前期均小于秸稈不還田處理; 在水稻生長(zhǎng)中后期, 秸稈還田對(duì)水稻生長(zhǎng)有促進(jìn)作用, 表現(xiàn)為群體干物質(zhì)積累量的顯著增加。劉世平等[22]研究認(rèn)為, 作物秸稈的腐熟速率均為“前快后慢”的趨勢(shì), 所以, 經(jīng)常在水稻生育前期造成對(duì)干物質(zhì)積累等的抑制[23]。本研究結(jié)果認(rèn)為, 秸稈全量還田對(duì)不同生育時(shí)期群體干物質(zhì)積累的影響不同。在拔節(jié)期, 秸稈全量還田各處理的群體干物質(zhì)積累量小于秸稈不還田處理, 這可能主要與秸稈前期快速腐爛抑制干物質(zhì)積累有關(guān); 在抽穗期和成熟期, 秸稈全量還田各處理的群體干物質(zhì)積累量明顯高于秸稈不還田處理, 且群體干物質(zhì)積累量增加幅度及顯著性與氮肥運(yùn)籌有密切關(guān)系, 前期施肥比例過(guò)小, 造成施氮量低, 加之秸稈的“爭(zhēng)氮”, 容易出現(xiàn)供氮不足的現(xiàn)象, 造成地上部分群體過(guò)小, 從而減少了各生育期干物質(zhì)的積累量, 但前期施氮比例過(guò)大, 造成施氮量過(guò)大, 前中期群體過(guò)旺, 無(wú)效分蘗過(guò)多, 群體質(zhì)量下降, 產(chǎn)量不高不穩(wěn)。在秸稈全量還田條件下配以基蘗氮肥:穗氮肥比例7∶3, 能有效地平衡前期與后期群體生長(zhǎng), 顯著提高水稻中后期的群體干物質(zhì)積累量, 確保穗、粒、重的協(xié)調(diào)生長(zhǎng), 實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。

3.3 秸稈全量還田與氮肥運(yùn)籌對(duì)機(jī)插粳稻氮素吸收利用的影響

秸稈還田能否代替一定的氮肥用量與提高養(yǎng)分利用率一直為許多學(xué)者所關(guān)心[24-25]。Van Asten等[25]認(rèn)為, 秸稈還田能夠通過(guò)自身的氮素分解固氮與增加外源氮素的固定量, 從而增加氮肥的利用率。陸強(qiáng)等[26]研究表明在稻麥輪作系統(tǒng)中秸稈還田配施化肥相比較秸稈不還田水稻氮肥表觀利用率和農(nóng)學(xué)利用率均顯著提高。李錄久等[12]和嚴(yán)奉君等[13]研究表明, 小麥秸稈還田下水稻氮素農(nóng)學(xué)利用率和氮素生理利用率均比無(wú)秸稈覆蓋處理下有所提高。前人關(guān)于氮肥吸收利用的研究大多集中于較高產(chǎn)的氮肥運(yùn)籌比例下, 而本試驗(yàn)在6種常規(guī)的氮肥運(yùn)籌比例下均表現(xiàn)為秸稈全量還田處理提高了氮素總積累量、氮肥表觀利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力, 與前人研究基本一致。但本研究還發(fā)現(xiàn), 秸稈全量還田水稻拔節(jié)前的氮素積累量低于秸稈不還田處理, 拔節(jié)至抽穗、抽穗至成熟階段的氮素積累量則高于秸稈不還田處理。造成這樣的原因主要是秸稈還田降低水稻前期土壤有效氮含量, 減少水稻前期吸氮量, 而提高水稻中后期土壤養(yǎng)分含量, 促進(jìn)水稻生育中后期氮素吸收積累[27]。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn), 氮素吸收利用率的變化幅度及顯著性差異與氮肥運(yùn)籌密切相關(guān), 在氮肥運(yùn)籌7∶3情況下, 秸稈還田處理的氮素積累總量、氮肥表觀利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力提高幅度最大, 分別為21.08 kg hm–2(南粳5055)、18.56 kg hm–2, 9.10、8.09, 4.75 kg kg–1、3.73 kg kg–1, 4.21 kg kg–1、3.13 kg kg–1, 且顯著高于其他處理; 氮肥生理利用率與百千克籽粒吸氮量變化差異小, 但均以秸稈全量還田下基蘗肥比穗肥為7∶3時(shí)氮肥生理利用率最高、百千克籽粒吸氮量最小。王建明等[20]研究認(rèn)為, 秸稈還田條件下水稻的氮素吸收量隨基蘗肥與穗肥比例的提高而提高, 而本試驗(yàn)研究則認(rèn)為, 氮素總吸收量隨基蘗肥與穗肥比例的提高而呈先增加后下降的趨勢(shì), 這可能與氮素施用總量或土壤肥力基礎(chǔ)有關(guān)。因此, 秸稈全量還田條件下適當(dāng)提高基蘗肥比例, 能降低水稻生育前期因秸稈分解爭(zhēng)氮的脅迫, 利于協(xié)調(diào)全生育期氮素吸收利用, 提高水稻成熟期氮素積累量和氮素利用率。

4 結(jié)論

秸稈全量還田、氮肥運(yùn)籌及其互作對(duì)水稻產(chǎn)量和氮肥吸收利用具有顯著影響。與秸稈不還田相比, 秸稈全量還田水稻拔節(jié)期、移栽至拔節(jié)階段的群體干物質(zhì)積累量、氮素積累量均低, 抽穗期、成熟期、拔節(jié)至抽穗、抽穗至成熟階段的群體干物質(zhì)積累量和拔節(jié)至抽穗、抽穗至成熟階段的氮素積累量、氮肥表觀利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力高, 水稻產(chǎn)量提高1.44%~12.14% (南粳5055)、1.76%~10.70% (南粳46), 平均增產(chǎn)5.04% (南粳5055)、4.64% (南粳46)?；Y氮肥與穗氮肥為7∶3時(shí), 秸稈全量還田水稻抽穗期、成熟期、拔節(jié)至抽穗、抽穗至成熟階段的群體干物質(zhì)積累量、氮肥表觀利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥生理利用率、氮肥偏生產(chǎn)力及水稻產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)系數(shù)最高。秸稈全量還田最佳氮肥運(yùn)籌處理(7∶3)產(chǎn)量也顯著高于秸稈不還田最佳氮肥運(yùn)籌處理(6∶4)產(chǎn)量, 分別高7.7% (南粳5055)、6.25% (南粳46)。

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Effects of Total Straw Returning and Nitrogen Application on Grain Yield and Nitrogen Absorption and Utilization of Machine TransplantedRice

LI Xiao-Feng, CHENG Jin-Qiu, LIANG Jian, CHEN Meng-Yun, REN Hong-Ru, ZHANG Hong-Cheng, HUO Zhong-Yang*, DAI Qi-Gen, XU Ke, WEI Hai-Yan, and GUO Bao-Wei

Innovation Center of Rice Cultivation Technology in Yangtze Valley, Ministry of Agriculture / Jiangsu Province Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology, Yangzhou 225009, China

Two regularrice cultivars in Jiangsu (Nanjing 5055 and Nanjing 46) were adopted in this study. The aim of this study was to discuss the influence of different nitrogen fertilizer applications on yield nitrogen absorption and utilization in mechanical transplantedrice, under the condition of total straw returning. Total amount of nitrogen fertilizer was 300 kg N ha–1, with treatments of different basal-tillering / panicle fertilizer ratios, including 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5:5, and 4:6. The yield was significantly affected by total straw returning as compared with non-application of straw, that of Nanjing 5055 and Nanjing 46 increased by 5.04% and 4.64% reapectirely. The yield of machine transplantedrice with straw returned to the field first increased and then decreased with decreasing basal-tillering-fertilizer proportion, and the treatment with 7:3 of basal-tillering / panicle fertilizer ratio had the highest yield. With the same nitrogen application, dry matter accumulation of total straw returning treatment was lower than that of the control during the elongation stage and the transplantation to elongation stage, but higher at heading stage, mature stage, elongation to heading stage and heading to maturity stage.With the decrease of basal-tillering- fertilizer proportion, dry matter accumulation was decreased at elongation stage and transplantation to elongation stage, but first increased and then decreased during the heading, mature, elongation to heading and heading to maturity stages. In the treatment of 7:3 of basal-tillering/panicle fertilizer ratio, the dry matter accumulation, and economic coefficient were the highest in whole straw returning treatment. In the whole straw returning treatment, compared with the control, the nitrogen accumulation was lower before elongation, but higher at elongation to heading and heading to maturity stages. In addition, the nitrogen apparent efficiency, nitrogen agronomic efficiency and nitrogen partial factor productivity were also higher than thase of the treatment without straw application. In different nitrogen fertilizer applications, with the decrease of basal-tillering-fertilizer proportion, the nitrogen apparent efficiency, nitrogen agronomic efficiency, nitrogen physiological efficiency and nitrogen partial factor productivity were first increased and then decreased, reaching the highest point when the application proportion of base-tiller nitrogen fertilizer to earing nitrogen fertilizer was 7:3.

Total straw returning; Nitrogen application; Machine transplantedrice; Grain yield; Nitrogen uptake; Nitrogen use efficiency

本研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0200805), 江蘇農(nóng)業(yè)三新工程項(xiàng)目(SXGC[2016]321)和江蘇農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(BE2015340, BE2016351)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program (2016YFD0200805), the Three New Agriculture Project of Jiangsu Province (SXGC[2016]321), and the Research Program on Agricultural Science and Technology of Jiangsu Province (BE2015340, BE2016351).

(收稿日期): 2016-10-12; Accepted(接受日期): 2017-03-02; Published online(網(wǎng)絡(luò)出版日期): 2017-03-29.

10.3724/SP.J.1006.2017.00912

(Corresponding author): 霍中洋, E-mail: huozy69@163.com, Tel: 0514-87979220

E-mail: leeanton39@163.com, Tel: 15358465457

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20170329.1512.002.html