稻草還田與施氮量對(duì)水稻氮素吸收及產(chǎn)量影響

馬春梅，王永吉，于舒函，王家睿

稻草還田與施氮量對(duì)水稻氮素吸收及產(chǎn)量影響

馬春梅，王永吉，于舒函，王家睿

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱150030）

以寒地水稻品種為試驗(yàn)材料，設(shè)置稻草不還田、0.5倍、1.0倍、1.5倍、2倍還田5個(gè)處理，N0（不施入尿素)、N1（150 kg·hm-2）、N2（300 kg·hm-2）3個(gè)氮肥施用水平，研究不同時(shí)期水稻氮素吸收情況、氮素積累量、氮素分配率以及水稻產(chǎn)量。結(jié)果表明，分蘗期稻草還田量增加抑制水稻氮素吸收及積累，抑制作用隨施氮量增加而降低；幼穗分化期稻草還田促進(jìn)水稻地下部分氮素吸收，在不同施氮量條件下，0.5倍還田處理氮素積累量達(dá)最高值；收獲期水稻地上和地下部分氮素均向籽粒部分轉(zhuǎn)移，稻草還田配施氮肥情況下水稻分蘗及有效分蘗提升，N1施肥水平下1.0倍還田處理產(chǎn)量達(dá)最高值，N2施肥水平下0.5倍還田處理達(dá)最高值，稻草還田不配施氮肥或配施氮肥情況下稻草還田過量均降低水稻產(chǎn)量。

水稻；稻草還田；施氮量；氮素吸收；產(chǎn)量

水稻種植對(duì)我國糧食安全具有重要戰(zhàn)略意義[1]。稻草中含有豐富C、N、P、K、Si等水稻生長發(fā)育所需元素，還田處理對(duì)培肥地力，調(diào)節(jié)農(nóng)田環(huán)境有積極作用[2-3]。秸稈焚燒污染空氣且破壞土壤結(jié)構(gòu)，造成農(nóng)田質(zhì)量下降[4-5]。

作物秸稈還田可改良土壤結(jié)構(gòu)、培肥土壤、抗旱增產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。氮肥投入為水稻糧食高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供保障，合理施肥是農(nóng)作物生產(chǎn)過程中重要環(huán)節(jié)，氮肥施用不當(dāng)造成農(nóng)田土壤營養(yǎng)不均衡及經(jīng)濟(jì)損失，稻草還田后水稻施肥方式隨之改變[6]。

稻草還田配合施氮肥可提升水稻產(chǎn)量[7-8]，施氮量增加顯著提高水稻抽穗后各器官含氮率和氮積累量[9]。但Kessel等認(rèn)為稻草還田降低氮肥利用率，對(duì)水稻產(chǎn)量影響不顯著[10]。刁曉林等研究表明稻草還田對(duì)水稻產(chǎn)量增量不顯著，同時(shí)配合施氮肥磷肥可降低鉀肥的需求量[11]。汪軍等認(rèn)為與稻草不還田相比，稻草還田降低單位面積穗數(shù)，提高每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率與千粒重[12]。目前國內(nèi)外水稻產(chǎn)量相關(guān)研究較多，稻草還田配施氮肥情況下水稻植株各生育期及地下部分氮素吸收研究較少且尚無定論。本文研究寒地稻草還田配施氮肥對(duì)水稻氮素吸收及產(chǎn)量影響，以期為寒地水稻稻草還田生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院盆栽場(chǎng)完成。地理坐標(biāo)為東經(jīng)126°22'~126°50'，北緯45°34'~45° 46'。屬于寒溫帶大陸性氣候，年降水量500~550 mm，無霜期約140 d，≥10℃積溫2 700℃左右。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽方法，設(shè)置稻草不還田（STM）、0.5倍還田（0.5STR）、1.0倍還田（1.0STR）、1.5倍還田（1.5STR）、2倍還田（2STR），選擇直徑約35cm塑料桶，根據(jù)面積比確定稻草還入量，0.5倍還田處理稻草還田量為40 g（6.25 t·hm-2），1.0倍還田處理稻草還田量為80 g（12.50 t·hm-2），1.5倍還田處理稻草還田量為120 g（18.75 t·hm-2），2倍還田處理稻草還田量為160 g（25 t·hm-2）。將稻草截成5 cm左右小段，翻埋方式還田。設(shè)置3個(gè)施N水平，以N0，N1，N2表示，N0處理不施入尿素，N1處理施入尿素1.05 g（150 kg·hm-2），N2處理施入尿素2.1 g（300 kg·hm-2），供試尿素含氮量46%。同時(shí)每盆施入磷酸二氫鈣（P：22%）1.05 g（150 kg·hm-2）和硫酸鉀（K2O：30%）0.7 g（100 kg·hm-2），其中50%尿素和全部磷、鉀肥作基肥施入，另50%尿素在分蘗期追施。

為模擬大田生產(chǎn)情況，盆栽使用土壤為常年種植水稻田土，每桶放入約15 kg黑土，每個(gè)處理5次重復(fù)，土壤中有機(jī)質(zhì)27.12 g·kg-1，全氮0.61 g·kg-1，速效氮48.54 mg·kg-1，全磷0.61 g·kg-1，速效磷48.54 mg·kg-1，全鉀20.05 g·kg-1，速效鉀160.42 mg·kg-1。2015年5月20日完成盆栽裝土工作，5月25日泡田，5月30日插秧，盆栽插秧每穴3株，每盆3穴。取樣時(shí)期分為3次，分蘗期（6月27日），幼穗分化期（7月23日）和收獲期（9月17日）。供試品種為龍粳23號(hào)。

1.3 植株取樣方法和測(cè)定

盆栽試驗(yàn)：在水稻分蘗期、幼穗分化期、收獲期分別取樣，收獲測(cè)產(chǎn)。將植株地上部分于近土面處剪斷，挖出根部清水洗凈，收獲期地上部分取回，測(cè)量植株株高、分蘗數(shù)和籽粒結(jié)實(shí)率、百粒重。將樣品在105℃殺青30 min后，65℃烘干至恒重并稱重，粉碎待分析。

植株全氮：以K2SO4和CuSO4為催化劑，濃硫酸消煮后，采用凱氏定氮儀測(cè)定樣品氮素含量[13]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 22.0和Excel 2013軟件數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻草還田與施氮肥對(duì)水稻氮素含量影響

通過盆栽試驗(yàn)，在水稻分蘗期、幼穗分化期、收獲期3個(gè)時(shí)期，分別測(cè)定水稻地上和地下部分含氮量，分析稻草還田與施氮肥對(duì)水稻氮素含量影響，由表1~3可知，不同時(shí)期水稻不同部位氮素含量不同。

從表1可見，在不同稻草還田量條件下，水稻植株氮素含量表現(xiàn)為N2>N1>N0。N0條件下，水稻分蘗期植株氮素含量整體隨稻草還田量增加而減少，在不施氮條件下稻草還田降低分蘗期植株氮素含量，氮肥施用量增加時(shí)則適當(dāng)緩解。在0.5STR、1STR與2STR條件下，不同施氮量處理間地上部分氮素含量差異顯著。N1條件下，地上部分氮素含量表現(xiàn)為1.5STR>STM>0.5STR>1STR>2STR，地下部分含氮量在不同稻草還田量條件下差異不顯著。N2條件下，地上部分氮素含量表現(xiàn)為1STR> 1.5STR>STM>0.5STR>2STR，高氮條件下除2STR處理氮素含量較低外，各稻草還田量處理間氮素含量差異均不顯著。

表1 分蘗期水稻氮素含量(盆栽試驗(yàn))Table 1N content of rice in tillering stage(Pot experiment)

從表2可見，水稻幼穗分化期植株地上和地下部分含氮量較分蘗期大幅下降。在不同稻草還田量條件下，水稻植株氮素含量表現(xiàn)為N2>N1>N0，在0.5STR、1.5STR條件下，N0與N1、N2間差異顯著，N1與N2間差異不顯著。STM含氮量低于STR處理，說明在幼穗分化期稻草腐解釋放氮素已發(fā)揮作用。在N0條件下植株地上部分氮素含量整體隨稻草還田量增加而升高，N1條件下，植株地上部分氮素含量表現(xiàn)為1STR>1.5STR>2STR>0.5STR> STM。N2條件下，0.5STR處理地上部分氮素含量顯著升高，其他處理間差異不顯著，地下部分氮素含量表現(xiàn)為0.5STR>1.5STR>2STR>1STR>STM。

表2 幼穗分化期水稻氮素含量(盆栽試驗(yàn))Table 2N content of rice in panicle differentiation period(Pot experiment)

收獲期水稻地上、地下部分以及籽粒氮素吸收情況（見表3），收獲期植株氮素含量低于分蘗期和幼穗分化期，植株各部分氮素均向籽粒部分轉(zhuǎn)移，籽粒部分含氮量較高。在不同施氮量條件下，收獲期植株氮素含量各處理間差異不顯著，該時(shí)期不施氮肥處理水稻地上部分氮素含量高于施氮處理。

2.2 稻草還田與配施氮肥對(duì)水稻氮素積累量影響

分蘗期水稻氮素積累量（見表4）地上部分高于地下部分，在不同稻草還田量條件下，分蘗期水稻氮素積累量隨施肥量增加而增加。N0條件下，全株氮素積累量隨稻草還田量增加而減少，在STM處理下水稻氮素積累量達(dá)最高值。N1條件下，水稻全株氮素積累量表現(xiàn)為0.5STR>STM>1.5STR>1STR>2STR。施肥量繼續(xù)增加，分蘗期STR處理對(duì)氮素積累表現(xiàn)抑制趨勢(shì)。

分蘗期水稻氮素積累量分配率（見圖1）。分蘗期水稻氮素多數(shù)分配至地上部分，少數(shù)分配至地下部分，施氮肥量并未影響植株地上和地下部分氮素積累量分配率?？傮w來看低量稻草還田有助于地上部分氮素積累，高量稻草還田有助于地下部分氮素積累。

表3 收獲期水稻氮素含量(盆栽試驗(yàn))Table 3N content of rice in harvesting time(Pot experiment)

表4 分蘗期水稻氮素積累量(盆栽試驗(yàn))Table 4N accumulation of rice in tillering stage(Pot experiment)

圖1 分蘗期水稻氮素積累量分配率(盆栽試驗(yàn))Fig.1Distribution rate of rice N accumulation in tillering stage(Pot experiment)

幼穗分化期水稻氮素積累量（見表5）。幼穗分化期較分蘗期水稻氮素積累量顯著提高，在不同稻草還田量條件下隨著施肥量增加，水稻全株氮素積累量顯著增加。在N1與N2條件下，0.5STR處理下水稻氮素積累量達(dá)到最高值，隨著還田稻草量增加，氮素積累量呈減少趨勢(shì)，說明稻草還田量過度不利于水稻全株氮素積累，水稻氮素積累量降低。

幼穗分化期水稻氮素積累量分配率（見圖2），相比分蘗期這一時(shí)期水稻氮素依然多數(shù)分配至地上部分，但地上部分氮素分配率相比分蘗期平均提高10%左右，地下部分分配率低于地上部分。總體來看，低量稻草還田有助于地上部分氮素積累，稻草還田有助于地下部分氮素積累，與分蘗期規(guī)律基本一致，N2條件下，1.5STR處理水稻地下部分氮素積累量分配率最高。

表5 幼穗分化期期水稻氮素積累量(盆栽試驗(yàn))Table 5N accumulation of rice in panicle differentiation period(Pot experiment)

圖2 幼穗分化期水稻氮素積累量分配率(盆栽試驗(yàn))Fig.2Distribution rate of rice N accumulation in panicle differentiation period(Pot experiment)

收獲期水稻氮素積累量（見表6），收獲期地上和地下部分氮素相比之前兩個(gè)時(shí)期大幅度降低，水稻植株各部分氮素均向籽粒部分轉(zhuǎn)移。

在不同稻草還田量條件下，全株氮素積累量隨著氮肥量增加而提高。在N0條件下STM處理氮素積累量最高，在N1施氮水平下0.5STR處理氮素積累量最高，在N2施氮水平下2STR處理氮素積累量最高。

收獲期水稻氮素積累量分配率（見圖3），收獲期植株部分氮素積累量分配率均降低，向籽粒轉(zhuǎn)移。N0條件下，1.5STR處理籽粒氮素積累量分配率達(dá)最高值，N1、N2條件下STM處理氮素積累量分配率達(dá)最高值。隨著稻草還田量增加，籽粒氮素積累量分配率呈高低高趨勢(shì)，植株部分氮素積累量分配率呈低高低趨勢(shì)，說明稻草還田配施氮肥有利于水稻籽粒的氮素累積，但施氮肥量或稻草還田量過高，均導(dǎo)致氮素分配至植株部分，不利于氮素向籽粒轉(zhuǎn)移。

表6 收獲期水稻氮素積累量(盆栽試驗(yàn))Table 6N accumulation of rice in harvesting time(Pot experiment)

圖3 收獲期水稻氮素積累量分配率(盆栽試驗(yàn))Fig.3Distribution rate of rice N accumulation in harvesting time(Pot experiment)

2.3 稻草還田與配合施氮肥對(duì)水稻產(chǎn)量影響

收獲期水稻的測(cè)產(chǎn)結(jié)果（見表7）。不同稻草還田量條件下，隨著施氮量增加水稻株高、分蘗、產(chǎn)量均顯著增加。結(jié)實(shí)率不受氮肥量以及稻草還田量影響。水稻株高隨稻草還田量增加而降低，在N0條件下分蘗個(gè)數(shù)在1.5STR處理最少，有效分蘗個(gè)數(shù)在STM處理中最多，0.5STR與2STR處理千粒重基本相同，STM、1STR和1.5STR處理千粒重基本相同，0.5STR處理產(chǎn)量達(dá)最高，隨著稻草還田量增加，水稻產(chǎn)量略有降低。在N1條件下分蘗數(shù)受稻草還田量影響不大，2STR處理有效分蘗達(dá)到最大值，千粒重隨稻草還田量增加呈下降趨勢(shì)，但在2STR處理提高，產(chǎn)量隨著稻草還田量增加呈先升后降趨勢(shì)，1STR處理產(chǎn)量達(dá)最大值。所有稻草還田處理有效分蘗差距不大，在相同稻草還田條件下，N2處理千粒重高于N0與N1處理，在0.5STR處理產(chǎn)量達(dá)到最大值，過量稻草還田反而降低水稻產(chǎn)量。

表7 稻草還田配合施氮肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響(盆栽試驗(yàn))Table 7Effect of straw returned with nitrogen on rice yield(Pot experiment)

3 討論與結(jié)論

稻草還田初期影響水稻生長發(fā)育[14]，本試驗(yàn)水稻分蘗前期植株氮素含量隨稻草還田量增加而減少，與單提波等研究一致，氮肥量增加緩解降低效應(yīng)[15-16]。陳新紅等和嚴(yán)奉君等認(rèn)為，在水稻整個(gè)生育時(shí)期中，稻草還田對(duì)水稻根系生長具有顯著促進(jìn)作用，在水稻生育后期可補(bǔ)充營養(yǎng)并保水保溫，促進(jìn)水稻后期根系生長[17-18]。本試驗(yàn)通過對(duì)比不同時(shí)期水稻地下部分氮素積累量，僅幼穗分化期和收獲期0.5STR稻草還田配合施氮肥處理下水稻地下部分氮素積累量高于STM處理，其他處理中稻草還田對(duì)水稻地下部分氮素吸收以及積累產(chǎn)生抑制作用。研究稻草還田量與氮肥量配比，提升水稻地下部分氮素吸收能力，減少稻草還田對(duì)水稻地下部分不利影響，對(duì)于水稻生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

水稻生育中期水稻生殖生長和營養(yǎng)生長同步，水稻生育速度加快[19]。幼穗分化期水稻氮素植株地上和地下部分含量較分蘗期大幅度下降。隨著稻草量增加，植株氮素含量逐步降低，稻草還田量增加有助于該時(shí)期地下部分氮素含量和積累量提升。水稻源庫關(guān)系中，在生育后期，水稻大量營養(yǎng)物質(zhì)從根系向籽粒轉(zhuǎn)移[20]。收獲期植株各部分氮素均向籽粒部分轉(zhuǎn)移，籽粒部分含氮量高于其他部分，該時(shí)期植株氮素含量各處理差異不顯著。

稻草還田條件下，適當(dāng)減少氮肥施用，可長時(shí)間保證水稻產(chǎn)量[21]。稻草還田后期生長平穩(wěn)，促使水稻有效穗數(shù)增加，提高水稻結(jié)實(shí)率和千粒重[22-23]，水稻產(chǎn)量提升[24-25]。本試驗(yàn)中高量氮肥顯著增加水稻株高、分蘗、有效分蘗千粒重與產(chǎn)量。稻草還田量增加小幅度降低水稻株高，對(duì)水稻分蘗、有效分蘗、結(jié)實(shí)率影響不大，同時(shí)增加水稻千粒重和產(chǎn)量。在N1施氮水平下1STR處理的產(chǎn)量達(dá)最大值，在N2施氮水平下0.5STR處理產(chǎn)量達(dá)到最大值，說明合理稻草還田配施氮肥增加水稻產(chǎn)量。

本試驗(yàn)中水稻生長空間受盆栽限制。無法明確反映水稻產(chǎn)量與稻草還田量關(guān)系，僅表明稻草還田配施氮肥尚未對(duì)水稻產(chǎn)生不利影響。劉禹池等研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)秸稈覆蓋還田后第三年水稻產(chǎn)量才開始顯著高于不還田對(duì)照處理，當(dāng)季增產(chǎn)效果不明顯[26]，有關(guān)多年連續(xù)稻草還田配施氮肥對(duì)水稻氮素吸收以及產(chǎn)量影響，有待于后續(xù)深入研究。

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Effect of rice straw returning and nitrogen application on nitrogen uptake and yield of rice/

MA Chunmei,WANG Yongji,YU Shuhan,WANG Jiarui(School of Agriculture,NortheastAgricultural University,Harbin 150030,China)

The experimental materials were based on the varieties of cold rice,set up no straw returning to field,0.5 times,1.0 times,1.5 times,2 times 5 treatments;N0(no urea),N1(150 kg·hm-2),N2（300 kg·hm-2）3 nitrogen application levels,in order to study rice nitrogen absorption,nitrogen accumulation, nitrogen distribution rate and rice yield in different periods.The results showed that the increasing amount of rice straw in tillering stage inhibited the nitrogen absorption and accumulation of rice,and the inhibition effect decreased as the amount of nitrogen increased.The rice straw returning also promoted the absorption of nitrogen in underground part of rice,under the condition of different nitrogen application rates,the amount of nitrogen accumulation was highest in 0.5 times;at the harvest stage,the aboveground and underground nitrogen contents were partially transferred to the grain.The tillers and effective tillers of rice were promoted in the case of straw returning with nitrogen fertilizer,under the N1fertilization level,the yield reached the highest value after 1 times returning to field,under the N2fertilization level,the yield reached the highest value after 0.5 times returning to field,excessive straw returning would reduce the rice yield with or without nitrogen fertilizer.

rice;straw returning;nitrogen application;nitrogen uptake;yield

S511

A

1005-9369（2017）06-0009-08

時(shí)間2017-6-26 16:08:45[URL]http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20170626.1608.010.html

馬春梅,王永吉,于舒函,等.稻草還田與施氮量對(duì)水稻氮素吸收及產(chǎn)量影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2017,48(6):9-16.

Ma Chunmei,Wang Yongji,Yu Shuhan,et al.Effect of rice straw returning and nitrogen application on nitrogen uptake and yield of rice[J].Journal of Northeast Agricultural University,2017,48(6):9-16.(in Chinese with English abstract)

2017-03-09

國家科技支撐計(jì)劃（2015BAD23B05）；黑龍江省科技重大投標(biāo)項(xiàng)目（GA16B401）

馬春梅（1974-），教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楸Ｗo(hù)性耕作和大豆生理。E-mail:chunmm1974@163.com