長期化肥和有機肥施用對雙季稻根茬生物量及養(yǎng)分積累特征的影響

柳開樓，張會民，韓天富，周利軍，李大明，胡志華，黃慶海，葉會財，徐小林，胡惠文

（1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/耕地培育技術(shù)國家工程實驗室，北京 100081；2江西省紅壤研究所/國家紅壤改良工程技術(shù)研究中心，南昌330046）

土壤肥料·節(jié)水灌溉·農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境

長期化肥和有機肥施用對雙季稻根茬生物量及養(yǎng)分積累特征的影響

柳開樓1,2，張會民1，韓天富1，周利軍2，李大明2，胡志華2，黃慶海2，葉會財2，徐小林2，胡惠文2

（1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/耕地培育技術(shù)國家工程實驗室，北京 100081；2江西省紅壤研究所/國家紅壤改良工程技術(shù)研究中心，南昌330046）

【目的】作物根茬還田不僅促進作物吸收的養(yǎng)分歸還農(nóng)田系統(tǒng)，而且可以培肥土壤。然而，在雙季稻區(qū)，有關(guān)不同施肥措施下根茬生物量的變化及養(yǎng)分積累特征則仍不明確?！痉椒ā炕?981年開始的進賢雙季稻長期定位試驗，于 2012年分別采集早晚稻成熟期不施肥（CK）、氮磷鉀肥（NPK）、2倍的氮磷鉀肥（2NPK）和氮磷鉀肥與有機肥配施（NPKOM）處理的水稻秸稈、籽粒、根茬和土壤樣品，分析不同施肥處理下根茬生物量及氮磷鉀養(yǎng)分積累量的變化趨勢，探討影響根茬生物量及養(yǎng)分積累量的關(guān)鍵肥力因子?！窘Y(jié)果】根茬生物量和養(yǎng)分積累量及占總植株的比例均呈現(xiàn)出早稻季明顯高于晚稻季，且有機無機肥配施處理可以顯著提升水稻的根茬生物量及氮磷鉀養(yǎng)分積累量。與NPK處理相比，NPKOM處理的早稻根茬生物量及氮磷鉀積累量分別增加了20.58%、17.34%、270.66%和37.89%，晚稻季根茬生物量及氮磷鉀積累量的增幅為23.85%、17.88%、262.55%和37.96%。但是，在早稻季，NPKOM處理的根茬生物量及氮鉀養(yǎng)分積累量占總植株的比例則分別比NPK處理降低了22.18%、33.90%和26.70%，晚稻季NPKOM處理的降幅分別為4.91%、39.41%和27.06%，而根茬磷素的比例則呈增加趨勢。進一步通過多元回歸分析發(fā)現(xiàn)，在所有肥力指標(biāo)中，土壤全磷和有效磷是影響水稻根茬生物量及氮磷鉀養(yǎng)分積累量的關(guān)鍵肥力因子（P＜0.05）?！窘Y(jié)論】長期有機無機肥配施可以顯著增加根茬生物量及氮磷鉀養(yǎng)分積累量，但卻顯著降低了根茬氮鉀養(yǎng)分占總植株的比例。且當(dāng)其他條件相同的情況下，施肥措施主要通過土壤磷含量調(diào)控早晚稻的根茬生物量及養(yǎng)分積累量。

根茬生物量；養(yǎng)分積累；土壤肥力；雙季稻；長期試驗；化肥；有機肥

Abstract:【Objective】 Rice root returned to soil not only promotes mineral nutrients returned to soil, but also improves soil fertility. However, little information is reported about the root biomass and root nutrients accumulation. 【Method】 Based on the long-term field experiment started from 1981, four treatments were chosen, (1) no fertilizer treatment (CK), (2) nitrogen (N),phosphorus (P) and potassium (K) fertilizers (NPK), (3) Double rates of NPK fertilizers (2NPK), (4) NPK + manure (NPKOM). Thesoil and plant were sampled and measured in 2012. The changes of rice root biomass and their N, P, K contents were analyzed, then,the response of soil fertility factor to root were explored. 【Result】 Rice root biomass, nutrient accumulation and their proportions in whole plant were shown that early rice was significantly higher than that of late rice among all treatments, meanwhile,application of chemical and organic fertilizers increased significantly root biomass and nutrient accumulation in both rice growing seasons than other treatments. Compared with NPK, the root biomass and N, P and K accumulation in early rice growing season increased by 20.58%, 17.34%, 270.66% and 37.89%, respectively; and correspondingly the values in later rice season were 23.85%,17.88%, 262.55% and 37.96%, respectively. However, compared with early rice, the proportions of root biomass, N and K accumulation in whole plant in NPKOM treatment in the late rice growing season decreased by 22.18%, 33.90% and 26.70%,respectively; and correspondingly the values in NPK treatment were 4.91%, 39.41% and 27.06%, respectively. Conversely, the proportions of root P accumulation in whole plant in NPKOM treatment in late rice growing season showed an increase tread in comparing with early rice growing season. Further, its multivariate regression analysis showed that soil total P and available P contents were key factors in the increase of rice root biomass and the accumulation of N, P, K in root. 【Conclusion】 Long-term application of organic and inorganic fertilizers increased rice root biomass and nutrient accumulation, but decreased the proportions of rice root N and K accumulation in whole plant. Moreover, soil P content played an important role in rice root growth and nutrient accumulation.

Key words:root biomass; nutrient accumulation; soil fertility; double rice system; long-term field experiment; chemical fertilizer; organic fertilizer

0 引言

【研究意義】在中國的水稻生產(chǎn)中，位于長江中下游的雙季稻種植模式一直處于國家水稻生產(chǎn)的主導(dǎo)地位，為國家和地區(qū)的糧食安全與穩(wěn)定發(fā)揮著巨大作用[1]。水稻根茬還田既補充了土壤碳源，又歸還了大量的氮磷鉀養(yǎng)分，從而使水稻土維持一定的肥力水平[2]。因此，研究水稻根茬變化對于土壤培肥和化學(xué)肥料減施均具有十分重要的意義?！厩叭搜芯窟M展】目前，在有關(guān)水稻根茬的計算中，人們普遍采用其占總生物量的15%進行統(tǒng)計，缺乏對施肥因素的考慮。大量研究證實，施肥措施可以顯著影響水稻的根系生長和形態(tài)結(jié)構(gòu)[3-5]。因此，研究和量化不同施肥措施下水稻根茬生物量和養(yǎng)分積累量，對于分析土壤肥力質(zhì)量變化的影響因素具有重要的意義。在前人的研究中，由于對根茬生物量的重視不夠以及相關(guān)數(shù)據(jù)的缺失，很多人在模型預(yù)測和有機碳平衡研究中往往把不同施肥措施下的根茬生物量占地上部的比例簡單設(shè)為統(tǒng)一的量，從而導(dǎo)致研究結(jié)果存在較大的不確定性[6-8]。以往的研究表明，在不同的施肥措施中，有機無機肥配施可以顯著提高水稻籽粒和秸稈生物量，并顯著增加了土壤有機質(zhì)和氮磷鉀養(yǎng)分含量[9-10]。同時，這些土壤肥力指標(biāo)的提升可以顯著影響水稻根系乃至根茬的生物量和養(yǎng)分累積。要文倩等[11]研究表明，與籽實、秸稈相比，不同施肥方式對水稻根茬生物量的影響更加明顯。苗惠田等[12]研究表明，在潮土上氮磷鉀肥配施及有機無機肥配施能有效提高碳同化物在玉米植株、籽粒和穗軸中的分配比例，從而降低碳同化物在莖葉和根茬中的分配比例及其C/N。因此，根茬及其養(yǎng)分對不同施肥措施的響應(yīng)存在顯著差異，且施肥措施導(dǎo)致的土壤肥力變化也可以顯著影響根茬生長。李忠佩等[13]等研究認(rèn)為，增加土壤全氮含量可以顯著降低水稻根茬占總生物量的比例?！颈狙芯壳腥朦c】目前，長期施肥試驗的研究主要集中在施肥-土壤-產(chǎn)量三者的關(guān)系上，而從根茬角度研究長期不同施肥措施的差異性則主要集中在玉米根茬上[14-17]。在我國的雙季稻區(qū)，早晚稻的生育期、品種特性及生長環(huán)境條件差異較大，且早稻的根茬還田會直接影響晚稻生長，但目前有關(guān)不同施肥措施對早晚稻根茬的影響還不是十分明確。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究基于長達32年的雙季稻定位試驗，分別在早晚稻成熟期采集了不施肥（CK）、施氮磷鉀肥（NPK）、施2倍的氮磷鉀肥（2NPK）和氮磷鉀肥與有機肥配施（NPKOM）處理的土壤和水稻秸稈、籽粒、根茬樣品，以期量化不同施肥措施下根茬生物量和養(yǎng)分累積量及所占比例，并結(jié)合土壤肥力指標(biāo)探討了影響根茬生物量和養(yǎng)分積累量的關(guān)鍵指標(biāo)，從而為指導(dǎo)雙季稻區(qū)的土壤肥力質(zhì)量調(diào)控提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于江西省進賢縣張公鎮(zhèn)江西省紅壤研究所內(nèi)，經(jīng)緯度為 116°20'24″E、28°15'30″N。該試驗區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，年均降雨量1 727 mm，年蒸發(fā)量1 100 mm。年均氣溫17.7—18.5 °C，最冷月（1月）平均氣溫為4.6 °C，最熱月（7月）平均氣溫為28.0—29.8 °C。海拔高度25—30 m，為典型的低丘紅壤地區(qū)，土壤類型為第四紀(jì)紅黏土發(fā)育的潴育型水稻土，剖面構(gòu)型為：A－P－W1－W2－G。1981年試驗開始時耕層土壤pH 6.90，有機碳16.30 g·kg-1，全氮1.49 g·kg-1，全磷 0.48 g·kg-1，全鉀 10.39 g·kg-1，堿解氮144.00 mg·kg-1，有效磷（NaHCO3-P）4.15 mg·kg-1，速效鉀（NH4OAc-K）80.52 mg·kg-1。

1.2 試驗設(shè)計

本研究選取了4個施肥處理，分別為（CK）不施肥處理；（NPK）施用氮肥、磷肥和鉀肥，早稻季和晚稻季的N、P2O5和K2O均為90、45和75 kg·hm-2；（2NPK）施用2倍的氮肥、磷肥和鉀肥，早稻季和晚稻季的 N、P2O5和 K2O 用量均為 180、90和 150 kg·hm-2；（NPKOM）施用氮肥、磷肥和鉀肥（早稻季和晚稻季的 N、P2O5和 K2O 均為 90、45和 75 kg·hm-2），同時早稻季施紫云英（鮮重 22 500 kg·hm-2）和晚稻季施新鮮豬糞（鮮重22 500 kg·hm-2）。每個處理3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積46.7 m2。氮肥、磷肥和鉀肥的種類為尿素（N為46%）、鈣鎂磷肥（P2O5為12.5%）和氯化鉀（K2O為60%），鮮紫云英含水量為80.50%，烘干后紫云英有機碳、氮、磷、鉀含量分別為46.70%、0.80%、0.22%、0.70%；鮮豬糞含水量70.60%，有機碳、氮、磷、鉀含量分別為34.00%、1.20%、0.90%、1.00%。其中磷肥、有機肥全部做基肥一次性施用，氮肥70%做基肥，30%在返青期做追肥施用，鉀肥50%做基肥，50%在返青期做追肥施用。

1.3 測定指標(biāo)

籽粒、秸稈和根茬生物量：水稻樣品于2012年早稻和晚稻成熟期采集，每個小區(qū)采集水稻8 株。水稻根茬采集方法為鐵鍬挖取，取樣深度為0—40 cm。取出的水稻植株分開籽粒、秸稈和根茬，其中籽粒和秸稈的生物量按照常規(guī)方法烘干稱重；而根茬樣品用干凈尼龍網(wǎng)袋包裹后帶回實驗室，將水稻根茬放在0.15 mm 篩中用清水洗去附著的土壤，防止細小根系損失，清水洗凈后再用蒸餾水沖洗，105℃殺青0.5 h，85℃烘干，烘干后測定根茬生物量。粉碎并過0.25 mm篩備用。

籽粒、秸稈和根茬養(yǎng)分含量：所有樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消煮后，全氮用微量凱氏定氮法測定，全磷用鉬銻抗比色法測定，全鉀用火焰光度計法測定。

根茬生物量及氮磷鉀養(yǎng)分占總植株比例的計算公式如下：

在式（1）—（4）中，BProot表示根茬生物量占總生物量的比例（%），Broot、Bgrain和Bstraw分別表示根茬、籽粒和秸稈的生物量（kg·hm-2）；NProot、PProot、和 KProot表示根茬氮磷鉀積累量占總植株的比例（%），Nroot、Ngrain和Nstraw分別表示根茬、籽粒和秸稈的氮含量（g·kg-1），Proot、Proot和 Proot分別表示根茬、籽粒和秸稈的磷含量（g·kg-1），Kroot、Kgrain和Kstraw分別表示根茬、籽粒和秸稈的鉀含量（g·kg-1）。

數(shù)據(jù)記錄和整理采用Microsoft Excel 2003；數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用SPSS 13.0，多重比較采用LSD分析法，多元回歸統(tǒng)計方法采用SAS 9.1軟件進行；作圖采用Origin 8.1。

2 結(jié)果

2.1 長期施肥下雙季稻的根茬生物量變化特征

不同施肥措施的早晚稻根茬生物量存在顯著差異。圖1結(jié)果表明，早晚稻根茬生物量均表現(xiàn)出有機無機肥配施（NPKOM）處理最高，2倍氮磷鉀肥（2NPK）和氮磷鉀肥（NPK）處理次之，不施肥（CK）處理最低。與 CK處理相比，NPKOM處理的早晚稻根茬生物量分別增加了29.24%和32.35%；與NPK處理相比，NPKOM 處理的早晚稻根茬生物量分別增加了20.58%和23.85%。其中早稻季各處理的根茬生物量均存在顯著差異，但晚稻季則呈現(xiàn)出 NPKOM和2NPK處理間、NPK和CK處理間差異不顯著。兩季合計的趨勢與早稻季一致，也呈現(xiàn)出 NPKOM＞2NPK＞NPK＞CK，且NPKOM處理的兩季合計根茬生物量比CK處理增加了30.79%，比NPK處理提高了22.21%。

圖1 長期化肥和有機肥施用下早晚稻的根茬生物量變化Fig. 1 Root biomass of early and late rice in long-term application of chemical and organic fertilizers

圖 2 長期化肥和有機肥施用下早晚稻的根茬占總生物量的比例Fig. 2 The proportion of root biomass in whole plant of early and late rice in long-term application of chemical and organic fertilizers

圖2表明，在紅壤雙季稻區(qū)，連續(xù)32年施肥下，早稻季各處理根茬占總生物量的比例分別為 8.76%—12.72%，而晚稻季則明顯較低（7.94%—8.90%），兩季合計的比例為8.33%—10.44%。在不同處理之間，早稻季均表現(xiàn)出 CK處理中根茬占總生物量的比例最高，其次為NPK和2NPK，NPKOM處理最低；在晚稻季，雖然各處理差異不顯著（P＞0.05），但也呈現(xiàn)出與早稻相似的規(guī)律；兩季合計的結(jié)果也顯示NPKOM處理顯著較低，其根茬占總生物量的比例比 CK降低了 31.14%，比 NPK處理降低了22.18%。因此，有機無機肥配施顯著降低了根茬占生物量的比例。

表1 長期化肥和有機肥施用下早晚稻的根茬養(yǎng)分含量Table 1 Root nutrient contents of early and late rice in long-term application of chemical and organic fertilizers

2.2 長期施肥下雙季稻的根茬養(yǎng)分含量和累積特征

不同施肥措施顯著影響早晚稻的根茬氮磷鉀含量（表1）。與CK處理相比，早稻季NPK、2NPK和NPKOM處理的根茬含氮量分別增加了38.15%、44.44%和34.44%，晚稻季的增幅分別為38.66%、48.70%和31.97%，而NPK、2NPK和NPKOM處理間則不存在顯著差異。但是在根茬磷鉀含量上，早晚稻則呈現(xiàn)出 NPKOM ＞ 2NPK ＞ NPK ＞ CK（除了晚稻季根茬含鉀量表現(xiàn)出 NPKOM、NPK和 2NPK＞CK之外）。

水稻根茬養(yǎng)分累積量可以綜合表征其生物量和養(yǎng)分含量。從表2可以看出，水稻根茬中積累的養(yǎng)分以氮素和鉀素最多，其次為磷素。早稻季、晚稻季和兩季合計的根茬氮積累量規(guī)律為2NPK、NPKOM ＞ NPK＞ CK，而磷鉀積累量則呈現(xiàn)出 NPKOM ＞ 2NPK ＞NPK ＞ CK。這表明長期有機無機肥配施可以顯著增加根茬氮磷鉀養(yǎng)分積累量。從兩季合計來看，NPKOM處理的氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量分別比 CK增加為74.15%、530.77%、184.47%，比NPK增加17.62%、264.44%、37.95%。

表2 長期化肥和有機肥施用下早晚稻的根茬養(yǎng)分積累量Table 2 Root nutrient accumulation of early and late rice in long-term application of chemical and organic fertilizers

在雙季稻上，長期不同施肥可以顯著影響根茬氮磷鉀養(yǎng)分占總植株的比例（表3）。在早稻季，根茬積累的氮素和鉀素比例以CK處理最高、NPK和2NPK次之，NPKOM處理最低，其中NPKOM處理的氮素所占比例分別比 CK和 NPK處理降低了38.17%和33.90%，鉀素所占比例的降幅分別為35.21%、26.70%；而根茬積累的磷素比例則呈現(xiàn)出NPKOM ＞ CK ＞ 2NPK ＞ NPK，NPKOM 處理分別比CK和NPK增加了 31.98%和89.79%。與早稻季相比，晚稻季和兩季合計中各處理根茬氮磷鉀所占比例明顯偏低，但各處理間的規(guī)律與早稻季一致。因此，長期有機無機肥配施可以顯著降低根茬氮鉀養(yǎng)分占總植株的比例，但顯著增加了根茬磷素的比例。

表 3 長期化肥和有機肥施用下早晚稻的根茬氮磷鉀養(yǎng)分積累量占總植株的比例Table 3 Proportion of root nutrients accumulation to whole plant of early and late rice in long-term application of chemical and organic fertilizers

2.3 根茬生物量及養(yǎng)分積累量對土壤肥力的響應(yīng)關(guān)系

土壤肥力狀況可以影響水稻根茬的生物量及養(yǎng)分積累量，多元回歸分析表明（表 4），在所有肥力指標(biāo)中，土壤全磷和有效磷是影響水稻根茬生物量及氮磷鉀養(yǎng)分積累量的關(guān)鍵因子（P＜0.05）；而對于根茬生物量及氮磷鉀養(yǎng)分占總植株的比例等指標(biāo)，除了土壤堿解氮是影響水稻根茬磷素占總植株比例的關(guān)鍵因子之外，也呈現(xiàn)出土壤全磷和有效磷是關(guān)鍵的影響因子。因此，在雙季稻區(qū)，當(dāng)其他條件一致的情況下，土壤全磷和有效磷含量是調(diào)控水稻根茬生物量及養(yǎng)分積累量的關(guān)鍵驅(qū)動因子。

表4 土壤肥力因子與根茬生物量及養(yǎng)分積累量的多元線性回歸（逐步回歸）分析Table 4 Analysis of multiple linear regressions (stepwise regression) for root biomass, root nutrients accumulation, and soil fertility factors

3 討論

根系對于作物的養(yǎng)分吸收具有重要的支撐作用[18-19]，而在作物收割后，根茬又可以進一步補充土壤養(yǎng)分庫容，從而在一定程度上維持了土壤肥力質(zhì)量。在本研究中，早晚稻的根茬生物量受施肥措施影響較大，與其他處理相比，有機無機肥配施可以顯著促進作物根系生長[20]，從而提升根茬生物量。這主要與土壤培肥促進了地上部和地下部的協(xié)同生長有關(guān)[12,21-23]，且有機無機肥配施可以通過改善土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)來促進作物根系的生長發(fā)育[24-25]，而良好的根系又進一步促進了養(yǎng)分向地上部運輸[24]，從而保障作物高產(chǎn)。因此，有機無機肥配施是雙季稻區(qū)合理的施肥措施。早晚稻季根茬占總生物量的比例存在較大差異，早稻季的比例為 8.76%—12.72%，而晚稻季則明顯較低，為7.94%—8.90%，這一方面與早晚稻的品種特性有關(guān)，與早稻相比，晚稻的生育期和產(chǎn)量均明顯較高，從而可能影響了根茬與總生物量的比例。另一方面，早稻的根茬還田也可以直接影響晚稻季的根系生長。與根茬生物量對施肥措施的響應(yīng)不同，各處理間根茬占總生物量的比例則表現(xiàn)出CK處理最高，其次為NPK和2NPK，NPKOM處理最低，且各處理在早稻季的差異均達顯著水平。李忠佩等[13]的研究也表明，土壤全氮含量越高，根茬占總生物量的比例越低。這可能是土壤養(yǎng)分水平太低，作物生長主要傾向于根系合成[21]，以獲得更多的土壤養(yǎng)分有關(guān)。

不同施肥措施可以導(dǎo)致根茬生物量及其氮磷鉀養(yǎng)分吸收和轉(zhuǎn)運的差異[26-28]。在本研究中，施肥處理的根茬含氮量均顯著高于不施肥處理，但各施肥處理間則不存在顯著差異。這可能與根茬中的氮素向葉片和籽粒中轉(zhuǎn)運有關(guān)。而在根茬磷鉀含量上，各處理均呈現(xiàn)出有機無機肥配施處理最高，且其根茬的氮磷鉀養(yǎng)分積累量也顯著較高。因此，與其他施肥處理相比，有機無機肥配施可以通過根茬歸還給土壤較多的氮磷鉀養(yǎng)分[11]。然而，不同處理中根茬氮磷鉀養(yǎng)分占總植株的比例則呈現(xiàn)出：長期有機無機肥配施顯著降低根茬氮鉀養(yǎng)分占總植株的比例，但顯著增加了根茬磷素的比例。這可能與長期施肥通過影響土壤肥力改變籽粒、秸稈和根茬中氮磷鉀的吸收、運移和分配有關(guān)[16]。有研究表明，有機無機肥配施可以延緩作物根系活力的下降幅度，從而使較多的養(yǎng)分向籽粒供應(yīng)[29]。對于有機無機肥配施增加根茬磷素比例，則可能與有機肥投入較多的磷素有關(guān)[30]。

植物根系可以快速適應(yīng)不同的土壤環(huán)境和肥力條件[31]，且較高的土壤肥力水平能夠進一步促進根系生長[31-32]。在紅壤地區(qū)，土壤中的鋁、鐵離子對磷素有強烈的固定作用，而施用的鈣鎂磷肥則大量在土壤中累積[33]，從而導(dǎo)致水稻的磷素利用率不高。同時，相比鈣鎂磷肥，紫云英和豬糞等有機肥中的磷素更容易被水稻根系吸收。本研究通過多元回歸分析也證明，在所有肥力指標(biāo)中，土壤全磷和有效磷是影響水稻根茬生物量及氮磷鉀養(yǎng)分積累量的關(guān)鍵因子（P＜0.05）。因此，在雙季稻區(qū)，通過有機無機肥配施調(diào)控土壤磷素含量是影響水稻根茬生長及養(yǎng)分積累的重要途徑，且大量的水稻根茬還田可以在化肥減施的基礎(chǔ)上補充土壤養(yǎng)分和培肥土壤，進而保持土壤的健康可持續(xù)性。但是，由于不同地區(qū)水稻種植中的水分管理和土壤類型差異較大，因此，影響水稻根茬的關(guān)鍵因子還有待進一步研究。

4 結(jié)論

在紅壤區(qū)“早稻—晚稻—冬閑”模式下，與其他施肥處理相比，有機無機肥配施是提升早晚稻根茬生物量和氮磷鉀養(yǎng)分積累量的最佳途徑。但根茬及其養(yǎng)分積累量占總植株的比例均表現(xiàn)出早稻季明顯高于晚稻季，這有利于進一步區(qū)分和細化早晚稻季的土壤培肥和化肥減施措施。

多元回歸分析表明，當(dāng)其他條件一致的情況下，土壤全磷和有效磷含量是影響早晚稻根茬生物量及養(yǎng)分積累量的關(guān)鍵肥力因子。因此，通過有機無機肥配施提升土壤磷素含量是調(diào)控水稻根茬生長的重要途徑。

[1]段居琦, 周廣勝. 中國雙季稻種植區(qū)的氣候適宜性研究. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 45(2): 218-227.DUAN J Q, ZHOU G S. Climatic suitability of double rice planting regions in China. Scientia Agricultura Sinica, 2012, 45(2): 218-227.(in Chinese)

[2]何念祖, 林咸永, 林榮新, 朱炳良, 黃正來, 李馬裕. 根茬在維護土壤肥力中的作用. 土壤通報, 1995, 26(7): 43-45.HE N Z, LIN X Y, LIN R X, ZHU B L, HUANNG Z M, LI M Y. The role of crop root in the maintenance of soil fertility. Chinese Journal of Soil Science, 1995, 26(7): 43-45. (in Chinese)

[3]李素梅, 施衛(wèi)明. 不同氮形態(tài)對兩種基因型水稻根系形態(tài)及氮吸收效率的影響. 土壤, 2007, 39(4): 589-593.LI S M, SHI W M. Effect of nitrogen form on root morphology and nitrogen absorption efficiency of two cultivars of rice. Soils, 2007,39(4): 589-593. (in Chinese)

[4]焦峰, 吳金花, 張興梅, 辛剛, 翟瑞常. 不同氮肥水平影響下的水稻根系吸氮率特性分析. 土壤通報, 2015, (6): 127-129.JIAO F, WU J H, ZHANG X M, XIN G. ZHAI R C. Effects of different nitrogen application rates on SAR N properties of rice.Chinese Journal of Soil Science, 2015, (6): 127-129. (in Chinese)

[5]孫浩燕, 李小坤, 任濤, 叢日環(huán), 魯劍魏. 淺層施肥對水稻苗期根系生長及分布的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014, 47(12): 2476-2484.SUN H Y, LI X K, REN T, CONG R H, LU J W. Effects of fertilizer in shallow soils on growth and distribution of rice roots at seedling stage. Scientia Agricultura Sinica, 2014, 47(12): 2476-2484. (in Chinese)

[6]JIANG G Y, SHIRATO Y, XU M G, YAGASAKI Y, HUANG Q H,LI Z Z, SHI X J. Testing the modified Rothamsted Carbon Model for paddy soils against the results from long-term experiments in southern China. Soil Science and Plant Nutrition, 2013, 59(1):16-26.

[7]YAN X, ZHOU H, ZHU Q H, WANG X F, ZHANG Y Z, YU X C,PENG X. Carbon sequestration efficiency in paddy soil and upland soil under long-term fertilization in southern China. Soil and Tillage Research, 2013, 130: 42-51.

[8]ZHANG W J, XU M G, WANG X J, HUANG Q H, NIE J, LI Z Z,LEE K B. Effects of organic amendments on soil carbon sequestration in paddy fields of subtropical China. Journal of Soils and Sediments,2012, 12: 457-470.

[9]LI Z P, LIU M, WU X, HAN F, ZHANG T L. Effects of long-term chemical fertilization and organic amendments on dynamics of soil organic C and total N in paddy soil derived from barren land in subtropical China. Soil and Tillage Research, 2010, 106(2):268-274.

[10]WU M, QIN H, CHEN Z, WU J, WEI W. Effect of long-term fertilization on bacterial composition in rice paddy soil. Biology and Fertility of Soils, 2011, 47(4): 397-405.

[11]要文倩, 秦江濤, 張繼光, 周睿, 張斌. 江西進賢水田長期施肥模式對水稻養(yǎng)分吸收利用的影響. 土壤, 2010, 42(3): 467-472.YAO W Q, QIN J T, ZHANG J G, ZHOU R, ZHANG B. Effects of different patterns of fertilization on rice nutrient use in Jinxian county of Jiangxi province. Soils, 2010, 42(3): 467-472. (in Chinese)

[12]苗惠田, 張文菊, 呂家瓏, 黃紹敏, 徐明崗. 長期施肥對潮土玉米碳含量及分配比例的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 43(23):4852-4861.MIAO H T, ZHANG W J, Lü J L, HUANG S M, XU M G. Effects of long-term fertilization on assimilated carbon content and distribution proportion of maize in Fluvio-aquic soil. Scientia Agricultura Sinica,2010, 43(23): 4852-4861. (in Chinese)

[13]李忠佩. 紅壤區(qū)耕地有機物質(zhì)的利用現(xiàn)狀與開發(fā)策略. 土壤與環(huán)境, 1999, 8(2): 148-152.LI Z P. The Utilization and development strategies of organic material in cultivated land of red soil regions, Soil and Environmental Sciences,1999, 8(2): 148-152. (in Chinese)

[14]GALE W, CAMBARDELLA C. Carbon dynamics of surfaceresidue-and root-derived organic matter under simulated no-till. Soil Science Society of America Journal, 2000, 64(1): 190-195.

[15]RASSE D, RUMPEL C, DIGNAC M. Is soil carbon mostly root carbon? Mechanisms for a specific stabilization. Plant and Soil, 2005,269(2): 341-356.

[16]陳興麗, 周建斌, 劉建亮, 高忠霞, 楊學(xué)云. 不同施肥處理對玉米秸稈碳氮比及其礦化特性的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2009, 20(2):314-319.CHEN X L, ZHOU J B, LIU J L, GAO Z X, YANG X Y. Effects of fertilization on carbon/nitrogen ratio of maize straw and its mineralization in soil. Chinese Journal of Applied Ecology, 2009,20(2): 314-319. (in Chinese)

[17]蔡苗, 孟延, Mohammad Amin Ahmadzai, 周建斌. 長期不同施肥對玉米根茬生物量及養(yǎng)分累積量的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2015,26(8): 2387-2396.CAI M, MENG Y, MOHAMMAD A A, ZHOU J B. Effects of long-term different fertilizations on biomass and nutrient content of maize root. Chinese Journal of Applied Ecology, 2015, 26(8):2387-2396. (in Chinese)

[18]陳琛, 羊彬, 朱正康, 曹文雅, 羅剛, 周娟, 王祥菊, 于小鳳, 袁秋梅, 仲軍, 王熠, 黃建曄, 王余龍, 董桂春. 影響水稻遺傳群體株系氮素高效吸收的主要根系性狀. 中國水稻科學(xué), 2015, 29(4):390-398.CHEN C, YANG B, ZHU Z K, CAO W Y, LUO G, ZHOU J, WANG X J, YU X F, YUAN Q M, ZHONG J, WANG Y, HUANG J H,WANG Y L, DONG G C. Root traits affecting nitrogen efficient absorption in rice genetic populations, Chinese Journal of Rice Science, 2015, 29(4): 390-398. (in Chinese)

[19]楊建昌. 水稻根系形態(tài)生理與產(chǎn)量、品質(zhì)形成及養(yǎng)分吸收利用的關(guān)系. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 44(1): 36-46.YANG J C. Relationships of rice root morphology and physiology with the formation of grain yield and quality and the nutrient absorption and utilization. Scientia Agricultura Sinica, 2011, 44(1):36-46. (in Chinese)

[20]WEN Z, SHEN J, BLACKWELL M, LI H. ZHAO B, YUAN H.Combined applications of nitrogen and phosphorus fertilizers with manure increase maize yield and nutrient uptake via stimulating root growth in a long-term experiment. Pedosphere, 2016, 26: 62-73.

[21]孫靜文, 陳溫福, 臧春明, 王彥榮, 吳淑琴. 水稻根系研究進展.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2002, 33(6): 466-470.SUN J W, CHEN W F, CANG C M, WANG Y R, WU S Q. Advances of research on rice root systems. Journal of Shenyang Agricultural University, 2002, 33(6): 466- 470. (in Chinese)

[22]CHAPMAN N, MILLER A J, LINDSEY K, WHALLEY W R. Roots,water, and nutrient acquisition: let's get physical. Trends in Plant Science, 2012, 17(12): 701-710.

[23]李香玲, 馮躍華. 水稻根系生長特性及其與地上部分關(guān)系的研究進展. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2015, 31(6): 1-6.LI X L, FENG Y H. Research advance on relation of aerial part and root traits of rice. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2015, 31(6):1-6. (in Chinese)

[24]周焱, 羅安程. 有機肥處理對小麥根系生長、活力和磷吸收的影響.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 1997, 3(3): 243-248.ZHOU Y, LUO A C. Effect of organic manure on phosphorus absorption and root activities of wheat. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 1997, 3(3): 243-248. (in Chinese)

[25]李絮花, 楊守祥, 于振文, 余松烈. 有機肥對小麥根系生長及根系衰老進程的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2005, 11(4): 467-472.LI X H, YANG S X, YU Z W, YU S L. Effects of organic manure application on growth and senescence of root in winter wheat.Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2005, 11(4): 467-472. (in Chinese)

[26]侯云鵬, 韓立國, 孔麗麗, 尹彩俠, 秦裕波, 李前, 謝佳貴. 不同施氮水平下水稻的養(yǎng)分吸收、轉(zhuǎn)運及土壤氮素平衡. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2015, 21(4): 836-845.HOU Y P, HAN L G, KONG L L, YIN C X, QIN Y B, LI Q, XIE J G.Nutrient absorption, translocation in rice and soil nitrogen equilibrium under different nitrogen application doses. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2015, 21(4): 836-845. (in Chinese)

[27]霍中洋, 楊雄, 張洪程, 葛夢婕, 馬群, 李敏, 戴其根, 許軻, 魏海燕, 李國業(yè), 朱聰聰, 王亞江, 顏希亭. 不同氮肥群體最高生產(chǎn)力水稻品種各器官的干物質(zhì)和氮素的積累與轉(zhuǎn)運. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2012, 18(5): 1035-1045.HUO Z Y, YANG X, ZHANG H C, GE M J, MA J, LI M, DAI Q G,XU K, WEI H Y, LI G Y, ZHU C C, WANG Y J, YAN X T.Accumulation and translocation of dry matter and N nutrition in organs of rice cultivars with different productivity levels. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012, 18(5): 1035-1045. (in Chinese)

[28]孫永健, 孫園園, 徐徽, 楊志遠, 秦儉, 彭玉, 馬均. 水氮管理模式與磷鉀肥配施對雜交水稻岡優(yōu) 725養(yǎng)分吸收的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 46(7): 1335-1346.SUN Y J, SUN Y Y, XU H, YANG Z Y, QIN J, PENG Y, MA J. Effects of water-nitrogen management patterns and combined application of phosphorus and potassium fertilizers on nutrient absorption of hybrid rice Gangyou 725. Scientia Agricultura Sinica, 2013, 46(7): 1335-1346.(in Chinese)

[29]JACKSON R B, MANWARING J H, COLDWELL M M. Rapid physiologically adjustment of roots to localized soil enrichment.Nature, 1990, 344: 58-60.

[30]葉會財, 李大明, 黃慶海, 柳開樓, 余喜初, 徐小林, 周利軍，胡惠文 王賽蓮. 長期不同施肥模式紅壤性水稻土磷素變化. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2015, 21(6): 1521-1528.YE H C, LI D M, HUANG Q H, LIU K L, YU X C, XU X L, ZHOU L J, HU H W, WANG S L et al. Variation of soil phosphorus under long-term fertilization in red paddy soil. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2015, 21(6): 1521-1528. (in Chinese)

[31]YANG C M, YANG L Z, YANG Y X, OUYANG, Z. Rice root growth and nutrient uptake as influenced by organic manure in continuously and alternately flooded paddy soils. Agriculture and Water Management,2004, 70: 67-81.

[32]BARISION J, UPHOFF N. Rice yield and its relation to root growth and nutrient-use efficiency under SRI and conventional cultivation: an evaluation in Madagascar. Paddy and Water Environment, 2011, 9(1):65-78.

[33]王永壯, 陳欣, 史奕. 農(nóng)田土壤中磷素有效性及影響因素. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2013, 24(1): 260-268.WANG Y Z, CHEN X, SHI Y. Phosphorus availability in cropland soils of China and related affecting factors. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24(1): 260-268. (in Chinese)

（責(zé)任編輯 李云霞）

Effects of Long-Term Application of Chemical and Organic Fertilizers on Root Biomass and Nutrient in Double Cropping Rice System

LIU KaiLou1,2, ZHANG HuiMin1, HAN TianFu1, ZHOU LiJun2, LI DaMing2, HU ZhiHua2, HUANG QingHai2,YE HuiCai2, XU XiaoLin2, HU HuiWen2
(1Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Laboratory for Improving Quality of Arable Land, Beijing 100081;2Jiangxi Institute of Red Soil/National Engineering and Technology Research Center for Red Soil Improvement, Nanchang 330046)

2017-03-04；接受日期：2017-04-26

國家重點研發(fā)計劃重點專項（2016YFD0300901）、國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201203030）、江西省自然科學(xué)基金（20151BAB214008）、農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與肥料學(xué)科群2014年開放基金課題

聯(lián)系方式：柳開樓，Tel：15070822925；E-mail：liukailou@163.com。通信作者張會民，E-mail：zhanghuimin@caas.cn。通信作者黃慶海，E-mail：hqh0791@vip.sina.com