秸稈還田與施氮量對雜交秈稻氮素利用效率及產(chǎn)量的影響

蘇衛(wèi)馮躍華,2*許桂玲管正策歐達張佳鳳王玲莉陳勇

（1貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴陽550025；2貴州大學(xué)/山地植物資源保護與種植創(chuàng)新教育部重點實驗室，貴陽550025；第一作者：1398806682＠163.com；*通訊作者：fengyuehua2006＠126.com）

長期以來，氮肥的施用一直是保證我國農(nóng)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要措施，但過量氮肥投入會使農(nóng)作物病蟲害加重[1]、土壤肥力退化和氮肥生產(chǎn)效率降低，在一定程度上影響我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物秸稈資源豐富，但大部分秸稈存在不合理利用的現(xiàn)象[2]，造成農(nóng)田系統(tǒng)及周圍環(huán)境污染[3]，嚴重時還影響人們正常的生產(chǎn)生活。人們就秸稈還田對土壤理化性質(zhì)、土壤肥力、農(nóng)田生態(tài)環(huán)境、作物生長及其產(chǎn)量等方面展開了一系列的研究[4-7]。許多研究表明，秸稈還田配施氮肥對作物產(chǎn)量有一定的促進作用[8]，可以減少化肥的施用和提高利用效率[9-12]，并提高了土壤養(yǎng)分持續(xù)供應(yīng)潛力[13-15]，但涉及在貴州喀斯特地區(qū)秸稈還田與施氮量對水稻氮素利用效率及產(chǎn)量的影響相關(guān)研究較少。因此，筆者研究了秸稈還田和施氮量對喀斯特地區(qū)水稻氮素利用效率及產(chǎn)量的影響，以期通過秸稈還田與施氮量的最優(yōu)組合，為該地區(qū)水稻高產(chǎn)、高效栽培及農(nóng)田的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點和材料

本試驗于2018年在貴州省三穗縣長吉鎮(zhèn)大長吉村（108°45′12.1″E、26°56′33.2″N）進行。該地屬于北亞熱帶溫和濕潤季風氣候，具有冬無嚴寒、夏無酷暑、雨熱同季的特點，年平均氣溫14.9℃，最高氣溫38.4℃，最低氣溫-7.6℃，全年無霜期290～300 d，年平均降水量1 147 mm。試驗田土壤主要理化性狀：有機質(zhì)19.06 g/kg，速效鉀 63.73 mg/kg，堿解氮 131.91 mg/kg，有效磷45.99 mg/kg，全氮 2.05 g/kg，全磷 0.85 g/kg，全鉀 21.87 g/kg。參試水稻品種為雜交秈稻內(nèi)5優(yōu)5399。供試肥料為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗為“油菜-水稻”兩熟制下水稻季試驗。試驗設(shè)秸稈還田，施氮量2個因素，采用裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為秸稈是否還田，副區(qū)為施氮量。設(shè)2種還田方式：H1，前茬油菜秸稈離田；H2，前茬油菜秸稈全量還田。設(shè)4種施氮量水平：N1，不施氮肥；N2，75 kg/hm2；N3，150 kg/hm2；N4，225 kg/hm2。每個處理 3 次重復(fù)，小區(qū)面積22 m2。氮肥采用分次施肥法，基肥、分蘗肥、穗肥、粒肥施氮量占比分別為35%、20%、30%、15%；磷肥（P2O5）用量96 kg/hm2，作基肥一次性施入；鉀肥（K2O）用量135 kg/hm2，基施50%，幼穗分化期施50%。小區(qū)四周做高30 cm、寬20 cm的田埂并包膜，包膜壓深至地下30 cm，防止水肥滲透。重復(fù)間留70 cm寬的走道以便田間操作和調(diào)查。4月8日育秧，5月27日移栽，行株距為30 cm×20 cm，田間管理同當?shù)匾话愦筇铮?月20收獲。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 干物質(zhì)積累量

在水稻拔節(jié)期、抽穗期及成熟期的各個小區(qū)分別選擇具有代表性的植株4株，拔節(jié)期分莖、葉，抽穗期和成熟期分莖、葉、穗，置于105℃下的烘箱中，殺青0.5 h，再將烘箱溫度調(diào)至80℃烘干至恒質(zhì)量，測定此時干物質(zhì)量。

1.3.2 氮積累量

分別將水稻各個時期烘干的葉、莖、穗等進行處理后，測定其中氮素的含量。氮含量測定采用H2SO4-H2O2消化—擴散法，計算植株各器官的吸氮量，并計算氮素利用效率，各項氮素利用效率指標的計算公式如下：

各器官氮素積累量（kg/hm2）=各器官干物質(zhì)積累量×各器官氮素含量；

氮素籽粒生產(chǎn)效率（kg/kg）=稻谷產(chǎn)量/氮素積累總量；

氮收獲指數(shù)（%）=成熟期稻谷氮積累量/成熟期植株氮積累總量×100；

氮肥農(nóng)學(xué)利用率（kg/kg）=（施氮區(qū)稻谷產(chǎn)量-不施氮肥區(qū)稻谷產(chǎn)量）/施氮量；

氮肥吸收利用率（%）=[（施氮區(qū)植株吸氮量-不施氮區(qū)植株吸氮量）/施氮量]×100；

百千克籽粒需氮量[kg/（100 kg）]=總氮素積累量/稻谷產(chǎn)量×100；

氮肥生理利用率（kg/kg）=（施氮區(qū)水稻產(chǎn)量-不施氮區(qū)水稻產(chǎn)量）/（施氮區(qū)植株氮素積累量-不施氮區(qū)植株氮素積累量）；

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=各施氮區(qū)水稻產(chǎn)量/各區(qū)施氮量；

氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率（kg/kg）=單位面積水稻干物質(zhì)積累量/單位面積水稻氮素積累量。

1.3.3 產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成

成熟期每小區(qū)割取具有代表性區(qū)域99叢作為測產(chǎn)區(qū)，取樣脫粒，曬干風選后稱其風干質(zhì)量；然后取30 g，采用烘干法測定實際含水量，按 13.5%水分折算水稻實際產(chǎn)量。根據(jù)田間調(diào)查的平均莖蘗數(shù)，每小區(qū)取代表性植株6叢作為考種樣，考察水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子等指標。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)的錄入和計算，運用SAS9.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對水稻主要生育時期各器官氮素積累的影響

由表1可知，秸稈處理對水稻主要生育時期各器官氮素積累有顯著或極顯著影響；施氮量對水稻主要生育時期各器官氮素積累有極顯著影響；秸稈處理和施氮量的交互作用對水稻主要生育時期有顯著或極顯著影響。秸稈離田處理的各器官的氮素積累在拔節(jié)期（前期）和抽穗期（中期）均顯著高于秸稈還田處理；在成熟期（后期）秸稈離田處理的莖的氮素積累顯著高于秸稈還田處理，葉的氮素積累與之相反，對穗的氮素積累影響較小。說明秸稈還田在前中期有抑制水稻生長的作用，而后期能促進水稻生長。

隨著施氮量的增加，水稻主要生育時期各器官的氮素積累均有增加的趨勢，生育中期莖的氮素積累有先增加后降低的趨勢，除中期穗的氮素積累在N3、N4處理和后期葉的氮素積累在N1、N2處理間的差異不顯著外，其它時期各器官的氮素積累處理間差異顯著，說明施氮量對水稻的生長影響較大。隨水稻的生長，莖、葉的氮素積累有先增加后降低的趨勢；穗的氮素積累有增加的趨勢。說明前中期主要進行營養(yǎng)生長，后期主要進行生殖生長，這與作物生長規(guī)律相同。

2.2 對水稻氮素吸收利用的影響

由表2可知，秸稈處理對水稻氮肥吸收利用率、氮素農(nóng)學(xué)利用率、氮肥生理利用率和氮素籽粒生產(chǎn)效率等指標有顯著或極顯著的影響，對其他指標影響較小；施氮量對水稻氮素利用的各個指標都有極顯著影響；秸稈處理與施氮量的交互作用對氮素利用的各個指標有顯著或極顯著影響。秸稈離田處理的氮肥吸收利用率顯著高于秸稈還田處理；秸稈還田處理的氮素農(nóng)學(xué)利用率、肥生理利用率和氮素籽粒生產(chǎn)效率顯著高于秸稈離田處理；秸稈處理對氮肥偏生產(chǎn)力、氮收獲指數(shù)、百千克籽粒需氮量和氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率的影響較小。

隨施氮量的增加，氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥生理利用率、氮素籽粒生產(chǎn)效率、氮收獲指數(shù)和氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率有降低的趨勢，除氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率在N1、N2差異不顯著外，其它指標各處理間差異顯著，氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥生理利用率N2顯著高于其他處理；氮素農(nóng)學(xué)利用率和氮收獲指數(shù)有先增加后降低的趨勢，氮素農(nóng)學(xué)利用率N2、N3顯著高于N4，氮收獲指數(shù)N2顯著高于其他處理，N3、N4處理間差異不顯著；氮肥吸收利用率和百千克籽粒需氮量有增加的趨勢，氮肥吸收利用率N3、N4處理顯著高于N2處理，百千克籽粒需氮量各處理間差異顯著，并表現(xiàn)為N4＞N3＞N1＞N2。

表1秸稈還田與施氮量對水稻主要生育時期各器官氮素積累的影響

表2秸稈還田與施氮量對水稻氮素吸收利用的影響

2.3 對水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因子的影響

由表3可知，施氮量對產(chǎn)量及其構(gòu)成因子均有顯著或極顯著的影響，秸稈處理主要影響每穗總粒數(shù)和結(jié)實率，施氮量與秸稈處理的交互作用對每穗總粒數(shù)、結(jié)實率和產(chǎn)量均有極顯著影響。隨著施氮量的增加，水稻產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢，N3處理顯著高于其他處理。每穗總粒數(shù)、有效穗數(shù)隨著施氮量的增加均呈增加的趨勢，每穗總粒數(shù)各處理間差異顯著，其中N4處理顯著高于其他處理，有效穗數(shù)N4、N3處理間差異不顯著；結(jié)實率隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，N2顯著高于其他處理，但N1、N3和N4處理間差異不顯著；千粒重隨施氮量的增加呈下降的趨勢，N4顯著低于其他處理。

表3秸稈還田與施氮量對水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

秸稈處理對有效穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量的影響較小，但對每穗總粒數(shù)和結(jié)實率影響顯著，其中秸稈還田處理的每穗總粒數(shù)顯著高于秸稈離田處理，秸稈離田處理的結(jié)實率顯著高于秸稈還田處理。對產(chǎn)量進一步分析表明，在N3和N4條件下，秸稈還田與秸稈離田處理間差異不顯著，但在N2條件下，秸稈還田處理產(chǎn)量顯著高于秸稈離田處理，其中H2N3處理的產(chǎn)量最高，達9 758.02 kg/hm2，較H1N3處理增產(chǎn)2.6%，說明秸稈還田通過提高有效穗數(shù)和每穗總粒數(shù)的途徑使水稻增產(chǎn)。

3 討論與結(jié)論

有研究[16-17]表明，秸稈還田對水稻前期生長有抑制作用，對水稻后期的生長有促進作用，這與本研究結(jié)果相似。本研究表明，在水稻前中期，秸稈還田處理的各器官的氮素積累顯著低于秸稈離田處理；在水稻生育后期，秸稈還田處理的葉的氮素積累顯著高于秸稈離田處理，穗的氮積累量秸稈還田處理高于秸稈離田處理，但差異不顯著。秸稈還田處理的氮素農(nóng)學(xué)利用率、氮肥生理利用率、氮素籽粒生產(chǎn)效率顯著高于秸稈離田處理，分別增加44.1%、309.8%和7.1%，說明秸稈還田后期能提高氮素的利用率，促進籽粒對氮素的吸收，進而為水稻產(chǎn)量的提高提供保障。從產(chǎn)量構(gòu)成來看，秸稈還田提高了每穗總粒數(shù)，但降低了結(jié)實率，對有效穗數(shù)和千粒重的影響較小。所以整體來說，秸稈還田能提高水稻產(chǎn)量，但效果不明顯。

氮肥是影響水稻生長的主要因素之一。隨著施氮量的增加，氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥生理利用率、氮素籽粒生產(chǎn)效率、氮收獲指數(shù)和氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率有降低的趨勢；水稻各生育時期各器官的氮素積累、氮肥吸收利用率和百千克籽粒需氮量有增加的趨勢；氮素籽粒的生產(chǎn)效率呈先增后減的趨勢。從產(chǎn)量構(gòu)成來看，施氮量提高了每穗總粒數(shù)和有效穗數(shù)，但施肥過量會降低水稻的結(jié)實率和千粒重，這與徐一成等[18-21]的研究結(jié)果相似，說明過量施氮會使水稻無效分蘗增多，從而降低產(chǎn)量。

綜上所述，秸稈還田對水稻前期的生長有抑制作用，但促進后期生長發(fā)育；氮肥對水稻的生長影響較大，但過量的氮肥對水稻生長有一定抑制作用；秸稈還田配施氮肥能緩解前期秸稈還田引起的土壤微生物與水稻的“爭氮”影響，后期能提高氮素的利用率。因此，在H2N3條件下，水稻可以獲得較高產(chǎn)量9758.02 kg/hm2。