雙季稻秸稈還田處理下減施氮肥對(duì)水稻生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

馬賢超　袁偉　王子陽(yáng)　田寶庚　劉世平

摘 要：

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展，對(duì)秸稈的處理，一度成為業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注、討論的熱點(diǎn)問題，而在眾多的途徑中，以秸稈還田受追捧的程度最深。江西作為我國(guó)南方的糧食主產(chǎn)區(qū)之一，以雙季稻種植為主，秸稈資源豐富。通過在江西進(jìn)行秸稈直接還田的減施氮肥試驗(yàn)，探究雙季稻秸稈直接還田與減施氮肥對(duì)水稻生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響。研究結(jié)果表明，秸稈還田結(jié)合科學(xué)合理地施用氮肥可有效提高水稻上3葉的葉寬，從而提高葉面積;改善水稻生育后期的氮素水平，提高后期水稻葉片的葉綠素含量，增強(qiáng)上3葉的光合能力，獲得較高的產(chǎn)量，減少生產(chǎn)成本。本研究通過秸稈還田、激發(fā)劑施用、合理肥料運(yùn)籌等技術(shù)，減少氮肥的投入量，提高肥料利用效率，保證雙季稻不減產(chǎn)，為肥料養(yǎng)分推薦方法與限量標(biāo)準(zhǔn)提供理論支撐和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：

秸稈還田;減施氮肥;雙季稻;生長(zhǎng)性狀;產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S-3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20191130001

基金項(xiàng)目：科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2016YFD0200107）;科技部國(guó)家科技支撐計(jì)劃（項(xiàng)目編號(hào)：2015BAD01B03）;江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目

引言

在過去很長(zhǎng)一段時(shí)期，秸稈主要被當(dāng)成牲畜飼料和生活燃料。然而，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技水平、生活方式等的改變、提升，秸稈資源的利用與環(huán)境問題之間的矛盾越來(lái)越深，成為社會(huì)廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)[1-3]。對(duì)秸稈的直接處理已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)當(dāng)前不得不面對(duì)的重大問題，尤其是在糧食生產(chǎn)密集的區(qū)域，秸稈處理問題更是刻不容緩。

我國(guó)是世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，人口基數(shù)大，近14億的人口需要人均耕地僅934m2的土地養(yǎng)活。在這樣的糧食壓力和饑餓危機(jī)之下，農(nóng)民不得不選擇通過連續(xù)耕作以收獲足夠的食物來(lái)解決溫飽問題。連作制度和傳統(tǒng)耕作，使土壤面臨嚴(yán)重的挑戰(zhàn)[4-8]，這種“壓榨”使土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)失調(diào)，有毒物質(zhì)增加，物理性質(zhì)受到破壞，土傳病害爆發(fā)，土壤元素缺失，鹽分及酸堿度的失衡等問題日漸突出，大大降低了土壤的地力。

秸稈還田作為解決農(nóng)業(yè)污染、廢棄物處理、地力修復(fù)等復(fù)雜問題的“金鑰匙”，于20世紀(jì)60年代傳入我國(guó)，后由于受到經(jīng)濟(jì)因素、思想觀念等條件的限制，進(jìn)展比較緩慢。改革開放以來(lái)，社會(huì)各界深入實(shí)踐，努力踐行“科學(xué)發(fā)展觀”，農(nóng)業(yè)生態(tài)問題因此受到的關(guān)注越來(lái)越多。秸稈還田迅速成為各大科研單位和機(jī)構(gòu)競(jìng)相開展的研究課題，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域持續(xù)發(fā)熱，并引發(fā)人們的廣泛關(guān)注。這主要是因?yàn)榻斩掃€田可以免去傳統(tǒng)耕作中拉運(yùn)秸稈、漚肥等工序，減少了田間作業(yè)次數(shù)和強(qiáng)度，降低了勞動(dòng)力成本[9-13]。此外，秸稈還田能增加土壤有機(jī)質(zhì)，改良土壤結(jié)構(gòu)，使土壤疏松，孔隙度增加，容重減輕，促進(jìn)微生物活力和作物根系的發(fā)育[14，15]。

在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等相關(guān)部門的引導(dǎo)下，我國(guó)秸稈還田技術(shù)的研究和推廣工作得到了長(zhǎng)足、深入的發(fā)展。但由于種種原因的限制，目前仍在秸稈的利用方式和效率，探究秸稈還田后土壤理化性質(zhì)的變化，作物產(chǎn)量變化等方面停滯不前[16-18]。由于秸稈掩埋后自然腐熟需要相當(dāng)一段時(shí)間，因此要徹底弄清秸稈還田的相關(guān)機(jī)制和作用，就必須進(jìn)行長(zhǎng)期的定位試驗(yàn)。江西作為我國(guó)南方的糧食主產(chǎn)區(qū)之一，主要種植雙季稻，是我國(guó)重要的雙季稻產(chǎn)區(qū)，其秸稈還田狀況對(duì)于我國(guó)南方地區(qū)來(lái)說(shuō)具有一定代表性。在江西進(jìn)行秸稈直接還田定點(diǎn)試驗(yàn)，可以定期調(diào)查水稻植株生長(zhǎng)過程中的各項(xiàng)指標(biāo)，掌握雙季稻秸稈直接還田對(duì)水稻生長(zhǎng)性狀和產(chǎn)量構(gòu)成的影響，減少化學(xué)肥料的施用量，節(jié)省生產(chǎn)成本，提高農(nóng)民收入。秸稈還田及合理施肥，可指導(dǎo)科學(xué)高效的糧食生產(chǎn)，對(duì)農(nóng)村生物質(zhì)能循環(huán)利用、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等有重要意義和積極的推動(dòng)作用。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

試驗(yàn)于2018年4—11月在江西上高縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)試驗(yàn)田內(nèi)進(jìn)行。

1.2 供試材料

供試早稻品種為潭兩優(yōu)39，晚稻品種為甬優(yōu)538。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

早稻和晚稻均按不同施氮量設(shè)6個(gè)處理，早稻氮肥施用量（純N）分別為0kg/hm2（N0）、90kg/hm2（N1）、126kg/hm2（N2）、162kg/hm2（N3）、180kg/hm2（N4），以秸稈不還田162kg/hm2施N量作為對(duì)照（NCK）;晚稻氮肥施用量分別為0kg/hm2（N0）、135kg/hm2（N1）、189kg/hm2（N2）、243kg/hm2（N3）、270kg/hm2（N4），以秸稈不還田243kg/hm2施N量作為對(duì)照（NCK），均為6個(gè)處理，每個(gè)處理50m2，重復(fù)2次，各處理施氮量見表1。氮肥施肥比例為基肥∶分蘗肥∶穗肥為5∶2∶3;磷、鉀肥施用量早稻分別為90kg/hm2（P2O5）和135kg/hm2（K2O），晚稻分別為135 kg/hm2（P2O5）和135kg/hm2（K2O），磷肥全部作為基肥施用，鉀肥基肥和穗肥分別施用6∶4，秸稈還田處理配施秸稈腐解劑（谷霖牌微生物腐稈劑，上海聯(lián)業(yè)農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)），其它農(nóng)藝管理措施與當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)一致。

1.4 測(cè)定內(nèi)容與方法

在水稻抽穗期測(cè)定葉面積和SPAD值，成熟期調(diào)查穗數(shù)，取樣考種，割方測(cè)產(chǎn)。

數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0 進(jìn)行方差分析，LSD法進(jìn)行多重比較（α=0.05） ，Excel 2007軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 減氮對(duì)早稻植株生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

2.1.1 對(duì)早稻上3葉葉面積的影響

水稻抽穗期，對(duì)水稻上3葉的葉片長(zhǎng)、寬、面積的測(cè)量結(jié)果表明（表2）： N4處理上3葉的葉面積最大，N0處理葉面積最小，其它處理差異不明顯，隨著施N量增加，葉面積有增大的趨勢(shì)。

2.1.2 對(duì)抽穗后上3葉葉片SPAD值的影響

在抽穗期對(duì)上3葉葉綠素含量測(cè)定表明（表3）：隨著施N量增加，上3葉SPAD值增高，N4處理上3葉SPAD值最大，與葉面積大小的趨勢(shì)基本一致，說(shuō)明施N改善了水稻生育后期葉片的氮素營(yíng)養(yǎng)，提高了后期葉片葉綠素含量，增強(qiáng)了上3葉光合能力。不施氮的N0處理，SPAD值最低，NCK居于N2和N3之間。

2.1.3 對(duì)水稻成熟期植株性狀的影響

成熟期，對(duì)早稻植株性狀進(jìn)行測(cè)定（表4），N0和N1處理株高較低，其它處理無(wú)明顯差異，穗長(zhǎng)和穗頸節(jié)長(zhǎng)也以N0和N1處理較小;其它均無(wú)顯著差異，說(shuō)明達(dá)到70%施氮量后水稻植株長(zhǎng)勢(shì)基本正常。

2.1.4 對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

從水稻產(chǎn)量構(gòu)成要素來(lái)看（表5），各處理穗數(shù)隨施氮量增加而提高，N3、N4和NCK3個(gè)處理的穗數(shù)較多，而實(shí)粒數(shù)僅不施氮區(qū)N0較低，其它均無(wú)顯著差異，千粒重有隨施氮量增加而降低的趨勢(shì)，各處理無(wú)明顯差異，最終實(shí)際產(chǎn)量以N2最高， N3和NCK較高，N4產(chǎn)量較低，不施氮區(qū)實(shí)際產(chǎn)量最低，僅為最高產(chǎn)量的60%左右。因此，早稻降低10%施氮量可提高水稻產(chǎn)量，降低30%施氮量產(chǎn)量最高，過量施氮，可能只收到相當(dāng)于50%施氮量的水稻產(chǎn)量。

2.2 減氮對(duì)晚稻植株生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

2.2.1 對(duì)水稻上3葉葉面積的影響

在抽穗期對(duì)水稻上3葉葉面積進(jìn)行測(cè)定，由表6可見，N2和N3處理葉面積最大，NCK較低，N0處理最低。說(shuō)明只要達(dá)到50%以上的施氮量，對(duì)葉片生長(zhǎng)就沒有明顯影響。

2.2.2 抽穗后上3葉葉片SPAD值的影響

在抽穗期和抽穗后30d對(duì)上3葉葉綠素含量進(jìn)行測(cè)定（表7）：結(jié)果表明，N3的上3葉SPAD值最高，N4和NCK兩處理上3葉SPAD值在抽穗期也較大，但抽穗后30d下降較快，說(shuō)明秸稈還田改善了水稻生育后期葉片的氮素營(yíng)養(yǎng)，提高了后期葉片葉綠素含量，尤其是抽穗后30d倒2葉和倒3葉增加明顯，增強(qiáng)了上3葉光合能力，但施肥過多SPAD值也會(huì)快速下降。不施氮的情況下，SPAD值最低，抽穗后30d僅為施氮區(qū)的1/2左右。

2.2.3 不同處理對(duì)水稻成熟期植株性狀的影響

成熟期，對(duì)晚稻植株性狀進(jìn)行測(cè)定（表8），隨著施氮增加，株高增加，N4處理株高最高，增加了倒伏的風(fēng)險(xiǎn)，穗長(zhǎng)、穗頸節(jié)長(zhǎng)除N0較小外，均沒有明顯差異，穗長(zhǎng)以N2為最長(zhǎng)。

2.2.4 對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

從水稻產(chǎn)量構(gòu)成要素來(lái)看（表9），各處理穗數(shù)隨著施氮增加而增多，以N4為最多， N0和N1的穗數(shù)較少，而實(shí)粒數(shù)以N1和N3為最多， N4和N0最低，千粒重?zé)o明顯差異，以不施肥N0為高，最終實(shí)際產(chǎn)量以N4和N3為高，N4和N3無(wú)差異，說(shuō)明氮肥減少10%對(duì)產(chǎn)量無(wú)影響，均比NCK高，秸稈還田不影響水稻產(chǎn)量。

3 討論

在本試驗(yàn)條件下，秸稈還田結(jié)合合理的施氮策略，能夠有效提高早稻、晚稻的實(shí)際產(chǎn)量，與秸稈不還田的對(duì)照小區(qū)形成顯著差異。主要原因在于水稻的生育前期秸稈對(duì)氮素的固定，生育后期的釋放，在水稻生育后期秸稈直接還田的處理表現(xiàn)出較強(qiáng)長(zhǎng)勢(shì)，達(dá)到減少施氮量而不減產(chǎn)的目的。但秸稈腐解過程中微生物與植株也會(huì)爭(zhēng)奪氮素，土壤中的部分氮被微生物固持[19-21]，這就影響了水稻的生長(zhǎng)，因而要適當(dāng)補(bǔ)充氮素。秸稈還田還提高了堿解氮等土壤營(yíng)養(yǎng)元素含量[22-25]，這些土壤養(yǎng)分是植物生長(zhǎng)所必須的且能直接被植物吸收利用。抓住秸稈還田的這些特點(diǎn)，就可以適當(dāng)?shù)販p少氮肥的使用量，從而降低生產(chǎn)成本，減輕因過量使用化肥而造成的營(yíng)養(yǎng)成分流失，土壤貧瘠化等問題。

江西作為典型的糧食主產(chǎn)區(qū)，農(nóng)作物秸稈利用率較高，秸稈還田技術(shù)相對(duì)成熟，但仍然無(wú)法與發(fā)達(dá)國(guó)家相比。

在國(guó)外，農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已形成了完備的秸稈收儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)裝備體系[26]，有效地解決了秸稈資源利用問題，這說(shuō)明我國(guó)的秸稈還田技術(shù)上升空間十分充足。需要技術(shù)的不斷創(chuàng)新突破，同時(shí)因地制宜地利用秸稈資源、政府資金的投入以及與農(nóng)民間的相互協(xié)作，盡快推廣秸稈利用產(chǎn)業(yè)化模式，走可持續(xù)發(fā)展道路。

秸稈作為生物質(zhì)能，利用方式不應(yīng)局限于還田，要在研究秸稈營(yíng)養(yǎng)特征的情況下，充分利用最直接有效的部分，從而提高資源綜合利用率，減少化肥的施用量，在節(jié)省成本的同時(shí)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，使秸稈作為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化中的綠色能源效益最大化。

基于中國(guó)不同地區(qū)自然條件的差異性和復(fù)雜性，因地制宜區(qū)域性的秸稈還田技術(shù)體系、作業(yè)模式及配套裝備的健全完善，將成為中國(guó)秸稈還田未來(lái)發(fā)展研究的重要內(nèi)容。今后，從保護(hù)生態(tài)環(huán)境，節(jié)約資源和可持續(xù)農(nóng)業(yè)等角度的建設(shè)出發(fā)[27]，秸稈還田將會(huì)向更快、更好、更全面的方向發(fā)展。

4 結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果顯示，在雙季稻生產(chǎn)過程中，減施氮肥對(duì)于水稻產(chǎn)量和生長(zhǎng)性狀的影響結(jié)果如下。

對(duì)于早稻而言，隨著施N量增加，早稻上3葉葉面積有增大的趨勢(shì)。秸稈還田處理下，達(dá)到70%施氮量后早稻植株長(zhǎng)勢(shì)基本正常。降低10%施氮量可提高水稻產(chǎn)量，降低30%施氮量產(chǎn)量最高，而過量施氮，可能只收到相當(dāng)于50%施氮量的水稻產(chǎn)量。

對(duì)于晚稻來(lái)說(shuō)，秸稈還田處理下，達(dá)到50%以上的施氮量，對(duì)晚稻葉片生長(zhǎng)沒有明顯影響。氮肥減少10%對(duì)產(chǎn)量無(wú)影響，說(shuō)明秸稈還田不影響水稻產(chǎn)量。

綜上所述，秸稈還田結(jié)合科學(xué)合理地施用氮肥可有效提高水稻上3葉的葉寬，從而提高葉面積，改善水稻生育后期的氮素水平，提高后期水稻葉片的葉綠素含量，增強(qiáng)上3葉的光合能力，獲得較高的產(chǎn)量，減少生產(chǎn)成本，為肥料養(yǎng)分推薦方法與限量標(biāo)準(zhǔn)提供理論支撐和技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1]王紅彥，王飛，孫仁華，等.國(guó)外農(nóng)作物秸稈利用政策法規(guī)綜述及其經(jīng)驗(yàn)啟示[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32（16）：216-222.

[2]孫寧，王飛，孫仁華，等.國(guó)外農(nóng)作物秸稈主要利用方式與經(jīng)驗(yàn)借鑒[J].中國(guó)人口·資源與環(huán)境，2016，26（S1）：469-474.

[3]畢于運(yùn)，王亞靜，高春雨.中國(guó)秸稈資源綜合利用的系統(tǒng)構(gòu)成及總體趨勢(shì)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2010（8）：35-38.

[4]余坤，馮浩，李正鵬，等.秸稈還田對(duì)農(nóng)田土壤水分與冬小麥耗水特征的影響[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45（10）：116-123.

[5]ARCAND M M，KNIGHT J D，RICHARD E F.Differentiating between the supply of N to wheat from above and below ground residues of preceding crops of pea and canola[J].Biology and Fertility of Soils，2014，50（4）：563-570.

[6]龐成慶，秦江濤，李輝信，等.秸稈還田和休耕對(duì)贛東北稻田土壤養(yǎng)分的影響[J].土壤，2013，45（4）： 604-609.

[7]RAHMANA M A，CHIKUSHIA J，SAIFIZZAMANB M，et al. Rice straw mulching and nitrogen response of no-till wheat following rice in Bangladesh[J].Field Crops Research，2005，91（1）：71-81.

[8]黃毅，張玉龍. 保護(hù)地生產(chǎn)條件下的土壤退化問題及其防治對(duì)策[J].土壤通報(bào)， 2004， 35（2）：212-216.

[9]閆德智，王德建.長(zhǎng)期施用化肥和秸稈對(duì)水稻土碳氮礦化的影響[J].土壤，2011，43（4）：529-533

[10]潘劍玲，代萬(wàn)安，尚占環(huán)，等.秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和氮素有效性影響及機(jī)制研究進(jìn)展[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，21（05）：526-535.

[11]黃婷苗，鄭險(xiǎn)峰，王朝輝.還田玉米秸稈氮釋放對(duì)關(guān)中黃土供氮和冬小麥氮吸收的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，48（14）：2785-2795.

[12]黃濤，仇少君，杜娟，等.碳氮管理措施對(duì)冬小麥/夏玉米輪作體系作物產(chǎn)量、秸稈腐解、土壤CO2 排放的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，46（4）：756-768.

[13]曾洪玉，唐寶國(guó)，蔡建華，等.秸稈還田對(duì)耕地質(zhì)量及稻麥產(chǎn)量的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（4）： 499-501.

[14]張海林，高旺盛，陳阜，等.保護(hù)性耕作研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)策[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，10（1）：16-20.

[15]楊濱娟，錢海燕，黃國(guó)勤，等.秸稈還田及其研究進(jìn)展[J].農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào)，2012，2（5）：1-4.

[16]潘曉華，李木英，曾勇軍，等.江西雙季稻主要種植方式及其配套栽培對(duì)策[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35（01）：1-6.

[17]MOURTZINIS S，ARRIAGA F，BALKCOM K S，et al.Vertical distribution of corn biomass as influenced by cover crop and stover harvest[J]. Agronomy Journal，2015，107（1）：232-240.

[18]許軻，劉萌，陳京都，等.麥秸稈全量還田對(duì)稻田土壤溶解有機(jī)碳含量和水稻產(chǎn)量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，26（2）：430-436.

[19]張春慧，張一平，竇連彬.農(nóng)田生態(tài)條件下植物殘?bào)w腐解過程腐解物的能態(tài)變化特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，1996，16（2）：141-146.

[20]張紅，呂家瓏，曹瑩菲，等.不同植物秸稈腐解特性與土壤微生物功能多樣性研究[J].土壤學(xué)報(bào)，2014，51（4）：69-78.

[21]孫海國(guó)，雷浣群.植物殘?bào)w對(duì)土壤結(jié)構(gòu)性狀的影響[J].生態(tài)農(nóng)業(yè)研究，1998，6（3）：39-42.

[22]吳崇海，李振金，顧士領(lǐng).高留麥茬的整體效應(yīng)與配套技術(shù)的研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1996，14（1）：43-48.

[23]何騰兵，樊博，李博，等.秸稈還田對(duì)喀斯特山區(qū)旱地土壤理化性質(zhì)的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2014，28（4）：163-167.

[24]羅珠珠，黃高寶，張仁陟，等.長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)黃土高原旱地土壤肥力質(zhì)量的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，18（3）：458-464.

[25]劉立軍，楊立年，孫小淋，等.水稻實(shí)地氮肥管理的氮肥利用效率及其生理原因[J].作物學(xué)報(bào)， 2009， 35（9）：1672-1680.

[26] MONFORTI F，LUGATO E，MOTOLA V，et al.Optimal energy use of agricultural crop residues preserving soil organic carbon stocks in Europe[J].Renewable & Sustainable Energy Reviews，2015，44：519-529.

[27]王君萍.農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（09）：2713-2715.

作者簡(jiǎn)介：

馬賢超（1994-），男，碩士。研究方向：作物栽培學(xué)與耕作學(xué);

劉世平（1963-），男，教授，博士。研究方向：土壤耕作與農(nóng)業(yè)生態(tài)。