秸稈還田與氮肥配施對常規(guī)晚粳稻產(chǎn)量、氮素累積轉(zhuǎn)運(yùn)及利用效率的影響

俞慧明，張紅梅，王保君，沈亞強(qiáng)，程旺大

（1.嘉興市農(nóng)漁技術(shù)推廣站，浙江嘉興314050；2.嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江嘉興314016）

水稻秸稈富含作物生長所需的氮、磷、鉀、鈣、硫等營養(yǎng)元素，是稻田生態(tài)系統(tǒng)一項重要有機(jī)資源[1]。秸稈還田可以提升土壤肥力、減少化肥投入、減控農(nóng)田面源污染，同時可以促進(jìn)水稻養(yǎng)分吸收[2]、優(yōu)化農(nóng)田生態(tài)環(huán)境和提高水稻產(chǎn)量[3-4]。秸稈直接還田仍是當(dāng)前秸稈肥料化利用最主要的途徑，也是最現(xiàn)實、最易推廣操作的秸稈利用方式。

增施氮肥是提高水稻產(chǎn)量的有效途徑[5-6]。然而，氮肥施用過多，不僅會引起水稻徒長，病蟲害加重，水稻籽粒充實度下降[7]，還會造成土壤肥效下降[8]。此外，氮肥施用量越高，流失到環(huán)境中的幾率越大，增加了環(huán)境污染風(fēng)險[9]。秸稈還田合理配施氮肥，可以獲得較高水稻產(chǎn)量和氮肥利用率[9-10]。因此，秸稈還田不僅可以補(bǔ)充農(nóng)田養(yǎng)分，而且可以提高農(nóng)田養(yǎng)分的循環(huán)利用效率，利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

隨著種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，單季晚粳稻已經(jīng)成為浙江省糧食生產(chǎn)的主體種植模式[3]。前人關(guān)于氮肥用量和氮肥運(yùn)籌對水稻產(chǎn)量和土壤質(zhì)量的影響已有大量報道[4,11-13]。但是，在秸稈全量還田背景下，關(guān)于氮肥調(diào)控對浙北地區(qū)單季晚粳稻生長和氮素累積轉(zhuǎn)運(yùn)及利用效率的影響卻鮮有報道。本研究通過大田試驗，以浙北單季晚粳稻為研究對象，研究秸稈全量還田下氮肥調(diào)控對單季晚粳稻產(chǎn)量因子、氮素累積及利用效率的影響，以期為秸稈全量還田下浙北地區(qū)單季晚粳稻合理施用氮肥、優(yōu)化農(nóng)業(yè)資源利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

大田試驗在浙江省嘉興市秀洲區(qū)王江涇鎮(zhèn)雙橋（120°42′42″E、30°50′20″N）進(jìn)行。該試驗地屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫17.7 ℃，年降水量1 193.3 mm，年日照時數(shù)1 599.8 h，無霜期245 d。土壤類型為長三角地區(qū)典型的青紫泥，0～20 cm 耕層土壤基本理化性狀為：pH 值6.45，有機(jī)質(zhì)含量30.28 g/kg，全氮含量2.31 g/kg，銨態(tài)氮含量21.52 mg/kg，硝態(tài)氮含量6.28 mg/kg，速效磷含量13.52 mg/kg，速效鉀含量56.13 mg/kg。

1.2 試驗材料

浙審稻秀水134（XS134），中熟常規(guī)晚粳稻品種；浙審稻嘉58（J58），單季常規(guī)晚粳稻，該品種為光身稻。秀水134 和嘉58 均由嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置4 個施N 水平：0、165.0、240.0、315.0 kg/hm2，分別簡記為N0、N1、N2 和N3。試驗采用裂區(qū)設(shè)計，不同施氮水平為主處理，水稻品種為副處理，4 個施氮水平，2 個水稻品種，共設(shè)8 個處理，每個處理3 次重復(fù)，共計24 個試驗小區(qū)，每個小區(qū)面積為36 m2（6 m×6 m）。小區(qū)間筑埂并用塑料薄膜包裹，防止串水串肥。水稻收獲后稻草秸稈經(jīng)人工粉碎為5～10 cm 的小段全部還田，還田量約為7 500 kg/hm2，種植密度為30 萬穴/hm2。

氮肥為尿素，按基肥、分蘗肥、穗肥用量比例4∶3∶3 施用，具體施用量如表1 所示。P、K 肥全部作基肥施用，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀，施用量分別為42 kg/hm2（以P2O5計）和150 kg/hm2（以K2O 計）?；视谝圃郧? d 施入，與耕層土壤混合施用；分蘗肥和穗肥田間灌水后撒施。各處理水稻生長期間水分管理模式及病、蟲、草害防治與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)田間管理相同。

表1 水稻氮肥施用量

1.4 測定內(nèi)容及方法

1.4.1 水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子。水稻收獲前每個小區(qū)采集5 穴有代表性水稻植株進(jìn)行考種，水稻成熟后，每小區(qū)單獨(dú)收割脫粒測產(chǎn)。

1.4.2 地上部干物質(zhì)。分別于水稻齊穗期和成熟期，取有代表性水稻植株5 穴，分為莖葉和穗2 部分，105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干至衡質(zhì)量，稱其質(zhì)量，計算地上部干物質(zhì)量。

1.4.3 氮素累積。水稻烘干樣品磨細(xì)，經(jīng)H2SO4-H2O2消解后，凱氏定氮法測定氮素含量，計算水稻地上部單位面積氮素累積及轉(zhuǎn)運(yùn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理及分析

用DPS 15.10 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及方差分析，用Excel 2016 軟件進(jìn)行制圖。

指標(biāo)計算公式如下：氮轉(zhuǎn)運(yùn)量（kg/hm2）=齊穗期水稻營養(yǎng)體氮累積量-成熟期營養(yǎng)體氮累積量；氮轉(zhuǎn)運(yùn)效率=（齊穗期水稻營養(yǎng)體氮累積量-成熟期營養(yǎng)體氮累積量）/ 齊穗期水稻營養(yǎng)體氮累積量×100%；氮素利用效率（kg/kg）=稻谷產(chǎn)量/土壤供氮量（耕層土壤有效氮與施氮量之和）；氮吸收效率（kg/kg）=水稻植株總吸氮量/土壤供氮量；氮素生理利用率（kg/kg）=水稻植株總干物質(zhì)累積量/水稻植株總吸氮量。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈全量還田耦合氮肥調(diào)控對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量因子的影響

由表2 可知，在秸稈全量還田下，常規(guī)晚粳稻XS134 和J58 單位面積產(chǎn)量隨著施氮量增加整體呈增長趨勢，N1、N2 和N3 施氮水平下的單位面積產(chǎn)量顯著高于N0 水平（P＜0.05）。XS134 在N3 施氮水平下的單位面積產(chǎn)量顯著高于N1 處理，同時也高于N2 處理，但差異不顯著；J58 在N1、N2 和N3施氮水平下的單位面積產(chǎn)量沒有顯著差異。

從產(chǎn)量因子看（表2），XS134 和J58 在N1、N2和N3 施氮水平下的株高分別顯著高于N0 水平（P＜0.05）。XS134 和J58 的單位面積穗數(shù)隨著施氮量增加整體呈增長趨勢，XS134 在N1、N2 和N3 施氮水平下的單位面積穗數(shù)顯著高于N0 水平（P＜0.05），J58 在N2 和N3 施氮水平下的單位面積穗數(shù)顯著高于N0 水平（P＜0.05）。在秸稈全量還田下，與N0 相比，XS134 在N1、N2 和N3 施氮水平下的每穗粒數(shù)有所下降，降幅分別為11.87%、9.86%、13.52%，但未達(dá)顯著水平；與N0 相比，J58 在N1、N2 和N3 施氮水平下的每穗粒數(shù)都有所增加，增幅分別為14.88%、5.37%、10.75%，但也未達(dá)顯著水平。在秸稈全量還田下，隨著施氮量的增加，J58 的結(jié)實率和千粒質(zhì)量呈下降趨勢，N3 施氮水平與N0相比達(dá)顯著水平（P＜0.05），結(jié)實率、千粒質(zhì)量降幅分別達(dá)9.18%、11.98%；XS134 在N1 施氮水平下，結(jié)實率（92.3%）和千粒質(zhì)量（25.2 g）較高，但與其他N 處理差異不顯著?？梢?，秸稈全量還田后，常規(guī)晚粳稻的產(chǎn)量優(yōu)勢主要體現(xiàn)在單位面積穗數(shù)的增加，提高氮肥用量在一定程度上降低了結(jié)實率和千粒質(zhì)量。

表2 不同氮素水平的產(chǎn)量及產(chǎn)量因子

2.2 秸稈全量還田耦合氮肥調(diào)控對成熟期干物質(zhì)和氮素吸收累積的影響

由圖1-A 可知，在秸稈全量還田下，XS134 和J58 單位面積地上部干物質(zhì)量累積隨著施氮量增加整體呈上升趨勢，N1、N2 和N3 施氮水平下的單位面積地上部干物質(zhì)量累積顯著高于N0 水平。XS134在N3 施氮水平下的單位面積地上部干物質(zhì)量累積與N1、N2 施氮水平無顯著差異；J58 在N2、N3 施氮水平下的單位面積地上部干物質(zhì)量累積顯著高于N1 施氮水平（P＜0.05），但N2、N3 施氮水平下的單位面積地上部干物質(zhì)量累積無顯著差異。

由圖1-B 可知，不同氮水平下，單位面積地上部氮素累積差異顯著（P＜0.05）。秸稈全量還田下XS134 和J58 單位面積地上部氮素累積隨著施氮量增加整體呈上升趨勢，XS134 各施氮水平下的單位面積地上部氮素累積差異顯著（P＜0.05），J58 在N2、N3 施氮水平下的單位面積地上部氮素累積顯著高于N0、N1 施氮水平（P＜0.05），但N2、N3 施氮水平下的單位面積地上部氮素累積無顯著差異。

圖1 不同氮素水平單位面積地上部干物質(zhì)累積（A）和氮素累積（B）

2.3 秸稈全量還田耦合氮肥調(diào)控對氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)效率的影響

由圖2-A 可知，秸稈全量還田情況下，隨著氮肥施用量增加，J58 單位面積群體氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量先增加后降低，在N1 施氮水平下的單位面積群體氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量最高（40.39 kg/hm2），顯著高于N2 和N3 施氮水平（P＜0.05），但與N0 施氮水平無顯著差異。XS134 在N2 施氮水平下的單位面積群體氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量最高（59.53 kg/hm2），顯著高于N0 施氮水平（P＜0.05），但與N1 和N3 施氮水平無顯著差異。單位面積群體氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量在N2 和N3 施氮水平下，品種間有顯著差異，XS134 顯著高于J58。

由圖2-B 可知，在秸稈全量還田下，XS134 和J58 單位面積群體氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率隨著施氮量增加整體呈下降趨勢。與N0 施氮水平相比，XS134 在N2、N3 施氮水平下的單位面積群體氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率顯著降低（P＜0.05），但N2 和N3 施氮水平下的單位面積群體氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率無顯著差異。J58 在N1、N2 和N3 施氮水平下的單位面積群體氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率顯著降低（P＜0.05）。單位面積群體氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率在N2和N3 施氮水平下，品種間有顯著差異，XS134 顯著高于J58。

圖2 不同氮素水平單位面積群體氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量（A）和轉(zhuǎn)運(yùn)效率（B）

2.4 秸稈全量還田耦合氮肥調(diào)控對氮素利用效率的影響

由表3 可知，增加氮肥施用量，XS134 和J58 的水稻氮素利用效率降低，與N0 施氮水平相比，N1、N2 和N3 的水稻氮素利用效率顯著降低（P＜0.05），XS134、J58 的下 降比 例 分 別 為41.27%～49.43%、37.59%～49.20%，品種間在N1、N2 施氮水平下氮素利用效率差異顯著。與N0 相比，XS134、J58 在N1、N2 和N3 施氮水平的氮吸收效率顯著降低（P＜0.05）；當(dāng)施氮量從N1 增至N3 時，XS134 和J58 的氮吸收效率無顯著差異，品種間僅N2 施氮水平差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）。XS134 和J58 的氮生理利用效率在不同氮水平間無顯著差異。

表3 不同氮素水平的氮素利用效率

3 討論與結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，在秸稈全量還田下，常規(guī)晚粳稻單位面積產(chǎn)量隨著施氮量增加整體呈增長趨勢，但單位面積產(chǎn)量并沒有顯著差異。因此，通過增加氮素施用量達(dá)到常規(guī)晚粳稻高產(chǎn)要求時，也應(yīng)做好氮素增效減排措施，降低氮素進(jìn)入環(huán)境的可能性。

本研究中，秸稈全量還田情況下，常規(guī)晚粳稻齊穗期后的干物質(zhì)量累積和氮素累積隨著施氮量增加整體呈上升趨勢，但氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量先增加后降低，群體氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率隨著施氮量增加整體呈下降趨勢。水稻根系灌漿期吸收氮素僅占總吸收量的10%～30%，其余所需氮素主要通過水稻莖葉等營養(yǎng)器官的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)來實現(xiàn)[14]。本試驗條件下，高氮肥用量的群體氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及轉(zhuǎn)運(yùn)效率的降低可能影響常規(guī)晚粳稻的結(jié)實率和千粒質(zhì)量。

本研究中，高氮水平下，常規(guī)晚粳稻的水稻氮素利用效率、氮吸收效率和氮素生理利用效率顯著降低。氮素生理利用效率是評價水稻氮素利用效率的關(guān)鍵因子[15-16]，水稻營養(yǎng)器官向籽粒轉(zhuǎn)移氮素的能力會影響水稻氮素生理利用效率[17-18]。本研究中，常規(guī)晚粳稻高施氮量的單位面積群體莖葉向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)的氮量低于中、低施氮量，且轉(zhuǎn)運(yùn)效率也相對較低，綜合導(dǎo)致高施氮量下常規(guī)晚粳稻氮素生理利用效率顯著降低。

綜上所述，在秸稈全量還田下，隨著施氮量的增加，常規(guī)晚粳稻單位面積產(chǎn)量呈增長趨勢，單位面積群體的干物質(zhì)和氮素累積也呈上升趨勢。但是，氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量先增加后降低，群體氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率整體呈下降趨勢，說明中、低施氮量對氮肥施用的響應(yīng)更強(qiáng)。本試驗條件下，浙北地區(qū)常規(guī)晚粳稻秸稈全量還田條件下合理配施中量氮肥，可以獲得較高水稻產(chǎn)量及氮肥利用率。