白菜施氮量對后茬水稻生物效應(yīng)的影響

顧小鳳，張 萌，芶久蘭*，魏全全，陳 龍，何佳芳，胡華群

(1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料研究所，貴州 貴陽 550006；2.貴州省貴陽市息烽縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，貴州 貴陽 551100)

0 引言

【研究意義】近年來，隨著我國農(nóng)業(yè)種植面積的不斷擴大，對氮肥的需求開始日漸增多。2019年我國農(nóng)作物總播種面積達1.66億hm2，與之相對應(yīng)的化肥施用量為5 403.6萬t，其中氮肥施用量1 930.2萬t，相比2018年有所減少[1]。氮肥是作物穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的關(guān)鍵，過量施用氮肥時常發(fā)生，氮肥利用率未明顯提升，且由于氮肥施用不當(dāng)引發(fā)的環(huán)境問題也日漸突出[2-3]。因此，探明菜-稻輪作化肥減量施用技術(shù)，有利于提高氮肥的利用率，對生態(tài)環(huán)境保護具有重要意義。【前人研究進展】黃生斌等[4]研究表明，氮肥施入土壤后，除了被作物吸收利用外，一部分通過不同的機制和途徑損失，其余則以不同形態(tài)殘留于土壤中。朱兆良等[5]總結(jié)了我國農(nóng)田化肥氮的主要去向，其中作物回收利用僅35%，無效養(yǎng)分達52%，其余13%則殘留于土壤中。劉新宇等[6]研究發(fā)現(xiàn)，冬小麥?zhǔn)斋@后殘留于土壤中的氮肥為26.7%～40.6%。潘家榮等[7]對華北平原冬小麥-夏玉米體系中化肥氮的去向研究表明，當(dāng)季作物收獲后0～100 cm土層氮的殘留率為25%～45%。國內(nèi)外大量研究[8-10]均表明，殘留在土壤中的氮素對后季作物具有明顯的后效作用?！狙芯壳腥朦c】已有研究大多是針對旱地輪作展開，鮮見針對水旱輪作中菜-稻輪作體系的研究報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以前作白菜和后茬水稻為研究對象，探明白菜施氮量對后茬水稻產(chǎn)量、干物質(zhì)與氮素積累量、氮肥利用率及經(jīng)濟效益的影響，以期為菜-稻輪作下化肥減量增效技術(shù)的應(yīng)用提論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年在貴州省息烽縣進行，2-4月為白菜季，5-9月為水稻季，該地區(qū)屬北亞熱帶和南溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，2019年平均氣溫為19.1℃，雨量充沛。供試土壤為黃壤，基本土壤理化性質(zhì)：pH 5.95，有機質(zhì)46.6 g/kg，全氮0.31 g/kg，有效磷32.1 mg/kg，速效鉀108.5 mg/kg。

1.2 材料

1.2.1 品種 白菜品種為“春秋王”、水稻品種為“渝香203”，均購于息烽縣城農(nóng)資種子店。

1.2.2 肥料 尿素，貴州赤天化桐梓化工有限公司生廠；過磷酸鈣，貴州黔天化生態(tài)肥業(yè)有限公司生廠；氯化鉀，國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司生廠。

1.3 方法

1.3.1 試驗設(shè)計 菜-稻輪作體系的前作為白菜，后茬為水稻。

1)前作白菜。施氮量共設(shè)4個處理：對照(CK)，不施氮肥；N1，施氮量為100 kg/hm2；N2：施氮量為200 kg/hm2；N3，施氮量為300 kg/hm2；同時，各處理均施用P2O575 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2。

2)后茬水稻。白菜收獲后將各小區(qū)翻耕后灌水泡田，然后種植水稻；為避免不同小區(qū)間串水串肥，每個小區(qū)均設(shè)單獨排水口和進水口進行單排單灌。水稻采用育苗移栽方式進行，密度為22萬株/hm2。水稻季不施用氮肥，磷、鉀肥施用量分別為75 kg/hm2和120 kg/hm2。磷肥、鉀肥全部作為基肥施入，于水稻移栽前1 d將其撒入田間并與土壤混勻后灌水。試驗小區(qū)面積為30 m2(5 m×6 m)，3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列。

1.3.2 指標(biāo)測定

1)試驗地土壤的基礎(chǔ)理化性質(zhì)。于試驗前在整個試驗田均勻布設(shè)15個采樣點，采集0～20 cm耕層土壤，經(jīng)風(fēng)干磨細(xì)過篩后，參照文獻[11]的方法進行測定，按水土比2.5∶1采用 pH計測定pH，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測定，全氮含量采用H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮-凱氏定氮儀測定，有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀用1 mol/L乙酸銨浸提-火焰光度法測定。

2)水稻及其對氮肥利用各指標(biāo)。水稻收獲后，將水稻分成稻草和稻谷2個部分，于60℃烘干后磨細(xì)過篩測定各指標(biāo)。主要有水稻生物量〔生物量均以干物質(zhì)計(下同)，包括水稻產(chǎn)量谷及稻草生物量，kg/hm2〕、純收入(元/hm2)、氮素積累量(kg/hm2)、氮肥表觀利用率(%)、氮肥貢獻率(%)和氮肥生理利用率(kg/kg)等，產(chǎn)量按照收獲時各小區(qū)單打單收的實產(chǎn)計算得出。

氮肥表觀利用率=(施氮區(qū)地上部吸氮量-不施氮區(qū)地上部吸氮量)/白菜季氮肥施用量×100%

氮肥貢獻率=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮區(qū)產(chǎn)量×100%

氮肥生理利用率=(施氮區(qū)稻谷產(chǎn)量-不施氮區(qū)稻谷產(chǎn)量)/(施氮區(qū)植株總吸氮量-不施氮區(qū)植株總吸氮量)

純收入=稻谷產(chǎn)量×稻谷價格-肥料成本

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003、Origin 8.0和DPS 15.10分別進行數(shù)據(jù)處理、制圖和單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對后茬水稻生物量的影響

從圖1看出，隨著前作白菜施氮量的增加，稻草生物量和稻谷產(chǎn)量均呈增加趨勢，各施氮量處理稻草生物量較CK增加1 440～3 059 kg/hm2，依次為N3>N2>N1>CK，CK顯著低于各施氮處理，N3顯著高于N1和N2，N1與N2間差異不顯著。各施氮量處理稻谷產(chǎn)量較CK增加793～2 318 kg/hm2，依次為N3>N2>N1>CK，各處理間差異顯著。

注：不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。Note:Different lowercase letters indicate significant difference at P<0.05 level.The same below.圖1 白菜不同施氮水平下后茬水稻的生物量Fig.1 Effect of different nitrogen application rate in Chinese cabbage cultivation on biomass of rice in the vegetable-rice cropping system

2.2 不同處理對后茬水稻氮素積累量的影響

從圖2可知，各施氮量處理稻草氮素積累量較CK增加6.43～12.64 kg/hm2，依次為N3>N2>N1>CK，CK顯著低于各施氮量處理，N3顯著高于N1，N1與N2間和N2與N3間差異不顯著。各施氮量處理稻谷氮素積累量較不施氮處理增加7.29～27.92 kg/hm2，依次為N3>N2>N1>CK，除N1與CK差異不顯著外，其余施氮均顯著高于CK，N2與N3間差異不顯著。各施氮量處理地上部(稻草+稻谷)氮素積累量較CK增加13.72～40.56 kg/hm2，依次為N3>N2>N1>CK，各處理間差異顯著。

圖2 白菜不同施氮水平下后茬水稻的氮素積累量Fig.2 Effect of different nitrogen application rate in Chinese cabbage cultivation on nitrogen accumulation of rice in the vegetable-rice cropping system

2.3 不同處理對后茬水稻氮肥利用效率的影響

從表1可知，隨著前作白菜施氮量的增加，后茬水稻對氮肥的表觀利用率變化不大，各施氮量處理為13.52%～14.88%，依次為N2>N1>N3，處理間差異不顯著。隨著前作白菜施氮量的增加后茬水稻對氮肥的生理利用率變化也不大，各施氮量處理為49.88%～58.79%，依次為N1>N3>N2，處理間差異不顯著。氮肥對后茬水稻的貢獻率隨著前作白菜施氮量的增加而增大，各施氮量處理為12.46%～29.45%，依次為N3>N2>N1，處理間差異顯著。

表1 白菜不同施氮水平下后茬水稻的氮肥利用效率Table 1 Effect of different nitrogen application rate in Chinese cabbage cultivation on nitrogen utilization efficiency of rice in the vegetable-rice cropping system

2.4 不同處理對后茬水稻經(jīng)濟效益的影響

從表2可知，不同處理后茬水稻的產(chǎn)值為8 298～11 775元/hm2，依次為N3>N2>N1>CK，CK顯著低于除N1外的其余施氮處理，N3顯著高于N1和N2，N1與N2間差異不顯著。不同處理后茬水稻的純收入為7 485～10 962元/hm2，依次為N3>N2>N1>CK，N1、N2和N3較CK分別增加1 190元/hm2、2 198元/hm2和3 477元/hm2，CK顯著低于除N1外的其余施氮處理，N3顯著高于N1和N2，N1與N2間差異不顯著。

表2 白菜不同施氮水平下后茬水稻的經(jīng)濟效應(yīng)Table 2 Effect of different nitrogen application rate in Chinese cabbage cultivation on economic benefit of rice in the vegetable-rice cropping system

3 討論

近年來，隨著高產(chǎn)品種的推廣和作物復(fù)種指數(shù)的提高，作物從土壤中吸收的氮素也隨之增加，導(dǎo)致農(nóng)田氮肥投入逐漸增大，但氮肥的利用率并未隨之升高，過多的氮肥投入反而導(dǎo)致一系列的環(huán)境問題[2-3]。因此，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中氮素的去向問題已成為當(dāng)前研究的熱點。劉新宇等[6]研究發(fā)現(xiàn)，冬小麥或夏玉米當(dāng)季氮肥的利用率為23.2%～45.3%，而殘留在土壤中氮素卻達20.9%～45.3%。許愛霞等[12]研究表明，黃土高原半干旱地區(qū)春小麥田施用氮素化肥具有明顯的殘留效應(yīng)，稻谷平均增產(chǎn)率為25.4%。肥料利用率是衡量施肥效果的主要指標(biāo)，根據(jù)2013年的《中國三大糧食作物肥料利用率研究報告》[13]指出，目前我國三大糧食作物氮肥當(dāng)季利用率平均為33%，其中水稻、玉米、小麥分別為35%、32%和32%，與國外相比仍處于較低水平。田玉華等[14]研究發(fā)現(xiàn)，氮肥在下一季的利用率為4.2%～4.4%；石孝均[15]也指出水旱輪作體系中氮肥的后效利用率為2.4%～5.2%。芶久蘭等[16]研究顯示，菜-稻輪作氮肥分白菜季、水稻季施用，白菜氮肥的當(dāng)季利用率平均為30.7%，若加上肥料后效作用，減少氮肥施用量，可提高菜-稻輪作周年內(nèi)的氮肥累積利用率?？梢?，利用氮肥的后效作用，可明顯提升氮肥的周年利用效率。研究結(jié)果表明，各施氮量處理稻草生物量較不施氮(CK)增加1 440～3 059 kg/hm2，稻谷產(chǎn)量較CK增加793～2 318 kg/hm2，稻草氮素積累量較CK增加6.43～12.64 kg/hm2，稻谷氮素積累量較CK增加7.29～27.92 kg/hm2，地上部(稻草+稻谷)氮素積累量較CK增加13.72～40.56 kg/hm2；隨著前作白菜施氮量的增加，后茬水稻對氮肥的表觀利用率、生理利用率和氮肥對水稻的貢獻率分別為13.52%～14.88%、49.88%～58.79%和12.46%～29.45%，施氮量100 kg/hm2、200 kg/hm2和300 kg/hm2的純收入分別較CK增加1 190元/hm2、2 198元/hm2和3 477元/hm2?？梢?，前作白菜施用氮肥的殘留氮素可被后茬水稻吸收利用，提高了肥料的利用率。

4 結(jié)論

前作白菜施氮肥對后茬水稻產(chǎn)生明顯影響，各施氮處理后茬水稻的稻草生物量、稻谷產(chǎn)量、稻草/稻谷/地上部氮素積累量均較不施氮處理增加，后茬水稻對氮肥的表觀利用率、生理利用率和氮肥對水稻的貢獻率分別為13.52%～14.88%、49.88%～58.79%和12.46%～29.45%，施氮量100 kg/hm2、200 kg/hm2和300 kg/hm2的純收入分別較CK增加1 190元/hm2、2 198元/hm2和3 477元/hm2。