秸稈全量還田增施氮肥對旱改水田水稻生長的影響

劉海東 陳慶政 黎淳鋒 黎華 葉萬余 吳春玲

摘要探究秸稈全量還田增施氮肥對旱改水田水稻生長的影響，旨在找到合理的氮肥施用量，為旱改水田水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)提供理論支持。試驗前茬水稻秸稈機械粉碎全量還田后減量施用緩釋復(fù)合肥600 kg/hm2（常規(guī)用量750 kg/hm2）和增施不等量尿素，設(shè)置4個尿素增施梯度分別為75、150、225、300 kg/hm2，以不增施尿素為對照，肥料和秸稈同時翻入土中，后期無追肥，采用隨機區(qū)組設(shè)計。結(jié)果表明，隨著氮肥施用量的增加，水稻生育期株高和葉面積也增加，葉片過氧化物酶活性先增加后下降，葉片丙二醛含量先下降后上升。增施氮肥能夠提高水稻單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率、水稻籽粒蛋白質(zhì)含量，堊白度降低。以增施225 kg/hm2尿素最佳，有利于水稻生長和產(chǎn)量、品質(zhì)的提高。

關(guān)鍵詞秸稈；氮肥；酶活性；產(chǎn)量；品質(zhì)

中圖分類號S 511文獻標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2023）24-0162-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.24.036

Effects of Total Straw Returning and Nitrogen Fertilizer Application on Rice Growth in Dry Land to Paddy Field

LIU? Haidong1，2， CHEN? Qingzheng1，2， LI? Chunfeng1，2? et? al

（1.Hezhou Academy of Agricultural Sciences，Hezhou，? Guangxi 542800;2.Hezhou Branch of Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Hezhou， Guangxi 542813）

AbstractThe experiment was conducted to explore the effect of total straw returning and increasing nitrogen fertilizer application on rice growth in dryland to paddy fields， in order to find a reasonable amount of nitrogen fertilizer application to provide theoretical support for highyield and highquality cultivation techniques of rice in dryland to paddy fields. In the experiment， the mechanical crushing of the fore crop of rice straw was returned to the field and reduce the application of compound slow release fertilizer 600 kg/hm2 （conventional dosage 750 kg/hm2 ） and increase the application of unequal amount of urea. Four urea application gradients were set up to 75，150，225，300 kg/hm2 respectively and no urea was used as a control. The fertilizer and straw were turned into the soil at the same time and there was no top dressing in the later stage. The randomized block design was used. With the increase of nitrogen fertilizer application， plant height and leaf area index were also increased， peroxidase activity in leaves increased first and then decreased and malondialdehyde content in leaves decreased first and then increased during rice growth period. Increasing nitrogen fertilizer could increase effective panicles per unit area， grains per panicle， ripening percentage， rice grain protein and reduce chalkiness. The results showed that 225 kg/hm2 urea was the best， which was beneficial to the growth， yield and quality of rice.

Key wordsStraw;Nitrogenous fertilizer;Enzymatic activity;Yield;Quality

隨著國家城鎮(zhèn)化的逐步推進，農(nóng)用土地急劇減少，為保證農(nóng)業(yè)用地面積和糧食安全，國家提出“占一補一、占優(yōu)補優(yōu)、占水田補水田”的政策要求［1］，各地區(qū)政府積極采取有效措施，大力推進耕地提質(zhì)改造（旱改水）項目。旱改水后期對耕地質(zhì)量的提升是一個系統(tǒng)性工程，其中土壤結(jié)構(gòu)及養(yǎng)分的調(diào)節(jié)尤為重要。研究表明，施用生物有機肥配合深耕深松技術(shù)可以改變土壤團粒結(jié)構(gòu)和土壤酶活性，增加土壤透氣性和保水、保肥、保溫的能力［2-3］。提高土壤中有機質(zhì)含量是培肥地力的重要措施，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中秸稈作為重要的副產(chǎn)品其腐熟后含有大量的有機質(zhì)和氮、磷、鉀、微量元素等營養(yǎng)物質(zhì)是作物能夠直接吸收利用的［4］。以前農(nóng)民為了農(nóng)事操作方便都是通過焚燒的手段處理秸稈，這樣不但污染空氣而且還會因雨水沖刷和地表徑流的作用導(dǎo)致農(nóng)田養(yǎng)分流失嚴重養(yǎng)分利用效率不高，污染河流湖泊威脅生態(tài)平衡［5］。近幾年針對旱改水田土壤肥力問題栽培學(xué)者提出作物秸稈還田理論作為保護性耕作模式進行大力推廣，不僅節(jié)省人工而且起到蓄水保墑、培肥地力的作用，不再受焚燒秸稈帶來的空氣污染和水污染問題困擾［6］。但隨著研究的深入，秸稈還田腐解過程中會產(chǎn)生大量的微生物，這些微生物以碳為能源，以氮為養(yǎng)分，微生物暴增必然導(dǎo)致土壤中碳和氮比例失調(diào)，其會吸收土壤中的氮素作為補充，從而造成微生物和作物共同爭奪氮元素的局面［7-8］。水稻田的表現(xiàn)為分蘗期水稻苗弱、黃葉、不齊等。為了緩解這一現(xiàn)象早期增施氮肥尤為重要，不但能夠加速秸稈腐解而且能夠保證作物前期氮素需求。筆者在秸稈全量還田的前提下探究增施氮肥對旱改水田水稻生長的影響，旨在找到合適的氮肥增施用量達到改善耕地質(zhì)量目的，同時為旱改水田水稻高產(chǎn)栽培技術(shù)提供理論支持。

1材料與方法

1.1試驗材料

選用華南地區(qū)傳統(tǒng)種植的優(yōu)質(zhì)早晚兼用秈型常規(guī)水稻馬壩油占為材料，供試氮肥為普通尿素，含氮量46%。

1.2試驗設(shè)計

試驗于2021年秋季在賀州市八步區(qū)信都鎮(zhèn)獅峰村耕地提質(zhì)改造（旱改水）項目基地進行，試驗地為砂壤土，春季種植水稻。秋季水稻種植前要求單位面積水稻秸稈全量還田，秸稈機械粉碎處理長度控制在10 cm左右，收割完成后人工挑均勻秸稈使其覆蓋整個田塊，提前做好小區(qū)，田埂用塑料薄膜覆蓋，兩側(cè)踩實防止小區(qū)間漏水漏肥。翻耕前每個小區(qū)均勻撒施等量的緩釋三元（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15）復(fù)合肥600 kg/hm2（常規(guī)用量為750 kg/hm2）和增施不等量的尿素，采用小型耕地機械一同翻入土中灌水腐熟10 d。設(shè)置4個尿素增施梯度分別為75、150、225、300 kg/hm2，記為T1、T2、T3、T4，以不增施尿素為對照，記為CK。采用隨機區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次，共15個小區(qū)，每個小區(qū)面積為60 m2，長15 m、寬4 m。水稻株行距為12 cm×30 cm，7月20日播種，11月10日收獲，每穴單株種植，肥料一次性施入，后期無追肥，田間管理參照大田生產(chǎn)。

1.3測定指標(biāo)與方法

1.3.1植株形態(tài)指標(biāo)。

在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期每個小區(qū)取生長較為一致的水稻植株10穴，測定水稻株高，利用葉面積掃描儀測定全株葉片面積，計算出葉面積指數(shù)。

1.3.2葉片生理指標(biāo)。

在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期天氣晴朗的08：00左右，每個小區(qū)取生長較為一致的完全舒展的水稻植株劍葉20片，放入冰盒中帶回實驗室后放入-80 ℃超低溫冰箱冷藏，測定水稻葉片過氧化物酶活性［9］和丙二醛含量［10］。

1.3.3測產(chǎn)、考種。

測產(chǎn)采用5點取樣法，每個點2 m2數(shù)有效穗數(shù)，成熟期每個小區(qū)取10穴帶回實驗室自然晾干數(shù)每穗粒數(shù)、計算結(jié)實率、測定千粒重，每個小區(qū)水稻全部收獲晾干后稱重。

1.3.4品質(zhì)指標(biāo)。

將收獲后晾干的稻谷儲藏90 d脫殼，利用近紅外谷物分析儀（FOSS Infratec TM 1241 Grain Analyzer）測定糙米率、精米率、整精米率、蛋白質(zhì)、直鏈淀粉、堊白度。

1.4數(shù)據(jù)分析

利用Office 365軟件進行數(shù)據(jù)整理和制表、制圖，SPSS 26.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用最小顯著差異法（LSD）在 5% 顯著水平下進行方差分析（用小寫字母表示）。

2結(jié)果與分析

2.1秸稈全量還田增施氮肥對旱改水田水稻植株形態(tài)特征的影響

圖1表明，隨著生育期的推進水稻株高逐步增加，4個時期均以T4處理顯著高于其他處理，CK處理的株高最矮。在分蘗期CK、T1處理間差異不顯著；在分蘗期和拔節(jié)期T2、T3處理間差異不顯著，但顯著高于CK和T1處理；抽穗期和成熟期各處理株高變化規(guī)律基本一致，相互間比較差異達顯著水平；成熟期T1、T2、T3、T4處理與CK相比較株高增加了3.46%、8.22%、8.92%、14.14%。圖2表明，水稻葉面積指數(shù)在全生育期呈先上升后下降的趨勢，在抽穗期達到最高，4個時期中均以T4處理顯著高于其他處理，且T2、T3處理間差異不顯著。在分蘗期CK、T1處理間差異不顯著；后3個時期各處理水稻葉面積指數(shù)變化規(guī)律一致；成熟期T1、T2、T3、T4處理與CK相比較葉面積指數(shù)增加了6.07%、14.97%、16.27%、22.34%。

2.2秸稈全量還田增施氮肥對旱改水田水稻葉片過氧化物酶活性的影響

圖3表明，水稻葉片過氧化物酶（POD）活性在4個生育期呈先上升后下降的趨勢，抽穗期POD活性最強，成熟期POD活性最弱，除拔節(jié)期外T3處理顯著高于其他處理。在分蘗期各處理間差異達顯著水平；拔節(jié)期T2和T3處理，T1和T4處理間比較差異不顯著；抽穗期和成熟期各處理POD活性變化規(guī)律基本一致，T1、CK處理間差異顯著；成熟期T1、T2、T3、T4處理與CK相比較POD活性增加了5.20%、13.15%、16.97%、6.87%。

2.3秸稈全量還田增施氮肥對旱改水田水稻葉片丙二醛含量的影響

圖4表明，水稻葉片丙二醛（MDA）含量全生育期中成熟期達到最高，CK處理MDA含量顯著高于其他處理。分蘗期T2、T3處理顯著低于其他處理，T1、T4處理間差異不顯著；拔節(jié)期和抽穗期T3處理顯著低于其他處理，T1、T2處理間差異不顯著，但顯著低于CK和T4處理；成熟期T1、T4處理間差異不顯著但顯著高于T2、T3，成熟期T1、T2、T3、T4處理與CK相比較MDA含量下降了3.79%、4.47%、8.92%、4.79%。

2.4秸稈全量還田增施氮肥對旱改水田水稻產(chǎn)量構(gòu)成的影響

表1表明，單位面積有效穗數(shù)T2、T3處理間差異不顯著但顯著高于其他處理，CK處理顯著低于其他處理；每穗總粒數(shù)T3處理顯著高于其他處理，T2、T4處理間差異不顯著但顯著高于CK和T1處理；結(jié)實率T1、T4處理差異不顯著，T3處理顯著高于其他處理；千粒重各處理有差異但未達顯著水平；產(chǎn)量各處理間差異達顯著水平且均高于CK，實際產(chǎn)量T1、T2、T3、T4處理與CK相比較增加了2.77%、9.39%、13.71%、3.35%。

2.5秸稈全量還田增施氮肥對旱改水田水稻成熟籽粒品質(zhì)的影響

表2表明，水稻成熟籽粒品質(zhì)指標(biāo)糙米率、整精米率均以T3顯著高于其他處理，T1、T2處理間差異不顯著，CK顯著低于其他處理；整精米率T1、T2、T4處理間差異不顯著；蛋白質(zhì)含量各處理間差異均達顯著水平；直鏈淀粉T2、T3處理間差異不顯著，CK、T1、T4間差異不顯著；堊白度以CK最高，T3處理顯著低于其他處理。

3討論

旱地改水田因土壤理化性質(zhì)發(fā)生改變，稻田淹水土壤從好氧變成厭氧，氧化還原電位降低、pH趨向于中性、土壤中化學(xué)元素存在的形態(tài)也發(fā)生變化，不利于水稻生長，出現(xiàn)水稻穎殼畸形、不揚花結(jié)實等現(xiàn)象［11］。為保障糧食安全增加耕地數(shù)量，為了穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)提高耕地質(zhì)量，改善土地生產(chǎn)條件勢在必行［12］。針對旱改水土壤貧瘠、酸化等問題，學(xué)者利用土壤改良劑（石灰、硅鈣鉀鎂等）和有機肥（綠肥、秸稈、動物腐熟糞便等）改良土壤［13］。隨著研究的深入，秸稈還田作為增加土壤有機質(zhì)的重要措施且操作簡單大大節(jié)約了人力和物力。但楊濱娟等［14］研究表明，秸稈還田后自然腐解較慢水稻很難吸收養(yǎng)分，配合深施氮肥有利于土壤微生物繁殖加快秸稈分解有機質(zhì)，秸稈還田配施化肥能合理調(diào)節(jié)土壤溫度，顯著提高土壤微生物的數(shù)量與活性，有利于土壤生態(tài)環(huán)境的改善，土壤微生物也以氮素為營養(yǎng)高效分解秸稈產(chǎn)生有機物質(zhì)促進水稻生長及品質(zhì)形成。氮肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上使用量最大的肥料品種，植物生長離不開氮肥［15］，宮秀杰等［16］認為，秸稈還田配施氮肥能夠增加土壤脲酶、土壤過氧化氫酶和土壤蔗糖酶活性。因此保證田間土壤氮素平衡是作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的關(guān)鍵因素之一［17］。隨著氮肥施用量的加大植株的生物量也逐步增加，株高和葉面積指數(shù)也逐步提高［18］，營養(yǎng)元素不均衡會對水稻造成養(yǎng)分脅迫，土壤水分、酸堿度等發(fā)生變化［19］，植株生理生化也會產(chǎn)生變化，進而導(dǎo)致酶活性降低，細胞過氧化產(chǎn)物增多［20］。氮肥過量水稻植株貪青，營養(yǎng)生長期延長，無效分蘗增多，單位面積有效穗數(shù)減少，且水稻中后期病蟲害加劇，結(jié)實率下降。土壤氮素含量影響水稻籽粒品質(zhì)的形成，氮元素是氨基酸的重要組成元素，氨基酸可以通過脫水縮合反應(yīng)形成蛋白質(zhì)，且植株體內(nèi)活性酶具有蛋白質(zhì)性質(zhì)，淀粉合成2個關(guān)鍵酶分別是ADP-葡聚糖焦磷酸化酶和淀粉合成酶［21］，因此水稻籽粒直鏈淀粉含量和堊白度（胚乳中不透明部分所占比例）也隨著氮肥施用量發(fā)生變化。水氮耦合影響源庫分配平衡［22］，秸稈還田早期合理增施氮肥對土壤氮素平衡調(diào)節(jié)起到非常重要的作用，能夠加速秸稈腐解和營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，有利于水稻吸收利用，在生產(chǎn)中是很重要的高產(chǎn)栽培技術(shù)手段。

4結(jié)論

旱改水田塊前茬水稻收獲時秸稈機械同步粉碎全量還田，土地翻耕前減量施用復(fù)合肥增施氮肥對水稻生長有影響，隨著氮肥增施量的增加，水稻生長4個時期株高和葉面積也增加，葉片過氧化物酶活性先增加后下降，葉片丙二醛含量先下降后上升。合理增施氮肥能夠提高水稻單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率，能夠具有增產(chǎn)的作用，且水稻籽粒蛋白質(zhì)含量提高，堊白度降低具有提高水稻品質(zhì)的作用。在旱改水田塊秸稈全量還田早期以增施225 kg/hm2尿素最佳，有利于水稻生長和產(chǎn)量及品質(zhì)的提高。

參考文獻

［1］ 魏偉，巢佳玲，謝波.永久基本農(nóng)田占補平衡方法探討［J］.規(guī)劃師，2019，35（21）：38-44.

［2］ 邱堯，劉備，何霖，等.增施生物有機肥對水稻產(chǎn)量和土壤肥力的影響［J］.中國農(nóng)學(xué)通報，2020，36（13）：1-5.

［3］ 陳婉華，袁偉，王子陽，等.不同耕作方式與秸稈還田對土壤酶活性及水稻產(chǎn)量的影響［J］.中國土壤與肥料，2022（7）：162-169.

［4］ 王子陽，陳婉華，袁偉，等.長期秸稈還田與耕作方式對水稻產(chǎn)量及品質(zhì)的影響［J］.中國稻米，2021，27（3）：17-20，29.

［5］ 程良曉，范萌，陳良富，等.秋季秸稈焚燒對京津冀地區(qū)霾污染過程的影響分析［J］.中國環(huán)境科學(xué)，2017，37（8）：2801-2812.

［6］ 且天真，李福，厲雅華，等.秸稈還田條件下不同耕作方式對土壤化學(xué)性狀的影響［J］.中國農(nóng)學(xué)通報，2022，38（21）：58-69.

［7］ 張學(xué)林，周亞男，李曉立，等.氮肥對室內(nèi)和大田條件下作物秸稈分解和養(yǎng)分釋放的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，52（10）：1746-1760.

［8］ GUO T F，ZHANG Q，AI C，et al.Nitrogen enrichment regulates straw decomposition and its associated microbial community in a doublerice cropping system［J］.Scientific reports，2018，8（1）：1-12.

［9］ 王偉玲，王展，王晶英.植物過氧化物酶活性測定方法優(yōu)化［J］.實驗室研究與探索，2010，29（4）：21-23.

［10］ 趙世杰，許長成，鄒琦，等.植物組織中丙二醛測定方法的改進［J］.植物生理學(xué)通訊，1994，30（3）：207-210.

［11］ 閆加力，李懋，熊雙蓮，等.旱改水對水稻幼苗生長的影響及秸稈的改良作用［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2015，23（5）：554-562.

［12］ 劉正國，游振波，黃俊.江西省旱地改水田土地整治研究：以永豐縣瑤田鎮(zhèn)湖西村旱改水項目為例［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（36）：185-187，229.

［13］ 李菊，楊永志，甘良，等.土壤改良劑和有機肥對旱改水磚紅壤稻田的改良效果［J］.中國土壤與肥料，2022（4）：91-98.

［14］ 楊濱娟，黃國勤，錢海燕.秸稈還田配施化肥對土壤溫度、根際微生物及酶活性的影響［J］.土壤學(xué)報，2014，51（1）：150-157.

［15］ 武良，張衛(wèi)峰，陳新平，等.中國農(nóng)田氮肥投入和生產(chǎn)效率［J］.中國土壤與肥料，2016（4）：76-83.

［16］ 宮秀杰，錢春榮，曹旭，等.玉米秸稈還田配施氮肥對土壤酶活、土壤養(yǎng)分及秸稈腐解率的影響［J］.玉米科學(xué)，2020，28（2）：151-155.

［17］ 肖榮英，王開斌，劉秋員，等.施氮量對水稻產(chǎn)量、氮素吸收及土壤氮素平衡的影響［J］.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2019，53（4）：495-502.

［18］ 周麗燕，黃影華，張善炫，等.不同氮肥調(diào)控對水稻分蘗數(shù)和葉面積指數(shù)的影響［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，59（7）：33-37.

［19］ 喬帥，王夢姣，鄧百萬，等.輪作區(qū)水稻根際土壤鈣鎂離子含量、含水量和酸堿度變化趨勢［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（5）：284-288.

［20］ 張偉楊.水分和氮素對水稻穎花發(fā)育與籽粒灌漿的調(diào)控機制［D］.揚州：揚州大學(xué)，2018.

［21］ 張桂蓮，廖斌，武小金，等.高溫對水稻胚乳淀粉合成關(guān)鍵酶活性及內(nèi)源激素含量的影響［J］.植物生理學(xué)報，2014，50（12）：1840-1844.

［22］ 吳龍龍，田倉，張露，等.稻田水氮氧環(huán)境因子對水稻生長發(fā)育、光合作用和氮利用的調(diào)控研究進展［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2021，32（4）：1498-1508.