稻草不同还田方式对双季水稻产量及稻米品质的影响

曾研华， 吴建富， 潘晓华， 石庆华， 朱德峰

(1江西农业大学，作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室，江西省作物生理生态与遗传育种重点实验室，南昌 330045; 2中国水稻研究所，水稻生物学国家重点实验室，杭州 310006; 3 南京农业大学农学院，南京 210095)

稻草不同还田方式对双季水稻产量及稻米品质的影响

曾研华1,2,3， 吴建富1*， 潘晓华1*， 石庆华1， 朱德峰2

(1江西农业大学，作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室，江西省作物生理生态与遗传育种重点实验室，南昌 330045; 2中国水稻研究所，水稻生物学国家重点实验室，杭州 310006; 3 南京农业大学农学院，南京 210095)

稻草还田; 稻草烧灰还田; 双季早、 晚稻; 产量; 稻米品质

Abstract: The localization field experiments were conducted to study on yields and quality characteristics of rice in different straw incorporation ways at double cropping rice seasons of 2010-2011. There were six treatments, total rice straw incorporation and chemical fertilizers(NPK+S), rice straw incineration and chemical fertilizers (NPK+SI), rice straw no-incorporation with only chemical fertilizers (NPK) and the others three compared treatments with no chemical fertilizers. The results show that NPK+S could increase the number of early rice’s tillers, the form rate of tillers, leaf area index at the middle and late growing seasons and aboveground dry matter, promote chlorophyll content (SPAD value) and the number of effective panicles in unit area, and delay the senescence trend under the conditions of equal nitrogen, phosphorus and potassium nutrient. However the effects are not obvious for late rice. Compared with the NPK and NPK+SI treatments, NPK+S could enhance significantly the grain yield of early rice, and the average yield of the two years are increased by 3.78%-8.77%. As the time of rice straw incorporation prolonged, late rice yields under the NPK+S and NPK+SI treatments are not significantly different, and the yield are increased significantly by 5.66%-7.32% compared with the NPK treatment. However, the effects of CK+S on early and late rice’s growth and yields are obviously greater than those of CK+SI and CK in the plots of no chemical fertilizers. Moreover, NPK+S could improve flavor quality of early and late rice, but lower the external and nutrition quality, which are not benefited for improving the processed quality of late rice. Ultimately, it suggests that there is significance for promoting rice yields in the double cropping rice.

Keywords: straw incorporation; straw incineration; double cropping early and late rice; yield; rice quality

1 材料与方法

1.1 供试材料

早、 晚稻稻草还田定位试验于2010年开始在江西省进贤县温圳镇杨溪村进行。2009年晚稻收获后稻草分别原位全量还田和原位烧灰还田，作翌年早稻有机肥。供试土壤为第四纪红色粘土发育的水稻土，试验前土壤的基本养分状况为: 有机质含量34.16 g/kg、 全氮2.271 g/kg、 碱解氮126.0 mg/kg、 有效磷31.34 mg/kg、 速效钾97.9 mg/kg、 pH 5.48。供试早、 晚稻品种分别为陆两优996和五丰优T025。

1.2 试验设计

采用田间大区试验，每处理面积为326.7m2，每处理按具有代表性的3点重复取样。除不施肥处理外，其它各处理氮、 磷、 钾养分投入总量相等，但来源不同。其早、晚稻纯氮总量分别为165.0 kg/hm2和195.0 kg/hm2，N ∶P2O5∶K2O均为 1 ∶0.45 ∶0.9，NPK处理的养分全部用化肥，而NPK+S和NPK+SI处理的化肥用量(以N、 P2O5和K2O计)分别为养分投入总量与还田稻草和草灰输入农田的养分量之差，其余处理的氮、 磷、 钾养分全部来源于还田稻草和草灰(见表2)。早稻氮肥按基肥 ∶分蘖肥 ∶穗肥=5 ∶2 ∶3施用，晚稻氮肥按基肥 ∶分蘖肥 ∶穗肥=4 ∶2 ∶4施用。早、 晚稻钾肥按分蘖肥 ∶穗肥=7 ∶3施用，磷肥一次性做基肥施用，化肥用尿素(含N 46%)、 钙镁磷肥(含P2O512%)和氯化钾(含K2O 60%)。早稻栽插密度为13.3cm×23.3cm，晚稻为13.3cm×26.6cm，其他管理措施同一般高产栽培田。

表1 早、 晚稻还田的稻草和草灰中氮、 磷、 钾养分含量(%)

表2 早、 晚稻还田的稻草和草灰输入农田的养分量(kg/hm2)

1.3 测定项目与计算方法

1.3.1 茎蘖变化及成穗率 水稻移栽后每处理定点40蔸，每5 d调查一次田间茎蘖数，直到齐穗期，并在成熟期每处理调查120蔸有效穗，与最高茎蘖数结合计算成穗率。

1.3.2 干物质和叶面积 于分蘖期(移栽后15 d)、 幼穗分化期(一次枝梗原基分化期)、 抽穗期和成熟期，按平均数法每处理分三点各取样5蔸，将根剪除按茎、 叶、 穗(抽穗后)分开，于105℃下杀青15 min后80℃烘干至恒重。叶面积测定按小样叶重量法。

1.3.3 叶片SPAD值 在抽穗后每隔5 d 用SPAD -502叶绿素仪测定水稻剑叶中部的叶绿素含量(SPAD值)，每处理分三点测定长势一致的稻株剑叶中部，共计30片。

1.3.4 考种与测产 收割前1d，各处理在调查有效穗基础上按平均数法取样5蔸进行考种。各处理实割100蔸，脱粒后晒干称重测产。

1.3.5 稻米品质 委托农业部食品质量监督检验测试中心(武汉)检测。

1.4 数据处理

图、 表中的数据无特殊说明外均为两年的平均值，用Excel进行数据处理和SPSS16.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 稻草不同还田方式对水稻产量及构成因素的影响

表3 稻草不同还田方式对双季早、 晚稻产量的影响 (kg/hm2)

注(Note)： 同列数据后不同小、 大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平 Values followed by different small and capital letters in same column mean significant at the 5% and 1% levels, respectively.

表4 稻草不同还田方式对双季稻产量构成因素的影响

注(Note)： 数据为两年的平均值 Values are the averages of two years. 同列数据后不同小、 大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平 Values followed by different small and capital letters in same column mean significant at the 5% and 1% levels, respectively.

相关分析表明，影响早稻产量的主要因素是有效穗数和每穗粒数，与产量的相关系数分别为0.9915(极显著相关)和0.9674(显著相关); 晚稻产量主要与有效穗数呈极显著相关，相关系数为0.9772。

2.2 稻草不同还田方式对水稻茎蘖成穗率的影响

对早、 晚稻茎蘖和成穗率分析结果显示(表5)，各施肥处理早稻茎蘖数在出现高峰期前，NPK+S处理分蘖增长率稍高于NPK、 NPK+SI，但最高茎蘖数差异不大，高峰苗后，分蘖下降率较小，其茎蘖成穗率相应提高; 晚稻NPK+S的最高茎蘖数、 分蘖增长率及下降率均略低于NPK和NPK+SI处理，成穗率低于NPK处理，高于NPK+SI处理。不施肥处理中早、 晚稻最高茎蘖数CK+S处理均高于其余两处理。

表5 稻草不同还田方式对双季稻分蘖成穗的影响

注(Note)： 数据为两年的平均值 Values are the averages of two years. 同列数据后不同小、 大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平 Values followed by different small and capital letters in same column mean significant at the 5% and 1% levels, respectively.

图1 不同稻草还田方式对双季稻叶面积指数的影响Fig.1 Dynamic changes of leaf area index (LAI) of double cropping rice under different treatments[注(Note): 数据为两年的平均值 Values are the averages of two years. TS—分蘖期Tilling stage; SDS—幼穗分化期 Spikelet differentiation stage; HS—抽穗期Heading stage; RS—成熟期Ripening stage. 柱上不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Different letters above the bars mean significant at 5% levels.]

图2 不同稻草还田方式对双季稻剑叶叶绿素含量(SPAD值)的影响Fig.2 Dynamic changes of SPAD values of double cropping rice leaves under different treatments[注(Note): 数据为两年的平均值 Values are the averages of two years]

2.3 稻草不同还田方式对水稻叶面积指数的影响

图1表明，早、 晚稻的最大叶面积指数(LAI)均出现在抽穗期。在分蘖期和幼穗分化期，早稻NPK + S处理的LAI低于NPK和NPK+SI处理，抽穗后则相反; 晚稻在整个生育期中NPK+S处理的LAI都要明显低于其他两个处理。不施肥早、 晚稻CK+S处理的LAI在各生育时期均高于其他两处理。

2.4 稻草不同还田方式对水稻叶绿素含量(SPAD值)的影响

从图2可以看出，无论是早稻还是晚稻，在抽穗后10 d，各处理剑叶SPAD值下降明显。早稻施肥区各处理若以剑叶SPAD值下降至抽穗时最大值80%的天数代表缓降期，NPK+S、 NPK+SI和NPK处理则分别为21 d、 19 d和18 d。说明在等养分施肥条件下，稻草还田延长了水稻生育后期剑叶的功能期，延缓了叶片的衰老，有利于籽粒的灌浆结实; 晚稻NPK +S处理剑叶SPAD值却始终低于后者。早、 晚稻CK+S处理的剑叶SPAD值始终高于CK和CK+SI。

2.5 稻草不同还田方式对水稻干物质量的影响

研究表明(图3)，早、 晚稻干物质量均随水稻的生长逐渐增加。抽穗前早、 晚稻干物质量NPK+S处理略低于NPK+SI和NPK处理，而在抽穗后期，NPK+S处理则明显高于后两者; 不施肥处理晚稻干物质量CK+S处理在各生育时期均大于其余两处理，且在抽穗后差异更明显。说明稻草还田促进水稻生育中后期干物质的积累。相关分析(图4)表明，早、 晚稻成熟期干物质量与产量呈极显著线性正相关，相关系数分别为0.9487、 0.8921。

图3 不同稻草还田方式对早稻和晚稻干物质量的影响Fig.3 Effects of different straw incorporation ways on the dry matter yield of early rice and late rice[注(Note): 数据为两年的平均值 Values are the averages of two years. TS—分蘖期Tilling stage; SDS—幼穗分化期 Spikelet differentiation stage; HS—抽穗期Heading stage; RS—成熟期Ripening stage. 柱上不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Different letters above the bars mean significant at 5% levels.]

图4 水稻成熟期干物质量与产量的关系Fig.4 Correlation between the biomass yield and grain yield of rice at the ripening stage

2.6 稻草不同还田方式对稻米品质的影响

相关分析表明(图5)，早稻和晚稻产量与蛋白质含量呈显著或极显著二次曲线关系，相关系数分别为0.9407(极显著)、 0.8126(显著)。在蛋白质含量最高时，对抛物线方程求值，得出早稻和晚稻产量分别为12.47 t/hm2和9.50 t/hm2。

3 讨论与结论

农作物秸秆还田能否起到与化学肥料同等的营养作用，一直是许多学者关注的焦点问题之一[7, 10-11]。前人的研究结果[12-15]可知，稻草还田促进水稻生长发育以及提高产量，原因是其能促进水稻分蘖，提高成穗率，增加有效穗数及结实率，生育中后期叶片能维持较高的功能期和较高的干物质积累量。本研究也得到了相似的结论。将秸秆养分视同化学养分的情况下，早稻稻草还田处理能够提高产量的主要原因是使水稻穗粒结构得到优化，有效穗和每穗粒数协同增加; 而晚稻则为前期分蘖迟，致使每穗粒数减少。与稻草不还田相比，等养分施肥条件下，稻草全量还田处理的叶面积指数及干物质积累量在生育前期相对较低，但生育中后期的干物质积累量明显增大。上述结果表明，稻草还田能够起到化学肥料的作用，尤其是有利于水稻生长中后期土壤有效养分的供应。

表6 不同稻草还田方式对稻米品质的影响(2010年)(%)

注(Note)： 同列数据后不同小、 大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平 Values followed by different small and capital letters in same column mean significant at the 5% and 1% levels, respectively.

图5 稻谷产量与稻米蛋白质含量的关系Fig.5 Correlation between rice grain yield and rice protein

关于稻草还田对稻米品质的影响，有研究认为秸秆还田与实地氮肥管理能降低稻米垩白米率、 垩白度和直链淀粉含量，改善稻米的外观品质和营养品质，稻米的食味品质也可得到改善[6]; 而刘世平等[18]认为秸秆还田可提高稻米蛋白质含量，改善稻米营养品质。本研究认为，稻草全量还田有利于改善稻米加工品质和食味品质，但降低了稻米外观品质和营养品质，这与有些相关报道[19-20]的结论不一致，其原因有待进一步研究。

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Studyonyieldandqualityofdoublecroppingriceindifferentstrawreturnapproaches

ZENG Yan-hua1,2,3, WU Jian-fu1*, PAN Xiao-hua1*, SHI Qing-hua1, ZHU De-feng2

(1KeyLaboratoryofCropPhysiology,EcologyandGeneticBreeding,MinistryofEducation/KeyLaboratoryofCropPhysiology,EcologyandGeneticBreedingofJiangxiProvince/JiangxiAgriculturalUniversity,Nanchang330045,China;2StateKeyLaboratoryofRiceBiology/ChinaNationalRiceResearchInstitute,Hangzhou310006,China; 3CollegeofAgriculture,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China)

S511.4+2.01

A

1008-505X(2013)03-0534-09

2012-08-02接受日期2013-02-04

国家“十二五”科技支撑计划项目(2011BAD16B04); 国家科技支撑计划项目(2012BAD14B14); 江西省科技支撑计划重点项目(2009BNA03800); 南昌市科技局科技支撑计划重点项目(农业支撑计划第36)资助。

曾研华(1986—)，男，江西九江人，博士研究生，主要从事水稻高产理论与技术研究。E-mail: zyh74049501@163.com * 通信作者 E-mail: wjf 6711@126.com; E-mail: xhuapan@163.com