麦秸还田条件下氮肥调控对水稻生长及土壤养分的影响

赵永平

(长江大学农学院，湖北 荆州 434025；湖北省枣阳市土肥站，湖北 枣阳 441200)

田应兵

(长江大学农学院，湖北 荆州 434025)

麦秸还田条件下氮肥调控对水稻生长及土壤养分的影响

赵永平

(长江大学农学院，湖北 荆州 434025；湖北省枣阳市土肥站，湖北 枣阳 441200)

田应兵

(长江大学农学院，湖北 荆州 434025)

[摘要]采用田间试验方法，研究了麦秸还田条件下氮肥调控对水稻生长、产量及土壤养分的影响。结果表明，麦秸还田处理的水稻株高小于常规留茬处理，且株高随施氮量的增加而增大。麦秸还田能显著增加水稻的有效穗数、穗粒数和千粒重，麦秸还田条件下基肥+分蘖肥+拔节肥的氮肥调控模式的增产效果优于基肥+分蘖肥模式。麦秸还田能显著增加土壤有机质、氮和缓效钾的含量，减少速效钾的损耗量。

[关键词]麦秸还田；氮肥调控；水稻；土壤养分

氮(N)是作物生长发育的必需营养元素，也是作物产量最重要的养分限制因子，但农田土壤却普遍缺氮，农业生产者为获得高产，投入氮肥成为必要途径。发展中国家粮食的增产作用55%以上归功于化肥的使用，其中氮素又起了至关重要的作用，合理使用氮肥的增产贡献率可达40%～45%左右[1，2]。但过高的氮肥施用量不能带来相对等的产量增加值，除了被植株吸收的那一部分外，多余的部分会通过淋溶、固定、挥发等途径损失掉[3～6]，如太湖流域通过稻田输入湖泊的氮量占输入湖泊总氮量的7%～35%[7]。且过量的氮素供应还会导致作物徒长、易倒伏以及病虫害增加，同时造成作物对肥料的奢侈吸收而不能有效地转化到籽粒中[8]，导致籽粒充实度降低。

我国秸秆资源丰富，各类型秸秆均含有一定数量的氮、磷、钾养分。秸秆还田作为秸秆利用的一种重要方式，既可以避免资源浪费和环境污染[9]，又可以提高土壤的养分水平，改善土壤结构和理化性状，优化农田生态环境，维持作物高产[10]。秸秆还田条件下配合氮肥使用，会改善土壤与作物体内氮素之间的转化，提高氮肥利用率[11]。

关于氮肥用量对水稻产量及其构成要素的影响以及秸秆还田对土壤养分元素的影响已有大量研究，但将秸秆还田和氮肥用量结合起来研究其对水稻生长及土壤养分影响的报道尚不多见。本研究旨在探讨秸秆还田条件下，不同氮肥用量分配对水稻产量及其构成要素和土壤养分状况的影响，为区域麦秸还田水稻氮肥的合理施用提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验处理和田间设计

试验地点位于湖北省枣阳市南城后湖村(东经112°42′04″，北纬31°59′24″)，供试土壤为黄棕壤性水稻土，质地中壤。土壤理化性质见表1。

表1　供试土壤的理化性质

试验采用随机区组设计，共设5个处理，分别为T1S0(氮11kg/667m2，基肥∶分蘖肥∶拔节肥比为6∶3 ∶2，常规留茬)、T1S1(氮11kg/667m2，基肥∶分蘖肥∶拔节肥比为6∶3 ∶2，麦秸400kg/667m2)、T2S0(氮11kg/667m2，基肥∶分蘖肥∶拔节肥比为8∶3 ∶0，常规留茬)、T2S1(氮11kg/667m2，基肥∶分蘖肥∶拔节肥比为8∶3 ∶0，麦秸400kg/667m2)、T3S1(氮13kg/667m2，基肥∶分蘖肥∶拔节肥比为8∶3 ∶2，麦秸400kg/667m2)，3次重复。小区面积20m2，小区间用宽30cm、高30cm的土埂隔开，上覆盖薄膜，防止串水串肥。同时整个试验区外围用土埂围起，与保护行隔离，有独立的灌/排水沟，防止保护区肥水串进试验各小区。其中麦秸还田各处理均添加秸秆腐熟剂，用量为2kg/667m2，腐熟剂同秸秆一起翻压施用，灌水7～10cm泡田。肥料具体运筹见表2。

表2　各处理肥料用量及运筹方式

1.2栽培、施肥与管理

4月18日播种(旱育秧)。大田于5月29日旋耕机械整田，5月30日划小区，筑埂、覆膜(防止串水串肥)、施肥。6月1日栽插，株行距为16.5cm×25cm，每667m2栽插1.5万蔸左右。

5月30日按试验方案分区施入氮肥，用菜扒耖匀，6月6日追施分蘖肥，7月11日 追施T1S0、T1S1、T3S1穗肥。磷、钾肥做基肥一次性施入。供试肥料品种分别为尿素(含N 46%)、过磷酸钙(含P2O514%)、氯化钾(含K2O 60%)。

水稻生长期病虫害防治与水分管理同大田。

1.3考种与数据处理

在水稻成熟期时每小区随机选取3个1m2面积进行室内考种。采用Microsoft Excel和SPSS 20.0 软件进行相关的统计分析。

2结果与分析

2.1麦秸还田与氮肥调控对水稻株高及穗长的影响

由表3可知，常规留茬处理T1S0和T2S0的株高值相对较大，与麦秸还田处理T1S1、T2S1和T3S1相比，其株高差异达到了显著水平，说明常规留茬比麦秸还田能够显著促进水稻的营养生长。同为常规留茬处理，T2S0的株高值略高于T1S0，表明在水稻的氮肥运筹中，基肥用量较大时有利于水稻株高的增加。而在同为麦秸还田的处理中，株高值的大小顺序为T3S1>T2S1>T1S1，说明施氮量越大，水稻的株高值也越大。此外，从表3也可以看出，所有处理的穗长差异均不显著。

表3　秸还田与氮肥调控对水稻株高及穗长的影响

注：同列数字后不同小写字母表示差异达显著水平(P<0.05)。表4～6同。

2.2麦秸还田与氮肥调控对水稻产量构成的影响

由表4可知，麦秸还田处理T1S1、T2S1和T3S1的有效穗数值相对较大，与常规留茬处理T1S0和T2S0相比，其有效穗数值差异达到了显著水平，说明麦秸还田比常规留茬能够显著增加水稻的有效穗。同为常规留茬处理，T1S0的有效穗数值略高于T2S0，表明在水稻的氮肥运筹中，氮肥后移有利于水稻有效穗的增加。而在同为麦秸还田的处理中有效穗数值的大小顺序为T3S1>T1S1>T2S1，说明施氮量越大，水稻的有效穗数值越大，但氮肥后移有明显促进作用。

表4数据还显示，氮肥运筹处理T1Sx的穗粒数值相对较大,T2Sx次之，T3Sx最小，且三者穗粒数差异达到显著水平，说明基肥∶分蘖肥∶拔节肥=6∶3 ∶2的氮肥调控模式最利于水稻穗粒数的增加，基肥∶分蘖肥∶拔节肥=8∶3 ∶0的氮肥调控模式效果居中，而基肥∶分蘖肥∶拔节肥=8∶3 ∶2的氮肥调控模式效果最差。在相同氮肥调控处理下水稻穗粒的大小顺序分别为T1S0>T1S1和T2S0>T2S1，说明常规留茬比秸秆还田处理更有利于水稻穗粒数的增加。在所有处理中，高量氮肥处理(T3S1)的穗粒数是最低的，说明穗粒数随着氮肥施用量的增加呈减少趋势。

从表4还可看出，处理T3S1结实率最低，与其他各处理比较结实率差异达显著水平。说明在水稻在生长过程中氮肥量越大，空瘪粒增加，结实率下降。麦秸还田下所有处理的千粒重均显著高于常规留茬处理，说明秸秆还田比常规留茬更有利于水稻千粒重的增加。

表4　麦秸还田与氮肥调控对水稻产量构成的影响

2.3麦秸还田与氮肥调控对水稻产量的影响

表5 数据表明，T1S1的产量显著高于T1S0，说明在氮肥运筹相同情况下，秸秆还田比常规留茬更能提高产量；同为常规留茬处理，T1S0的产量高于T2S0，说明施用等量氮肥时，基肥+分蘖肥+拔节肥比基肥+分蘖肥的氮肥调控方式更能提高水稻产量；同为秸秆还田处理的产量高低顺序为T1S1>T2S1>T3S1，且T1S1的产量显著高于T2S1和T3S1，说明秸秆还田条件下，等量施氮时基肥+分蘖肥+拔节肥的氮肥运筹方式(T1S1)的增产效果优于基肥+分蘖肥方式(T2S1)，而在相同的氮肥运筹方式下，适量施氮处理(T1S1)的增产效果优于高量施氮处理(T3S1)。

表5　麦秸还田与氮肥调控对水稻产量的影响

2.4秸秆还田与氮肥调控对土壤养分的影响

从表6可知，与试验前相比，所有处理的土壤pH呈上升趋势但均未达差异显著水平，说明秸秆还田与常规留茬对土壤pH影响不大；有机质与全氮含量均显著增加，说明秸秆还田与常规留茬都能显著提高土壤有机质与氮素含量，但较之常规留茬，秸秆还田处理更能促进土壤有机质含量的增加，更有利于土壤有机质的提升。

表6数据还表明，所有处理的速效钾含量比试验前均显著减少。但麦秸还田处理(T1S1、T2S1和T3S1)的速效钾值减少量又显著小于常规留茬处理(T1S0和T2S0)，说明麦秸还田比常规留茬能够显著减少土壤速效钾的损失。与试验前比较，秸秆还田处理的缓效钾含量显著增加，而常规留茬处理的缓效钾含量则显著降低，表明秸秆还田能提高土壤缓效钾含量。

表6　麦秸还田与氮肥调控下的土壤养分变化

3讨论

3.1麦秸还田与氮肥调控对水稻生长的影响

麦秸还田对水稻生长具有明显影响。本研究结果表明，水稻株高随着基肥用量增加而增加。麦秸还田下水稻株高小于常规留茬处理，主要原因在于麦秸的碳氮比较高，在水稻生长前期，易发生土壤微生物与水稻争氮的现象，因此水稻前期生长受到抑制，中后期随着麦秸的腐烂分解释放出大量养分以及水稻吸收功能的增强，这种影响随之减弱。有研究认为麦秸还田往往是一次性投入，其分解过程中释放的养分尤其是氮素容易受到淋洗、径流、下渗等[12]环境因素的影响，由此引起的氮素损失量可能较大。因此，秸秆还田也要考虑其副作用如化感、争氮[13}[14]。秸秆还田过程中产生的上述问题有待进一步的研究与探讨。

3.2麦秸还田与氮肥调控对水稻产量的影响

麦秸还田的增产原因较为复杂。李勇等[15]认为秸秆全量还田主要是通过增加水稻有效穗数实现增产，并提高水稻结实率和成穗率；汪军等[16]认为秸秆还田下氮肥用量对水稻产量有显著影响。过高氮肥用量可以增加水稻分蘖，但导致水稻早衰，降低水稻成穗率；水稻结实率与千粒重均随着氮肥用量的增加而显著下降。本研究结果表明，麦秸还田S1T1处理组合下(氮11kg/667m2，基肥∶分蘖肥∶拔节肥比为6∶3 ∶2，麦秸400kg/667m2)水稻产量最高。较之麦秸常规留茬(TxS0)和高氮处理，麦秸还田后，水稻生长前期虽然会因临时性缺氮而减少分蘖数，但中后期由于麦秸腐烂分解出许多有机物质和矿物质而促进水稻生长,使水稻成穗率增加，水稻生长前期株高、分蘖略低，但后期无效分蘖减少、空瘪粒减少，提高了穗粒数与千粒重，最终表现为产量增加，这与前人的研究结果一致。但也有部分减产的报道，这可能与麦秸还田方式和氮磷钾肥施用有关。另外也有研究[17～19]表明耕作方式也是导致减产的原因，随着连年免耕栽培，减产明显。

3.3麦秸还田与氮肥调控对土壤养分的影响

关于秸秆还田与氮肥调控对土壤养分的影响，马力等[17]认为，秸秆可以促进红壤水稻土氮素的积累，其主要影响0～20cm土层，而化肥和秸秆配合施用作用更明显；李继福等[20]认为秸秆还田钾素可不同程度地替代部分化学钾肥的施用；孙星等[11]、张雅洁等[21]认为秸秆还田可以增加有机质、全氮和有机氮含量，且配施化肥使土壤有机氮和全氮的增加效果尤为明显。本研究结果显示，秸秆还田对土壤pH的影响不大，但减少了土壤速效钾含量的损失，能显著提高土壤有机质、全氮和缓效钾的含量。这与前人研究结论相似。但关于秸秆还田对土壤养分的固定与再吸收等方面的影响，还需要进一步的研究。

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[收稿日期]2016-01-04

[基金项目]湖北省自然科学基金项目(2011CDB011)。

[作者简介]赵永平(1991-)，男，硕士生，研究方向为土壤肥力与培肥。通信作者：田应兵，yingbt@sina.com。

[中图分类号]S147.3

[文献标识码]A

[文章编号]1673-1409(2016)15-0001-05

[引著格式]赵永平,田应兵.麦秸还田条件下氮肥调控对水稻生长及土壤养分的影响[J].长江大学学报(自科版) ，2016，13(15)：1～5.