等养分条件下稻草还田替代双季早稻氮钾肥比例的研究

曾研华，范呈根，吴建富，曾勇军，周春火，谭雪明，潘晓华，石庆华

等养分条件下稻草还田替代双季早稻氮钾肥比例的研究

曾研华，范呈根，吴建富*，曾勇军，周春火，谭雪明，潘晓华*，石庆华

（江西农业大学双季稻现代化生产协同创新中心/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，江西南昌 330045）

【目的】研究等量氮磷钾养分投入条件下，长期稻草原位全量还田配施化肥对双季早稻氮 (N)、磷 (P)、钾 (K) 养分吸收累积、转运及养分利用的影响，为南方稻区稻草资源有效利用，维持并提高土壤肥力及水稻合理施肥提供理论依据。【方法】以江西温圳国家级耕地质量监测点长期定位试验为研究对象，陆两优 996 为供试材料，在不施化肥和施用化肥基础上设稻草还田、稻草烧灰还田和稻草不还田共 6 个处理，除空白对照外，所有处理养分投入量相等。于 2015 年在早稻移栽期、分蘖期、幼穗分化期、抽穗期和成熟期取地上部植株样，分析水稻植株不同部位的 N、P、K 含量和累积量以及转运比例，并计算 N、P、K 养分利用效率。【结果】稻草还田提高了水稻产量，施肥条件下稻草还田处理比稻草烧灰还田和稻草不还田处理平均增产 2.9%～ 6.4%，比不施肥区产量增幅高达 23.8%～ 26.0%，且差异达显著水平。无论是施肥区处理，还是无肥区处理，与稻草烧灰还田和稻草不还田处理相比，稻草还田植株中 K 含量及 N、P、K 积累量在整个生育期均较高，而 N、P 含量在生育后期较高，N、P、K 积累量以施肥区处理大于相应的无肥区处理；稻草还田提高水稻 N、P、K 养分农学效率、回收率和养分偏生产力，且 N、K 差异达显著水平，同时显著增加 K 的收获指数；稻草还田还提高了抽穗至成熟期茎鞘中 N、P、K 的转运量、转运率及转移养分对籽粒的贡献率，而叶片各处理间差异不显著。【结论】稻草还田配施化肥能提高水稻产量，同时还可以调节 N、P、K 养分的积累和转运，提高养分的吸收利用效率。本试验条件下，稻草还田可替代化肥氮肥 (N) 29.5%、磷肥 (P2O5) 4.0% 和钾肥 (K2O) 50.0%。综合考虑，稻草还田相比稻草烧灰还田而言是南方稻区土壤养分管理实现高效利用的有效途径之一。

双季早稻；稻草还田；稻草烧灰还田；养分吸收

我国农作物秸秆资源十分丰富，每年生产约 6亿吨的秸秆，水稻秸秆约占总秸秆的 1/3，尤其是在双季稻区[1]。随着农村散户养殖的减少，稻草过腹、垫圈还田越来越少，取而代之的是稻草直接焚烧。而水稻秸秆是一种含碳丰富的能源物质，为重要的有机肥源，富含大量的氮、磷、钾、硅等矿质营养元素[2]。合理利用有机肥资源，实行有机肥替代部分化肥，是我国到 2020 年化肥实现零增长目标的重要措施。但水稻生产中普遍存在氮肥多施、钾肥少施及有机肥基本不施等问题[3]，限制了水稻产量的提升和养分的高效利用。推行稻草还田对保持和提高土壤肥力，改善土壤理化性状和生物学性状，提高农作物产量、品质和降低施肥成本等方面均具有重要作用[4–6]。因此，在南方双季稻区开展稻草还田减施化肥研究对于促进水稻增产增效有重要的意义。关于秸秆还田对作物氮、磷、钾养分吸收特性的影响，大量研究表明，秸秆还田配施化肥可提高作物产量和养分吸收利用效率[7–10]，但养分吸收利用主要以氮[9, 11–13]、钾[14]等单一元素研究为主，从氮、磷、钾三者养分吸收平衡方面研究较少[15]，且多数是在化肥用量不变的基础上开展秸秆还田研究[7–8, 10, 13–15]。但基于稻草自身养分输入的同时，探讨在氮、磷、钾养分总施用量相等条件下，稻草还田配施化肥对南方双季早稻养分吸收利用的影响的研究报道较少[9, 16]。特别是近年来，随着我国水稻机械化收获进程加剧，为稻草的循环利用提供了基础，同时也滋生稻草就地焚烧的现象。从氮磷钾养分吸收利用角度解析水稻对稻草还田与稻草烧灰还田的响应机制及其差异特性，明确实施稻草还田的可行性，显得尤为必要。为此，本研究基于中长期定位试验，研究等养分条件下稻草原位全量还田配施化肥对双季早稻养分吸收累积、转运及利用率的影响，以期为南方稻区稻草资源的有效利用和水稻合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验位于江西省进贤县温圳镇杨溪村国家级耕地质量监测点基地 (东经 116°5′29.73″，北纬28°20′7.14″)。试验地地势平坦，年平均气温 17.5℃，年最高气温 40.6℃，最低气温–9.3℃，年降雨量1600～1800 mm，降雨 144 d，平均相对湿度 77%，年平均日照时数 1900.5 h，无霜期 291 天。供试土壤为第四纪红色粘土发育水稻土。试验开始时土壤的基本化学性质为有机质 34.16 g/kg、全氮 2.271 g/kg、碱解氮 126.0 mg/kg、有效磷 (P2O5) 31.34 mg/kg、速效钾 (K2O) 97.9 mg/kg、pH 值 5.48。供试早稻品种为陆两优 996。

1.2 试验设计

稻草还田定位试验始于 2010 年，2009 年晚稻收获后稻草开始分别原位全量还田和原位烧灰还田，作为翌年早稻有机肥，当年早稻稻草还田作晚稻基肥，之后每年每季水稻收获后稻草进行还田作下季水稻基肥。于 2015 年进行取样调查分析。试验设 6个处理：1) 稻草烧灰还田 (SB + NPK)，即喂入式收割机收获晚稻后人工撒匀稻草，晒干后燃烧成灰全部还田，灌适量水后用手扶拖拉机旋耕；同时施用NPK 化肥；2) 稻草不还田 (NPK)，稻草全部移出田间，只留稻桩，单施化肥；3) 稻草还田 (SI + NPK)，晚稻收获后将稻草切碎成约 5～8 cm 小段，人工撒匀全量还田，灌水后用拖拉机将稻草旋耕入土，施用 NPK 化肥；4) 稻草还田不施肥 (SI)；5) 稻草不还田不施肥 (CK)；6) 稻草烧灰还田不施肥 (SB)。不同稻草还田方式处理的氮磷钾养分用量相同，即投入N 165 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2，稻草(草木灰) 有机肥带入的氮磷钾养分含量不足时用化学肥料补足。按谷草比 1∶1、稻草燃烧系数 85.72% (根据当地农民的燃烧习惯来实地计算) 核算每季稻草 (草灰) 输入农田的重量，养分含量根据其干样测定结果计算，最终折算秸秆输入农田的养分量，2014年晚稻还田稻草养分含量为 N 0.600%、P2O50.099%、K2O 1.392%，稻草灰中 N、P2O5、K2O 含量分别为0.179%、0.427%、8.395%，各施肥处理化肥及秸秆带入养分用量见表 1。

采用田间大区试验，每处理面积为 326.7 m2，按3 点重复取样。氮肥按基肥∶分蘖肥∶穗肥 = 5∶2∶3 施用；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、钙镁磷肥和氯化钾。栽插密度为 13.3 cm × 23.3 cm，其他管理措施同一般高产栽培。

表1 各施肥处理化肥和秸秆带入的养分量 (kg/hm2)Table1 Nutrient input from chemical fertilizers and straw returning in treatments

1.3 测定项目与计算方法

在水稻移栽期、分蘖期、幼穗分化期、抽穗期和成熟期每处理按平均茎蘖数取代表性植株 5 蔸，分茎鞘、叶片和稻穗 3 部分装入样品袋中，于烘箱105℃ 下杀青 30 min，然后于 80℃ 下烘干至恒重，称重、粉碎、过 0.5 mm 筛，植株各部位 N、P 和 K的养分测定采用浓 H2SO4-H2O2消化，氮用 FOSS-2400 测定，磷用钒钼黄比色法测定，钾用火焰光度法测定[17]。

氮磷钾养分计算方法[18–20]：

养分偏生产力 (PFP，kg/kg) = 施肥处理产量/施肥量；

养分收获指数 (HI) = 籽粒中养分累积量/收获时植株该养分累积量 × 100%；

养分转移量 (NT，kg/hm2) = 抽穗期养分累积量 –成熟期该养分累积量；

养分转移效率 (NTE) = 养分转运量/抽穗期该养分累积量 × 100%；

转移养分对籽粒的贡献率 (NTC) = 养分转移量/籽粒中该养分累积量 × 100%；

回收率 = (施肥区地上部吸肥量 – 对照处理地上部吸肥量)/施肥量 × 100%；

农学利用率 (kg/kg) = (施肥区子粒产量 – 对照处理子粒产量)/施肥量。

1.4 数据处理

用 Excel 进行数据处理和 SPSS16.0 软件进行统计分析，利用 Duncan 新复极差法 (LSR) 进行显著性检验，显著性水平设定为 α = 0.05。

2 结果与分析

2.1 稻草还田对水稻产量的影响

由表 2 可知，无论是施肥处理还是无肥处理，稻草还田下，水稻产量变化趋势均为稻草还田处理高于稻草烧灰还田和稻草不还田处理。与 NPK 处理相比，SI + NPK 处理产量连续 6 年均显著增加，SB + NPK 处理相比 NPK 处理在 6 年中只有两年产量差异显著，而无肥处理内，SI 处理与 SB 和 CK 处理间差异均达显著水平。稻草还田 6 年内，SI + NPK 处理平均产量比 SB + NPK、NPK 处理提高 2.9%～6.4%，与 NPK 处理差异显著，而无肥区 SI 处理与 SB、CK处理差异更明显，平均产量增幅 23.8%～26.0%；年际间产量变异系数 SI + NPK 处理为最小，显著低于NPK 处理。说明连续稻草还田有利于水稻高产稳产。

表2 稻草还田对水稻产量的影响 (t/hm2)Table2 Effect of the straw incorporation model on grain yield of rice

2.2 不同稻草还田方式对水稻氮素吸收积累的影响

2.2.1 植株氮含量 稻草还田对植株氮含量的影响处理间存在差异 (表 3)。施肥处理植株含氮量均高于无肥区，且在整个生育期稻草还田处理植株的含氮量总体高于稻草不还田处理，尤其是生育中后期，差异均达显著水平，其中穗分化期 SI + NPK 处理植株含氮量比 NPK 处理高出 0.266 个百分点，而稻草烧灰还田处理与稻草不还田处理植株含氮量在整个生育期差异不显著。

2.2.2 氮素吸收累积量 由表 4 可知，水稻一生中氮素积累量 SI + NPK、SB + NPK 处理均显著高于NPK 处理，分别高出 14.0% 和 8.6%，无肥对照趋势与之相似。整个生育期内施肥处理水稻氮素累积量以分蘖期至幼穗分化期增加最多，其次为幼穗分化期至抽穗期，而无肥区氮素累积量以幼穗分化期至抽穗期最大。除幼穗分化期至抽穗期外，各生育阶段内 SI + NPK 处理氮素累积量均显著高于 NPK 处理，而与 SB + NPK 处理无明显差异；无肥区 SI 处理在整个生育期内均显著高于 CK，以幼穗分化期至抽穗期差异最大。表明稻草或稻草灰替代部分氮肥可促进水稻对氮素的吸收累积。

表3 稻草还田对植株氮含量的影响 (%)Table3 Effect of different straw incorporation models on N contents of rice plants

表4 不同稻草还田方式氮素阶段累积量 (kg/hm2)Table4 Period nitrogen accumulation under different straw incorporation models

2.2.3 各器官氮素运转 由表 5 可知，施肥处理叶片和茎鞘的氮素转移量显著高于无肥对照。各处理茎鞘的氮素转移量表现为 SI + NPK > SB + NPK > NPK，SI + NPK 比 NPK 高出 52.8%，差异显著，无肥对照趋势与之相似；叶片氮素转移量施肥区与无肥区各处理间差异不明显，但其转移量、转移率和贡献率均高于茎鞘。施肥区茎鞘氮素转移率也为 SI + NPK > SB + NPK > NPK，且前两者均显著高于后者，增幅分别达 18.47% 和 14.56%，无肥处理趋势与之相似，而叶片各处理间差异不显著。此外，茎鞘氮素贡献率 SI + NPK 显著大于 NPK，与 SB + NPK 差异不显著，但不施肥处理 SI > SB > CK，且差异显著；而叶片转移氮素对籽粒贡献率 SI + NPK、SB + NPK 处理低于 NPK 处理，但差异不显著，无肥处理 CK 显著高于 SI、SB 处理。表明稻草还田配施化肥能促进水稻茎鞘和叶片中的氮素向籽粒转运，且以叶片贡献大于茎鞘。

2.2.4 氮素利用效率 表 6 表明，等量养分处理下，氮肥农学效率、回收率和偏生产力 SI + NPK 处理均显著高于 SB + NPK、NPK 处理，而后两者差异不显著。同时，SI + NPK 处理还提高了氮素收获指数。说明稻草还田能替代部分化肥氮，在减少化肥氮投入的基础上，提高了水稻氮素利用效率。

2.3 不同稻草还田方式对水稻磷素吸收积累的影响2.3.1植株磷含量 由表 7 可知，植株含磷量施肥区与无肥区处理存在生育期的差异，以抽穗期和成熟期差异较大。与 NPK 处理相比，除分蘖期外，SI + NPK 处理植株的含磷量在各生育期中均较高，成熟期差异显著，而 SB + NPK 处理在分蘖期显著降低，其余时期变化规律不明显。说明稻草还田提高了植株中磷的含量。

表5 不同稻草还田方式水稻各器官氮素的转移量和转移率Table5 Amounts and percentages of N transferred from different organs under different treatments

表6 不同稻草还田方式氮素利用效率的变化Table6 N use efficiency of early rice under different treatments

表7 不同稻草还田对植株磷含量的影响 (%)Table7 Effect of different straw incorporation models on yields and P contents of rice plants

2.3.2 磷素吸收累积量 由表 8 可知，水稻全生育期磷素累积量表现为 SI + NPK > SB + NPK > NPK，无肥对照趋势与之相似。水稻整个生育期内磷素累积量以幼穗分化期至抽穗期最大。各生育阶段内，与NPK 处理相比，SI + NPK 处理植株的磷素累积量均较高，其中移栽期至分蘖期差异显著，而与 SB + NPK 处理无显著差异；无肥区 SI 处理以幼穗分化期至抽穗期高于 CK，SB 处理也有类似的趋势。说明稻草或稻草灰替代部分磷肥可维持或提高水稻的磷素吸收累积，尤其是生育前期。

2.3.3 各器官磷素运转 由表 9 可知，施肥处理叶片和茎鞘的磷素转移量显著高于无肥对照，茎鞘磷素转移量高于叶片。茎鞘的磷素转移量、转移率和磷素转移对籽粒贡献表现为 SI + NPK > SB + NPK > NPK，其中磷素转移量 SI + NPK 处理与 NPK 处理差异显著，增幅达 11.98%，无肥对照趋势与之类似，SI 处理也显著提高磷素籽粒贡献；叶片磷素转运各指标施肥处理和无肥处理内差异不显著。表明稻草还田可维持或促进水稻茎、叶器官中磷素营养向籽粒的转移，且以茎鞘贡献大于叶片。

2.3.4 磷素利用效率 由表 10 可知，水稻磷素的农学效率 SB + NPK 处理与 NPK 基本持平，但均显著高于 SI + NPK 处理；而回收率和偏生产力 SB + NPK与 SI + NPK 差异不显著，但均显著高于 NPK。收获指数施肥区和对照区各处理间差异不显著。

2.4 不同稻草还田方式对水稻钾素吸收积累的影响2.4.1植株钾含量 由表 11 可知，植株含钾量施肥区与无肥区在各生育期互有高低，以穗分化期和抽穗期差异较大。施肥处理区 SI + NPK 植株的含钾量在各生育期中均高于 NPK，且成熟期差异显著，SB +NPK 与 NPK 差异不明显；无肥对照趋势与之相似。说明稻草还田提高植株中钾的含量。

表8 不同稻草还田方式磷素阶段累积量 (kg/hm2)Table8 Period phosphorus accumulation under different straw incorporation models

表9 不同稻草还田方式水稻各器官磷素的转移量和转移率Table 9 Amounts and percentages of P transferred from different organs under different treatments

表10 不同稻草还田方式磷素利用效率的变化Table 10 P use efficiency of early rice under different treatments

表11 稻草还田对植株钾含量的影响 (%)Table 11 Effect of different straw incorporation models on yields and K contents of rice plants

2.4.2 钾素吸收累积量 由表 12 可知，水稻钾素累积各处理表现为 SI + NPK > SB + NPK > NPK，且 SI + NPK 与 NPK 差异显著，无肥对照亦有类似趋势。水稻钾素累积量各处理以分蘖期至幼穗分化期最大，SI + NPK 处理与 SB + NPK 处理在各生育阶段均高于 NPK 处理，SI + NPK 处理与 NPK 处理差异显著；无肥区趋势与之相似。这说明稻草或稻草灰可替代钾肥提高水稻的钾素吸收量。

表12 不同稻草还田方式钾素阶段累积量 (kg/hm2)Table 12 Period potassium accumulation under different straw incorporation models

2.4.3 各器官钾素运转 由表 13 可知，叶片和茎鞘的钾素转移量与转移率施肥区显著高于无肥对照。与NPK 处理相比，茎鞘的钾素转移量、转移率和钾素转移对籽粒贡献呈现 SI + NPK > SB + NPK > NPK，其中钾素转移量、转移率 SI + NPK 处理与 NPK 处理差异显著，增幅分别达 37.29%、21.50%，而无肥区钾素各指标 SI、SB 处理显著高于 CK；叶片钾素转移率 SI、SB 处理也显著大于 CK，其各指标施肥处理和无肥处理差异不显著。这表明稻草还田能促进水稻茎、叶器官中的钾素营养向籽粒转移。

2.4.4 钾素利用效率 表 14 表明，在等量养分处理下，SI + NPK、SB + NPK 处理钾素农学效率、回收率和偏生产力均显著高于 NPK 处理。同时，SI + NPK 处理钾素收获指数显著高于 NPK 处理，增幅 9.7%；SI处理也显著提高钾素收获指数，高出 CK 处理 15.4%。说明稻草还田可提高水稻钾素利用效率。

3 讨论与结论

3.1 稻草还田方式对水稻养分吸收利用的影响

植株的养分吸收与转运表征了作物的生长发育状况，从而影响作物的产量。本研究结果表明，与稻草不还田相比，等量氮磷钾养分施肥条件下，稻草还田后植株氮磷钾养分含量较高，其中氮含量增幅明显，且氮磷钾含量在某些生育期差异达显著水平；同时，稻草还田也不同程度地提高植株氮磷钾养分累积量和阶段累积量，以氮、钾差异明显。这与前人研究结果不尽一致[7–8]，这可能与试验材料与研究方法有关。由于头年晚稻稻草还田后，稻草经历长时间的自然腐解，不会出现翌年早稻秧苗生长期与微生物争肥现象，因而不影响水稻前期生长发育，有利于促进养分吸收[21]；同时稻草还田后稻草中释放的氮、磷、钾可被植株利用，且为土壤微生物提供了丰富的可溶性能源物质，从而提高了土壤生物活性，促进了氮、磷、钾养分的释放[7, 22]。特别是在无肥区，稻草还田对植株养分的吸收积累效应更明显，说明稻草还田有利于提高早稻植株养分含量及积累。研究表明，秸秆还田影响作物生长发育的可能途径：一是秸秆自身分解释放的营养元素归还土壤中，提高土壤肥力，改善土壤物理化学性状，提高土壤水热供应强度[6]，同时秸秆还田增加根系分泌物中有机酸类化学物质含量、根系活性与养分利用，影响作物生长；二是还田秸秆在土壤分解的过程中，为土壤微生物提供了丰富的碳源，一定程度上增加了土壤微生物的数量和活性，改善了土壤生态环境，进而影响作物生长，促进作物对养分的吸收与利用[23]。因此，本研究基于等养分条件下，秸秆投入的养分量与化肥养分之间作用出现的形式，使得稻草还田的植株养分吸收量在生育前期呈现显著高于稻草不还田的现象，这与还田稻草在土壤、作物等外部环境中所起的作用效果不同有关，稻草还田较稻草不还田提高了土壤微生物活性，改善土壤通透性。说明稻草还田替代部分化肥利于翌年早稻植株的生长发育，促进早生快发，能有效提高植株养分的吸收，在生产中应注重稻草有机肥与化肥减量的配合施用。

表13 不同稻草还田方式水稻各器官钾素的转移量和转移率Table 13 Amounts and percentages of K transferred from different organs under different treatments

表14 不同稻草还田方式下钾素利用效率的变化Table 14 K use efficiency of early rice under different treatments

籽粒中的养分一部分来源于根系吸收的养分直接输送，大部分来源于营养器官养分的再转移。植株养分的转移量和转移效率反映了营养器官养分向籽粒输出的能力[24]。研究表明，稻草还田与实地养分管理增加了水稻抽穗至成熟时氮、磷、钾养分的运转量及运转率，促进养分向籽粒库的运转，减少营养器官中养分残留[7]。在玉米籽粒氮素中 39.7%～ 52.9% 来源于营养体的氮素转运[25]。且部分有机肥养分代替化肥有利于养分供应平缓，明显提高玉米养分分配率和对籽粒的贡献率[26]。本研究也表明在等养分施肥条件下，与稻草烧灰还田和稻草不还田处理相比，稻草还田处理氮磷钾养分的转移率和对籽粒养分的贡献率均最高，且与稻草不还田处理差异明显。这与前人在玉米上的报道结果相似[9]。说明稻草有机养分在替代化学肥料的同时，也降低了土壤无机氮磷钾养分的残留，提高了植株对养分的吸收能力；同时配合施用无机肥料有效调节了花前养分的积累和转运，促进植株氮磷钾养分的吸收分配[9]。此外，茎鞘中的养分转运与分配受处理的影响作用高于叶片，可能与植株器官养分的分布及养分利用形式有关，还有待于进步研究。

养分收获指数及利用效率反映其对作物生物量和子粒产量的贡献。而偏生产力表征了土壤本身的养分和投入肥料养分的综合效率。本试验在稻草还田条件下，发现稻草配施化肥的氮磷钾养分收获指数、回收率及偏生产力均高于稻草不还田处理，总体差异达显著水平，这与众多研究的结果较为一致[9, 11, 14, 27]。此外，同等养分投入条件下，与稻草不还田处理相比，稻草还田能明显降低水稻年际间产量变异幅度，说明稻草还田配施化肥既有利于水稻高产稳产，同时还减少了化肥氮磷钾的投入，提高了养分的生产力，实现养分的高效利用。

3.2 稻草还田方式与合理培肥的关系

推行稻草还田是水稻清洁生产的重要内容，而稻草就地焚烧一直是水稻生产中的突出问题，不仅对土壤生态造成影响，同时也严重污染环境。从稻草还田、稻草烧灰还田与稻草不还田之间的养分吸收利用来看，尽管稻草烧灰还田较稻草不还田也提高了养分的吸收利用效率，但低于稻草还田处理，尤其是氮素利用效率显著降低。说明稻草烧灰还田后，尽管补充化肥氮素，但土壤表层结构、微生物活性等已遭到破坏，影响了土壤质量[6]，不利于土壤肥力的保持，易造成土壤养分径流损失，特别是氮、钾养分，影响翌年早稻养分的吸收利用效率。在本试验等养分施肥条件下，稻草输入农田的氮磷钾养分量高于稻草灰，特别是氮素，使得化肥施用量要低于稻草烧灰处理。但稻草还田作为有机培肥，其养分释放及产生的后效性[28]要高于稻草烧灰还田和稻草不还田处理，且其养分残效连续叠加，土壤在氮磷钾供肥方式上显得更具有渐进性和持续性；而稻草长期进行还田，也明显增加了土壤供肥能力的有效性与持久性[9]。同时也更加适合作物根系对养分的吸收利用，这也是稻草有机肥优于速效化肥的重要原因之一[29]。因此，在本试验条件下，从农田生态效应和合理培肥的角度综合考虑，开展长期稻草还田替代部分化肥 (氮、磷、钾肥替代率分别为29.5%、4.0% 和 50.0%) 是可行的，是有利于水稻养分吸收利用的，也是南方稻区土壤养分管理实现高效利用的有效途径之一。

[1]刘巽浩, 高旺盛, 朱文珊. 秸秆还田的机理与技术模式[M]. 北京:中国农业出版社, 2001: 55–61. Liu XH, Gao WS, Zhu WS. The mechanism and technical pattern of straw return to field [M]. Beijing: China Agriculture Press, 2001: 55–61.

[2]周鸣铮. 土壤肥力概论[M]. 杭州: 浙江科学技术出版社, 1985: 118–154. Zhou MZ. Soil fertility introduction [M]. Hangzhou: Zhejiang Science and Technology Press, 1985: 118–154.

[3]吴建富, 潘晓华, 石庆华, 等. 江西双季水稻施肥中存在的问题及对策[J]. 中国稻米, 2012, 18(5): 33–35. Wu JF, Pan XH, Shi QH, et al. The problems and countermeasures of the application for fertilizer of double cropping rice in Jiangxi province[J]. China Rice, 2012, 18(5): 33–35.

[4]Wang GH, Dobermann A, Witt C, et al. Performance of site-specific nutrient management for irrigated rice in southeast China[J]. Agronomy Journal, 2001, 93(4): 869–878.

[5]刘天学, 纪秀娥. 焚烧秸杆对土壤有机质和微生物的影响研究[J].土壤, 2003, 35(4): 347–348. Liu TX, Ji XE. Effect of crop straw burning on soil organic matter and soil microbes[J]. Soils, 2003, 35(4): 347–348.

[6]曾研华, 吴建富, 潘晓华, 等. 稻草原位还田对双季稻田土壤理化与生物学性状的影响[J]. 水土保持学报, 2013, 27(30): 150–155. Zeng YH, Wu JF, Pan XH, et al. Effects of rice straw incorporation on soil physical, chemical and biological properties in double cropping paddy fields[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2013, 27(30): 150–155.

[7]徐国伟, 杨立年, 王志琴, 等. 麦秸还田与实地氮肥管理对水稻氮磷钾吸收利用的影响[J]. 作物学报, 2008, 34(8): 1424–1434. Xu GW, Yang LN, Wang ZQ, et al. Effects of wheat-residue application and site-specific nitrogen management on absorption and utilization of nitrogen, phosphorus, and potassium in rice plants[J]. Acta Agronomica Sinica, 2008, 34(8): 1424–1434.

[8]徐国伟, 吴长付, 刘辉, 等. 秸秆还田与氮肥管理对水稻养分吸收的影响[J]. 农业工程学报, 2007, 23(7): 191–195. Xu GW, Wu CF, Liu H, et al. Effects of straw residue return and nitrogen management on nutrient absorption of rice[J]. Transactions of the CSAE, 2007, 23(7): 191–195.

[9]高洪军, 朱平, 彭畅, 等. 等氮条件下长期有机无机配施对春玉米的氮素吸收利用和土壤无机氮的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2015, 21(2): 318–325. Gao HJ, Zhu P, Peng C, et al. Effects of partially replacement of inorganic Nwith organic materials on nitrogen efficiency of spring maize and soil inorganic nitrogen content under the same Ninput[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2015, 21(2): 318–325.

[10]张姗, 石祖梁, 杨四军, 等. 施氮和秸秆还田对晚播小麦养分平衡和产量的影响[J]. 应用生态学报, 2015, 26(9): 2714–2720. Zhang S, Shi ZL, Yang SJ, et al. Effects of nitrogen application rates and straw returning on nutrient balance and grain yield of late sowing wheat in rice-wheat rotation[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2015, 26(9): 2714–2720.

[11]孟琳, 张小莉, 蒋小芳, 等. 有机肥料氮替代部分无机氮对水稻产量的影响及替代率研究[J]. 植物营养与肥料学报, 2009, 15(2): 290–296. Meng L, Zhang XL, Jiang XF, et al. Effects of partial mineral nitrogen substitution by organic fertilizer nitrogen on the yield of rice grains and its proper substitution rate[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2009, 15(2): 290–296.

[12]陈志龙, 陈杰, 许建平, 等. 有机肥氮替代部分化肥氮对小麦产量及氮肥利用率的影响[J]. 江苏农业科学, 2013, 41(7): 55–57. Chen ZL, Chen J, Xu JP, et al. Effects of partial mineral nitrogen substitution by organic fertilizer nitrogen on the yield of wheat and its use efficiency[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2013, 41(7): 55–57.

[13]单鹤翔, 卢昌艾, 张金涛, 等. 不同肥力土壤下施氮与玉米秸秆还田对冬小麦氮素吸收利用的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(1): 35–41. Shan HX, Lu CA, Zhang JT, et al. Effect of maize straw applied with Nfertilizer on nitrogen adsorption of winter wheat under different soil fertility[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012, 18(1): 35–41.

[14]谢佳贵, 侯云鹏, 尹彩侠, 等. 施钾和秸秆还田对春玉米产量、养分吸收及土壤钾素平衡的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(5): 1110–1118. Xie JG, Hou YP, Yin CX, et al. Effect of potassium application and straw returning on spring maize yield, nutrient absorption and soil potassium balance[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2014, 20(5): 1110–1118.

[15]黄婷苗, 郑险峰, 侯仰毅, 等. 秸秆还田对冬小麦产量和氮、磷、钾吸收利用的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2015, 21(4): 853–863.Huang TM, Zheng XF, Hou YY, et al. Yield and N, P and Kuptake and utilization of winter wheat affected by straw return to soil[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2015, 21(4): 853–863.

[16]刘守龙, 童成立, 吴金水, 等. 等氮条件下有机无机肥配比对水稻产量的影响探讨[J]. 土壤学报, 2007, 44(1): 106–112. Liu SL, Tong CL, Wu JS, et al. Effect of ratio of organic manure/chemical fertilizer in fertilization on rice yield under the same N condition[J]. Acta Pedologica Sinica, 2007, 44(1): 106–112.

[17]史瑞和. 土壤农化分析[M]. 北京: 农业出版社, 1981. Shi RH. Soil agro-chemistry analysis [M]. Beijing: Agricultural Press, 1981.

[18]王小燕, 沈永龙, 高春宝, 等. 氮肥后移对江汉平原小麦子粒产量及氮肥偏生产力的影响[J]. 麦类作物学报, 2010, 30(5): 896–899. Wang XY, Shen YL, Gao CB, et al. Effects of postponing N application on grain yield and partial factor productivity of wheat in Jianghan Plain[J]. Journal of Triticeae Crops, 2010, 30(5): 896–899.

[19]刘新宇, 巨晓棠, 张丽娟, 等. 不同施氮水平对冬小麦季化肥氮去向及土壤氮素平衡的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(2): 296–300. Liu XY, Ju XT, Zhang LJ, et al. Effect of different Nrates on fate of Nfertilizer and balance of soil Nof winter wheat[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2010, 16(2): 296–300.

[20]孙丽敏, 李春杰, 何萍, 等. 长期施钾和秸秆还田对河北潮土区作物产量和土壤钾素状况的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(5): 1096–1102. Sun LM, Li CJ, He P, et al. Effects of long-term Kapplication and straw returning on crop yield and soil Kstatus in fluvo-aquic soil of Hebei Province[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012, 18(5): 1096–1102.

[21]卜毓坚. 不同耕作方式和稻草还田对晚稻生长发育与土壤肥力的影响[D]. 长沙: 湖南农业大学硕士学位论文, 2007. Bu YJ. The effects of different tillage and rice-straw returning on the rice growth and soil fertility[D]. Changsha: MS Thesis of Hunan Agricultural University, 2007

[22]Enke L, Yan CR, Mei XR, et al. Long-term effect of chemical fertilizer, straw, and manure on soil chemical and biological properties in northwest China[J]. Geoderma, 2010, 158(3/4): 173–180.

[23]徐国伟, 李帅, 赵永芳, 等. 秸秆还田与施氮对水稻根系分泌物及氮素利用的影响研究[J]. 草业学报, 2014, 23(2): 140–146. Xu GW, Li S, Zhao YF, et al. Effects of straw returning and nitrogen fertilizer application on root secretion and nitrogen utilization of rice[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2014, 23(2): 140–146.

[24]杜金哲, 李文雄, 胡尚连, 等. 春小麦不同品质类型氮的吸收、转化利用及与子粒产量和蛋白质含量的关系[J]. 作物学报, 2001, 27(2): 253–260. Du JZ, Li WX, Hu SL, et al. Nitrogen assimilation, transfer and utilization in relation to grain protein content and yield of spring wheat genotypes differing in quality[J]. Acta Agronomica Sinica, 2001, 27(2): 253–260.

[25]金继运, 何萍. 氮钾营养对春玉米后期碳氮代谢与粒重形成的影响[J]. 中国农业科学, 1999, 32(4): 55–62. Jin JY, He P. Effect of Nand Knutrition on post metabolism of carbon and nitrogen and grain weight formation in maize[J]. Scientia Agricultura Sinica, 1999, 32(4): 55–62.

[26]刘占军, 谢佳贵, 李书田, 等. 不同氮肥管理对吉林春玉米生长发育和养分吸收的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(1): 38–47. Liu ZJ, Xie JG, Li ST, et al. Maize growth and nutrient uptake as influenced by nitrogen management in Jilin province[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2011, 17(1): 38–47.

[27]王宏庭, 金继运, 王斌, 等. 山西褐土长期施钾和秸秆还田对冬小麦产量和钾素平衡的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(4): 801–808. Wang HT, Jin JY, Wang B, et al. Effects of long-term potassium application and wheat straw return to cinnamon soil on wheat yields and soil potassium balance in Shanxi[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2010, 16(4): 801–808.

[28]Sommerfeldt TG, Chang C, Entz T. Long-term annual manure applications increase soil organic matter and nitrogen, and decrease carbon to nitrogen ratio[J]. Soil Science Society of American Journal, 1988, 52: 1668–1672.

[29]杨生茂, 李凤民, 索东让, 等. 长期施肥对绿洲农田土壤生产力及土壤硝态氮积累的影响[J]. 中国农业科学, 2005, 38(10): 2043–2052. Yang SM, Li FM, Suo DR, et al. Effect of long-term fertilization on soil productivity and nitrate accumulation in Gansu Oasis[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2005, 38(10): 2043–2052.

Replacement ratio of nitrogen and potassium fertilizer by straw incorporation in early rice under the same nitrogen, phosphorus and potassium input

ZENG Yan-hua, FAN Cheng-gen, WU Jian-fu*, ZENG Yong-jun, ZHOU Chun-huo, TAN Xue-ming, PAN Xiao-hua*, SHI Qing-hua
( Collaborative Innovation Center for the Modernization Production of Double Cropping Rice, Jiangxi Agricultural University/ Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Genetic Breeding, Ministry of Education/Jiangxi Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Genetic Breeding, Nanchang 330045, China )

【Objectives】Effects of total straw incorporation with chemical fertilizers in situ on the N, P and K use efficiencies of early rice of double cropping were studied under the same N, P and Kinput in the long run to provide base support for effective utilization of the southern straw resource and sustainable soil fertility, and rational application fertilizers.【Methods】A long-term field experiment located in the cultivated land quality monitoring system on straw incorporation and soil fertility (Wenzhen Town, Jiangxi Province) was carried out, and early rice cultivar, Luliangyou 996, was selected as tested material. Plant samples were collected from sixtreatments: total straw incorporation (TS), straw burning and straw no-incorporation, containing application chemical fertilizer and no chemical fertilizer, respectively, all the treatments, except blank control, were input the same amount of N, P and knutrients. The N, P and Kaccumulation, translocation and use efficiencies were analyzed at the transplanting, tillering, panicle initiation, heading and maturity stages of early rice in 2015.【Results】With supplement of chemical fertilizer, the total straw incorporation treatment could stably increase grain yields of early rice within six years, and the yields were 2.9% and 6.4% higher than those in treatments of the straw burning and pure chemical fertilizer treatments, and compared with no chemical fertilizer and no straw treatment, the increments were from 23.8% to 26.0%. Compared with the straw burning and straw noincorporation, no matter the fertilization treatments and blank, the straw incorporation had the higher Kcontent and N, P and Kaccumulation at the growth stages, but the Nand Pcontents were higher at the later growth stages. The N, P and Kaccumulation amounts in the fertilization treatments were higher than those in the no fertilization treatments. The straw incorporation enhanced the N, P and Kfertilizer agronomy efficiencies (AE), recovery efficiencies (RE) and partial factor productivity (PFP), and increased the Kharvest index significantly, while the N and Kuse efficiencies were significantly different among the treatments. Meanwhile, the straw incorporation increased the N, P and Ktransfer amounts, transfer rates and contribution to grain nutrient of the stems and sheaths, but no differences were observed in the leaves among treatments.【Conclusions】 The straw incorporation with application fertilizers could increase the grain yield, and improve the accumulation and translocation of applied N, P and K, and their use efficiencies in the long-run. Replacing of N29.5%, P2O54.0% and K2O 50.0% with straw for fertilizer N, P and Kin the straw incorporation is proved to be afeasible way to realize soil nutrient management in the southern rice zone contrast to the straw burning.

early rice of double cropping; straw incorporation; straw burning; nutrient absorption

2016–08–01 接受日期：2017–03–13

国家科技支撑计划 (2013BAD07B12)；江西省科技支撑计划重点项目 (2009BNA03800)；国家重点研发计划 (2016YFD0300501)；中国博士后科学基金项目 (2016M600512)；江西农业大学博士启动项目 (9032305504) 资助。

曾研华（1986—），男，江西永修人，讲师，博士，主要从事水稻高产栽培与土壤肥力研究。E-mail：zyh74049501@163.com * 通信作者 E-mail: wjf6711@126.com；xhuapan@163.com