稻草还田与施氮量对水稻氮素吸收及产量影响

马春梅，王永吉，于舒函，王家睿

稻草还田与施氮量对水稻氮素吸收及产量影响

马春梅，王永吉，于舒函，王家睿

（东北农业大学农学院，哈尔滨150030）

以寒地水稻品种为试验材料，设置稻草不还田、0.5倍、1.0倍、1.5倍、2倍还田5个处理，N0（不施入尿素)、N1（150 kg·hm-2）、N2（300 kg·hm-2）3个氮肥施用水平，研究不同时期水稻氮素吸收情况、氮素积累量、氮素分配率以及水稻产量。结果表明，分蘖期稻草还田量增加抑制水稻氮素吸收及积累，抑制作用随施氮量增加而降低；幼穗分化期稻草还田促进水稻地下部分氮素吸收，在不同施氮量条件下，0.5倍还田处理氮素积累量达最高值；收获期水稻地上和地下部分氮素均向籽粒部分转移，稻草还田配施氮肥情况下水稻分蘖及有效分蘖提升，N1施肥水平下1.0倍还田处理产量达最高值，N2施肥水平下0.5倍还田处理达最高值，稻草还田不配施氮肥或配施氮肥情况下稻草还田过量均降低水稻产量。

水稻；稻草还田；施氮量；氮素吸收；产量

水稻种植对我国粮食安全具有重要战略意义[1]。稻草中含有丰富C、N、P、K、Si等水稻生长发育所需元素，还田处理对培肥地力，调节农田环境有积极作用[2-3]。秸秆焚烧污染空气且破坏土壤结构，造成农田质量下降[4-5]。

作物秸秆还田可改良土壤结构、培肥土壤、抗旱增产，实现农业可持续发展。氮肥投入为水稻粮食高产稳产提供保障，合理施肥是农作物生产过程中重要环节，氮肥施用不当造成农田土壤营养不均衡及经济损失，稻草还田后水稻施肥方式随之改变[6]。

稻草还田配合施氮肥可提升水稻产量[7-8]，施氮量增加显著提高水稻抽穗后各器官含氮率和氮积累量[9]。但Kessel等认为稻草还田降低氮肥利用率，对水稻产量影响不显著[10]。刁晓林等研究表明稻草还田对水稻产量增量不显著，同时配合施氮肥磷肥可降低钾肥的需求量[11]。汪军等认为与稻草不还田相比，稻草还田降低单位面积穗数，提高每穗粒数、结实率与千粒重[12]。目前国内外水稻产量相关研究较多，稻草还田配施氮肥情况下水稻植株各生育期及地下部分氮素吸收研究较少且尚无定论。本文研究寒地稻草还田配施氮肥对水稻氮素吸收及产量影响，以期为寒地水稻稻草还田生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于东北农业大学农学院盆栽场完成。地理坐标为东经126°22'~126°50'，北纬45°34'~45° 46'。属于寒温带大陆性气候，年降水量500~550 mm，无霜期约140 d，≥10℃积温2 700℃左右。

1.2 试验设计

采用盆栽方法，设置稻草不还田（STM）、0.5倍还田（0.5STR）、1.0倍还田（1.0STR）、1.5倍还田（1.5STR）、2倍还田（2STR），选择直径约35cm塑料桶，根据面积比确定稻草还入量，0.5倍还田处理稻草还田量为40 g（6.25 t·hm-2），1.0倍还田处理稻草还田量为80 g（12.50 t·hm-2），1.5倍还田处理稻草还田量为120 g（18.75 t·hm-2），2倍还田处理稻草还田量为160 g（25 t·hm-2）。将稻草截成5 cm左右小段，翻埋方式还田。设置3个施N水平，以N0，N1，N2表示，N0处理不施入尿素，N1处理施入尿素1.05 g（150 kg·hm-2），N2处理施入尿素2.1 g（300 kg·hm-2），供试尿素含氮量46%。同时每盆施入磷酸二氢钙（P：22%）1.05 g（150 kg·hm-2）和硫酸钾（K2O：30%）0.7 g（100 kg·hm-2），其中50%尿素和全部磷、钾肥作基肥施入，另50%尿素在分蘖期追施。

为模拟大田生产情况，盆栽使用土壤为常年种植水稻田土，每桶放入约15 kg黑土，每个处理5次重复，土壤中有机质27.12 g·kg-1，全氮0.61 g·kg-1，速效氮48.54 mg·kg-1，全磷0.61 g·kg-1，速效磷48.54 mg·kg-1，全钾20.05 g·kg-1，速效钾160.42 mg·kg-1。2015年5月20日完成盆栽装土工作，5月25日泡田，5月30日插秧，盆栽插秧每穴3株，每盆3穴。取样时期分为3次，分蘖期（6月27日），幼穗分化期（7月23日）和收获期（9月17日）。供试品种为龙粳23号。

1.3 植株取样方法和测定

盆栽试验：在水稻分蘖期、幼穗分化期、收获期分别取样，收获测产。将植株地上部分于近土面处剪断，挖出根部清水洗净，收获期地上部分取回，测量植株株高、分蘖数和籽粒结实率、百粒重。将样品在105℃杀青30 min后，65℃烘干至恒重并称重，粉碎待分析。

植株全氮：以K2SO4和CuSO4为催化剂，浓硫酸消煮后，采用凯氏定氮仪测定样品氮素含量[13]。

1.4 数据分析

采用SPSS 22.0和Excel 2013软件数据分析。

2 结果与分析

2.1 稻草还田与施氮肥对水稻氮素含量影响

通过盆栽试验，在水稻分蘖期、幼穗分化期、收获期3个时期，分别测定水稻地上和地下部分含氮量，分析稻草还田与施氮肥对水稻氮素含量影响，由表1~3可知，不同时期水稻不同部位氮素含量不同。

从表1可见，在不同稻草还田量条件下，水稻植株氮素含量表现为N2>N1>N0。N0条件下，水稻分蘖期植株氮素含量整体随稻草还田量增加而减少，在不施氮条件下稻草还田降低分蘖期植株氮素含量，氮肥施用量增加时则适当缓解。在0.5STR、1STR与2STR条件下，不同施氮量处理间地上部分氮素含量差异显著。N1条件下，地上部分氮素含量表现为1.5STR>STM>0.5STR>1STR>2STR，地下部分含氮量在不同稻草还田量条件下差异不显著。N2条件下，地上部分氮素含量表现为1STR> 1.5STR>STM>0.5STR>2STR，高氮条件下除2STR处理氮素含量较低外，各稻草还田量处理间氮素含量差异均不显著。

表1 分蘖期水稻氮素含量(盆栽试验)Table 1N content of rice in tillering stage(Pot experiment)

从表2可见，水稻幼穗分化期植株地上和地下部分含氮量较分蘖期大幅下降。在不同稻草还田量条件下，水稻植株氮素含量表现为N2>N1>N0，在0.5STR、1.5STR条件下，N0与N1、N2间差异显著，N1与N2间差异不显著。STM含氮量低于STR处理，说明在幼穗分化期稻草腐解释放氮素已发挥作用。在N0条件下植株地上部分氮素含量整体随稻草还田量增加而升高，N1条件下，植株地上部分氮素含量表现为1STR>1.5STR>2STR>0.5STR> STM。N2条件下，0.5STR处理地上部分氮素含量显著升高，其他处理间差异不显著，地下部分氮素含量表现为0.5STR>1.5STR>2STR>1STR>STM。

表2 幼穗分化期水稻氮素含量(盆栽试验)Table 2N content of rice in panicle differentiation period(Pot experiment)

收获期水稻地上、地下部分以及籽粒氮素吸收情况（见表3），收获期植株氮素含量低于分蘖期和幼穗分化期，植株各部分氮素均向籽粒部分转移，籽粒部分含氮量较高。在不同施氮量条件下，收获期植株氮素含量各处理间差异不显著，该时期不施氮肥处理水稻地上部分氮素含量高于施氮处理。

2.2 稻草还田与配施氮肥对水稻氮素积累量影响

分蘖期水稻氮素积累量（见表4）地上部分高于地下部分，在不同稻草还田量条件下，分蘖期水稻氮素积累量随施肥量增加而增加。N0条件下，全株氮素积累量随稻草还田量增加而减少，在STM处理下水稻氮素积累量达最高值。N1条件下，水稻全株氮素积累量表现为0.5STR>STM>1.5STR>1STR>2STR。施肥量继续增加，分蘖期STR处理对氮素积累表现抑制趋势。

分蘖期水稻氮素积累量分配率（见图1）。分蘖期水稻氮素多数分配至地上部分，少数分配至地下部分，施氮肥量并未影响植株地上和地下部分氮素积累量分配率。总体来看低量稻草还田有助于地上部分氮素积累，高量稻草还田有助于地下部分氮素积累。

表3 收获期水稻氮素含量(盆栽试验)Table 3N content of rice in harvesting time(Pot experiment)

表4 分蘖期水稻氮素积累量(盆栽试验)Table 4N accumulation of rice in tillering stage(Pot experiment)

图1 分蘖期水稻氮素积累量分配率(盆栽试验)Fig.1Distribution rate of rice N accumulation in tillering stage(Pot experiment)

幼穗分化期水稻氮素积累量（见表5）。幼穗分化期较分蘖期水稻氮素积累量显著提高，在不同稻草还田量条件下随着施肥量增加，水稻全株氮素积累量显著增加。在N1与N2条件下，0.5STR处理下水稻氮素积累量达到最高值，随着还田稻草量增加，氮素积累量呈减少趋势，说明稻草还田量过度不利于水稻全株氮素积累，水稻氮素积累量降低。

幼穗分化期水稻氮素积累量分配率（见图2），相比分蘖期这一时期水稻氮素依然多数分配至地上部分，但地上部分氮素分配率相比分蘖期平均提高10%左右，地下部分分配率低于地上部分。总体来看，低量稻草还田有助于地上部分氮素积累，稻草还田有助于地下部分氮素积累，与分蘖期规律基本一致，N2条件下，1.5STR处理水稻地下部分氮素积累量分配率最高。

表5 幼穗分化期期水稻氮素积累量(盆栽试验)Table 5N accumulation of rice in panicle differentiation period(Pot experiment)

图2 幼穗分化期水稻氮素积累量分配率(盆栽试验)Fig.2Distribution rate of rice N accumulation in panicle differentiation period(Pot experiment)

收获期水稻氮素积累量（见表6），收获期地上和地下部分氮素相比之前两个时期大幅度降低，水稻植株各部分氮素均向籽粒部分转移。

在不同稻草还田量条件下，全株氮素积累量随着氮肥量增加而提高。在N0条件下STM处理氮素积累量最高，在N1施氮水平下0.5STR处理氮素积累量最高，在N2施氮水平下2STR处理氮素积累量最高。

收获期水稻氮素积累量分配率（见图3），收获期植株部分氮素积累量分配率均降低，向籽粒转移。N0条件下，1.5STR处理籽粒氮素积累量分配率达最高值，N1、N2条件下STM处理氮素积累量分配率达最高值。随着稻草还田量增加，籽粒氮素积累量分配率呈高低高趋势，植株部分氮素积累量分配率呈低高低趋势，说明稻草还田配施氮肥有利于水稻籽粒的氮素累积，但施氮肥量或稻草还田量过高，均导致氮素分配至植株部分，不利于氮素向籽粒转移。

表6 收获期水稻氮素积累量(盆栽试验)Table 6N accumulation of rice in harvesting time(Pot experiment)

图3 收获期水稻氮素积累量分配率(盆栽试验)Fig.3Distribution rate of rice N accumulation in harvesting time(Pot experiment)

2.3 稻草还田与配合施氮肥对水稻产量影响

收获期水稻的测产结果（见表7）。不同稻草还田量条件下，随着施氮量增加水稻株高、分蘖、产量均显著增加。结实率不受氮肥量以及稻草还田量影响。水稻株高随稻草还田量增加而降低，在N0条件下分蘖个数在1.5STR处理最少，有效分蘖个数在STM处理中最多，0.5STR与2STR处理千粒重基本相同，STM、1STR和1.5STR处理千粒重基本相同，0.5STR处理产量达最高，随着稻草还田量增加，水稻产量略有降低。在N1条件下分蘖数受稻草还田量影响不大，2STR处理有效分蘖达到最大值，千粒重随稻草还田量增加呈下降趋势，但在2STR处理提高，产量随着稻草还田量增加呈先升后降趋势，1STR处理产量达最大值。所有稻草还田处理有效分蘖差距不大，在相同稻草还田条件下，N2处理千粒重高于N0与N1处理，在0.5STR处理产量达到最大值，过量稻草还田反而降低水稻产量。

表7 稻草还田配合施氮肥对水稻产量的影响(盆栽试验)Table 7Effect of straw returned with nitrogen on rice yield(Pot experiment)

3 讨论与结论

稻草还田初期影响水稻生长发育[14]，本试验水稻分蘖前期植株氮素含量随稻草还田量增加而减少，与单提波等研究一致，氮肥量增加缓解降低效应[15-16]。陈新红等和严奉君等认为，在水稻整个生育时期中，稻草还田对水稻根系生长具有显著促进作用，在水稻生育后期可补充营养并保水保温，促进水稻后期根系生长[17-18]。本试验通过对比不同时期水稻地下部分氮素积累量，仅幼穗分化期和收获期0.5STR稻草还田配合施氮肥处理下水稻地下部分氮素积累量高于STM处理，其他处理中稻草还田对水稻地下部分氮素吸收以及积累产生抑制作用。研究稻草还田量与氮肥量配比，提升水稻地下部分氮素吸收能力，减少稻草还田对水稻地下部分不利影响，对于水稻生产具有指导意义。

水稻生育中期水稻生殖生长和营养生长同步，水稻生育速度加快[19]。幼穗分化期水稻氮素植株地上和地下部分含量较分蘖期大幅度下降。随着稻草量增加，植株氮素含量逐步降低，稻草还田量增加有助于该时期地下部分氮素含量和积累量提升。水稻源库关系中，在生育后期，水稻大量营养物质从根系向籽粒转移[20]。收获期植株各部分氮素均向籽粒部分转移，籽粒部分含氮量高于其他部分，该时期植株氮素含量各处理差异不显著。

稻草还田条件下，适当减少氮肥施用，可长时间保证水稻产量[21]。稻草还田后期生长平稳，促使水稻有效穗数增加，提高水稻结实率和千粒重[22-23]，水稻产量提升[24-25]。本试验中高量氮肥显著增加水稻株高、分蘖、有效分蘖千粒重与产量。稻草还田量增加小幅度降低水稻株高，对水稻分蘖、有效分蘖、结实率影响不大，同时增加水稻千粒重和产量。在N1施氮水平下1STR处理的产量达最大值，在N2施氮水平下0.5STR处理产量达到最大值，说明合理稻草还田配施氮肥增加水稻产量。

本试验中水稻生长空间受盆栽限制。无法明确反映水稻产量与稻草还田量关系，仅表明稻草还田配施氮肥尚未对水稻产生不利影响。刘禹池等研究发现，连续秸秆覆盖还田后第三年水稻产量才开始显著高于不还田对照处理，当季增产效果不明显[26]，有关多年连续稻草还田配施氮肥对水稻氮素吸收以及产量影响，有待于后续深入研究。

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Effect of rice straw returning and nitrogen application on nitrogen uptake and yield of rice/

MA Chunmei,WANG Yongji,YU Shuhan,WANG Jiarui(School of Agriculture,NortheastAgricultural University,Harbin 150030,China)

The experimental materials were based on the varieties of cold rice,set up no straw returning to field,0.5 times,1.0 times,1.5 times,2 times 5 treatments;N0(no urea),N1(150 kg·hm-2),N2（300 kg·hm-2）3 nitrogen application levels,in order to study rice nitrogen absorption,nitrogen accumulation, nitrogen distribution rate and rice yield in different periods.The results showed that the increasing amount of rice straw in tillering stage inhibited the nitrogen absorption and accumulation of rice,and the inhibition effect decreased as the amount of nitrogen increased.The rice straw returning also promoted the absorption of nitrogen in underground part of rice,under the condition of different nitrogen application rates,the amount of nitrogen accumulation was highest in 0.5 times;at the harvest stage,the aboveground and underground nitrogen contents were partially transferred to the grain.The tillers and effective tillers of rice were promoted in the case of straw returning with nitrogen fertilizer,under the N1fertilization level,the yield reached the highest value after 1 times returning to field,under the N2fertilization level,the yield reached the highest value after 0.5 times returning to field,excessive straw returning would reduce the rice yield with or without nitrogen fertilizer.

rice;straw returning;nitrogen application;nitrogen uptake;yield

S511

A

1005-9369（2017）06-0009-08

时间2017-6-26 16:08:45[URL]http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20170626.1608.010.html

马春梅,王永吉,于舒函,等.稻草还田与施氮量对水稻氮素吸收及产量影响[J].东北农业大学学报,2017,48(6):9-16.

Ma Chunmei,Wang Yongji,Yu Shuhan,et al.Effect of rice straw returning and nitrogen application on nitrogen uptake and yield of rice[J].Journal of Northeast Agricultural University,2017,48(6):9-16.(in Chinese with English abstract)

2017-03-09

国家科技支撑计划（2015BAD23B05）；黑龙江省科技重大投标项目（GA16B401）

马春梅（1974-），教授，博士，博士生导师，研究方向为保护性耕作和大豆生理。E-mail:chunmm1974@163.com