秸秆还田下减氮增密对双季稻田土壤氮素库容及氮素利用率的影响*

肖小平, 李 超, 唐海明, 汤文光, 程凯凯, 郭立君, 汪 柯, 潘孝晨



秸秆还田下减氮增密对双季稻田土壤氮素库容及氮素利用率的影响*

肖小平, 李 超, 唐海明, 汤文光, 程凯凯, 郭立君, 汪 柯, 潘孝晨

(湖南省土壤肥料研究所 长沙 410125)

为推动传统稻作技术向资源节约型与环境友好型方向转型, 本研究在稻草还田基础上设置不施氮常密(T1)、常氮常密(T2)、常氮增密(T3)、减氮常密(T4)、减氮增密(T5)5种双季稻栽培模式, 研究稻草还田下减氮增密对双季稻田土壤氮素库容及氮素利用率的影响。结果表明: 稻草还田下, 减氮增密(基肥减施总氮量的20%, 增加密度27.3%)的0~10 cm、10~20 cm的土壤全氮含量及库容量与常氮常密无显著差异, 但碱解氮含量分别显著降低15.6%、8.8%, 碱解氮总库容量显著降低10.7%。与常氮常密相比，减氮增密可显著降低双季稻田的土壤氮素表观盈亏量, 氮素损失量及损失率分别显著降低51.7%及15.5个百分点; 早、晚稻的氮素农学利用率分别显著增加33.6%、23.0%, 吸收利用率分别显著增加5.9个百分点、6.3个百分点, 生理利用率分别显著增加16.3%、3.7%。表明稻草还田下短期内的减氮增密不会显著降低土壤的全氮库容, 但会显著降低土壤的碱解氮库容, 可显著降低氮素损失, 提高氮素利用率。

稻草还田; 双季稻; 减施氮肥; 增加密度; 氮素库容; 氮素利用率

我国的稻草总量达1.77×108t[1], 直接焚烧等不合理处理方式既浪费大量养分资源, 又破坏生态环境[2], 在国家稻草禁烧政策的驱动下, 传统的稻草焚烧常规高产稻作技术亟待创新, 稻草全量还田成为促进水稻生产向资源节约型与环境友好型方向转型的主要途径之一[3]。目前我国用世界20%的水稻种植面积, 生产了世界35%左右的稻谷, 但消耗了世界37%的水稻氮肥用量[4]。我国稻田单季氮施用量平均为180 kg∙hm-2, 部分稻田的氮肥施用量为270~300 kg∙hm-2, 最高的己达350 kg∙hm-2[5-6]。但平均氮素吸收利用率仅为28.3%, 有14%~52%的氮肥以氨挥发、淋洗、径流以及反硝化等损失途径进入水体及大气[7], 给资源环境带来了巨大压力。因此, 研究稻草还田下如何提高水稻氮素利用率及减少环境污染已迫在眉睫。

氮污染的控制应遵循“源头控制”, 如果仅“末端治理”会付出更大的环境和经济代价[8]。减氮是氮污染“源头控制”的主要方式之一, 但可能会减少土壤中的氮素库容量[9], 而通过秸秆还田, 土壤可矿化氮含量较稻草不还田增加35.4%~53.9%[10], 可有效培肥土壤。目前, 稻草已基本实现全量还田, 但农户的习惯施氮量并未发生改变。前人研究表明稻草腐烂后的氮可直接被水稻吸收利用, 具有与化学氮肥同等的效果, 稻草还田条件下氮肥用量调减10%以上, 也可实现水稻丰产[11-12]。减氮条件下, 常规密度会导致一定减产[13], Huang等[14]研究认为, 早稻机插行穴距30 cm×20 cm的产量比30 cm×15 cm低17%; 朱聪聪等[15]也认为, 低密度下常规粳稻钵苗机插的产量低于中高密度, 表明适宜增加密度可有效提高机插水稻的产量, 从而有效弥补减氮所造成的减产风险。但稻草还田下, 减氮增密的土壤氮素库容量及氮素利用还有待进一步研究。因此本研究以增密为措施, 开展秸秆还田下“减氮增密”对双季稻田土壤氮素库容及氮肥利用率的影响, 充分发挥稻草的土壤培肥功能, 以期为双季稻区资源节约型及环境友好型机插栽培技术的发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

田间试验于2017年在湖南省宁乡市回龙铺镇天鹅村核心试验基地进行, 属于亚热带大陆性季风湿润气候, 年平均气温16.8 ℃, 日平均光照1 738 h, 年平均降雨量1 358 mm。种植模式为冬闲-双季稻, 土壤肥力均匀, 基础土壤0~10 cm的pH、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质和容重分别为6.4、2.48 g×kg-1、214.1 mg×kg-1、22.1 mg×kg-1、81.4 mg×kg-1、43.4 g×kg-1和0.855 g×cm-3, 10~20 cm分别为6.8、2.18 g×kg-1、182.8 mg×kg-1、21.3 mg×kg-1、60.7 mg×kg-1、37.9 g×kg-1和1.136 g×cm-3。

1.2 试验设计

供试材料早稻为常规稻‘湘早籼24号’, 晚稻为杂交稻‘金优59’。试验设置5个处理: 不施氮常密(T1)、常氮常密(T2)、常氮增密(T3)、减氮常密(T4)和减氮增密(T5)。所有处理秸秆全部还田, 采用双季旋耕机插。早/晚稻常氮、减氮分别为农民习惯氮肥用量(纯氮135 kg∙hm-2/165 kg∙hm-2)、基肥减施总氮量的20%(纯氮108 kg∙hm-2/132 kg∙hm-2), 早、晚稻机插常密、增密分别表示常规密度(25 cm×14 cm)、增加密度(25 cm×11 cm)。为保障机插效果, 采用大区试验, 每个大区面积525 m2, 共5个大区。取样时将每个大区平均划分为3小块, 取3个重复。每个大区之间采用完全阻渗处理, 即在各小区之间起20 cm×15 cm的垅, 用塑料薄膜(0.06 mm)覆盖并扎入土表以下30~40 cm, 以防止养分渗漏。

早、晚稻分别于3月28日和7月5日播种, 分别于4月18日和7月24日采用井关PZ80-25型插秧机机插。早、晚稻育秧采用软盘(58 cm×28 cm×2.5 cm)营养泥育秧, 其中早稻起拱覆膜, 早、晚稻播种量分别为140 g∙盘-1、120 g∙盘-1。早、晚稻磷(P2O5)肥用量分别为54 kg∙hm-2、45 kg∙hm-2, 做基肥一次性施加; 钾(K2O)肥用量分别为67.5 kg∙hm-2、90 kg∙hm-2, 按基∶穗=1∶1施加; 氮肥按基∶追∶穗=6∶3∶1施加。早稻基肥、追肥、穗肥分别于4月11日、4月19日和5月25日进行, 晚稻分别于7月22日、7月29日和8月23日进行。灌溉、病虫害防治及除草等田间管理按常规管理方式进行。灌溉采用前期浅水发苗, 中后期间歇灌溉。早、晚稻分别于7月18日、10月21日收获。

1.3 取样方法和测定项目

土壤: 晚稻成熟期, 将每个大区平均划分为3个小区, 每个小区采用五点取样法分0~10 cm、10~20 cm取土壤样品, 室内风干后待测。

植株: 早、晚稻成熟期, 将每个大区平均划分为3个小区, 每个小区采用五点取样法按平均有效穗法取稻株5穴, 室内根、茎、叶、穗分开, 105 ℃杀青30 min, 75 ℃烘干至恒重, 万能粉碎机制样待测。

土壤全氮及碱解氮分别采用凯氏法和碱解扩散法测定。植株氮含量采用凯氏法测定。植株氮素积累量(kg∙hm-2)为某生育期单位面积植株氮的积累量。其他指标计算方法如下:

土壤氮素表观盈亏量(kg∙hm-2)=氮素投入总量-作物携出土壤的氮素总量 (1)

氮素农学利用率(kg∙kg-1)=(施氮区产量-空白区产量)/施氮量 (2)

氮素生理利用率(kg∙kg-1)=(施氮区产量-空白区产量)/(施氮区植株总吸氮量-空白区植株总吸氮量)(3)

氮素吸收利用率(%)=(施氮区植株总吸氮量-空白区植株总吸氮量)/施氮量×100 (4)

氮素库容(kg∙hm-2)=(×××666.7×15) (5)

式中:表示土壤容重(g∙cm-3),表示土壤氮含量(g∙kg-1),为土壤深度(cm)。

产量: 在成熟期, 每小区采用久保田收割机(PRO688Q)测产, 风干后称取干重, 然后以14%的含水量计算稻谷产量。同时, 每小区按五点取样及平均数法取样5穴, 考察水稻产量构成因子(有效穗数、每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、千粒重), 计算理论产量。

1.4 数据处理

运用DPS 14.50、Microsoft Excel 2007实用数据分析软件对试验数据进行分析处理和作图。

2 结果与分析

2.1 减氮增密对双季稻田土壤氮素含量的影响

表1表明, 土壤全氮含量随施氮量的减少呈降低趋势, 施氮处理(T2-T5)0~10 cm、10~20 cm的土壤全氮含量无显著(<0.05)差异, 但显著大于不施氮处理(T1), 密度对土壤全氮含量的影响无显著差异; 减氮处理(T4-T5) 0~10 cm、10~20 cm的平均全氮含量较常氮处理(T2-T3)仅分别降低1.8%、0.7%, 减氮增密(T5) 0~10 cm、10~20 cm的土壤全氮含量较常氮常密(T2)仅分别降低2.0%、0.5%。土壤碱解氮含量随施氮量的减少及密度的增加呈降低趋势, 施氮处理(T2-T5)的0~10 cm、10~20 cm的平均碱解氮含量显著大于不施氮处理(T1), 减氮处理(T4-T5)的0~10 cm、10~20 cm的平均碱解氮含量较常氮处理分别降低7.4%、6.3%, T5的0~10 cm、10~20 cm的土壤碱解氮含量较T2分别降低15.6%、8.8%。表明稻草还田条件下, 短期内的减氮增密不会显著降低土壤全氮含量, 但会显著降低土壤的碱解氮含量。

表1 减氮增密对双季稻田不同深度土壤氮素含量的影响

T1为不施氮常密, T2为常氮常密, T3为常氮增密, T4为减氮常密, T5为减氮增密; 不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著。T1: zero-N and conventional density; T2: conventional N dose and density; T3: conventional N dose and increased density; T4: reduced N dose and conventional density; T5: reduced N dose and increased density.Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level.

2.2 减氮增密对双季稻田土壤容重的影响

稻草还田下, 各处理间0~10 cm、10~20 cm的土壤容重均无显著差异(图1)。表明减氮增密对双季稻田的土壤容重无显著影响。

图1 减氮增密对双季稻田不同深度土壤容重的影响

T1为不施氮常密, T2为常氮常密, T3为常氮增密, T4为减氮常密, T5为减氮增密; 不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著。T1: zero-N and conventional density; T2: conventional N dose and density; T3: conventional N dose and increased density; T4: reduced N dose and conventional density; T5: reduced N dose and increased density.Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level.

2.3 减氮增密对双季稻田土壤氮素库容量的影响

表2表明: 土壤全氮库容量随施氮量的减少呈降低趋势。施氮各处理(T2-T5)间0~10 cm、10~20 cm的土壤全氮含量无显著(<0.05)差异, 但显著大于T1; 减氮处理(T4-T5)0~10 cm的平均全氮库容量较常氮处理(T2-T3)仅降低0.9%, 10~20 cm增加0.6%, T5的0~10 cm的土壤全氮库容量较T2仅降低0.8%、10~20 cm增加0.8%; 施氮处理的土壤全氮总库容量无显著差异, 减氮处理的土壤全氮总库容量较常氮处理仅降低0.1%。土壤碱解氮库容量随施氮量的减少及密度的增加呈降低趋势。施氮(T2-T5)处理0~10 cm、10~20 cm的土壤碱解氮库容量显著大于T1, 减氮处理(T4-T5)0~10 cm、10~20 cm的平均全氮库容量较常氮处理(T2-T3)分别降低6.5%、5.1%, T5的0~10 cm、10~20 cm的土壤碱解氮库容量较T2分别降低14.5%、7.2%; 施氮处理间的土壤全氮总库容量无显著差异, 减氮处理的土壤碱解氮总库容量较常氮处理降低5.4%, T5较T2显著降低10.7%。表明稻草还田下, 短期内的减氮增密不会显著降低土壤全氮库容量, 但会显著降低土壤的碱解氮库容量。

表2 减氮增密对双季稻田不同深度土壤氮素库容量的影响

T1为不施氮常密, T2为常氮常密, T3为常氮增密, T4为减氮常密, T5为减氮增密; 不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著。T1: zero-N and conventional density; T2: conventional N dose and density; T3: conventional N dose and increased density; T4: reduced N dose and conventional density; T5: reduced N dose and increased density.Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level.

2.4 减氮增密对双季稻氮积累的影响

由表3可知: 早稻各处理的茎、叶、穗氮积累量及氮总积累量总体上表现出随施氮量的减少而降低, 随密度的增加而增加的趋势。减氮处理的茎、叶、穗氮积累量及氮总积累量较常氮处理分别降低7.0%、19.9%、4.1%、7.2%, T5的茎、叶、穗氮积累量及氮总积累量较T2分别降低0.5%、21.5%、-0.9%、3.1%; 晚稻各处理的茎、叶、穗氮积累量及氮总积累量总体上表现出伴随施氮量的减少而降低, 伴随密度的增加而增加的趋势。减氮处理的茎、叶、穗氮积累量及氮总积累量较常氮处理分别降低8.4%、18.6%、4.7%、7.6%, T5的茎、叶、穗氮积累量及氮总积累量较T2分别降低1.2%、21.7%、-2.5%、2.2%。表明稻草还田下, 与常氮相比, 减氮会降低机插双季稻植株的氮积累量, 但增密可有效增加氮积累量, 减氮增密的氮积累量虽低于常氮常密, 但未达显著水平。

2.5 减氮增密对双季稻田土壤氮素表观盈亏量的影响

晚稻的土壤氮素表观盈亏量大于早稻, 早、晚稻的土壤氮素表观盈亏量随施氮量的减少而显著降低, 随密度的增加而降低, 以减氮增密最低(图2)。表明稻草还田下, 通过减氮增密可显著降低机插双季稻的土壤氮素表观盈亏量, 减少氮素损失, 提高氮素利用率。

表3 减氮增密对双季稻氮积累的影响

T1为不施氮常密, T2为常氮常密, T3为常氮增密, T4为减氮常密, T5为减氮增密; 不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著。T1: zero-N and conventional density; T2: conventional N dose and density; T3: conventional N dose and increased density; T4: reduced N dose and conventional density; T5: reduced N dose and increased density.Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level.

图2 减氮增密对双季稻田土壤氮素表观盈亏量的影响

T1为不施氮常密, T2为常氮常密, T3为常氮增密, T4为减氮常密, T5为减氮增密; 不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著。T1: zero-N and conventional density; T2: conventional N dose and density; T3: conventional N dose and increased density; T4: reduced N dose and conventional density; T5: reduced N dose and increased density.Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level.

2.6 减氮增密对双季稻田土壤氮素损失的影响

表4表明土壤氮素损失量随施氮量的增加而增加, 随密度的增加而降低。减氮处理的平均氮素损失量较常氮处理降低38.7%, T5较T2显著降低51.7%。从氮素损失率来看, 土壤氮素损失率随施氮量的增加而增加, 随密度的增加而降低, 减氮处理的平均氮素损失率较常氮处理降低了8.9个百分点, T5较T2显著降低了15.5个百分点。表明稻草还田下, 通过减氮增密可显著降低机插双季稻的土壤氮素损失量及氮素损失率。

2.7 减氮增密对双季稻氮肥利用率的影响

由表5可知: 早、晚稻的氮素农学利用率均以T5最高, 较T2分别显著(<0.05)增加33.6%、23.0%, 晚稻的氮素农学利用率伴随施氮量的减少及密度的增加呈增加趋势, 减氮处理的平均氮素农学利用率较常氮处理增加12.1%。早、晚稻的氮素吸收利用率均伴随施氮量的减少及密度的增加呈增加趋势, 早、晚稻减氮处理的平均氮素吸收利用率较常氮处理分别增加0.9个百分点、1.4个百分点, 早、晚稻T5较T2分别增加5.9个百分点、6.3个百分点; 早、晚稻的氮素生理利用率均以T5最高, 较T2分别增加16.3%、3.7%。表明稻草还田下通过减氮增密可有效增加机插双季稻的氮肥利用率。

表4 减氮增密对双季稻田土壤氮素损失的影响

T1为不施氮常密, T2为常氮常密, T3为常氮增密, T4为减氮常密, T5为减氮增密; 不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著。T1: zero-N and conventional density; T2: conventional N dose and density; T3: conventional N dose and increased density; T4: reduced N dose and conventional density; T5: reduced N dose and increased density.Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level.

表5 减氮增密对双季稻氮肥利用率的影响

T1为不施氮常密, T2为常氮常密, T3为常氮增密, T4为减氮常密, T5为减氮增密; 不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著。T1: zero-N and conventional density; T2: conventional N dose and density; T3: conventional N dose and increased density; T4: reduced N dose and conventional density; T5: reduced N dose and increased density.Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level.

3 结论与讨论

3.1 稻草还田下减氮增密对双季稻田氮素库容量的影响

氮素库容量是反映稻田肥力及生产力的重要指标, 水稻所吸收的氮素约2/3来源于土壤氮[14-16]。土壤氮素主要包括无机氮和有机氮, 绝大部分以有机氮形式存在, 无机氮仅占土壤全氮的1%~2%[15-17]。水稻成熟期大约有40%的氮保留在稻草中, 是土壤氮素库容的重要有机氮来源[16-18]。大量研究表明: 稻草还田可大幅提升土壤的全氮含量, 增加土壤腐殖质含量, 改善腐殖质品质及土壤通气孔隙[17-19]。在土壤无机氮源匮乏的情况下, Ｃ/Ｎ较高的秸秆能够激发土壤氮素矿化, 进而增加土壤氮素库容量[17-20]。化肥氮施入稻田后主要有3个去向[16-18]: 第一是直接被水稻吸收利用, 占氮肥施用量的23%~49%[21-24]; 第二是残留在土壤中, 占氮肥施用量的15%~30%[23-25]; 第三是通过各种机制和途径流失。这三者之间此消彼长。其中增加土壤中的残留氮是提高土壤氮素库容量的重要途径, 同时, 增加水稻对氮的直接吸收是水稻高产的重要保障。因此, 如何减少氮素损失比例对于提高土壤氮素库容量具有重要意义。实际生产中由于农民盲目认为“高氮即高产”, 造成了严重的氮肥浪费[7], 给生态环境带来极大危害。

减氮20%不仅能有效减少稻田氮素径流和渗漏损失, 还能有效保障水稻产量[26-27]。氨挥发是氮肥最主要的气态损失途径, 占施氮量9%~42%[28-29], 施氮量减少22%~44%可降低氨挥发损失20.2%~ 35.3%[30]。增密既可有效弥补减氮所造成的减产风险, 又可显著降低氮素损失, 增加土壤残留氮, 增强土壤氮素供应能力[31-32]。本研究表明: 在稻草全量还田条件下, 通过减氮增密(基肥减施总氮量的20%, 增密27.3%), 氮素损失量可减少51.7%, 损失率减少15.5个百分点, 与对照常氮常密相比, 土壤全氮含量及全氮库容量无显著差异, 但土壤碱解氮含量及碱解氮库容量均显著低于对照, 这与顾敏京[18]的研究结果基本一致。而长期减氮条件下, 土壤碱解氮含量的降低是否会影响土壤的可持续利用还有待进一步开展相关研究。

3.2 稻草还田下减氮增密对双季稻田氮素利用率的影响

Dobermann[32]认为粮食作物的氮肥效率目标值在下述范围内比较适宜, 即氮肥偏生产力为40~70 kg∙kg-1, 氮肥农学效率为l0~30 kg∙kg-1, 氮肥吸收利用率为30%~50%, 氮肥生理利用率为30~60 kg∙kg-1。张福锁等[33]研究表明, 我国水稻在本试验条件下的平均氮素吸收利用率仅为28.3%, 而农户条件下的氮肥利用率较试验条件还要低10百分点左右[34], 这远低于其他一些国家所得到的40%~60%的氮肥利用率[35]。农民传统的“高氮低密”等栽培方式导致的盲目过量施氮是致使水稻氮素利用率低下的主要因素。大量研究表明: 施氮量、密度及其互作均可显著影响氮素利用率, 氮素吸收利用率伴随施氮量的增加而降低, 伴随密度的增加而增加[16,31]。Cui等[36]通过2005—2015年开展的3 300个水稻田间试验, 得出在减氮14.7%~18.1%条件下, 水稻产量可增加10.8%~11.5%, 显著提高氮素利用率; 周江明等[31]研究表明, 低氮处理的氮素利用率比高氮处理可增加2.1%~5.6%; 陈佳娜等[37]也得出低氮条件下的群体氮素利用率、氮吸收率、氮肥偏生产力、氮素转运率、氮素籽粒生产率以及氮收获指数均高于高氮处理。增密条件下, 可增产2.3%~14.2%[31], 增加氮素利用率10.1%~45.7%[16]。减氮增密条件下, 可显著增加水稻单位面积的有效穗和氮积累量, 进而增加水稻产量和氮肥利用率[3,37]。本研究中, 减氮增密处理的早、晚稻的氮素农学利用率较对照分别增加33.6%、23.0%, 氮素吸收利用率较对照分别增加5.9个百分点、6.3个百分点, 氮素生理利用率较对照分别增加16.3%、3.7%, 与周江明等[13,31]的研究结果基本一致, 但还远低于其他国家所得到的20~25 kg∙kg-1的氮肥农学效率和40%~60%的氮肥利用率[35]。需结合氮肥运筹、氮肥管理、水分管理、秸秆腐解剂及品种搭配等, 从植物营养学、土壤学、农学等多学科联合攻关人手, 充分利用来自土壤和环境的养分资源, 实现根层养分供应与高产作物需求在数量上匹配、时间上同步、空间上一致, 从而提高作物产量和养分利用效率, 减少氮素损失, 协调作物高产与环境保护[32]。

3.3 结论

稻草还田下, 减氮增密(基肥减施总氮量的20%, 增密27.3%)的0~10 cm、10~20 cm土壤全氮含量及库容量与常氮常密无显著差异, 但碱解氮含量分别降低15.6%、8.8%, 碱解氮总库容量降低10.7%。表明稻草还田下短期内的减氮增密不会显著降低土壤的全氮库容量, 但会显著降低土壤的碱解氮库容量。

稻草还田下, 与常氮常密相比, 减氮增密的氮积累量虽低于常氮常密, 但未达显著差异。减氮增密可显著降低机插双季稻的土壤氮素表观盈亏量, 氮素损失量及损失率分别显著降低51.7%及15.5个百分点。早、晚稻的氮素农学利用率分别增加33.6%、23.0%, 吸收利用率分别增加5.9个百分点、6.3个百分点, 生理利用率分别增加16.3%、3.7%。表明稻草还田下减氮增密可显著降低氮素损失, 提高氮素利用率。

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Soil nitrogen storage and recovery efficiency in double paddy fields under reduced nitrogen dose and increased crop density*

XIAO Xiaoping, LI Chao, TANG Haiming, TANG Wenguang, CHENG Kaikai, GUO Lijun, WANG Ke, PAN Xiaochen

(Institute of Soil Fertility Research in Hunan Province, Changsha 410125, China)

Rice production technology is transforming to natural resources-saving and environment-friendly techniques, such as straw incorporation, reduced nitrogen (N) application. Simultaneously, machine transplanted rice with high plant density has been rapidly developed with continuous reduction in rural labor and rising labor costs. Therefore, it is important to investigate N sink and use efficiency under straw incorporation, reduced N application and increased plant density for natural resources-saving and environment-friendly rice production. Five cultivation modes of machine-transplanted double-cropping rice were set up under straw incorporation in this study. The cultivation modes included zero-N and conventional density (T1), conventional N dose and density (T2), conventional N dose and increased density (T3), reduced N dose and conventional density (T4) and reduced N dose and increased density (T5). Soil N storage capacity and recovery efficiency in double cropping rice fields were analyzed under five treatments. The results showed that compared with T2 treatment, the amount of basic fertilizers of T5 treatment dropped by 20% in total N and density increased by 27.3% for both early and late rice. Total N content and storage capacity of the 0-10 cm and 10-20 cm layers of T5 were not significantly different from those of T2, but available N content of T5 decreased by 15.6% in the 0-10 cm soil layer and by 8.8% in the 10-20 cm soil layer, compared with T2. Total storage of available N was decreased by 10.7% in the 0-20 cm soil layer. Compared with T2 treatment, T5 treatment significantly reduced surplus soil N, with loss amount and loss rate of N fertilizer significantly dropping respectively by 51.7% and 15.5%. Agronomic efficiency of N in early and late rice under T5 treatment increased respectively by 33.6% and 23.0%, compared with T2 treatment. Uptake efficiency of N increased respectively by 5.9% and 6.3% and physiological efficiency of N increased by 16.3% and 3.7%, compared with T2 treatment. The results indicated that total N storage capacity of soils with reduced N and increased density under rice straw return did not significantly reduce, but alkali N storage capacity reduced significantly in the short-term. However, it had the potential to significantly reduce N loss and increase N utilization in double cropping paddy fields.

Rice straw return; Double cropping rice; Reduced nitrogen; Increased density; Nitrogen storage capacity; Nitrogen recovery efficiency

, XIAO Xiaoping, E-mail: hntfsxxping@163.com

S311

A

2096-6237(2019)03-0422-09

Sep. 11, 2018;

Oct. 23, 2018

10.13930/j.cnki.cjea.180829

肖小平, 李超, 唐海明, 汤文光, 程凯凯, 郭立君, 汪柯, 潘孝晨. 秸秆还田下减氮增密对双季稻田土壤氮素库容及氮素利用率的影响[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2019, 27(3): 422-430

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肖小平, 主要从事稻田培肥及农作制研究。E-mail: hntfsxxping@163.com

2018-09-11

2018-10-23

* This study was supported by the National Key Research and Development Program of China in the “13th five-year” (2016YFD0300906, 2018YFD0301004).

* “十三五”国家重点研发计划项目(2016YFD0300906, 2018YFD0301004)资助