秸秆还田与施氮量对杂交籼稻氮素利用效率及产量的影响

苏卫冯跃华,2*许桂玲管正策欧达张佳凤王玲莉陈勇

（1贵州大学农学院，贵阳550025；2贵州大学/山地植物资源保护与种植创新教育部重点实验室，贵阳550025；第一作者：1398806682＠163.com；*通讯作者：fengyuehua2006＠126.com）

长期以来，氮肥的施用一直是保证我国农作物高产稳产的重要措施，但过量氮肥投入会使农作物病虫害加重[1]、土壤肥力退化和氮肥生产效率降低，在一定程度上影响我国农业的可持续发展。我国是一个农业大国，农作物秸秆资源丰富，但大部分秸秆存在不合理利用的现象[2]，造成农田系统及周围环境污染[3]，严重时还影响人们正常的生产生活。人们就秸秆还田对土壤理化性质、土壤肥力、农田生态环境、作物生长及其产量等方面展开了一系列的研究[4-7]。许多研究表明，秸秆还田配施氮肥对作物产量有一定的促进作用[8]，可以减少化肥的施用和提高利用效率[9-12]，并提高了土壤养分持续供应潜力[13-15]，但涉及在贵州喀斯特地区秸秆还田与施氮量对水稻氮素利用效率及产量的影响相关研究较少。因此，笔者研究了秸秆还田和施氮量对喀斯特地区水稻氮素利用效率及产量的影响，以期通过秸秆还田与施氮量的最优组合，为该地区水稻高产、高效栽培及农田的可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点和材料

本试验于2018年在贵州省三穗县长吉镇大长吉村（108°45′12.1″E、26°56′33.2″N）进行。该地属于北亚热带温和湿润季风气候，具有冬无严寒、夏无酷暑、雨热同季的特点，年平均气温14.9℃，最高气温38.4℃，最低气温-7.6℃，全年无霜期290～300 d，年平均降水量1 147 mm。试验田土壤主要理化性状：有机质19.06 g/kg，速效钾 63.73 mg/kg，碱解氮 131.91 mg/kg，有效磷45.99 mg/kg，全氮 2.05 g/kg，全磷 0.85 g/kg，全钾 21.87 g/kg。参试水稻品种为杂交籼稻内5优5399。供试肥料为尿素、过磷酸钙和氯化钾。

1.2 试验设计

本试验为“油菜-水稻”两熟制下水稻季试验。试验设秸秆还田，施氮量2个因素，采用裂区设计，主区为秸秆是否还田，副区为施氮量。设2种还田方式：H1，前茬油菜秸秆离田；H2，前茬油菜秸秆全量还田。设4种施氮量水平：N1，不施氮肥；N2，75 kg/hm2；N3，150 kg/hm2；N4，225 kg/hm2。每个处理 3 次重复，小区面积22 m2。氮肥采用分次施肥法，基肥、分蘖肥、穗肥、粒肥施氮量占比分别为35%、20%、30%、15%；磷肥（P2O5）用量96 kg/hm2，作基肥一次性施入；钾肥（K2O）用量135 kg/hm2，基施50%，幼穗分化期施50%。小区四周做高30 cm、宽20 cm的田埂并包膜，包膜压深至地下30 cm，防止水肥渗透。重复间留70 cm宽的走道以便田间操作和调查。4月8日育秧，5月27日移栽，行株距为30 cm×20 cm，田间管理同当地一般大田，9月20收获。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 干物质积累量

在水稻拔节期、抽穗期及成熟期的各个小区分别选择具有代表性的植株4株，拔节期分茎、叶，抽穗期和成熟期分茎、叶、穗，置于105℃下的烘箱中，杀青0.5 h，再将烘箱温度调至80℃烘干至恒质量，测定此时干物质量。

1.3.2 氮积累量

分别将水稻各个时期烘干的叶、茎、穗等进行处理后，测定其中氮素的含量。氮含量测定采用H2SO4-H2O2消化—扩散法，计算植株各器官的吸氮量，并计算氮素利用效率，各项氮素利用效率指标的计算公式如下：

各器官氮素积累量（kg/hm2）=各器官干物质积累量×各器官氮素含量；

氮素籽粒生产效率（kg/kg）=稻谷产量/氮素积累总量；

氮收获指数（%）=成熟期稻谷氮积累量/成熟期植株氮积累总量×100；

氮肥农学利用率（kg/kg）=（施氮区稻谷产量-不施氮肥区稻谷产量）/施氮量；

氮肥吸收利用率（%）=[（施氮区植株吸氮量-不施氮区植株吸氮量）/施氮量]×100；

百千克籽粒需氮量[kg/（100 kg）]=总氮素积累量/稻谷产量×100；

氮肥生理利用率（kg/kg）=（施氮区水稻产量-不施氮区水稻产量）/（施氮区植株氮素积累量-不施氮区植株氮素积累量）；

氮肥偏生产力（kg/kg）=各施氮区水稻产量/各区施氮量；

氮素干物质生产效率（kg/kg）=单位面积水稻干物质积累量/单位面积水稻氮素积累量。

1.3.3 产量和产量构成

成熟期每小区割取具有代表性区域99丛作为测产区，取样脱粒，晒干风选后称其风干质量；然后取30 g，采用烘干法测定实际含水量，按 13.5%水分折算水稻实际产量。根据田间调查的平均茎蘖数，每小区取代表性植株6丛作为考种样，考察水稻产量构成因子等指标。

1.3.4 数据处理

采用Excel 2010进行数据的录入和计算，运用SAS9.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 对水稻主要生育时期各器官氮素积累的影响

由表1可知，秸秆处理对水稻主要生育时期各器官氮素积累有显著或极显著影响；施氮量对水稻主要生育时期各器官氮素积累有极显著影响；秸秆处理和施氮量的交互作用对水稻主要生育时期有显著或极显著影响。秸秆离田处理的各器官的氮素积累在拔节期（前期）和抽穗期（中期）均显著高于秸秆还田处理；在成熟期（后期）秸秆离田处理的茎的氮素积累显著高于秸秆还田处理，叶的氮素积累与之相反，对穗的氮素积累影响较小。说明秸秆还田在前中期有抑制水稻生长的作用，而后期能促进水稻生长。

随着施氮量的增加，水稻主要生育时期各器官的氮素积累均有增加的趋势，生育中期茎的氮素积累有先增加后降低的趋势，除中期穗的氮素积累在N3、N4处理和后期叶的氮素积累在N1、N2处理间的差异不显著外，其它时期各器官的氮素积累处理间差异显著，说明施氮量对水稻的生长影响较大。随水稻的生长，茎、叶的氮素积累有先增加后降低的趋势；穗的氮素积累有增加的趋势。说明前中期主要进行营养生长，后期主要进行生殖生长，这与作物生长规律相同。

2.2 对水稻氮素吸收利用的影响

由表2可知，秸秆处理对水稻氮肥吸收利用率、氮素农学利用率、氮肥生理利用率和氮素籽粒生产效率等指标有显著或极显著的影响，对其他指标影响较小；施氮量对水稻氮素利用的各个指标都有极显著影响；秸秆处理与施氮量的交互作用对氮素利用的各个指标有显著或极显著影响。秸秆离田处理的氮肥吸收利用率显著高于秸秆还田处理；秸秆还田处理的氮素农学利用率、肥生理利用率和氮素籽粒生产效率显著高于秸秆离田处理；秸秆处理对氮肥偏生产力、氮收获指数、百千克籽粒需氮量和氮素干物质生产效率的影响较小。

随施氮量的增加，氮肥偏生产力、氮肥生理利用率、氮素籽粒生产效率、氮收获指数和氮素干物质生产效率有降低的趋势，除氮素干物质生产效率在N1、N2差异不显著外，其它指标各处理间差异显著，氮肥偏生产力和氮肥生理利用率N2显著高于其他处理；氮素农学利用率和氮收获指数有先增加后降低的趋势，氮素农学利用率N2、N3显著高于N4，氮收获指数N2显著高于其他处理，N3、N4处理间差异不显著；氮肥吸收利用率和百千克籽粒需氮量有增加的趋势，氮肥吸收利用率N3、N4处理显著高于N2处理，百千克籽粒需氮量各处理间差异显著，并表现为N4＞N3＞N1＞N2。

表1秸秆还田与施氮量对水稻主要生育时期各器官氮素积累的影响

表2秸秆还田与施氮量对水稻氮素吸收利用的影响

2.3 对水稻产量及构成因子的影响

由表3可知，施氮量对产量及其构成因子均有显著或极显著的影响，秸秆处理主要影响每穗总粒数和结实率，施氮量与秸秆处理的交互作用对每穗总粒数、结实率和产量均有极显著影响。随着施氮量的增加，水稻产量呈先增加后降低的趋势，N3处理显著高于其他处理。每穗总粒数、有效穗数随着施氮量的增加均呈增加的趋势，每穗总粒数各处理间差异显著，其中N4处理显著高于其他处理，有效穗数N4、N3处理间差异不显著；结实率随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，N2显著高于其他处理，但N1、N3和N4处理间差异不显著；千粒重随施氮量的增加呈下降的趋势，N4显著低于其他处理。

表3秸秆还田与施氮量对水稻产量及构成因素的影响

秸秆处理对有效穗数、千粒重和产量的影响较小，但对每穗总粒数和结实率影响显著，其中秸秆还田处理的每穗总粒数显著高于秸秆离田处理，秸秆离田处理的结实率显著高于秸秆还田处理。对产量进一步分析表明，在N3和N4条件下，秸秆还田与秸秆离田处理间差异不显著，但在N2条件下，秸秆还田处理产量显著高于秸秆离田处理，其中H2N3处理的产量最高，达9 758.02 kg/hm2，较H1N3处理增产2.6%，说明秸秆还田通过提高有效穗数和每穗总粒数的途径使水稻增产。

3 讨论与结论

有研究[16-17]表明，秸秆还田对水稻前期生长有抑制作用，对水稻后期的生长有促进作用，这与本研究结果相似。本研究表明，在水稻前中期，秸秆还田处理的各器官的氮素积累显著低于秸秆离田处理；在水稻生育后期，秸秆还田处理的叶的氮素积累显著高于秸秆离田处理，穗的氮积累量秸秆还田处理高于秸秆离田处理，但差异不显著。秸秆还田处理的氮素农学利用率、氮肥生理利用率、氮素籽粒生产效率显著高于秸秆离田处理，分别增加44.1%、309.8%和7.1%，说明秸秆还田后期能提高氮素的利用率，促进籽粒对氮素的吸收，进而为水稻产量的提高提供保障。从产量构成来看，秸秆还田提高了每穗总粒数，但降低了结实率，对有效穗数和千粒重的影响较小。所以整体来说，秸秆还田能提高水稻产量，但效果不明显。

氮肥是影响水稻生长的主要因素之一。随着施氮量的增加，氮肥偏生产力、氮肥生理利用率、氮素籽粒生产效率、氮收获指数和氮素干物质生产效率有降低的趋势；水稻各生育时期各器官的氮素积累、氮肥吸收利用率和百千克籽粒需氮量有增加的趋势；氮素籽粒的生产效率呈先增后减的趋势。从产量构成来看，施氮量提高了每穗总粒数和有效穗数，但施肥过量会降低水稻的结实率和千粒重，这与徐一成等[18-21]的研究结果相似，说明过量施氮会使水稻无效分蘖增多，从而降低产量。

综上所述，秸秆还田对水稻前期的生长有抑制作用，但促进后期生长发育；氮肥对水稻的生长影响较大，但过量的氮肥对水稻生长有一定抑制作用；秸秆还田配施氮肥能缓解前期秸秆还田引起的土壤微生物与水稻的“争氮”影响，后期能提高氮素的利用率。因此，在H2N3条件下，水稻可以获得较高产量9758.02 kg/hm2。