双季稻秸秆还田处理下减施氮肥对水稻生长和产量的影响

马贤超　袁伟　王子阳　田宝庚　刘世平

摘 要：

随着我国农业现代化的快速发展，对秸秆的處理，一度成为业内广泛关注、讨论的热点问题，而在众多的途径中，以秸秆还田受追捧的程度最深。江西作为我国南方的粮食主产区之一，以双季稻种植为主，秸秆资源丰富。通过在江西进行秸秆直接还田的减施氮肥试验，探究双季稻秸秆直接还田与减施氮肥对水稻生长和产量的影响。研究结果表明，秸秆还田结合科学合理地施用氮肥可有效提高水稻上3叶的叶宽，从而提高叶面积;改善水稻生育后期的氮素水平，提高后期水稻叶片的叶绿素含量，增强上3叶的光合能力，获得较高的产量，减少生产成本。本研究通过秸秆还田、激发剂施用、合理肥料运筹等技术，减少氮肥的投入量，提高肥料利用效率，保证双季稻不减产，为肥料养分推荐方法与限量标准提供理论支撑和技术支持。

关键词：

秸秆还田;减施氮肥;双季稻;生长性状;产量

中图分类号：S-3

文献标识码：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20191130001

基金项目：科技部重点研发计划项目（项目编号：2016YFD0200107）;科技部国家科技支撑计划（项目编号：2015BAD01B03）;江苏高校优势学科建设工程资助项目

引言

在过去很长一段时期，秸秆主要被当成牲畜饲料和生活燃料。然而，随着经济发展、科技水平、生活方式等的改变、提升，秸秆资源的利用与环境问题之间的矛盾越来越深，成为社会广泛关注的热点[1-3]。对秸秆的直接处理已成为我国农业当前不得不面对的重大问题，尤其是在粮食生产密集的区域，秸秆处理问题更是刻不容缓。

我国是世界上最大的发展中国家，人口基数大，近14亿的人口需要人均耕地仅934m2的土地养活。在这样的粮食压力和饥饿危机之下，农民不得不选择通过连续耕作以收获足够的食物来解决温饱问题。连作制度和传统耕作，使土壤面临严重的挑战[4-8]，这种“压榨”使土壤养分结构失调，有毒物质增加，物理性质受到破坏，土传病害爆发，土壤元素缺失，盐分及酸碱度的失衡等问题日渐突出，大大降低了土壤的地力。

秸秆还田作为解决农业污染、废弃物处理、地力修复等复杂问题的“金钥匙”，于20世纪60年代传入我国，后由于受到经济因素、思想观念等条件的限制，进展比较缓慢。改革开放以来，社会各界深入实践，努力践行“科学发展观”，农业生态问题因此受到的关注越来越多。秸秆还田迅速成为各大科研单位和机构竞相开展的研究课题，在农业领域持续发热，并引发人们的广泛关注。这主要是因为秸秆还田可以免去传统耕作中拉运秸秆、沤肥等工序，减少了田间作业次数和强度，降低了劳动力成本[9-13]。此外，秸秆还田能增加土壤有机质，改良土壤结构，使土壤疏松，孔隙度增加，容重减轻，促进微生物活力和作物根系的发育[14，15]。

在农业农村部等相关部门的引导下，我国秸秆还田技术的研究和推广工作得到了长足、深入的发展。但由于种种原因的限制，目前仍在秸秆的利用方式和效率，探究秸秆还田后土壤理化性质的变化，作物产量变化等方面停滞不前[16-18]。由于秸秆掩埋后自然腐熟需要相当一段时间，因此要彻底弄清秸秆还田的相关机制和作用，就必须进行长期的定位试验。江西作为我国南方的粮食主产区之一，主要种植双季稻，是我国重要的双季稻产区，其秸秆还田状况对于我国南方地区来说具有一定代表性。在江西进行秸秆直接还田定点试验，可以定期调查水稻植株生长过程中的各项指标，掌握双季稻秸秆直接还田对水稻生长性状和产量构成的影响，减少化学肥料的施用量，节省生产成本，提高农民收入。秸秆还田及合理施肥，可指导科学高效的粮食生产，对农村生物质能循环利用、保护生态环境等有重要意义和积极的推动作用。

1 材料和方法

1.1 试验时间、地点

试验于2018年4—11月在江西上高县现代农业示范区试验田内进行。

1.2 供试材料

供试早稻品种为潭两优39，晚稻品种为甬优538。

1.3 试验设计与方法

早稻和晚稻均按不同施氮量设6个处理，早稻氮肥施用量（纯N）分别为0kg/hm2（N0）、90kg/hm2（N1）、126kg/hm2（N2）、162kg/hm2（N3）、180kg/hm2（N4），以秸秆不还田162kg/hm2施N量作为对照（NCK）;晚稻氮肥施用量分别为0kg/hm2（N0）、135kg/hm2（N1）、189kg/hm2（N2）、243kg/hm2（N3）、270kg/hm2（N4），以秸秆不还田243kg/hm2施N量作为对照（NCK），均为6个处理，每个处理50m2，重复2次，各处理施氮量见表1。氮肥施肥比例为基肥∶分蘖肥∶穗肥为5∶2∶3;磷、钾肥施用量早稻分别为90kg/hm2（P2O5）和135kg/hm2（K2O），晚稻分别为135 kg/hm2（P2O5）和135kg/hm2（K2O），磷肥全部作为基肥施用，钾肥基肥和穗肥分别施用6∶4，秸秆还田处理配施秸秆腐解剂（谷霖牌微生物腐秆剂，上海联业农业科技有限公司生产），其它农艺管理措施与当地大田生产一致。

1.4 测定内容与方法

在水稻抽穗期测定叶面积和SPAD值，成熟期调查穗数，取样考种，割方测产。

数据采用SPSS 16.0 进行方差分析，LSD法进行多重比较（α=0.05） ，Excel 2007软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 减氮对早稻植株生长和产量的影响

2.1.1 对早稻上3叶叶面积的影响

水稻抽穗期，对水稻上3叶的叶片长、宽、面积的测量结果表明（表2）： N4处理上3叶的叶面积最大，N0处理叶面积最小，其它处理差异不明显，随着施N量增加，叶面积有增大的趋势。

2.1.2 对抽穗后上3叶叶片SPAD值的影响

在抽穗期对上3叶叶绿素含量测定表明（表3）：随着施N量增加，上3叶SPAD值增高，N4处理上3叶SPAD值最大，与叶面积大小的趋势基本一致，说明施N改善了水稻生育后期叶片的氮素营养，提高了后期叶片叶绿素含量，增强了上3叶光合能力。不施氮的N0处理，SPAD值最低，NCK居于N2和N3之间。

2.1.3 对水稻成熟期植株性状的影响

成熟期，对早稻植株性状进行测定（表4），N0和N1处理株高较低，其它处理无明显差异，穗长和穗颈节长也以N0和N1处理较小;其它均无显著差异，说明达到70%施氮量后水稻植株长势基本正常。

2.1.4 对水稻产量构成因素的影响

从水稻产量构成要素来看（表5），各处理穗数随施氮量增加而提高，N3、N4和NCK3个处理的穗数较多，而实粒数仅不施氮区N0较低，其它均无显著差异，千粒重有随施氮量增加而降低的趋勢，各处理无明显差异，最终实际产量以N2最高， N3和NCK较高，N4产量较低，不施氮区实际产量最低，仅为最高产量的60%左右。因此，早稻降低10%施氮量可提高水稻产量，降低30%施氮量产量最高，过量施氮，可能只收到相当于50%施氮量的水稻产量。

2.2 减氮对晚稻植株生长和产量的影响

2.2.1 对水稻上3叶叶面积的影响

在抽穗期对水稻上3叶叶面积进行测定，由表6可见，N2和N3处理叶面积最大，NCK较低，N0处理最低。说明只要达到50%以上的施氮量，对叶片生长就没有明显影响。

2.2.2 抽穗后上3叶叶片SPAD值的影响

在抽穗期和抽穗后30d对上3叶叶绿素含量进行测定（表7）：结果表明，N3的上3叶SPAD值最高，N4和NCK两处理上3叶SPAD值在抽穗期也较大，但抽穗后30d下降较快，说明秸秆还田改善了水稻生育后期叶片的氮素营养，提高了后期叶片叶绿素含量，尤其是抽穗后30d倒2叶和倒3叶增加明显，增强了上3叶光合能力，但施肥过多SPAD值也会快速下降。不施氮的情况下，SPAD值最低，抽穗后30d仅为施氮区的1/2左右。

2.2.3 不同处理对水稻成熟期植株性状的影响

成熟期，对晚稻植株性状进行测定（表8），随着施氮增加，株高增加，N4处理株高最高，增加了倒伏的风险，穗长、穗颈节长除N0较小外，均没有明显差异，穗长以N2为最长。

2.2.4 对水稻产量构成因素的影响

从水稻产量构成要素来看（表9），各处理穗数随着施氮增加而增多，以N4为最多， N0和N1的穗数较少，而实粒数以N1和N3为最多， N4和N0最低，千粒重无明显差异，以不施肥N0为高，最终实际产量以N4和N3为高，N4和N3无差异，说明氮肥减少10%对产量无影响，均比NCK高，秸秆还田不影响水稻产量。

3 讨论

在本试验条件下，秸秆还田结合合理的施氮策略，能够有效提高早稻、晚稻的实际产量，与秸秆不还田的对照小区形成显著差异。主要原因在于水稻的生育前期秸秆对氮素的固定，生育后期的释放，在水稻生育后期秸秆直接还田的处理表现出较强长势，达到减少施氮量而不减产的目的。但秸秆腐解过程中微生物与植株也会争夺氮素，土壤中的部分氮被微生物固持[19-21]，这就影响了水稻的生长，因而要适当补充氮素。秸秆还田还提高了碱解氮等土壤营养元素含量[22-25]，这些土壤养分是植物生长所必须的且能直接被植物吸收利用。抓住秸秆还田的这些特点，就可以适当地减少氮肥的使用量，从而降低生产成本，减轻因过量使用化肥而造成的营养成分流失，土壤贫瘠化等问题。

江西作为典型的粮食主产区，农作物秸秆利用率较高，秸秆还田技术相对成熟，但仍然无法与发达国家相比。

在国外，农业发达国家已形成了完备的秸秆收储运技术装备体系[26]，有效地解决了秸秆资源利用问题，这说明我国的秸秆还田技术上升空间十分充足。需要技术的不断创新突破，同时因地制宜地利用秸秆资源、政府资金的投入以及与农民间的相互协作，尽快推广秸秆利用产业化模式，走可持续发展道路。

秸秆作为生物质能，利用方式不应局限于还田，要在研究秸秆营养特征的情况下，充分利用最直接有效的部分，从而提高资源综合利用率，减少化肥的施用量，在节省成本的同时，保护生态环境，使秸秆作为农业现代化中的绿色能源效益最大化。

基于中国不同地区自然条件的差异性和复杂性，因地制宜区域性的秸秆还田技术体系、作业模式及配套装备的健全完善，将成为中国秸秆还田未来发展研究的重要内容。今后，从保护生态环境，节约资源和可持续农业等角度的建设出发[27]，秸秆还田将会向更快、更好、更全面的方向发展。

4 结论

根据试验结果显示，在双季稻生产过程中，减施氮肥对于水稻产量和生长性状的影响结果如下。

对于早稻而言，随着施N量增加，早稻上3叶叶面积有增大的趋势。秸秆还田处理下，达到70%施氮量后早稻植株长势基本正常。降低10%施氮量可提高水稻产量，降低30%施氮量产量最高，而过量施氮，可能只收到相当于50%施氮量的水稻产量。

对于晚稻来说，秸秆还田处理下，达到50%以上的施氮量，对晚稻叶片生长没有明显影响。氮肥减少10%对产量无影响，说明秸秆还田不影响水稻产量。

综上所述，秸秆还田结合科学合理地施用氮肥可有效提高水稻上3叶的叶宽，从而提高叶面积，改善水稻生育后期的氮素水平，提高后期水稻叶片的叶绿素含量，增强上3叶的光合能力，获得较高的产量，减少生产成本，为肥料养分推荐方法与限量标准提供理论支撑和技术支持。

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作者简介：

马贤超（1994-），男，硕士。研究方向：作物栽培学与耕作学;

刘世平（1963-），男，教授，博士。研究方向：土壤耕作与农业生态。