秸秆还田与氮肥配施对常规晚粳稻产量、氮素累积转运及利用效率的影响

俞慧明，张红梅，王保君，沈亚强，程旺大

（1.嘉兴市农渔技术推广站，浙江嘉兴314050；2.嘉兴市农业科学研究院，浙江嘉兴314016）

水稻秸秆富含作物生长所需的氮、磷、钾、钙、硫等营养元素，是稻田生态系统一项重要有机资源[1]。秸秆还田可以提升土壤肥力、减少化肥投入、减控农田面源污染，同时可以促进水稻养分吸收[2]、优化农田生态环境和提高水稻产量[3-4]。秸秆直接还田仍是当前秸秆肥料化利用最主要的途径，也是最现实、最易推广操作的秸秆利用方式。

增施氮肥是提高水稻产量的有效途径[5-6]。然而，氮肥施用过多，不仅会引起水稻徒长，病虫害加重，水稻籽粒充实度下降[7]，还会造成土壤肥效下降[8]。此外，氮肥施用量越高，流失到环境中的几率越大，增加了环境污染风险[9]。秸秆还田合理配施氮肥，可以获得较高水稻产量和氮肥利用率[9-10]。因此，秸秆还田不仅可以补充农田养分，而且可以提高农田养分的循环利用效率，利于农业生产。

随着种植结构的调整，单季晚粳稻已经成为浙江省粮食生产的主体种植模式[3]。前人关于氮肥用量和氮肥运筹对水稻产量和土壤质量的影响已有大量报道[4,11-13]。但是，在秸秆全量还田背景下，关于氮肥调控对浙北地区单季晚粳稻生长和氮素累积转运及利用效率的影响却鲜有报道。本研究通过大田试验，以浙北单季晚粳稻为研究对象，研究秸秆全量还田下氮肥调控对单季晚粳稻产量因子、氮素累积及利用效率的影响，以期为秸秆全量还田下浙北地区单季晚粳稻合理施用氮肥、优化农业资源利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

大田试验在浙江省嘉兴市秀洲区王江泾镇双桥（120°42′42″E、30°50′20″N）进行。该试验地属亚热带季风气候，年平均气温17.7 ℃，年降水量1 193.3 mm，年日照时数1 599.8 h，无霜期245 d。土壤类型为长三角地区典型的青紫泥，0～20 cm 耕层土壤基本理化性状为：pH 值6.45，有机质含量30.28 g/kg，全氮含量2.31 g/kg，铵态氮含量21.52 mg/kg，硝态氮含量6.28 mg/kg，速效磷含量13.52 mg/kg，速效钾含量56.13 mg/kg。

1.2 试验材料

浙审稻秀水134（XS134），中熟常规晚粳稻品种；浙审稻嘉58（J58），单季常规晚粳稻，该品种为光身稻。秀水134 和嘉58 均由嘉兴市农业科学研究院提供。

1.3 试验设计

试验设置4 个施N 水平：0、165.0、240.0、315.0 kg/hm2，分别简记为N0、N1、N2 和N3。试验采用裂区设计，不同施氮水平为主处理，水稻品种为副处理，4 个施氮水平，2 个水稻品种，共设8 个处理，每个处理3 次重复，共计24 个试验小区，每个小区面积为36 m2（6 m×6 m）。小区间筑埂并用塑料薄膜包裹，防止串水串肥。水稻收获后稻草秸秆经人工粉碎为5～10 cm 的小段全部还田，还田量约为7 500 kg/hm2，种植密度为30 万穴/hm2。

氮肥为尿素，按基肥、分蘖肥、穗肥用量比例4∶3∶3 施用，具体施用量如表1 所示。P、K 肥全部作基肥施用，磷肥为过磷酸钙，钾肥为氯化钾，施用量分别为42 kg/hm2（以P2O5计）和150 kg/hm2（以K2O 计）。基肥于移栽前1 d 施入，与耕层土壤混合施用；分蘖肥和穗肥田间灌水后撒施。各处理水稻生长期间水分管理模式及病、虫、草害防治与当地常规田间管理相同。

表1 水稻氮肥施用量

1.4 测定内容及方法

1.4.1 水稻产量及产量构成因子。水稻收获前每个小区采集5 穴有代表性水稻植株进行考种，水稻成熟后，每小区单独收割脱粒测产。

1.4.2 地上部干物质。分别于水稻齐穗期和成熟期，取有代表性水稻植株5 穴，分为茎叶和穗2 部分，105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干至衡质量，称其质量，计算地上部干物质量。

1.4.3 氮素累积。水稻烘干样品磨细，经H2SO4-H2O2消解后，凯氏定氮法测定氮素含量，计算水稻地上部单位面积氮素累积及转运。

1.5 数据处理及分析

用DPS 15.10 数据处理系统进行数据处理及方差分析，用Excel 2016 软件进行制图。

指标计算公式如下：氮转运量（kg/hm2）=齐穗期水稻营养体氮累积量-成熟期营养体氮累积量；氮转运效率=（齐穗期水稻营养体氮累积量-成熟期营养体氮累积量）/ 齐穗期水稻营养体氮累积量×100%；氮素利用效率（kg/kg）=稻谷产量/土壤供氮量（耕层土壤有效氮与施氮量之和）；氮吸收效率（kg/kg）=水稻植株总吸氮量/土壤供氮量；氮素生理利用率（kg/kg）=水稻植株总干物质累积量/水稻植株总吸氮量。

2 结果与分析

2.1 秸秆全量还田耦合氮肥调控对水稻产量及产量因子的影响

由表2 可知，在秸秆全量还田下，常规晚粳稻XS134 和J58 单位面积产量随着施氮量增加整体呈增长趋势，N1、N2 和N3 施氮水平下的单位面积产量显著高于N0 水平（P＜0.05）。XS134 在N3 施氮水平下的单位面积产量显著高于N1 处理，同时也高于N2 处理，但差异不显著；J58 在N1、N2 和N3施氮水平下的单位面积产量没有显著差异。

从产量因子看（表2），XS134 和J58 在N1、N2和N3 施氮水平下的株高分别显著高于N0 水平（P＜0.05）。XS134 和J58 的单位面积穗数随着施氮量增加整体呈增长趋势，XS134 在N1、N2 和N3 施氮水平下的单位面积穗数显著高于N0 水平（P＜0.05），J58 在N2 和N3 施氮水平下的单位面积穗数显著高于N0 水平（P＜0.05）。在秸秆全量还田下，与N0 相比，XS134 在N1、N2 和N3 施氮水平下的每穗粒数有所下降，降幅分别为11.87%、9.86%、13.52%，但未达显著水平；与N0 相比，J58 在N1、N2 和N3 施氮水平下的每穗粒数都有所增加，增幅分别为14.88%、5.37%、10.75%，但也未达显著水平。在秸秆全量还田下，随着施氮量的增加，J58 的结实率和千粒质量呈下降趋势，N3 施氮水平与N0相比达显著水平（P＜0.05），结实率、千粒质量降幅分别达9.18%、11.98%；XS134 在N1 施氮水平下，结实率（92.3%）和千粒质量（25.2 g）较高，但与其他N 处理差异不显著。可见，秸秆全量还田后，常规晚粳稻的产量优势主要体现在单位面积穗数的增加，提高氮肥用量在一定程度上降低了结实率和千粒质量。

表2 不同氮素水平的产量及产量因子

2.2 秸秆全量还田耦合氮肥调控对成熟期干物质和氮素吸收累积的影响

由图1-A 可知，在秸秆全量还田下，XS134 和J58 单位面积地上部干物质量累积随着施氮量增加整体呈上升趋势，N1、N2 和N3 施氮水平下的单位面积地上部干物质量累积显著高于N0 水平。XS134在N3 施氮水平下的单位面积地上部干物质量累积与N1、N2 施氮水平无显著差异；J58 在N2、N3 施氮水平下的单位面积地上部干物质量累积显著高于N1 施氮水平（P＜0.05），但N2、N3 施氮水平下的单位面积地上部干物质量累积无显著差异。

由图1-B 可知，不同氮水平下，单位面积地上部氮素累积差异显著（P＜0.05）。秸秆全量还田下XS134 和J58 单位面积地上部氮素累积随着施氮量增加整体呈上升趋势，XS134 各施氮水平下的单位面积地上部氮素累积差异显著（P＜0.05），J58 在N2、N3 施氮水平下的单位面积地上部氮素累积显著高于N0、N1 施氮水平（P＜0.05），但N2、N3 施氮水平下的单位面积地上部氮素累积无显著差异。

图1 不同氮素水平单位面积地上部干物质累积（A）和氮素累积（B）

2.3 秸秆全量还田耦合氮肥调控对氮素转运量和转运效率的影响

由图2-A 可知，秸秆全量还田情况下，随着氮肥施用量增加，J58 单位面积群体氮素转运量先增加后降低，在N1 施氮水平下的单位面积群体氮素转运量最高（40.39 kg/hm2），显著高于N2 和N3 施氮水平（P＜0.05），但与N0 施氮水平无显著差异。XS134 在N2 施氮水平下的单位面积群体氮素转运量最高（59.53 kg/hm2），显著高于N0 施氮水平（P＜0.05），但与N1 和N3 施氮水平无显著差异。单位面积群体氮素转运量在N2 和N3 施氮水平下，品种间有显著差异，XS134 显著高于J58。

由图2-B 可知，在秸秆全量还田下，XS134 和J58 单位面积群体氮素转运效率随着施氮量增加整体呈下降趋势。与N0 施氮水平相比，XS134 在N2、N3 施氮水平下的单位面积群体氮素转运效率显著降低（P＜0.05），但N2 和N3 施氮水平下的单位面积群体氮素转运效率无显著差异。J58 在N1、N2 和N3 施氮水平下的单位面积群体氮素转运效率显著降低（P＜0.05）。单位面积群体氮素转运效率在N2和N3 施氮水平下，品种间有显著差异，XS134 显著高于J58。

图2 不同氮素水平单位面积群体氮素转运量（A）和转运效率（B）

2.4 秸秆全量还田耦合氮肥调控对氮素利用效率的影响

由表3 可知，增加氮肥施用量，XS134 和J58 的水稻氮素利用效率降低，与N0 施氮水平相比，N1、N2 和N3 的水稻氮素利用效率显著降低（P＜0.05），XS134、J58 的下 降比 例 分 别 为41.27%～49.43%、37.59%～49.20%，品种间在N1、N2 施氮水平下氮素利用效率差异显著。与N0 相比，XS134、J58 在N1、N2 和N3 施氮水平的氮吸收效率显著降低（P＜0.05）；当施氮量从N1 增至N3 时，XS134 和J58 的氮吸收效率无显著差异，品种间仅N2 施氮水平差异达显著水平（P＜0.05）。XS134 和J58 的氮生理利用效率在不同氮水平间无显著差异。

表3 不同氮素水平的氮素利用效率

3 讨论与结论

本研究发现，在秸秆全量还田下，常规晚粳稻单位面积产量随着施氮量增加整体呈增长趋势，但单位面积产量并没有显著差异。因此，通过增加氮素施用量达到常规晚粳稻高产要求时，也应做好氮素增效减排措施，降低氮素进入环境的可能性。

本研究中，秸秆全量还田情况下，常规晚粳稻齐穗期后的干物质量累积和氮素累积随着施氮量增加整体呈上升趋势，但氮素转运量先增加后降低，群体氮素转运效率随着施氮量增加整体呈下降趋势。水稻根系灌浆期吸收氮素仅占总吸收量的10%～30%，其余所需氮素主要通过水稻茎叶等营养器官的氮素转运来实现[14]。本试验条件下，高氮肥用量的群体氮素转运量及转运效率的降低可能影响常规晚粳稻的结实率和千粒质量。

本研究中，高氮水平下，常规晚粳稻的水稻氮素利用效率、氮吸收效率和氮素生理利用效率显著降低。氮素生理利用效率是评价水稻氮素利用效率的关键因子[15-16]，水稻营养器官向籽粒转移氮素的能力会影响水稻氮素生理利用效率[17-18]。本研究中，常规晚粳稻高施氮量的单位面积群体茎叶向籽粒转运的氮量低于中、低施氮量，且转运效率也相对较低，综合导致高施氮量下常规晚粳稻氮素生理利用效率显著降低。

综上所述，在秸秆全量还田下，随着施氮量的增加，常规晚粳稻单位面积产量呈增长趋势，单位面积群体的干物质和氮素累积也呈上升趋势。但是，氮素转运量先增加后降低，群体氮素转运效率整体呈下降趋势，说明中、低施氮量对氮肥施用的响应更强。本试验条件下，浙北地区常规晚粳稻秸秆全量还田条件下合理配施中量氮肥，可以获得较高水稻产量及氮肥利用率。