稻草加速腐解對華南稻區水稻產量及氮肥利用效率的影響

鄭華斌，傅榮富，賈 巍，唐啟源

（1湖南農業大學農學院，長沙410128；2江門市農業科學研究所，廣東江門529700）

0 引言

作物秸稈是一種重要的有機肥源，富含大量氮、磷、鉀、硅等礦質營養元素[1-2]。據統計，2017年全國糧食總產量約6.2 億t，按粒稈比1:1.2 估算，再加上其他作物秸稈，全國年生產秸稈超過7.4億t，秸稈中含有大量的有機質，氮磷鉀和微量元素，7.4億t秸稈中氮磷鉀養分含量大約相當于576 萬t 尿素、840 萬t 過磷酸鈣、840 萬t 硫酸鉀。前人研究表明作物秸稈進行翻壓還田或覆蓋還田是一項有效的增產措施，一般都能維持或增加作物產量[3-6]，但中國農作物秸稈資源大部分被作為農戶生活燃料或在田間焚燒或被棄置亂堆，不僅造成了秸稈資源的嚴重浪費，而且還導致環境的污染。因此，如何實現和簡化秸稈有效還田是當前必須解決的瓶頸問題之一。在水稻種植區，推行稻草還田對于提高土壤肥力、降低施肥成本和維持農業的可持續發展等方面均具有重要作用[7-8]。稻草還田不僅可以避免稻草焚燒所帶來的環境污染，還可作為良好的有機肥源，對提高土壤有機質含量[9]，改良土壤、培肥地力[10]，尤其是對緩解氮、磷、鉀比例失調[11]，提高農作物產量和品質，降低農業生產成本有重要作用[12-14]。然而，稻草還田腐解快慢會直接或間接影響到水稻生長發育，為此，前人開展了稻草還田適宜腐熟劑種類的對比研究，以期加速稻草腐爛速度[15-16]，而對腐熟劑用量的報道較少。

隨著人們的生態和環保意識提升，水稻栽培方式越來越注重資源節約和環境友好[17-18]，國家也將化肥農藥零增長逐步從政策、技術方面不斷完善和落實，以驅動水稻栽培方式的轉變。因此，本研究開展了稻草還田條件下不同腐熟劑用量和氮肥減量組合對華南稻區早晚稻產量形成及氮肥利用效率的影響，以期為稻草還田（快速）腐熟替代部分氮肥，科學減少化肥施用量提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 供試地點與材料

試驗于2016—2017 年在廣東省江門市農業科學研究所(21°27′N，111°59′E)基地內進行。供試品種為‘華航48’、‘廣8優金占’。

1.2 試驗設計

隨機區組設計，稻草還田量為3750 kg/hm2，設4個不同腐熟劑用量和氮肥減量組合，即不加腐熟劑和氮肥減量1/6(T1)、30 kg/hm2腐熟劑和氮肥減量1/6(T2)、60 kg/hm2腐熟劑和氮肥減量1/6(T3)、60 kg/hm2腐熟劑和氮肥減量1/3(T4)，同時設不施氮(N0)和當地施肥水平(CK)，為180 kgN/hm2。其中，T4處理在分蘗期葉面噴施高氮型紐崔萊腐植酸有機復合液肥1500mL/hm2，純N含量為120 g/L。3次重復。

腐熟劑處理的稻草以基肥的形式全部施入小區。氮肥按基肥:返青肥:分蘗肥:穗肥=5:2:2:1 的比例施入。磷、鉀肥按N:P2O5:K2O=1:0.5:0.8，N 按180 kg/hm2計算分別投入，磷肥全部作基肥施入，鉀肥按基肥:穗肥=5:5 分別追施。秧齡控制在20 天以內，人工移栽，移栽密度為20 cm×20 cm，每蔸苗數3～5苗。

1.3 觀測項目與方法

1.3.1 成熟期干物質積累 于成熟期，從每小區隨機選取生長均勻且具有代表性的植株10穴（除邊3行外），用水將植株沖洗干凈后，然后剪去根，按葉、莖+鞘、穗分開，于105℃殺青30 min，轉至80℃烘干直至恒重，密封冷卻至室溫測定其干物質量。

1.3.2 測產與拷種 于小區中央選取約5 m2的正方形區域進行測產，稱重記錄的同時用自動數字水分儀(DMC-700，Seedburo，Chicago，IL，USA)測定稻谷籽粒含水量，統一換算成13.5%的標準含水量計算水稻產量，并調查小區內20 穴植株穗數計算有效穗數。按對角線取樣法，從每小區除邊3行外取12穴植株樣品，在計算穗數后人工脫粒，用水選法分離實粒和空秕粒，80℃烘干直到重量恒定計算每穗粒數、結實率和千粒重。

1.4 數據處理與統計分析

氮肥利用效率，包括氮肥農學利用率(NAE，kg/kgN)、氮肥偏生產力(PFPN，kg/kgN)的計算參照傅志強等的計算方法[19]。采用Excel 2007 進行收集整理和作圖，利用STATISTIC 8.0 數據處理軟件對試驗數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 產量變化

表1 可知，稻草還田加速腐解配施氮肥模式的產量與常規施肥模式的產量差異不明顯。稻草還田配施模式平均減氮20%(17%～33%)的情況下，早、晚稻‘華航48’的平均產量略高于常規施肥模式，或基本持平，其中T3處理的產量均高于CK，但早晚季處理間的產量變化趨勢不一致。‘廣8優金占’的平均產量略低于常規施肥模式，早晚季分別以T1和T4處理的產量最高，但處理間差異不顯著。從產量構成來看，T1～T4處理的平均有效穗（除晚稻的‘華航48’外）高于CK，處理間‘華航48’的有效穗分別以T2和T3處理最高，‘廣8優金占’的有效穗則以T2處理最高；T1～T4處理的平均每穗粒數則低于CK（除晚稻的‘廣8優金占’外）；而T1～T4處理‘華航48’的平均結實率低于CK，‘廣8優金占’則相反；T1～T4處理間千粒重的差異較小（表2）。

表1 稻田還田條件下不同腐熟劑用量和氮肥用量對水稻產量的影響

表2 稻田還田條件下不同腐熟劑用量和氮肥用量對水稻產量構成的影響

2.2 干物質積累

表 3 可知，與 CK 相比，T1～T4 處理的干物質積累總量不占優勢，處理間以‘華航48’的T3處理干物質積累總量最高。早稻的干物質積累總量要高于晚稻，齊穗前和齊穗后干物質量的變化趨勢不一。處理間的收獲指數為0.45～0.53，與CK基本持平。

表3 稻田還田條件下不同腐熟劑用量和氮肥用量對水稻群體干物質積累的影響

2.3 氮肥利用效率

表4可知，與常規施肥模式相比，‘華航48號’的稻草還田配施模式的氮肥農學利用效率和偏生產力平均提高了60.2%和35.4%。綜合2016-2017年兩年的研究結果，稻草還田配施模式平均減氮20%(17%～33%)的情況下，平均產量與常規施肥模式基本持平，且差異不顯著。與常規施肥模式相比，稻草還田配施模式的氮肥農學利用效率和偏生產力也平均提高了12.2%和32.1%（2016 年），表明加速腐熟稻草還田替代減量化肥是可行的，是一條化肥減量和水稻穩產的有效途徑。

3 討論

秸稈還田主要通過兩種途徑影響作物的生長發育，一是自身分解釋放營養元素、化學物質等的直接影響；二是作物生長環境因子的間接影響[20]，進而影響作物產量的形成。前人研究稻草還田配施化肥下作物產量形成的研究報道較多[3-6]。曾研華等[6]研究認為連續6年的早稻稻草還田替代部分化肥可協調有效穗與穗粒數結構和穩定晚稻產量水平。宓文海等[3]研究認為連續3年有機肥料與化肥配施比單施化肥可提高水稻產量。丁文金等[4]研究表明秸稈還田下優化施肥不減量或一定程度減氮、減磷、減鉀或減氮磷鉀都會對早稻產量和雙季稻總產產生降低作用，而對晚稻產量無顯著降低或提高作用。本文總結了2個品種3季的研究結果表明：稻草還田配施模式平均減氮20%(17%～33%)的情況下，平均產量略低于常規施肥模式，與前人研究報道的結果一致，說明稻草還田替代部分化肥是可行的，是一條化肥減量和水稻穩產的有效途徑。可能的原因是稻草還田通過改善土壤結構、增加土壤的通透性，提高土壤的肥力[21-24]，改善土壤的供肥能力，確保水稻生長發育的養分需求，實現穩定和增加水稻產量。本研究結果也表明：常規施肥模式相比，稻草還田配施模式的氮肥農學利用效率和偏生產力也平均提高了11%和30%，可提高氮肥利用效率，同時達到土壤培肥和減施化肥的雙重目的。

稻草還田腐解后才能釋放養分供水稻植株吸收，同時，稻草全量還田對早、晚稻立苗的影響也可能受還田稻草腐解情況的影響[25]。如曾研華等[6]指出雙季稻模式下早稻稻草還田處理進行晚稻拋秧時會阻礙了秧苗的入土深度及扎根生長，影響了水稻立苗和生長。因此，稻草還田施用腐熟劑，可加速稻草腐爛速度[26-28]，也是值得考慮的措施之一。前人[15-16,28]對比多種腐熟劑對稻草腐熟情況以及產量形成的影響指出使用腐熟劑能有效加快稻草的腐爛速度，稻草養分釋放加快，為稻草還田條件下氮肥減量打下基礎，同時提高水稻產量。本研究結果表明：在華南稻區，‘華航48’以30 kg/hm2腐熟劑和氮肥減量1/6(T2)、60 kg/hm2腐熟劑和氮肥減量1/6(T3)處理的產量均略高于對照而沒有顯著差異，且‘廣8 優金占’的早稻季以不加腐熟劑和氮肥減量1/6(T1)最高，而晚稻季以60 kg/hm2腐熟劑和氮肥減量1/3(T4)處理的產量最高，存在季節上的差異。因此，在華南稻區，考慮其年平均氣溫較高，有利于稻草還田后腐解，筆者認為，稻草還田配施模式平均減氮20%(17%～33%)的情況下，添加30 kg/hm2腐熟劑，結合品種特性，有利于制定合理的稻草還田(快速)腐熟替代部分氮肥的技術，科學減少化肥施用量，達到稻草還田的資源再利用和氮肥減量的雙重目的。

表4 稻田還田條件下不同腐熟劑用量和氮肥用量對氮肥利用效率的影響

4 結論

稻草還田配施模式平均減氮20%(17%～33%)的情況下，平均產量略低于常規施肥模式，但品種間存在差異，‘華航48’以30 kg/hm2腐熟劑和氮肥減量1/6(T2)、60 kg/hm2腐熟劑和氮肥減量1/6(T3)處理的產量均略高于對照而沒有顯著差異，而‘廣8 優金占’以不加腐熟劑和氮肥減量1/6(T1)、60 kg/hm2腐熟劑和氮肥減量1/3(T4)處理的產量最高，但差異不顯著，表明通過稻草還田替代減量化肥是可行的。與常規施肥模式相比，稻草還田配施模式的氮肥農學利用效率和偏生產力也平均提高了11%和30%。