雙季稻秸稈還田處理下減施氮肥對水稻生長和產量的影響

馬賢超　袁偉　王子陽　田寶庚　劉世平

摘 要：

隨著我國農業現代化的快速發展，對秸稈的處理，一度成為業內廣泛關注、討論的熱點問題，而在眾多的途徑中，以秸稈還田受追捧的程度最深。江西作為我國南方的糧食主產區之一，以雙季稻種植為主，秸稈資源豐富。通過在江西進行秸稈直接還田的減施氮肥試驗，探究雙季稻秸稈直接還田與減施氮肥對水稻生長和產量的影響。研究結果表明，秸稈還田結合科學合理地施用氮肥可有效提高水稻上3葉的葉寬，從而提高葉面積;改善水稻生育后期的氮素水平，提高后期水稻葉片的葉綠素含量，增強上3葉的光合能力，獲得較高的產量，減少生產成本。本研究通過秸稈還田、激發劑施用、合理肥料運籌等技術，減少氮肥的投入量，提高肥料利用效率，保證雙季稻不減產，為肥料養分推薦方法與限量標準提供理論支撐和技術支持。

關鍵詞：

秸稈還田;減施氮肥;雙季稻;生長性狀;產量

中圖分類號：S-3

文獻標識碼：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20191130001

基金項目：科技部重點研發計劃項目（項目編號：2016YFD0200107）;科技部國家科技支撐計劃（項目編號：2015BAD01B03）;江蘇高校優勢學科建設工程資助項目

引言

在過去很長一段時期，秸稈主要被當成牲畜飼料和生活燃料。然而，隨著經濟發展、科技水平、生活方式等的改變、提升，秸稈資源的利用與環境問題之間的矛盾越來越深，成為社會廣泛關注的熱點[1-3]。對秸稈的直接處理已成為我國農業當前不得不面對的重大問題，尤其是在糧食生產密集的區域，秸稈處理問題更是刻不容緩。

我國是世界上最大的發展中國家，人口基數大，近14億的人口需要人均耕地僅934m2的土地養活。在這樣的糧食壓力和饑餓危機之下，農民不得不選擇通過連續耕作以收獲足夠的食物來解決溫飽問題。連作制度和傳統耕作，使土壤面臨嚴重的挑戰[4-8]，這種“壓榨”使土壤養分結構失調，有毒物質增加，物理性質受到破壞，土傳病害爆發，土壤元素缺失，鹽分及酸堿度的失衡等問題日漸突出，大大降低了土壤的地力。

秸稈還田作為解決農業污染、廢棄物處理、地力修復等復雜問題的“金鑰匙”，于20世紀60年代傳入我國，后由于受到經濟因素、思想觀念等條件的限制，進展比較緩慢。改革開放以來，社會各界深入實踐，努力踐行“科學發展觀”，農業生態問題因此受到的關注越來越多。秸稈還田迅速成為各大科研單位和機構競相開展的研究課題，在農業領域持續發熱，并引發人們的廣泛關注。這主要是因為秸稈還田可以免去傳統耕作中拉運秸稈、漚肥等工序，減少了田間作業次數和強度，降低了勞動力成本[9-13]。此外，秸稈還田能增加土壤有機質，改良土壤結構，使土壤疏松，孔隙度增加，容重減輕，促進微生物活力和作物根系的發育[14，15]。

在農業農村部等相關部門的引導下，我國秸稈還田技術的研究和推廣工作得到了長足、深入的發展。但由于種種原因的限制，目前仍在秸稈的利用方式和效率，探究秸稈還田后土壤理化性質的變化，作物產量變化等方面停滯不前[16-18]。由于秸稈掩埋后自然腐熟需要相當一段時間，因此要徹底弄清秸稈還田的相關機制和作用，就必須進行長期的定位試驗。江西作為我國南方的糧食主產區之一，主要種植雙季稻，是我國重要的雙季稻產區，其秸稈還田狀況對于我國南方地區來說具有一定代表性。在江西進行秸稈直接還田定點試驗，可以定期調查水稻植株生長過程中的各項指標，掌握雙季稻秸稈直接還田對水稻生長性狀和產量構成的影響，減少化學肥料的施用量，節省生產成本，提高農民收入。秸稈還田及合理施肥，可指導科學高效的糧食生產，對農村生物質能循環利用、保護生態環境等有重要意義和積極的推動作用。

1 材料和方法

1.1 試驗時間、地點

試驗于2018年4—11月在江西上高縣現代農業示范區試驗田內進行。

1.2 供試材料

供試早稻品種為潭兩優39，晚稻品種為甬優538。

1.3 試驗設計與方法

早稻和晚稻均按不同施氮量設6個處理，早稻氮肥施用量（純N）分別為0kg/hm2（N0）、90kg/hm2（N1）、126kg/hm2（N2）、162kg/hm2（N3）、180kg/hm2（N4），以秸稈不還田162kg/hm2施N量作為對照（NCK）;晚稻氮肥施用量分別為0kg/hm2（N0）、135kg/hm2（N1）、189kg/hm2（N2）、243kg/hm2（N3）、270kg/hm2（N4），以秸稈不還田243kg/hm2施N量作為對照（NCK），均為6個處理，每個處理50m2，重復2次，各處理施氮量見表1。氮肥施肥比例為基肥∶分蘗肥∶穗肥為5∶2∶3;磷、鉀肥施用量早稻分別為90kg/hm2（P2O5）和135kg/hm2（K2O），晚稻分別為135 kg/hm2（P2O5）和135kg/hm2（K2O），磷肥全部作為基肥施用，鉀肥基肥和穗肥分別施用6∶4，秸稈還田處理配施秸稈腐解劑（谷霖牌微生物腐稈劑，上海聯業農業科技有限公司生產），其它農藝管理措施與當地大田生產一致。

1.4 測定內容與方法

在水稻抽穗期測定葉面積和SPAD值，成熟期調查穗數，取樣考種，割方測產。

數據采用SPSS 16.0 進行方差分析，LSD法進行多重比較（α=0.05） ，Excel 2007軟件繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 減氮對早稻植株生長和產量的影響

2.1.1 對早稻上3葉葉面積的影響

水稻抽穗期，對水稻上3葉的葉片長、寬、面積的測量結果表明（表2）： N4處理上3葉的葉面積最大，N0處理葉面積最小，其它處理差異不明顯，隨著施N量增加，葉面積有增大的趨勢。

2.1.2 對抽穗后上3葉葉片SPAD值的影響

在抽穗期對上3葉葉綠素含量測定表明（表3）：隨著施N量增加，上3葉SPAD值增高，N4處理上3葉SPAD值最大，與葉面積大小的趨勢基本一致，說明施N改善了水稻生育后期葉片的氮素營養，提高了后期葉片葉綠素含量，增強了上3葉光合能力。不施氮的N0處理，SPAD值最低，NCK居于N2和N3之間。

2.1.3 對水稻成熟期植株性狀的影響

成熟期，對早稻植株性狀進行測定（表4），N0和N1處理株高較低，其它處理無明顯差異，穗長和穗頸節長也以N0和N1處理較小;其它均無顯著差異，說明達到70%施氮量后水稻植株長勢基本正常。

2.1.4 對水稻產量構成因素的影響

從水稻產量構成要素來看（表5），各處理穗數隨施氮量增加而提高，N3、N4和NCK3個處理的穗數較多，而實粒數僅不施氮區N0較低，其它均無顯著差異，千粒重有隨施氮量增加而降低的趨勢，各處理無明顯差異，最終實際產量以N2最高， N3和NCK較高，N4產量較低，不施氮區實際產量最低，僅為最高產量的60%左右。因此，早稻降低10%施氮量可提高水稻產量，降低30%施氮量產量最高，過量施氮，可能只收到相當于50%施氮量的水稻產量。

2.2 減氮對晚稻植株生長和產量的影響

2.2.1 對水稻上3葉葉面積的影響

在抽穗期對水稻上3葉葉面積進行測定，由表6可見，N2和N3處理葉面積最大，NCK較低，N0處理最低。說明只要達到50%以上的施氮量，對葉片生長就沒有明顯影響。

2.2.2 抽穗后上3葉葉片SPAD值的影響

在抽穗期和抽穗后30d對上3葉葉綠素含量進行測定（表7）：結果表明，N3的上3葉SPAD值最高，N4和NCK兩處理上3葉SPAD值在抽穗期也較大，但抽穗后30d下降較快，說明秸稈還田改善了水稻生育后期葉片的氮素營養，提高了后期葉片葉綠素含量，尤其是抽穗后30d倒2葉和倒3葉增加明顯，增強了上3葉光合能力，但施肥過多SPAD值也會快速下降。不施氮的情況下，SPAD值最低，抽穗后30d僅為施氮區的1/2左右。

2.2.3 不同處理對水稻成熟期植株性狀的影響

成熟期，對晚稻植株性狀進行測定（表8），隨著施氮增加，株高增加，N4處理株高最高，增加了倒伏的風險，穗長、穗頸節長除N0較小外，均沒有明顯差異，穗長以N2為最長。

2.2.4 對水稻產量構成因素的影響

從水稻產量構成要素來看（表9），各處理穗數隨著施氮增加而增多，以N4為最多， N0和N1的穗數較少，而實粒數以N1和N3為最多， N4和N0最低，千粒重無明顯差異，以不施肥N0為高，最終實際產量以N4和N3為高，N4和N3無差異，說明氮肥減少10%對產量無影響，均比NCK高，秸稈還田不影響水稻產量。

3 討論

在本試驗條件下，秸稈還田結合合理的施氮策略，能夠有效提高早稻、晚稻的實際產量，與秸稈不還田的對照小區形成顯著差異。主要原因在于水稻的生育前期秸稈對氮素的固定，生育后期的釋放，在水稻生育后期秸稈直接還田的處理表現出較強長勢，達到減少施氮量而不減產的目的。但秸稈腐解過程中微生物與植株也會爭奪氮素，土壤中的部分氮被微生物固持[19-21]，這就影響了水稻的生長，因而要適當補充氮素。秸稈還田還提高了堿解氮等土壤營養元素含量[22-25]，這些土壤養分是植物生長所必須的且能直接被植物吸收利用。抓住秸稈還田的這些特點，就可以適當地減少氮肥的使用量，從而降低生產成本，減輕因過量使用化肥而造成的營養成分流失，土壤貧瘠化等問題。

江西作為典型的糧食主產區，農作物秸稈利用率較高，秸稈還田技術相對成熟，但仍然無法與發達國家相比。

在國外，農業發達國家已形成了完備的秸稈收儲運技術裝備體系[26]，有效地解決了秸稈資源利用問題，這說明我國的秸稈還田技術上升空間十分充足。需要技術的不斷創新突破，同時因地制宜地利用秸稈資源、政府資金的投入以及與農民間的相互協作，盡快推廣秸稈利用產業化模式，走可持續發展道路。

秸稈作為生物質能，利用方式不應局限于還田，要在研究秸稈營養特征的情況下，充分利用最直接有效的部分，從而提高資源綜合利用率，減少化肥的施用量，在節省成本的同時，保護生態環境，使秸稈作為農業現代化中的綠色能源效益最大化。

基于中國不同地區自然條件的差異性和復雜性，因地制宜區域性的秸稈還田技術體系、作業模式及配套裝備的健全完善，將成為中國秸稈還田未來發展研究的重要內容。今后，從保護生態環境，節約資源和可持續農業等角度的建設出發[27]，秸稈還田將會向更快、更好、更全面的方向發展。

4 結論

根據試驗結果顯示，在雙季稻生產過程中，減施氮肥對于水稻產量和生長性狀的影響結果如下。

對于早稻而言，隨著施N量增加，早稻上3葉葉面積有增大的趨勢。秸稈還田處理下，達到70%施氮量后早稻植株長勢基本正常。降低10%施氮量可提高水稻產量，降低30%施氮量產量最高，而過量施氮，可能只收到相當于50%施氮量的水稻產量。

對于晚稻來說，秸稈還田處理下，達到50%以上的施氮量，對晚稻葉片生長沒有明顯影響。氮肥減少10%對產量無影響，說明秸稈還田不影響水稻產量。

綜上所述，秸稈還田結合科學合理地施用氮肥可有效提高水稻上3葉的葉寬，從而提高葉面積，改善水稻生育后期的氮素水平，提高后期水稻葉片的葉綠素含量，增強上3葉的光合能力，獲得較高的產量，減少生產成本，為肥料養分推薦方法與限量標準提供理論支撐和技術支持。

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作者簡介：

馬賢超（1994-），男，碩士。研究方向：作物栽培學與耕作學;

劉世平（1963-），男，教授，博士。研究方向：土壤耕作與農業生態。