秸稈還田形態(tài)和還田量對(duì)水稻氮素積累與轉(zhuǎn)運(yùn)及產(chǎn)量品質(zhì)的影響

劉麗華,秦 猛,翟玲霞,崔士澤,李瑞松,鄭峻麒,王檄銘,李紅宇,姚 欽,林曉影,鄭桂萍

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院,黑龍江 大慶 163319;2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院克山分院,黑龍江 齊齊哈爾 161000;3.黑龍江省八五四農(nóng)場(chǎng),黑龍江 密山 158300)

水稻(OryzasativaL.)作為我國(guó)主要的糧食作物之一,在保障國(guó)家糧食安全中具有重要地位[1-3]。隨著育種和栽培技術(shù)的發(fā)展,水稻產(chǎn)量得到大幅提升的同時(shí),秸稈數(shù)量也隨之增多。目前我國(guó)已成為世界上秸稈年產(chǎn)量最高的國(guó)家之一,但秸稈利用率卻有待提高[4]。由于還田技術(shù)的不完善,收獲后農(nóng)戶為了生產(chǎn)上的便利,將秸稈丟棄或焚燒,加重了環(huán)境污染和資源浪費(fèi)[5]。因此,如何高效利用秸稈現(xiàn)已成為社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。現(xiàn)階段,秸稈還田已成為我國(guó)廣泛應(yīng)用的秸稈處理方式之一[6]。秸稈作為一類生物質(zhì)資源,含有豐富的中、微量元素,還田后營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)重新返還至土壤,供作物吸收和利用,可避免燃燒帶來(lái)的環(huán)境污染[7-8]。秸稈直接還田是目前最主要的還田方式,具有簡(jiǎn)單快捷、省時(shí)省力等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)可以達(dá)到蓄水保墑和培肥地力的目的[9]。東北地區(qū)土壤溫度低,氣候干燥,還田后秸稈腐解速率慢,如果還田過(guò)量,導(dǎo)致秸稈難以深翻覆蓋到位,使水分流失、化感物質(zhì)積累和病蟲(chóng)草害加重,進(jìn)而影響還田效果和作物出苗生長(zhǎng)等一系類問(wèn)題[10-12]。故對(duì)秸稈進(jìn)行有效的預(yù)處理具有一定的必要性,傳統(tǒng)的預(yù)處理方法如機(jī)械加工、酸堿和生物處理等,雖然可以破壞秸稈的纖維結(jié)構(gòu),但存在周期長(zhǎng)、污染大和效率低等問(wèn)題[13]。汽爆膨化技術(shù)(簡(jiǎn)稱“膨化”)利用高溫高壓蒸汽,通過(guò)瞬間釋放壓力來(lái)破壞秸稈原有組分,使秸稈結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[14],具有省時(shí)增效、減少化學(xué)試劑使用、改善秸稈生物質(zhì)特性和提高腐解速率的特點(diǎn),是很有發(fā)展前景的預(yù)處理技術(shù)[15]。

秸稈還田過(guò)程中,改變秸稈形態(tài)可以增加秸稈與土壤的接觸面積,加快有機(jī)物質(zhì)的循環(huán)轉(zhuǎn)化,增加土壤養(yǎng)分含量的積累,促進(jìn)作物增產(chǎn),提高經(jīng)濟(jì)效益[16]。膨化預(yù)處理可以破壞生物質(zhì)的層次結(jié)構(gòu),降低纖維素和半纖維素的聚合度,有利于微生物附著和消化酶作用[17]。膨化處理后秸稈呈現(xiàn)粗糙、松散以及破碎的表面結(jié)構(gòu),可能因?yàn)樵谂蚧^(guò)程中,秸稈在高溫高壓的共同作用下,纖維結(jié)構(gòu)和部分低分子量物質(zhì)被軟化,纖維之間的連接開(kāi)始減弱,高壓蒸汽迅速?gòu)睦w維縫隙中釋放出來(lái),破壞纖維素分子內(nèi)的氫鍵,降低纖維間的連接,使纖維間斷裂,彼此分離(圖1)。秸稈炭化還田具有提高土壤碳庫(kù)積累,減少溫室氣體排放,促進(jìn)植物養(yǎng)分吸收,提高作物產(chǎn)量的作用[18-19];秸稈顆粒化還田有利于土壤養(yǎng)分循環(huán),維持土壤肥力,促進(jìn)植物生長(zhǎng)、生物量和養(yǎng)分含量的積累[20];秸稈粉碎還田能降低土壤容重,增加土壤有機(jī)碳和全氮含量[21]。

圖1 兩種秸稈的宏觀形態(tài)Fig.1 Pictures of different straw macromorphology

針對(duì)東北地區(qū)秸稈還田利用率低、效果不明顯的現(xiàn)狀,本研究采用膨化秸稈和常規(guī)秸稈兩種形態(tài)還田,進(jìn)行2 a試驗(yàn),比較膨化秸稈與常規(guī)秸稈的還田效果,研究并明確兩種秸稈在不同還田量下對(duì)水稻氮素利用及產(chǎn)量品質(zhì)的影響,為水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020—2021年在大慶市黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)校內(nèi)盆栽試驗(yàn)基地(46.58°N、125.16°E)進(jìn)行,該地區(qū)屬于溫帶季風(fēng)氣候,海拔143 m,年日照時(shí)數(shù)2 726 h,平均無(wú)霜期166 d,年均氣溫4.2℃,夏季平均氣溫23.2℃,年均降水量427.5 mm,2020年和2021年旬降水量、旬均氣溫如圖2所示,試驗(yàn)土壤養(yǎng)分狀況如表1所示。

圖2 2020年和2021年旬降水量、旬均氣溫情況Fig.2 Ten-day precipitation and average temperature in 2020 and 2021

表1 土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況Table 1 Soil basic nutrient status

1.2 供試材料

供試水稻品種為‘墾粳8號(hào)’,主莖13片葉,株高約94.3 cm,全生育期142 d,≥10℃活動(dòng)積溫約2 650℃。膨化秸稈來(lái)源于黑龍江稻樂(lè)農(nóng)業(yè)科技有限公司,膨化秸稈制備流程如下：將水稻秸稈鍘成1～3 cm小段→裝入膨化加料箱中→螺旋輸送到膨化器中→摩擦生熱→水汽化→膨化器內(nèi)壓力增大至1.0 MPa→瞬間釋放噴出。供試肥料包括普通尿素(N含量46.4%)、重過(guò)磷酸鈣(P2O5含量46%)和硫酸鉀(K2O含量50%)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)水稻秸稈膨化后還田(膨化還田)和未膨化還田(直接還田)兩種還田方式,以當(dāng)?shù)亟斩掃€田量7 500 kg·hm-2為基準(zhǔn),分別設(shè)置4種還田比例,即25%、50%、75%和100%,同時(shí)以秸稈不還田為對(duì)照(CK),共9個(gè)處理(如表2所示),采用單因素完全隨機(jī)設(shè)計(jì),通過(guò)盆栽進(jìn)行試驗(yàn),每盆84 kg土壤,在盆栽裝土?xí)r將秸稈翻埋至土壤中,盆規(guī)格為長(zhǎng)80 cm×寬60 cm×高28 cm,每盆面積0.48 m2。每處理5盆,每盆移栽2行,每行插植8穴,共計(jì)16穴,每穴4苗。插秧規(guī)格為行距30 cm×穴距10 cm。水稻于2020年4月18日播種,5月24日移栽,9月27日收獲;2021年4月18日播種,5月20日移栽,9月20日收獲,生產(chǎn)管理模擬田間栽培措施。基肥分別施尿素、重過(guò)磷酸鈣和硫酸鉀4.97、6.70、3.46 g·盆-1(2020年5月18日,2021年5月14日);分蘗肥施尿素3.72 g·盆-1(2020年5月25日,2021年5月28日);調(diào)節(jié)肥施尿素1.24 g·盆-1(2020年6月30日,2021年6月26日);穗肥分別施尿素和硫酸鉀2.48 g·盆-1和2.30 g·盆-1(2020年7月17日,2021年7月14日)。

表2 不同處理的秸稈還田方式與用量Table 2 Ways and amounts of straw returning to the field for different treatments

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 植株氮素積累與轉(zhuǎn)運(yùn) 將分蘗期、齊穗期和成熟期樣品分為葉片、莖鞘、穗,將樣品置于烘箱105℃殺青30 min,80℃烘干至恒重后,粉碎后過(guò)0.20 mm孔徑篩,消煮,采用全自動(dòng)凱氏定氮儀(KjeltecTM 8400,福斯華(北京)科貿(mào)有限公司,丹麥)測(cè)定氮,并按以下方法計(jì)算氮素積累與轉(zhuǎn)運(yùn)[22]。計(jì)算公式如下：

氮素積累量(g·m-2)=地上部各器官(葉片、莖鞘、穗)干重×地上部(葉片、莖鞘、穗)含氮率

氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量(g·m-2)=齊穗期某器官(葉片、莖鞘)氮素積累量-成熟期該器官(葉片、莖鞘)氮素積累量

氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率(%)=葉片(莖鞘)氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量/齊穗期葉片(莖鞘)氮素積累量×100%

氮素轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率(%)=氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期穗部氮素積累量×100%

成熟期氮素分配比例(%)=地上部(葉片、莖鞘、穗)含氮率/成熟期植株地上部各器官氮素積累量的總和×100%

1.4.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 水稻成熟期各處理按平均穗數(shù)取代表性植株6穴,在陰涼通風(fēng)處干燥后,分為莖鞘和穗,穗部用于考察產(chǎn)量構(gòu)成要素(穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重),計(jì)算理論產(chǎn)量。

1.4.3 品質(zhì) 水稻收獲后脫粒,自然陰干3個(gè)月,待理化性質(zhì)穩(wěn)定后,每處理稱取3份,每份200 g,按《優(yōu)質(zhì)稻谷(GB/T 17891—2017)》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定稻米品質(zhì)。

加工品質(zhì)：采用實(shí)驗(yàn)礱谷機(jī)(FC-2K,YAMAMOTO公司,日本)加工成糙米,計(jì)算糙米率;采用實(shí)驗(yàn)?zāi)朊讬C(jī)(VP-32,山本公司,日本)加工成精米,采用谷粒分析儀(ES-1000,靜岡機(jī)械株式會(huì)社,日本)判別整精米,計(jì)算精米率和整精米率。

外觀品質(zhì)：采用ES-1000便攜式品質(zhì)分析儀測(cè)定堊白粒率和堊白度;營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)：采用近紅外谷物分析儀(FOSS 1241,瑞典福斯公司,瑞典)測(cè)定稻米的蛋白含量和直鏈淀粉含量;食味品質(zhì)：采用米飯食味計(jì)(STA1A,佐竹公司,日本)測(cè)定米飯的食味評(píng)分。

糙米率(%)=糙米重/稻谷重×100%

精米率(%)=精米重/稻谷重×100%

整精米率(%)=精米率×(1-碎米率)

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并作圖,采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行Duncan差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05) 。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田形態(tài)和還田量對(duì)氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)與分配的影響

2.1.1 地上部氮素積累 由圖3可知,在2 a試驗(yàn)中,水稻分蘗期地上部氮素積累量表現(xiàn)為CK>秸稈還田,且兩種還田方式均隨還田量的增加呈明顯降低趨勢(shì),究其原因認(rèn)為是秸稈在腐解過(guò)程中,微生物與植株對(duì)土壤氮素的競(jìng)爭(zhēng)所致;齊穗期膨化還田以P1處理地上部氮素積累最多,2 a間分別較CK顯著提高10.92%和11.66%,直接還田以S1、S2處理氮素積累量最多;成熟期膨化還田以P1處理地上部氮素積累最多,在2 a間分別較CK增加1.11%和10.54%,直接還田S3處理在2020年試驗(yàn)中較CK顯著提高4.99%,在2021年直接還田以S2處理最佳,較CK增加了8.51%。

2.1.2 各器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn) 由表3可知,2 a間不同處理下水稻的氮素運(yùn)轉(zhuǎn)量、運(yùn)轉(zhuǎn)率和貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為葉>莖,膨化還田后水稻的葉片轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和貢獻(xiàn)率均以P1處理最高,其中2020年增長(zhǎng)效果明顯,分別較CK增加了18.34%、3.52%和31.65%,而直接還田表現(xiàn)為S1處理總體效果最佳;2020年膨化還田后水稻的莖鞘轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為P1>P2>P3>P4,與CK相比,P1處理分別提高了10.70%、6.94%和9.56%,直接還田表現(xiàn)為S1>S2>S4>S3,其中S1處理的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率較CK提高了4.41%;2021年膨化還田水稻的莖鞘轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和貢獻(xiàn)率均以P4處理最高,較CK分別提高45.90%、45.15%和50.44%,且膨化還田水稻的莖鞘轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和貢獻(xiàn)率均隨還田量的增加而提高,直接還田水稻莖鞘中氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和貢獻(xiàn)率均以S3處理較高,其中轉(zhuǎn)運(yùn)率、貢獻(xiàn)率較CK分別提高26.37%和3.81%。

注：不同小寫字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平。下同。Note：The different lowercase letters represent the significant difference at P<0.05.The same below.圖3 水稻地上部氮素積累量的比較Fig.3 Comparison of nitrogen accumulation in rice shoot

表3 水稻莖鞘、葉片氮素轉(zhuǎn)運(yùn)的比較Table 3 Comparison of nitrogen transport in stem sheath and leaf of rice

2.1.3 水稻成熟期各器官氮素分配 如表4所示,水稻成熟期各器官中的氮素積累量及分配比例均表現(xiàn)為穗>莖鞘>葉片。就氮素積累量來(lái)看,膨化還田P1處理總體效果最佳,與CK相比,可顯著提高水稻葉片和莖鞘中氮素積累量,增幅為1.90%～14.00%;直接還田水稻的莖鞘、葉片和穗的氮素分別以S4、S1和S3處理積累最多,且S2處理在2021年試驗(yàn)中莖鞘、葉片和穗的積累量分別較CK顯著提高了1.65%、9.26%和11.55%;就氮素在各器官中分配比例來(lái)看,與CK相比,兩種還田方式均使氮素在莖鞘中分配比例呈下降趨勢(shì),2 a間膨化還田水稻的莖鞘氮素比例以P1處理占比最高,明顯高于其他處理,且2 a間較CK分別增加2.52%和1.96%,直接還田以S2處理莖鞘中氮素分配比例最高;2020年葉片的氮素分配比例隨還田量增加呈降低趨勢(shì),膨化還田和直接還田分別以P1和S1處理占比最多,較CK分別提高10.47%和16.86%,P4和S3處理的穗部氮素分配比例明顯高于其他處理,分別較CK顯著增加4.98%和4.38%;2021年膨化還田和直接還田分別以P4和S3處理葉片的氮素占比最高,較CK增加14.24%和11.60%,膨化還田和直接還田的穗部氮素積累分別以P2和S4處理所占比例最高。

表4 水稻成熟期氮素在各器官中的分配Table 4 Distribution of nitrogen in various organs of rice at maturity

2.2 秸稈還田形態(tài)和還田量對(duì)水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

由表5可知,2020年和2021年兩種還田形態(tài)下水稻產(chǎn)量均較對(duì)照有所提高,膨化還田以P1處理最高,較CK分別增加了5.54%和8.93%;直接還田以S3處理最高,2 a間產(chǎn)量較CK分別增加了6.65%和9.14%;從產(chǎn)量的構(gòu)成因素來(lái)看,2020年兩種還田形態(tài)各個(gè)處理的每平方米穗數(shù)均較對(duì)照提高,其中S3處理每平方米穗數(shù)最多(472.29穗·m-2),P1處理次之;2021年各個(gè)還田處理每平方米穗數(shù)均較CK顯著降低;穗粒數(shù)2 a間均以S4處理最多,較CK平均提高了19.65%,但各處理間差異未達(dá)顯著水平;結(jié)實(shí)率以P2處理最高,2 a間較CK分別提高了4.21%和1.42%,P1處理次之;P4處理有利于2020年千粒重的提高,S3處理在2021千粒重最高,P1處理次之,但處理間無(wú)顯著差異。

表5 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的比較Table 5 Comparison of yield and its components

2.3 秸稈還田形態(tài)和還田量對(duì)稻米品質(zhì)的影響

2.3.1 稻米加工品質(zhì) 如表6可知,2 a間稻米的加工品質(zhì)均表現(xiàn)為秸稈還田>CK。其中2020年膨化還田糙米率表現(xiàn)為P2>P1>P4>P3,直接還田表現(xiàn)為S1>S4>S2>S3,總體以S1處理最高,并顯著高于CK;膨化還田精米率以P2處理最高(74.60%),顯著高于其他處理,直接還田精米率以S1處理最高(73.65%),顯著高于CK和S3處理;膨化還田P2處理整精米率最高,較CK提高了1.70%,直接還田S4處理整精米率最高,顯著高于其他處理,較CK顯著提高了3.36%;2021年膨化還田和直接還田的糙米率、精米率分別以P2、S3處理最佳,且二者均顯著高于CK、P1處理;膨化還田的整精米率表現(xiàn)為P3>P4>P2>P1,直接還田的整精米率表現(xiàn)為S4>S3>S1>S2,其中P3和S4處理整精米率分別較CK提高6.04%和9.58%,且S4處理顯著高于其他處理。

表6 稻米加工品質(zhì)的比較Table 6 Comparison of rice processing quality

2.3.2 稻米外觀品質(zhì) 如表7可知,2020年堊白粒率和堊白度除P4處理外均表現(xiàn)為秸稈還田>CK,但在2021年略有不同,表現(xiàn)為CK>直接還田>膨化還田,且2 a間膨化還田和直接還田稻米的堊白粒率、堊白度均以100%還田量最低,較CK相比,2 a間均以膨化還田P4處理總體降低效果最明顯,表明高還田量利于改善稻米的外觀品質(zhì)。

表7 稻米外觀品質(zhì)的比較Table 7 Comparison of rice appearance quality

2.3.3 稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì) 如圖4可知,2 a間稻米蛋白質(zhì)含量均以S4處理最低,還田量較低的處理(25%和50%)中,膨化還田較直接還田更有利于降低蛋白質(zhì)含量,改善食味,但在還田量較高的處理(75%和100%)中,較CK相比,兩種秸稈還田處理的蛋白質(zhì)含量更容易降低;2 a間直鏈淀粉含量均以直接還田S1處理最低,2020年S1處理顯著低于P1、P2、S2、S4處理,2021年S1處理顯著低于CK、P3、S2處理。

圖4 稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的比較Fig.4 Comparison of nutritional quality of rice

2.3.4 稻米食味品質(zhì) 由表8可知,較CK相比,2 a間秸稈還田處理均提高了稻米的食味評(píng)分,表現(xiàn)為膨化還田>直接還田,其中,膨化還田處理間表現(xiàn)為P2>P4>P1>P3,2 a間均以P2處理食味評(píng)分最高,分別為76.97分和81.71分;直接還田處理間表現(xiàn)為S4>S3>S2>S1,2 a間均以S4處理食味評(píng)分最高,分別為76.71分和81.53分。由此可見(jiàn),較CK和直接還田相比,膨化還田更有利于稻米食味品質(zhì)的改善。

表8 稻米食味品質(zhì)的比較Table 8 Comparison of rice eating quality

3 討 論

3.1 秸稈還田形態(tài)和還田量對(duì)水稻氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)與分配的影響

氮素是植物體內(nèi)多種化合物的物質(zhì)基礎(chǔ),其供應(yīng)狀況與植物體內(nèi)各種物質(zhì)及能量的轉(zhuǎn)化密切相關(guān)[22]。前人研究表明[23],秸稈還田使水稻生育前期的氮素積累量呈降低趨勢(shì),一方面是因?yàn)榻斩掟B(yǎng)分釋放較慢,另一方面是由于秸稈的高碳氮比導(dǎo)致土壤微生物在作物生育前期與植株?duì)帄Z氮素。孔麗麗等[24]研究發(fā)現(xiàn),秸稈還田增加了水稻生育中后期的氮素積累量,促進(jìn)氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn),具有提高水稻產(chǎn)量和氮素利用效率的雙重作用。秸稈還田前期不利于植株氮素積累,在生育后期可以促使土壤微生物活性和數(shù)量的增加[25],提高土壤的供氮能力,利于植株對(duì)氮素的吸收和積累[26]。本試驗(yàn)結(jié)果與前人研究結(jié)果基本一致,膨化還田更利于提高水稻的氮素吸收和利用,植株中氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)主要以葉片為主,莖鞘和葉片積累的氮素不斷向生殖器官轉(zhuǎn)移,不同還田量之間以P1處理葉片的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量最高,2 a間氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率分別為81.41%和74.18%,葉片對(duì)籽粒總氮貢獻(xiàn)率2 a間分別為66.31%和49.75%,且膨化還田P1和P4處理有利于提高莖鞘氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)量,氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率為56.53%和40.67%,莖鞘對(duì)籽粒總氮貢獻(xiàn)率為33.16%和27.26%;成熟期氮素積累主要集中在籽粒部分,膨化還田以P4和P2處理最佳,高于CK和直接還田,分配比例達(dá)75.51%和66.11%,其他非籽粒部分的氮素分配比例表現(xiàn)為莖鞘>葉片。表明膨化還田可以快速供給土壤氮素,提高植株氮素的積累,促進(jìn)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為糖類物質(zhì),為水稻生長(zhǎng)提供充足養(yǎng)分,促使?fàn)I養(yǎng)器官積累的氮素向穗部轉(zhuǎn)移,直接影響水稻產(chǎn)量。

3.2 秸稈還田形態(tài)和還田量對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

前人在秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量的影響方面進(jìn)行了大量研究,李錄久等[27]研究發(fā)現(xiàn),秸稈還田后水稻每穗粒數(shù)明顯增多,結(jié)實(shí)率提高,千粒重有所增長(zhǎng),最終提高了籽粒產(chǎn)量。汪軍等[28]研究認(rèn)為,較秸稈不還田相比,秸稈還田有利于后期籽粒灌漿結(jié)實(shí),促進(jìn)穗粒數(shù)的增加,結(jié)實(shí)率、千粒重有所提高,增加經(jīng)濟(jì)效益。2 a的研究結(jié)果表明,秸稈膨化還田有利于穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率的增加,且產(chǎn)量有所提高,與前人結(jié)果基本一致,但只有P2處理達(dá)到顯著水平,原因可能是北方土壤溫度低,秸稈腐解速度慢,營(yíng)養(yǎng)并未完全釋放,可以嘗試多年連續(xù)還田條件下進(jìn)一步研究。另外,2021年較2020年的穗粒數(shù)和產(chǎn)量明顯降低,可能是由于2021年7月中下旬(水稻減數(shù)分裂期)降水較多,氣溫較低影響了穗粒數(shù)所致(見(jiàn)圖2)。

3.3 秸稈還田形態(tài)和還田量對(duì)稻米品質(zhì)的影響

劉鴻飛[29]研究發(fā)現(xiàn),秸稈還田在促進(jìn)植株養(yǎng)分積累的同時(shí),降低稻米的堊白粒率、堊白度和直鏈淀粉含量,提高稻米的淀粉峰值粘度、崩解值和膠稠度,改善了稻米品質(zhì)。王國(guó)驕等[30]研究發(fā)現(xiàn),秸稈還田不會(huì)顯著影響水稻產(chǎn)量,但利于提高稻米食味評(píng)分,改善稻米蒸煮食味品質(zhì)。本研究結(jié)果表明,較CK相比,秸稈還田提高了稻米的糙米率、精米率和整精米率,改善了稻米加工品質(zhì),其中直接還田的糙米率和整精米率優(yōu)于膨化還田,膨化還田精米率優(yōu)于直接還田,膨化還田更有利于降低稻米的堊白粒率和堊白度,其中100%還田量下的堊白粒率與堊白度均低于CK和其他還田處理,但2021年的堊白粒率與堊白度均明顯低于2020年,可能是由于年際氣候差異所致,有待進(jìn)一步研究;在25%和50%還田量下,膨化還田較直接還田更有利于降低稻米蛋白質(zhì)含量,兩種秸稈還田處理75%和100%還田量的蛋白質(zhì)含量較CK更容易降低;膨化還田的食味評(píng)分優(yōu)于直接還田,總體以P2處理最高,可能是秸稈還田改善了水稻生育后期的營(yíng)養(yǎng)狀況和生理活性,從而提高群體的光合生產(chǎn)能力,利于光合產(chǎn)物直接運(yùn)往穗部,促進(jìn)穗部的物質(zhì)合成與積累,使稻米品質(zhì)得到改善,與袁玲等[31]研究認(rèn)為的還田后秸稈中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在微生物的作用下完全分解和礦化、易被水稻所轉(zhuǎn)化吸收,從而促進(jìn)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素向籽粒庫(kù)的轉(zhuǎn)移和積累的結(jié)論相一致,表明膨化后秸稈還田在保證產(chǎn)量的同時(shí),可以提高稻米的品質(zhì)。

4 結(jié) 論

2 a試驗(yàn)結(jié)果表明,與對(duì)照相比,25%秸稈膨化還田處理能提高齊穗期和成熟期植株中氮素的積累,并促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)器官中的氮素向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn),提高轉(zhuǎn)運(yùn)率,增加了氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率,提高了氮素利用效率。2 a間兩種秸稈還田形態(tài)均較對(duì)照提高了水稻產(chǎn)量,秸稈膨化還田表現(xiàn)為25%還田量處理增產(chǎn)效果最佳,產(chǎn)量較CK分別增加了5.54%和8.93%;秸稈直接還田以75%還田量處理增產(chǎn)效果最佳,較CK分別增加了6.65%和9.14%;秸稈膨化還田和秸稈直接還田增產(chǎn)的主要原因是穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率的增加。2 a試驗(yàn)說(shuō)明了秸稈膨化還田和秸稈直接還田處理均改善了稻米的加工品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和食味品質(zhì),但各處理間差異未達(dá)顯著水平。從水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的角度分析,秸稈膨化還田量為25%的處理有利于水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的提高,秸稈直接還田量為75%的處理次之。