氮肥運籌和秸稈還田對直播稻氮素利用和產量的影響

摘要：為揭示精量穴直播栽培過程中不同氮肥運籌和秸稈還田對水稻產量與氮肥利用的作用機制，研究在氮肥施用總量相等的情況，考察氮肥以基肥、分蘗肥、穗肥不同施用比例以及油菜秸稈還田作基肥對水稻生長的莖蘗動態、光能利用、氮肥吸收以及產量構成的影響。結果表明，提高后期氮肥的施用比例（氮肥后移），能顯著降低無效分蘗的數量、提高功能葉葉綠素含量、ＬＡＩ和光合速率，灌漿期葉片氮含量和植株氮積累量明顯提高；采用油菜秸稈還田顯著提高了水稻光合速率（灌漿期）和千粒重。增大穗肥在氮肥施用總量中的比例或以油菜秸稈還田部分代替氮肥施用可顯著提高直播水稻群體光合效率和提高氮肥的利用率，最終取得高產。

關鍵詞：氮肥運籌；秸稈還田；直播稻；產量形成；氮素利用

中圖分類號：Ｓ511.062文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）18－3701-04

Effect of Nitrogen Fertilizer Regimes and Returning Straw on N Availability and Forming Yield of Direct-sowing Rice

ＺＨＡＯ Ｆｅｎｇ１，ＣＨＥＮＧ Ｊｉａｎ－ｐｉｎｇ１，ZHANG Guo-zhong2，ＸＵ Ｄｅ－ｚｅ１，ＷＵ Ｊｉａｎ－ｐｉｎｇ１，ＷＵ Ｊｉ－ｈｏｎｇ3，

ＹＡＮＧ Ｚｈａｏ－ｌｉｎ3， ＭＡ Ｈｕａｎ－ｘｉｎ4

（１． Ｆｏｏｄ Ｃｒｏｐｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｈｕｂｅｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｗｕｈａｎ ４３００６４， Ｃｈｉｎａ；2. Key Laboratory of Key Technology on Agricultural Machine and Equipment（South China Agricultural University） Ministry of Education，Guangzhou 510642， Ｃｈｉｎａ；

3． Ｊｉｎｇｍｅｎ Aｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Tｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Pｒｏｍｏｔｉｏｎ Cｅｎｔｅｒ， Ｊｉｎｇｍｅｎ ４３００６８， Ｈｕｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ；

4． Ｑｉｎｚｈｏｕ Aｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Sｃｈｏｏｌ， Ｑｉｎｚｈｏｕ ５３５０００， Ｇｕａｎｇｘｉ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｆｉｅｌｄ ｓｔｕｄｙ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｒｅｇｉｍｅｓ ａｎｄ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔｒａｗ ｉｎｔｏ ｐａｄｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｉｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｅｃｉｓｅ－ｑｕａｎｔｉｔｙ ｈｉｌｌ－ｄｒｏｐ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ， ｒｉｃｅ ｇｒｏｗｔｈ ｄｙｎａｍｉｃｓ， ｌｉｇｈｔ ｕｓａｇｅ， ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｙｉｅｌｄ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｅｘａｍｉｎｅｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ by ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒａｔｉｏｓ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ， ｔｉｌｌｅｒ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ａｎｄ ｐａｎｉｃｌｅ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ， ａｎｄ whether ｒａｐｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ａｓ ｂａｓｅ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｏｆ ｅａｒ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｒａｔｉｏ ｃｏｕｌｄ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｉｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｉｌｌｅｒ ｎｕｍｂｅｒ， ｂｕｔ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｌｅａｖｅｓ， ＬＡＩ， ａｎｄ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｒａｔｅ． Ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｒａｔｅ ａｔ ｆｉｌｌｉｎｇ－ｇｒａｉｎ ｓｔａｇｅ ａｎｄ １ ０００－ｇｒａｉｎ ｗｅｉｇｈｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｔｒａｗ ｗａｓ ｒｅｔｕｒｎｅｄ ｉｎｔｏ ｐａｄｄｙ ａｓ ｂａｓｅｄ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ． Ｂｏｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｏｆ ｅａｒ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ａｎｄ ｒｅｐｌａｃｉｎｇ ｔｈｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｗｉｔｈ ｒａｐｅ ｓｔｒａｗ ａｓ ｂａｓｅｄ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｃｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ－ｓｏｗｉｎｇ ｒｉｃｅ， ａｎｄ ｃｏｕｌｄ lead to ｈｉｇｈｅｒ ｙｉｅｌｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｒｅｇｉｍｅｓ； ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔｒａｗ； ｄｉｒｅｃｔ－ｓｏｗｉｎｇ ｒｉｃｅ； ｙｉｅｌｄ ｆｏｒｍｉｎｇ； Ｎ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ

我國直播稻面積已達到２００萬ｈｍ２，２００７年約占水稻總面積的７．５％。在長江中下游地區，種植面積呈明顯上升的趨勢［１，２］。與常規移栽稻相比，水稻直播植株損傷輕，秧根入土淺，帶土帶肥，因而表現返青快，分蘗早，分蘗多。由羅錫文等［３］研制的開溝起壟式水稻精量穴直播機，可同步進行開溝、起壟和播種，壟面上的播種小溝增加了水稻根系入土深度，較好地解決了手工直播稻幼苗根系入土較淺而容易倒伏的問題，同時可調節株行距，有效控制高產品種的播種量和基本苗數，變撒播田間的“無序”為“有序”，提高了群體質量［４］。

機直播水稻生長的一個重要特點是分蘗節位低，分蘗力強，生產中仍參照移栽稻的施肥習慣，把大量氮肥在生育前期施入，易造成水稻無效分蘗增多，生育后期早衰，難以取得高產。研究在相同施氮總量的基礎上，探索氮肥分別以基肥、分蘗肥和穗肥不同施用比例和油菜秸稈還田形式施用對水稻產量形成和氮素利用的影響，旨在為水稻高產、優質栽培技術中氮肥的運籌利用提供理論依據。

１材料與方法

１．１試驗地點概況

試驗點設在湖北省農業科學院南湖試驗站內。土壤類型為黃棕壤發育的黃棕壤性水稻土，屬于潴育型水稻土亞類，黃泥田土屬。試驗田肥力均勻、田面平整、排灌方便。試驗于２０１０年５~１０月進行。試驗田土壤有機質 ２５．８２ ｇ／ｋｇ，ｐＨ值 ７．５７，堿解氮 １０２．３３ ｍｇ／ｋｇ，速效磷 １２．１９ ｍｇ／ｋｇ，速效鉀 １６０．８３ ｍｇ／ｋｇ，土壤肥力中等。試驗田交通方便，灌排條件完善。試驗所選用品種材料為揚兩優６號，機直播。１．２試驗設計

氮肥運籌設置：①Ｎ１． ７０∶３０∶０（７０％Ｎ基施， ３０％Ｎ作分蘗肥，不施穗肥，傳統施肥方式）；②Ｎ２． ５０∶３０∶２０（５０％Ｎ基施，其中包括油菜秸稈還田所施入的氮，３０％Ｎ作分蘗肥，２０％Ｎ作穗肥）；③Ｎ３． ５０∶３０∶２０（５０％Ｎ基施，３０％Ｎ作分蘗肥，２０％Ｎ作穗肥）；④Ｎ４． ３０∶３０∶４０（３０％Ｎ基施，３０％Ｎ作分蘗肥，４０％Ｎ作穗肥）。氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀。各處理Ｎ、Ｐ、Ｋ肥用量相同，分別為純氮２２５ ｋｇ／ｈｍ２，Ｐ２Ｏ５ １２５ ｋｇ／ｈｍ２，Ｋ２Ｏ １８０ ｋｇ／ｈｍ２。４月７日機直播，種植株行距２０ ｃｍ×２５ ｃｍ。小區面積為１５ ｍ×２４ ｍ＝３６０ ｍ２，３次重復，隨機區組設計。各小區間筑高２０ ｃｍ、寬４０ ｃｍ的田埂，并用塑料薄膜包埂，以防止肥水流失及相互滲透，各小區單獨排灌。其他田間管理方法與直播技術規程相同。

１．３測定項目與方法

生育進程和分蘗動態測定：每處理定苗２０叢，記載生育進程，在抽穗揚花前每５天記載一次分蘗動態；分別于齊穗和灌漿期采用冠層分析系統（ＳｕｎＳｃａｎ，英國Ｄｅｌｔａ－Ｔ公司）測定植株中部的葉面積指數（Ｌｅａｆ ａｒｅａ ｉｎｄｅｘ，ＬＡＩ）；采用多功能光合作用測定系統（Ｐｒｏ＋，英國ＡＤＣ公司）測定凈光合速率；采用喬富廉酒精丙酮混合浸提法［７］測定葉綠素含量；采用凱氏半微量定氮儀ＵＤＫ１５２（意大利ＶＥＬＰ／香港）測定總氮含量；分別于分蘗期、孕穗期、齊穗期和收獲期自田間按各小區平均莖蘗取３穴水稻，并分別按莖鞘、葉和穗分開，于烘箱中１０５ ℃殺青后，８０ ℃烘干至恒重；考種與測產：谷粒成熟時，去掉邊行后，每小區以３點取樣法取樣，每個樣點連續取１０穴，共３０穴，記載各穴有效穗數，并計算成穗率；根據其平均值取有代表性的植株５穴，測定水稻各經濟性狀，包括有效穗數、每穗穎花數、結實率、千粒重；同時，各小區單收單打，計算實際產量。

２結果與分析

２．１不同氮肥運籌下的莖蘗動態

隨氮肥后移，水稻分蘗前期增長速率減小，分蘗峰值呈現顯著差異（Ｐ＜０．０５），依次為Ｎ１＞Ｎ２＞Ｎ３＞Ｎ４，而分蘗穩定時的數值，處理間未見顯著差異（圖１）。不同氮肥處理無效分蘗占高峰值分蘗的比例隨氮肥后移逐漸降低，依次為５３．０％、４４．７％、４０．４％和３１．７％。Ｎ２較Ｎ３分蘗峰值稍高，無效分蘗較多。

２．２不同氮肥運籌下的光合特性

２．２．１高效葉片的葉綠素含量由圖２可見，孕穗期（施用穗肥后），Ｎ１葉綠素含量顯著低于其余處理，而穗肥比例越大，高效葉片的葉綠素含量越高，齊穗期和灌漿期也是如此。Ｎ２和Ｎ３葉綠素含量差異不顯著。

２．２．２葉面積指數由圖３可見，在不同生育期水稻的葉面積指數受氮肥運籌的影響而差異顯著。分蘗期和孕穗期，Ｎ１的ＬＡＩ均最高，但齊穗后下降相對較為迅速。氮肥后移前期葉面積指數較低，但后期葉面積指數保持較高水平，其中Ｎ４齊穗期ＬＡＩ為８．７，在收獲期還有相對較高的ＬＡＩ。油菜秸稈還田（Ｎ２）分蘗期ＬＡＩ相對較低，但齊穗期ＬＡＩ較高。

２．２．３光合特征由表１可見，水稻群體光合特征在不同氮肥運籌下差異顯著。Ｐｎ呈現Ｎ４＞Ｎ2＞Ｎ３＞Ｎ１。可見在氮肥后移的情況下，能夠顯著提高灌漿期的光合能力，而以油菜秸稈還田也較化肥作基肥更有利于提高水稻的光合能力。Ｎ４的Ｃｉ顯著低于其余處理，說明氮肥后移的水稻細胞間碳同化速率較快。從氣孔導度來看，處理間差異并不明顯，說明碳同化速率增大并非由氣孔的擴張和縮小引起。

２．３不同氮肥運籌下的氮肥利用狀況

灌漿期水稻高效葉片含氮量Ｎ４最高，其余處理差異不顯著；Ｎ２和Ｎ３差異不顯著（圖4ａ）。氮積累量隨穗肥比例增加而增加，Ｎ２和Ｎ３氮積累量差異不顯著（圖4ｂ）。由此可見，油菜秸稈還田對水稻氮積累量影響不大，但隨穗肥比例增加而有所提高。

２．４不同氮肥運籌下的生物量

由圖5可見，水稻生物量處理間的差異隨生育時期的改變而不同。分蘗期，水稻生物量Ｎ４＞Ｎ３＞Ｎ１，其中Ｎ２和Ｎ１間未見顯著差異，生物量有隨前期施肥量增加而下降的趨勢。孕穗期和齊穗期，隨著水稻個體增大、群體數量由增到減，其處理間的總體生物量差異不顯著。但收獲期，Ｎ１的生物量顯著低于其余處理，Ｎ２、Ｎ３和Ｎ４間差異不顯著。

２．５不同氮肥運籌下的產量及其構成

由表２可見，在不同氮肥運籌下，水稻產量及其構成因素差異顯著。Ｎ４產量顯著高于其余處理，其中較Ｎ１產量增加２７％。隨穗肥比例后移，產量顯著提高且N2高于N3。從產量構成因素上看，不同處理間有效穗數差異不顯著，其余構成因素不同處理間差異均達顯著水平。其中每穗粒數以Ｎ４最大，Ｎ２和Ｎ３間差異不顯著，但均顯著高于Ｎ１。結實率Ｎ１均顯著低于其余處理。千粒重以Ｎ２最大，以油菜秸稈還田做基肥水稻千粒重增加，其余處理間未見顯著差異。

３結論與討論

３．１油菜秸稈還田作基肥對直播稻的影響

采用油菜秸稈還田作基肥（Ｎ２），較相同施氮模式（Ｎ３），產量明顯提高。其主要原因是該模式齊穗期保持相對較高的ＬＡＩ，促進了水稻子粒的充分灌漿，進而提高了千粒重。油菜秸稈還田能夠顯著培肥土壤，章秀福等［５］采用油菜秸稈還田曾經創造了早稻高產紀錄。徐國偉等［６］研究指出，秸稈還田結合實地氮肥管理（ＳＳＮＭ）可增加產量，改善稻米品質，提高氮肥利用率。油菜秸稈作為肥料，除能提供氮、磷、鉀等元素外，其中的硫甙等成分對土壤起到一定的清潔作用［７，８］，有利于水稻植株根系的生長、肥料的利用，進而取得較高的產量。

３．２氮肥運籌對直播稻的影響

水稻直播后有一個萌發和出苗過程，苗期持續的時間較長，需肥量較小，采取與移栽相同的施肥模式易造成前期肥料流失和后期肥料的缺乏，不利于氮肥的有效利用和水稻優質群體的形成。陳鏡任等［９］指出基肥用量對水稻旱直播產量有顯著影響。程文等［１０］認為氮肥流失不是按施肥量比例減少而減少，而是與氮肥施用方式有關，研究發現，采用純氮施用基肥、分蘗肥和穗肥按７０∶３０∶０比例后，水稻前期生長較快，無效分蘗較多，后期葉綠素和葉片含氮量較低，有倒伏現象，從而導致水稻產量較低。采用氮肥適當后移，有利于形成較為合理的群體結構，表現為灌漿期的光合速率和氮肥利用率的提高，進而促進子粒充分灌漿，最終取得高產。然而，研究所設基肥、分蘗肥、穗肥比例較少，繼續減少基肥比例、提高穗肥用量是否會對水稻生長和氮素利用產生不良影響仍需進一步驗證。

參考文獻：

［１］ 鄭克武． 客觀面對直播稻的迅速發展研究掌握直播稻的穩產技術［Ｊ］． 江蘇農業科學，２００９（１）：５９－６２．

［２］ 周林杰，羅兵前．江蘇省直播技術應用現狀與對策［Ｊ］．江蘇農業科學，２００８（３）：１６－１９．

［３］ 羅錫文，劉濤，蔣恩臣，等．水稻精量穴直播排種輪的設計與試驗［Ｊ］．農業工程學報，２００７，２３（３）：１０８－１１２．

［４］ 羅錫文，蔣恩臣，王在滿，等．開溝起壟式水稻精量穴直播機的研制［Ｊ］．農業工程學報，２００８，２4（１２）：52-56．

［５］ 章秀福，王丹英，周昌南，等．早稻單產６３９．７ｋｇ／６６７ｍ２的生育特性及其栽培調控技術［Ｊ］．中國稻米，２００５（５）：２８－２９．

［６］ 徐國偉，談桂露，王志琴，等．秸稈還田與實地氮肥管理對直播水稻產量、品質及氮肥利用的影響［Ｊ］．中國農業科學，２００９，42（８）： ２７３６－２７４６．

［７］ 李培武，趙永國，張文，等．中國甘藍型油菜硫苷含量及組份分析［Ｊ］．中國農業科學，２００５，３８（７）：１３４６－１３５２．

［８］ 符冠富，王丹英，章秀福．稻田冬季保護性耕作的農業和生態意義［Ｊ］．中國稻米，２００７（４）：１－３．

［９］ 陳鏡任，梁煒，劉海沖．不同基肥用量對水稻旱直播產量的效應［Ｊ］．廣西農學報，２００９，２４（１）：４－６．

［１０］ 程文，李勇，朱亮．太湖地區直播稻田氮素的滲漏損失研究［Ｊ］．安徽農業科學，２００９，３７（６）：２６２０－２６２１，２７１７．