油菜秸稈還田下不同水稻栽培模式對產量和氮肥利用率的影響

程建平 李進蘭 李陽 徐得澤 趙鋒 汪本福 張枝盛 費利紅 張璟

摘要：在油菜秸稈全量還田下，結合不同氮肥用量、栽培密度和水分管理措施構建6種栽培模式，并考察不同栽培模式對水稻產量形成和肥料利用的影響。結果表明，與常規常密模式（T2）相比，常規密度減氮模式（T4）水稻產量降低，而常規氮肥增密模式（T3）、增密減氮模式（T5）和前期控水模式（T6）的水稻產量分別增加了6.96%、3.24%、8.96%;不施氮處理（T1）總產量顯著低于其他處理。增密減氮模式增加了水稻群體數量，不僅彌補了因個體穗粒數降低而對產量的不利影響，而且還增加了產量，并顯著提高了氮肥利用率。

關鍵詞：油菜秸稈還田;栽培模式;水稻產量;氮肥利用率

中圖分類號：S511.4;S318? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）24-0062-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.24.017? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： Six cultivation modes were constructed by different nitrogen application， planting density， and water management under the condition of total amount of rape straw returned to the field. And the effects of different cultivation modes on rice yield formation and fertilizer utilization were investigated during the rice growing season. The results showed that compared with normal nitrogen application， planting density and water management （T2）， normal planting density and low nitrogen application （T4） decreased rice grain yield and high planting density （T3）， high planting density with nitrogen reduction （T5） and water control in early growth stage（T6） increased rice grain yield by 6.96%， 3.24% and 8.96%， respectively. In addition， rice grain yield of no nitrogen application （T1） was significantly lower than other treatments. Moreover， although reduce the individual grain number per panicle， high planting density with nitrogen reduction（T5） improved population size， thus increased rice grain yield and nitrogen use efficiency.

Key words： rape straw return to the field; cultivation mode; rice grain yield; nitrogen use efficiency

合理的群體分布是協調群體與個體矛盾的最佳措施，也是提高水稻產量的有效途徑之一[1]。隨著中國水稻生產機械化程度不斷提高，尤其是以機直播和機插秧為代表的機械化水稻種植的普及，機械化能夠降低勞動強度、提高生產效率的顯著優勢受到廣大從事稻作人員的普遍認可。然而，目前水稻機械化生產仍然有許多關鍵問題亟待解決。比如農機農藝融合的問題。農戶在機插秧條件下，為了節約水稻用種成本，栽插密度往往不足。此外，為了減少施肥次數往往會加大基蘗肥的施用比例，為在低密度下獲得更高的莖蘗數和有效穗數，會盲目提高氮肥總施用量[2]。這樣會導致群體分布不合理，基本苗和有效穗數不足，降低水稻產量;另外，由于前期氮肥施用過多，會降低氮肥利用效率、導致面源污染。因此，優化栽插密度和氮肥施用對提高水稻機械化生產具有重要意義。

稻-油輪作是湖北省主要的種植模式之一，其種植模式主要分布在鄂東丘陵地帶和江漢平原[3]。本研究在稻-油輪作油菜秸稈全量還田條件下，依據氮肥管理、機插密度及水分管理措施的差異構建6種栽培模式，明確其對水稻產量和氮肥利用率的影響，以期為湖北省稻-油輪作區水稻機械化生產提供技術參考。

1? 材料與方法

1.1? 試驗地點

試驗設置在湖北省荊門市沙洋縣曾集鎮張池村（E111°47′，N30°51′），該區為典型一年稻、油兩熟復種輪作區，屬亞熱帶濕潤大陸季風氣候，四季分明、光能充裕、熱量豐富、雨量適中、雨熱同季，年均氣溫16.1 ℃、降水量1 025.6 mm。供試土壤為紅棕壤發育而成的水稻土，土壤肥力水平中等，試驗區地勢平坦，易于機械化操作。

1.2? 試驗品種

水稻品種為和兩優332，前茬為油菜，種植品種為華油雜62R。

1.3? 試驗處理

種植模式為稻-油輪作，油菜于2016年10月上中旬播種，播種量為5.25～6.75 kg/hm2，2017年5月20日收獲。水稻于2017年5月10日播種，5月30日插秧，9月25日收獲。

試驗為隨機區組設計，共設置6種種植模式，3次重復，共18個小區，小區面積109 m2。油菜收獲后秸稈粉碎還田（粉后秸稈長度10 cm左右），翻耕（深度為15～20 cm）后泡田、耙田機插秧，秸稈全量還田。

T1：不施氮肥，常規密度，常規水分管理。肥料管理，不施氮肥;磷肥（P2O5，75 kg/hm2）作為底肥1次施用;鉀肥（K2O 75 kg/hm2）作為底肥與穗肥各施用一半。常規密度，插秧規格為3 cm（行距）×20 cm（株距），取秧量為2～3株/穴（下同）。常規水分管理，前期保持淺水（1～3 cm）、中期排水烤田、后期干濕交替（每次灌水后自然落干）。

T2：常規肥料管理，常規密度，常規水分管理。常規肥料管理，氮肥（純氮、180 kg/hm2）分別作為基肥、分蘗肥以及穗肥以5∶3∶2的比例施用;磷肥（P2O5，

75 kg/hm2）作為底肥1次施用;鉀肥（K2O，75 kg/hm2）作為底肥與穗肥各施用50%。常規密度，與T1相同。常規水分管理，與T1相同。

T3：常規肥料管理，增密，常規水分管理。常規肥料管理，與T2相同。增密，種植規格為30 cm（行距）×16 cm（株距）。常規水分管理，與T1相同。

T4：減氮，常規密度，常規水分管理。減氮，氮肥在T2的基礎上減少20%，氮肥（純氮、144 kg/hm2）分別作為基肥、分蘗肥以及穗肥以4∶3∶2的比例施用;磷肥和鉀肥施用與T1相同。常規密度，與T1相同。常規水分管理，與T1相同。

T4：減氮，常規密度，常規水分管理。減氮，氮肥在T2的基礎上減少20%，氮肥（純氮、144 kg/hm2）分別作為基肥、分蘗肥以及穗肥以4∶3∶2的比例施用;磷肥和鉀肥施用與T1相同。常規密度，與T1相同。常規水分管理，與T1相同。

T5：減氮，增密，常規水分管理。減氮，肥料管理與T4相同。增密，種植規格與T3相同。常規水分管理，與T1相同。

T6：常規肥料管理，常規密度，常規水分管理。常規肥料管理，與T2相同。常規密度，與T1相同。前期控水，在苗返青期保持淺水，之后保持無水層，每次灌水后自然落干、在其中期排水烤田、后期干濕交替（保持每次灌水后自然落干）。

1.4? 測定指標與方法

1.4.1? 產量及產量構成? 水稻成熟后，各試驗小區隨機選取3個2 m2田塊人工收割，脫粒后烘干測定實際產量;每小區以5點取樣法取樣，每個樣點連續取10穴，共50穴，統計有效穗數。根據其平均值取有代表性的植株3穴，考察有效穗數、每穗粒數、結實率和千粒重等產量構成指標。

1.4.2? 干物質重? 分別于水稻的分蘗期、孕穗期、齊穗期、灌漿期和收獲期，按照各時期平均分蘗數，分別取3穴水稻，經過莖、葉、穗分離后在105 ℃下殺青1 h后，80 ℃烘干至恒重，在天平上稱重。

1.4.3? 氮肥利用率? 在水稻成熟期取樣，測定地上部植株氮含量，植株氮測定采用凱氏定氮法。水稻氮肥利用率參考以下公式計算。

1.5? 數據統計與分析

使用Excel和SPSS 17.0軟件進行數據處理和統計分析。處理間比較采用One-way ANOVA分析，差異顯著性分析用Duncan氏比較。

2? 結果與分析

2.1? 不同栽培模式對水稻產量構成的影響

由表1可知，施肥處理均較不施氮（T1）有效穗數和穗粒數明顯增加，且實際產量顯著提高。與常肥常密（T2）相比，增密常肥（T3）水稻穗粒數和結實率分別提高了6.41%和4.48%，千粒重也提高了1.24%，有效穗數降低了4.83%。但其實際產量仍較T2顯著提高，增加了6.96%。說明常規施肥條件下，增加栽插密度，可顯著增加產量。常密減氮（T4）有效穗數較T2降低了6.88%，結實率也降低了4.64%，雖然其穗粒數提高了7.36%，但實際產量較T2仍表現為減產0.25%。這說明常規栽插密度條件下，降低氮肥用量，對產量形成不利。與T2相比，增密減氮（T5）有效穗數增加17.24%，而穗粒數相對降低了12.71%，實際產量較T2提高了3.23%。說明增密減氮模式，增加了有效穗數，增加了群體數量，彌補了個體的穗粒數降低的影響，可以一定程度上提高產量。前期控水（T6）與T2相比，主要是穗粒數顯著增加，提高了15.93%，其實際產量提高了8.96%。這說明通過前期適當的控水措施，可以促進大穗的形成。

2.2? 不同栽培模式對水稻干物質量的影響

從圖1可見，水稻群體干物質量隨生育期向后推移均逐漸提高。T1不施用氮肥，其各個時期干物質量均明顯低于其他處理。孕穗期，T3干物質量較高，而以后幾個時期與其他幾個施氮處理均差異不明顯。增密常規氮肥可能造成大量無效分蘗的產生，隨個體間競爭加大，整體干物質量提高幅度降低。T6齊穗后干物質積累量占整個總干物質量的30.0%，可見，通過前期控水模式有利于控制前期群體的數量，有利于個體后期干物質量的積累。

2.3? 不同栽培模式對水稻氮肥利用率的影響

從圖2可見，不同栽培模式對水稻氮肥利用率的影響差異明顯。T3和T4較T2均無顯著差異，說明相同密度下減少氮肥用量或者相同氮肥用量下增加栽插密度對水稻氮肥利用率影響不明顯。T5氮肥利用率最高，較T2提高16.7%，說明增密減氮模式能夠提高水稻氮肥利用率。而T6氮肥利用率顯著低于T2，說明常規氮肥和栽插密度下采用前期控水措施會影響植株氮素的吸收。

3? 小結與討論

3.1? 不同栽培措施對水稻產量形成的影響

本研究表明，在常規施肥條件下，增密措施可以提高水稻有效穗數和產量。錢銀飛等[4]在對不同移栽密度組合下水稻生長發育和產量形成的研究中發現，增加水稻機插密度，可以通過提高水稻密度增加有效穗數，群體密度是機插水稻產量提高的基礎。本研究表明，生產上常用的30 cm（行距）×20 cm（株距）的插秧規格，密度偏低，無法充分發揮機插秧小苗移栽的增產潛力。但在相同肥料用量條件下增加栽插密度，會加劇個體間競爭，進而導致大量無效分蘗產生，增產潛力也不能充分發揮。

氮肥是作物生長發育的必需營養元素，施用氮肥為作物生長補充氮素是保證其高產的重要措施之一[5]。本研究表明，在常規栽插密度條件下，減少氮肥施用量會降低水稻產量。其原因是常規密度條件下基本苗偏低，再減少基肥用量，會進一步降低水稻有效莖蘗數，導致干物質積累量不足，對產量形成造成不利影響。

在本研究中，減氮模式下水稻基肥氮量降低，減少了20%基肥氮量，為彌補基肥減少對水稻分蘗的不利影響，提出了增密減氮措施，即降低了20%基肥氮量的同時增加機插秧基本苗數20%。結果表明，通過增加密度減少氮肥施用量能夠更好的協調群體和個體之間的矛盾，雖然水稻每穗粒數減少了，但是總有效穗數增加了，其產量也呈現不同程度的增加。這一結果與周江明等[2]研究結果一致。何成貴等[6]在云南高山粳稻的研究表明，減少20%氮肥用量、增加30%移栽密度的處理比對照增產4.07%;減少10%氮肥用量、增加20%移栽密度的處理比對照增產6.37%。皮楚舒等[7]在湖北雙季稻以及朱相成等[8]在東北粳稻的研究中也有類似的結果。

前期控水模式穗粒數顯著增加，提高了15.93%，說明水稻生長前期通過適當的控水措施可以促進大穗的形成。劉艷等[9]研究也認為，干濕交替循環控水灌溉的灌水量少，水稻生長健壯，地上部干物質積累量多，有較明顯的節水、增產效應。

3.2? 不同栽培措施對水稻氮肥利用率的影響

在水稻生產過程中減氮20%（基肥），會降低有效穗數，進而減少產量，不利于穩產，但可以提高水稻氮肥利用率。朱相成等[8]研究也有相似結論。但何成貴等[6]研究結果表明，減少20%氮肥用量較減少10%氮肥利用率增加，但增產效果降低，即使提高插秧密度也無法彌補。可見，為維持水稻產量穩定，需保持必要的氮肥供應。劉艷等[9]研究認為，采用干濕交替循環控水灌溉，水稻根系發達，有利于礦質營養的吸收，但本研究中前期控水模式導致肥料利用率降低，其原因可能是秸稈還田和前期節水灌溉降低了氮肥的有效性，抑制了水稻的氮素吸收。通過增密減氮，一方面減少氮肥用量，另一方面能夠維持一定的產量，增加了氮素利用率。朱相成等[8]研究也表明，減氮處理下，增密趨于提高植株氮積累量、氮素回收效率、氮肥農學效率和偏生產力。其原因可能是機插水稻在生育前期的氮素積累量增加，后期向子粒轉運量也相應增加[10]，因此氮肥利用率提高。

本研究系統探討了不同栽培模式對油菜秸稈還田下的水稻產量形成和氮肥利用的影響。研究結果發現，增密減氮模式（T5）增加了群體數量，彌補了個體的穗粒數降低的影響，可以一定程度上提高產量，產量相較常規模式（T2）并沒有降低，而氮肥利用率顯著提高。前期控水模式（T6）產量較常規模式顯著提高，但氮肥利用率較低。因此，增密減氮模式能夠在穩產的情況下，提高氮肥利用率，是一項保障糧食安全同時減少環境影響的栽培技術，可以在湖北油-稻輪作區水稻機械化生產模式下大面積推廣。

參考文獻：

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