油稻稻秸稈還田下氮肥運籌對雙季稻產量及氮素吸收利用的影響

肖小軍，鄭 偉，肖國濱，黃天寶，李亞貞，肖富良，韓德鵬，余跑蘭，秦 超，呂偉生

（江西省紅壤研究所／江西省紅壤耕地保育重點實驗室／農業農村部江西耕地保育科學觀測實驗站，進賢 330046）

施用氮肥是調控作物群體生長的關鍵措施，對作物高產形成具有重要的影響［1］。氮肥的合理運籌，不僅能提高作物產量和氮肥利用效率［2，3］，改善農產品質量［4］，而且還能降低施用化學氮肥帶來的環境污染［5］。無論是單季稻還是雙季稻，以往普遍存在前期氮肥“一炮轟”造成利用率低的問題［2］，總體而言，氮肥分期施用、前肥后移有利于協同提高水稻產量和氮肥利用率［3］。因此，近年來水稻生產中的前氮后移技術正逐步推廣，基本是按40%～60%基肥、20%～30%分蘗肥和20%～40%穗肥進行3次施用。隨著作物機械收獲的發展和禁止焚燒秸稈政策的實施，秸稈切碎全量還田已成為趨勢，且機械耕作的應用也減少了秸稈還田對后茬耕作的干擾［6，7］。然而秸稈碳氮比較大，直接全量還田下腐解過程中存在微生物大量繁殖并與下季作物爭氮現象，如果仍按照以往前肥后移的方式進行氮肥施用，常會導致水稻前期缺氮甚至僵苗［8，9］。為應對這一現象，實際生產上常在基肥中增施一定比例氮肥，但在水稻中后期，土壤中的微生物將緩慢釋放可供作物吸收利用的氮素，這又容易導致水稻在前期增氮和氮肥后移的情況下發生貪青晚熟［10，11］。

稻油和稻麥水旱輪作是長江流域稻田的主要種植模式，其中江西、湖南雙季稻區以油稻和油稻稻輪作為主［12，13］。目前關于水旱輪作秸稈還田下水稻氮肥運籌的研究較多，由于輪作制度、生態條件等不同，研究結論存在一定差異，而針對油稻稻三熟制的相關研究鮮見報道。胡雅杰等［14］研究表明，在稻麥輪作秸稈全量還田下，不增加氮肥總量，適當提高基肥施用比例，即可提高水稻群體質量、氮素吸收量和氮肥利用率。叢日環等［10］、張維樂等［11］研究發現，在秸稈還田下稻麥和稻油水旱輪作模式均可通過氮肥前移以保證水稻高產或穩產，同時維持較高的氮肥利用率。相比兩熟制，三熟制秸稈還田量大且水稻季茬口緊，如何充分利用秸稈帶入的氮素從而調控水稻季氮肥的施用是一個值得探究的課題。因此，本研究在江西三熟制區開展秸稈還田下雙季稻的氮肥運籌試驗，探究三熟秸稈全量還田后不同氮肥運籌對水稻產量及氮素吸收利用的影響，以期為該輪作模式氮肥調控和秸稈利用提供理論依據和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗于2018年在江西省紅壤研究所試驗基地（東經116°20′24″，北緯28°15′30″）進行，前茬是三熟制油菜。試驗地土壤母質為第四紀紅色粘土，為亞熱帶典型紅壤分布區。試驗地肥力中等，pH5.25，有機質23.19 g／kg，全氮1.98 g／kg，堿解氮、有效磷及速效鉀分別為148.74、26.38和123.69 mg／kg。水稻季（4～10月）各月的氣溫分布和日照時數變化如圖1所示。

圖1 水稻季各月的氣溫分布和日照時數變化Fig.1 Monthly air temperature and sunshine duration during rice growth season

1.2 供試材料

供試品種為秈型常規早稻中嘉早17（全生育期110 d左右）和秈型雜交晚稻早豐優華占（全生育期115 d左右）。氮肥為含氮46%的普通尿素，磷肥為含P2O512%的鈣鎂磷肥，鉀肥為含K2O 60%的氯化鉀。

1.3 試驗設計

試驗共設置5個氮肥運籌處理，分別為：（1）秸稈不還田＋氮肥3次施用（基肥∶蘗肥∶穗肥＝5∶3∶2，下同）（N3）；（2）秸稈還田＋氮肥3次施用（S＋N3）；（3）秸稈不還田＋氮肥2次施用（基肥∶蘗肥＝7∶3，下同）（N2）；（4）秸稈還田＋氮肥2次施用（S＋N2）；（5）秸稈還田＋高量氮肥3次施用，其中基肥增施20%氮肥（S＋HN3）。采用單因素隨機區組設計，重復3次，小區面積8 m×5 m＝40 m2，總共15個小區。試驗處理間作40 cm田埂并覆膜，以防止串水串肥。

早、晚稻常規施氮量分別為150 kg／hm2、165 kg／hm2，增施氮肥處理分別為180 kg／hm2、198 kg／hm2。磷肥一次性基施75 kg／hm2（P2O5），鉀肥90 kg／hm2（K2O）分基肥和穗肥7∶3兩次施用。試驗前茬為三熟制早熟油菜陽光131，于頭年10月22日全田套播，次年4月27日機械收獲，秸稈粉碎全量還田（還田量約4000 kg／hm2）。早稻于4月2日播種，5月1號移栽，7月20日成熟測產；晚稻于6月29日播種，7月25日移栽，10月24日成熟測產。采用塑盤泥漿育秧和人工模擬機插，栽插規格25 cm×14 cm，早、晚稻每穴基本苗各為5根和3根。其他田間管理按一般高產栽培技術規程進行。

1.4 樣品采集及測定方法

（1）地上部干物質積累量。成熟期，每小區按平均莖蘗法隨機取6穴（小區邊行不取），按莖、葉、穗各部位分開殺青、烘干、稱重，測定各處理植株干物質積累情況。

（2）產量及其構成因素。成熟期，在每小區按平均莖蘗法隨機取6穴（小區邊行不取），作為考種樣本，考查每穗總粒數、結實率、千粒重等產量構成因素。之后，每個小區采取人工單獨收割250穴，脫粒后單獨曬干稱重，并換算成標準產量。

（3）植株含氮率。結合成熟期地上部干物質量測定，將植株樣品用粉碎機粉碎，再用凱氏定氮儀Foss 2300測定含氮率。

1.5 相關指標計算

按彭少兵等［2］的方法計算氮素吸收量和氮肥利用效率指標：

作物地上部吸氮量（kg／hm2）＝成熟期單位面積地上部干物重×植株氮含率；

氮肥偏生產力（PFP，kg／kg）＝施肥區籽粒產量／施氮量

1.6 統計分析

采用Microsoft Excel 2007進行數據整理與作圖，采用DPS7.05進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 油稻稻秸稈還田下氮肥運籌對水稻產量的影響

在油稻稻三熟輪作下，無論早稻還是晚稻，N2處理產量最低，均顯著低于其他處理，雙季總產量降低了977.68～1694.37 kg／hm2，減產率達6.10%～10.12%（表1）。早、晚稻產量均以S＋HN3處理最高，但除N2處理外，與其他處理差異并不顯著，表明油稻稻三熟秸稈還田下水稻增施20%氮肥對其產量的影響并不大。與S＋N3處理相比，早、晚稻S＋N2產量均呈現增產或穩產趨勢，差異不顯著；而相比N2處理，早、晚稻N3處理產量顯著增加5.84%、7.14%。從雙季水稻總產量來看，S＋N2略高于N3處理，增產2.48%。對秸稈還田和氮肥運籌進行雙因素方差分析發現，二者在早稻季和晚稻季均存在顯著的互作效應。結果表明，在油稻稻三熟秸稈還田條件下，氮肥2次施用（后氮前移）即可實現水稻高產和穩產。

表1 油稻稻秸稈還田下不同氮肥運籌處理的水稻產量比較Table 1 Effects of nitrogen application with residues incorporation on yield of double rice under rice-rice-rapeseed cropping system kg／hm2

2.2 油稻稻秸稈還田下氮肥運籌對水稻地上部干物質積累量的影響

由圖2可知，各處理地上部干物質積累量的差異與產量變化規律基本一致。在等量氮肥投入條件下，秸稈還田處理的地上部干物質積累量相比秸稈不還田處理有所提高，而秸稈還田條件下增加水稻季氮肥的用量對于提高地上部干物質積累量并無顯著效果。除了S＋HN3處理，早、晚稻地上部干物質積累量均以S＋N2處理最高，分別達到13 027.76、13 801.48 kg／hm2，與S＋N3處理差異不顯著，而與N2處理相比呈現為顯著性增加，平均增加了1171.56 kg／hm2，增幅為9.57%。與N3處理相比，S＋N2處理早、晚稻季平均增加了377.73 kg／hm2，增幅為2.91%，差異未達顯著水平。以上表明，在油稻稻三熟輪作下，秸稈還田并配合氮肥2次施用（后氮前移）能夠保證水稻正常生長。

圖2 油稻稻秸稈還田下不同氮肥運籌處理的水稻生物量變化Fig.2 Effects of nitrogen application with residues incorporation on biom ss of double rice under rice-rice-rapeseed cropping system

2.3 油稻稻秸稈還田下氮肥運籌對水稻氮素吸收的影響

秸稈還田條件下，增加水稻季氮肥的用量并不能顯著提高其氮素吸收量（表2）。在等氮肥用量條件下，S＋N3和S＋N2處理氮素吸收量最高，雙季稻總量分別達到315.11和318.73 kg／hm2。秸稈還田處理的氮素吸收量顯著高于秸稈不還田處理，其中S＋N2處理氮素吸收量較N2處理提高了33.83 kg／hm2（早稻15.73 kg／hm2、晚稻18.10 kg／hm2），增幅達11.48%（早稻10.89%、晚稻12.09%）?？傮w而言，在油稻稻三熟秸稈還田條件下，氮肥2次施用（后氮前移）可以滿足水稻生育期氮素需求，氮素吸收量能夠達到甚至優于3次施氮處理水平。

表2 油稻稻秸稈還田下不同氮肥運籌處理的水稻氮素吸收量Table 2 Effects of nitrogen application with residues incorporation on nitrogen up take of double rice under rice-rice-rapeseed cropping system kg／hm2

2.4 油稻稻秸稈還田下氮肥運籌對水稻氮肥偏生產力的影響

無論是早稻還是晚稻，常規氮肥用量處理的氮肥偏生產力均顯著高于增氮處理（圖3）。其中以S＋N2處理最高，早、晚稻分別達到54.12和50.37 kg／kg，相比S＋HN3處理提高了15.42% 和14.68%。在等氮肥用量條件下，秸稈還田處理相比較秸稈不還田處理，氮肥偏生產力均有一定程度提高，其中S＋N2處理較N2處理早、晚稻季顯著提高了8.65%和9.62%。與N3處理相比，S＋N2處理早、晚稻季分別提高了1.40和1.14 kg／kg，平均增幅為2.48%，但差異不顯著。結果表明，在油稻稻三熟秸稈還田條件下，氮肥2次施用（后氮前移）能夠明顯提高氮肥利用率，增加氮肥用量則不利于氮肥偏生產力的提高。

圖3 油稻稻秸稈還田下不同氮肥運籌處理的水稻氮肥偏生產力Fig.3 Effects of nitrogen application with residues incorporation on nitrogen partial factor productivity of double rice under rice-rice-rapeseed cropping system

3 討論

作物產量是反映土壤生產力的綜合指標，而調控肥料運籌是提高作物產量和肥料利用率的關鍵措施［2］。前人研究表明，在秸稈不還田和氮肥總量不變的條件下，適當調整施氮比例，進行部分氮肥的后移，即可實現土壤氮素供應與作物生長對氮素需求的高度匹配［16］。就水稻而言，大量研究普遍發現，氮肥分3～4次施用時產量與肥料利用率最高［3，17］。無秸桿還田時，長江流域單季稻基蘗肥與穗肥的比例以5.5（5～6）∶4.5（4～5）為宜，其中穗肥在倒4葉、倒2葉露尖時等量施用效果最好［3］；而長江流域雙季稻基蘗肥與穗肥的比例以7.5（7～8）∶2.5（2～3）為宜，其中穗肥宜在倒2葉露尖時施用［1］；對于華南早晚兼用型雙季稻，適當減少基蘗肥用量，增施穗肥和粒肥增產顯著［17］?；谌珖叨鹊恼戏治霰砻鳎斩掃€田顯著提高水稻產量5.2%，且氮肥基蘗肥比例越高增產效果越顯著［18］。在茬口較緊的條件下，前茬作物秸稈還田后水稻前期生長受到抑制，減蘗降穗效應明顯，但中后期秸稈分解由微生物吸氮轉為微生物釋氮，從而促進群體生長［19］。在稻麥和稻油水旱輪作秸稈全量還田下，均可通過氮肥前移的方式保證當季或周年作物高產穩產，同時促進肥料利用率的提高［10，11，14］。本研究也表明，在油稻稻三熟制下，秸稈還田并配合氮肥2次施用（即后氮前移）可以滿足水稻生育期的氮素需求，從而保證水稻正常生長。但與冬閑稻稻系統存在一定差異，特別是在早稻季。主要是因為，冬閑條件下有利于晚稻秸稈的腐解礦化，常規的3次施氮管理并不會導致翌年早稻生長前期的氮素固定和分蘗抑制，反而會促進早稻早生快發［19］；而冬季種植油菜條件下，油菜秸稈還田到早稻移栽間隔時間短，加之氣溫逐漸升高，大量高碳氮比的秸稈快速腐解造成微生物對土壤氮的固定，從而抑制水稻前期生長［6］。秸稈還田下實行氮肥前移，降低了前期土壤碳氮比，有利于秸稈的礦化分解，從而緩解微生物與水稻爭氮帶來的不利影響［10，14］。本試驗在基肥中增施20%氮肥處理對產量的影響并不明顯，但顯著降低了氮肥偏生產力。這與前人提出的通過增加基蘗肥中的氮肥用量來促進水稻前期生長的結論相悖［20］。原因可能是，多熟制秸稈還田的節肥潛力更大［5］，且適宜三熟制種植的早晚稻品種生育期較短，氮肥用量本來就偏低［6，21，22］；另外，油菜是一種養地作物，冬季種植油菜并秸稈全量還田提高了養分歸還量［11］。這也表明，長期實行油稻稻三熟制秸稈還田還有進一步培肥地力和降低化肥投入的潛力。

需要指出的是，本研究通過一年兩季大田試驗分析了油稻稻三熟秸稈還田下水稻季的氮肥前移效果，但未綜合考慮生態環境、土壤肥力、輪作周期等因素的影響，因此，還有必要就不同生態區域、不同土壤養分供應能力、不同輪作周期等因素開展秸稈還田條件下的氮肥運籌研究，以進一步證實氮肥前移技術的普適性，從而更好地指導農業生產。此外，本研究中設計的氮肥運籌方式較少，其他氮肥運籌優化方式是否增產增效也有待于深入研究。

4 結論

在油稻稻三熟制下，秸稈還田和氮肥運籌對水稻產量的影響在早稻季和晚稻季均存在顯著的互作效應，而水稻基肥中增施20%氮肥對產量的影響不明顯，氮肥2次施用（即后氮前移）即可實現水稻高產和穩產。秸稈還田并配合氮肥2次施用（后氮前移）可以滿足水稻生育期的氮素需求，從而保證水稻正常生長，氮素吸收量能夠達到甚至優于3次施氮處理水平，并明顯提高氮肥利用率，增加氮肥用量則不利于氮肥偏生產力的提高?？傊谟偷镜救旖斩掃€田條件下，氮肥2次施用（后氮前移）即可保證水稻正常生長，同步實現水稻豐產高效。