栽培管理措施對(duì)稻麥輪作系統(tǒng)土壤有機(jī)碳和氮素積累及作物產(chǎn)量的影響

金朝強(qiáng) 聶立孝

摘要：栽培管理措施會(huì)影響稻麥輪作系統(tǒng)中土壤有機(jī)碳和氮素養(yǎng)分的積累，進(jìn)而影響稻麥產(chǎn)量。綜述了本領(lǐng)域最新的研究成果，詳細(xì)解析了稻麥輪作系統(tǒng)中土壤的耕作方式、稻麥的種植方式以及水分和氮肥的管理方式影響土壤中有機(jī)碳和氮素積累以及稻麥產(chǎn)量的機(jī)制，并提出了保持稻麥輪作系統(tǒng)土壤肥力和提高稻麥產(chǎn)量的相關(guān)建議，以期為中國(guó)的稻麥生產(chǎn)提供一定的理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：稻麥輪作;耕種方式;水氮運(yùn)籌;有機(jī)碳;氮素

中圖分類(lèi)號(hào)：S158.5? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2020）14-0012-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.14.002 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： Cultivation management measures will affect the accumulation of organic carbon and nitrogen nutrients in the soil of rice-wheat rotation system， and then affect the yield of rice and wheat. The latest research results in this field were reviewed， and the soil tillage， rice and wheat planting and water and nitrogen management methods which affected soil organic carbon and nitrogen accumulation and rice and wheat yield in rice-wheat rotation system were analyzed in detail，and the relevant suggestions for maintaining the soil fertility and increasing the yield of rice and wheat in rice-wheat rotation system were put forward， in order to provide certain theoretical guidance for rice and wheat production in our country.

Key words： rice-wheat rotation; cultivation practice; water and nitrogen management practice; organic carbon; nitrogen

水稻和小麥都是世界上重要的糧食作物，也是中國(guó)分布面積最廣的農(nóng)作物。稻麥輪作是世界上面積最大的種植方式之一，全球總種植面積達(dá)2 400萬(wàn)hm2，其中，中國(guó)的種植面積達(dá)1 050萬(wàn)hm2，且主要分布于長(zhǎng)江流域[1]。近年來(lái)，人口增加、氣候環(huán)境變化以及土地耕作施肥影響下的糧食生產(chǎn)力問(wèn)題逐漸成為國(guó)內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)，探討如何維持糧食高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。土壤有機(jī)碳是通過(guò)微生物作用所形成的腐殖質(zhì)、動(dòng)植物殘?bào)w和微生物體中碳的合稱(chēng)，是植物與土壤生物生命活動(dòng)所需碳素養(yǎng)分的主要來(lái)源，同時(shí)也是土壤重要的理化性質(zhì)之一，與土壤質(zhì)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力密切相關(guān)。土壤有機(jī)碳還能夠調(diào)節(jié)土壤的理化性質(zhì)和生物學(xué)特性，提高土壤穩(wěn)定性，其在土壤中的含量受土壤微生物的種類(lèi)和豐度的影響較大。因此，研究土壤有機(jī)碳的變化對(duì)維持全球農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性有重要的意義。氮是作物體內(nèi)許多重要有機(jī)化合物的成分之一，也是限制作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成的首要因素，對(duì)改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)也有明顯的作用[2]。土壤中的氮素絕大部分以有機(jī)態(tài)形式存在，有機(jī)氮需經(jīng)過(guò)土壤微生物的礦化作用，轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)氮才能被作物吸收利用。土壤氮素和有機(jī)碳存在一定的耦合關(guān)系，氮素變化能夠影響土壤的固碳作用[3]，土壤有機(jī)碳對(duì)氮素的礦化、固定和反硝化也有重要作用[4]，其相互耦合作用對(duì)作物生產(chǎn)以及氣候變化等具有重要意義[5]。本研究根據(jù)當(dāng)前的相關(guān)文獻(xiàn)，分析和總結(jié)了耕種方式和水氮運(yùn)籌對(duì)稻麥輪作系統(tǒng)中土壤有機(jī)碳和氮素養(yǎng)分含量以及作物產(chǎn)量的影響，以期為中國(guó)的稻麥生產(chǎn)提供一定的理論支持。

1 耕種方式

耕種方式指耕耘土壤和種植作物所采用的方法。中國(guó)常見(jiàn)的耕作方式主要有傳統(tǒng)的翻耕和近些年興起的旋耕以及免耕少耕等;常見(jiàn)的水稻種植方式有傳統(tǒng)的手工移栽、直播和機(jī)插秧以及與其他一些栽培管理措施搭配結(jié)合而成的復(fù)合種植方式[6-8]，小麥種植方式相對(duì)較少，主要通過(guò)手工撒播和機(jī)械條播進(jìn)行種植。土壤耕作和種植作物可以改變土壤環(huán)境，進(jìn)而改變土壤的理化性質(zhì)和生物學(xué)特性。不同耕作和作物種植方式對(duì)土壤養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)變化和作物產(chǎn)量有很大的影響。

1.1 耕種方式對(duì)稻麥輪作系統(tǒng)土壤有機(jī)碳的影響

適當(dāng)?shù)耐寥栏骺梢蕴岣咄寥烙袡C(jī)碳含量，提高耕層土壤有機(jī)碳密度[9]。不同耕作方式對(duì)不同土層有機(jī)碳含量的影響不同。在稻麥輪作系統(tǒng)中，與傳統(tǒng)的翻耕相比，免耕可以提高表層土壤有機(jī)碳的含量，這主要是因?yàn)槊飧梢詼p少進(jìn)入深層土壤的有機(jī)碳的量，使有機(jī)碳主要集中于表土層[10-13]。與免耕相比，傳統(tǒng)翻耕會(huì)把表層土壤中的有機(jī)碳翻入下層土壤中，因而可以提高深層土壤中有機(jī)碳的含量。Balesdent等[14]用13C標(biāo)記區(qū)分土壤原有有機(jī)質(zhì)和新輸入的有機(jī)質(zhì)發(fā)現(xiàn)，在免耕條件下，新輸入的碳主要集中于表土層，而在傳統(tǒng)耕作條件下新輸入的碳幾乎全部集中于耕作層。總體來(lái)說(shuō)，保護(hù)性耕作減少了土壤耕作次數(shù)， 減少了土壤中大團(tuán)聚體的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)了微團(tuán)聚體中有機(jī)碳的封閉，降低了土壤有機(jī)碳的礦化速率[10，11]，有利于土壤有機(jī)碳的積累。

在稻麥輪作系統(tǒng)中，水稻的種植方式對(duì)稻田土壤的理化性質(zhì)和生物學(xué)特性有很大影響，土壤的理化性質(zhì)和生物學(xué)特性的差異又會(huì)影響后茬小麥的生長(zhǎng)發(fā)育，而小麥的生長(zhǎng)發(fā)育又會(huì)反作用于土壤。因此，在稻麥輪作系統(tǒng)中，水稻的種植方式對(duì)整個(gè)輪作系統(tǒng)的土壤性質(zhì)有很大影響。任萬(wàn)軍等[15]研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)插秧和常規(guī)拋秧相比，免耕高留茬拋秧可以明顯提高土壤有機(jī)碳、全氮和堿解氮含量。還有研究表明，與常規(guī)水作水稻相比，水稻裸地旱作和覆膜旱作均會(huì)降低土壤有機(jī)碳含量[16，17]。覆秸稈旱作水稻-大麥輪作系統(tǒng)土壤有機(jī)碳含量始終高于常規(guī)淹水水作水稻-大麥輪作系統(tǒng)、覆蓋薄膜旱作水稻-大麥輪作系統(tǒng)和裸地旱作水稻-大麥輪作系統(tǒng)[17，18]。這可能是因?yàn)楦采w的秸稈持續(xù)腐爛，補(bǔ)充了土壤中被消耗的有機(jī)碳，同時(shí)，覆蓋秸稈改變了輪作系統(tǒng)的土壤環(huán)境，使該輪作系統(tǒng)中土壤微生物的種類(lèi)和豐度與其他3種輪作系統(tǒng)產(chǎn)生差異，對(duì)土壤有機(jī)碳含量的變化產(chǎn)生了不同影響。

1.2 耕種方式對(duì)稻麥輪作系統(tǒng)土壤氮素的影響

任何耕作措施都會(huì)對(duì)土壤的理化性質(zhì)產(chǎn)生影響，長(zhǎng)期實(shí)行單一方式的土壤耕作會(huì)產(chǎn)生不利于作物生長(zhǎng)的土壤條件[19]，進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與循環(huán)。有研究表明，在免耕條件下，全氮和速效氮主要集中在土壤表層，旋耕土壤表層全氮和速效氮的含量也高于翻耕土壤，可能是翻耕使得下部的土壤翻到上層，使得上層土壤的全氮和速效氮被稀釋[12，13，20]，均勻分布于耕作層。崔思遠(yuǎn)等[21]經(jīng)過(guò)研究也發(fā)現(xiàn)，在稻麥輪作系統(tǒng)中，與水稻季翻耕、小麥季旋耕和水稻小麥兩季都旋耕的耕作方式相比，水稻季免耕、小麥季每2年淺旋1次的耕作方式可以明顯提高0～5 cm土壤有機(jī)碳和全氮含量，而水稻季翻耕、小麥季旋耕與其他2種耕作方式相比，可以明顯提高10～20 cm土壤全氮含量。總體來(lái)說(shuō)，與連續(xù)翻耕相比，免耕或者免耕結(jié)合其他耕作方式可以提高土壤氮素儲(chǔ)量[22]。表1為部分研究中不同耕作方式對(duì)稻麥輪作系統(tǒng)土壤有機(jī)碳和氮素含量的影響。

有研究表明，與傳統(tǒng)移栽和機(jī)播水稻相比，水稻直播可以提高耕層土壤有機(jī)碳和全氮的含量[23]，為微生物增殖提供充足的養(yǎng)分，有利于土壤養(yǎng)分的逐步釋放，最終有利于水稻產(chǎn)量的提高[24]。有研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)水作水稻相比，水稻覆草旱作可以提高稻田土壤中的全氮含量，而水稻裸地旱作和覆膜旱作會(huì)降低稻田土壤中全氮和堿解氮含量[16，17]，這可能是因?yàn)楦采w在地面上的草質(zhì)腐解釋放了大量養(yǎng)分，補(bǔ)充了土壤中消耗的養(yǎng)分，而裸地旱作水稻稻田土壤中通氣條件較好，有利于微生物的增殖和活性的提高，加速了土壤中有機(jī)質(zhì)的礦化和氮素的損失。李勇[8]經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，旱作水稻后茬大麥的吸氮能力遠(yuǎn)大于水作水稻后茬大麥，這主要是受土壤的通氣條件影響。淹水會(huì)破壞土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使黏粒增加，導(dǎo)致土壤通氣能力下降，不利于麥作根系的生長(zhǎng)[25]。表2為部分研究中水稻不同種植方式對(duì)稻麥輪作系統(tǒng)土壤有機(jī)碳和氮素含量的影響。

1.3 耕種方式對(duì)稻麥輪作系統(tǒng)作物產(chǎn)量的影響

大量研究表明，在稻麥輪作系統(tǒng)中，免耕可以提高小麥產(chǎn)量，但對(duì)水稻產(chǎn)量的影響有不同說(shuō)法。免耕會(huì)造成水稻減產(chǎn)，可能是因?yàn)槊飧咎锿寥鲤B(yǎng)分聚集于表層，水稻生育期內(nèi)免耕稻田表層土壤養(yǎng)分大量損失，導(dǎo)致免耕稻田土壤養(yǎng)分含量低于翻耕稻田，水稻生長(zhǎng)中后期供肥不足，早衰減產(chǎn)[12];而免耕提高了水稻產(chǎn)量可能是因?yàn)槊飧寥鲤B(yǎng)分含量較高。之所以出現(xiàn)不同結(jié)果，可能是受試驗(yàn)地區(qū)氣候條件和種植方式的影響，如水稻季水作免耕稻田土壤養(yǎng)分聚集于表層，隨水分的淋溶和滲漏土壤養(yǎng)分損失較多，導(dǎo)致水稻減產(chǎn);而水稻季旱作則會(huì)減少土壤養(yǎng)分的損失，提高水稻產(chǎn)量。土壤翻耕會(huì)導(dǎo)致稻麥輪作系統(tǒng)作物產(chǎn)量降低，主要原因可能是翻耕破壞了耕層原有土壤結(jié)構(gòu)，使土壤養(yǎng)分損失加劇，降低了表層土壤的肥力水平[20]。

水稻季水稻的種植方式會(huì)影響水稻生長(zhǎng)的小環(huán)境，最終影響稻田土壤的特性和水稻產(chǎn)量。李勇[8]的研究結(jié)果顯示，覆蓋秸稈旱作水稻能提高或達(dá)到常規(guī)水作水稻的產(chǎn)量，而覆膜旱作和裸露旱作水稻產(chǎn)量比常規(guī)水作水稻分別平均減產(chǎn)7%和21%。李金才等[26]也發(fā)現(xiàn)，裸露旱作水稻群體干物質(zhì)積累量明顯低于常規(guī)水作水稻，干物質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)和分配也受到一定影響，導(dǎo)致水稻的分蘗成穗率、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和粒重均低于常規(guī)水作水稻，最終導(dǎo)致水稻產(chǎn)量降低。但梁永超等[27]發(fā)現(xiàn)，在超稀植（5.3萬(wàn)～6.4萬(wàn)穴/hm2）條件下，覆膜旱作水稻的產(chǎn)量能達(dá)到甚至超過(guò)淹灌或節(jié)水灌溉水稻的產(chǎn)量。而范明生[28]認(rèn)為，覆蓋秸稈旱作則會(huì)造成水稻減產(chǎn)，這可能是受試驗(yàn)地區(qū)氣候條件的影響。有大量研究結(jié)果表明，前茬水稻水作導(dǎo)致土壤板實(shí)，不利于后茬作物扎根和生長(zhǎng)而導(dǎo)致減產(chǎn)[29，30]。孫文娟等[31]的研究表明，水稻旱作后土壤的理化性質(zhì)優(yōu)于水作，有利于小麥生長(zhǎng)。梅俊豪等[32]的研究結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。

綜上所述，免耕可以提高土壤有機(jī)碳和氮素含量，也可以提高稻麥的周年產(chǎn)量，還可以降低稻麥生產(chǎn)過(guò)程中的勞動(dòng)量，是一種比較理想的耕作方式。但長(zhǎng)期免耕會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)、養(yǎng)分層次化分布嚴(yán)重、播種困難、作物根系無(wú)法深扎，而過(guò)度耕作則會(huì)破壞土壤耕層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤肥力下降、有機(jī)質(zhì)損耗、溫室氣體排放增加等問(wèn)題。水稻直播可以提高土壤有機(jī)碳和全氮的含量，在水肥管理得當(dāng)?shù)那闆r下，還可以提高水稻產(chǎn)量，是當(dāng)前主要推廣的水稻種植方式之一，但直播水稻的抗倒伏能力相對(duì)較弱，在稻季強(qiáng)風(fēng)多發(fā)區(qū)要慎重選擇。因此，在稻麥生產(chǎn)過(guò)程中，耕作方式要多樣化，以免耕為主，其他耕作方式為輔，多種耕作方式交替使用，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件選擇合適的種植方式，只有這樣才能持續(xù)獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

2 水氮運(yùn)籌

水分和氮素是作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)，二者在作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中相輔相成，缺一不可。水稻不同生育時(shí)期對(duì)水分和氮素的需求量不同，常見(jiàn)的水稻灌溉技術(shù)有傳統(tǒng)的淹灌以及近些年新興起的控制灌溉和間歇灌溉等[33];常見(jiàn)的水稻施肥技術(shù)有“前促”施肥法、“前促、中控、后補(bǔ)”施肥法、“前穩(wěn)、中促、后保”施肥法以及新推廣的實(shí)地施肥法等;小麥對(duì)灌溉的要求相對(duì)較低，一般只需要在播種前、越冬前、返青期、拔節(jié)期、孕穗期和灌漿期根據(jù)土壤墑情進(jìn)行適量灌溉即可。由于小麥?zhǔn)呛底鳎世寐瘦^低，生育期較長(zhǎng)，且成熟時(shí)間較集中，因此，小麥?zhǔn)┓手v究肥隨水施，少量多次，適時(shí)適量[7]，只有這樣才能提高氮肥的利用效率，在減少肥料投入的同時(shí)獲得高產(chǎn)。

2.1 水氮運(yùn)籌對(duì)稻麥輪作系統(tǒng)土壤有機(jī)碳的影響

適當(dāng)?shù)乃置{迫和提高氮肥施用量都有利于提高土壤有機(jī)碳含量。有研究表明，與常規(guī)灌溉相比，淹水灌溉會(huì)降低土壤有機(jī)碳含量，但二者差異不顯著，而淺濕調(diào)控灌溉可以提高稻田土壤有機(jī)碳含量[34，35]，這可能是因?yàn)楣喔确绞降牟煌瑢?dǎo)致土壤環(huán)境產(chǎn)生差異，進(jìn)而影響了土壤微生物的活性和豐度，最終導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量產(chǎn)生差異。黃東邁等[36]用14C標(biāo)記有機(jī)物料模擬旱地和水田的研究結(jié)果表明，不論何種土壤，有機(jī)質(zhì)在淹水土壤中的分解速率均快于旱地土壤。在稻麥輪作系統(tǒng)中，稻田淹水能夠促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)的嫌氣分解，增加土壤有機(jī)質(zhì)的積累;而麥季的有氧條件有利于土壤有機(jī)質(zhì)的礦化[37]。

施用肥料的種類(lèi)會(huì)影響土壤有機(jī)碳的含量和分布。長(zhǎng)期施用有機(jī)肥和化肥都會(huì)使表層土壤有機(jī)碳含量顯著增加，但長(zhǎng)期施用有機(jī)肥的土壤表土有機(jī)碳的累積速度較快，而長(zhǎng)期施用化肥的土壤下層有機(jī)碳的累積量較多，這可能是因?yàn)殚L(zhǎng)期施用有機(jī)肥的土壤，有機(jī)碳向下的遷移量較少，而長(zhǎng)期施用化肥的土壤，有機(jī)碳向下的遷移量較多[38，39]。氮肥施用量會(huì)影響土壤有機(jī)碳的含量和存在形態(tài)。有研究結(jié)果表明，隨著施氮水平增加，稻田土壤有機(jī)碳含量呈先升高后降低趨勢(shì)[34]，這是因?yàn)檫m量增施氮肥可以提高土壤微生物活性和豐度，加快土壤中植物殘茬的腐解，釋放更多的有機(jī)質(zhì)。

2.2 水氮運(yùn)籌對(duì)稻麥輪作系統(tǒng)土壤氮素的影響

土壤含水量太高或太低都會(huì)導(dǎo)致土壤礦質(zhì)氮含量的下降[40，41]，這或許是因?yàn)橥寥篮刻呋蛱投紩?huì)影響土壤微生物的種類(lèi)、豐度和活性，進(jìn)而影響土壤氮素的礦化。與淹水灌溉和常規(guī)灌溉相比，淺濕調(diào)控灌溉可以有效提高土壤全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量，因?yàn)樵跍\濕調(diào)控灌溉條件下，土壤碳、氮資源充足，通氣狀況良好，有利于土壤微生物的繁殖和活性的提高，進(jìn)而促進(jìn)土壤中植物殘茬的腐解，釋放其中的養(yǎng)分，使土壤中養(yǎng)分含量增加[34]，但王偉[35]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，淺濕調(diào)控灌溉土壤中全氮的含量高于淹水灌溉和常規(guī)灌溉，但二者之間差異不顯著。兩組試驗(yàn)結(jié)果不同，可能是受試驗(yàn)地區(qū)土壤條件的影響（表3）。

有研究發(fā)現(xiàn)，在稻麥輪作系統(tǒng)中，適量增施氮肥可以提高土壤中全氮的含量[35];土壤的供氮能力和可礦化氮在全氮中的比例也隨施肥量的增加而增加[42]。肥料種類(lèi)對(duì)土壤氮素的礦化過(guò)程也有影響。相較于單施化肥或有機(jī)肥，有機(jī)肥與化肥配施可以明顯提高土壤氮素的礦化勢(shì)和礦化率[43];施用雞糞的土壤的氮礦化積累量和礦化率明顯高于施用牛糞和豬糞的土壤[44]，這主要受有機(jī)肥中C/N比的影響[45]。

2.3 水氮運(yùn)籌對(duì)稻麥輪作系統(tǒng)作物產(chǎn)量的影響

水分和氮素都是作物生長(zhǎng)必不可少的物質(zhì)。因此，在稻麥輪作系統(tǒng)中，水分和氮素的運(yùn)籌管理會(huì)對(duì)周年作物產(chǎn)量產(chǎn)生很大影響。

控制灌溉技術(shù)的增產(chǎn)機(jī)理為在作物的非關(guān)鍵需水期，通過(guò)控制土壤水分條件，改變作物生理生態(tài)活動(dòng)，促使作物根系和株型生長(zhǎng)更趨合理化[35]。有研究結(jié)果顯示，輕度或中度干濕交替灌溉，能夠在減少農(nóng)田灌溉用水量的同時(shí)保證水稻產(chǎn)量[46-48];但也有研究表明，干濕交替灌溉會(huì)引起水稻減產(chǎn)[49]。可見(jiàn)干濕交替灌溉對(duì)水稻產(chǎn)量表現(xiàn)的影響并不一致，出現(xiàn)這種情況可能是因?yàn)樵诓煌囼?yàn)中干濕交替的持續(xù)時(shí)間和程度不同。水氮之間存在相互作用，水分對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響直接體現(xiàn)在對(duì)養(yǎng)分的吸收利用上，嚴(yán)重的水分脅迫會(huì)抑制作物根系生長(zhǎng)，導(dǎo)致根系無(wú)法吸收養(yǎng)分，從而降低作物產(chǎn)量[50]。彭世彰等[51]研究表明，水稻根系間斷性地受一定程度的水分脅迫后，會(huì)激發(fā)根系吸收的補(bǔ)償功能，使葉片氣孔保持在適宜的開(kāi)度以減少蒸騰失水;在水稻的關(guān)鍵需水期，適當(dāng)?shù)乃置{迫可以促使水稻更有效地利用水分和養(yǎng)分，形成合理的群體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而獲得較高的產(chǎn)量，但如果脅迫程度過(guò)重則會(huì)嚴(yán)重影響水稻產(chǎn)量。Dobermann等[52]認(rèn)為水分管理措施會(huì)影響土壤的供氮能力，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量，水分脅迫條件下不利于土壤有機(jī)氮的礦化，此時(shí)配施適量氮肥，才能滿(mǎn)足水稻對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)的需求。水分對(duì)小麥產(chǎn)量的影響與水稻類(lèi)似。

在稻麥輪作系統(tǒng)中，氮肥施用量和施用種類(lèi)都會(huì)影響稻麥產(chǎn)量。在中國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中氮肥施用量一般過(guò)高[53]。在小麥生產(chǎn)過(guò)程中，氮肥施用量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致小麥前期瘋長(zhǎng)，分蘗較多，群體較大且不合理，到生長(zhǎng)后期，由于對(duì)養(yǎng)分和光照的競(jìng)爭(zhēng)，會(huì)導(dǎo)致分蘗大量死亡，有效分蘗較少;同時(shí)，氮肥施用量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致小麥開(kāi)花延遲，由于小麥生長(zhǎng)后期氣溫較高，空氣濕度較低，氮肥施用量高的小麥與氮肥施用量低的小麥的成熟期相差較短，導(dǎo)致氮肥施用量高的小麥子粒灌漿期相對(duì)較短，粒重較低[54]，最終導(dǎo)致小麥產(chǎn)量不高。有研究發(fā)現(xiàn)，在中國(guó)的稻麥生產(chǎn)過(guò)程中，在傳統(tǒng)氮肥施用量的基礎(chǔ)上減氮20%不會(huì)導(dǎo)致水稻和小麥的產(chǎn)量降低[55]。在稻麥輪作系統(tǒng)中，相較于單施化學(xué)氮肥，適量地施用有機(jī)肥替代化肥對(duì)稻麥的地上部物質(zhì)累積量和產(chǎn)量都有促進(jìn)作用[56]。

綜上所述，在稻麥輪作系統(tǒng)中，水稻季選用淺濕調(diào)控灌溉不僅有利于水稻產(chǎn)量的提高，還有利于土壤肥力的保持和提高，為后茬小麥的高產(chǎn)打下良好的基礎(chǔ)。同時(shí)，肥料的施用最好與水分灌溉充分結(jié)合起來(lái)，做到以肥濟(jì)水、以水調(diào)肥、水氮互作，這樣才能提高肥料利用率。適量減施氮肥不僅有利于節(jié)約資源，還可以提高稻麥產(chǎn)量并減少對(duì)環(huán)境造成的污染，獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。例如，在中國(guó)的長(zhǎng)江中下游稻-麥輪作區(qū)，在習(xí)慣氮肥施用量（水稻季純氮210 kg/hm2，小麥季純氮225 kg/hm2）的基礎(chǔ)上水稻季減施氮肥20%，小麥季減施氮肥40%，只要運(yùn)籌得當(dāng)，不僅不會(huì)降低稻麥產(chǎn)量，還可以提高氮素利用率[57]。

3 小結(jié)

稻麥輪作是中國(guó)最重要的作物種植方式之一，優(yōu)化稻麥輪作模式，減少對(duì)農(nóng)業(yè)資源的浪費(fèi)，提高稻麥產(chǎn)量，對(duì)維護(hù)中國(guó)的糧食安全有重要的意義。但是，當(dāng)前中國(guó)稻麥生產(chǎn)的發(fā)展進(jìn)入了瓶頸階段，如何在減少農(nóng)業(yè)投入和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境污染的同時(shí)，保證稻麥產(chǎn)量和品質(zhì)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工作者面臨的重要問(wèn)題。根據(jù)本研究所述內(nèi)容，提出以下幾點(diǎn)建議。①改進(jìn)耕作方式。以免耕少耕為主，在配合使用其他耕作方式的同時(shí)，開(kāi)發(fā)新的耕作模式以及配套的機(jī)械設(shè)備，保證耕作方式的多樣性和高效性，保持土壤的生產(chǎn)力。②因時(shí)因地制宜，選擇合適的種植方式。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和土壤狀況選擇合適的稻麥種植方式，必要時(shí)可以多種種植方式搭配使用，在種植作物的同時(shí)注意土壤肥力的保持和提高。③合理管水，改進(jìn)灌溉方式。在稻麥生產(chǎn)中，灌水過(guò)多和過(guò)少都不利于稻麥高產(chǎn)，可以利用當(dāng)前先進(jìn)的信息技術(shù)以及灌溉設(shè)施，創(chuàng)新研究新型灌溉方式，在作物稻麥生產(chǎn)中適時(shí)適量供水，提高水資源的利用效率，擴(kuò)大稻麥輪作的適種區(qū)域，保障中國(guó)糧食安全。④合理施肥，加快新型肥料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。不僅是在稻麥生產(chǎn)中，在所有農(nóng)作物的生產(chǎn)過(guò)程中，氮肥施用量過(guò)多和過(guò)少都不利于作物產(chǎn)量的提高，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成不利影響。因此，在稻麥生產(chǎn)過(guò)程中，要適量施用氮肥，將施肥與耕種方式、秸稈還田和水分管理相結(jié)合，注意有機(jī)氮肥和化學(xué)氮肥的搭配使用。另外，還要加快新型肥料的研究開(kāi)發(fā)，降低新型肥料的生產(chǎn)成本，提高肥料利用率，在減少勞動(dòng)投入的同時(shí)保持甚至提高土壤肥力，并減少對(duì)環(huán)境造成的污染，獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] LADHA J K，DAWE D，PATHAK H，et al. How extensive are yield declines in long-term rice-wheat experiments in Asia？[J]. Field crops research， 2003， 81（2-3）： 159-180.

[2] 陸景陵. 植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)[M]. 第二版. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2010.

[3] GRUBER N，GALLOWAY J N. An earth-system perspective of the global nitrogen cycle [J].? Nature， 2008， 451（7176）： 293-296.

[4] MAGILL A H，ABER J D. Dissolved organic carbon and nitrogen relationships in forest litter as affected by nitrogen deposition[J].? Soil biology & biochemistry，2000，32（5）： 603-613.

[5] LAL R. Soil carbon sequestration to mitigate climate change[J].? Geoderma， 2004， 123（1-2）： 1-22.

[6] 曹敏建.? 耕作學(xué)[M].? 北京： 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 2002.

[7] 胡立勇，丁艷鋒. 作物栽培學(xué)[M]. 北京：高等教育出版社，2008.

[8] 李 勇.? 種稻方式對(duì)稻麥輪作系統(tǒng)中作物產(chǎn)量、氮肥利用和土壤肥力的影響[D].? 南京： 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2007.

[9] 段華平，牛永志，卞新民. 耕作方式和秸稈還田對(duì)直播稻田土壤有機(jī)碳及水稻產(chǎn)量的影響[J]. 水土保持通報(bào)，2012，32（3）：23-27.

[10] LAL R. Soil carbon sequestration impacts on global climate change and food security [J].? Science， 2004， 304（5677）： 1623-1627.

[11] CAUSARANO H J， FRANZLUEBBERS A J， SHAW J N，et al. Soil organic carbon fractions and aggregation in the Southern Piedmont and Coastal Plain[J].? Soil science society america journal， 2008， 72（1）： 221-230.

[12] 武 際，郭熙盛，王允青，等. 麥稻輪作下耕作模式對(duì)土壤理化性質(zhì)和作物產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（3）：87-93.

[13] 高 潔.? 耕作方式和秸稈還田對(duì)江蘇沿江地區(qū)稻田土壤肥力的影響[D].? 南京： 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2012.

[14] BALESDENT J， MARIOTTI A， BOISGONTIER D. Effects of tillage on soil organic carbon mineralization estimated from 13C abundance in maize fields[J].? Journal of soil science， 1990， 41（4）： 587-596.

[15] 任萬(wàn)軍，楊文鈺，樊高瓊，等. 不同種植方式對(duì)土壤肥力和水稻根系生長(zhǎng)的影響[J].? 水土保持學(xué)報(bào)，2007（2）： 108-110，162.

[16] 李永山. 不同生態(tài)區(qū)連續(xù)覆膜旱作稻田土壤肥力特征研究[D].? 杭州：浙江大學(xué)， 2006.

[17] 王 棟.? 覆草旱作條件下稻田土壤肥力性狀、碳氮?jiǎng)討B(tài)及水稻生產(chǎn)力特征研究[D].? 南京： 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2010.

[18] 薛 琳.? 長(zhǎng)期不同種植方式稻麥輪作系統(tǒng)中土壤養(yǎng)分和作物營(yíng)養(yǎng)特性的互作研究[D].? 南京： 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2008.

[19] 孔凡磊， 陳 阜， 張海林， 等.? 輪耕對(duì)土壤物理性狀和冬小麥產(chǎn)量的影響[J].? 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2010， 26（8）： 150-155.

[20] 顧克軍， 張傳輝， 顧東祥， 等. 短期不同秸稈還田與耕作方式對(duì)土壤養(yǎng)分與稻麥周年產(chǎn)量的影響[J].? 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2017， 30（6）： 1408-1413.

[21] 崔思遠(yuǎn)，曹光喬，朱新開(kāi). 耕作方式對(duì)稻麥輪作區(qū)土壤碳氮儲(chǔ)量與層化率的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2018，49（11）： 275-282.

[22] 王淑蘭， 王 浩， 李 娟， 等. 不同耕作方式下長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)旱作春玉米田土壤碳、氮、水含量及產(chǎn)量的影響[J].? 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2016， 27（5）： 1530-1540.

[23] 厲 波， 曹當(dāng)陽(yáng).? 不同種植方式對(duì)黔東南水稻土壤養(yǎng)分及產(chǎn)量的影響[J].? 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2019， 47（5）： 64-67.

[24] 王在滿(mǎn)， 張明華， 鄭 樂(lè)， 等.? 不同播種方式對(duì)直播水稻產(chǎn)量形成的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2016， 38（4）： 601-606.

[25] 劉 京， 常慶瑞， 李 崗， 等.? 連續(xù)不同施肥對(duì)土壤團(tuán)聚性影響的研究[J].? 水土保持通報(bào)， 2000（4）： 24-26.

[26] 李金才， 黃義德， 魏鳳珍， 等.? 旱作對(duì)水稻干物質(zhì)積累、分配及產(chǎn)量的影響[J].? 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001， 29（1）： 56-57.

[27] 梁永超， 胡 鋒， 楊茂成， 等.? 水稻覆膜旱作高產(chǎn)節(jié)水機(jī)理研究[J].? 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 1999， 32（1）： 26-32.

[28] 范明生. 水旱輪作系統(tǒng)養(yǎng)分資源綜合管理研究[D].? 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2005.

[29] AGGARWAL G C， SIDHU A S， SEKHON N K， et al. Puddling and N management effects on crop response in a rice-wheat cropping system[J]. Soil&tillage research，1995，36（3-4）：129-139.

[30] 吳延壽， 徐陽(yáng)春， 沈其榮， 等. 種稻方式對(duì)后茬大麥生長(zhǎng)及土壤氮素轉(zhuǎn)化和氮肥利用的影響[J].? 土壤學(xué)報(bào)， 2006，43（1）： 168-172.

[31] 孫文娟， 黃 耀， 陳書(shū)濤， 等. 稻麥作物呼吸作用與植株氮含量、生物量和溫度的定量關(guān)系[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 2005， 25（5）： 1152-1158.

[32] 梅俊豪， 劉宏巖， 聶立孝.? 不同種植方式水稻的產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率及對(duì)后茬小麥生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響[J].? 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2016， 55（10）： 2471-2475，2480.

[33] 朱士江.? 寒地稻作不同灌溉模式的節(jié)水及溫室氣體排放效應(yīng)試驗(yàn)研究[D].? 哈爾濱： 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2012.

[34] 王保君， 王 偉， 胡乃娟， 等.? 麥秸還田下水氮管理對(duì)稻田土壤養(yǎng)分、酶活性及碳庫(kù)的短期影響[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào)，2016，30（5）： 957-964.

[35] 王 偉.? 麥秸還田和不同水氮管理對(duì)水稻產(chǎn)量、土壤肥力和碳庫(kù)的影響[D].? 南京： 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2014.

[36] 黃東邁， 朱培立， 王志明，等.? 旱地和水田有機(jī)碳分解速率的探討與質(zhì)疑[J].? 土壤學(xué)報(bào)， 1998， 35（4）： 482-492.

[37] 范明生， 江榮風(fēng)， 張福鎖， 等.? 水旱輪作系統(tǒng)作物養(yǎng)分管理策略[J].? 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2008， 19（2）： 424-432.

[38] 馬 力，楊林章，慈 恩，等.? 長(zhǎng)期不同施肥處理對(duì)水稻土有機(jī)碳分布變異及其礦化動(dòng)態(tài)的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2009，46（6）： 1050-1058.

[39] 高亞軍，朱培立，黃東邁，等. 稻麥輪作條件下長(zhǎng)期不同土壤管理對(duì)有機(jī)質(zhì)和全氮的影響[J]. 土壤與環(huán)境，2000，9（1）：27-30.

[40] 劉穎慧， 李 悅， 牛 磊， 等.? 溫度和濕度對(duì)內(nèi)蒙古草原土壤氮礦化的影響[J].? 草業(yè)科學(xué)， 2014， 31（3）： 349-354.

[41] 劉艷麗， 張 斌， 胡 鋒， 等.? 干濕交替對(duì)水稻土碳氮礦化的影響[J].? 土壤， 2008， 40（4）： 554-560.

[42] 閆德智， 王德建.? 稻麥輪作條件下施用氮肥對(duì)土壤供氮能力的影響[J].? 土壤通報(bào)， 2005， 36（2）： 190-193.

[43] 王 媛， 周建斌， 楊學(xué)云.? 長(zhǎng)期不同培肥處理對(duì)土壤有機(jī)氮組分及氮素礦化特性的影響[J].? 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2010， 43（6）： 1173-1180.

[44] 周 博， 高佳佳， 周建斌.? 不同種類(lèi)有機(jī)肥碳、氮礦化特性研究[J].? 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 2012， 18（2）： 366-373.

[45] CORDOVIL C M D S，CABRAL F，COUTINHO J. Potential mineralization of nitrogen from organic wastes to ryegrass and wheat crops[J].? Bioresource technology，2007， 98（17）： 3265-3268.

[46] BELDER P，BOUMAN B A M，CABANGON R，et al. Effect of water-saving irrigation on rice yield and water use in typical lowland conditions in Asia[J]. Agricultural water management，2004，65（3）：193-210.

[47] DE VRIES M E， RODENBURG J， BADO B V， et al. Rice production with less irrigation water is possible in a Sahelian environment[J].? Field crops research， 2010， 116（1-2）： 154-164.

[48] YAO F X， HUANG J L， CUI K H， et al. Agronomic performance of high-yielding rice variety grown under alternate wetting and drying irrigation[J].? Field crops research， 2012， 126： 16-22.

[49] LINQUIST B A，ANDERS M M， ADVIENTO-BORBE M A A， et al. Reducing greenhouse gas emissions， water use， and grain arsenic levels in rice systems[J]. Global change biology，2015，21（1）：407-417.

[50] 彭少兵， 黃見(jiàn)良， 鐘旭華， 等.? 提高中國(guó)稻田氮肥利用率的研究策略[J].? 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2002，35（9）： 1095-1103.

[51] 彭世彰， 張正良， 羅玉峰， 等. 灌排調(diào)控的稻田排水中氮素濃度變化規(guī)律[J].? 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2009， 25（9）： 21-26.

[52] DOBERMANN A， CASSMAN K G， MAMARIL C P， et al. Management of phosphorus， potassium， and sulfur in intensive， irrigated lowland rice[J].? Field crops research， 1998，56（1-2）： 113-138.

[53] PENG S B， BURESH R J， HUANG J L， et al. Strategies for overcoming low agronomic nitrogen use efficiency in irrigated rice systems in China[J].? Field crops research， 2006， 96：37-47.

[54] 周順利， 張福鎖， 王興任.? 高產(chǎn)條件下冬小麥產(chǎn)量性狀的品種差異及氮肥效應(yīng)[J].? 麥類(lèi)作物學(xué)報(bào)， 2001， 21（2）：67-71.

[55] GUAN G， TU S X， YANG J C， et al. A field study on effects of nitrogen fertilization modes on nutrient uptake， crop yield and soil biological properties in rice-wheat rotation system[J].? Agricultural sciences in China， 2011， 10（8）： 1254-1261.

[56] 李 博.? 豬糞和秸稈施用對(duì)成都平原稻麥輪作土壤氮素礦化特征的影響[D].? 成都：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2016.

[57] 易 瓊， 張秀芝， 何 萍， 等.? 氮肥減施對(duì)稻-麥輪作體系作物氮素吸收、利用和土壤氮素平衡的影響[J].? 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 2010， 16（5）： 1069-1077.