不同輪作模式下秸稈還田與氮肥配施對水稻莖蘗動態、群體質量及產量的影響

摘"要：為研究不同輪作模式下秸稈還田與氮肥配施對水稻莖蘗動態、群體質量和產量的影響。于2021年在陜西省漢中市農業科學研究所韓塘試驗基地進行田間小區試驗。采用裂區試驗設計，主處理為冬閑-水稻+秸稈還田+不施氮肥（WRSN0）、紫云英-水稻+紫云英稻草聯合還田+施氮80%（GRSN80）、油菜-水稻+秸稈還田+常規施氮（RRSN100），副處理為水稻品種，包括‘川優6203’、‘宜香2115’、‘美香占2號’、‘黃華占’共4個。結果表明：3種輪作模式下水稻產量差異顯著，4個水稻品種平均產量表現為RRSN100最高、GRSN80次之、WRSN0最低，與WRSN0相比，RRSN100和

GRSN80分別增產95.68％和66.64％。GRSN80和RRSN100處理可以提高4個水稻品種的分蘗數、穗粒數、有效穗和干物質量。常規稻‘黃華占’和‘美香占2號’在GRSN80處理下產量較高，雜交稻‘川優6203’和‘宜香2115’在RRSN100處理下產量較高。紫云英-水稻和油菜-水稻輪作制下秸稈還田與適量氮肥配施有利于促進水稻生長，提高產量，紫云英-水稻輪作紫云英稻草聯合還田與減氮20％配施適宜種植常規稻，而油菜-水稻輪作油菜水稻秸稈還田與常規氮肥配施適宜種植雜交稻。

關鍵詞：油菜-水稻；紫云英-水稻；秸稈還田；莖孽動態；群體質量

中圖分類號：S513""文獻標識碼：A""文章編號：0488-5368（2024）12-0093-08

Effects of Straw Return and Nitrogen Application on Tiller Dynamics， Population Structure and Rice Yield under Different Rotation Patterns

ZHAO Hanhong1， LIANG Xiaojun²， LIU Quanzhe3， WEN Hong4， WU Yuhong4， WANG Lü4， QIN Yuhang4， CHEN Hao4，BAI Yuhai4

（1.Mianxian Rural Energy Workstation， Mianxian， Shaanxi 724200，China;2.Mianxian Agricultural Technology Extension and Training

Center， Mianxian， Shaanxi 724200， China;3.Mianxian Agricultural Comprehensive Law Enforcement Brigade， Mianxian， Shaanxi 724200， China;

4.Hanzhong Agricultural Technology Extension and Training Center， Hanzhong， Shaanxi 723000， China）

Abstract：To investigate the effects of straw return combined with nitrogen application on tiller dynamics， population quality and rice yield under different rotation patterns， a field plot experiment was conducted in 2021 at Hantang Experimental Base of Hanzhong Institute of Agricultural Sciences， Shaanxi Province. A split plot design was used，with the rotation pattern as main treatment and the rice varieties as sub-treatment. The three rotation treatments included： winter fallow–rice rotation （WRSN0） with straw incorporation and no nitrogen application， green manure–rice rotation （GRSN80） with combined incorporation of Chinese milk vetch and rice straw and 80% of the conventional nitrogen rate， and oilseed rape–rice rotation （RRSN100） with straw incorporation and the full conventional nitrogen rate. Four rice cultivars—'Chuanyou 6203，' 'Yixiang 2115，' 'Meixiangzhan 2，' and 'Huanghuazhan'—were evaluated. The results revealed significant differences in rice yield among the three rotation patterns. Average yields were highest under RRSN100， followed by GRSN80， and lowest under WRSN0. Compared with WRSN0， yields under RRSN100 and GRSN80 increased by 95.68% and 66.64%， respectively. The GRSN80 and RRSN100 treatments improved tiller number， grain number per panicle， effective panicle count， and dry matter accumulation across all four rice cultivars. Specifically， the conventional cultivars 'Huanghuazhan' and 'Meixiangzhan 2' demonstrated higher yields under GRSN80， whereas the hybrid cultivars 'Chuanyou 6203' and 'Yixiang 2115' yielded better under RRSN100. The incorporation of Chinese milk vetch and rice straw in GRSN80， along with a 20% reduction in the nitrogen application rate， was found to be optimal for conventional rice. Conversely， rape–rice rotation with straw return and full conventional nitrogen application was better suited for hybrid rice production.

Key words：Rape-rice rotation; Chinese milk vetch-rice rotation; Straw return; Tiller dynamics; Population quality

水稻是我國主要糧食作物之一，對保障國家糧食安全具有重要作用，種植面積和產量分別約占全球的18%和28%[1]。當前水稻生產中存在化肥施用量大，種植模式單一、管理粗放等問題，影響水稻產業綠色可持續發展[2～5]。稻田輪作是水稻生產的優良種植制度，相關研究表明稻田輪作可以改善稻田生態環境，提高稻田系統生產力，是維持水稻可持續發展的一項重要技術措施[6，7]。同時秸稈直接還田作為提升耕地質量、落實化肥減量增效的一項有效措施，具有增強土壤匯碳功能、改善土壤結構、培肥地力、提高作物產量、減少環境污染等作用，近年來得到了廣泛應用[8～10]。

氮是促進植物生長發育的重要元素，施用氮肥是生產中促進水稻生長和提高單產的重要措施。范立慧等[11]研究表明適宜的氮肥運籌能夠促進水稻前期分蘗，獲得較高的群體質量，從而提高水稻籽粒產量。不同輪作體系下由于秸稈類型的差異秸稈還田后對土壤氮素影響差異較大，從而直接影響水稻的分蘗、群體建構和干物質積累轉運[12～15]。此外同一栽培條件下，不同水稻品種莖孽動態和群體質量也存在較大

差異[16]。

漢中北依秦嶺南屏巴山，是優質秈稻的最佳適生區，種植制度為典型的水旱輪作制，一年兩熟，秸稈資源豐富。目前針對此地區不同輪作模式下不同品種對秸稈還田與氮肥運籌響應的研究較少，本試驗依托基于始于2017年的稻田輪作制度及秸稈還田定位試驗，研究了冬閑-水稻、綠肥（紫云英）-水稻、油菜-水稻3種輪作模式下秸稈還田與氮肥配施對生產上廣泛使用的4個優質秈稻品種（包括常規稻2個、雜交稻2個）莖蘗動態、干物質量、產量構成要素及籽粒產量的影響，以期為漢中地區多元化輪作制度下篩選適宜的主推優質水稻品種提供科學依據。

1"材料與方法

1.1"試驗地概況

試驗于2021年在陜西省漢中市農業技術推廣與培訓中心（漢中市農業科學研究所）漢臺區韓塘水稻綜合試驗基地進行，試驗基地年均降水量800～1 000 mm，年平均氣溫14 ℃，屬亞熱帶濕潤季風氣候，年均日照時數

約1 400 h，≥10 ℃的年均積溫為4 480 ℃。供試土壤類型為潴育性水稻土。試驗前土壤基本理化性質為pH 5.19、有機質18.78 g/kg、全氮1.25 g/kg、堿解氮19.61 mg/kg、速效鉀78.91 mg/kg、有效磷35.32 mg/kg。

1.2"試驗設計

在2017年田間試驗的基礎上，于2021年4月至10月采用裂區試驗設計，主處理①冬閑-水稻+秸稈還田+不施氮肥（WRSN0）;②紫云英-水稻+紫云英稻草聯合還田+施氮80%（GRSN80）;③油菜-水稻+油菜水稻秸稈還田+常規施氮（RRSN100），每個處理3次重復，小區面積4 m×5 m=20 m²。副處理為水稻品種，川優6203（雜交稻）、宜香2115（雜交稻）、美香占2號（常規稻）、黃華占（常規稻）4個品種，均為漢中市主推的優質秈稻品種，4個供試品種在每個主處理小區中隨機排列。

1.3"田間管理

供試油菜品種為‘灃油737’，油菜季常規施肥為純氮165 kg/hm²，P₂O5 "99 kg/hm²，K₂O 90 kg/hm²，Na₂B₄O7·10 H₂O 15 kg/hm²，磷鉀肥及硼肥一次基施，氮肥基追比均為7∶3。水稻季常規施肥為純氮180 kg/hm²，P₂O5 90 kg/hm²，K₂O 105 kg/hm²，磷鉀肥一次基施，氮肥基追比均為7∶3，減氮處理僅在基肥中減少相應比例。紫云英品種為‘閩紫7號’，播種量30 kg/hm²。秸稈還田方式為秸稈全量粉碎翻壓還田，紫云英在盛花期粉碎翻壓還田。水稻移栽密度為16.5 cm×29.7cm。水稻于2021年4月10日播種，5月27日插秧，9月26日收獲；紫云英于2020年9月30日播種，2021年4月26日翻壓；油菜苗于2020年10月15日移栽，2021年5月23日收獲。

1.4"測定項目與方法

1.4.1"莖蘗動態"每個供試水稻品種確定3個觀測點，每個點連續選10穴作為觀測對象，水稻移栽7 d后，每隔7 d采用人工計數法記載水稻分蘗數（取均值），直至莖蘗數不發生變化為止。

1.4.2"干物質積累"分別于水稻齊穗期和成熟期，各小區各品種取代表性稻株3穴，分莖、葉片、穗，置于烘箱 105 ℃下殺青 30 min，80 ℃下烘至恒重后，測定莖、葉片、穗的生物量。

1.4.3"產量及其構成要素"各處理小區各品種水稻成熟后分別收獲測產，并選取有代表性稻株30穴，計算平均有效穗數，并隨機選取10穴進行考種，測定每穗粒數、實粒數、千粒重，計算結實率等性狀。

1.5"數據處理與統計分析

數據應用Microsoft Excel 2010程序和SPSS2.0統計分析軟件進行分析處理，使用Origin2018進行繪圖，各處理采用最小顯著差數測驗法（LSD）檢驗差異顯著性。

2"結果與分析

2.1"不同輪作模式下秸稈還田與氮肥配施對水稻產量的影響

由圖1可知，3種輪作模式下水稻產量差異顯著（P＜0.05），4個水稻品種平均產量表現為RRSN100（10 247.16 kg/hm²）gt;GRSN80（8 726.32 kg/hm²）gt;WRSN0（5 236.78 kg/hm²），

RRSN100和GRSN80較WRSN0分別增產95.68％和66.64％。WRSN0模式下，‘宜香2115’籽粒產量最高且顯著高于其他品種，較‘川優6203’增加了19.77%，‘黃華占’和‘美香占2號’籽粒產量差異不顯著；GRSN80模式下，‘黃華占’和‘宜香2115’差異不顯著，但顯著高于‘川優6203’和‘美香占2號’；RRSN100模式下，4個品種水稻產量差異顯著，‘川優6203’（12 804.46 kg/hm²）＞‘宜香2115’（11 011 kg/hm²）＞‘黃華占’（9 884.88 kg/hm²）＞‘美香占2號’（8 133.13 kg/hm²）。WRSN0和RRSN100均表現為雜交稻品種產量顯著高于常規稻。GRSN80表現為常規稻‘黃華占’產量最高，顯著高于‘美香占2號’和‘川優6203’。

2.2"不同輪作模式下秸稈還田與氮肥配施對水稻產量構成要素的影響

不同處理、水稻品種及二者交互效應對水稻有效穗、千粒重、每穗實粒數和結實率的影響均達到極顯著性差異（表1）。不同處理間相比，4個品種穗粒數均值由高到低的順序為GRSN80gt;RRSN100gt;

WRSN0；結實率均值由高到低的順序為WRSN0gt;GRSN80gt;RRSN100；有效穗均值由高到低的順序為RRSN100gt;GRSN80gt;WRSN0；千粒重均值由高到低的順序為RRSN100gt;WRSN0gt;

GRSN80。4個品種產量構成因子對不同處理的響應差異較大。‘川優6203’穗粒數GRSN80處理最高、結實率WRSN0處理最高、有效穗和千粒重RRSN10處理最高；‘宜香2115’穗粒

數和結實率GRSN80處理最高、有效穗和千粒重RRSN100處理最高。‘黃華占’穗粒數GRSN80處理最高、結實率和有效穗RRSN100處理最高、平均千粒重GRSN80處理最高；‘美香占2號’穗粒數GRSN80處理最高、結實率WRSN0處理最高、有效穗和千粒重RRSN100處理最高。

2.3"不同輪作模式下秸稈還田與氮肥配施對水稻莖蘗動態的影響

圖2顯示，4個供試水稻品種中‘黃華占’、‘美香占2號’、‘川優6203’移栽14 d后達到分蘗峰值，宜香2115峰值出現在移栽后35 d，4個供試水稻品種移栽42 d后達到最高苗。同一品種均表現為GRSN80和RR

SN100處理不同時期莖孽數顯著高于WRSN0處理，總體上表現為，GRSN80處理最大分蘗數最高，但是GRSN80和RRSN100處理間差異不大。與WRSN0處理相比，GRSN80和RRSN100處理最大分蘗數‘黃華占’、‘美香占2號’、‘川優6203’、‘宜香2115’，分別增加91.00%、114.03%、63.78%、48.53%和81.04%、107.24%、65.82%、46.08%，說明水稻移栽前期合理的氮肥運籌有利于促進水稻分蘗。

2.4"不同輪作模式下秸稈還田與氮肥配施對水稻干物質量的影響

由表3可知，除了品種對成熟期莖的干物質量影響不顯著及輪作模式和水稻品種二者交互作用對齊穗期葉片干物質量無顯著影響外，不同處理、水稻品種及二者交互效應對齊穗期葉片、莖、穗和成熟期葉片、穗的干物質量的影響達到顯著或極顯著差異。不同處理間相比，4個品種齊穗期葉片、莖、穗的干物質量和成熟期葉片和莖的干物質量均值表現為RRSN100gt;GRSN80gt;WRSN0。與WRSN0處理相比，GRSN80處理葉片、莖、穗干物質量在齊穗期和成熟期分別增加51.95%、30.54%、22.99%和86.86%、19.58%、29.35%；RRSN100處理葉片、莖、穗干物質量在齊穗期和成熟期分別增加79.30%、20.48%、30.48%和89.05%、36.21%、26.19%。

由圖3可知，水稻齊穗期各器官干物重占比為莖gt;葉片gt;穗（圖4A），成熟期各器官干物重占比為穗gt;莖gt;葉片（圖4B）。WRSN0處理下齊穗期和成熟期葉片、莖、穗干物重占比4個品種間差異顯著，齊穗期葉片、莖、穗干物重占比最高的品種分別是宜香2115、黃華占和宜香2115，較其他品種的增幅分別為19.58%～6.06%、3.57%～12.26%、0.28%～15.64%；GRSN80處理下齊穗期莖、穗干物重占比和成熟期葉片、莖、穗干物重占比在4個品種間差異不顯著，黃華占和宜香2115齊穗期葉片干物重占比顯著高于美香占2號和川優6203；RRSN100處理下齊穗期葉片干物重占比和成熟期葉片、穗干物重占比在4個品種間差異不顯著。

3"討論

3.1"不同輪作模式下秸稈還田與氮肥配施對水稻產量及產量構成要素的影響

不同輪作模式下秸稈還田和氮肥運籌對水稻產量影響較大[17]。本研究中4個供試水稻品種產量均值表現為RRSN100處理最高，其次是GRSN80處理，WRSN0處理最低，且3種處理下產量差異顯著。油菜–水稻模式油菜和水稻施肥后土壤盈余養分以及兩季作物秸稈還田對土壤肥力提高作用更明顯，對后茬水稻的生長促進作用更大[18]，油菜秸稈還田可以促進水稻群體質量，適宜的水稻群體可以促進灌漿后期干物質積累，提高物質轉化率，進而增加水稻有效穗和穗粒數，從而提高水稻產量[21]；紫云英-水稻輪作模式下，紫云英作為豆科綠肥，其生長期間能增加土壤氮素含量，還田后為水稻生育前期提供氮素供應，促進水稻分蘗的發生，進而增加水稻有效穗，秸稈為水稻生殖生長提供鉀素，促進水稻生殖生長進而提高水稻千粒重[32]，紫云英稻稈二者協同還田可以改善土壤理化性狀，培肥土壤，促進水稻穩產高產[19，20]。另一方面本試驗土壤基礎肥力處于中等偏低水平[21]，油菜–水稻輪作下水稻季油菜秸稈全量還田的基礎上配施常規氮肥等同于提高了施氮水平，紫云英–水稻模式下盡管水稻前期氮肥減量20％，但是紫云英水稻秸稈聯合還田后可以顯著提高水稻生育前期土壤氮素含量。不同水稻品種的氮肥利用效率和敏感度存在明顯的差異，進而不同水稻品種對氮肥管理響應差異較大。相關研究表明，在氮素供應充足的條件下，不同品種間的產量差異并不顯著，而在氮素供應不足的條件下，不同品種對氮素的響應表現出顯著的差異[22]。本試驗中WRSN0處理即低氮條件2個常規稻產量差異不顯著但是顯著低于2個雜交稻，可能主要是因為雜交稻對氮素的需求和響應更加敏感，而氮敏感水稻品種在相對較低施氮量下能獲得較高的產量[22]。GRSN80處理即中氮條件下常規稻‘黃華占'和雜交稻‘川優6203'產量最高，顯著高于其他兩個品種，RRSN100處理即高氮條件下，4個品種產量差異顯著，且雜交稻產量增幅較大。

水旱輪作制下秸稈還田和氮肥運籌可以增加水稻穗粒數和有效穗[23，24]。本試驗中4個品種穗粒數和有效穗均以WRSN0處理最低，而油菜-水稻和紫云英-水稻輪作模式中秸稈還田配施氮肥優化水稻產量因子的優勢明顯，這與楊勝玲等[25]研究結果中有機無機配施可以顯著優化水稻產量構成因子的結論一致。3個處理相比，紫云英-水稻輪作下紫云英稻草聯合還田與氮肥減量配施（GRSN80處理）顯著增加4個品種穗粒數。馬冬云等[26]研究發現，高施氮量花前同化物多用于促進營養器官生長，不施氮時莖葉會加速氮、糖轉運來充實籽粒，從而提高結實率。本試驗中WRSN0、GRSN80、RRSN100 3個處理分別對應不施氮、中氮和高氮處理，研究結果顯示4個品種結實率均值由高到低的順序WRSN0gt;GRSN80gt;RRSN100。

3.2"不同輪作模式下秸稈還田與氮肥配施對水稻莖孽動態及干物質積累的影響

適宜的氮肥運籌可以促進水稻前期分蘗，有利于構建高產群體[11]。楊勝玲等[25]研究表明有機無機配施可以顯著促進水稻分蘗。本試驗中同一品種均表現為GRSN80處理最大分蘗數最高、

RRSN100處理次之、WRSN0處理最低。王振洋等[27]研究表明適當增施氮肥能夠提高水稻花后干物質積累量。本試驗中成熟期穗的干物質累積量GRSN80處理最大、RRSN100處理次之、WRSN0處理最低。可能主要是因為紫云英與稻稈聯合還田可以提高氮素有效性，尤其是保證水稻生育后期氮素供應且在氮肥減量條件下優化匹配氮素供應與水稻不同生育期氮素的需求[28～30]。不同水稻品種的干物質積累對氮肥運籌等栽培措施響應差異較大[31]，本試驗中，WRSN0處理（低氮）、GRSN80處理（中氮）、RRSN100處理（高氮）4個品種差異較大，然而本試驗設計的氮肥施用量梯度較少，同一輪作模式下秸稈還田后對4個品種的莖孽動態和干物質積累的最佳氮肥用量需要進一步研究。

4"結論

GRSN80和RRSN100處理可以提高4個水稻品種的分蘗數、穗粒數、有效穗和干物質積累，其中GRSN80處理最大分蘗數、穗粒數及成熟期穗干物質量最高。常規稻‘黃華占’和‘美香占2號’在

GRSN80處理下產量較高，雜交稻‘川優6203’和‘宜香2115’在RRSN100處理下產量較高。紫云英–水稻輪作模式下紫云英稻稈聯合還田且氮肥減量20%適宜種植常規稻，油菜-水稻輪作模式下通過油菜和水稻秸稈還田適宜種植雜交稻。

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