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        免耕水稻氮素利用與栽培調(diào)控研究進展

        2009-05-08 03:33:40梁天鋒莫潤秀江立庚
        湖北農(nóng)業(yè)科學 2009年2期
        關(guān)鍵詞:免耕水稻

        梁天鋒 莫潤秀 曾 可 江立庚

        摘要:水稻免耕栽培技術(shù)是水稻栽培技術(shù)的重大革新,闡述了免耕水稻的發(fā)展現(xiàn)狀、氮素利用和栽培調(diào)控方面的有關(guān)問題,探討了免耕水稻栽培調(diào)控的研究方向。

        關(guān)鍵詞:水稻;免耕;氮素利用;栽培調(diào)控

        中圖分類號:S511;S143.1文獻標識碼:A文章編號:0439-8114(2009)02-0478-03

        水稻是我國主要糧食作物,承擔著糧食安全的第一重任,隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的推進,單位土地面積上投入的人力和物力呈現(xiàn)下降趨勢:同時人口不斷增加,土地資源減少,生態(tài)環(huán)境惡化,人們對糧食需求壓力越來越大;水稻是施肥水平較高的作物之一,隨著施氮水平的提高,氮素利用效率下降生產(chǎn)成本提高,水土污染等問題日趨嚴重,近幾年迅速發(fā)展起來的水稻免耕技術(shù),體現(xiàn)了當今農(nóng)業(yè)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效、生態(tài)、安全、可持續(xù)發(fā)展的需要,是水稻栽培技術(shù)的一項重大革命和創(chuàng)新,本文就免耕水稻氮素利用及栽培調(diào)控的部分理論問題進行評述與討論。

        1水稻免耕栽培發(fā)展狀況

        免耕(no-tillage),又稱零耕(zero tillage),指在作物播種前不用農(nóng)具或機器整理土地,直接在原茬地上播種,播種以后在作物生長期間不使用農(nóng)具進行土壤管理的一種耕作方法。由于免耕能利用前茬殘留物覆蓋地表,借以減少水土流失和保護農(nóng)田,因而被稱之為保護性耕作。在1935年,一場沙塵暴從美國西部刮起,橫掃美國2/3的國土,毀掉300萬hm2耕地,把3億多噸土壤卷入大西洋,這場沙塵暴的罪魁禍首就是土地耕作,從此推動了各種保水保土耕種方法的研究,免耕法就是在這一基礎(chǔ)上逐步興起發(fā)展起來的。到目前為止,世界上已有近30個國家開展了這項研究工作,比較成功的有英國的冬小麥和油菜免耕栽培,巴西的大豆免耕栽培等。國外的免耕栽培主要是旱地免耕栽培,水稻的免耕栽培近些年來才逐漸得到重視和發(fā)展,國際水稻所于1998年開始進行水稻免耕栽培的長期定位試驗。我國水稻免耕始于20世紀70年代,主要有自然免耕和免耕直播兩種形式。1996年,廣東農(nóng)科院水稻所將免耕與拋秧技術(shù)有機的結(jié)合起來,創(chuàng)造性地提出了具有鮮明中國特色的水稻免耕拋秧栽培技術(shù)。與常耕拋秧栽培比較,水稻免耕拋秧更省工、更節(jié)本、更高效、更安全,因而被認為是水稻栽培技術(shù)上的重大革命。水稻免耕拋秧栽培于2000年開始在南方稻區(qū)個別省份進行示范和推廣,2001年發(fā)展到廣東、廣西、四川、汁西、湖北等省,2003年全國推廣水稻免耕拋秧33萬hm2,尤其在廣西,水稻免耕拋秧栽培的發(fā)展速度和應(yīng)用面積均處于全國領(lǐng)先水平。2001年,廣西水稻免耕拋秧栽培面積僅為0.13萬hm2,2004年為33萬hm2,2006年全區(qū)推廣水稻免耕拋秧87.02萬hm2。

        2免耕水稻氮素利用特性研究

        免耕技術(shù)在水稻生產(chǎn)上推廣應(yīng)用后,前人已從免耕稻的生長發(fā)育、產(chǎn)量形成以及免耕對土壤物理、化學及生物學特征的影響等進行了一些研究,在氮素利用方面,定位試驗結(jié)果表明,免耕使土壤有機質(zhì)和氮素向土壤表層富集,免耕水稻植株前期氮素含量較高,后期較低,易出現(xiàn)早衰現(xiàn)象。免耕水稻的氮肥利用率比常耕水稻的低,這可能與免耕稻田水層養(yǎng)分含量較高有關(guān)。英國早在20世紀60年代對免耕和翻耕進行了大量的比較試驗,結(jié)果表明只有當?shù)使?yīng)充足時產(chǎn)量才沒有差異,其原因也可能是免耕影響了氮素的吸收。江立庚等對免耕拋秧水稻和常耕拋秧水稻的產(chǎn)量進行了比較,結(jié)果表明,在相同施氮量條件下,免耕拋秧水稻產(chǎn)量比常耕拋秧水稻略低(差異不顯著),要使免耕拋秧水稻產(chǎn)量達到或超過常耕拋秧的產(chǎn)量,其施氮量必須增加10%~15%,試驗也證實了免耕拋秧水稻必須要有充足的氮肥作基礎(chǔ)。

        3免耕與常耕稻田氮素損失差異研究

        3.1氨的揮發(fā)損失

        國內(nèi)有研究證實氨揮發(fā)損失占總施氮量的9%~40%。在相同施氮量情況下,水稻生長初期表層土壤和水層中肥料氮的含量免耕顯著高于傳統(tǒng)耕種,但在分蘗末期,免耕水稻含氮總量及其吸收肥料氮量都顯著低于傳統(tǒng)耕作,而對土壤氮的吸收則差異不顯著。原因在于免耕沒有耕作,當?shù)拭媸┖螅咎锉砻嫠袖@態(tài)氮濃度增加,pH值上升,從而導(dǎo)致氨的揮發(fā)損失,但免耕3~5年導(dǎo)致表層土壤酸化,廣西大學江立庚課題組研究結(jié)果顯示,30cm表土層內(nèi)土壤pH值免耕明顯低于常耕。

        3.2硝化-反硝化損失

        硝化-反硝化損失是土壤中氮素損失的一條重要途徑,它是微生物在特定條件下進行的。高云超等研究發(fā)現(xiàn):多年連續(xù)秸稈覆蓋免耕對土壤細菌群落影響很大,免耕可提高0~10cm土層土壤細菌總數(shù)、放線菌數(shù)和棒狀細菌數(shù)量,蔡貴信等認為即使在較為適宜的氮肥用量和施用技術(shù)下,氮素的反硝化損失仍達16%~41%。

        4免耕水稻氮素利用的調(diào)控研究

        4.1免耕水稻氮素利用與稻草還田的關(guān)系

        稻草還田有稻草覆蓋還田(面施)和稻草深埋還田(深施)兩種方式。在常規(guī)耕作條件下,稻草往往深施還田,在免耕條件下,稻草只能面施還田。稻草中氮素的80%以上以有機氮的形式存在,因此,稻草中的氮素必須在稻草分解、氮素釋放之后才能被水稻吸收利用。稻草面施還田時,稻草在氧氣充足的條件下分解,稻草深施還田時,稻草在氧氣相對較少條件下分解。由此推斷,在不同的耕作方式下,稻草的氮素釋放特性是不相同的。

        已有研究表明,當?shù)静菝媸r,其秸稈中的殘留較多。另一方面,面施稻草釋放的氮素主要處于土壤表層,與深施稻草釋放的氮素處于土壤深層不同。因此,面施稻草氮素利用與深施稻草氮素的利用理論上也存在一定的差異。Scowcroft等研究表明,土壤微生物是無機氮的強烈競爭者,無論是NH+4還是NO-3在中短期內(nèi)都會迅速被微生物固持而使植物無法利用。Ocio的研究結(jié)果顯示,施人標記15N的氮肥在培養(yǎng)5d時,微生物固持的N量占施肥量的40%左右。稻草在微生物強烈分解的過程中消耗較多的土壤氮素,從而導(dǎo)致植株氮素的供應(yīng)相對不足,即大量的稻草在分解時,使部分土壤礦質(zhì)態(tài)氮變?yōu)橛袡C態(tài)氮,致使可供給態(tài)氮量下降,并且產(chǎn)生較多的Fe2+和有機酸等有毒物質(zhì)。

        4.2免耕水稻氮素利用與水分關(guān)系

        生產(chǎn)上,由于免除了犁耙田,一些田塊漏水較嚴重,水分利用率較低。水稻對淹水和旱地環(huán)境均有很強的適應(yīng)性,表現(xiàn)出明顯的兩棲性,節(jié)水栽培的潛力很大。研究表明,水稻受水分脅迫時,稻植株體內(nèi)的自由水/束縛水比值下降,ABA含量上升,脯

        氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累增加,SOD活性明顯增強,并誘導(dǎo)逆境蛋白的形成和積累等。節(jié)水栽培改變了稻田土壤長期淹水的狀態(tài),土壤的氧化還原電位和通透性提高,有利于好氣微生物的活動,從而促進土壤有機質(zhì)的分解和養(yǎng)分的有效性,有研究表明,間歇灌溉條件下,土壤的速效氮含量比淺水灌溉提高25.30%,氮素利用率提高5.17%,但磷的吸收受到一定抑制。

        4.3免耕水稻氮素利用與根系的關(guān)系

        根系是水稻從稻田中吸收氮素的重要器官,然而,免耕對拋栽水稻根系的生長是不利的。江立庚等的研究表明,免耕對拋栽水稻根系生長的不利主要表現(xiàn)在兩個方面,一是免耕水稻根系生長量下降,導(dǎo)致根系吸收面積和吸收能力可下降;二是免耕水稻根系更多的分布在稻田表層,分布在深層的根系明顯減少。由此可推斷,免耕水稻對土壤氮素尤其是深層氮素的吸收能力較差,根系生長受阻可能是免耕拋秧水稻氮素利用率低的最主要原因之一。進一步的研究表明,稻草還田能有效地促進免耕拋栽水稻根系的生長。這是因為稻草在稻田表層腐爛后,形成了一個疏松、肥沃、氧氣充足的“表土層”。此外,一些科學研究者發(fā)現(xiàn),NO-3可以有效促進水稻側(cè)根的伸長、增加對氮素的吸收。也有研究表明,水稻根系對供氮量和供氮方式具有適應(yīng)性反應(yīng),不同的生育階段、不同的供氮濃度對根系的生長量、不定根長和根粗的影響不一。

        節(jié)水栽培條件下,水稻根系的生長也會發(fā)生顯著的變化,其生長量下降,但根系向縱深方向發(fā)展,深層根系分布比率隨土壤含水量的下降而增加。因此,節(jié)水條件下,水稻對土壤深層的養(yǎng)分與水分的利用能力往往會增強,但是,節(jié)水栽培對土壤水分的控制必須在一定的范圍之內(nèi)。因為根系生長發(fā)育最適宜的土壤含水量為田間最大持水量的70%~75%。

        5結(jié)語

        綜上所述,根系生長受阻可能是免耕水稻肥料氮素利用率低的最主要原因,通過稻草還田和適當?shù)乃终{(diào)節(jié)等調(diào)控手段,能有效地促進免耕水稻根系的生長,因此,如何通過稻草還田、水分調(diào)節(jié)結(jié)合改善施肥方法來優(yōu)化免耕水稻的栽培調(diào)控措施,在今后的免耕水稻的基礎(chǔ)性研究中將具有十分重要的意義,

        此外,在以下幾個方面的研究還應(yīng)當進一步深入。

        1)施氮后,水面氮素各種形態(tài)的動態(tài)變化關(guān)系如何。

        2)施氮后,田間滲漏水中各種氮素的變化關(guān)系如何。

        3)稻草還田對免耕稻田氮肥的去向有何影響。

        4)面施稻草氮素利用與深施稻草氮素利用有何差異。

        5)水分調(diào)節(jié)對免耕水稻氮素利用及其生理基礎(chǔ)的研究。

        (責任編輯昌炎新)

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