何 虎，黃 山，才 碩，2，曾研華，3，吳建富，曾勇軍，潘曉華* ，石慶華*

(1．江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 雙季稻現(xiàn)代化生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心/作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江西省作物生理生態(tài)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330045;2．江西省灌溉試驗(yàn)中心站，江西 南昌 330201;3．中國水稻研究所，浙江杭州310006)

合理施用氮肥，不僅可以提高水稻的產(chǎn)量、品質(zhì)和氮肥利用率，而且可以減少因過量施用氮肥而帶來的環(huán)境污染［1］。稻草作為一種廉價(jià)的有機(jī)肥料，含有大量的氮、磷、鉀、硅等礦質(zhì)營養(yǎng)元素，稻草還田對提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本有重要作用［2］。彭英湘［3］研究表明，稻草還田能增加水稻產(chǎn)量，施用N肥后稻草增產(chǎn)效應(yīng)顯著高于不施N肥處理，早、晚稻分別增產(chǎn)9．18%和5．83%。徐國偉［4］認(rèn)為秸稈還田與實(shí)地氮肥管理可以減少氮肥使用量，秸稈全量還田后，增加了下茬水稻的產(chǎn)量，降低了單位面積穗數(shù)，提高了每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率。曾研華等［5］研究表明，稻草全量還田較稻草不還田和稻草燒灰還田，產(chǎn)量增加3．41% ～4．33%，增產(chǎn)顯著;稻草全量還田還有利于改善稻米加工品質(zhì)和食味品質(zhì)，但降低了稻米外觀品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)。有關(guān)研究［6-7］表明，稻草還田和實(shí)地氮素管理對稻米的加工品質(zhì)沒有明顯的影響，但降低了堊白米粒、堊白度和直鏈淀粉的含量，有效地改善了稻米的外觀品質(zhì)和蒸煮品質(zhì);還可以使淀粉的最高粘滯度和崩解值變小，消堿值變低，有利于提高了稻米的食味品質(zhì)。前人關(guān)于稻草還田對下茬水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響已有很多研究［8-10］，但大多以稻草部分還田和非切碎還田為主，而機(jī)收全量、切碎還田下氮肥運(yùn)籌對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)影響研究較少，尤其是對雙季稻的研究鮮有報(bào)道。在雙季稻區(qū)，機(jī)收比例不斷增加，平原地區(qū)已達(dá)80%以上。因此，研究機(jī)收條件下稻草全量切碎還田的氮肥運(yùn)籌，不僅具有理論意義，更具有現(xiàn)實(shí)意義。為此，本文通過研究水稻機(jī)收后稻草全量還田下氮肥運(yùn)籌對晚稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，旨在為稻草全量還田下水稻合理施用氮肥提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2009—2010 年在進(jìn)賢縣溫圳鎮(zhèn)楊溪村(海拔 26 m，北緯 28°20′12″，東經(jīng) 116°05′30″)進(jìn)行。供試品種為超級晚稻淦鑫688，供試土壤為第四紀(jì)紅色粘土發(fā)育的潴育型水稻土，試驗(yàn)土壤理化性質(zhì)為:有機(jī)質(zhì)14．2 g/kg，全氮(N)2．1 g/kg，堿解氮(N)194．4 g/kg，有效磷(P)22．3 g/kg，速效鉀(K)89．7 mg/kg，pH 值 5．9。

1．2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4 個(gè)施氮(純 N)水平，分別為0，120，180，240 kg/hm2，分別用 N0、N1、N2、N3表示;在 N2水平下增設(shè)稻草不還田對照(CK)。氮肥按m(基肥)∶m(分蘗肥)∶m(穗肥)=5∶2∶3施用。在施氮180 kg/hm2下設(shè)置不同施氮比例處理，即 m(基肥)∶m(分蘗肥)∶m(穗肥)=5∶0∶5、5∶1∶4、5∶2∶3、5∶3∶2、5∶4∶1、5∶5∶0，分別用NT1、NT2、NT3、NT4、NT5和 NT6表示。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積 17．75 m2，4 次重復(fù)，小區(qū)間做埂，并用薄膜包埂，單灌單排。氮肥用尿素;磷肥用鈣鎂磷肥(600 kg/hm2)，全作基肥;鉀肥用氯化鉀(K2O 180 kg/hm2)，按m(基肥)∶m(分蘗肥)∶m(穗肥)=5∶2∶3施用。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)總施氮量和各施氮比例中氮素僅指化學(xué)氮肥中氮素，不包含還田稻草所含氮素。

1．3 田間管理

采用日產(chǎn)久保田牌半喂入式收割機(jī)收割早稻，收割同時(shí)將稻草機(jī)械化切碎至5～15 cm(試驗(yàn)所設(shè)對照區(qū)稻草不切碎并將其全部移出小區(qū))，其中稻田留茬高度5～10 cm。試驗(yàn)田前茬為早稻，按照谷草比1∶1計(jì)算，稻草還田量2009、2010年分別為6 750 kg/hm2和7 150 kg/hm2。收割之后，將稻草撒勻，灌水旋耕。采用濕潤育秧，移栽密度為13．3 cm×26．4 cm，2苗/蔸?；视谝圃郧?d施用，分蘗肥在移栽后5～7 d施用，穗肥于葉齡余數(shù)2左右施用，其他管理措施與一般高產(chǎn)田相同。

1．4 測定項(xiàng)目與方法

1．4．1 產(chǎn)量及其構(gòu)成 成熟期每小區(qū)調(diào)查50蔸有效穗，按平均數(shù)法取樣5蔸，分別考查其穗長、每穗粒數(shù)、空癟粒數(shù)和千粒質(zhì)量，并計(jì)數(shù)結(jié)實(shí)率。除周邊兩行外每小區(qū)實(shí)割測產(chǎn)，脫粒后稱量，約取2 kg稻谷曬干計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)含水率，計(jì)數(shù)產(chǎn)量。

1．4．2 稻米品質(zhì)的檢測 將稻谷混勻、晾干后用于稻米品質(zhì)測定。檢測前先風(fēng)選，然后參照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T17891—1999優(yōu)質(zhì)稻谷》和農(nóng)業(yè)部部頒行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《NY/T593—2002食用稻品種品質(zhì)》［22-23］檢測。

1．5 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel和DPS軟件處理和分析數(shù)據(jù)。兩年試驗(yàn)結(jié)果基本一致，分析中的圖表數(shù)據(jù)均采用兩年數(shù)值平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差，顯著性水平設(shè)置為P=0．05和0．01。

2 結(jié)果與分析

2．1 氮肥運(yùn)籌對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2．1．1 產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素年度間差異 表1表明，不同施氮量兩年試驗(yàn)的產(chǎn)量、每穗總粒數(shù)和結(jié)實(shí)率差異不顯著，有效穗數(shù)和千粒質(zhì)量差異達(dá)到極顯著水平;不同施氮比例下，兩年試驗(yàn)的產(chǎn)量和結(jié)實(shí)率差異不顯著，有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)和千粒質(zhì)量達(dá)到顯著差異。由于年度間產(chǎn)量差異不顯著且結(jié)果基本一致，以下數(shù)據(jù)分析均采用兩年平均值。

表1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的年度間差異Tab．1 Variance analysis of yield and its com ponents between two-year experiment

2．1．2 氮肥運(yùn)籌對產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響 表2表明，在稻草全量還田下，晚稻產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加，當(dāng)施氮量超過180 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量下降，處理間差異極顯著。產(chǎn)量構(gòu)成因素中，稻草全量還田下單位面積有效穗數(shù)隨施氮量的增加而增加，而結(jié)實(shí)率則相反，處理間差異達(dá)顯著或極顯著水平;每穗粒數(shù)施氮處理間差異不明顯，但極顯著高于不施氮處理;千粒質(zhì)量各施氮處理均顯著高于不施氮處理。在同一施氮(180 kg/hm2)水平下，稻草全量還田較不還田處理有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量極顯著提高，每穗總粒數(shù)顯著減少，產(chǎn)量增加0．71 t/hm2，增幅為8．8%，增產(chǎn)極顯著，表明稻草全量還田配施適當(dāng)?shù)牡视欣谔岣咚井a(chǎn)量。

表2 氮肥運(yùn)籌對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)Tab．2 Effects of nitrogen management on grain yield and its components of late rice(M ean±SD)

稻草全量還田不同穗肥比例對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響不同(表2)。在同一施氮水平下，水稻產(chǎn)量以 NT3處理產(chǎn)量最高，達(dá)8．75 t/hm2，極顯著高于其他處理，較產(chǎn)量最低的 NT6處理增產(chǎn)12．47%;單位面積的有效穗數(shù)隨穗肥比例的減少而逐漸減少;每穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量均以NT3處理最大;結(jié)實(shí)率以NT2處理最大，NT4處理最小，處理間差異不顯著。說明稻草全量還田下，以基蘗穗肥施氮比例為5∶2∶3時(shí)增產(chǎn)效果最好。

2．1．3 氮肥運(yùn)籌與產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素的關(guān)系 相關(guān)分析表明，稻草全量還田后，施氮量對產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響顯著高于穗肥施用比例(r分別為0．956 2＊＊和0．915 9＊＊)。施氮量與有效穗數(shù)極顯著正相關(guān)(r=0．942 6＊＊)，與每穗總粒數(shù)和千粒質(zhì)量呈拋物線極顯著正相關(guān)(r=0．962 4＊＊和 r=0．980 3＊＊)，與結(jié)實(shí)率呈極顯著負(fù)相關(guān)(r=-0．958 2＊＊)。在同一施氮水平下，穗肥施用量與有效穗數(shù)呈極顯著正相關(guān)(r=0．954 7＊＊)。上述結(jié)果說明:稻草全量還田后，施氮量比穗肥施用比例對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素影響更大，其中施氮量通過影響所有產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)而影響產(chǎn)量，不同的分蘗肥穗肥施用比例主要通過影響有效穗數(shù)影響產(chǎn)量。

2．2 氮肥運(yùn)籌對稻米品質(zhì)的影響

2．2．1 氮肥運(yùn)籌對稻米加工、外觀品質(zhì)的影響 由表3可知，在稻草全量還田下，晚稻谷加工品質(zhì)中出糙率隨施氮量增加而提高，N0處理與其他處理間差異顯著;精米率以N1處理最高，顯著高于N0和N2;N2處理(產(chǎn)量最高)的精米率和整精米率均顯著低于其余處理。在外觀品質(zhì)中，粒長隨施氮量的增加先增后減，N2處理最大;N1、N2、N3的粒寬相同且大于 N0;各處理堊白粒率高低依次為 N1、N0、N2、N3，N2、N3極顯著低于N0和N1，堊白面積隨施氮量增加先減小后增大，堊白度隨施氮量增加而降低，說明高氮處理堊白粒率、堊白度較低，適宜施氮量下堊白面積最低。

稻草全量還田后在同一施氮水平下，穗肥施氮較多時(shí)，稻米的出糙率和精米率相對較高，均以NT1處理最高，NT5處理最低;處理NT1的整精米率最低，且與其他處理差異極顯著;不同穗肥比例各處理粒長均一致，NT1、NT4和NT6處理的粒寬比其余處理低0．1 mm，最終粒型也略高，表明施氮比例不協(xié)調(diào)會降低粒寬。處理NT6和產(chǎn)量最高的NT3的堊白粒率、堊白面積和堊白度相對較低，NT5和NT1處理較高。說明適當(dāng)調(diào)節(jié)氮肥施用比例可以改善稻米的加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)。

表3 氮肥運(yùn)籌對稻米加工、外觀品質(zhì)的影響Tab．3 Effects of Nitrogen management on m illing and appearance quality of rice grain

2．2．2 稻草全量還田對稻米加工、外觀品質(zhì)的影響 同一施氮水平下，稻草全量還田處理下出糙率、精米率、整精米率分別比CK降低了0．5%、0．8%、0．6%(圖1);表4表明，稻草全量還田處理下與CK粒長一致，粒略變寬，但未改變細(xì)長的粒型;堊白粒率、堊白面積和堊白度分別降低了2%、4%、1．1%。說明稻草全量還田比對照加工品質(zhì)有所降低，但是外觀品質(zhì)明顯改善。

相關(guān)分析表明，稻草全量還田后，施氮量與出糙率極顯著正相關(guān)，與堊白度顯著負(fù)相關(guān);出糙率與產(chǎn)量極顯著正相關(guān)，粒長和粒寬均與產(chǎn)量顯著正相關(guān);堊白度和產(chǎn)量顯著負(fù)相關(guān)。同一施氮水平下，穗肥施氮量與出糙率呈極顯著正相關(guān)，與整精米率呈顯著負(fù)相關(guān)，表明施用穗肥施氮越多越有利于提高出糙率，卻降低了整精米率。

圖1 稻草還田對稻米加工品質(zhì)的影響Fig．1 Effects of straw return on ricemilling and appearance quality

表4 稻草還田對稻米外觀品質(zhì)的影響Tab．4 Effects of straw return on appearance quality of rice grain

2．2．3 稻草全量還田對稻米蒸煮及營養(yǎng)品質(zhì)品質(zhì)的影響 從表5可以看出，同一施氮水平下，稻草全量還田處理與CK相比，膠稠度略有增加，差異顯著;透明度顯著降低0．6級;直鏈淀粉降低0．3%，且差異極顯著;蛋白質(zhì)含量提高了0．14%，但堿消解值級別和水分無差異。說明稻草全量還田后能顯著提高稻米的蒸煮品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)。

表5 稻草還田對稻米蒸煮營養(yǎng)品質(zhì)的影響Tab．5 Effects of straw returning on cooking and nutritional quality

3 討論

3．1 稻草還田對晚稻產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

目前大多研究都認(rèn)為適量稻草還田能提高下季水稻產(chǎn)量，但對稻草全量還田的增產(chǎn)效應(yīng)，目前并沒有一致性的結(jié)論［11-12］。有研究［13］表明稻草腐解釋放的化學(xué)物質(zhì)可能不利于下茬作物的生長，還田量達(dá)80% ～100%時(shí)會導(dǎo)致減產(chǎn)［14］，所以稻草應(yīng)該適時(shí)、適量的還田，以趨利避害［8，13］。也有研究［15］認(rèn)為，秸稈原位還田能明顯提高水稻產(chǎn)量，與化肥配施時(shí)效果更為顯著，產(chǎn)量隨還田量的增加而提高。本研究表明，稻草全量還田下晚稻增產(chǎn)8．8%，達(dá)到極顯著水平，與已有研究［5，16］結(jié)果的增產(chǎn)幅度基本一致，未發(fā)現(xiàn)稻草全量還田對晚稻生長和產(chǎn)量形成產(chǎn)生不利影響，可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)稻草全量還田后機(jī)械旋耕使稻草與耕層土壤混勻并充分接觸，加之晚稻季氣溫較高，有利于稻草的快速腐解。并且本研究氮肥用量及施用比例較為合理，也降低了稻草還田下微生物對氮素的固定。

目前關(guān)于稻草還田對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響已有大量報(bào)道，結(jié)果卻不盡相同。有研究［16］指出稻草還田能顯著提高水稻產(chǎn)量主要是因?yàn)橛行霐?shù)和每穗實(shí)粒數(shù)的增加;但也有研究［4］認(rèn)為，秸稈全量還田降低了單位面積穗數(shù)，提高了每穗總粒數(shù)和結(jié)實(shí)率。本試驗(yàn)表明，稻草全量還田提高了有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量，與前人研究［3，17-18］一致。雖然每穗總粒數(shù)有所降低，每穗實(shí)粒數(shù)卻有所增加，與前人研究［16］一致。

3．2 稻草還田后氮肥運(yùn)籌對晚稻產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

合理施用氮肥是水稻高產(chǎn)栽培的重要措施之一，在一定范圍內(nèi)，水稻產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加，超過最佳范圍后會降低產(chǎn)量和部分產(chǎn)量因素［19］。佘冬立［9］認(rèn)為，稻草全量還田下紅壤稻田全年雙季適宜施氮量為180～185 kg/hm2。本研究表明，稻草全量還田下，產(chǎn)量隨施氮量的增加呈先增大后減小的趨勢，施氮180 kg/hm2產(chǎn)量構(gòu)成因素間較為協(xié)調(diào)，產(chǎn)量最高。施氮量與產(chǎn)量呈二次拋物線關(guān)系，與前人研究［20］一致。按照拋物線方程計(jì)算，要獲得最高產(chǎn)量對應(yīng)的施氮量應(yīng)為199 kg/hm2，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和方程計(jì)算，雙季稻區(qū)稻草全量還田下，晚稻合理的施氮量應(yīng)為180～200 kg/hm2。

前人對秸稈全量還田后一季稻的氮肥運(yùn)籌已有研究［6，21-23］，但關(guān)于雙季早稻稻草全量還田后的晚稻合理氮肥運(yùn)籌卻未見報(bào)道。洪春來［23］認(rèn)為，秸稈全量還田后在施氮量一定的前提下，應(yīng)適當(dāng)增大前期施氮比例，降低土壤碳氮比，以促進(jìn)秸稈分解，防止微生物“爭氮”。王國忠［21］認(rèn)為，秸稈全量還田下純氮在全生育期前中后的配比以6．5∶0．5∶3為最佳。佘冬立［9］認(rèn)為，稻草還田后施氮比例為m(基肥)∶m(分蘗肥)∶m(穗肥)=3∶3∶4處理產(chǎn)量最高。本研究表明，稻草全量還田后同一施氮水平下，氮肥以m(基肥)∶m(分蘗肥)∶m(穗肥)=5∶2∶3(m(基蘗肥)∶m(穗肥)=7∶3)處理有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率穩(wěn)定的同時(shí)，具有較高每穗總粒數(shù)和千粒質(zhì)量，各產(chǎn)量構(gòu)成因素協(xié)調(diào)，產(chǎn)量最高，因此，在雙季稻區(qū)早稻草全量還田后，晚稻合理的施氮比例應(yīng)為 m(基肥)∶m(分蘗肥)∶m(穗肥)=5∶2∶3。

3．3 稻草還田和氮肥運(yùn)籌對稻米品質(zhì)的影響

已有研究［6-7，24］認(rèn)為，秸稈還田后稻米的外觀品質(zhì)和加工品質(zhì)有所改善，同時(shí)提高了稻米的食味營養(yǎng)品質(zhì)和蒸煮品質(zhì)。但在本研究中，等施氮量(N 180 kg/hm2)下，稻草全量還田反而比不還田處理的晚稻稻米的出糙率、精米率和整精米率等有所降低，蒸煮和營養(yǎng)品質(zhì)得到顯著改善，與前人［4，6，24］結(jié)果略有不同，可能因?yàn)榻斩掝愋筒煌?、下茬水稻品種不同所致。有研究［4］表明稻米品質(zhì)的改善可能與粒型有關(guān)［25］，而秸稈還田后稻米的長寬比增加，籽粒變長，養(yǎng)分運(yùn)輸?shù)木嚯x變短，因此堊白度下降。本試驗(yàn)結(jié)果表明，稻草全量還田后粒長無顯著差異，粒寬可能因?yàn)樽蚜９酀{較快而增加，長寬比略有降低。稻米堊白和粒型的形成機(jī)制較為復(fù)雜，因此稻草還田對改善稻米外觀品質(zhì)的機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

稻米品質(zhì)的表現(xiàn)是基因型與環(huán)境綜合作用的結(jié)果，種植季節(jié)、栽培密度、氮肥運(yùn)籌等外界環(huán)境因素，都可能對稻米品質(zhì)產(chǎn)生一定的影響［26］。前人研究［27-28］表明，增施氮肥用量可以提高整精米率和蛋白質(zhì)含量，增大糊化溫度，降低堊白率和堊白度、縮短膠稠度。以往有關(guān)不同時(shí)期施氮對稻米品質(zhì)影響的研究結(jié)果略有不同，有研究者認(rèn)為后期施氮會使堊白米率上升［26］，外觀品質(zhì)變差，但也有相反的觀點(diǎn)［29］;施氮時(shí)期對糊化溫度和蛋白質(zhì)的影響，眾多研究觀點(diǎn)基本一致，即后期施氮會使糊化溫度略有下降，籽粒中蛋白質(zhì)含量有所提高，改善稻米營養(yǎng)品質(zhì)［27］。目前有關(guān)稻草全量還田下氮肥運(yùn)籌對稻米品質(zhì)影響的報(bào)道較少。本研究發(fā)現(xiàn)，稻草全量還田下，隨施氮量增加，稻米出糙率升高，堊白度降低，產(chǎn)量最高處理(施氮180 kg/hm2)的堊白面積最小;同一施氮水平下，穗肥施氮越多，出糙率、精米率等加工品質(zhì)相對越高，氮肥施用比例為m(基)∶m(蘗)∶m(穗)=5∶2∶3時(shí)，稻米的加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)最佳。說明稻草全量還田下合理的氮肥運(yùn)籌不僅可以提高產(chǎn)量［5］，而且還可以改善稻米品質(zhì)［24］，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的統(tǒng)一。

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