譚亦杭 ，沈健林, ，蔣炳伸, ，李巧云，李勇, ，吳金水,

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2. 中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410125；3. 中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所長(zhǎng)沙農(nóng)業(yè)環(huán)境觀測(cè)研究站，湖南 長(zhǎng)沙 410125）

秸稈還田是促進(jìn)農(nóng)田養(yǎng)分循環(huán)的重要方式[1-2]，對(duì)提升地力有較好效果[3-5]，并可提高作物氮肥利用率[6-7]。我國的秸稈資源豐富，全國每年產(chǎn)秸稈約為7.6億t，其肥量相當(dāng)于770多萬t氮肥、250萬t磷肥（P2O5）、1300 t鉀肥（K2O）[6]，尤其是在雙季稻區(qū)域秸稈資源更為豐富[7]。研究表明，秸稈還田后可以改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)[8-9]，增加農(nóng)田土壤微生物活性[5,10]，顯著提高土壤養(yǎng)分含量及氮素有效性[3,11-13]。秸稈還田條件下配合氮肥施用，會(huì)改善土壤和作物體內(nèi)氮素之間轉(zhuǎn)化，提高氮肥利用率[14-16]，提高水稻、小麥和玉米等作物產(chǎn)量[14,16-17]。如張剛等[14]對(duì)研究了麥秸全量還田對(duì)水稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響，結(jié)果表明秸稈還田平均增產(chǎn)達(dá)6.3%，平均提高氮肥的農(nóng)學(xué)利用率和表觀利用率為2.4 kg/kg和3.3%。Eagle等[15]在美國加州開展的稻田秸稈還田試驗(yàn)表明，與秸稈不還田相比，秸稈還田可以節(jié)省化學(xué)氮肥（以純N計(jì)）達(dá)25 kg/hm2，并且不減少水稻產(chǎn)量，從而可以提高氮肥利用率。何虎等[7]開展晚稻季秸稈全量還田研究表明，與秸稈不還田相比，秸稈還田顯著提高氮肥表觀利用率達(dá)5%。

水分管理是水稻栽培中的重要環(huán)節(jié)，其通過影響土壤的供氧量、土壤氧化還原電位、土壤養(yǎng)分遷移而對(duì)水稻生產(chǎn)發(fā)育和養(yǎng)分吸收產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響?zhàn)B分利用效率[18-20]。水稻是耗水量之首的農(nóng)作物，不合理的灌溉不僅不能帶來高產(chǎn)量還會(huì)造成水資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[21]，因地制宜的水分管理能改善水稻生長(zhǎng)發(fā)育，提高水稻產(chǎn)量及養(yǎng)分利用效率[19-20]。劉立軍等[19]研究發(fā)現(xiàn)，與長(zhǎng)期淹水相比，間歇灌溉（中期曬田）可顯著提高水稻產(chǎn)量，對(duì)氮肥表觀回收利用率可提高達(dá)3.2%～6.2%。Ye等[20]研究發(fā)現(xiàn)間歇灌溉較之長(zhǎng)期淹水可顯著提高氮肥回收利用率，提高幅度2.2%～3.2%。

氮肥是水稻生長(zhǎng)中所需的大量元素之一，我國水稻生產(chǎn)中由于過量施肥、偏施化肥等問題導(dǎo)致氮肥利用率普遍偏低[19-20]。提高水稻生產(chǎn)中的氮素利用效率，對(duì)于實(shí)現(xiàn)水稻生產(chǎn)中資源高效與環(huán)境保護(hù)的協(xié)同具有重要意義。秸稈還田和水分管理作為水稻生產(chǎn)中的重要栽培管理措施，目前有關(guān)二者耦合作用對(duì)水稻氮素吸收及氮肥利用率的影響還尚不清楚。本研究以湖南省長(zhǎng)沙縣典型雙季稻田為研究對(duì)象，設(shè)置三個(gè)秸稈還田水平和兩種水分管理方式的兩因子田間定位試驗(yàn)，于定位試驗(yàn)開展后的第5年通過測(cè)定早稻和晚稻季稻田土壤無機(jī)氮、微生物生物量氮?jiǎng)討B(tài)、植株吸氮量動(dòng)態(tài)以及收獲期土壤主要肥力因子、水稻產(chǎn)量和植株各部分氮素累積量，分析秸稈還田和水分管理制度下水稻氮素吸收與氮肥利用率的特征及其影響因素，旨在為秸稈的合理利用及優(yōu)化稻田氮素管理提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

田間試驗(yàn)在位于湖南省長(zhǎng)沙縣金井鎮(zhèn)的中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所長(zhǎng)沙農(nóng)業(yè)環(huán)境觀測(cè)研究站進(jìn)行。試驗(yàn)田地處 113°19′52″ E，28°33′04″ N，海拔100 m，多年平均氣溫17.5 ℃，多年平均降雨量為1 330 mm，降雨多集中在每年3—8月份，占年降雨量的60%以上，無霜期約為300 d。試驗(yàn)田土壤類型為花崗巖紅壤發(fā)育的水稻土，俗稱“麻沙泥”，0～20 cm耕層土壤基本理化性質(zhì)為：全氮含量1.62 g/kg，全磷含量0.55 g/kg，全鉀含量28.4 g/kg，有機(jī)碳含量17.5 g/kg，容重1.31 g/cm3，pH 為5.08。土壤機(jī)械組成中砂礫、粉粒和粘粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為45.8%、28.6%和25.6%[22]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)稻草還田量，即0、3.0和6.0 t/hm2（干重），分別相當(dāng)于秸稈不還田、50%秸稈還田和100%秸稈還田；設(shè)置2個(gè)水分管理模式，間歇灌溉和長(zhǎng)期淹水。并設(shè)置一個(gè)不施氮肥對(duì)照，具體處理設(shè)置見表1。秸稈還田采用前茬稻田稻草，鍘成10 cm小段翻壓還田，稻草于水稻移栽前按照前述的量全部一次性填埋于土壤耕作層10～15 cm處作基肥施用。間歇灌溉即在水稻移栽后稻田進(jìn)行淹水，水稻分蘗盛期（約移栽后一個(gè)月）進(jìn)行排水曬田，曬田時(shí)間約10 d，之后又重新復(fù)水，水層（5～10 cm）一直保持到收獲前兩星期，之后稻田開始排干。長(zhǎng)期淹水即水稻整個(gè)生育期進(jìn)行淹水，不進(jìn)行中期曬田，水層一直保持到收獲前兩星期，之后稻田開始排干。除不施氮處理外，各處理的氮磷鉀肥用量一致（表1），秸稈還田所產(chǎn)生的氮磷鉀肥投入在總施肥量中減去。

表1 田間試驗(yàn)處理及施肥量（kg/hm2）Table 1 Field experiment treatments and fertilizers application rate (kg/hm2)

田間定位試驗(yàn)開始于2012年早稻季，種植雙季稻，小區(qū)面積為5 m × 7 m，每處理重復(fù)3次。本研究于定位試驗(yàn)開展的第5年（2016年）進(jìn)行，早稻品種為湘早143、晚稻品種為玉針香。早稻于4月28日移栽，行株距為20 cm × 16.7 cm。氮肥采用尿素，磷肥采用鈣鎂磷肥，鉀肥采用氯化鉀；氮肥按基肥∶分蘗肥∶穗肥比例5∶3∶2分次施用，磷肥和鉀肥作基肥一次性施用。各小區(qū)嚴(yán)格控制雜草生長(zhǎng)，其他田間管理措施與當(dāng)?shù)卮竺娣e生產(chǎn)相一致。

1.3 樣品采集與分析方法

試驗(yàn)期間采集土壤樣品測(cè)定土壤速效氮和微生物生物量氮（MBN）動(dòng)態(tài)，采集植物樣測(cè)定植株生物量和植株含氮量。早晚稻季各取三次樣，時(shí)間分別在分蘗期（6月2日，8月25日）、抽穗期（6月21日，9月24日）和成熟期（7月17日，11月3日），土壤樣品和植株樣品采集同步，晚稻收獲期土樣還測(cè)定主要土壤肥力因子（有機(jī)碳、全氮、全磷、pH、容重）。使用直徑3 cm土鉆采用五點(diǎn)取樣法采取各小區(qū)0～20 cm的土壤。采集后的土壤樣品在4℃保存，并于一星期內(nèi)測(cè)定速效氮和MBN，土壤肥力因子土樣經(jīng)風(fēng)干后1月內(nèi)測(cè)定。

土壤常規(guī)理化指標(biāo)分析參考《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[23]，銨態(tài)氮（NH4+-N）和硝態(tài)氮（NO3

--N）采用0.5 mol/L K2SO4震蕩浸提液過濾后，原液直接由流動(dòng)分析儀（Auto Analyzer 3，SEAL Analytical，德國）測(cè)定。MBN采用氯仿熏蒸0.5 mol/L K2SO4直接提取法，根據(jù)熏蒸土壤提取的總氮與不熏蒸土壤提取的總氮的差值再除以轉(zhuǎn)換系數(shù)0.45計(jì)算得到MBN[24]，其中總氮采用消煮法轉(zhuǎn)化為NH4+-N后采用流動(dòng)分析儀測(cè)定。土壤有機(jī)碳、全氮、全磷、pH和容重分別采用重鉻酸鉀氧化法、凱氏定氮法、氫氧化鈉熔融—鉬銻抗比色法、電極法（水土比為2.5∶1）和環(huán)刀法測(cè)定。分蘗期、抽穗期和收獲期植株樣品為每小區(qū)根據(jù)平均分蘗數(shù)取代表性4株，根據(jù)4株的平均重量和田間小區(qū)插秧密度來確定分蘗期、抽穗期植株生物量，收獲期生物量則根據(jù)全部小區(qū)收獲來計(jì)產(chǎn)。分蘗期、抽穗期分別測(cè)定水稻根系和地上部含氮量，收獲期測(cè)定水稻根系、留茬、秸稈和籽粒含氮量，植株總氮采用消煮法測(cè)定[23]。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

生育期水稻總吸氮量（TNU，kg/hm2）計(jì)算方法為：

式中：RB為根系生物量（kg/hm2），RNC為根系含氮量（%），SB為秸稈生物量（kg/hm2），SNC為秸稈含氮量（%），GB為籽粒生物量（kg/hm2），GNC為籽粒含氮量（%）。

收獲期作物帶走的氮量（HNU，kg/hm2）采用下式計(jì)算：式中：HSB為收獲期秸稈生物量（不包括留茬，kg/hm2），HSNC為收獲期秸稈含氮量（%），HGB為收獲期籽粒生物量（kg/hm2），HGNC為收獲期籽粒含氮量（%）。

氮肥利用率（NUE，%）計(jì)算方法為：

式中：HNUN和HNU0分別為收獲期施氮和對(duì)照處理作物帶走氮量（kg/hm2），F(xiàn)為氮肥用量（kg/hm2）。

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤速效氮含量動(dòng)態(tài)變化

土壤銨態(tài)氮含量在早稻季分蘗期、抽穗期相對(duì)較高，分別為 7.4～16.3 mg/kg和 11.2～18.0 mg/kg，收獲期相對(duì)較低，僅為2.7～4.8 mg/kg；在晚稻季分蘗期相對(duì)較高，為5.8～28.6 mg/kg，抽穗期和收獲期相對(duì)較低，分別為1.9～14.3 mg/kg和5.8～11.8 mg/kg（圖1）。不同處理間，早稻分蘗期CKN0PK處理土壤銨態(tài)氮顯著低于其他處理，而施氮處理以NPK+HS+CF處理最低，其他處理間無顯著差異。早稻抽穗期和收獲期，秸稈還田處理較不還田處理土壤銨態(tài)氮含量均有提升，長(zhǎng)期淹水處理較對(duì)應(yīng)的間歇灌溉處理土壤銨態(tài)氮有一定的降低。晚稻分蘗期，秸稈還田處理較對(duì)應(yīng)的秸稈不還田處理，土壤銨態(tài)氮均有較大提升，長(zhǎng)期淹水處理較對(duì)應(yīng)的間歇灌溉處理差別不顯著；晚稻抽穗期，秸稈還田處理土壤銨態(tài)氮含量要高于秸稈不還田處理，長(zhǎng)期淹水處理較對(duì)應(yīng)的間歇灌溉處理土壤銨氮顯著下降；晚稻收獲期，間歇灌溉配合秸稈還田處理（NPK+LS+IF和NPK+HS+IF）土壤銨態(tài)氮含量要高于其他處理。

各處理早晚稻季土壤硝態(tài)氮含量總體較低（＜ 1 mg/kg），早稻季分蘗期至抽穗期呈顯著下降，抽穗期至分蘗期變化相對(duì)平穩(wěn)；晚稻季分蘗期至抽穗期有緩慢上升，抽穗期至收獲期有較顯著上升。由于土壤硝態(tài)氮含量較低，各處理間差別總體不顯著。

2.2 土壤微生物生物量氮?jiǎng)討B(tài)變化

早晚稻季不同生育期各處理土壤MBN含量變化幅度為15.5～67.1 mg/kg（圖2）。早稻季土壤MBN含量總體上從分蘗期到收獲期呈遞增趨勢(shì)，晚稻季土壤MBN從分蘗期到抽穗期表現(xiàn)為增加趨勢(shì)，而后到收獲期則表現(xiàn)為下降（圖2）。除早稻分蘗期外，秸稈還田處理較相應(yīng)的秸稈不還田處理土壤MBN均有較大提升；長(zhǎng)期淹水處理較相應(yīng)的間歇灌溉處理主要在早稻抽穗期和收獲期對(duì)土壤MBN有較大提升，其他時(shí)期差別不顯著。

圖1 水稻不同生育期土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量Fig. 1 Soil ammonium-N and nitrate-N contents during rice growing stages in the early and late rice seasons

表2為各處理2017年晚稻收獲后土壤0～20 cm耕層土壤肥力因子變化。秸稈還田處理較之秸稈不還田處理提高了土壤有機(jī)碳及全氮含量和土壤pH，且高量秸稈還田下差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），對(duì)土壤有機(jī)碳、全氮和pH的增幅可達(dá)10%～16%、14%～27%和1%～7%，但對(duì)土壤總磷、土壤容重的影響不顯著。秸稈不還田條件下，長(zhǎng)期淹水較之間歇灌溉降低了土壤有機(jī)碳及全氮和全磷含量，提高了土壤pH，對(duì)土壤容重有一定的提高；秸稈還田條件下，長(zhǎng)期淹水較之間歇灌溉降低了土壤有機(jī)碳及全氮和全磷含量，同時(shí)也降低了土壤pH和土壤容重。

圖2 水稻不同生育期土壤微生物生物量氮含量Fig. 2 Soil microbial biomass N contents during rice growing stages in the early and late rice seasons

表2 各處理0～20cm耕層土壤主要肥力因子變化Table 2 Changes of major soil fertility properties of the 0～20 cm tillage layer across the treatments

2.3 水稻氮素吸收動(dòng)態(tài)與水稻產(chǎn)量、氮肥利用率

各處理水稻植株總吸氮量都隨著生育期進(jìn)行而逐漸增加，早稻季和晚稻季分蘗期、抽穗期、收獲期總吸氮量分別為 17.5～50.5 kg/hm2、28.4～63.6 kg/hm2、47.1～96.5 kg/hm2和 39.2～84.4 kg/hm2、67.1～178 kg/hm2、89.0～182 kg/hm2， 不 同 稻 季 則表現(xiàn)為晚稻>早稻（圖3）。早稻季無秸稈處理NPK+IF和NPK+CF的植株總吸氮量在各個(gè)生育期均高于秸稈還田處理NPK+LS+IF、NPK+HS+IF、NPK+HS+CF水稻總吸氮量。分蘗期植株總吸氮量高秸處理要顯著低于低秸處理，而抽穗期和收獲期兩處理間的差異不顯著。秸稈不還田條件下，長(zhǎng)期淹水處理較間歇灌溉處理水稻吸氮量無顯著差別；秸稈還田條件下，長(zhǎng)期淹水處理總吸氮量在分蘗期要顯著低于間歇灌溉處理，抽穗期和收獲期也低于間歇灌溉處理，但沒有顯著差異。

晚稻季長(zhǎng)期淹水條件下，秸稈還田處理（NPK+HS+CF）植株總吸氮量在各個(gè)生育期均高于秸稈不還田處理（NPK+CF）；在間歇灌溉條件下，植株總吸氮量主要表現(xiàn)為收獲期高秸還田處理（NPK+HS+IF）顯著高于無秸稈還田處理（NPK+IF），分蘗期和抽穗期不同秸稈還田量處理植株總吸氮量差別不顯著。在無秸稈還田條件下，長(zhǎng)期淹水較間歇灌溉顯著降低植株分蘗期和抽穗期總吸氮量；秸稈還田條件下，長(zhǎng)期淹水較間歇灌溉總體上對(duì)植株總吸氮量無顯著影響。

圖3 水稻不同生育期植株總吸氮量Fig. 3 Plant total N uptake during rice growing stages in the early and late rice seasons

從收獲期水稻各部分的吸氮量來看（圖4），早稻季施氮處理根、留茬、秸稈和籽粒各部分的吸氮量分別在 5.8～7.0、2.8～4.0、24.5～31.1 和 39.3～55.0 kg/hm2，其中收獲時(shí)秸稈和籽粒帶走的總氮量在70.5～84.8 kg/hm2。不同處理間，除留茬外，施氮處理的根系、秸稈和籽粒吸氮量顯著高于不施氮處理。施氮處理間，根及留茬吸氮量各處理間無顯著差異；秸稈還田處理較之秸稈不還田處理秸稈吸氮量無差異，高量秸稈還田處理籽粒吸氮量顯著低于無秸稈還田處理。長(zhǎng)期淹水處理秸稈吸氮量要顯著高于間歇灌溉處理，而籽粒吸氮量與對(duì)應(yīng)的間歇灌溉處理間無顯著差異。

圖4 收獲期水稻不同部位吸氮量Fig. 4 The N uptake in different parts of rice plant in the early and late rice seasons

晚稻季施氮處理根、留茬、秸稈和籽粒各部分的吸氮量分別在 15.3～23.1、6.3～9.9、45.7～64.5 和74.8～84.5 kg/hm2，其中收獲期秸稈和籽粒帶走的氮量在120～149 kg/hm2。不施氮處理植株各部分吸氮量顯著低于施氮處理。施氮處理間，根系和秸稈吸氮量均以高量秸稈還田處理顯著高于秸稈不還田處理，留茬和籽粒吸氮量秸稈還田處理要高于秸稈不還田處理，但無顯著差異；長(zhǎng)期淹水處理較之對(duì)應(yīng)的間歇灌溉處理植株各部分吸氮量略有下降，但無顯著差異。

從各處理的產(chǎn)量來看（表3），施氮處理產(chǎn)量均顯著高于對(duì)照處理。施氮處理間，早稻季高量秸稈還田顯著降低了水稻籽粒產(chǎn)量，而長(zhǎng)期淹水僅在秸稈還田條件下較間歇灌溉顯著降低了水稻產(chǎn)量；晚稻季間歇灌溉條件下高秸還田的籽粒產(chǎn)量顯著高于長(zhǎng)期淹水下的無秸稈還田處理，其他處理間無顯著差異，但表現(xiàn)為秸稈還田處理產(chǎn)量高于相應(yīng)的秸稈不還田處理，間歇灌溉處理產(chǎn)量高于相應(yīng)的長(zhǎng)期淹水處理。

早稻季施氮處理的氮肥利用率在26%～38%之間，晚稻季在30%～51%之間（表3）。早稻季各處理的氮肥利用率與籽粒吸氮量趨勢(shì)較為一致，高量秸稈還田較秸稈不還田顯著降低氮肥利用率，長(zhǎng)期淹水較間歇灌溉對(duì)氮肥利用率無顯著影響。晚稻季秸稈還田較之秸稈不還田顯著提高了氮肥利用率，而秸稈不還田條件下，長(zhǎng)期淹水較之間歇灌溉顯著降低了氮肥利用率。

2.4 秸稈還田和水分管理對(duì)水稻氮肥吸收、產(chǎn)量及氮肥利用率影響

表3 早晚稻籽粒產(chǎn)量與氮肥利用率Table 3 Rice grain yields and N use eff i ciency in the early and late rice seasons

由表4可以看出，早稻季水分管理顯著影響收獲期秸稈吸氮量，而秸稈還田對(duì)收獲期秸稈吸氮量、籽粒吸氮量、總吸氮量、籽粒產(chǎn)量和氮肥利用率均有顯著影響，水分管理和秸稈還田的交互作用也顯著影響水稻產(chǎn)量。晚稻季水分管理對(duì)收獲期秸稈、籽粒及總吸氮量、籽粒產(chǎn)量和氮肥利用率無顯著影響，而秸稈還田顯著影響收獲期秸稈吸氮量、總吸氮量、籽粒產(chǎn)量及氮肥利用率，水分管理和秸稈還田的交互作用顯著影響總吸氮量和氮肥利用率。

表4 秸稈還田和水分管理對(duì)早晚稻氮肥吸收、產(chǎn)量及氮肥利用率影響的F檢驗(yàn)Table 4 F-test on the effects of straw incorporation and water management on the rice straw and grain N uptake, grain yield and N use eff i ciency in the early and late rice seasons

3 討論

3.1 秸稈還田對(duì)水稻氮肥利用率的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，雙季稻體系早稻季秸稈還田降低氮肥利用率，而晚稻季秸稈還田則提高了氮肥利用效率。以往研究結(jié)果表明，秸稈還田主要從以下幾個(gè)方面影響氮肥利用。一是秸稈還田后，提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤含氮量，提高了土壤礦質(zhì)氮的生物有效性，從而可提高作物吸氮量和氮肥利用率[16,25-26]。二是秸稈還田后，土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，土壤對(duì)無機(jī)氮的持留能力增加，可以減少氮素?fù)p失，提高氮素利用效率[14,17]。三是秸稈還田后，如遇低溫等條件，秸稈分解慢，作物根系下扎困難，易造成僵苗和爛根，從而影響作物氮素吸收[27-28]。本研究早稻生育前期，由于氣溫相對(duì)較低，土壤有機(jī)氮的礦化和秸稈的分解較慢，高量秸稈還田條件下土壤銨態(tài)氮和微生物生物量氮在水稻分蘗期較秸稈不還田均出現(xiàn)下降，且總吸氮量也隨秸稈還田量的增加而顯著下降。這表明早稻季水稻生育前期秸稈還田稻田土壤供氮能力低，水稻氮素吸收受到限制，從而影響水稻植株的生長(zhǎng)發(fā)育。而分蘗期是水稻氮肥需要的關(guān)鍵期之一，氮素供應(yīng)顯著影響分蘗數(shù)[29-30]。本研究早稻抽穗期和收獲期秸稈還田處理的土壤銨態(tài)氮和微生物生物量氮均有所提高，但植株的產(chǎn)量、吸氮量并未提高，從而導(dǎo)致了氮肥利用率下降。這也表明了水稻分蘗期的氮素供應(yīng)對(duì)水稻整個(gè)生育期的氮素供應(yīng)有重要影響，而秸稈還田稻田需防止秸稈分解慢導(dǎo)致的土壤氮素供應(yīng)不足而對(duì)水稻氮素利用率產(chǎn)生影響。

本研究中秸稈還田條件下土壤有機(jī)碳和總氮含量較之秸稈不還田均出現(xiàn)了上升（表2），而晚稻季由于氣溫較高，土壤有機(jī)碳氮的礦化和秸稈的分解較快，使得土壤銨態(tài)氮和微生物生物量氮在水稻分蘗期較秸稈不還田均出現(xiàn)上升，提高了土壤氮素有效性，植株總吸氮量也隨秸稈還田量的增加而顯著增加，從而提高了氮肥利用率。這與何虎等[7]在江西的研究結(jié)果較為一致。

3.2 水分管理對(duì)水稻氮肥利用率的影響

本研究結(jié)果表明，兩種水分管理方式對(duì)雙季稻體系的氮肥利用效率沒有顯著差異。傳統(tǒng)水稻栽培多采用長(zhǎng)期淹水灌溉模式，這是因?yàn)殚L(zhǎng)期淹水栽培具有抑制雜草生長(zhǎng)、淋洗鹽分、重金屬等有毒物質(zhì)等作用[20]。然而長(zhǎng)期淹水也存在增加暴雨期田間養(yǎng)分徑流損失和養(yǎng)分淋溶損失，加劇蒸騰降低水分利用效率，土壤通氣性差、水稻根系發(fā)育不良、無效分蘗增加而導(dǎo)致水稻減產(chǎn)等不利因素[20-21]。相對(duì)于長(zhǎng)期淹水，間歇灌溉由于采取了中期曬田，可以有效抑制無效分蘗、提高根系活力從而有利于水稻增產(chǎn)，并提高水分利用效率[20-21]。但間歇灌溉由于使稻田干濕交替多次發(fā)生，會(huì)增加氮素養(yǎng)分的硝化—反硝化損失，增加稻田N2O排放[31]。此外，曬田期如遇降雨，也將增加田間養(yǎng)分的淋溶和徑流損失。從本研究的結(jié)果來看，兩種水分管理方式下，長(zhǎng)期淹水條件下土壤有機(jī)碳、全氮和全磷均較之間歇灌溉出現(xiàn)了較明顯下降，土壤銨態(tài)氮含量也出現(xiàn)了較顯著下降，表明水分狀況對(duì)土壤氮素供應(yīng)狀況影響較大。長(zhǎng)期淹水條件，氮磷的淋溶損失加大[20-21]，不利于土壤養(yǎng)分的累積，導(dǎo)致土壤全氮和全磷含量下降，作物的養(yǎng)分吸收量也將隨之下降，從而不利于養(yǎng)分利用效率的提高。而間歇灌溉條件下，雖然土壤淋溶損失會(huì)下降，但中期排水曬田，會(huì)導(dǎo)致土壤及肥料速效養(yǎng)分的徑流流失增加，也將導(dǎo)致作物可吸收利用的養(yǎng)分量減少。這可能是兩種水分管理方式下水稻氮肥利用率并未出現(xiàn)顯著差異的原因。鑒于長(zhǎng)期淹水可能增加土壤養(yǎng)分的淋溶損失，而間歇灌溉可能增加土壤速效養(yǎng)分的徑流損失，進(jìn)一步優(yōu)化稻田的水分管理方式仍十分有必要。

從表3的結(jié)果來看，秸稈還田與水分管理配合時(shí)，其交互作用分別對(duì)早稻季水稻籽粒產(chǎn)量以及晚稻季總吸氮量和氮肥利用率產(chǎn)生了顯著影響。這可能主要是早稻季氣溫相對(duì)較低，此外如果稻田實(shí)行長(zhǎng)期淹水和秸稈還田，稻田通氣性較差而使秸稈分解速度下降，不利于水稻根系發(fā)育和秸稈養(yǎng)分的礦化歸還，從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降[27-28]。而晚稻季，氣溫相對(duì)較高，在長(zhǎng)期淹水條件下，秸稈還田較之秸稈不還田，能顯著提高氮肥利用率。這可能是由于長(zhǎng)期淹水條件下，土壤通氣性較差，土壤長(zhǎng)期處于還原條件根系發(fā)育受到一定的影響[32]，導(dǎo)致養(yǎng)分吸收能力減弱。而秸稈還田后，土壤有機(jī)質(zhì)提升[3-5]，土壤供肥保肥能力得到提升，從而改善水稻的氮素吸收，提高氮肥利用率。

4 結(jié)論

雙季稻稻田，早稻季秸稈還田降低了分蘗期土壤氮素的有效性，導(dǎo)致水稻生育期內(nèi)氮素吸收量顯著下降，同時(shí)顯著降低水稻籽粒產(chǎn)量及氮肥利用率，且氮肥利用率隨秸稈還田量的增加而降低。晚稻季秸稈還田提高了生育期內(nèi)土壤氮素有效性，提高了水稻生育期內(nèi)氮素吸收量，增加水稻產(chǎn)量且顯著提高氮肥利用率，氮肥利用率隨秸稈還田量的增加而增加。間歇灌溉和長(zhǎng)期淹水灌溉兩種水分管理方式對(duì)水稻氮素吸收、籽粒產(chǎn)量及氮肥利用率的影響差異不顯著。但早稻季秸稈還田配合長(zhǎng)期淹水灌溉將加劇水稻產(chǎn)量和氮肥利用率下降。

綜合來看，雙季稻稻田實(shí)行間歇灌溉下的早稻季秸稈不還田、晚稻季秸稈全量還田（6 t/hm2）有利于獲得較高水稻產(chǎn)量和氮肥利用率。

參考文獻(xiàn)：

[1] Wang Y J, Bi Y Y, Gao C Y. The Assessment and utilization of straw resources in China[J]. Agricultural Sciences in China, 2010,9(10): 1807-1815.

[2] 陳冬冬, 高旺盛, 陳源泉. 中國農(nóng)作物秸稈資源化利用的生態(tài)效應(yīng)和技術(shù)選擇分析[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 2007, 23(10): 143-149.Chen D D, Gao W S, Chen Y Q. Analysis on the ecological effect and technological selection of straw resources utilization in China[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2007, 23(10):143-149.

[3] Xu M G, Lou Y L, Sun X L, et al. Soil organic carbon active fractions as early indicators for total carbon change under straw incorporation[J]. Biology and Fertility of Soils, 2011, 47: 745-752.

[4] Turmel M S, Speratti A, Baudron F, et al. Crop residue management and soil health: A systems analysis[J]. Agricultural Systems, 2015, 134: 6-16.

[5] 劉守龍, 肖和艾, 童成立, 等. 亞熱帶稻田土壤微生物生物量碳、氮、磷狀況及其對(duì)施肥的反應(yīng)特點(diǎn)[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究,2003, 24(4): 278-283.Liu S L, Xiao H A, Tong C L, et al. Microbial biomass C, N and P and their responses to application of inorganic and organic fertilizers in subtropical paddy soils[J]. Research of Agricultural Modernization, 2003, 24(4): 278-283.

[6] 高利偉, 馬林, 張衛(wèi)峰, 等. 中國作物秸稈養(yǎng)分資源數(shù)量估算及其利用狀況[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2009, 25(7): 173-179.Gao L W, Ma L, Zhang W F, et al. Estimation of nutrient resource quantity of crop straw and its utilization situation in China[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2009, 25(7): 173-179.

[7] 何虎, 吳建富, 曾研華, 等. 稻草全量還田下氮肥運(yùn)籌對(duì)雙季晚稻產(chǎn)量及其氮素吸收利用的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2014, 20(4): 811-820.He H, Wu J F, Zeng Y H, et al. Effects of nitrogen management on yield and nitrogen utilization of double cropping late rice under total rice straw incorporation[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2014, 20(4): 811-820.

[8] 勞秀榮, 吳子一, 高燕春. 長(zhǎng)期秸稈還田改土培肥效應(yīng)的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2002, 18(2): 49-52.Lao X R, Wu Z Y, Gao Y C. Effect of long-term returning straw to soil on soil fertility[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2002, 18(2): 49-52.

[9] 楊帆, 李榮, 崔勇, 等. 我國南方秸稈還田的培肥增產(chǎn)效應(yīng)[J].中國土壤與肥料, 2011(1): 10-14.Yang F, Li R, Cui Y, et al. Effect of straw returning on improving soil fertility and increasing crop yield in Southern China[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2011(1): 10-14.

[10] Marschner P, Kandeler E, Marschner B. Structure and function of the soil microbial community in a long-term fertilizer experiment[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2003, 35(1): 453-461.

[11] 孫星, 劉勤, 王德建, 等. 長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)土壤肥力質(zhì)量的影響 [J]. 土壤, 2007, 39(5): 782-786.Sun X, Liu Q, Wang D J, et al. Effect of long-term straw application on soil fertility[J]. Soils, 2007, 39(5): 782-786.

[12] 潘劍玲, 代萬安, 尚占環(huán), 等. 秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和氮素有效性影響及機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2013,21(5): 526-535.Pan J L, Dai W A, Shang Z H, et al. Review of research progress on the influence and mechanism of field straw residue incorporation on soil organic matter and nitrogen availability[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2007, 39(5): 782-786.

[13] 武志杰, 張海軍, 許廣山, 等. 玉米秸稈還田培肥土壤的效果[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2002, 13(5): 539-542.Wu Z J, Zhang H J, Xu G S, et al. Effect of returning corn straw into soil on soil fertility[J]. Chinese Journal of Applied Ecology,2002, 13(5): 539-542.

[14] 張剛, 王德建, 俞元春, 等. 秸稈全量還田與氮肥用量對(duì)水稻產(chǎn)量、氮肥利用率及氮素?fù)p失的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2016, 22(4): 877-885.Zhang G, Wang D J, Yu Y C, et al. Effects of straw incorporation plus nitrogen fertilizer on rice yield, nitrogen use eff i ciency and nitrogen loss[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2016,22(4): 877-885.

[15] Eagle A J, Bird J A, Hill J E, et al. Nitrogen dynamics and fertilizer use efficiency in rice following straw incorporation and winter fl ooding[J]. Agronomy Journal, 2001, 93: 1346-1354.

[16] Gupta R K, Singh Y, Ladha J K, et al. Yield and phosphorus transformations in a rice-wheat system with crop residue and phosphorus management[J]. Soil Science Society of America Journal, 2007, 71(5): 1500-1507.

[17] Zhang P, Wei T, Jia Z K, et al. Soil aggregate and crop yield changes with different rates of straw incorporation in semiarid areas of northwest China[J]. Geoderma, 2014, 230/231: 41-49.

[18] 湯宏, 沈健林, 張楊珠, 等. 秸稈還田與水分管理對(duì)稻田土壤微生物量碳、氮及溶解性有機(jī)碳、氮的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào),2013, 27(1): 240-246.Tang H, Shen J L, Zhang Y Z, et al. Effect of rice straw incorporation and water management on soil microbial biomass carbon, nitrogen and dissolved organic carbon, nitrogen in a rice paddy field[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2013,27(1): 240-246.

[19] 劉立軍, 薛亞光, 孫小淋, 等. 水分管理方式對(duì)水稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響[J]. 中國水稻科學(xué), 2009, 23(3): 282-288.Liu L J, Xue Y G, Sun X L, et al. Effects of water management methods on grain yield and fertilizer-nitrogen use efficiency in rice[J]. Chinese Journal of Rice Science, 2009, 23(3): 282-288.

[20] Ye Y S, Liang X Q, Chen Y X, et al. Alternate wetting and drying irrigation and controlled-release nitrogen fertilizer in late-season rice. Effects on dry matter accumulation, yield, water and nitrogen use[J]. Field Crop Research, 2013, 144: 212-224.

[21] 姜萍, 袁永坤, 朱日恒, 等. 節(jié)水灌溉條件下稻田氮素徑流與滲漏流失特征研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 32(8): 1592-1596.Jiang P, Yuan Y K, Zhu R H, et al. Study on the nitrogen loss from paddy fi elds on different water management[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2013, 32(8): 1592-1596.

[22] 王聰, 沈健林, 鄭亮, 等. 豬糞化肥配施對(duì)雙季稻田CH4和N2O排放及其全球增溫潛勢(shì)的影響[J]. 環(huán)境科學(xué), 2014, 35(8):3120-3127.Wang C, Shen J L, Zheng L, et al. Effects of combined applications of pig manure and chemical fertilizers on CH4and N2O emissions and their global warming potentials in paddy fi elds with double-rice cropping[J]. Environmental Science, 2014, 35(8):3120-3127.

[23] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 2000.Lu R K. The Analytical Methods of Soil Agrochemistry[M].Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 2000.

[24] Wu J, Joergensen R G, Pommerening B, et al. Measurement of soil microbial biomass C by fumigation-extraction—An automated procedure[J]. Soil Biology & Biochemistry, 1990, 22(8): 1167-1169.

[25] 張媛媛, 李建林, 王春宏, 等. 氮素和生物腐解劑調(diào)控下稻草還田對(duì)水稻氮素積累及產(chǎn)量的影響[J]. 土壤通報(bào), 2012, 43(2):435-438.Zhang Y Y, Li J L, Wang C H, et al. Effects of rice-straw return to fi eld on nitrogen accumulation and yield of rice under the nitrogen manipulation and biological decomposing[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2012, 43(2): 435-438.

[26] 李卉, 李寶珍, 鄒冬生, 等. 水稻秸稈不同處理方式對(duì)亞熱帶農(nóng)田土壤微生物量碳、氮及氮素礦化的影響[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 2015, 36(2): 303-308.Li H, Li B Z, Zou D S, et al. Impacts of rice straw and its biochar product on the amounts of soil microbial biomass carbon and nitrogen and the mineralization of soil organic nitrogen in subtropical croplands[J]. Research of Agricultural Modernization,2015, 36(2): 303-308.

[27] 杜康, 謝源泉, 林趙淼, 等. 秸稈還田條件下氮肥對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)及養(yǎng)分吸收的影響[J]．南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 39(1):18-25.Du K, Xie Y Q, Lin Z M, et al. Effect of nitrogen on rice seedling growth and nutrient uptake under wheat straw returning[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 2016, 39(1): 18-25.

[28] 金鑫. 秸稈還田對(duì)稻田土壤還原性物質(zhì)和水稻生長(zhǎng)的影響[D].南京農(nóng)業(yè)大學(xué), 2013.Jin X. Effects of straw application on rice growth and redox substance in rice fi elds[D]. Nanjing Agricultural University, 2013.

[29] Sheehya J E, Dionoraa M J A, Mitchellb P L, et al. Critical nitrogen concentrations: Implications for high-yielding rice (Oryza sativaL.) cultivars in the tropics[J]. Field Crop Research, 1998,59(1): 31-41.

[30] 彭玉, 孫永健, 蔣明金, 等. 不同水分條件下緩/控釋氮肥對(duì)水稻干物質(zhì)量和氮素吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)及分配的影響[J]. 作物學(xué)報(bào),2014, 40(5): 859-870.Peng Y, Sun Y J, Jiang M J, et al. Effects of water management and slow/controlled release nitrogen fertilizer on biomass and nitrogen accumulation, translocation, and distribution in rice[J].Acta Agronomica Sinica, 2014, 40(5): 859-870.

[31] Wang C, Shen J L, Tang H, et al. Greenhouse gas emissions in response to straw incorporation, water management and their interaction in a paddy field in subtropical central China[J].Archives of Agronomy of Soil Science, 2017, 63(2): 171-184.

[32] 陳海飛, 馮洋, 徐芳森, 等. 秸稈還田下氮肥管理對(duì)中低產(chǎn)田水稻產(chǎn)量和氮素吸收利用影響的研究[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2014, 20(3): 517-524.Chen H F, Feng Y., Xu F S., et al. Effect of nitrogen fertilizer managements on rice yield and nitrogen uptake in medium and low yield fi elds under the conditions of straw turnover[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2014, 20(3): 517-524.