彭志蕓 向開宏 楊志遠(yuǎn) 唐源 諶潔 張宇杰 何艷 嚴(yán)田蓉 孫永健 馬均

麥/油-稻輪作下秸稈還田與氮肥管理對(duì)直播雜交稻氮素利用特征的影響

彭志蕓 向開宏 楊志遠(yuǎn) 唐源 諶潔 張宇杰 何艷 嚴(yán)田蓉 孫永健 馬均*

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所/作物生理生態(tài)及栽培四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川溫江 611130;*通訊聯(lián)系人, E-mail: majunp2002@163.com)

【目的】探明秸稈還田和氮肥管理對(duì)麥/油后直播雜交稻氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)、氮肥利用效率及籽粒產(chǎn)量的影響。【方法】選用優(yōu)質(zhì)三系雜交稻宜香優(yōu)2115，采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，麥、油茬田同步開展試驗(yàn)，處理完全一致。主區(qū)為麥/油秸稈全量翻埋還田(M1)和秸稈不還田(對(duì)照，M0)，副區(qū)設(shè)4個(gè)氮肥管理，即不施氮對(duì)照(N0)、基肥∶分蘗肥∶促花肥∶保花肥比例分別為1∶0∶0∶0(N1)、3∶3∶2∶2(N2)、2∶2∶3∶3(N3)，測(cè)定了直播雜交稻主要生育時(shí)期各器官的氮素積累量及籽粒產(chǎn)量。【結(jié)果】結(jié)果表明，兩種輪作方式下，氮肥管理對(duì)直播雜交稻主要生育時(shí)期的氮素積累、齊穗后莖鞘、葉片的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)及稻株氮素利用效率均存在顯著或極顯著的調(diào)控效應(yīng)。秸稈還田顯著提高麥/油茬雜交稻中后期的氮素積累量、莖鞘和葉片的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量以及氮肥利用效率，其中，氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥表觀利用率較秸稈不還田分別提高了34.96%/28.76%、2.52%/2.61%和31.91%/22.30%。同時(shí)，油菜秸稈還田下直播雜交稻各生育時(shí)期氮素積累和產(chǎn)量較麥稈還田表現(xiàn)更好，籽粒產(chǎn)量提高481 kg/hm2(5.22%)。M1N2處理、M0N3處理下，直播雜交稻各階段的氮素積累速率明顯加大，促進(jìn)結(jié)實(shí)期莖鞘和葉片的氮素向穗部轉(zhuǎn)運(yùn)，成熟期稻株氮素積累量?jī)?yōu)勢(shì)明顯且有較高的氮素利用效率(麥/油茬稻氮肥農(nóng)學(xué)利用率、偏生產(chǎn)力和表觀利用率分別達(dá)17.87 kg?kg–1/17.85 kg?kg–1、67.27 kg?kg–1/71.28 kg?kg–1、74.93%/75.05%)，最終實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)?！窘Y(jié)論】在麥/油-稻輪作下秸稈全量還田，配合N2氮肥管理，可有效提高直播雜交稻氮素吸收、利用效率，增加籽粒產(chǎn)量，尤以油菜秸桿還田的效果更好。

麥/油-稻輪作；直播雜交稻；秸稈還田；氮肥運(yùn)籌；氮素積累；氮素利用效率；產(chǎn)量

水稻是重要的糧食作物之一，貢獻(xiàn)了全球糧食總產(chǎn)量的40%，養(yǎng)活了我國60%以上的人口[1]。作物秸稈是一種豐富的綠色有機(jī)肥源。前人研究表明，秸稈還田后在微生物和酶的共同作用下進(jìn)行腐解[2, 3]，不僅能改善土壤物理性質(zhì)，還能釋放氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素培肥土力，促進(jìn)作物養(yǎng)分吸收，提高糧食產(chǎn)量[4]。常勇等[5]研究同樣顯示，秸稈還田能增加土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷和速效鉀含量，促進(jìn)水稻對(duì)土壤氮、磷、鉀的吸收，可提高肥料當(dāng)季利用效率。麥/油-稻輪作是西南地區(qū)主要的稻田種植模式，隨著直播稻技術(shù)的發(fā)展，麥/油后直播水稻，有利于解決茬口緊張，降低水稻生產(chǎn)成本，提高水稻種植的經(jīng)濟(jì)效益[6]。前人對(duì)麥-稻、油-稻等不同水旱輪作模式研究較多。如胡美華等[7]研究發(fā)現(xiàn)，冬季種植馬鈴薯、油菜、紫云英作物與冬閑相比能調(diào)節(jié)和改善土壤肥力，促進(jìn)水稻增產(chǎn)。董建江等[8]發(fā)現(xiàn)，與單季稻相比，麥-稻輪作土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量和土壤pH值均明顯下降，速效磷和速效鉀含量無顯著差異；油-稻輪作土壤 pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量均無顯著差異，其中土壤速效鉀含量有提高的趨勢(shì)；同時(shí)，與單季稻相比，麥-稻輪作下水稻產(chǎn)量有所降低，而油-稻輪作水稻產(chǎn)量基本持平。劉闖等[9]研究認(rèn)為，不同水旱輪作模式中，水稻季中氮肥、磷肥、鉀肥偏生產(chǎn)力差異不明顯，后茬作物中肥料偏生產(chǎn)力具有明顯差異。但目前有關(guān)麥、油茬對(duì)水稻季的土壤肥力、氮素吸收利用效率及稻谷產(chǎn)量等的影響缺乏系統(tǒng)比較，尤其是四川盆地麥、油后直播稻。

氮肥是水稻生產(chǎn)中的重要調(diào)控因素，我國肥料用量高，利用效率低等現(xiàn)象普遍存在。調(diào)查研究顯示，我國單季水稻氮肥用量平均約為180 kg/hm2，比世界平均水平高出75％左右，氮肥利用率僅為30%~35%，部分地方甚至不足20%，明顯低于世界平均水平[10]。大量研究表明，根據(jù)水稻需肥規(guī)律合理分配氮肥能夠增加水稻產(chǎn)量，并提高氮素利用效率[11, 12]。因此，針對(duì)以上現(xiàn)象，本研究通過麥-稻、油-稻輪作模式的比較，研究?jī)煞N模式下的前茬秸稈還田與氮肥管理對(duì)直播稻氮素吸收利用的互作效應(yīng)，以期明確麥/油-稻輪作下，直播稻的需肥特性及稻株氮素吸收利用特點(diǎn)，鑒選出麥、油秸稈還田下的最佳氮肥管理模式，為水稻輕簡(jiǎn)化綠色栽培的合理施肥提供相關(guān)理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2018年在四川省崇州市四川農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研發(fā)基地開展，供試品種為宜香優(yōu)2115(三系中秈優(yōu)質(zhì)雜交稻，全生育期157 d)。耕層土壤(0~20 cm)質(zhì)地為砂壤土，主要化學(xué)性質(zhì)見表1。試驗(yàn)用肥選用尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)、氯化鉀(含K2O 60%)。水稻生育期間試驗(yàn)區(qū)氣象數(shù)據(jù)由四川省氣象局提供(圖1)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用兩因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，麥茬、油茬田同期播種。主區(qū)為兩種秸稈處理方式，即秸稈不還田(M0，對(duì)照)、秸稈全量翻埋還田(M1)；裂區(qū)設(shè)4種氮肥管理模式：不施氮(N0，對(duì)照)、底肥一道清(N1)、常規(guī)施氮模式(基肥∶分蘗肥∶促花肥∶?；ǚ时壤秊?∶3∶2∶2，N2)、氮肥后移模式(基肥∶分蘗肥∶促花肥∶?；ǚ时壤秊?∶2∶3∶3，N3)。

小麥/油菜籽粒收獲后秸稈經(jīng)機(jī)器粉碎至10 cm左右，旋耕整田時(shí)全量翻耕還田(小麥、油菜秸稈還田量分別為5300 kg/hm2、5483 kg/hm2)，不還田(M0)處理將秸稈移除田間。水稻浸種后于5月15日采用人工模擬機(jī)械精量穴直播進(jìn)行濕潤直播，行間距為25 cm×20 cm，播量為3~5 粒/穴。總氮肥用量為150 kg/hm2，按不同運(yùn)籌模式施用。基肥、分蘗肥分別于2葉期、5葉期施用，促花肥、保花肥分別于倒4葉、倒2葉施用。磷肥75 kg/hm2，全作底肥，鉀肥150 kg/hm2，按基肥∶穗肥為1∶1施用。每處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為15 m2，小區(qū)間筑埂(寬40 cm)，并用塑料薄膜包裹，防止水肥互串。水分管理及病蟲草害防治等相關(guān)的栽培措施均按照常規(guī)管理進(jìn)行。

圖1 試驗(yàn)區(qū)水稻生育期平均氣溫和降雨量

Fig. 1. Mean temperature and precipitation during rice growth period in the experimental area.

表1 試驗(yàn)田耕層土壤(0–20 cm)化學(xué)性質(zhì)

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

于水稻拔節(jié)期、齊穗期和成熟期各小區(qū)選擇生長(zhǎng)一致且具有代表性的稻株3株，分莖、葉和穗(抽穗期和成熟期)，105℃下殺青30 min，在80℃下烘干至恒重，稱重后粉碎過篩(孔徑0.2 mm)，采用濃H2SO4-H2O2法消煮，用FOSS-8400凱氏定氮儀測(cè)定氮含量。計(jì)算器官氮素積累量、氮素積累總量、氮素階段積累量及積累速率、氮素收獲指數(shù)、莖鞘(葉)氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、莖鞘(葉)氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率、莖鞘(葉)氮素貢獻(xiàn)率、穗氮增加量、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、氮素稻谷生產(chǎn)效率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥表觀利用率。并于水稻成熟時(shí)每小區(qū)去除邊行后，按實(shí)收株數(shù)計(jì)產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算

氮素階段積累量(kg·hm?2)=后一生育時(shí)期單位面積氮素積累量－前一生育時(shí)期單位面積氮素積累量；

氮素階段積累速率(kg·hm?2d?1)=某生育階段單位面積單位時(shí)間內(nèi)氮素積累量；

氮素收獲指數(shù)(%)=(穗氮素積累量/地上部氮素積累量)×100%；

莖鞘(葉片)氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量(kg)=齊穗期莖鞘(葉片)氮素積累量－成熟期地上部分莖鞘(葉片)氮素積累量；

莖鞘(葉片)氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率(%)=[莖鞘(葉片)氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量/齊穗期莖鞘(葉片)氮素積累量]×100%；

莖鞘(葉片)氮素貢獻(xiàn)率(%)=[莖鞘(葉片)氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期穗部氮素積累量]×100%；

穗氮增加量(kg·hm?2)=成熟期穗部氮素積累量－齊穗期穗部氮素積累量；

氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率(kg·kg?1)=成熟期單位面積植株干物質(zhì)量/地上部分氮素積累量；

氮素稻谷生產(chǎn)效率(kg·kg?1)=實(shí)際產(chǎn)量/地上部分氮素積累量；

氮肥農(nóng)學(xué)利用率(kg·kg?1)=[(施氮區(qū)產(chǎn)量－空白區(qū)產(chǎn)量)/施氮量]×100%；

氮肥偏生產(chǎn)力(kg·kg?1)=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量；

氮肥表觀利用率(%)=[(施氮區(qū)植株氮素積累量－空白區(qū)植株氮素積累量)/施氮量]×100%。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel、DPS 6.5及Origin 9.0處理系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥/油-稻輪作下秸稈還田與氮肥管理對(duì)直播雜交稻主要生育時(shí)期稻株氮素含量及收獲指數(shù)的影響

氮肥管理對(duì)各生育時(shí)期氮素積累、籽粒產(chǎn)量及麥茬直播雜交稻的氮素收獲指數(shù)均有極顯著影響，秸稈處理顯著影響麥茬稻拔節(jié)期的氮素積累量、氮素收獲指數(shù)和油茬稻齊穗期的氮素積累量，在麥茬稻齊穗期和成熟期氮素積累、氮素收獲指數(shù)有顯著或極顯著互作效應(yīng)（表2）。

表2 麥/油-稻輪作下秸稈還田與氮肥管理對(duì)直播雜交稻主要生育時(shí)期稻株氮含量、產(chǎn)量和氮素收獲指數(shù)的影響

M0－秸稈不還田；M1－秸稈全量還田；N0－不施氮肥；N1－底肥一道清；N2－基肥∶分蘗肥∶促花肥∶?；ǚ时壤秊?∶3∶2∶2；N3－基肥∶分蘗肥∶促花肥∶?；ǚ时壤秊?∶2∶3∶3；氮肥用量為150 kg/hm2。平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤（=24）。不同小寫字母表示差異達(dá)到0.05水平，*、**分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著（LSD檢驗(yàn)）。下同。

M0, No straw returning; M1, Straw returning to the field in full amount; N0, Zero nitrogen application; N1, All forbasal fertilizer; N2, Basal fertilizer∶tillering fertilizer∶fertilizer for flower promotion∶fertilizer for flower preservation 3∶3∶2∶2; N3, Basal fertilizer∶tillering fertilizer∶fertilizer for flower promotion∶fertilizer for flower preservation 2∶2∶3∶3; The amount of nitrogen fertilizer is 150 kg/hm2.Mean ± Standard error (=24). Different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level;*and**indicate significant difference at 0.05 and 0.01 level, respectively (LSD test). The same as below.

除麥茬稻拔節(jié)期氮素積累量和油茬稻氮素收獲指數(shù)較低外，各時(shí)期氮素積累量、籽粒產(chǎn)量及麥茬稻氮素收獲指數(shù)秸稈還田處理較不還田均有所提高。其中，成熟期麥、油茬直播雜交稻氮素積累量較不還田增加12.81%-20.93%、1.12%-15.34%，產(chǎn)量提高0.96%-4.66%、0.6%-4.56%。相對(duì)麥茬稻，油茬稻主要生育時(shí)期的氮素積累及產(chǎn)量較高，但收獲指數(shù)偏低，其中，成熟期氮素積累量、產(chǎn)量在秸稈還田下分別高出麥茬稻11.56%、5.22%，秸稈不還田下高出10.16%、4.71%。就氮肥管理而言，拔節(jié)期直播雜交稻氮素積累表現(xiàn)為N1>N2>N3，齊穗、成熟期氮素積累及產(chǎn)量因秸稈處理不同而趨勢(shì)各異。秸稈不還田時(shí)表現(xiàn)為N3>N2>N1，秸稈還田則為N2>N3>N1。氮素收獲指數(shù)在各處理間無顯著差異(除麥茬稻無秸稈還田處理外)，不施氮肥處理的氮素收獲指數(shù)最大，與其他處理差異顯著。

表3 麥/油-稻輪作下秸稈還田與氮肥管理對(duì)直播雜交稻主要生育階段氮素積累量及積累速率的影響

SS-JS, Sowing stage?jointing stage; JS-FHS, Jointing stage?heading stage; FHS-MS, Heading stage?maturity stage. The same as below.

2.2 麥/油-稻輪作下秸稈還田與氮肥管理對(duì)直播雜交稻主要生育時(shí)期氮素積累量及積累速率的影響

隨直播雜交稻生育期推進(jìn)，其階段氮素積累量和積累速率呈先增大后減小的趨勢(shì)，拔節(jié)至齊穗期氮素積累速率最快，積累量最大，其積累比例在麥、油茬稻中秸稈還田下分別為61.21%、57.71%，不還田處理下分別為51.76%、55.29%(表3)。氮肥管理對(duì)各階段的氮素積累量及速率均有顯著或極顯著的影響(除油茬稻齊穗至成熟階段的氮素積累量外)。秸稈處理顯著影響麥茬直播雜交稻齊穗前的氮素積累量及速率，兩者互作對(duì)麥/油茬稻株拔節(jié)-成熟期的氮素積累量及積累速率均有顯著或極顯著影響。相比秸稈不還田，還田時(shí)除麥茬稻播種至拔節(jié)階段的氮素積累及積累速率較低外，其余處理下直播雜交稻的氮素積累量及積累速率均較高，其中拔節(jié)至齊穗、齊穗至成熟期的積累量在麥茬田下分別增加24.40%、10.26%，油茬田下分別增加12.01%、9.02%。整個(gè)生育期油茬稻較麥茬稻氮素積累速率、積累量平均高出10.40%、10.89%。從氮肥處理來看，拔節(jié)前的氮素積累量及速率趨勢(shì)表現(xiàn)為N1>N2>N3，拔節(jié)后氮素積累量和速率因秸稈處理而異。在秸稈不還田時(shí)，稻株氮素積累量和積累速率隨穗肥比例增大而增大，秸稈還田下則表現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。

2.3 麥/油-稻輪作下秸稈還田與氮肥管理對(duì)直播雜交稻主要生育時(shí)期各器官氮素積累量的影響

表4 麥/油-稻輪作下秸稈還田與氮肥管理對(duì)直播雜交稻主生育時(shí)期各器官氮素積累量的影響

從表4可見，氮肥管理對(duì)各時(shí)期各器官的氮素積累量的影響達(dá)極顯著水平。秸稈處理在麥茬稻拔節(jié)期葉片和油茬稻齊穗期莖鞘/葉片、成熟期莖鞘氮素積累量有顯著調(diào)控效應(yīng)，兩者互作對(duì)油茬稻齊穗期莖鞘、麥茬稻齊穗期莖鞘及成熟期各器官的氮素積累有顯著或極顯著影響。秸稈還田較不還田降低了麥茬稻拔節(jié)期的莖鞘、葉片的氮素積累量，但能有效提高麥(油)茬稻齊穗期和成熟期各器官的氮素含量。其齊穗和成熟期的莖鞘、葉片、穗較不還田提高7.92%、5.92%、6.30%(7.22%、10.04%、6.62%)和4.30%、8.31%、7.43%(11.64%、13.29%、6.74%)。油茬稻主要生育時(shí)期各器官氮素含量均高于麥茬稻，其中成熟期莖鞘、葉片、穗在秸稈不還田和還田下平均高出麥茬稻16.60%、10.51%、8.56%、24.81%、15.59%、7.87。就氮肥管理而言，不同秸稈處理下麥、油茬直播雜交稻各時(shí)期各器官氮素含量對(duì)其響應(yīng)有較大差異。拔節(jié)期麥茬稻各器官氮素含量隨穗肥比例提高呈遞減趨勢(shì)，油茬稻秸稈不還田處理有相同規(guī)律，還田下各器官氮素含量無顯著差異。齊穗期和成熟期麥、油茬直播雜交稻各器官氮素含量趨勢(shì)一致，無秸稈還田表現(xiàn)為N3>N2>N1，秸稈還田下為N2>N3>N1。

2.4 麥/油-稻輪作下秸稈還田與氮肥管理對(duì)直播雜交稻齊穗至成熟期氮素轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

表5 麥/油-稻輪作下秸稈還田與氮肥管理對(duì)直播雜交稻莖鞘(葉片)齊穗至成熟期氮素轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

莖鞘的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及對(duì)穗部氮素的貢獻(xiàn)率均小于葉片（表5）。氮肥管理對(duì)兩種輪作模式下直播雜交稻的莖鞘、葉片的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率、貢獻(xiàn)率均有顯著或極顯著影響(麥茬稻莖鞘氮素貢獻(xiàn)率除外)，秸稈處理顯著影響麥茬稻莖鞘、油茬稻葉的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及穗部氮素增加量，在麥茬稻的葉片氮素轉(zhuǎn)運(yùn)、油茬稻的莖鞘氮素轉(zhuǎn)運(yùn)和穗部增加量有顯著或極顯著互作效應(yīng)。秸稈還田下麥/油茬稻莖鞘、葉片的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及穗部氮素增加量較不還田增加了13.05%/0.79%、4.42%/8.43%及7.78%/ 6.78%。秸稈還田提高麥茬稻莖鞘的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及轉(zhuǎn)運(yùn)效率，葉片的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率及貢獻(xiàn)率有所下降；油茬稻莖鞘、葉片的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率相比不還田時(shí)有所降低，但貢獻(xiàn)率顯著增加。油茬稻較麥茬稻莖鞘、葉片的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及貢獻(xiàn)率有所增加，但轉(zhuǎn)運(yùn)率有所下降，穗部氮增加量在秸稈還田、不還田時(shí)較麥茬稻平均高出7.73%、8.74%。隨穗肥比例提高，直播雜交稻莖鞘、葉片的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及穗部的氮素增加量在秸稈不還田時(shí)表現(xiàn)為N3>N2>N1，還田下則為N2>N3>N1。麥、油茬稻莖鞘、葉片的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率和貢獻(xiàn)率變化規(guī)律較復(fù)雜，總體來說，N2和N3處理下均有較好的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率。

2.5 麥/油-稻輪作下秸稈還田與氮肥管理對(duì)直播雜交稻氮素利用率的影響

氮肥管理對(duì)直播雜交稻氮素利用效率各指標(biāo)均有顯著或極顯著調(diào)控效應(yīng)，秸稈處理對(duì)麥茬稻的氮肥農(nóng)學(xué)利用率、表觀利用率和油茬稻的氮肥利用效率(除氮素稻谷生產(chǎn)效率外)有顯著或極顯著影響，對(duì)麥茬稻的氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、氮肥表觀利用率和油茬稻氮肥表觀利用率互作效應(yīng)顯著(表6)。秸稈還田處理稻株氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥表觀利用率較不還田在麥/油茬下分別增加34.96%/28.76%、2.52%/2.61%和31.91%/ 22.30%，氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率和氮素稻谷生產(chǎn)效率則相對(duì)降低3.60%/4.17%和5.14%/4.97%。油茬直播雜交稻較麥茬稻氮肥偏生產(chǎn)率和氮肥表觀利用率在秸稈還田/不還田下平均增加4.48%/4.39%、1.01%/ 8.36%，氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、氮素稻谷生產(chǎn)效率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率相對(duì)降低6.14%/5.42%、3.16%/3.42%和7.44%/2.50%。從氮肥管理來看，氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率和氮素稻谷生產(chǎn)效率在秸稈不還田下表現(xiàn)為N0>N1>N2>N3，還田時(shí)趨勢(shì)為N0>N1>N3>N2。氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)率及氮肥表觀利用率在秸稈不還田時(shí)表現(xiàn)為N3>N2>N1，還田下則為N2>N3>N1。

表6 麥/油-稻輪作下秸稈還田與氮肥管理對(duì)直播雜交稻氮素利用率的影響

NBPE, Nitrogen use efficiency for biomass production; NGPE, N use efficiency for grain production; NPP, Partial productivity of applied nitrogen; NAE, Nitrogen agronomic efficiency; NAUE, Nitrogen apparent use efficiency.

2.6 秸稈還田與氮肥管理下麥/油茬直播雜交稻主要生育階段氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)與氮素積累利用及產(chǎn)量的關(guān)系

由相關(guān)性分析可知，麥/油-稻輪作下直播雜交稻拔節(jié)后氮素積累及莖鞘、葉片的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量與產(chǎn)量、氮素積累總量、穗部增加量及氮肥利用效率呈顯著或極顯著正相關(guān)(表7)。以麥茬稻拔節(jié)期與齊穗期植株氮素積累及油茬稻葉片氮素轉(zhuǎn)運(yùn)與產(chǎn)量、氮素積累總量和氮肥利用率相關(guān)性較高，相關(guān)系數(shù)為0.73**~0.94**。而拔節(jié)前直播稻氮素積累與產(chǎn)量、氮素積累總量和穗部增加量呈正相關(guān)，與氮肥利用效率呈負(fù)相關(guān)。

3 討論

3.1 麥/油-稻輪作下秸稈還田與氮肥管理對(duì)直播雜交稻氮素吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

氮素的充分供應(yīng)是水稻獲得高產(chǎn)的重要前提和基礎(chǔ)。直播稻氮素吸收特性主要與其群體莖蘗數(shù)和群體質(zhì)量的動(dòng)態(tài)變化有關(guān)[14]，在氮素吸收和積累方面，相對(duì)于手栽稻和機(jī)插稻，直播稻拔節(jié)期前氮素吸收速率和積累量大，拔節(jié)期至成熟期的氮素吸收速率和積累量小，對(duì)氮素吸收呈現(xiàn)“前強(qiáng)后弱”的特點(diǎn)[15, 16]。而本研究發(fā)現(xiàn)，在拔節(jié)至齊穗期直播雜交稻的氮素積累量最大，積累速率也最快，其積累比例在麥、油茬直播雜交稻秸稈還田/不還田下分別高達(dá)61.21%/51.76%、57.71%/55.29%，其次是播種至拔節(jié)期，齊穗后氮素吸收積累能力較弱。主要原因可能是受前茬作物影響，麥、油后直播水稻播期較常規(guī)直播栽培有所推遲，溫光條件改變影響稻種出苗，尤其是秸稈還田影響出苗速度[17]，前期群體數(shù)量不大，因而拔節(jié)前的氮素吸收量較小。在麥/油秸稈還田下直播栽培水稻應(yīng)適當(dāng)提高播種量以保證足夠的出苗率。秸稈還田能顯著提高直播稻齊穗期和成熟期的氮素積累量，促進(jìn)結(jié)實(shí)期莖鞘(輔)、葉片(主)的氮素向穗部轉(zhuǎn)運(yùn)，顯著提高穗部氮素增加量(麥/油茬直播雜交稻分別提高7.78%/6.78%)，成熟期穗部氮素含量較秸稈不還田分別高出7.43%/6.74%，最終表現(xiàn)為直播雜交稻氮素積累和產(chǎn)量的協(xié)同提高（表2）。這與裴鵬剛等[18]研究表明秸稈還田顯著提高水稻中后期的氮素積累量，從而提高水稻產(chǎn)量結(jié)果一致。

表7 秸稈還田與氮肥管理下麥/油茬直播雜交稻主要生育階段氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)與氮素積累利用及產(chǎn)量的相關(guān)性

相較麥茬稻，油茬稻主要生育時(shí)期各器官氮素吸收量均較大，齊穗后莖鞘、葉片的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量也比麥茬稻高出9.19%、9.44%，雖然轉(zhuǎn)運(yùn)率和氮素收獲指數(shù)較低，但成熟期仍然有較高的氮素積累量和產(chǎn)量(油茬稻較麥茬稻在秸稈還田/不還田下分別增加11.56%/10.16%、5.22%/4.71%)、張維樂等[19]研究也有相同結(jié)論。這可能與油茬田基礎(chǔ)肥力較高(表1)以及秸稈全量還田下油菜秸稈養(yǎng)分釋放量較大有關(guān)。朱蕓等[20]通過麥-稻、油-稻周年養(yǎng)分收支比較得出油菜季因有較多落葉，其養(yǎng)分歸還量明顯高于小麥季，這也是油茬田較麥茬田基礎(chǔ)肥力高的重要原因。武際等[21]通過栽培模式和不同秸稈還田互作研究發(fā)現(xiàn)，秸稈翻埋還田時(shí)，相較小麥秸稈，油菜秸稈的腐解速率在試驗(yàn)周期內(nèi)均較快，且試驗(yàn)結(jié)束時(shí)腐解率提高3.97%~4.09%，同時(shí)碳釋放率高于小麥秸稈。Sarkera等[22]研究也證實(shí)，油菜秸稈比小麥秸稈更有利于促進(jìn)有機(jī)碳的礦化和速效氮素的釋放。董建江等[8]通過不同耕作模式對(duì)稻田土壤理化性質(zhì)及經(jīng)濟(jì)效益的影響研究發(fā)現(xiàn)，與單季稻種植相比，麥稻輪作水稻產(chǎn)量顯著降低，油稻輪作水稻產(chǎn)量基本與之持平。本研究進(jìn)一步證實(shí)了前人研究結(jié)果，在油-稻輪作模式下，較高的基礎(chǔ)肥力配合油菜秸稈還田后較好的養(yǎng)分釋放可促進(jìn)直播稻的氮素積累，從而進(jìn)一步提高籽粒產(chǎn)量。

本研究結(jié)果還顯示，秸稈還田下隨穗肥比例增大，直播雜交稻氮素積累量呈先增大后減小的趨勢(shì)，在N2處理下氮素積累量和籽粒產(chǎn)量較高，而秸稈不還田下以N3處理最佳。說明秸稈還田下增加基蘗肥的施用比例有助于直播稻氮素積累及產(chǎn)量的提高，這與嚴(yán)奉君等[23]的移栽稻秸稈還田下氮肥運(yùn)籌結(jié)果一致?？梢姡m直播稻分蘗能力較移栽稻強(qiáng)[24]，但在秸稈還田下，基蘗肥施用比例也不宜過低。在N2處理下，麥/油茬直播稻群體構(gòu)建合理，植株氮素吸收速率快，氮素積累量大，齊穗后莖鞘、葉片的轉(zhuǎn)運(yùn)量高，從而協(xié)調(diào)出較好的氮素積累量和籽粒產(chǎn)量。秸稈還田下氮肥前移過多或后移過多均不利于直播雜交稻氮素的吸收與積累。本研究底肥一道清處理(N1)雖拔節(jié)期氮素積累快，積累量大，但后期氮素供應(yīng)不足，齊穗后植株氮素積累能力較弱(成熟期麥/油茬稻氮素積累量較N2、N3少27.75%/ 26.28%、19.96%/20.54%)。氮肥后移處理(N3)前期氮肥施用過少，秸稈腐解易與微生物爭(zhēng)氮，影響水稻氮素吸收(拔節(jié)期麥/油茬稻較N1、N2處理氮素積累量少35.87%/10.52%、21.83%/9.28%)，導(dǎo)致群體構(gòu)建不足，后期氮素積累量亦不高，與張祖建等[25]研究的直播稻均衡施肥結(jié)論一致。

3.2 麥/油-稻輪作下秸稈還田與氮肥管理對(duì)直播稻氮素利用效率的影響

秸稈作為一種綠色有機(jī)肥源，還田后能培肥地力，促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，提高氮素利用效率和作物產(chǎn)量[26]。張剛等[27]的研究表明，秸稈還田處理下氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥表觀利用率較單施氮肥分別提高1.4~3.4 kg/kg和1.8%~4.2%。陳立冬等[28]也認(rèn)為，秸稈還田耦合氮肥管理能夠促進(jìn)水稻對(duì)氮素的吸收，提高氮素利用效率，減少氮素?fù)p失，氮肥吸收利用率最高可達(dá)49%。本研究顯示，秸稈還田能有效提高直播雜交稻氮肥利用效率，配合基肥∶分蘗肥∶促花肥∶?；ǚ?3∶3∶2∶2的氮肥管理能顯著提高其拔節(jié)至齊穗期氮素積累量和氮素吸收速率，促進(jìn)莖稈和葉片的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)至穗部，氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥表觀利用率均有所提高，麥(油)茬雜交稻分別較N1/N3提高了28.93%/9.56%、6.34%/2.39%、95.90%/20.72% (70.16%/8.97%、11.51%/2.09%、101.10%/16.07%)。油茬稻的氮肥偏生產(chǎn)力和表觀利用率較麥茬稻在秸稈還田/不還田下高出4.39%/4.48%和8.35% /1.01%，但氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、氮素稻谷生產(chǎn)效率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率卻相對(duì)較低。主要是因?yàn)檫€田秸稈種類及土壤肥力不同導(dǎo)致[29]。戴志剛等[30]通過對(duì)不同秸稈還田養(yǎng)分釋放特征試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過124天的腐解，小麥/油菜秸稈的碳、氮、磷釋放率分別為66.58%/52.54%、49.26%/57.83%、59.93%/ 67.32%，鉀在培養(yǎng)12 d后釋放率均達(dá)到98%。油菜較小麥秸稈養(yǎng)分釋放量更多，更能培肥地力，促進(jìn)稻株對(duì)氮肥的吸收利用。相關(guān)性分析表明(表7)，提高拔節(jié)后的植株氮素積累，促進(jìn)莖鞘、葉片的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)，有利于提高籽粒產(chǎn)量、氮素吸收總量和氮肥利用率，其中以拔節(jié)至齊穗期的氮素積累量以及葉片氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量提高水稻對(duì)氮肥吸收利用效果較好(=0.73**~0.94**)。

4 結(jié)論

氮肥管理對(duì)直播雜交稻的氮素積累及利用效率均有顯著或極顯著影響，秸稈還田顯著提高水稻拔節(jié)后氮素積累量及氮素農(nóng)學(xué)利用率、偏生產(chǎn)力和表觀利用率。麥/油-稻輪作下均能通過秸稈還田配合合理的氮肥管理提高直播雜交水稻氮肥利用效率。綜合考慮，以油菜秸稈還田配施基肥∶分蘗肥∶促花肥∶保花肥=3∶3∶2∶2的氮肥運(yùn)籌能最大限度的提高肥料利用效率和水稻籽粒產(chǎn)量。

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Effects of Straw Returning to Paddy Field and Nitrogen Fertilizer Management on Nitrogen Utilization Characteristics of Direct Seeded Hybrid Rice Under Wheat/Rape-rice Rotation

PENG Zhiyun,XIANG Kaihong, YANG Zhiyuan, TANG Yuan, SHEN Jie, ZHANG Yujie, HE Yan, YAN Tianrong, SUN Yongjian, MA Jun*

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【Objective】It is very impontant to reveal the effects of straw returning and nitrogen fertilizer management on nitrogen accumulation, transport, nitrogen use efficiency and grain yield of direct seeded hybrid rice under wheat/rape-rice rotation.【Methods】A two-factor split zone design was adopted with Yixiangyou 2115, three-line hybrid rice with high quality, as material. The experiment was carried out simultaneously in paddy fields with wheat or rape stubble. The treatment was completely the same. The main area was wheat /rape straw returning to the field (M1) and zero straw returning(M0), with sub-plot of four nitrogen fertilizer managements: zero nitrogen control(N0), basal fertilizer: fertilizer for tillering: fertilizer for flower promotion: fertilizer for flower preservation=1:0:0:0(N1), 3:3:2:2(N2), 2:2:3:3(N3), respectively. The nitrogen accumulation of each organ of main growth stage of direct seeded hybrid rice were measured, as well as grain yield.【Results】The results showed that under the two rotation methods, nitrogen fertilizer management had significant or highly significant regulatory effects on nitrogen accumulation in main growth stage, nitrogen transportation of stem, sheath, leaves after full heading and nitrogen use efficiency of direct seeded hybrid rice. Straw returning significantly increased nitrogen accumulation, nitrogen transport of stem, sheath, leaves and nitrogen use efficiency in the middle and late stages of hybrid rice with wheat /rape stubble manuring. The agronomic use efficiency, partial productivity and apparent utilization efficiency of nitrogen fertilizer increased by 34.96%/28.76%, 2.52%/2.61% and 31.91%/22.30%, respectively. Meanwhile. the nitrogen accumulation at various growth stage and yield of direct seeded hybrid rice with rape straw returning were better than those of wheat straw returning, and the grain yield increased by 481 kg/hm2(5.22%). It could effectively increase the rate of nitrogen accumulation in each stage of direct seeded hybrid rice, promote the transportation of nitrogen from stem, sheath and leaves to panicle in productive stage and nitrogen accumulation amount of rice plant at mature stage had obvious advantage and high nitrogen use efficiency (nitrogen agronomic use efficiency, partial productivity and apparent nitrogen use efficiency in paddy field with wheat / rape stubble returning reached 17.87 kg?kg–1/17.85 kg?kg–1, 67.27 kg?kg–1/71.28 kg?kg–1, 74.93%/75.05%) under M1N2, M0N3.【Conclusion】Under M1N2the nitrogen absorption and utilization efficiency together with the grain yield were effectively improved, rape straw returning in particular.

wheat /rape-rice rotation; direct seeded hybrid rice; straw returning to field; nitrogen fertilizer application; nitrogen accumulation; nitrogen use efficiency; yield

S143.1; S511.048

A

1001-7216(2020)01-0057-12

10.16819/j.1001-7216.2020.9049

2019-04-25；

2019-06-19。

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2017YFD0301706；2017YFD0301701；2016YFD0300506)；四川省育種攻關(guān)專項(xiàng)(2016NY20051)。