等養(yǎng)分條件下稻草還田替代雙季早稻氮鉀肥比例的研究

曾研華，范呈根，吳建富，曾勇軍，周春火，譚雪明，潘曉華，石慶華

等養(yǎng)分條件下稻草還田替代雙季早稻氮鉀肥比例的研究

曾研華，范呈根，吳建富*，曾勇軍，周春火，譚雪明，潘曉華*，石慶華

（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）

【目的】研究等量氮磷鉀養(yǎng)分投入條件下，長(zhǎng)期稻草原位全量還田配施化肥對(duì)雙季早稻氮 (N)、磷 (P)、鉀 (K) 養(yǎng)分吸收累積、轉(zhuǎn)運(yùn)及養(yǎng)分利用的影響，為南方稻區(qū)稻草資源有效利用，維持并提高土壤肥力及水稻合理施肥提供理論依據(jù)。【方法】以江西溫圳國(guó)家級(jí)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)為研究對(duì)象，陸兩優(yōu) 996 為供試材料，在不施化肥和施用化肥基礎(chǔ)上設(shè)稻草還田、稻草燒灰還田和稻草不還田共 6 個(gè)處理，除空白對(duì)照外，所有處理養(yǎng)分投入量相等。于 2015 年在早稻移栽期、分蘗期、幼穗分化期、抽穗期和成熟期取地上部植株樣，分析水稻植株不同部位的 N、P、K 含量和累積量以及轉(zhuǎn)運(yùn)比例，并計(jì)算 N、P、K 養(yǎng)分利用效率?！窘Y(jié)果】稻草還田提高了水稻產(chǎn)量，施肥條件下稻草還田處理比稻草燒灰還田和稻草不還田處理平均增產(chǎn) 2.9%～ 6.4%，比不施肥區(qū)產(chǎn)量增幅高達(dá) 23.8%～ 26.0%，且差異達(dá)顯著水平。無論是施肥區(qū)處理，還是無肥區(qū)處理，與稻草燒灰還田和稻草不還田處理相比，稻草還田植株中 K 含量及 N、P、K 積累量在整個(gè)生育期均較高，而 N、P 含量在生育后期較高，N、P、K 積累量以施肥區(qū)處理大于相應(yīng)的無肥區(qū)處理；稻草還田提高水稻 N、P、K 養(yǎng)分農(nóng)學(xué)效率、回收率和養(yǎng)分偏生產(chǎn)力，且 N、K 差異達(dá)顯著水平，同時(shí)顯著增加 K 的收獲指數(shù)；稻草還田還提高了抽穗至成熟期莖鞘中 N、P、K 的轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及轉(zhuǎn)移養(yǎng)分對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，而葉片各處理間差異不顯著。【結(jié)論】稻草還田配施化肥能提高水稻產(chǎn)量，同時(shí)還可以調(diào)節(jié) N、P、K 養(yǎng)分的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)，提高養(yǎng)分的吸收利用效率。本試驗(yàn)條件下，稻草還田可替代化肥氮肥 (N) 29.5%、磷肥 (P2O5) 4.0% 和鉀肥 (K2O) 50.0%。綜合考慮，稻草還田相比稻草燒灰還田而言是南方稻區(qū)土壤養(yǎng)分管理實(shí)現(xiàn)高效利用的有效途徑之一。

雙季早稻；稻草還田；稻草燒灰還田；養(yǎng)分吸收

我國(guó)農(nóng)作物秸稈資源十分豐富，每年生產(chǎn)約 6億噸的秸稈，水稻秸稈約占總秸稈的 1/3，尤其是在雙季稻區(qū)[1]。隨著農(nóng)村散戶養(yǎng)殖的減少，稻草過腹、墊圈還田越來越少，取而代之的是稻草直接焚燒。而水稻秸稈是一種含碳豐富的能源物質(zhì)，為重要的有機(jī)肥源，富含大量的氮、磷、鉀、硅等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素[2]。合理利用有機(jī)肥資源，實(shí)行有機(jī)肥替代部分化肥，是我國(guó)到 2020 年化肥實(shí)現(xiàn)零增長(zhǎng)目標(biāo)的重要措施。但水稻生產(chǎn)中普遍存在氮肥多施、鉀肥少施及有機(jī)肥基本不施等問題[3]，限制了水稻產(chǎn)量的提升和養(yǎng)分的高效利用。推行稻草還田對(duì)保持和提高土壤肥力，改善土壤理化性狀和生物學(xué)性狀，提高農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)和降低施肥成本等方面均具有重要作用[4–6]。因此，在南方雙季稻區(qū)開展稻草還田減施化肥研究對(duì)于促進(jìn)水稻增產(chǎn)增效有重要的意義。關(guān)于秸稈還田對(duì)作物氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收特性的影響，大量研究表明，秸稈還田配施化肥可提高作物產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用效率[7–10]，但養(yǎng)分吸收利用主要以氮[9, 11–13]、鉀[14]等單一元素研究為主，從氮、磷、鉀三者養(yǎng)分吸收平衡方面研究較少[15]，且多數(shù)是在化肥用量不變的基礎(chǔ)上開展秸稈還田研究[7–8, 10, 13–15]。但基于稻草自身養(yǎng)分輸入的同時(shí)，探討在氮、磷、鉀養(yǎng)分總施用量相等條件下，稻草還田配施化肥對(duì)南方雙季早稻養(yǎng)分吸收利用的影響的研究報(bào)道較少[9, 16]。特別是近年來，隨著我國(guó)水稻機(jī)械化收獲進(jìn)程加劇，為稻草的循環(huán)利用提供了基礎(chǔ)，同時(shí)也滋生稻草就地焚燒的現(xiàn)象。從氮磷鉀養(yǎng)分吸收利用角度解析水稻對(duì)稻草還田與稻草燒灰還田的響應(yīng)機(jī)制及其差異特性，明確實(shí)施稻草還田的可行性，顯得尤為必要。為此，本研究基于中長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，研究等養(yǎng)分條件下稻草原位全量還田配施化肥對(duì)雙季早稻養(yǎng)分吸收累積、轉(zhuǎn)運(yùn)及利用率的影響，以期為南方稻區(qū)稻草資源的有效利用和水稻合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)位于江西省進(jìn)賢縣溫圳鎮(zhèn)楊溪村國(guó)家級(jí)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)基地 (東經(jīng) 116°5′29.73″，北緯28°20′7.14″)。試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，年平均氣溫 17.5℃，年最高氣溫 40.6℃，最低氣溫–9.3℃，年降雨量1600～1800 mm，降雨 144 d，平均相對(duì)濕度 77%，年平均日照時(shí)數(shù) 1900.5 h，無霜期 291 天。供試土壤為第四紀(jì)紅色粘土發(fā)育水稻土。試驗(yàn)開始時(shí)土壤的基本化學(xué)性質(zhì)為有機(jī)質(zhì) 34.16 g/kg、全氮 2.271 g/kg、堿解氮 126.0 mg/kg、有效磷 (P2O5) 31.34 mg/kg、速效鉀 (K2O) 97.9 mg/kg、pH 值 5.48。供試早稻品種為陸兩優(yōu) 996。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

稻草還田定位試驗(yàn)始于 2010 年，2009 年晚稻收獲后稻草開始分別原位全量還田和原位燒灰還田，作為翌年早稻有機(jī)肥，當(dāng)年早稻稻草還田作晚稻基肥，之后每年每季水稻收獲后稻草進(jìn)行還田作下季水稻基肥。于 2015 年進(jìn)行取樣調(diào)查分析。試驗(yàn)設(shè) 6個(gè)處理：1) 稻草燒灰還田 (SB + NPK)，即喂入式收割機(jī)收獲晚稻后人工撒勻稻草，曬干后燃燒成灰全部還田，灌適量水后用手扶拖拉機(jī)旋耕；同時(shí)施用NPK 化肥；2) 稻草不還田 (NPK)，稻草全部移出田間，只留稻樁，單施化肥；3) 稻草還田 (SI + NPK)，晚稻收獲后將稻草切碎成約 5～8 cm 小段，人工撒勻全量還田，灌水后用拖拉機(jī)將稻草旋耕入土，施用 NPK 化肥；4) 稻草還田不施肥 (SI)；5) 稻草不還田不施肥 (CK)；6) 稻草燒灰還田不施肥 (SB)。不同稻草還田方式處理的氮磷鉀養(yǎng)分用量相同，即投入N 165 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2，稻草(草木灰) 有機(jī)肥帶入的氮磷鉀養(yǎng)分含量不足時(shí)用化學(xué)肥料補(bǔ)足。按谷草比 1∶1、稻草燃燒系數(shù) 85.72% (根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的燃燒習(xí)慣來實(shí)地計(jì)算) 核算每季稻草 (草灰) 輸入農(nóng)田的重量，養(yǎng)分含量根據(jù)其干樣測(cè)定結(jié)果計(jì)算，最終折算秸稈輸入農(nóng)田的養(yǎng)分量，2014年晚稻還田稻草養(yǎng)分含量為 N 0.600%、P2O50.099%、K2O 1.392%，稻草灰中 N、P2O5、K2O 含量分別為0.179%、0.427%、8.395%，各施肥處理化肥及秸稈帶入養(yǎng)分用量見表 1。

采用田間大區(qū)試驗(yàn)，每處理面積為 326.7 m2，按3 點(diǎn)重復(fù)取樣。氮肥按基肥∶分蘗肥∶穗肥 = 5∶2∶3 施用；鉀肥按分蘗肥∶穗肥 = 7∶3施用；磷肥一次性做基肥施用?；视媚蛩亍⑩}鎂磷肥和氯化鉀。栽插密度為 13.3 cm × 23.3 cm，其他管理措施同一般高產(chǎn)栽培。

表1 各施肥處理化肥和秸稈帶入的養(yǎng)分量 (kg/hm2)Table1 Nutrient input from chemical fertilizers and straw returning in treatments

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與計(jì)算方法

在水稻移栽期、分蘗期、幼穗分化期、抽穗期和成熟期每處理按平均莖蘗數(shù)取代表性植株 5 蔸，分莖鞘、葉片和稻穗 3 部分裝入樣品袋中，于烘箱105℃ 下殺青 30 min，然后于 80℃ 下烘干至恒重，稱重、粉碎、過 0.5 mm 篩，植株各部位 N、P 和 K的養(yǎng)分測(cè)定采用濃 H2SO4-H2O2消化，氮用 FOSS-2400 測(cè)定，磷用釩鉬黃比色法測(cè)定，鉀用火焰光度法測(cè)定[17]。

氮磷鉀養(yǎng)分計(jì)算方法[18–20]：

養(yǎng)分偏生產(chǎn)力 (PFP，kg/kg) = 施肥處理產(chǎn)量/施肥量；

養(yǎng)分收獲指數(shù) (HI) = 籽粒中養(yǎng)分累積量/收獲時(shí)植株該養(yǎng)分累積量 × 100%；

養(yǎng)分轉(zhuǎn)移量 (NT，kg/hm2) = 抽穗期養(yǎng)分累積量 –成熟期該養(yǎng)分累積量；

養(yǎng)分轉(zhuǎn)移效率 (NTE) = 養(yǎng)分轉(zhuǎn)運(yùn)量/抽穗期該養(yǎng)分累積量 × 100%；

轉(zhuǎn)移養(yǎng)分對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率 (NTC) = 養(yǎng)分轉(zhuǎn)移量/籽粒中該養(yǎng)分累積量 × 100%；

回收率 = (施肥區(qū)地上部吸肥量 – 對(duì)照處理地上部吸肥量)/施肥量 × 100%；

農(nóng)學(xué)利用率 (kg/kg) = (施肥區(qū)子粒產(chǎn)量 – 對(duì)照處理子粒產(chǎn)量)/施肥量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用 Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和 SPSS16.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用 Duncan 新復(fù)極差法 (LSR) 進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，顯著性水平設(shè)定為 α = 0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻草還田對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

由表 2 可知，無論是施肥處理還是無肥處理，稻草還田下，水稻產(chǎn)量變化趨勢(shì)均為稻草還田處理高于稻草燒灰還田和稻草不還田處理。與 NPK 處理相比，SI + NPK 處理產(chǎn)量連續(xù) 6 年均顯著增加，SB + NPK 處理相比 NPK 處理在 6 年中只有兩年產(chǎn)量差異顯著，而無肥處理內(nèi)，SI 處理與 SB 和 CK 處理間差異均達(dá)顯著水平。稻草還田 6 年內(nèi)，SI + NPK 處理平均產(chǎn)量比 SB + NPK、NPK 處理提高 2.9%～6.4%，與 NPK 處理差異顯著，而無肥區(qū) SI 處理與 SB、CK處理差異更明顯，平均產(chǎn)量增幅 23.8%～26.0%；年際間產(chǎn)量變異系數(shù) SI + NPK 處理為最小，顯著低于NPK 處理。說明連續(xù)稻草還田有利于水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

表2 稻草還田對(duì)水稻產(chǎn)量的影響 (t/hm2)Table2 Effect of the straw incorporation model on grain yield of rice

2.2 不同稻草還田方式對(duì)水稻氮素吸收積累的影響

2.2.1 植株氮含量 稻草還田對(duì)植株氮含量的影響處理間存在差異 (表 3)。施肥處理植株含氮量均高于無肥區(qū)，且在整個(gè)生育期稻草還田處理植株的含氮量總體高于稻草不還田處理，尤其是生育中后期，差異均達(dá)顯著水平，其中穗分化期 SI + NPK 處理植株含氮量比 NPK 處理高出 0.266 個(gè)百分點(diǎn)，而稻草燒灰還田處理與稻草不還田處理植株含氮量在整個(gè)生育期差異不顯著。

2.2.2 氮素吸收累積量 由表 4 可知，水稻一生中氮素積累量 SI + NPK、SB + NPK 處理均顯著高于NPK 處理，分別高出 14.0% 和 8.6%，無肥對(duì)照趨勢(shì)與之相似。整個(gè)生育期內(nèi)施肥處理水稻氮素累積量以分蘗期至幼穗分化期增加最多，其次為幼穗分化期至抽穗期，而無肥區(qū)氮素累積量以幼穗分化期至抽穗期最大。除幼穗分化期至抽穗期外，各生育階段內(nèi) SI + NPK 處理氮素累積量均顯著高于 NPK 處理，而與 SB + NPK 處理無明顯差異；無肥區(qū) SI 處理在整個(gè)生育期內(nèi)均顯著高于 CK，以幼穗分化期至抽穗期差異最大。表明稻草或稻草灰替代部分氮肥可促進(jìn)水稻對(duì)氮素的吸收累積。

表3 稻草還田對(duì)植株氮含量的影響 (%)Table3 Effect of different straw incorporation models on N contents of rice plants

表4 不同稻草還田方式氮素階段累積量 (kg/hm2)Table4 Period nitrogen accumulation under different straw incorporation models

2.2.3 各器官氮素運(yùn)轉(zhuǎn) 由表 5 可知，施肥處理葉片和莖鞘的氮素轉(zhuǎn)移量顯著高于無肥對(duì)照。各處理莖鞘的氮素轉(zhuǎn)移量表現(xiàn)為 SI + NPK > SB + NPK > NPK，SI + NPK 比 NPK 高出 52.8%，差異顯著，無肥對(duì)照趨勢(shì)與之相似；葉片氮素轉(zhuǎn)移量施肥區(qū)與無肥區(qū)各處理間差異不明顯，但其轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移率和貢獻(xiàn)率均高于莖鞘。施肥區(qū)莖鞘氮素轉(zhuǎn)移率也為 SI + NPK > SB + NPK > NPK，且前兩者均顯著高于后者，增幅分別達(dá) 18.47% 和 14.56%，無肥處理趨勢(shì)與之相似，而葉片各處理間差異不顯著。此外，莖鞘氮素貢獻(xiàn)率 SI + NPK 顯著大于 NPK，與 SB + NPK 差異不顯著，但不施肥處理 SI > SB > CK，且差異顯著；而葉片轉(zhuǎn)移氮素對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率 SI + NPK、SB + NPK 處理低于 NPK 處理，但差異不顯著，無肥處理 CK 顯著高于 SI、SB 處理。表明稻草還田配施化肥能促進(jìn)水稻莖鞘和葉片中的氮素向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，且以葉片貢獻(xiàn)大于莖鞘。

2.2.4 氮素利用效率 表 6 表明，等量養(yǎng)分處理下，氮肥農(nóng)學(xué)效率、回收率和偏生產(chǎn)力 SI + NPK 處理均顯著高于 SB + NPK、NPK 處理，而后兩者差異不顯著。同時(shí)，SI + NPK 處理還提高了氮素收獲指數(shù)。說明稻草還田能替代部分化肥氮，在減少化肥氮投入的基礎(chǔ)上，提高了水稻氮素利用效率。

2.3 不同稻草還田方式對(duì)水稻磷素吸收積累的影響2.3.1植株磷含量 由表 7 可知，植株含磷量施肥區(qū)與無肥區(qū)處理存在生育期的差異，以抽穗期和成熟期差異較大。與 NPK 處理相比，除分蘗期外，SI + NPK 處理植株的含磷量在各生育期中均較高，成熟期差異顯著，而 SB + NPK 處理在分蘗期顯著降低，其余時(shí)期變化規(guī)律不明顯。說明稻草還田提高了植株中磷的含量。

表5 不同稻草還田方式水稻各器官氮素的轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率Table5 Amounts and percentages of N transferred from different organs under different treatments

表6 不同稻草還田方式氮素利用效率的變化Table6 N use efficiency of early rice under different treatments

表7 不同稻草還田對(duì)植株磷含量的影響 (%)Table7 Effect of different straw incorporation models on yields and P contents of rice plants

2.3.2 磷素吸收累積量 由表 8 可知，水稻全生育期磷素累積量表現(xiàn)為 SI + NPK > SB + NPK > NPK，無肥對(duì)照趨勢(shì)與之相似。水稻整個(gè)生育期內(nèi)磷素累積量以幼穗分化期至抽穗期最大。各生育階段內(nèi)，與NPK 處理相比，SI + NPK 處理植株的磷素累積量均較高，其中移栽期至分蘗期差異顯著，而與 SB + NPK 處理無顯著差異；無肥區(qū) SI 處理以幼穗分化期至抽穗期高于 CK，SB 處理也有類似的趨勢(shì)。說明稻草或稻草灰替代部分磷肥可維持或提高水稻的磷素吸收累積，尤其是生育前期。

2.3.3 各器官磷素運(yùn)轉(zhuǎn) 由表 9 可知，施肥處理葉片和莖鞘的磷素轉(zhuǎn)移量顯著高于無肥對(duì)照，莖鞘磷素轉(zhuǎn)移量高于葉片。莖鞘的磷素轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移率和磷素轉(zhuǎn)移對(duì)籽粒貢獻(xiàn)表現(xiàn)為 SI + NPK > SB + NPK > NPK，其中磷素轉(zhuǎn)移量 SI + NPK 處理與 NPK 處理差異顯著，增幅達(dá) 11.98%，無肥對(duì)照趨勢(shì)與之類似，SI 處理也顯著提高磷素籽粒貢獻(xiàn)；葉片磷素轉(zhuǎn)運(yùn)各指標(biāo)施肥處理和無肥處理內(nèi)差異不顯著。表明稻草還田可維持或促進(jìn)水稻莖、葉器官中磷素營(yíng)養(yǎng)向籽粒的轉(zhuǎn)移，且以莖鞘貢獻(xiàn)大于葉片。

2.3.4 磷素利用效率 由表 10 可知，水稻磷素的農(nóng)學(xué)效率 SB + NPK 處理與 NPK 基本持平，但均顯著高于 SI + NPK 處理；而回收率和偏生產(chǎn)力 SB + NPK與 SI + NPK 差異不顯著，但均顯著高于 NPK。收獲指數(shù)施肥區(qū)和對(duì)照區(qū)各處理間差異不顯著。

2.4 不同稻草還田方式對(duì)水稻鉀素吸收積累的影響2.4.1植株鉀含量 由表 11 可知，植株含鉀量施肥區(qū)與無肥區(qū)在各生育期互有高低，以穗分化期和抽穗期差異較大。施肥處理區(qū) SI + NPK 植株的含鉀量在各生育期中均高于 NPK，且成熟期差異顯著，SB +NPK 與 NPK 差異不明顯；無肥對(duì)照趨勢(shì)與之相似。說明稻草還田提高植株中鉀的含量。

表8 不同稻草還田方式磷素階段累積量 (kg/hm2)Table8 Period phosphorus accumulation under different straw incorporation models

表9 不同稻草還田方式水稻各器官磷素的轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率Table 9 Amounts and percentages of P transferred from different organs under different treatments

表10 不同稻草還田方式磷素利用效率的變化Table 10 P use efficiency of early rice under different treatments

表11 稻草還田對(duì)植株鉀含量的影響 (%)Table 11 Effect of different straw incorporation models on yields and K contents of rice plants

2.4.2 鉀素吸收累積量 由表 12 可知，水稻鉀素累積各處理表現(xiàn)為 SI + NPK > SB + NPK > NPK，且 SI + NPK 與 NPK 差異顯著，無肥對(duì)照亦有類似趨勢(shì)。水稻鉀素累積量各處理以分蘗期至幼穗分化期最大，SI + NPK 處理與 SB + NPK 處理在各生育階段均高于 NPK 處理，SI + NPK 處理與 NPK 處理差異顯著；無肥區(qū)趨勢(shì)與之相似。這說明稻草或稻草灰可替代鉀肥提高水稻的鉀素吸收量。

表12 不同稻草還田方式鉀素階段累積量 (kg/hm2)Table 12 Period potassium accumulation under different straw incorporation models

2.4.3 各器官鉀素運(yùn)轉(zhuǎn) 由表 13 可知，葉片和莖鞘的鉀素轉(zhuǎn)移量與轉(zhuǎn)移率施肥區(qū)顯著高于無肥對(duì)照。與NPK 處理相比，莖鞘的鉀素轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移率和鉀素轉(zhuǎn)移對(duì)籽粒貢獻(xiàn)呈現(xiàn) SI + NPK > SB + NPK > NPK，其中鉀素轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移率 SI + NPK 處理與 NPK 處理差異顯著，增幅分別達(dá) 37.29%、21.50%，而無肥區(qū)鉀素各指標(biāo) SI、SB 處理顯著高于 CK；葉片鉀素轉(zhuǎn)移率 SI、SB 處理也顯著大于 CK，其各指標(biāo)施肥處理和無肥處理差異不顯著。這表明稻草還田能促進(jìn)水稻莖、葉器官中的鉀素營(yíng)養(yǎng)向籽粒轉(zhuǎn)移。

2.4.4 鉀素利用效率 表 14 表明，在等量養(yǎng)分處理下，SI + NPK、SB + NPK 處理鉀素農(nóng)學(xué)效率、回收率和偏生產(chǎn)力均顯著高于 NPK 處理。同時(shí)，SI + NPK 處理鉀素收獲指數(shù)顯著高于 NPK 處理，增幅 9.7%；SI處理也顯著提高鉀素收獲指數(shù)，高出 CK 處理 15.4%。說明稻草還田可提高水稻鉀素利用效率。

3 討論與結(jié)論

3.1 稻草還田方式對(duì)水稻養(yǎng)分吸收利用的影響

植株的養(yǎng)分吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)表征了作物的生長(zhǎng)發(fā)育狀況，從而影響作物的產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明，與稻草不還田相比，等量氮磷鉀養(yǎng)分施肥條件下，稻草還田后植株氮磷鉀養(yǎng)分含量較高，其中氮含量增幅明顯，且氮磷鉀含量在某些生育期差異達(dá)顯著水平；同時(shí)，稻草還田也不同程度地提高植株氮磷鉀養(yǎng)分累積量和階段累積量，以氮、鉀差異明顯。這與前人研究結(jié)果不盡一致[7–8]，這可能與試驗(yàn)材料與研究方法有關(guān)。由于頭年晚稻稻草還田后，稻草經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的自然腐解，不會(huì)出現(xiàn)翌年早稻秧苗生長(zhǎng)期與微生物爭(zhēng)肥現(xiàn)象，因而不影響水稻前期生長(zhǎng)發(fā)育，有利于促進(jìn)養(yǎng)分吸收[21]；同時(shí)稻草還田后稻草中釋放的氮、磷、鉀可被植株利用，且為土壤微生物提供了豐富的可溶性能源物質(zhì)，從而提高了土壤生物活性，促進(jìn)了氮、磷、鉀養(yǎng)分的釋放[7, 22]。特別是在無肥區(qū)，稻草還田對(duì)植株養(yǎng)分的吸收積累效應(yīng)更明顯，說明稻草還田有利于提高早稻植株養(yǎng)分含量及積累。研究表明，秸稈還田影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的可能途徑：一是秸稈自身分解釋放的營(yíng)養(yǎng)元素歸還土壤中，提高土壤肥力，改善土壤物理化學(xué)性狀，提高土壤水熱供應(yīng)強(qiáng)度[6]，同時(shí)秸稈還田增加根系分泌物中有機(jī)酸類化學(xué)物質(zhì)含量、根系活性與養(yǎng)分利用，影響作物生長(zhǎng)；二是還田秸稈在土壤分解的過程中，為土壤微生物提供了豐富的碳源，一定程度上增加了土壤微生物的數(shù)量和活性，改善了土壤生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而影響作物生長(zhǎng)，促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收與利用[23]。因此，本研究基于等養(yǎng)分條件下，秸稈投入的養(yǎng)分量與化肥養(yǎng)分之間作用出現(xiàn)的形式，使得稻草還田的植株養(yǎng)分吸收量在生育前期呈現(xiàn)顯著高于稻草不還田的現(xiàn)象，這與還田稻草在土壤、作物等外部環(huán)境中所起的作用效果不同有關(guān)，稻草還田較稻草不還田提高了土壤微生物活性，改善土壤通透性。說明稻草還田替代部分化肥利于翌年早稻植株的生長(zhǎng)發(fā)育，促進(jìn)早生快發(fā)，能有效提高植株養(yǎng)分的吸收，在生產(chǎn)中應(yīng)注重稻草有機(jī)肥與化肥減量的配合施用。

表13 不同稻草還田方式水稻各器官鉀素的轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率Table 13 Amounts and percentages of K transferred from different organs under different treatments

表14 不同稻草還田方式下鉀素利用效率的變化Table 14 K use efficiency of early rice under different treatments

籽粒中的養(yǎng)分一部分來源于根系吸收的養(yǎng)分直接輸送，大部分來源于營(yíng)養(yǎng)器官養(yǎng)分的再轉(zhuǎn)移。植株養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移效率反映了營(yíng)養(yǎng)器官養(yǎng)分向籽粒輸出的能力[24]。研究表明，稻草還田與實(shí)地養(yǎng)分管理增加了水稻抽穗至成熟時(shí)氮、磷、鉀養(yǎng)分的運(yùn)轉(zhuǎn)量及運(yùn)轉(zhuǎn)率，促進(jìn)養(yǎng)分向籽粒庫(kù)的運(yùn)轉(zhuǎn)，減少營(yíng)養(yǎng)器官中養(yǎng)分殘留[7]。在玉米籽粒氮素中 39.7%～ 52.9% 來源于營(yíng)養(yǎng)體的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)[25]。且部分有機(jī)肥養(yǎng)分代替化肥有利于養(yǎng)分供應(yīng)平緩，明顯提高玉米養(yǎng)分分配率和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率[26]。本研究也表明在等養(yǎng)分施肥條件下，與稻草燒灰還田和稻草不還田處理相比，稻草還田處理氮磷鉀養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移率和對(duì)籽粒養(yǎng)分的貢獻(xiàn)率均最高，且與稻草不還田處理差異明顯。這與前人在玉米上的報(bào)道結(jié)果相似[9]。說明稻草有機(jī)養(yǎng)分在替代化學(xué)肥料的同時(shí)，也降低了土壤無機(jī)氮磷鉀養(yǎng)分的殘留，提高了植株對(duì)養(yǎng)分的吸收能力；同時(shí)配合施用無機(jī)肥料有效調(diào)節(jié)了花前養(yǎng)分的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)植株氮磷鉀養(yǎng)分的吸收分配[9]。此外，莖鞘中的養(yǎng)分轉(zhuǎn)運(yùn)與分配受處理的影響作用高于葉片，可能與植株器官養(yǎng)分的分布及養(yǎng)分利用形式有關(guān)，還有待于進(jìn)步研究。

養(yǎng)分收獲指數(shù)及利用效率反映其對(duì)作物生物量和子粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)。而偏生產(chǎn)力表征了土壤本身的養(yǎng)分和投入肥料養(yǎng)分的綜合效率。本試驗(yàn)在稻草還田條件下，發(fā)現(xiàn)稻草配施化肥的氮磷鉀養(yǎng)分收獲指數(shù)、回收率及偏生產(chǎn)力均高于稻草不還田處理，總體差異達(dá)顯著水平，這與眾多研究的結(jié)果較為一致[9, 11, 14, 27]。此外，同等養(yǎng)分投入條件下，與稻草不還田處理相比，稻草還田能明顯降低水稻年際間產(chǎn)量變異幅度，說明稻草還田配施化肥既有利于水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，同時(shí)還減少了化肥氮磷鉀的投入，提高了養(yǎng)分的生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分的高效利用。

3.2 稻草還田方式與合理培肥的關(guān)系

推行稻草還田是水稻清潔生產(chǎn)的重要內(nèi)容，而稻草就地焚燒一直是水稻生產(chǎn)中的突出問題，不僅對(duì)土壤生態(tài)造成影響，同時(shí)也嚴(yán)重污染環(huán)境。從稻草還田、稻草燒灰還田與稻草不還田之間的養(yǎng)分吸收利用來看，盡管稻草燒灰還田較稻草不還田也提高了養(yǎng)分的吸收利用效率，但低于稻草還田處理，尤其是氮素利用效率顯著降低。說明稻草燒灰還田后，盡管補(bǔ)充化肥氮素，但土壤表層結(jié)構(gòu)、微生物活性等已遭到破壞，影響了土壤質(zhì)量[6]，不利于土壤肥力的保持，易造成土壤養(yǎng)分徑流損失，特別是氮、鉀養(yǎng)分，影響翌年早稻養(yǎng)分的吸收利用效率。在本試驗(yàn)等養(yǎng)分施肥條件下，稻草輸入農(nóng)田的氮磷鉀養(yǎng)分量高于稻草灰，特別是氮素，使得化肥施用量要低于稻草燒灰處理。但稻草還田作為有機(jī)培肥，其養(yǎng)分釋放及產(chǎn)生的后效性[28]要高于稻草燒灰還田和稻草不還田處理，且其養(yǎng)分殘效連續(xù)疊加，土壤在氮磷鉀供肥方式上顯得更具有漸進(jìn)性和持續(xù)性；而稻草長(zhǎng)期進(jìn)行還田，也明顯增加了土壤供肥能力的有效性與持久性[9]。同時(shí)也更加適合作物根系對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，這也是稻草有機(jī)肥優(yōu)于速效化肥的重要原因之一[29]。因此，在本試驗(yàn)條件下，從農(nóng)田生態(tài)效應(yīng)和合理培肥的角度綜合考慮，開展長(zhǎng)期稻草還田替代部分化肥 (氮、磷、鉀肥替代率分別為29.5%、4.0% 和 50.0%) 是可行的，是有利于水稻養(yǎng)分吸收利用的，也是南方稻區(qū)土壤養(yǎng)分管理實(shí)現(xiàn)高效利用的有效途徑之一。

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Replacement ratio of nitrogen and potassium fertilizer by straw incorporation in early rice under the same nitrogen, phosphorus and potassium input

ZENG Yan-hua, FAN Cheng-gen, WU Jian-fu*, ZENG Yong-jun, ZHOU Chun-huo, TAN Xue-ming, PAN Xiao-hua*, SHI Qing-hua
( Collaborative Innovation Center for the Modernization Production of Double Cropping Rice, Jiangxi Agricultural University/ Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Genetic Breeding, Ministry of Education/Jiangxi Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Genetic Breeding, Nanchang 330045, China )

【Objectives】Effects of total straw incorporation with chemical fertilizers in situ on the N, P and K use efficiencies of early rice of double cropping were studied under the same N, P and Kinput in the long run to provide base support for effective utilization of the southern straw resource and sustainable soil fertility, and rational application fertilizers.【Methods】A long-term field experiment located in the cultivated land quality monitoring system on straw incorporation and soil fertility (Wenzhen Town, Jiangxi Province) was carried out, and early rice cultivar, Luliangyou 996, was selected as tested material. Plant samples were collected from sixtreatments: total straw incorporation (TS), straw burning and straw no-incorporation, containing application chemical fertilizer and no chemical fertilizer, respectively, all the treatments, except blank control, were input the same amount of N, P and knutrients. The N, P and Kaccumulation, translocation and use efficiencies were analyzed at the transplanting, tillering, panicle initiation, heading and maturity stages of early rice in 2015.【Results】With supplement of chemical fertilizer, the total straw incorporation treatment could stably increase grain yields of early rice within six years, and the yields were 2.9% and 6.4% higher than those in treatments of the straw burning and pure chemical fertilizer treatments, and compared with no chemical fertilizer and no straw treatment, the increments were from 23.8% to 26.0%. Compared with the straw burning and straw noincorporation, no matter the fertilization treatments and blank, the straw incorporation had the higher Kcontent and N, P and Kaccumulation at the growth stages, but the Nand Pcontents were higher at the later growth stages. The N, P and Kaccumulation amounts in the fertilization treatments were higher than those in the no fertilization treatments. The straw incorporation enhanced the N, P and Kfertilizer agronomy efficiencies (AE), recovery efficiencies (RE) and partial factor productivity (PFP), and increased the Kharvest index significantly, while the N and Kuse efficiencies were significantly different among the treatments. Meanwhile, the straw incorporation increased the N, P and Ktransfer amounts, transfer rates and contribution to grain nutrient of the stems and sheaths, but no differences were observed in the leaves among treatments.【Conclusions】 The straw incorporation with application fertilizers could increase the grain yield, and improve the accumulation and translocation of applied N, P and K, and their use efficiencies in the long-run. Replacing of N29.5%, P2O54.0% and K2O 50.0% with straw for fertilizer N, P and Kin the straw incorporation is proved to be afeasible way to realize soil nutrient management in the southern rice zone contrast to the straw burning.

early rice of double cropping; straw incorporation; straw burning; nutrient absorption

2016–08–01 接受日期：2017–03–13

國(guó)家科技支撐計(jì)劃 (2013BAD07B12)；江西省科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目 (2009BNA03800)；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 (2016YFD0300501)；中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目 (2016M600512)；江西農(nóng)業(yè)大學(xué)博士啟動(dòng)項(xiàng)目 (9032305504) 資助。

曾研華（1986—），男，江西永修人，講師，博士，主要從事水稻高產(chǎn)栽培與土壤肥力研究。E-mail：zyh74049501@163.com * 通信作者 E-mail: wjf6711@126.com；xhuapan@163.com