油菜秸稈還田下不同水稻栽培模式對產(chǎn)量和氮肥利用率的影響

程建平 李進(jìn)蘭 李陽 徐得澤 趙鋒 汪本福 張枝盛 費(fèi)利紅 張璟

摘要：在油菜秸稈全量還田下，結(jié)合不同氮肥用量、栽培密度和水分管理措施構(gòu)建6種栽培模式，并考察不同栽培模式對水稻產(chǎn)量形成和肥料利用的影響。結(jié)果表明，與常規(guī)常密模式（T2）相比，常規(guī)密度減氮模式（T4）水稻產(chǎn)量降低，而常規(guī)氮肥增密模式（T3）、增密減氮模式（T5）和前期控水模式（T6）的水稻產(chǎn)量分別增加了6.96%、3.24%、8.96%;不施氮處理（T1）總產(chǎn)量顯著低于其他處理。增密減氮模式增加了水稻群體數(shù)量，不僅彌補(bǔ)了因個(gè)體穗粒數(shù)降低而對產(chǎn)量的不利影響，而且還增加了產(chǎn)量，并顯著提高了氮肥利用率。

關(guān)鍵詞：油菜秸稈還田;栽培模式;水稻產(chǎn)量;氮肥利用率

中圖分類號：S511.4;S318? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）24-0062-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.24.017? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract： Six cultivation modes were constructed by different nitrogen application， planting density， and water management under the condition of total amount of rape straw returned to the field. And the effects of different cultivation modes on rice yield formation and fertilizer utilization were investigated during the rice growing season. The results showed that compared with normal nitrogen application， planting density and water management （T2）， normal planting density and low nitrogen application （T4） decreased rice grain yield and high planting density （T3）， high planting density with nitrogen reduction （T5） and water control in early growth stage（T6） increased rice grain yield by 6.96%， 3.24% and 8.96%， respectively. In addition， rice grain yield of no nitrogen application （T1） was significantly lower than other treatments. Moreover， although reduce the individual grain number per panicle， high planting density with nitrogen reduction（T5） improved population size， thus increased rice grain yield and nitrogen use efficiency.

Key words： rape straw return to the field; cultivation mode; rice grain yield; nitrogen use efficiency

合理的群體分布是協(xié)調(diào)群體與個(gè)體矛盾的最佳措施，也是提高水稻產(chǎn)量的有效途徑之一[1]。隨著中國水稻生產(chǎn)機(jī)械化程度不斷提高，尤其是以機(jī)直播和機(jī)插秧為代表的機(jī)械化水稻種植的普及，機(jī)械化能夠降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率的顯著優(yōu)勢受到廣大從事稻作人員的普遍認(rèn)可。然而，目前水稻機(jī)械化生產(chǎn)仍然有許多關(guān)鍵問題亟待解決。比如農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合的問題。農(nóng)戶在機(jī)插秧?xiàng)l件下，為了節(jié)約水稻用種成本，栽插密度往往不足。此外，為了減少施肥次數(shù)往往會(huì)加大基蘗肥的施用比例，為在低密度下獲得更高的莖蘗數(shù)和有效穗數(shù)，會(huì)盲目提高氮肥總施用量[2]。這樣會(huì)導(dǎo)致群體分布不合理，基本苗和有效穗數(shù)不足，降低水稻產(chǎn)量;另外，由于前期氮肥施用過多，會(huì)降低氮肥利用效率、導(dǎo)致面源污染。因此，優(yōu)化栽插密度和氮肥施用對提高水稻機(jī)械化生產(chǎn)具有重要意義。

稻-油輪作是湖北省主要的種植模式之一，其種植模式主要分布在鄂東丘陵地帶和江漢平原[3]。本研究在稻-油輪作油菜秸稈全量還田條件下，依據(jù)氮肥管理、機(jī)插密度及水分管理措施的差異構(gòu)建6種栽培模式，明確其對水稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響，以期為湖北省稻-油輪作區(qū)水稻機(jī)械化生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)設(shè)置在湖北省荊門市沙洋縣曾集鎮(zhèn)張池村（E111°47′，N30°51′），該區(qū)為典型一年稻、油兩熟復(fù)種輪作區(qū)，屬亞熱帶濕潤大陸季風(fēng)氣候，四季分明、光能充裕、熱量豐富、雨量適中、雨熱同季，年均氣溫16.1 ℃、降水量1 025.6 mm。供試土壤為紅棕壤發(fā)育而成的水稻土，土壤肥力水平中等，試驗(yàn)區(qū)地勢平坦，易于機(jī)械化操作。

1.2? 試驗(yàn)品種

水稻品種為和兩優(yōu)332，前茬為油菜，種植品種為華油雜62R。

1.3? 試驗(yàn)處理

種植模式為稻-油輪作，油菜于2016年10月上中旬播種，播種量為5.25～6.75 kg/hm2，2017年5月20日收獲。水稻于2017年5月10日播種，5月30日插秧，9月25日收獲。

試驗(yàn)為隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置6種種植模式，3次重復(fù)，共18個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積109 m2。油菜收獲后秸稈粉碎還田（粉后秸稈長度10 cm左右），翻耕（深度為15～20 cm）后泡田、耙田機(jī)插秧，秸稈全量還田。

T1：不施氮肥，常規(guī)密度，常規(guī)水分管理。肥料管理，不施氮肥;磷肥（P2O5，75 kg/hm2）作為底肥1次施用;鉀肥（K2O 75 kg/hm2）作為底肥與穗肥各施用一半。常規(guī)密度，插秧規(guī)格為3 cm（行距）×20 cm（株距），取秧量為2～3株/穴（下同）。常規(guī)水分管理，前期保持淺水（1～3 cm）、中期排水烤田、后期干濕交替（每次灌水后自然落干）。

T2：常規(guī)肥料管理，常規(guī)密度，常規(guī)水分管理。常規(guī)肥料管理，氮肥（純氮、180 kg/hm2）分別作為基肥、分蘗肥以及穗肥以5∶3∶2的比例施用;磷肥（P2O5，

75 kg/hm2）作為底肥1次施用;鉀肥（K2O，75 kg/hm2）作為底肥與穗肥各施用50%。常規(guī)密度，與T1相同。常規(guī)水分管理，與T1相同。

T3：常規(guī)肥料管理，增密，常規(guī)水分管理。常規(guī)肥料管理，與T2相同。增密，種植規(guī)格為30 cm（行距）×16 cm（株距）。常規(guī)水分管理，與T1相同。

T4：減氮，常規(guī)密度，常規(guī)水分管理。減氮，氮肥在T2的基礎(chǔ)上減少20%，氮肥（純氮、144 kg/hm2）分別作為基肥、分蘗肥以及穗肥以4∶3∶2的比例施用;磷肥和鉀肥施用與T1相同。常規(guī)密度，與T1相同。常規(guī)水分管理，與T1相同。

T4：減氮，常規(guī)密度，常規(guī)水分管理。減氮，氮肥在T2的基礎(chǔ)上減少20%，氮肥（純氮、144 kg/hm2）分別作為基肥、分蘗肥以及穗肥以4∶3∶2的比例施用;磷肥和鉀肥施用與T1相同。常規(guī)密度，與T1相同。常規(guī)水分管理，與T1相同。

T5：減氮，增密，常規(guī)水分管理。減氮，肥料管理與T4相同。增密，種植規(guī)格與T3相同。常規(guī)水分管理，與T1相同。

T6：常規(guī)肥料管理，常規(guī)密度，常規(guī)水分管理。常規(guī)肥料管理，與T2相同。常規(guī)密度，與T1相同。前期控水，在苗返青期保持淺水，之后保持無水層，每次灌水后自然落干、在其中期排水烤田、后期干濕交替（保持每次灌水后自然落干）。

1.4? 測定指標(biāo)與方法

1.4.1? 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成? 水稻成熟后，各試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)2 m2田塊人工收割，脫粒后烘干測定實(shí)際產(chǎn)量;每小區(qū)以5點(diǎn)取樣法取樣，每個(gè)樣點(diǎn)連續(xù)取10穴，共50穴，統(tǒng)計(jì)有效穗數(shù)。根據(jù)其平均值取有代表性的植株3穴，考察有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)。

1.4.2? 干物質(zhì)重? 分別于水稻的分蘗期、孕穗期、齊穗期、灌漿期和收獲期，按照各時(shí)期平均分蘗數(shù)，分別取3穴水稻，經(jīng)過莖、葉、穗分離后在105 ℃下殺青1 h后，80 ℃烘干至恒重，在天平上稱重。

1.4.3? 氮肥利用率? 在水稻成熟期取樣，測定地上部植株氮含量，植株氮測定采用凱氏定氮法。水稻氮肥利用率參考以下公式計(jì)算。

1.5? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

使用Excel和SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。處理間比較采用One-way ANOVA分析，差異顯著性分析用Duncan氏比較。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同栽培模式對水稻產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表1可知，施肥處理均較不施氮（T1）有效穗數(shù)和穗粒數(shù)明顯增加，且實(shí)際產(chǎn)量顯著提高。與常肥常密（T2）相比，增密常肥（T3）水稻穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率分別提高了6.41%和4.48%，千粒重也提高了1.24%，有效穗數(shù)降低了4.83%。但其實(shí)際產(chǎn)量仍較T2顯著提高，增加了6.96%。說明常規(guī)施肥條件下，增加栽插密度，可顯著增加產(chǎn)量。常密減氮（T4）有效穗數(shù)較T2降低了6.88%，結(jié)實(shí)率也降低了4.64%，雖然其穗粒數(shù)提高了7.36%，但實(shí)際產(chǎn)量較T2仍表現(xiàn)為減產(chǎn)0.25%。這說明常規(guī)栽插密度條件下，降低氮肥用量，對產(chǎn)量形成不利。與T2相比，增密減氮（T5）有效穗數(shù)增加17.24%，而穗粒數(shù)相對降低了12.71%，實(shí)際產(chǎn)量較T2提高了3.23%。說明增密減氮模式，增加了有效穗數(shù)，增加了群體數(shù)量，彌補(bǔ)了個(gè)體的穗粒數(shù)降低的影響，可以一定程度上提高產(chǎn)量。前期控水（T6）與T2相比，主要是穗粒數(shù)顯著增加，提高了15.93%，其實(shí)際產(chǎn)量提高了8.96%。這說明通過前期適當(dāng)?shù)目厮胧?，可以促進(jìn)大穗的形成。

2.2? 不同栽培模式對水稻干物質(zhì)量的影響

從圖1可見，水稻群體干物質(zhì)量隨生育期向后推移均逐漸提高。T1不施用氮肥，其各個(gè)時(shí)期干物質(zhì)量均明顯低于其他處理。孕穗期，T3干物質(zhì)量較高，而以后幾個(gè)時(shí)期與其他幾個(gè)施氮處理均差異不明顯。增密常規(guī)氮肥可能造成大量無效分蘗的產(chǎn)生，隨個(gè)體間競爭加大，整體干物質(zhì)量提高幅度降低。T6齊穗后干物質(zhì)積累量占整個(gè)總干物質(zhì)量的30.0%，可見，通過前期控水模式有利于控制前期群體的數(shù)量，有利于個(gè)體后期干物質(zhì)量的積累。

2.3? 不同栽培模式對水稻氮肥利用率的影響

從圖2可見，不同栽培模式對水稻氮肥利用率的影響差異明顯。T3和T4較T2均無顯著差異，說明相同密度下減少氮肥用量或者相同氮肥用量下增加栽插密度對水稻氮肥利用率影響不明顯。T5氮肥利用率最高，較T2提高16.7%，說明增密減氮模式能夠提高水稻氮肥利用率。而T6氮肥利用率顯著低于T2，說明常規(guī)氮肥和栽插密度下采用前期控水措施會(huì)影響植株氮素的吸收。

3? 小結(jié)與討論

3.1? 不同栽培措施對水稻產(chǎn)量形成的影響

本研究表明，在常規(guī)施肥條件下，增密措施可以提高水稻有效穗數(shù)和產(chǎn)量。錢銀飛等[4]在對不同移栽密度組合下水稻生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的研究中發(fā)現(xiàn)，增加水稻機(jī)插密度，可以通過提高水稻密度增加有效穗數(shù)，群體密度是機(jī)插水稻產(chǎn)量提高的基礎(chǔ)。本研究表明，生產(chǎn)上常用的30 cm（行距）×20 cm（株距）的插秧規(guī)格，密度偏低，無法充分發(fā)揮機(jī)插秧小苗移栽的增產(chǎn)潛力。但在相同肥料用量條件下增加栽插密度，會(huì)加劇個(gè)體間競爭，進(jìn)而導(dǎo)致大量無效分蘗產(chǎn)生，增產(chǎn)潛力也不能充分發(fā)揮。

氮肥是作物生長發(fā)育的必需營養(yǎng)元素，施用氮肥為作物生長補(bǔ)充氮素是保證其高產(chǎn)的重要措施之一[5]。本研究表明，在常規(guī)栽插密度條件下，減少氮肥施用量會(huì)降低水稻產(chǎn)量。其原因是常規(guī)密度條件下基本苗偏低，再減少基肥用量，會(huì)進(jìn)一步降低水稻有效莖蘗數(shù)，導(dǎo)致干物質(zhì)積累量不足，對產(chǎn)量形成造成不利影響。

在本研究中，減氮模式下水稻基肥氮量降低，減少了20%基肥氮量，為彌補(bǔ)基肥減少對水稻分蘗的不利影響，提出了增密減氮措施，即降低了20%基肥氮量的同時(shí)增加機(jī)插秧基本苗數(shù)20%。結(jié)果表明，通過增加密度減少氮肥施用量能夠更好的協(xié)調(diào)群體和個(gè)體之間的矛盾，雖然水稻每穗粒數(shù)減少了，但是總有效穗數(shù)增加了，其產(chǎn)量也呈現(xiàn)不同程度的增加。這一結(jié)果與周江明等[2]研究結(jié)果一致。何成貴等[6]在云南高山粳稻的研究表明，減少20%氮肥用量、增加30%移栽密度的處理比對照增產(chǎn)4.07%;減少10%氮肥用量、增加20%移栽密度的處理比對照增產(chǎn)6.37%。皮楚舒等[7]在湖北雙季稻以及朱相成等[8]在東北粳稻的研究中也有類似的結(jié)果。

前期控水模式穗粒數(shù)顯著增加，提高了15.93%，說明水稻生長前期通過適當(dāng)?shù)目厮胧┛梢源龠M(jìn)大穗的形成。劉艷等[9]研究也認(rèn)為，干濕交替循環(huán)控水灌溉的灌水量少，水稻生長健壯，地上部干物質(zhì)積累量多，有較明顯的節(jié)水、增產(chǎn)效應(yīng)。

3.2? 不同栽培措施對水稻氮肥利用率的影響

在水稻生產(chǎn)過程中減氮20%（基肥），會(huì)降低有效穗數(shù)，進(jìn)而減少產(chǎn)量，不利于穩(wěn)產(chǎn)，但可以提高水稻氮肥利用率。朱相成等[8]研究也有相似結(jié)論。但何成貴等[6]研究結(jié)果表明，減少20%氮肥用量較減少10%氮肥利用率增加，但增產(chǎn)效果降低，即使提高插秧密度也無法彌補(bǔ)?？梢?，為維持水稻產(chǎn)量穩(wěn)定，需保持必要的氮肥供應(yīng)。劉艷等[9]研究認(rèn)為，采用干濕交替循環(huán)控水灌溉，水稻根系發(fā)達(dá)，有利于礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收，但本研究中前期控水模式導(dǎo)致肥料利用率降低，其原因可能是秸稈還田和前期節(jié)水灌溉降低了氮肥的有效性，抑制了水稻的氮素吸收。通過增密減氮，一方面減少氮肥用量，另一方面能夠維持一定的產(chǎn)量，增加了氮素利用率。朱相成等[8]研究也表明，減氮處理下，增密趨于提高植株氮積累量、氮素回收效率、氮肥農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力。其原因可能是機(jī)插水稻在生育前期的氮素積累量增加，后期向子粒轉(zhuǎn)運(yùn)量也相應(yīng)增加[10]，因此氮肥利用率提高。

本研究系統(tǒng)探討了不同栽培模式對油菜秸稈還田下的水稻產(chǎn)量形成和氮肥利用的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，增密減氮模式（T5）增加了群體數(shù)量，彌補(bǔ)了個(gè)體的穗粒數(shù)降低的影響，可以一定程度上提高產(chǎn)量，產(chǎn)量相較常規(guī)模式（T2）并沒有降低，而氮肥利用率顯著提高。前期控水模式（T6）產(chǎn)量較常規(guī)模式顯著提高，但氮肥利用率較低。因此，增密減氮模式能夠在穩(wěn)產(chǎn)的情況下，提高氮肥利用率，是一項(xiàng)保障糧食安全同時(shí)減少環(huán)境影響的栽培技術(shù)，可以在湖北油-稻輪作區(qū)水稻機(jī)械化生產(chǎn)模式下大面積推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張洪程，龔金龍.中國水稻種植機(jī)械化高產(chǎn)農(nóng)藝研究現(xiàn)狀及發(fā)展探討[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，47（7）：1273-1289.

[2] 周江明，趙? 琳，董越勇，等.氮肥和栽植密度對水稻產(chǎn)量及氮肥利用率的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2010，16（2）：274-281.

[3] 李繼福，薛欣欣，李小坤，等.水稻-油菜輪作模式下秸稈還田替代鉀肥的效應(yīng)[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2016，22（2）：317-325.

[4] 錢銀飛，張洪程，吳文革，等.移栽密度組合對機(jī)插水稻淮稻5號生長發(fā)育及產(chǎn)量形成的影響[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31（1）：41-48.

[5] 汪? 軍，王德建，張? 剛.秸稈還田下氮肥用量對水稻產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收的影響[J].土壤，2009，41（6）：1004-1008.

[6] 何成貴，資月娥，陳路華，等.增密減氮對高原粳稻產(chǎn)量及其氮肥利用效率的影響[J].中國稻米，2018，24（4）：117-120.

[7] 皮楚舒，程建平，趙? 鋒，等.氮肥運(yùn)籌對機(jī)插雙季晚粳稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，56（8）：1474-1476，1585.

[8] 朱相成，張振平，張? 俊，等.增密減氮對東北水稻產(chǎn)量、氮肥利用效率及溫室效應(yīng)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，27（2）：453-461.

[9] 劉? 艷，孫文濤，雋英華.控水對水稻生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（4）：53-55.

[10] 陳佳娜，曹放波，謝小兵，等.機(jī)插條件下低氮密植栽培對“早晚兼用”雙季稻產(chǎn)量和氮素吸收利用的影響[J].作物學(xué)報(bào)，2016， 42（8）：1176-1187.