不同水旱輪作方式下氮肥減量對(duì)水稻產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的影響

龔明強(qiáng)　易峰　李進(jìn)前　楊立年　周定邦　王爽　楊景　錢(qián)雙

摘要 為研究不同水旱輪作方式對(duì)水稻產(chǎn)量及周年效益的影響，摸索土壤養(yǎng)分變化規(guī)律，減少水稻季氮肥投入量，改善土壤理化性狀，在光明米業(yè)有限公司崇明種植基地進(jìn)行了小麥-水稻、油菜-水稻、綠肥（蠶豆）-水稻、休耕-水稻4種不同水旱輪作。結(jié)果表明，綠肥-水稻輪作下236.25 kg/hm2施氮處理水稻產(chǎn)量最高，為9 923.22 kg/hm2。從周年經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看，油菜-綠肥輪作方式下262.5 kg/hm2施氮處理下周年經(jīng)濟(jì)效益最高，為15 496.89元/hm2。輪作后，土壤有機(jī)質(zhì)周年含量以綠肥-水稻升高最為明顯，上升3.3 g/kg。

關(guān)鍵詞 水稻;輪作;施氮;土壤養(yǎng)分變化;產(chǎn)量

中圖分類號(hào) S344.1+7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2020）13-0152-05

Abstract In order to choose the best water and drought rotation system that could increase rice yield， reduce nitrogen application amount and improve soil physical and chemical properties，study on different rotation methods was carried out in the base of Bright Rice Limited Company in Chongming， such as ricewheat rotation， ricerape rotation， ricegreen manure （broad bean） rotation， ricefallow rotation.The results showed that the ricegreen manure rotation treatment obtained 9 923.22 kg/hm2 rice yield with 236.25 kg/hm2 nitrogen input， which was the highest among the four different rotations，from the wholeyear economy benefit， the ricerape rotation with 262.5 kg/hm2 nitrogen input performed better than others， as it gained 15 496.89 yuan/hm2. ??About the wholeyear soil fertility change，ricegreen manure rotation showed better， which increased by 3.3 g/kg.

Key words Rice;Rotation;Nitrogen application;Soil nutrient change;Yield

輪作是在同一塊土地上科學(xué)地輪流種植不同的作物，以達(dá)到土壤養(yǎng)分充分利用的一種種植方式。我國(guó)早在西漢時(shí)就實(shí)行休閑輪作。水旱輪作是指在同一田地上有順序地輪換種植水稻和旱作物的種植方式[1]。輪作較連作的優(yōu)勢(shì)，一是不同作物對(duì)養(yǎng)分需求的不同，科學(xué)合理地吸收土壤中的養(yǎng)分，以防止土壤中某單一元素的濫吸收，造成土壤肥力下降;二是改善土壤環(huán)境，調(diào)節(jié)土壤肥力;減少病蟲(chóng)害的發(fā)生，不同作物病蟲(chóng)害也不同，在連作情況下，病蟲(chóng)害發(fā)生頻率和強(qiáng)度加大，對(duì)作物危害更加嚴(yán)重。

筆者于2017年冬季展開(kāi)小麥-水稻、油菜-水稻、綠肥（蠶豆）-水稻、休耕-水稻4種輪作方式，在不同氮肥用量下對(duì)水稻產(chǎn)量及土壤理化性狀進(jìn)行研究，建立較為完善的不同前茬輪作方式對(duì)后茬水稻影響的肥料運(yùn)籌措施。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)于2017年10月—2018年10月在崇明區(qū)躍進(jìn)農(nóng)場(chǎng)（121.21E，31.81N）進(jìn)行，試驗(yàn)田為砂壤土，旱作物種植前測(cè)定土壤養(yǎng)分，土壤有機(jī)質(zhì)含量29.5 g/kg，速

效氮含量56.11 mg/kg，速效磷含量24.25 mg/kg，速效鉀含量110 mg/kg，pH 8.17。

1.2 試驗(yàn)材料 以水稻品種遲熟中粳南粳9108作為供試材料。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用雙因素設(shè)計(jì)，其中A為輪作體系，上年水稻收割后，在試驗(yàn)田塊分別進(jìn)行小麥、油菜、蠶豆（綠肥）、休耕處理，次年5月中旬小麥、油菜收獲后秸稈全量還田，蠶豆作為綠肥在5月初翻耕漚肥處理。休耕田冬季翻耕，4月底耙田，使冬季雜草翻埋，起到一定的漚肥作用。5月26日種植水稻，試驗(yàn)設(shè)小麥-水稻（A1）、油菜-水稻（A2）、綠肥-水稻（A3）、休耕-水稻（A4）4個(gè)輪作處理。B為肥料使用，氮常規(guī)處理純氮3 937.50 kg/hm2（B1）、純氮3 543.75 kg/hm2（B2）、純氮3 150.00 kg/hm2（B3）、不施肥（B4）4個(gè)處理，B1處理與減量施肥B2、B3處理中磷、鉀用量保持一致（表1）。各處理間3次重復(fù)，各小區(qū)間設(shè)田埂，獨(dú)立進(jìn)排水。磷鉀肥料使用復(fù)合肥綠先機(jī)（氮磷鉀含量12-10-14），尿素氮含量46.2%。采用精量機(jī)穴播播種，播種量與每穴行間距保持一致。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 土壤養(yǎng)分含量。冬作物種植前、水稻播種前、分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、成熟期在各個(gè)小區(qū)取土樣，測(cè)定土壤中速效氮、速效鉀、速效磷、有機(jī)質(zhì)、pH等。

1.4.2 水稻莖蘗動(dòng)態(tài)。水稻4葉期開(kāi)始，每隔7 d調(diào)查一次苗情，包括葉齡、株高、苗數(shù)。

1.4.3 干物質(zhì)積累量與不同時(shí)期植株體內(nèi)養(yǎng)分含量。分別在分蘗高峰期、拔節(jié)期、孕穗期、齊穗期、成熟期按每小區(qū)平均分蘗數(shù)，取5穴具有代表性的植株，去其根部，穗和植株分開(kāi)放置，放入烤箱105 ℃殺青，然后70 ℃烘烤至恒重，測(cè)定各器官干物重、植株體內(nèi)N、P、K等養(yǎng)分含量。

1.4.4 產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素。成熟期各處理分3點(diǎn)取樣，每個(gè)取樣點(diǎn)取有代表性的植株100穴，取平均穗數(shù)的植株10穴，測(cè)定水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素。收割前每重復(fù)取12 m2左右植株稻穗，重復(fù)3次，測(cè)定各處理實(shí)際產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理莖蘗動(dòng)態(tài) 由表2可知，A1B4無(wú)肥處理高峰苗最低，而在同等不施肥條件下，品種和基本苗等一致的情況下，A3B1處理有效穗數(shù)為385.95萬(wàn)/hm2，比A1B1、A2B1、A4B1高45.90萬(wàn)/hm2、25.95萬(wàn)/hm2、0.90萬(wàn)/hm2。高峰苗發(fā)生時(shí)期A2和A3處理比A1、A4處理早7 d，說(shuō)明A2和A3處理能夠促進(jìn)分蘗早發(fā)，提高成穗概率。凌啟鴻等[2]研究表明，成穗率是衡量水稻群體質(zhì)量的重要指標(biāo)，從水稻成穗率來(lái)看，除A4B3略有偏差，各輪作處理間不同氮肥處理成穗率隨氮肥施用量增加而降低。

2.2 不同處理各期干物質(zhì)重積累變化

由表3可知，不施肥處理下，單株干物質(zhì)重和群體質(zhì)量均最低，證明施肥對(duì)水稻干物質(zhì)積累有重要影響。分蘗期和拔節(jié)期，A1、A2、A4輪作處理，B1施肥處理總干物重和單株質(zhì)量最高，A3輪作下，以B2施肥處理最高。A3B2比A3B1成熟期單株質(zhì)量增加了9.69%，可見(jiàn)在A3輪作處理下增加氮肥用量并不一定能有效提高單株質(zhì)量，可能是由于苗數(shù)過(guò)多，無(wú)效分蘗增加，群體瘦弱。從成熟期總干物重來(lái)看，A3B2處理最高達(dá)18 618.15 kg/hm2，相比A1B1、A2B1、A4B1輪作最高處理分別增加了3 753.75、2 854.56、1 360.63 kg/hm2，結(jié)合表4理論產(chǎn)量分析來(lái)看，水稻產(chǎn)量隨著成熟期干物重升高而升高。

2.3 不同處理水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 由表4可知，A3B1處理的有效穗比A1B1、A2B1、A4B1高45.90萬(wàn)/hm2、25.95萬(wàn)/hm2、0.90萬(wàn)/hm2。從千粒重來(lái)看，各處理隨著氮肥施用量增加，千粒重呈下降趨勢(shì)。從結(jié)實(shí)率來(lái)看，差異性不大，可能是供試品種本身結(jié)實(shí)率較高的原因。從A1B4、A2B4、A3B4、A4B4幾個(gè)不施肥處理可以看出，A3B4產(chǎn)量最高，可知水稻-蠶豆輪作下土壤養(yǎng)分較為充足，水稻產(chǎn)量59.06%來(lái)自土壤生產(chǎn)力。A1、A2、A4幾個(gè)處理以B1施肥處理產(chǎn)量最高，水稻產(chǎn)量隨氮肥使用量增加而升高，說(shuō)明這幾種處理氮肥施用低于262.5 kg/hm2會(huì)影響水稻產(chǎn)量，產(chǎn)量上限不在該研究的范圍之內(nèi)。A3輪作處理下以B2施肥處理產(chǎn)量最高，與B1施肥處理間差異不大，與B3施肥處理之間差異較大，說(shuō)明A3處理氮肥用量在236.25～262.50 kg/hm2。A3B2處理較A1、A2、A4輪作處理最高產(chǎn)量分別增了1 311.27、433.44、558.45 kg/hm2，而氮肥使用量下降了10百分點(diǎn)，說(shuō)明A3輪作處理可減少氮肥用量的同時(shí)得到較高的產(chǎn)量。

2.4 不同時(shí)期植株體內(nèi)養(yǎng)分動(dòng)態(tài)變化

由圖1可知，植株體內(nèi)全氮含量在分蘗盛期最高，隨著生育進(jìn)程不斷降低，分蘗盛期至拔節(jié)期下降最快，水稻抽穗至成熟期植株體內(nèi)全氮含量下降趨于平緩，至成熟期有所回升，植株體內(nèi)此時(shí)的氮含量逐漸轉(zhuǎn)移至籽粒中。從分蘗期植株體內(nèi)全氮含量來(lái)看，A1輪作下，水稻分蘗肥要適當(dāng)加大氮肥的供應(yīng)，從而保障植株的正常生長(zhǎng)。

由圖2可知，植株體內(nèi)的全鉀含量在分蘗至抽穗期下降較為明顯，至齊穗期后趨于平緩。由于植株體內(nèi)鉀含量在孕穗拔節(jié)前是抽穗成熟期的4～6倍，因此，鉀肥施用要重點(diǎn)在拔節(jié)前使用，以基肥和拔節(jié)肥為主，以充分供應(yīng)水稻對(duì)鉀的吸收利用，從而達(dá)到高產(chǎn)栽培的要求。

由圖3可知，植株體內(nèi)全磷含量由分蘗盛期到抽穗下降明顯，到灌漿前有所上升，接近成熟后緩慢下降。從不同輪作處理來(lái)看，A1輪作體系下分蘗期全磷含量明顯低于其他幾個(gè)輪作方式，不同輪作方式施磷量一致的情況下，植株對(duì)磷的吸收主要來(lái)自土壤，這也間接說(shuō)明A1輪作方式下在小麥種植過(guò)程中土壤中速效磷消耗大于其他輪作方式。

2.5 各輪作體系下土壤有機(jī)質(zhì)含量變化

由圖4可知，各輪作方式后土壤有機(jī)質(zhì)含量總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，秸稈還田后在水稻播種后30 ?d內(nèi)有機(jī)質(zhì)含量有一個(gè)較快的增長(zhǎng)過(guò)程，但綠肥還田方式下，有機(jī)質(zhì)增長(zhǎng)速度明顯超過(guò)油菜、小麥、休耕茬，證明綠肥還田后土壤有機(jī)質(zhì)積累量大于油菜、小麥、休耕雜草秸稈還田。分蘗至分蘗高峰期，有機(jī)質(zhì)含量有一個(gè)明顯

的下降過(guò)程，綠肥-水稻、休耕-水稻輪作處理下降高于其他

2個(gè)輪作處理，這可能是由于豆科作物分解速度較快、雜草還田量小，此過(guò)程中必然消耗大量的速效氮來(lái)分解雜草和綠肥茬，由于種植的綠肥是豆科作物蠶豆，其固氮能力較強(qiáng)，田間速效氮含量相比其他輪作處理要高，所以其他作物此時(shí)對(duì)氮肥的需求較大。水稻抽穗后土壤有機(jī)質(zhì)含量均呈上升趨勢(shì)，到成熟期后下降到穩(wěn)定位置。從灌漿到成熟期土壤有機(jī)質(zhì)含量來(lái)看，綠肥輪作方式下，有機(jī)質(zhì)下降較為平緩，油菜輪作次之，這一時(shí)期土壤有機(jī)質(zhì)含量主要含量受水稻植株根系影響較大，由此可知，綠肥還田對(duì)后茬水稻根系生長(zhǎng)有較大的促進(jìn)作用。

2.6 效益分析

由表5可知，周年經(jīng)濟(jì)效益以A2B1最高，達(dá)15 496.89元//hm2，單季水稻收入以A3B2最高，達(dá)12 572.03元/hm2。所以單從效益而言，油菜-水稻輪作效益最大，但從養(yǎng)地用地原則考慮，綠肥-水稻輪作能夠有效改良土壤理化性狀，增加有機(jī)質(zhì)含量。

3 結(jié)論與討論

水旱輪作為常用的輪作制度，已經(jīng)使用多年，合理的水旱輪作能夠改善土壤環(huán)境，增加土壤養(yǎng)分，為作物生長(zhǎng)帶來(lái)有利的因素[3]。Chen等[4]研究結(jié)果表明，提高綜合的土壤-作物管理技術(shù)可在獲得作物高產(chǎn)的同時(shí)降低肥料使用量減少環(huán)境污染。該研究結(jié)果表明，氮肥增施會(huì)顯著增加水稻分蘗數(shù)，但綠肥-水稻輪作方式下，分蘗期氮肥增加會(huì)導(dǎo)致無(wú)效分蘗增多，成穗率和千粒重下降，從而對(duì)產(chǎn)量有抑制作用。 水稻分蘗是水稻基本的發(fā)育特性，是形成健康高產(chǎn)水稻模式的前提。生產(chǎn)上一般以早促分蘗來(lái)提高水稻產(chǎn)量，分蘗遲會(huì)影響穗型結(jié)構(gòu)和降低成穗概率，分蘗過(guò)多又會(huì)增加無(wú)效分蘗的產(chǎn)生，增加倒伏的風(fēng)險(xiǎn)[5]。水稻分蘗受氮素影響較大，一般情況下在分蘗期分蘗和氮肥使用量呈正相關(guān)，所以在分蘗期合理使用氮肥，保證水稻適宜的穗數(shù)，減少無(wú)效分蘗，是高產(chǎn)的重要手段[6]。該研究表明綠肥-水稻輪作方式下可適當(dāng)減少分蘗期氮肥用量，控制合理的分蘗數(shù)，保證有效穗的前提下提高成穗率。

蘇祖芳等[7]研究表明，在保證獲得適宜的穗數(shù)前提下，提高群體的莖蘗成穗率，是衡量水稻群體質(zhì)量的綜合指標(biāo)。凌啟鴻等[8]研究表明在合適穗數(shù)下，成穗率與抽穗至成熟期水稻干物質(zhì)積累量呈正相關(guān)。產(chǎn)量的形成是一個(gè)物質(zhì)積累和分配的過(guò)程，不同的養(yǎng)分管理?xiàng)l件下水稻群體干物質(zhì)生產(chǎn)能力和分配方式不同，直接影響經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的形成。通過(guò)對(duì)水稻干物質(zhì)形成過(guò)程的了解，可以掌握水稻不同時(shí)期對(duì)養(yǎng)分的需求，從而調(diào)節(jié)生產(chǎn)[9]。通過(guò)對(duì)水稻不同時(shí)期體內(nèi)氮、磷、鉀含量的變化，可以總結(jié)出不同生育期下，對(duì)水稻施肥用量的控制，達(dá)到調(diào)節(jié)養(yǎng)分平衡、保證水稻在適宜條件生長(zhǎng)發(fā)育的目的。研究表明植株體內(nèi)氮、磷、鉀含量在分蘗期含量最高，灌漿期到成熟期，植株磷和鉀含量均呈下降趨勢(shì)，但氮含量在成熟期有一個(gè)上升過(guò)程，證明此時(shí)植株對(duì)氮肥有一定的吸收量。A1輪作方式下在小麥種植過(guò)程中土壤中速效磷消耗明顯大于其他輪作方式，所以在冬季作物種植過(guò)程中要增加磷的補(bǔ)充，防治水稻季土壤磷肥缺失。

該研究結(jié)果表明綠肥-水稻輪作下236.25 kg/hm2氮肥處理下水稻產(chǎn)量最大，59.06%產(chǎn)量貢獻(xiàn)來(lái)自土壤。A3B2處理較其他輪作處理最高產(chǎn)量比較分別增1 311.27、433.44、558.45 kg/hm2，氮肥使用量下降了10百分點(diǎn)，說(shuō)明稻-綠肥處理可減少氮肥的使用量并能保證水稻產(chǎn)量。

黃國(guó)勤等[10]研究認(rèn)為，稻田輪作生態(tài)效應(yīng)顯著，可改善土壤理化性狀，土壤通透性大大增強(qiáng)，有效阻止土壤次生潛育化和土壤酸化，從土壤有機(jī)質(zhì)周年含量變化來(lái)看，A3輪作方式下土壤有機(jī)質(zhì)周年增長(zhǎng)最高為3.3 g/kg。

按周年效益比較，油菜-水稻、小麥-水稻輪作方式效益較高，從土壤有機(jī)質(zhì)變化來(lái)看，綠肥-水稻輪作方式土壤理化性狀得到改善。

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