雙季稻秸稈還田與減施氮肥對水稻產量和品質的影響

袁 偉，陳婉華，王子陽，周正萍，劉世平

（揚州大學 江蘇省作物遺傳生理重點實驗/江蘇省作物栽培生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現代產業(yè)技術協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 揚州 225009）

【研究意義】我國是農業(yè)生產大國，年秸稈資源總量達1.04×109t，綜合利用率達80.1%[1]，其中水稻秸稈約占25.1%。如果在水稻生產過程中將其還田腐解作為肥料，使其富含的碳、氮等營養(yǎng)元素和礦物元素充分釋放出來[2]，這樣不僅可以實現農業(yè)廢棄物高效利用，變廢為寶，還可以避免焚燒對生態(tài)環(huán)境造成污染，有效促進農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3-4]。我國稻田單季氮肥用量平均為180 kg/hm2，比世界平均用量高75%左右[5]，肥水管理過程中，過高的氮肥投入會使其本身的利用率過低，未被吸收的氮素流失，是造成水體富營養(yǎng)化的主要因子之一，使水體中硝酸鹽氮累積，直接或間接地導致了稻田生態(tài)系統(tǒng)內一系列不良反應[6-8]。而水稻秸稈全量還田下，我國當季化學氮肥可替代總量為99 萬t，單位耕地面積化學氮肥可替代量為33.6 kg/hm2，化學氮肥替代潛力大[9]，在此基礎上，適當減少氮肥的施用量，配合利用秸稈氮養(yǎng)分資源，可達到化學氮肥減量，降低生產成本的效果?！厩叭搜芯窟M展】近年來，隨著秸稈還田技術的深入發(fā)展，國內外廣大農業(yè)科研人員探索出許多關于秸稈還田的方式、數量、時間、翻壓程度和病蟲害防治等方面的成熟路線，基本探明了秸稈還田對作物生長、發(fā)育和產量形成，以及改良土壤的影響與作用[10-15]。已有研究表明秸稈還田后稻米的外觀品質和加工品質有所改善,稻米的食味營養(yǎng)品質和蒸煮品質得到提高[16]。而另有研究顯示，稻草全量還田反而比不還田處理的晚稻稻米的出糙率、精米率和整精米率等有所降低，蒸煮和營養(yǎng)品質得到顯著改善[17]。【本研究切入點】有關雙季稻秸稈還田與減施氮肥對水稻產量和品質影響的相關報道甚少[18-19]。江西地處長江中下游南岸，為南方雙季稻稻作區(qū)，是我國重要的產糧大省之一，秸稈資源豐富，具有代表性?！緮M解決的關鍵問題】本試驗擬探明雙季稻秸稈還田處理下，不同氮肥施用量對水稻產量和品質的影響,旨在為雙季稻稻作區(qū)水稻高產、高效施肥與秸稈資源綜合利用提供一定的理論依據和技術支撐。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2018—2019 年在江西上高縣現代農業(yè)綜合示范區(qū)（28.27N,115.12E）同一田內進行，供試土壤有機質含量為29.30 g/kg，全氮含量為1.92 g/kg，堿解氮、速效磷、速效鉀含量依次為154.0，16.3，125.5 mg/kg，pH為5.3。

供試早稻品種為“潭兩優(yōu)39”，晚稻品種為“甬優(yōu)538”。早稻和晚稻均按不同施氮量設6 個處理，均采用拋秧移栽的方式種植，早稻于3 月中旬開始軟盤育秧，4 月中旬移栽，36 萬穴/hm2，7 月中旬收獲，施純N量分別為0 kg/hm2（JN100）、90 kg/hm2（JN50）、126 kg/hm2（JN30）、162 kg/hm2（JN10）、180 kg/hm2（JN0），前茬水稻秸稈直接全量切碎還田，秸稈量約為9 000 kg/hm2，以秸稈不還田162 kg/hm2施N 量作為對照（CK）；晚稻于6 月下旬開始軟盤育秧，7 月中旬移栽，30 萬穴/hm2，11 月上旬收獲，施純N 量分別為0 kg/hm2（JN100）、135 kg/hm2（JN50）、189 kg/hm2（JN30）、243 kg/hm2（JN10）、270 kg/hm2（JN0），前茬水稻秸稈直接切碎全量還田，秸稈量約為7 500 kg/hm2，以秸稈不還田243 kg/hm2施N 量作為對照（CK），均為6 個處理，每個處理50 m2（12.5 m×4 m），重復2次。氮肥施肥比例為m（基肥）∶m（分蘗肥）∶m（穗肥）＝5∶2∶3；磷、鉀肥施用量早稻分別為90 kg/hm2（P2O5）和135 kg/hm2（K2O），晚稻分別為135 kg/hm2（P2O5）和135 kg/hm2（K2O），磷肥全部作為基肥施用，鉀肥基肥和穗肥比例為6∶4，其它農藝管理措施與當地大田生產一致。各處理施肥量見表1。

表1 不同處理施肥量Tab.1 Fertilizer amount of different treatments kg/hm2

1.2 測定項目

在水稻成熟期調查穗數，每個處理各取5穴用于考種，測定每穗實粒數和千粒質量。各小區(qū)實收5 m2計產。稻米的品質指標，糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白大小、堊白度和膠稠度等采用GB/T17891—1999 和GB/T5009.9—2003 方法測定[20-21]；淀粉黏滯譜特性指標等采用澳大利亞Newport Scientific儀器公司的Super 3型快速粘度分析儀測定，并用配套的TCW分析軟件進行分析。

1.3 數據處理

2 年試驗產量數據處理間趨勢基本一致，所以本文僅取2019 年數據分析討論。數據采用SPSS 16.0軟件進行統(tǒng)計分析，LSD法進行多重比較（α=0.05）；Excel 2007軟件繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 減氮對早稻產量構成因素的影響

由表2 可知，穗數隨施氮量的增加而升高，以JN10 和JN0 最多，除不施氮區(qū)JN100 較低外，其余各處理間無顯著差異，千粒質量有隨施氮量增加而降低的趨勢，JN100最高，其它處理間無明顯差異。實際產量以JN30 最高，不施氮JN100 最低，約占最高產量的65%左右。秸稈還田條件下，除JN30 處理外，其余施氮處理的實粒數略有下降，從而導致產量比秸稈不還田處理略低，但差異不顯著。

表2 不同處理對早稻產量及構成因素的影響Tab.2 Effects of N reduction on yield and its components of early rice

2.2 不同處理對早稻品質的影響

2.2.1 減氮對早稻加工品質的影響 適量施氮可以提高稻谷的出糙率，其中JN30 最高，CK 最低，施氮過量會使糙米率降低（表3）。精米率以JN30處理最高，比JN100提高了9%，增施氮肥對精米率的影響較大。秸稈不還田處理CK的整精米率最高，相較于秸稈還田JN10處理而言，提高了11.4%，秸稈還田降低了稻米的整精米率。

表3 不同處理對早稻加工品質的影響Tab.3 Effects of different treatments on the processing qualities of early rice

2.2.2 減氮對早稻外觀品質的影響 試驗數據表明（表4），在減氮秸稈還田處理下，JN10籽粒堊白粒率最低，顯著地低于JN100 和JN30 處理，其余處理間均無顯著差異。堊白大小和堊白度則均以JN10 處理最低，除CK 處理外顯著低于其它處理。堊白大小其它處理間無顯著差異。堊白度JN100、JN30 顯著高于JN50和JN0處理，JN10堊白度最小。

表4 不同處理對早稻外觀品質的影響Tab.4 Effects of different treatments on the appearance qualities of early rice

2.2.3 減氮對早稻蒸煮營養(yǎng)品質的影響 據表5 分析可得，秸稈還田處理下，直鏈淀粉與膠稠度同秸稈不還田CK 相比，均有所上升，其中以膠稠度的增加最為明顯，上升了16.4%；而蛋白質的含量略有下降。隨著施氮量的增加，稻米中的蛋白質含量有升高的趨勢，而直鏈淀粉和膠稠度則表現為降低。

表5 不同處理對早稻蒸煮營養(yǎng)品質的影響Tab.5 Effects of different treatments on the nutritional and cooking qualities of early rice

2.2.4 減氮對早稻RVA譜特征值的影響 從表6可知，隨著施氮量的增加，稻米RVA譜特征值熱漿黏度和最終黏度逐漸下降，消減值除JN30 處理外，其余也呈下降趨勢。峰值黏度與崩解值均在JN50 處理下達到最大值，然后隨施氮量增加而減小。由此可見，減施氮肥能夠提升稻米食味性。秸稈還田JN10 處理下，峰值黏度、熱漿黏度、崩解值、最終黏度以及消減值均比秸稈不還田處理CK高，說明秸稈還田有利于改善稻米的品質。

表6 不同處理對早稻RVA譜特征值的影響Tab.6 Effects of different treatments on RVA characteristic spectrum of early rice

2.3 減氮對晚稻產量構成因素的影響

水稻的產量構成受施氮量影響。如表7 所示，隨著施氮增加，各處理的穗數增多，其中以JN0 為最多，JN100最少，實粒數以JN30最多，JN100最低。千粒質量隨施氮量的變化不明顯，以JN30為最高。實際產量以JN10 最高，且JN10、JN0 之間沒有差異，說明氮肥減少10%對產量無影響。秸稈還田下，晚稻JN10的穗數、實粒數、千粒質量均高于秸稈不還田處理，最終產量JN10比CK增產了8%。

表7 不同處理對晚稻產量及構成因素的影響Tab.7 Effects of N reduction on yield and its components of late rice

2.4 不同處理對晚稻品質的影響

2.4.1 減氮對晚稻加工品質的影響 施用氮肥對晚稻的糙米率和精米率沒有明顯影響，而對整精米率影響顯著；除JN50 外，其余處理的整精米率隨施氮量的增加而提高（表8）。其中JN0 處理較JN100 處理提高了54.4%。秸稈還田處理JN10對糙米率和精米率的影響同樣很小，但對整精米率影響較大，較秸稈不還田CK處理降低了19%。

表8 不同處理對晚稻加工品質的影響Tab.8 Effects of different treatments on the processing qualities of late rice

2.4.2 減氮對晚稻外觀品質的影響 根據表9 所示，CK 處理下，晚稻的堊白粒率和堊白度最高，分別比最低和次低的JN10處理提高了40.7%和58.3%，說明秸稈還田可顯著降低堊白米率和堊白度，而對堊白大小的影響不明顯。隨著氮肥用量的增加，晚稻的堊白粒率、堊白大小和堊白度總體呈下降趨勢，其中堊白大小和堊白度受影響最為顯著，JN0 處理較JN100 分別降低了29.7%和34%。這表明氮肥的施用有利于改善晚稻的外觀品質。

表9 不同處理對晚稻外觀品質的影響Tab.9 Effects of different treatments on the appearance qualities of late rice

2.4.3 減氮對晚稻蒸煮營養(yǎng)品質的影響 各處理間，蛋白質含量隨著施氮量的增加而有所增加，但直鏈淀粉含量、膠稠度與氮肥量呈負相關。秸稈還田處理下，直鏈淀粉含量與膠稠度略有上升，而蛋白質含量則略微減少。說明氮肥對晚稻的蒸煮營養(yǎng)品質的影響較大，而秸稈還田對其作用不明顯（表10）。

2.4.4 減氮對晚稻RVA 譜特征值的影響 淀粉RVA 譜特性是反映稻米食味性的重要指標。由表11 可知，秸稈還田JN10 處理下，峰值黏度、熱漿黏度、崩解值、最終黏度均高于秸稈不還田處理CK，但消減值恰好相反；秸稈還田對晚稻品質的改善有積極作用。不同氮肥水平下，峰值黏度與施肥量呈負相關；熱漿黏度、崩解值以及最終黏度總體上隨施氮量的上升而有下降的趨勢，但消減值隨施氮量的增加而上升。綜合而言，減施氮肥對提高晚稻的品質較為有利。

表11 不同處理對晚稻RVA譜特征值的影響Tab.11 Effects of different treatments on RVA characteristic spectrum of late rice

3 討論

關于秸稈還田對于提升水稻產量方面的作用，前人已做了不少研究。通過長期定位試驗，王秋菊等[22]發(fā)現長期秸稈還田有利于提高水稻產量，比單施化肥處理增產14.17%。根據本試驗結果顯示，秸稈還田并減施氮肥條件下，早稻產量略有下降，這與朱利群等[23]研究結果相近，而同樣條件下，卻可以促進晚稻穗數、實粒數、千粒質量的增長，從而達到增產8%的效果，該結果與胡明芳等[24]發(fā)現的秸稈全量還田在晚稻上最優(yōu)，增幅為8.23%的結論一致，原因在于秸稈后期的養(yǎng)分釋放，有利于晚稻穗數和實粒數的形成。相同處理下，早、晚稻產量的增減差異可能與水稻品種、生育期、秸稈腐解時間，以及不同季節(jié)微生物對秸稈的腐解能力有關。同時，該結果也再次驗證了劉世平等[25]提出的增產結論，即通過秸稈還田方式增加每穗粒數和結實率，最終實現水稻產量的提升。本研究還發(fā)現，減少10%的氮肥，均不影響早稻和晚稻的產量。

不同氮肥水平影響著水稻的品質。在本試驗中，增施一定比例的氮肥無論對于早稻還是晚稻而言，其加工品質都可得到一定程度的改善，但施氮量過多則會使其下降，這與王秀芹等[26]研究一致；劉世平等[27]研究發(fā)現，小麥秸稈還田條件下，可提高稻米的岀糙率、精米率和整精米率,明顯改善稻米的加工品質，而在本試驗中，秸稈還田卻降低了稻米的整精米率，但影響不顯著。

秸稈還田處理下，水稻的堊白粒率和堊白度都變小，而直鏈淀粉與膠稠度有所增大，這與徐國偉等[28]的結論相當，原因是秸稈還田后，在穎花發(fā)育期因稻田養(yǎng)分供應增加，這促進了穎殼的增長，使籽粒變長，稻米的長寬比增加，結實期稻米胚乳的養(yǎng)分運輸距離變短，從而降低了堊白度。這說明秸稈還田有利于改善稻米的外觀品質與蒸煮食味品質。胡雅杰等[29]認為，減少氮肥用量后，蛋白質含量降低,而直鏈淀粉含量和膠稠度卻有所增加，該結論與本試驗結果吻合，秸稈腐解釋放的氮素少于減施的氮肥對水稻生長的養(yǎng)分供應量，和蛋白質與直鏈淀粉的互補效應可能是造成這種現象的原因。

公認的食味較好的優(yōu)質品種往往崩解值大,多數在100 RVU 以上,而消減值很小,一般25 RVU 以下[30]。李敏等[31]研究認為，提高施氮水平，峰值黏度和崩解值下降，消減值升高，熱漿黏度、最終黏度無明顯變化規(guī)律。而本試驗研究證明，隨著施氮量的增加，熱漿黏度、崩解值以及最終黏度總體上隨施氮量的上升而有下降的趨勢，但消減值隨施氮量的增加而上升，這與前人的研究結果基本一致?？梢姕p施氮肥可以提高水稻的蒸煮食味品質。本研究發(fā)現，秸稈還田處理下，峰值黏度、熱漿黏度、崩解值、最終黏度均比秸稈不還田處理高，而消減值減小，這與陳夢云等[32]的結果大體一致。說明在生產中，秸稈全量還田能增大崩解值，降低消減值，使米飯適口性變好，從而有效提高其食味品質。

秸稈還田與減施氮肥，可綜合提高水稻的加工品質、外觀品質和蒸煮品質。綜合考量產量和品質指標，秸稈還田可有效替代10%～30%的氮肥。