秸稈還田結(jié)合減量施肥對(duì)水稻產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分的影響

趙子婧 孫建平 戴相林 劉雅輝

摘要：為探明河北濱海稻區(qū)水稻秸稈還田條件下，最適的化學(xué)肥料施用體系，達(dá)到肥料減量和土壤培肥目的。在大田試驗(yàn)條件下，設(shè)置不同施肥方案：T1（常規(guī)施肥）、T2（減施氮肥5.74%，減施肥料19.97%）、T3（減施氮肥15.02%，減施肥料25.84%）、T4（減施氮肥20.88%，減施肥料34.01%）等4個(gè)處理，研究秸稈還田結(jié)合不同減量化施肥方案對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的影響。結(jié)果表明，在秸稈還田模式下，減量化施肥處理均未對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生負(fù)影響，并且保障了水稻產(chǎn)量;秸稈還田后，土壤養(yǎng)分含量相比還田前有所提高，相比于T1處理，減量施肥處理組有機(jī)質(zhì)含量顯著提高15%～24%，速效鉀含量顯著降低12%～21%，堿解氮和速效磷未形成顯著性差異。其中T3處理組，水稻最高分蘗數(shù)、分蘗生長(zhǎng)速率、有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率都顯著提高，株高和千粒質(zhì)量并未表現(xiàn)顯著差異，水稻最終產(chǎn)量提高了17.14%。因此，在冀東水稻種植地區(qū)，秸稈還田與減量施肥T3（減施氮肥15.02%，減施肥料25.84%）的配施方式是該地區(qū)最優(yōu)減量化栽培方式。

關(guān)鍵詞：水稻;秸稈還田;減量施肥;產(chǎn)量;土壤養(yǎng)分

中圖分類號(hào)： S511.06? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2022）10-0066-06

河北省水稻主要集中在唐山市-秦皇島市濱海鹽堿地區(qū)種植，種植面積約8萬(wàn)hm2，是河北省重要的糧食作物[1]。為保證作物產(chǎn)量，農(nóng)戶通常施用大量化肥來(lái)滿足作物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分。同樣，水稻生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中也離不開肥料，尤其是氮肥，可直接影響作物產(chǎn)量。合理配施磷肥能保證水稻分蘗，利于水稻增產(chǎn);合理配施鉀肥可改善水稻品質(zhì)，提高水稻自身抗逆性[2-4]。因此肥料增施是提高產(chǎn)量的重要措施之一[5]。我國(guó)化肥施用量在世界居于前列，水稻作物上化肥施用量高達(dá)887.1萬(wàn)t，高于其他農(nóng)作物施肥量[6]。為了追求作物高產(chǎn)，化肥過(guò)量施用的現(xiàn)象普遍存在。但長(zhǎng)期過(guò)量施用化肥，導(dǎo)致肥料利用率低，氮肥利用率和磷肥利用率分別在30%、25%左右[7-8]，未被利用的氮磷鉀等養(yǎng)分流失至生態(tài)環(huán)境中，導(dǎo)致地表水體富營(yíng)養(yǎng)化，還會(huì)造成土壤酸化、地力衰退等一系列問(wèn)題[9]。

針對(duì)長(zhǎng)期過(guò)量施肥而導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，減量化施肥得到迅速發(fā)展。20世紀(jì)90年代，一些歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家在保證作物產(chǎn)量的前提下，減少化肥的施用量，降低了氮磷鉀肥年均施用量[10]。為保證綠色生態(tài)持續(xù)發(fā)展，近幾年，我國(guó)也開始在減量化施肥方面展開研究。目前，減量施肥的技術(shù)方法主要有測(cè)土配方施肥、水肥一體化、秸稈還田、配施有機(jī)肥等。作物秸稈作為可再生的生物質(zhì)能資源之一，內(nèi)含50%以上的光合作用產(chǎn)物，含有大量氮、磷、鉀、鎂等多種元素[11]，以及由碳、氫、氧等元素構(gòu)成的有機(jī)質(zhì)[12]。作物秸稈通過(guò)物理加工或微生物利用后可作為有機(jī)肥還田于土壤，增加土壤有機(jī)碳的含量[13-14]，同時(shí)釋放氮磷鉀等養(yǎng)分，滿足作物養(yǎng)分需求并提高土壤養(yǎng)分含量[15]，減少化肥施用量[16-17]。秸稈還田結(jié)合減量施肥，既能保障作物產(chǎn)量，同時(shí)又提高了土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分的含量[18-19]。

河北省濱海稻區(qū)由于秋冬季地表溫度低，水稻秸稈直接還田不能快速腐解，尤其秸稈快速腐解期與水稻返青分蘗期重疊，嚴(yán)重影響水稻秧苗的生長(zhǎng)發(fā)育。低溫腐解稻稈菌HT20應(yīng)用于秸稈還田中可以加速秸稈腐解，并且在腐解過(guò)程中釋放氮磷鉀等，為水稻生長(zhǎng)發(fā)育提供一定養(yǎng)分，可減施部分化肥，但是適宜的肥料施用體系目前還不清楚，因此，本研究通過(guò)大田試驗(yàn)，設(shè)計(jì)不同減量施肥方案，探究適宜河北省濱海稻區(qū)水稻秸稈配施HT20還田最優(yōu)配套施肥技術(shù)，既保障水稻在整個(gè)生育期正常生長(zhǎng)發(fā)育，又不影響水稻最終產(chǎn)量，以期為該區(qū)域水稻實(shí)際生產(chǎn)提供合理的減量化施肥方案。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及供試材料

試驗(yàn)在河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)綜合試驗(yàn)站（地理位置39°17′40″N，118°27′22″E）進(jìn)行，試驗(yàn)站海拔2.5 m，屬東部季風(fēng)區(qū)暖溫帶半濕潤(rùn)季節(jié)型近海大陸性氣候，年均氣溫為11.4 ℃。土壤類型為鹽漬型濱海黏壤土，多年種植水稻;試驗(yàn)前取土樣化驗(yàn)，耕層土壤的基本化學(xué)性質(zhì)：pH值為 7.98，含有機(jī)質(zhì)16.10 g/kg、堿解氮93.45 mg/kg、速效磷18.09 mg/kg、速效鉀218.10 mg/kg。

供試水稻品種為濱稻18。供試美丹利復(fù)合肥含N 25%、P2O5 9%、K2O 11%，由河北美丹利化肥有限公司生產(chǎn);供試有機(jī)硅功能復(fù)合肥含N 25%、P2O510%、K2O 15%，由河北硅谷肥業(yè)有限公司生產(chǎn);尿素含N 46%;磷酸二銨含 N 18%、P2O5 46%;硫酸鉀含K2O 52%。試驗(yàn)所用肥料購(gòu)于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料市場(chǎng)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2019年11月開始，2020年5月21日移栽，2020年10月結(jié)束。前茬作物為水稻，并在收獲季節(jié)將低溫稻稈腐解菌HT20（河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所提供）噴灑于秸稈后進(jìn)行翻耕還田處理，翻耕深度為10～15 cm，并灌水使土壤含水量接近飽和。

試驗(yàn)設(shè)置常規(guī)施肥和減量施肥4個(gè)處理（表1）。常規(guī)施肥T1，主要模擬農(nóng)戶習(xí)慣施肥;減量施肥T2，主要以美丹利復(fù)合肥為底肥，減施肥料19.97%，減施氮肥5.74%;減量施肥T3，主要以美丹利復(fù)合肥為底肥，減施肥料25.84%，減施氮肥15.02%;減量施肥T4，主要以硅谷緩釋肥為底肥，減施肥料34.01%，減施氮肥20.88%。每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)排列。田間管理與常規(guī)管理一致。

1.3 試驗(yàn)測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 形態(tài)指標(biāo)測(cè)定

移栽后7 d（5月28日）開始調(diào)查單株株高，每個(gè)小區(qū)掛牌調(diào)查10穴，每7 d調(diào)查1次水稻單株株高。

移栽后7 d，選擇生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)一致的水稻秧苗進(jìn)行標(biāo)定，用竹竿（1.5 m）在每個(gè)小區(qū)標(biāo)定3個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)標(biāo)記5穴，每隔7 d調(diào)查定點(diǎn)植株，記錄每個(gè)小區(qū)水稻的分蘗動(dòng)態(tài)，測(cè)定各個(gè)處理的最大分蘗數(shù)。

1.3.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的測(cè)定

于水稻成熟期，在每個(gè)小區(qū)選取10穴代表性植株，測(cè)定其有效穗數(shù)（個(gè)/穴）、總粒數(shù)（粒/穴）、實(shí)粒數(shù)（粒/穴）、結(jié)實(shí)率（%）、千粒質(zhì)量（g）等指標(biāo)。

1.3.3 土樣采集及分析

試驗(yàn)前后分別對(duì)耕作層土壤進(jìn)行取樣，采樣深度為20 cm，化驗(yàn)土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量、堿解氮含量、有效磷含量、有效鉀含量等。采用水土體積比5 ∶1浸提，用PHSJ-4A型pH計(jì)測(cè)定土壤pH值;參照《土壤分析技術(shù)規(guī)范》測(cè)定土壤養(yǎng)分，采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)，采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮;采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定速效磷;采用原子吸收分光光度計(jì)法測(cè)定速效鉀。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

利用Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)作圖處理，利用Minitab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯著度比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田結(jié)合不同施肥處理對(duì)水稻分蘗動(dòng)態(tài)及成穗的影響

由圖1、表2可知，隨著水稻生育進(jìn)程的推移，不同施肥模式下的水稻莖蘗數(shù)均表現(xiàn)為先下降再快速增加，達(dá)到最大莖蘗數(shù)后，緩慢回落，最后趨于平穩(wěn)。在移栽初期，水稻莖蘗數(shù)先呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，主要是由于水稻苗移栽至大田后，小苗、弱苗不適應(yīng)大田環(huán)境，自然衰亡。T2、T3處理組的水稻分蘗數(shù)在6月24日率先達(dá)到最高值，最高分蘗數(shù)分別為17.273、20.764個(gè)/穴，分蘗生長(zhǎng)速率分別為0.332、0.459個(gè)/d;而T1、T4處理組的水稻分蘗數(shù)在7月2日到達(dá)最高值，晚于T2和T3處理組，最高分蘗數(shù)分別為17.714、17.012個(gè)/穴，分蘗生長(zhǎng)速率分別為0.326、0.252個(gè)/d。相比于常規(guī)施肥T1處理組，減量施肥T3處理組的最高分蘗數(shù)和分蘗生長(zhǎng)速率顯著增加，T2、T4處理組未形成顯著性差異。說(shuō)明減量化施肥并未影響水稻分蘗生長(zhǎng)速率，保障了水稻最高分蘗數(shù)。

4個(gè)施肥處理組的水稻莖蘗數(shù)在達(dá)到最大莖蘗數(shù)后，均開始回落，最終趨于穩(wěn)定。T3處理組的最終有效莖蘗數(shù)為15.387個(gè)/穴，高于其他3個(gè)施肥組，但無(wú)效分蘗高達(dá)5.377個(gè)/穴，莖蘗數(shù)回落較大，導(dǎo)致其最終成穗率僅為74.30%。T2和T4處理組的最終有效莖蘗數(shù)分別為13.978個(gè)/穴和13.738個(gè)/穴，顯著低于T3處理組，但與常規(guī)施肥T1處理組無(wú)顯著性差異。T2和T4處理組的成穗率分別為81.26%和80.93%，略低于常規(guī)施肥T1處理組。減量化施肥處理組的成穗率均低于常規(guī)施肥T1處理組，但4種不同施肥處理組并未形成顯著性差異，說(shuō)明減量化施肥并未影響水稻成穗率。

2.2 秸稈還田結(jié)合不同施肥處理對(duì)水稻株高及株高生長(zhǎng)速率動(dòng)態(tài)變化的影響

由圖2可知，隨著水稻生育期的推進(jìn)，不同施肥模式下水稻株高生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)基本一致，均表現(xiàn)為逐漸增高，并且在孕穗成熟期株高趨于穩(wěn)定。在整個(gè)生育期內(nèi)，T2、T3處理組的株高與T1處理組相差不大。移栽 7 d 后，T4處理組的水稻株高低于其他3個(gè)施肥處理組，導(dǎo)致整個(gè)生育期內(nèi)水稻株高均低于其他3個(gè)處理組，最終株高僅為97.57 cm，可能是由于T4處理組底肥主要以緩釋肥為主，施用量少且養(yǎng)分釋放緩慢，導(dǎo)致氮肥不足，影響水稻插秧返青期向上生長(zhǎng)。說(shuō)明過(guò)量減施肥料會(huì)對(duì)水稻株高有一定影響。

在水稻4個(gè)主要生長(zhǎng)發(fā)育階段，不同施肥措施下株高生長(zhǎng)速率見圖3。在水稻分蘗盛期，水稻株高生長(zhǎng)速率達(dá)到最大，表明水稻分蘗盛期是水稻向上生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期。在水稻孕穗成熟期，水稻株高生長(zhǎng)速率降為0.5 cm/d，水稻基本停止向上生長(zhǎng)，株高趨于穩(wěn)定。在水稻分蘗盛期，常規(guī)施肥T1處理組水稻株高生長(zhǎng)速率達(dá)到最高 為1.24 cm/d，高于其他3個(gè)施肥組。說(shuō)明高施肥量有助于水稻在分蘗盛期向上生長(zhǎng)。

2.3 秸稈還田結(jié)合不同施肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

在秸稈還田模式下，不同施肥措施對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響見表3，各處理組的產(chǎn)量構(gòu)成因素之間存在顯著性差異。減量施肥T3處理組的有效穗數(shù)高于其他3個(gè)施肥組，為15.51穗/穴，比其他3組分別提高了4.2%、12.4%、8.4%;減量施肥T2處理組的有效穗數(shù)最低，僅為13.67穗/穴，但未與T1形成顯著性差異。減量施肥T3處理組的穗粒數(shù)略低于常規(guī)施肥T1處理組，但未形成顯著性差異;減量施肥T2和T3處理組的穗粒數(shù)顯著高于常規(guī)施肥T1處理組，T2處理組最高，為149.38粒/穗。減量施肥T3處理組的結(jié)實(shí)率為94.92%，相比T1提高了1.25百分點(diǎn)，且差異顯著;減量施肥T2和T4的結(jié)實(shí)率分別為94.24%、94.72%，與T1、T3處理沒有顯著性差異，且略高于T1施肥組。4個(gè)施肥處理的水稻千粒質(zhì)量并沒有顯著性差異，均在32 g左右。說(shuō)明減量化施肥并未影響水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素，相反還有助于提高水稻穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率等相關(guān)指標(biāo)。

2.4 秸稈還田結(jié)合不同施肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

由圖4可知，減量施肥T2、T3、T4 等3個(gè)處理組水稻最終產(chǎn)量均高于常規(guī)施肥T1處理組。常規(guī)施肥T1處理組的水稻產(chǎn)量為9 333 kg/hm2。減量施肥T2、T3、T4處理組水稻產(chǎn)量分別為9 933、10 933、10 100 kg/hm2，相比于T1施肥組，分別增產(chǎn)了6.43%、17.14%、8.21%。減量施肥T3處理組的增產(chǎn)效果最明顯。說(shuō)明減量化施肥處理并未影響水稻最終實(shí)際產(chǎn)量，還有助于提高水稻實(shí)際產(chǎn)量。

2.5 秸稈還田結(jié)合不同施肥處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

試驗(yàn)前后土壤養(yǎng)分含量的變化見表4。秸稈還田結(jié)合不同施肥模式對(duì)土壤pH值的影響極小，但顯著影響了土壤養(yǎng)分含量。在秸稈還田后，施加4種不同施肥方案，土壤有機(jī)質(zhì)含量提高了40%～74% 堿解氮含量提高了51%～60% 速效磷含量提高了3%～21%，速效鉀含量提高了4%～32%，說(shuō)明秸稈還田結(jié)合施肥有利于提高土壤養(yǎng)分含量，改善土壤理化性狀。在秸稈還田模式下，減量施肥處理組相比于常規(guī)施肥T1處理組，土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高了15%～24%;土壤堿解氮和速效磷含量相差不大，未產(chǎn)生顯著性差異;速效鉀含量顯著降低，可能由于水稻抽穗期未施鉀肥，導(dǎo)致植物直接吸收土壤中速效鉀。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，在秸稈還田模式下，減量施肥T2、T3、T4處理組均通過(guò)改善水稻農(nóng)藝學(xué)性狀保障了水稻產(chǎn)量，相比于常規(guī)施肥處理組 水稻產(chǎn)量分別提高了6.43%、17.14%、8.21%。同時(shí)，秸稈還田后，土壤養(yǎng)分含量有所提高，相比于常規(guī)施肥處理組，減量施肥T2、T3、T4處理組有機(jī)質(zhì)含量顯著提高，堿解氮和速效磷未形成顯著性差異，速效鉀含量顯著降低。

眾多研究表明，在秸稈還田模式下，適當(dāng)減少化肥施用量不會(huì)對(duì)作物產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響[20]，甚至合理的施氮策略能夠有效提高早晚稻的實(shí)際產(chǎn)量[21]。從水稻最高莖蘗數(shù)、成穗率、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量等農(nóng)藝學(xué)性狀來(lái)看，3個(gè)減量施肥處理組的農(nóng)藝學(xué)性狀指標(biāo)并未顯著低于常規(guī)施肥T1處理組，說(shuō)明化肥減施并未顯著影響水稻生長(zhǎng)發(fā)育。但減量施肥T4處理組的水稻株高在整個(gè)生育期都顯著低于常規(guī)施肥T1組，可能是由于T4處理組前期底肥施用量過(guò)低且釋放緩慢，僅為375 kg/hm2，折合施氮量為93.75 kg/hm2，導(dǎo)致腐解微生物與植物爭(zhēng)搶養(yǎng)分，致使在移栽返青期，水稻株高顯著低于其他3個(gè)施肥組，雖追肥階段提高了尿素施用量，株高生長(zhǎng)速率加快，但最終株高仍然顯著低于其他3個(gè)施肥處理組。因此，在秸稈還田模式下，要注重氮肥減施量，避免秸稈腐解過(guò)程中與水稻爭(zhēng)奪養(yǎng)分，影響作物生長(zhǎng)發(fā)育，從而影響作物產(chǎn)量[22-23]。更有研究表明，緩釋肥和尿素配施可以達(dá)到減氮增效的目的，提高了氮肥利用率，保障了作物的產(chǎn)量[24]。本研究中T2和T3施肥組以美丹利穩(wěn)定性長(zhǎng)效復(fù)合肥為底肥，施用量為600 kg/hm2;T4施肥組以有機(jī)硅功能復(fù)合肥料為底肥，施用量為375 kg/hm2。因此在秸稈還田的基礎(chǔ)上，減量化施肥處理組主要以緩釋復(fù)合肥為前期底肥，尿素為后期氮肥追施，二者互相配施，提高肥料利用率，保障作物生長(zhǎng)和最終產(chǎn)量。

本試驗(yàn)中秸稈還田提高了土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量，這與前人研究結(jié)果[25-26]一致。秸稈還田后土壤有機(jī)質(zhì)含量相比還田前提高了40%～74%，但隨著施氮量的減少，土壤有機(jī)質(zhì)含量逐漸增加，T1施肥組的有機(jī)質(zhì)含量顯著低于其他3個(gè)減量施肥處理組，施氮量過(guò)高不一定利于土壤有機(jī)質(zhì)含量的累積，這與前人研究結(jié)果[27]一致。秸稈還田后，土壤養(yǎng)分得到提高，尤其是堿解氮增幅較大，提高了51%～60%，隨著氮肥施用量的減少，土壤堿解氮含量并未隨著減少，可能氮肥還有繼續(xù)減施的潛力。秸稈還田后土壤速效磷含量增加幅度較小，主要與秸稈中磷元素含量較低且釋放少有關(guān)[28]。秸稈中的鉀素主要以離子形態(tài)存在，釋放速率快且釋放量大，秸稈中95%鉀離子均可釋放到土壤中，進(jìn)而提高土壤速效鉀含量[29]，可以減少高鉀和中鉀土壤的鉀肥施用量[30]。秸稈還田前，試驗(yàn)地土壤速效鉀含量為218.10 mg/kg，為高鉀土壤田塊，常規(guī)鉀肥用量?jī)H為78 kg/hm2。秸稈還田后土壤速效鉀含量提高4%～32%，隨著鉀肥量減施，土壤速效鉀含量顯著低于常規(guī)施肥處理組，主要原因?yàn)榻斩掃€田鉀素更多地被作物吸收利用，致使土壤中速效鉀含量增幅較低。

水稻秸稈還田結(jié)合合理的施肥量能夠有效地提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤養(yǎng)分，提高水稻產(chǎn)量。在河北濱海稻區(qū)水稻種植過(guò)程中，初步確定秸稈還田結(jié)合T3施肥組是目前較合理的減量化施肥方案，折合施N量315.6 kg/hm2，施P2O5量 54 kg/hm2，施K2O量66 kg/hm2，相比常規(guī)施肥方案，減施氮肥15.02%，總減施肥料為25.84%。在該施肥方案下，秸稈腐熟較快，避免腐解微生物與水稻爭(zhēng)奪養(yǎng)分，同時(shí)秸稈腐熟后又會(huì)釋放氮磷鉀等養(yǎng)分，可以為水稻的生長(zhǎng)發(fā)育提供養(yǎng)分，既保障水稻生長(zhǎng)發(fā)育，又提高水稻實(shí)際產(chǎn)量，保障了農(nóng)業(yè)生態(tài)綠色發(fā)展，為河北濱海稻區(qū)水稻秸稈資源循環(huán)利用提供了科學(xué)依據(jù)。

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