不同輪作模式下秸稈還田與氮肥配施對水稻莖蘗動態(tài)、群體質(zhì)量及產(chǎn)量的影響

摘"要：為研究不同輪作模式下秸稈還田與氮肥配施對水稻莖蘗動態(tài)、群體質(zhì)量和產(chǎn)量的影響。于2021年在陜西省漢中市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所韓塘試驗基地進(jìn)行田間小區(qū)試驗。采用裂區(qū)試驗設(shè)計，主處理為冬閑-水稻+秸稈還田+不施氮肥（WRSN0）、紫云英-水稻+紫云英稻草聯(lián)合還田+施氮80%（GRSN80）、油菜-水稻+秸稈還田+常規(guī)施氮（RRSN100），副處理為水稻品種，包括‘川優(yōu)6203’、‘宜香2115’、‘美香占2號’、‘黃華占’共4個。結(jié)果表明：3種輪作模式下水稻產(chǎn)量差異顯著，4個水稻品種平均產(chǎn)量表現(xiàn)為RRSN100最高、GRSN80次之、WRSN0最低，與WRSN0相比，RRSN100和

GRSN80分別增產(chǎn)95.68％和66.64％。GRSN80和RRSN100處理可以提高4個水稻品種的分蘗數(shù)、穗粒數(shù)、有效穗和干物質(zhì)量。常規(guī)稻‘黃華占’和‘美香占2號’在GRSN80處理下產(chǎn)量較高，雜交稻‘川優(yōu)6203’和‘宜香2115’在RRSN100處理下產(chǎn)量較高。紫云英-水稻和油菜-水稻輪作制下秸稈還田與適量氮肥配施有利于促進(jìn)水稻生長，提高產(chǎn)量，紫云英-水稻輪作紫云英稻草聯(lián)合還田與減氮20％配施適宜種植常規(guī)稻，而油菜-水稻輪作油菜水稻秸稈還田與常規(guī)氮肥配施適宜種植雜交稻。

關(guān)鍵詞：油菜-水稻；紫云英-水稻；秸稈還田；莖孽動態(tài)；群體質(zhì)量

中圖分類號：S513""文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A""文章編號：0488-5368（2024）12-0093-08

Effects of Straw Return and Nitrogen Application on Tiller Dynamics， Population Structure and Rice Yield under Different Rotation Patterns

ZHAO Hanhong1， LIANG Xiaojun²， LIU Quanzhe3， WEN Hong4， WU Yuhong4， WANG Lü4， QIN Yuhang4， CHEN Hao4，BAI Yuhai4

（1.Mianxian Rural Energy Workstation， Mianxian， Shaanxi 724200，China;2.Mianxian Agricultural Technology Extension and Training

Center， Mianxian， Shaanxi 724200， China;3.Mianxian Agricultural Comprehensive Law Enforcement Brigade， Mianxian， Shaanxi 724200， China;

4.Hanzhong Agricultural Technology Extension and Training Center， Hanzhong， Shaanxi 723000， China）

Abstract：To investigate the effects of straw return combined with nitrogen application on tiller dynamics， population quality and rice yield under different rotation patterns， a field plot experiment was conducted in 2021 at Hantang Experimental Base of Hanzhong Institute of Agricultural Sciences， Shaanxi Province. A split plot design was used，with the rotation pattern as main treatment and the rice varieties as sub-treatment. The three rotation treatments included： winter fallow–rice rotation （WRSN0） with straw incorporation and no nitrogen application， green manure–rice rotation （GRSN80） with combined incorporation of Chinese milk vetch and rice straw and 80% of the conventional nitrogen rate， and oilseed rape–rice rotation （RRSN100） with straw incorporation and the full conventional nitrogen rate. Four rice cultivars—'Chuanyou 6203，' 'Yixiang 2115，' 'Meixiangzhan 2，' and 'Huanghuazhan'—were evaluated. The results revealed significant differences in rice yield among the three rotation patterns. Average yields were highest under RRSN100， followed by GRSN80， and lowest under WRSN0. Compared with WRSN0， yields under RRSN100 and GRSN80 increased by 95.68% and 66.64%， respectively. The GRSN80 and RRSN100 treatments improved tiller number， grain number per panicle， effective panicle count， and dry matter accumulation across all four rice cultivars. Specifically， the conventional cultivars 'Huanghuazhan' and 'Meixiangzhan 2' demonstrated higher yields under GRSN80， whereas the hybrid cultivars 'Chuanyou 6203' and 'Yixiang 2115' yielded better under RRSN100. The incorporation of Chinese milk vetch and rice straw in GRSN80， along with a 20% reduction in the nitrogen application rate， was found to be optimal for conventional rice. Conversely， rape–rice rotation with straw return and full conventional nitrogen application was better suited for hybrid rice production.

Key words：Rape-rice rotation; Chinese milk vetch-rice rotation; Straw return; Tiller dynamics; Population quality

水稻是我國主要糧食作物之一，對保障國家糧食安全具有重要作用，種植面積和產(chǎn)量分別約占全球的18%和28%[1]。當(dāng)前水稻生產(chǎn)中存在化肥施用量大，種植模式單一、管理粗放等問題，影響水稻產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展[2～5]。稻田輪作是水稻生產(chǎn)的優(yōu)良種植制度，相關(guān)研究表明稻田輪作可以改善稻田生態(tài)環(huán)境，提高稻田系統(tǒng)生產(chǎn)力，是維持水稻可持續(xù)發(fā)展的一項重要技術(shù)措施[6，7]。同時秸稈直接還田作為提升耕地質(zhì)量、落實化肥減量增效的一項有效措施，具有增強(qiáng)土壤匯碳功能、改善土壤結(jié)構(gòu)、培肥地力、提高作物產(chǎn)量、減少環(huán)境污染等作用，近年來得到了廣泛應(yīng)用[8～10]。

氮是促進(jìn)植物生長發(fā)育的重要元素，施用氮肥是生產(chǎn)中促進(jìn)水稻生長和提高單產(chǎn)的重要措施。范立慧等[11]研究表明適宜的氮肥運籌能夠促進(jìn)水稻前期分蘗，獲得較高的群體質(zhì)量，從而提高水稻籽粒產(chǎn)量。不同輪作體系下由于秸稈類型的差異秸稈還田后對土壤氮素影響差異較大，從而直接影響水稻的分蘗、群體建構(gòu)和干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運[12～15]。此外同一栽培條件下，不同水稻品種莖孽動態(tài)和群體質(zhì)量也存在較大

差異[16]。

漢中北依秦嶺南屏巴山，是優(yōu)質(zhì)秈稻的最佳適生區(qū)，種植制度為典型的水旱輪作制，一年兩熟，秸稈資源豐富。目前針對此地區(qū)不同輪作模式下不同品種對秸稈還田與氮肥運籌響應(yīng)的研究較少，本試驗依托基于始于2017年的稻田輪作制度及秸稈還田定位試驗，研究了冬閑-水稻、綠肥（紫云英）-水稻、油菜-水稻3種輪作模式下秸稈還田與氮肥配施對生產(chǎn)上廣泛使用的4個優(yōu)質(zhì)秈稻品種（包括常規(guī)稻2個、雜交稻2個）莖蘗動態(tài)、干物質(zhì)量、產(chǎn)量構(gòu)成要素及籽粒產(chǎn)量的影響，以期為漢中地區(qū)多元化輪作制度下篩選適宜的主推優(yōu)質(zhì)水稻品種提供科學(xué)依據(jù)。

1"材料與方法

1.1"試驗地概況

試驗于2021年在陜西省漢中市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣與培訓(xùn)中心（漢中市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所）漢臺區(qū)韓塘水稻綜合試驗基地進(jìn)行，試驗基地年均降水量800～1 000 mm，年平均氣溫14 ℃，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年均日照時數(shù)

約1 400 h，≥10 ℃的年均積溫為4 480 ℃。供試土壤類型為潴育性水稻土。試驗前土壤基本理化性質(zhì)為pH 5.19、有機(jī)質(zhì)18.78 g/kg、全氮1.25 g/kg、堿解氮19.61 mg/kg、速效鉀78.91 mg/kg、有效磷35.32 mg/kg。

1.2"試驗設(shè)計

在2017年田間試驗的基礎(chǔ)上，于2021年4月至10月采用裂區(qū)試驗設(shè)計，主處理①冬閑-水稻+秸稈還田+不施氮肥（WRSN0）;②紫云英-水稻+紫云英稻草聯(lián)合還田+施氮80%（GRSN80）;③油菜-水稻+油菜水稻秸稈還田+常規(guī)施氮（RRSN100），每個處理3次重復(fù)，小區(qū)面積4 m×5 m=20 m²。副處理為水稻品種，川優(yōu)6203（雜交稻）、宜香2115（雜交稻）、美香占2號（常規(guī)稻）、黃華占（常規(guī)稻）4個品種，均為漢中市主推的優(yōu)質(zhì)秈稻品種，4個供試品種在每個主處理小區(qū)中隨機(jī)排列。

1.3"田間管理

供試油菜品種為‘灃油737’，油菜季常規(guī)施肥為純氮165 kg/hm²，P₂O5 "99 kg/hm²，K₂O 90 kg/hm²，Na₂B₄O7·10 H₂O 15 kg/hm²，磷鉀肥及硼肥一次基施，氮肥基追比均為7∶3。水稻季常規(guī)施肥為純氮180 kg/hm²，P₂O5 90 kg/hm²，K₂O 105 kg/hm²，磷鉀肥一次基施，氮肥基追比均為7∶3，減氮處理僅在基肥中減少相應(yīng)比例。紫云英品種為‘閩紫7號’，播種量30 kg/hm²。秸稈還田方式為秸稈全量粉碎翻壓還田，紫云英在盛花期粉碎翻壓還田。水稻移栽密度為16.5 cm×29.7cm。水稻于2021年4月10日播種，5月27日插秧，9月26日收獲；紫云英于2020年9月30日播種，2021年4月26日翻壓；油菜苗于2020年10月15日移栽，2021年5月23日收獲。

1.4"測定項目與方法

1.4.1"莖蘗動態(tài)"每個供試水稻品種確定3個觀測點，每個點連續(xù)選10穴作為觀測對象，水稻移栽7 d后，每隔7 d采用人工計數(shù)法記載水稻分蘗數(shù)（取均值），直至莖蘗數(shù)不發(fā)生變化為止。

1.4.2"干物質(zhì)積累"分別于水稻齊穗期和成熟期，各小區(qū)各品種取代表性稻株3穴，分莖、葉片、穗，置于烘箱 105 ℃下殺青 30 min，80 ℃下烘至恒重后，測定莖、葉片、穗的生物量。

1.4.3"產(chǎn)量及其構(gòu)成要素"各處理小區(qū)各品種水稻成熟后分別收獲測產(chǎn)，并選取有代表性稻株30穴，計算平均有效穗數(shù)，并隨機(jī)選取10穴進(jìn)行考種，測定每穗粒數(shù)、實粒數(shù)、千粒重，計算結(jié)實率等性狀。

1.5"數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)應(yīng)用Microsoft Excel 2010程序和SPSS2.0統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行分析處理，使用Origin2018進(jìn)行繪圖，各處理采用最小顯著差數(shù)測驗法（LSD）檢驗差異顯著性。

2"結(jié)果與分析

2.1"不同輪作模式下秸稈還田與氮肥配施對水稻產(chǎn)量的影響

由圖1可知，3種輪作模式下水稻產(chǎn)量差異顯著（P＜0.05），4個水稻品種平均產(chǎn)量表現(xiàn)為RRSN100（10 247.16 kg/hm²）gt;GRSN80（8 726.32 kg/hm²）gt;WRSN0（5 236.78 kg/hm²），

RRSN100和GRSN80較WRSN0分別增產(chǎn)95.68％和66.64％。WRSN0模式下，‘宜香2115’籽粒產(chǎn)量最高且顯著高于其他品種，較‘川優(yōu)6203’增加了19.77%，‘黃華占’和‘美香占2號’籽粒產(chǎn)量差異不顯著；GRSN80模式下，‘黃華占’和‘宜香2115’差異不顯著，但顯著高于‘川優(yōu)6203’和‘美香占2號’；RRSN100模式下，4個品種水稻產(chǎn)量差異顯著，‘川優(yōu)6203’（12 804.46 kg/hm²）＞‘宜香2115’（11 011 kg/hm²）＞‘黃華占’（9 884.88 kg/hm²）＞‘美香占2號’（8 133.13 kg/hm²）。WRSN0和RRSN100均表現(xiàn)為雜交稻品種產(chǎn)量顯著高于常規(guī)稻。GRSN80表現(xiàn)為常規(guī)稻‘黃華占’產(chǎn)量最高，顯著高于‘美香占2號’和‘川優(yōu)6203’。

2.2"不同輪作模式下秸稈還田與氮肥配施對水稻產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

不同處理、水稻品種及二者交互效應(yīng)對水稻有效穗、千粒重、每穗實粒數(shù)和結(jié)實率的影響均達(dá)到極顯著性差異（表1）。不同處理間相比，4個品種穗粒數(shù)均值由高到低的順序為GRSN80gt;RRSN100gt;

WRSN0；結(jié)實率均值由高到低的順序為WRSN0gt;GRSN80gt;RRSN100；有效穗均值由高到低的順序為RRSN100gt;GRSN80gt;WRSN0；千粒重均值由高到低的順序為RRSN100gt;WRSN0gt;

GRSN80。4個品種產(chǎn)量構(gòu)成因子對不同處理的響應(yīng)差異較大。‘川優(yōu)6203’穗粒數(shù)GRSN80處理最高、結(jié)實率WRSN0處理最高、有效穗和千粒重RRSN10處理最高；‘宜香2115’穗粒

數(shù)和結(jié)實率GRSN80處理最高、有效穗和千粒重RRSN100處理最高?！S華占’穗粒數(shù)GRSN80處理最高、結(jié)實率和有效穗RRSN100處理最高、平均千粒重GRSN80處理最高；‘美香占2號’穗粒數(shù)GRSN80處理最高、結(jié)實率WRSN0處理最高、有效穗和千粒重RRSN100處理最高。

2.3"不同輪作模式下秸稈還田與氮肥配施對水稻莖蘗動態(tài)的影響

圖2顯示，4個供試水稻品種中‘黃華占’、‘美香占2號’、‘川優(yōu)6203’移栽14 d后達(dá)到分蘗峰值，宜香2115峰值出現(xiàn)在移栽后35 d，4個供試水稻品種移栽42 d后達(dá)到最高苗。同一品種均表現(xiàn)為GRSN80和RR

SN100處理不同時期莖孽數(shù)顯著高于WRSN0處理，總體上表現(xiàn)為，GRSN80處理最大分蘗數(shù)最高，但是GRSN80和RRSN100處理間差異不大。與WRSN0處理相比，GRSN80和RRSN100處理最大分蘗數(shù)‘黃華占’、‘美香占2號’、‘川優(yōu)6203’、‘宜香2115’，分別增加91.00%、114.03%、63.78%、48.53%和81.04%、107.24%、65.82%、46.08%，說明水稻移栽前期合理的氮肥運籌有利于促進(jìn)水稻分蘗。

2.4"不同輪作模式下秸稈還田與氮肥配施對水稻干物質(zhì)量的影響

由表3可知，除了品種對成熟期莖的干物質(zhì)量影響不顯著及輪作模式和水稻品種二者交互作用對齊穗期葉片干物質(zhì)量無顯著影響外，不同處理、水稻品種及二者交互效應(yīng)對齊穗期葉片、莖、穗和成熟期葉片、穗的干物質(zhì)量的影響達(dá)到顯著或極顯著差異。不同處理間相比，4個品種齊穗期葉片、莖、穗的干物質(zhì)量和成熟期葉片和莖的干物質(zhì)量均值表現(xiàn)為RRSN100gt;GRSN80gt;WRSN0。與WRSN0處理相比，GRSN80處理葉片、莖、穗干物質(zhì)量在齊穗期和成熟期分別增加51.95%、30.54%、22.99%和86.86%、19.58%、29.35%；RRSN100處理葉片、莖、穗干物質(zhì)量在齊穗期和成熟期分別增加79.30%、20.48%、30.48%和89.05%、36.21%、26.19%。

由圖3可知，水稻齊穗期各器官干物重占比為莖gt;葉片gt;穗（圖4A），成熟期各器官干物重占比為穗gt;莖gt;葉片（圖4B）。WRSN0處理下齊穗期和成熟期葉片、莖、穗干物重占比4個品種間差異顯著，齊穗期葉片、莖、穗干物重占比最高的品種分別是宜香2115、黃華占和宜香2115，較其他品種的增幅分別為19.58%～6.06%、3.57%～12.26%、0.28%～15.64%；GRSN80處理下齊穗期莖、穗干物重占比和成熟期葉片、莖、穗干物重占比在4個品種間差異不顯著，黃華占和宜香2115齊穗期葉片干物重占比顯著高于美香占2號和川優(yōu)6203；RRSN100處理下齊穗期葉片干物重占比和成熟期葉片、穗干物重占比在4個品種間差異不顯著。

3"討論

3.1"不同輪作模式下秸稈還田與氮肥配施對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

不同輪作模式下秸稈還田和氮肥運籌對水稻產(chǎn)量影響較大[17]。本研究中4個供試水稻品種產(chǎn)量均值表現(xiàn)為RRSN100處理最高，其次是GRSN80處理，WRSN0處理最低，且3種處理下產(chǎn)量差異顯著。油菜–水稻模式油菜和水稻施肥后土壤盈余養(yǎng)分以及兩季作物秸稈還田對土壤肥力提高作用更明顯，對后茬水稻的生長促進(jìn)作用更大[18]，油菜秸稈還田可以促進(jìn)水稻群體質(zhì)量，適宜的水稻群體可以促進(jìn)灌漿后期干物質(zhì)積累，提高物質(zhì)轉(zhuǎn)化率，進(jìn)而增加水稻有效穗和穗粒數(shù)，從而提高水稻產(chǎn)量[21]；紫云英-水稻輪作模式下，紫云英作為豆科綠肥，其生長期間能增加土壤氮素含量，還田后為水稻生育前期提供氮素供應(yīng)，促進(jìn)水稻分蘗的發(fā)生，進(jìn)而增加水稻有效穗，秸稈為水稻生殖生長提供鉀素，促進(jìn)水稻生殖生長進(jìn)而提高水稻千粒重[32]，紫云英稻稈二者協(xié)同還田可以改善土壤理化性狀，培肥土壤，促進(jìn)水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)[19，20]。另一方面本試驗土壤基礎(chǔ)肥力處于中等偏低水平[21]，油菜–水稻輪作下水稻季油菜秸稈全量還田的基礎(chǔ)上配施常規(guī)氮肥等同于提高了施氮水平，紫云英–水稻模式下盡管水稻前期氮肥減量20％，但是紫云英水稻秸稈聯(lián)合還田后可以顯著提高水稻生育前期土壤氮素含量。不同水稻品種的氮肥利用效率和敏感度存在明顯的差異，進(jìn)而不同水稻品種對氮肥管理響應(yīng)差異較大。相關(guān)研究表明，在氮素供應(yīng)充足的條件下，不同品種間的產(chǎn)量差異并不顯著，而在氮素供應(yīng)不足的條件下，不同品種對氮素的響應(yīng)表現(xiàn)出顯著的差異[22]。本試驗中WRSN0處理即低氮條件2個常規(guī)稻產(chǎn)量差異不顯著但是顯著低于2個雜交稻，可能主要是因為雜交稻對氮素的需求和響應(yīng)更加敏感，而氮敏感水稻品種在相對較低施氮量下能獲得較高的產(chǎn)量[22]。GRSN80處理即中氮條件下常規(guī)稻‘黃華占'和雜交稻‘川優(yōu)6203'產(chǎn)量最高，顯著高于其他兩個品種，RRSN100處理即高氮條件下，4個品種產(chǎn)量差異顯著，且雜交稻產(chǎn)量增幅較大。

水旱輪作制下秸稈還田和氮肥運籌可以增加水稻穗粒數(shù)和有效穗[23，24]。本試驗中4個品種穗粒數(shù)和有效穗均以WRSN0處理最低，而油菜-水稻和紫云英-水稻輪作模式中秸稈還田配施氮肥優(yōu)化水稻產(chǎn)量因子的優(yōu)勢明顯，這與楊勝玲等[25]研究結(jié)果中有機(jī)無機(jī)配施可以顯著優(yōu)化水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子的結(jié)論一致。3個處理相比，紫云英-水稻輪作下紫云英稻草聯(lián)合還田與氮肥減量配施（GRSN80處理）顯著增加4個品種穗粒數(shù)。馬冬云等[26]研究發(fā)現(xiàn)，高施氮量花前同化物多用于促進(jìn)營養(yǎng)器官生長，不施氮時莖葉會加速氮、糖轉(zhuǎn)運來充實籽粒，從而提高結(jié)實率。本試驗中WRSN0、GRSN80、RRSN100 3個處理分別對應(yīng)不施氮、中氮和高氮處理，研究結(jié)果顯示4個品種結(jié)實率均值由高到低的順序WRSN0gt;GRSN80gt;RRSN100。

3.2"不同輪作模式下秸稈還田與氮肥配施對水稻莖孽動態(tài)及干物質(zhì)積累的影響

適宜的氮肥運籌可以促進(jìn)水稻前期分蘗，有利于構(gòu)建高產(chǎn)群體[11]。楊勝玲等[25]研究表明有機(jī)無機(jī)配施可以顯著促進(jìn)水稻分蘗。本試驗中同一品種均表現(xiàn)為GRSN80處理最大分蘗數(shù)最高、

RRSN100處理次之、WRSN0處理最低。王振洋等[27]研究表明適當(dāng)增施氮肥能夠提高水稻花后干物質(zhì)積累量。本試驗中成熟期穗的干物質(zhì)累積量GRSN80處理最大、RRSN100處理次之、WRSN0處理最低?？赡苤饕且驗樽显朴⑴c稻稈聯(lián)合還田可以提高氮素有效性，尤其是保證水稻生育后期氮素供應(yīng)且在氮肥減量條件下優(yōu)化匹配氮素供應(yīng)與水稻不同生育期氮素的需求[28～30]。不同水稻品種的干物質(zhì)積累對氮肥運籌等栽培措施響應(yīng)差異較大[31]，本試驗中，WRSN0處理（低氮）、GRSN80處理（中氮）、RRSN100處理（高氮）4個品種差異較大，然而本試驗設(shè)計的氮肥施用量梯度較少，同一輪作模式下秸稈還田后對4個品種的莖孽動態(tài)和干物質(zhì)積累的最佳氮肥用量需要進(jìn)一步研究。

4"結(jié)論

GRSN80和RRSN100處理可以提高4個水稻品種的分蘗數(shù)、穗粒數(shù)、有效穗和干物質(zhì)積累，其中GRSN80處理最大分蘗數(shù)、穗粒數(shù)及成熟期穗干物質(zhì)量最高。常規(guī)稻‘黃華占’和‘美香占2號’在

GRSN80處理下產(chǎn)量較高，雜交稻‘川優(yōu)6203’和‘宜香2115’在RRSN100處理下產(chǎn)量較高。紫云英–水稻輪作模式下紫云英稻稈聯(lián)合還田且氮肥減量20%適宜種植常規(guī)稻，油菜-水稻輪作模式下通過油菜和水稻秸稈還田適宜種植雜交稻。

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