小麦秸秆覆盖与氮肥配施对水稻根系生长、产量及氮肥利用率的影响

沈亚丽 （江苏省泰州市高港区大泗镇农业服务中心 225328）

施菊芹 （江苏省泰州市高港区农业委员会 225328）

小麦秸秆覆盖与氮肥配施对水稻根系生长、产量及氮肥利用率的影响

沈亚丽 （江苏省泰州市高港区大泗镇农业服务中心 225328）

施菊芹 （江苏省泰州市高港区农业委员会 225328）

为高效利用秸秆资源，解决秸秆焚烧带来的环境问题，泰州市姜堰地区开展了小麦秸秆覆盖与氮肥配施对水稻根系生长、产量和氮肥利用效率的影响试验。结果表明，相对于不覆盖小麦秸秆的处理，秸秆覆盖与氮肥（基肥∶拔节肥∶孕穗肥为5∶3∶2）配施，虽因秸秆覆盖产生的化感作用抑制了水稻根系的生长（除根体积外），但水稻产量仍最高，达8 725.3 kg/hm2，且氮肥表观利用率高达42.5%。

小麦秸秆覆盖；水稻；根系；产量；氮肥利用率

据统计，我国农作物秸秆总产量较世界其他发展中国家高，2011年我国农作物秸秆总产量为8.63亿t，占世界农作物秸秆总产量的30%[1]。由于作物秸秆中含有大量的N、P、K等营养元素，因此，秸秆还田对保持土壤水分和提高土壤肥力及确保农业可持续发展具有重要作用。然而，近年来随着城镇化的发展、农村劳动力的转移、农民收入水平的提高，农民为了便利，通常将农田残余的秸秆进行焚烧处理，不仅污染了环境，也浪费了宝贵的资源，如秸秆中的有机质与氮素经过高温焚烧，几乎全部以气态形式损失掉，其他元素磷、钾的残留也仅为70%左右。同时，由于秸秆堆沤制成的有机肥迅速减少，化肥用量持续增加（尤其是氮肥），导致了肥料利用率低，例如，我国苏南地区的施氮量高达300 kg/hm2，但化肥氮的利用率平均只有30%左右[2]。研究表明，农作物秸秆还田既可提高秸秆资源化利用率与氮肥利用率，减少环境污染，又能均衡土壤阳离子成分，改善土壤pH和理化性状，提高作物品质和氮肥利用率[3]。目前，姜堰地区关于秸秆覆盖还田的应用研究较少，因此，笔者研究了该地区小麦秸秆覆盖与氮肥配施对水稻根系生长、产量及氮肥利用率的影响，以期达到保水节肥、高产高效的目的，并为麦稻制两熟地区秸秆还田技术体系提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2013年5～10月设在泰州市姜堰区一农民责任田内进行。试验田土壤pH 6.3、有机质含量20.9g/kg、全氮1.7g/kg、碱解氮81.4 mg/kg、速效磷12.2 mg/kg、有效钾110.8 mg/kg。

试验采用二因素裂区设计，以秸秆覆盖还田为主区、氮肥运筹为副区。试验设小麦秸秆覆盖（S1）和无秸秆覆盖(S0)两个主区，还田的小麦秸秆切成2～5 cm小段，还田量为5 000 kg/hm2。试验田的施氮量为150 kg/hm2，设基肥∶拔节肥∶孕穗肥分别为5∶3∶2（N1）、2∶3∶5（N2）、不施氮（N0）对照3个副区，移栽后10 d施用分蘖肥，水稻倒4叶期施穗肥。磷肥（过磷酸钙，含P2O512%）施用量为90 kg/hm2，钾肥（氯化钾，含K2O 60%）施用量为120 kg/ hm2，磷、钾肥全部作基肥一次性施入。每处理重复4次，每小区面积20 m2，小区间筑宽30 cm的田埂，并用塑料薄膜包裹，以防串水串肥。

供试水稻品种为“武运粳24号”，6月6日移栽，每穴3株，行间距20 cm×28 cm。所有处理按照当地习惯灌溉、中期采用“够苗晒田”的方式进行水分管理，并确保灌水量一致，其他田间管理均按大面积生产进行。

1.2 测定与计算方法

于水稻成熟期、小区收获前，每小区取与各小区平均茎蘖数一致的水稻植株5株，调查水稻分蘖数、穗粒数、千粒重等性状。各小区按实收株数计产。

水稻根系调查：于水稻分蘖期（移栽后20 d）、拔节期、孕穗期和成熟期，在每个小区内选取有代表性水稻4株，并以水稻为中心用直径20 cm的土钻取30 cm深的土柱。取出的土柱放入孔径0.5 mm的尼龙网袋中，用水轻轻冲洗直至泥土全部冲干净。所获得的根系用酒精浸泡带回实验室，并尽快用根系扫描仪（Expression 10 000 XL）及相关分析软件测定总根长、根尖数、根直径及根表面积等相关指标。

同时，将地上部带回实验室用105 ℃杀青30 min，75℃烘干至恒重，烘干的样品粉碎后过0.2 mm筛，经硫酸双氧水消煮后测定植株体内的氮含量。

数据用SAS统计软件及Excel统计表分析。供试公式：氮肥表观利用率（%）=[（施氮区植株吸氮量-无氮区植株吸氮量）/施氮量]×100；氮肥农学利用率（kg/kg）=（施氮区产量-无氮区产量）/施氮量；氮肥生理利用率（kg/ kg）=（施氮区产量-无氮区产量）/（施氮区植株吸氮量-无氮区植株吸氮量）。

2 结果与分析

2.1 水稻根系生长的差异

试验结果表明（见表1），秸秆覆盖与氮肥配合施用对水稻根系生长具有显著影响，在水稻不同生长时期，其根系的生长表现存在差异。从水稻总根长来看，秸秆覆盖可增加分蘖期和孕穗期水稻的根长，但到成熟期后，秸秆覆盖处理相对不覆盖处理的总根长有所下降；从不同氮肥运筹比例看，分蘖期无论是秸秆覆盖还是不覆盖，均以N1处理的总根长最长，可见在基肥中供应充足的氮肥有利于水稻发根。秸秆覆盖可增加水稻根系直径，但不同氮肥运筹处理间差异不显著，且水稻不同生育期根直径的变化基本一致。根表面积的变化趋势与总根长一致，即覆盖秸秆有利于增加水稻根系表面积，分蘖期和孕穗期以N1处理根表面积最大，成熟期以N2处理根表面积最大。分蘖期和孕穗期根表面积最大的均为S1N1处理，而成熟期根表面积最高的则为S1N2处理。成熟期S1N2处理的根体积最大，为55.9 cm3。不同处理的根干重差异不大，总体而言，不覆盖秸秆处理略高于秸秆覆盖处理。

2.2 农艺性状的差异

试验结果表明（见表2），秸秆覆盖显著提高了水稻的有效穗数，S1N2处理的有效穗数高达187万穗/hm2。不同处理间每穗粒数变化不大。与有效穗数的变化趋势相反，秸秆覆盖降低了籽粒结实率，以不施肥处理的结实率较高。总体而言，千粒重随施氮量的增加而下降。从水稻产量来看，S1N1处理的产量最高，为8 725.3 kg/hm2，相对于S1N0处理和S0N0处理分别增产21.1%和31.9%，产量差异显著；氮肥后移的S1N2处理的产量相对于S1N1处理有所降低，但差异不显著。

表1 秸秆覆盖及氮肥配施对水稻根系生长的影响

表2 秸秆覆盖及氮肥配施对水稻产量及农艺性状的影响

2.3 氮积累与氮肥利用率的差异

由表3表明，氮肥运筹对水稻不同生长时期氮积累量的影响不同，移栽-分蘖期无论覆盖秸秆与否，氮积累最多的均为基肥比例高的N1处理，且以S1N1处理的氮积累最高，为36.9 kg/hm2，相对S0N0处理增加65.5%；而到了分蘖-拔节、拔节-成熟期，氮积累则以后期追肥的N2处理最高，但仍表现为秸秆覆盖处理的增幅较大；从最终的总氮积累量来看，后期追肥处理的氮积累最高，以S1N2处理最高，为179.8 kg/hm2。同时，后期追肥比例越大，氮肥表观利用率越高，S1N2的处理氮肥表观利用率高达48.6%，但生理利用率却明显下降。

表3 秸秆覆盖及氮肥配施对水稻氮积累量与氮肥利用率的影响

3 结论与讨论

试验结果表明，在秸秆覆盖条件下，水稻分蘖期各处理的总根长还能高于对应的不覆盖处理，但到成熟期后，水稻根干重等根系各项指标（除根体积外）均低于不覆盖处理，证明秸秆覆盖产生的化感作用抑制了水稻根系的生长[4]；同样秸秆覆盖处理下，在分蘖期，基肥比例大的N1处理的水稻总根长、根表面积及根体积等指标均较高，但到成熟期后，重施穗肥的N2处理的水稻根系生长各指标有所缓解。秸秆覆盖能显著提高水稻的产量，但仅依靠秸秆覆盖不能满足水稻生长的氮需求，仍需要一定的氮肥投入，这是因为小麦秸秆碳氮比高，微生物腐解需要消耗大量的氮肥，因此在秸秆覆盖前提下，增加氮肥基肥比例有利于提高水稻产量，这与前人的研究结果一致[5]，也再次证明了氮肥基肥的重要性，以S1N1处理产量最高，为8 725.3 kg/hm2。同时，秸秆覆盖处理水稻的总氮素积累、氮素表观利用率均比无秸秆覆盖的处理高，这与当前研究一致[6]；然而在不同氮肥运筹条件下，追肥比例大的N2处理的氮肥表观利用率较基肥比例大的N1处理高，主要是因为水稻后期根系生长已完成，后期追肥越多，其吸收利用效率越高。

综合分析，小麦秸秆覆盖虽影响了水稻根系生长，但有助于水稻干物质和氮素的积累，提高了氮肥利用率。综合考虑，以在秸秆覆盖前提下，基肥∶分蘖肥∶孕穗肥为5∶3∶2的氮肥运筹模式为最优，增加了水稻有效穗数，提高了水稻抽穗至成熟期的物质转运率与氮肥利用率，且产量最高，适合在泰州市姜堰地区推广应用。

[1] 高利伟,马林,张卫峰,等.中国作物秸秆养分资源数量估算及其利用状况[J].农业工程学报,2009,25(7）：173-179.

[2] 彭少兵,黄见良,钟旭华,等.提高中国稻田氮肥利用效率的研究策略[J].中国农业科学,2002,35(9）：1095-1103.

[3] 葛立立,王康君,范苗苗,等.秸秆还田对土壤培肥与水稻产量和米质的影响[J].中国农学通报,2012,28(12）：1-6.

[4] 陈新红,叶玉秀,许仁良,等.小麦秸秆还田量对水稻产量和品质的影响[J].作物杂志,2009(1）：54-57.

[5] 刘世平,陈文林,聂新涛,等.麦稻两熟地区不同埋深对还田秸秆腐解进程的影响[J].植物营养与肥料学报,2007,13(6）：1049-1053.

[6] 赵锋,程建平,张国忠,等.氮肥运筹和秸秆还田对直播稻氮素利用和产量的影响[J].湖北农业科学,2001,50(18）：3701-3704.

[7] 陈培峰.董明辉,顾俊荣,等.麦秸还田与氮肥运筹对超级稻强弱势粒粒重与品质的影响[J].中国水稻科学,2012,26(6）：715-722.

2016-07-08