稻草全量还田下氮肥运筹对双季晚稻产量和稻米品质的影响

何 虎，黄 山，才 硕，2，曾研华，3，吴建富，曾勇军，潘晓华* ，石庆华*

(1．江西农业大学 双季稻现代化生产协同创新中心/作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室/江西省作物生理生态与遗传育种重点实验室，江西 南昌 330045;2．江西省灌溉试验中心站，江西 南昌 330201;3．中国水稻研究所，浙江杭州310006)

合理施用氮肥，不仅可以提高水稻的产量、品质和氮肥利用率，而且可以减少因过量施用氮肥而带来的环境污染［1］。稻草作为一种廉价的有机肥料，含有大量的氮、磷、钾、硅等矿质营养元素，稻草还田对提高农作物产量和品质，降低农业生产成本有重要作用［2］。彭英湘［3］研究表明，稻草还田能增加水稻产量，施用N肥后稻草增产效应显著高于不施N肥处理，早、晚稻分别增产9．18%和5．83%。徐国伟［4］认为秸秆还田与实地氮肥管理可以减少氮肥使用量，秸秆全量还田后，增加了下茬水稻的产量，降低了单位面积穗数，提高了每穗粒数和结实率。曾研华等［5］研究表明，稻草全量还田较稻草不还田和稻草烧灰还田，产量增加3．41% ～4．33%，增产显著;稻草全量还田还有利于改善稻米加工品质和食味品质，但降低了稻米外观品质和营养品质。有关研究［6-7］表明，稻草还田和实地氮素管理对稻米的加工品质没有明显的影响，但降低了垩白米粒、垩白度和直链淀粉的含量，有效地改善了稻米的外观品质和蒸煮品质;还可以使淀粉的最高粘滞度和崩解值变小，消碱值变低，有利于提高了稻米的食味品质。前人关于稻草还田对下茬水稻产量和品质的影响已有很多研究［8-10］，但大多以稻草部分还田和非切碎还田为主，而机收全量、切碎还田下氮肥运筹对水稻产量和品质影响研究较少，尤其是对双季稻的研究鲜有报道。在双季稻区，机收比例不断增加，平原地区已达80%以上。因此，研究机收条件下稻草全量切碎还田的氮肥运筹，不仅具有理论意义，更具有现实意义。为此，本文通过研究水稻机收后稻草全量还田下氮肥运筹对晚稻产量和品质的影响，旨在为稻草全量还田下水稻合理施用氮肥提供理论依据和实践指导。

1 材料与方法

1．1 试验材料

试验于2009—2010 年在进贤县温圳镇杨溪村(海拔 26 m，北纬 28°20′12″，东经 116°05′30″)进行。供试品种为超级晚稻淦鑫688，供试土壤为第四纪红色粘土发育的潴育型水稻土，试验土壤理化性质为:有机质14．2 g/kg，全氮(N)2．1 g/kg，碱解氮(N)194．4 g/kg，有效磷(P)22．3 g/kg，速效钾(K)89．7 mg/kg，pH 值 5．9。

1．2 试验设计

试验设4 个施氮(纯 N)水平，分别为0，120，180，240 kg/hm2，分别用 N0、N1、N2、N3表示;在 N2水平下增设稻草不还田对照(CK)。氮肥按m(基肥)∶m(分蘖肥)∶m(穗肥)=5∶2∶3施用。在施氮180 kg/hm2下设置不同施氮比例处理，即 m(基肥)∶m(分蘖肥)∶m(穗肥)=5∶0∶5、5∶1∶4、5∶2∶3、5∶3∶2、5∶4∶1、5∶5∶0，分别用NT1、NT2、NT3、NT4、NT5和 NT6表示。采用随机区组设计，小区面积 17．75 m2，4 次重复，小区间做埂，并用薄膜包埂，单灌单排。氮肥用尿素;磷肥用钙镁磷肥(600 kg/hm2)，全作基肥;钾肥用氯化钾(K2O 180 kg/hm2)，按m(基肥)∶m(分蘖肥)∶m(穗肥)=5∶2∶3施用。本试验设计总施氮量和各施氮比例中氮素仅指化学氮肥中氮素，不包含还田稻草所含氮素。

1．3 田间管理

采用日产久保田牌半喂入式收割机收割早稻，收割同时将稻草机械化切碎至5～15 cm(试验所设对照区稻草不切碎并将其全部移出小区)，其中稻田留茬高度5～10 cm。试验田前茬为早稻，按照谷草比1∶1计算，稻草还田量2009、2010年分别为6 750 kg/hm2和7 150 kg/hm2。收割之后，将稻草撒匀，灌水旋耕。采用湿润育秧，移栽密度为13．3 cm×26．4 cm，2苗/蔸。基肥于移栽前2d施用，分蘖肥在移栽后5～7 d施用，穗肥于叶龄余数2左右施用，其他管理措施与一般高产田相同。

1．4 测定项目与方法

1．4．1 产量及其构成 成熟期每小区调查50蔸有效穗，按平均数法取样5蔸，分别考查其穗长、每穗粒数、空瘪粒数和千粒质量，并计数结实率。除周边两行外每小区实割测产，脱粒后称量，约取2 kg稻谷晒干计算标准含水率，计数产量。

1．4．2 稻米品质的检测 将稻谷混匀、晾干后用于稻米品质测定。检测前先风选，然后参照中华人民共和国国家标准《GB/T17891—1999优质稻谷》和农业部部颁行业标准《NY/T593—2002食用稻品种品质》［22-23］检测。

1．5 数据处理与分析

用Excel和DPS软件处理和分析数据。两年试验结果基本一致，分析中的图表数据均采用两年数值平均数±标准差，显著性水平设置为P=0．05和0．01。

2 结果与分析

2．1 氮肥运筹对产量及其构成因素的影响

2．1．1 产量和产量构成因素年度间差异 表1表明，不同施氮量两年试验的产量、每穗总粒数和结实率差异不显著，有效穗数和千粒质量差异达到极显著水平;不同施氮比例下，两年试验的产量和结实率差异不显著，有效穗数、每穗总粒数和千粒质量达到显著差异。由于年度间产量差异不显著且结果基本一致，以下数据分析均采用两年平均值。

表1 产量及其构成因素的年度间差异Tab．1 Variance analysis of yield and its com ponents between two-year experiment

2．1．2 氮肥运筹对产量和产量构成因素的影响 表2表明，在稻草全量还田下，晚稻产量随施氮量的增加而增加，当施氮量超过180 kg/hm2时，产量下降，处理间差异极显著。产量构成因素中，稻草全量还田下单位面积有效穗数随施氮量的增加而增加，而结实率则相反，处理间差异达显著或极显著水平;每穗粒数施氮处理间差异不明显，但极显著高于不施氮处理;千粒质量各施氮处理均显著高于不施氮处理。在同一施氮(180 kg/hm2)水平下，稻草全量还田较不还田处理有效穗数、结实率和千粒质量极显著提高，每穗总粒数显著减少，产量增加0．71 t/hm2，增幅为8．8%，增产极显著，表明稻草全量还田配施适当的氮肥有利于提高水稻产量。

表2 氮肥运筹对产量及其构成因素的影响(平均值±标准差)Tab．2 Effects of nitrogen management on grain yield and its components of late rice(M ean±SD)

稻草全量还田不同穗肥比例对水稻产量及其构成因素的影响不同(表2)。在同一施氮水平下，水稻产量以 NT3处理产量最高，达8．75 t/hm2，极显著高于其他处理，较产量最低的 NT6处理增产12．47%;单位面积的有效穗数随穗肥比例的减少而逐渐减少;每穗粒数和千粒质量均以NT3处理最大;结实率以NT2处理最大，NT4处理最小，处理间差异不显著。说明稻草全量还田下，以基蘖穗肥施氮比例为5∶2∶3时增产效果最好。

2．1．3 氮肥运筹与产量、产量构成因素的关系 相关分析表明，稻草全量还田后，施氮量对产量及其构成的影响显著高于穗肥施用比例(r分别为0．956 2＊＊和0．915 9＊＊)。施氮量与有效穗数极显著正相关(r=0．942 6＊＊)，与每穗总粒数和千粒质量呈抛物线极显著正相关(r=0．962 4＊＊和 r=0．980 3＊＊)，与结实率呈极显著负相关(r=-0．958 2＊＊)。在同一施氮水平下，穗肥施用量与有效穗数呈极显著正相关(r=0．954 7＊＊)。上述结果说明:稻草全量还田后，施氮量比穗肥施用比例对产量及其构成因素影响更大，其中施氮量通过影响所有产量构成因素进而影响产量，不同的分蘖肥穗肥施用比例主要通过影响有效穗数影响产量。

2．2 氮肥运筹对稻米品质的影响

2．2．1 氮肥运筹对稻米加工、外观品质的影响 由表3可知，在稻草全量还田下，晚稻谷加工品质中出糙率随施氮量增加而提高，N0处理与其他处理间差异显著;精米率以N1处理最高，显著高于N0和N2;N2处理(产量最高)的精米率和整精米率均显著低于其余处理。在外观品质中，粒长随施氮量的增加先增后减，N2处理最大;N1、N2、N3的粒宽相同且大于 N0;各处理垩白粒率高低依次为 N1、N0、N2、N3，N2、N3极显著低于N0和N1，垩白面积随施氮量增加先减小后增大，垩白度随施氮量增加而降低，说明高氮处理垩白粒率、垩白度较低，适宜施氮量下垩白面积最低。

稻草全量还田后在同一施氮水平下，穗肥施氮较多时，稻米的出糙率和精米率相对较高，均以NT1处理最高，NT5处理最低;处理NT1的整精米率最低，且与其他处理差异极显著;不同穗肥比例各处理粒长均一致，NT1、NT4和NT6处理的粒宽比其余处理低0．1 mm，最终粒型也略高，表明施氮比例不协调会降低粒宽。处理NT6和产量最高的NT3的垩白粒率、垩白面积和垩白度相对较低，NT5和NT1处理较高。说明适当调节氮肥施用比例可以改善稻米的加工品质和外观品质。

表3 氮肥运筹对稻米加工、外观品质的影响Tab．3 Effects of Nitrogen management on m illing and appearance quality of rice grain

2．2．2 稻草全量还田对稻米加工、外观品质的影响 同一施氮水平下，稻草全量还田处理下出糙率、精米率、整精米率分别比CK降低了0．5%、0．8%、0．6%(图1);表4表明，稻草全量还田处理下与CK粒长一致，粒略变宽，但未改变细长的粒型;垩白粒率、垩白面积和垩白度分别降低了2%、4%、1．1%。说明稻草全量还田比对照加工品质有所降低，但是外观品质明显改善。

相关分析表明，稻草全量还田后，施氮量与出糙率极显著正相关，与垩白度显著负相关;出糙率与产量极显著正相关，粒长和粒宽均与产量显著正相关;垩白度和产量显著负相关。同一施氮水平下，穗肥施氮量与出糙率呈极显著正相关，与整精米率呈显著负相关，表明施用穗肥施氮越多越有利于提高出糙率，却降低了整精米率。

图1 稻草还田对稻米加工品质的影响Fig．1 Effects of straw return on ricemilling and appearance quality

表4 稻草还田对稻米外观品质的影响Tab．4 Effects of straw return on appearance quality of rice grain

2．2．3 稻草全量还田对稻米蒸煮及营养品质品质的影响 从表5可以看出，同一施氮水平下，稻草全量还田处理与CK相比，胶稠度略有增加，差异显著;透明度显著降低0．6级;直链淀粉降低0．3%，且差异极显著;蛋白质含量提高了0．14%，但碱消解值级别和水分无差异。说明稻草全量还田后能显著提高稻米的蒸煮品质和营养品质。

表5 稻草还田对稻米蒸煮营养品质的影响Tab．5 Effects of straw returning on cooking and nutritional quality

3 讨论

3．1 稻草还田对晚稻产量及其构成的影响

目前大多研究都认为适量稻草还田能提高下季水稻产量，但对稻草全量还田的增产效应，目前并没有一致性的结论［11-12］。有研究［13］表明稻草腐解释放的化学物质可能不利于下茬作物的生长，还田量达80% ～100%时会导致减产［14］，所以稻草应该适时、适量的还田，以趋利避害［8，13］。也有研究［15］认为，秸秆原位还田能明显提高水稻产量，与化肥配施时效果更为显著，产量随还田量的增加而提高。本研究表明，稻草全量还田下晚稻增产8．8%，达到极显著水平，与已有研究［5，16］结果的增产幅度基本一致，未发现稻草全量还田对晚稻生长和产量形成产生不利影响，可能是因为本试验稻草全量还田后机械旋耕使稻草与耕层土壤混匀并充分接触，加之晚稻季气温较高，有利于稻草的快速腐解。并且本研究氮肥用量及施用比例较为合理，也降低了稻草还田下微生物对氮素的固定。

目前关于稻草还田对水稻产量构成因素的影响已有大量报道，结果却不尽相同。有研究［16］指出稻草还田能显著提高水稻产量主要是因为有效穗数和每穗实粒数的增加;但也有研究［4］认为，秸秆全量还田降低了单位面积穗数，提高了每穗总粒数和结实率。本试验表明，稻草全量还田提高了有效穗数、结实率和千粒质量，与前人研究［3，17-18］一致。虽然每穗总粒数有所降低，每穗实粒数却有所增加，与前人研究［16］一致。

3．2 稻草还田后氮肥运筹对晚稻产量及其构成的影响

合理施用氮肥是水稻高产栽培的重要措施之一，在一定范围内，水稻产量随施氮量的增加而增加，超过最佳范围后会降低产量和部分产量因素［19］。佘冬立［9］认为，稻草全量还田下红壤稻田全年双季适宜施氮量为180～185 kg/hm2。本研究表明，稻草全量还田下，产量随施氮量的增加呈先增大后减小的趋势，施氮180 kg/hm2产量构成因素间较为协调，产量最高。施氮量与产量呈二次抛物线关系，与前人研究［20］一致。按照抛物线方程计算，要获得最高产量对应的施氮量应为199 kg/hm2，依据试验结果和方程计算，双季稻区稻草全量还田下，晚稻合理的施氮量应为180～200 kg/hm2。

前人对秸秆全量还田后一季稻的氮肥运筹已有研究［6，21-23］，但关于双季早稻稻草全量还田后的晚稻合理氮肥运筹却未见报道。洪春来［23］认为，秸秆全量还田后在施氮量一定的前提下，应适当增大前期施氮比例，降低土壤碳氮比，以促进秸秆分解，防止微生物“争氮”。王国忠［21］认为，秸秆全量还田下纯氮在全生育期前中后的配比以6．5∶0．5∶3为最佳。佘冬立［9］认为，稻草还田后施氮比例为m(基肥)∶m(分蘖肥)∶m(穗肥)=3∶3∶4处理产量最高。本研究表明，稻草全量还田后同一施氮水平下，氮肥以m(基肥)∶m(分蘖肥)∶m(穗肥)=5∶2∶3(m(基蘖肥)∶m(穗肥)=7∶3)处理有效穗数和结实率稳定的同时，具有较高每穗总粒数和千粒质量，各产量构成因素协调，产量最高，因此，在双季稻区早稻草全量还田后，晚稻合理的施氮比例应为 m(基肥)∶m(分蘖肥)∶m(穗肥)=5∶2∶3。

3．3 稻草还田和氮肥运筹对稻米品质的影响

已有研究［6-7，24］认为，秸秆还田后稻米的外观品质和加工品质有所改善，同时提高了稻米的食味营养品质和蒸煮品质。但在本研究中，等施氮量(N 180 kg/hm2)下，稻草全量还田反而比不还田处理的晚稻稻米的出糙率、精米率和整精米率等有所降低，蒸煮和营养品质得到显著改善，与前人［4，6，24］结果略有不同，可能因为秸秆类型不同、下茬水稻品种不同所致。有研究［4］表明稻米品质的改善可能与粒型有关［25］，而秸秆还田后稻米的长宽比增加，籽粒变长，养分运输的距离变短，因此垩白度下降。本试验结果表明，稻草全量还田后粒长无显著差异，粒宽可能因为籽粒灌浆较快而增加，长宽比略有降低。稻米垩白和粒型的形成机制较为复杂，因此稻草还田对改善稻米外观品质的机理还有待进一步研究。

稻米品质的表现是基因型与环境综合作用的结果，种植季节、栽培密度、氮肥运筹等外界环境因素，都可能对稻米品质产生一定的影响［26］。前人研究［27-28］表明，增施氮肥用量可以提高整精米率和蛋白质含量，增大糊化温度，降低垩白率和垩白度、缩短胶稠度。以往有关不同时期施氮对稻米品质影响的研究结果略有不同，有研究者认为后期施氮会使垩白米率上升［26］，外观品质变差，但也有相反的观点［29］;施氮时期对糊化温度和蛋白质的影响，众多研究观点基本一致，即后期施氮会使糊化温度略有下降，籽粒中蛋白质含量有所提高，改善稻米营养品质［27］。目前有关稻草全量还田下氮肥运筹对稻米品质影响的报道较少。本研究发现，稻草全量还田下，随施氮量增加，稻米出糙率升高，垩白度降低，产量最高处理(施氮180 kg/hm2)的垩白面积最小;同一施氮水平下，穗肥施氮越多，出糙率、精米率等加工品质相对越高，氮肥施用比例为m(基)∶m(蘖)∶m(穗)=5∶2∶3时，稻米的加工品质和外观品质最佳。说明稻草全量还田下合理的氮肥运筹不仅可以提高产量［5］，而且还可以改善稻米品质［24］，实现高产和优质的统一。

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