殷堯翥 郭長春 孫永健 武云霞 余華清 孫知白 張橋 王海月 楊志遠 馬均

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稻油輪作下油菜秸稈還田與水氮管理對雜交稻群體質(zhì)量和產(chǎn)量的影響

殷堯翥 郭長春 孫永健*武云霞 余華清 孫知白 張橋 王海月 楊志遠 馬均

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 水稻研究所/作物生理生態(tài)及栽培四川省重點實驗室，四川 溫江 611130；*通訊聯(lián)系人，E-mail：yongjians1980@163.com)

【目的】研究秸稈還田與水氮配施的理論與技術(shù)，探討對水稻群體質(zhì)量和產(chǎn)量形成的影響?！痉椒ā窟x用宜香優(yōu)2115為試驗材料，三因素裂裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為油菜秸稈堆腐還田和直接還田兩種秸稈還田方式，裂區(qū)為淹水灌溉和控制性交替灌溉兩種水分管理方式，裂裂區(qū)為4種施氮量，分析對水稻群體質(zhì)量及產(chǎn)量的影響，并探討秸稈還田與水氮管理模式下群體質(zhì)量和產(chǎn)量形成的關(guān)系。【結(jié)果】秸稈還田與水氮管理對主要生育時期水稻干物質(zhì)積累量、葉面積指數(shù)(LAI)及產(chǎn)量均存在顯著或極顯著的調(diào)控效應(yīng)，互作效應(yīng)顯著；且群體質(zhì)量指標與產(chǎn)量呈顯著或極顯著正相關(guān)。秸稈堆腐還田對水稻群體質(zhì)量指標的調(diào)控顯著高于秸稈直接還田，齊穗期高效葉面積指數(shù)提高了4.71%~6.50%，群體干物質(zhì)顯著增加了9.22%~13.30%；并對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素影響顯著，有效穗數(shù)及每穗粒數(shù)分別提高了5.9%~9.8%和1.5%~5.2%，從而使產(chǎn)量提高了9.5%~13.4%?？刂菩越惶婀喔认鄬τ谘凸嗄鼙ＷC足夠的穗數(shù)，提高干物質(zhì)積累量，減緩拔節(jié)至齊穗期葉面積衰減，加快結(jié)實期群體生長率，利于穗粒數(shù)及產(chǎn)量的提高；且隨著氮肥用量的增加，分蘗數(shù)、干物質(zhì)積累量、有效葉面積率和高效葉面積率均呈先增后降的趨勢?！窘Y(jié)論】從三因素間的互作效應(yīng)來看，秸稈堆腐還田處理下，控制性交替灌溉與施氮量150 kg/hm2，可有效提高齊穂期高效葉面積指數(shù)(4.80~5.32)，具有較高的結(jié)實期干物質(zhì)積累量(6.94~7.36 t/hm2)，顯著提高了有效穗(181.6萬~220.9萬/hm2)及每穗粒數(shù)(180~200粒)，從而顯著提高產(chǎn)量達到10328.1~12464.1 kg/hm2，為本研究節(jié)水減氮增效最佳的處理。

雜交水稻; 秸稈還田; 灌水方式; 施氮量; 群體質(zhì)量; 產(chǎn)量

農(nóng)作物秸稈含有豐富的碳、氮元素，是重要的綠色環(huán)保有機源之一，可以提高微生物數(shù)量及酶活性，對改善土壤理化性狀具有積極作用。近年來，油菜種植面積不斷擴大，2011－2015年全國油料油菜的年種植面積達1385.5萬hm2，其中油菜種植面積占油料作物的53.56%，產(chǎn)量占41.37%[1]。稻油輪作是四川稻區(qū)的主要種植模式之一，經(jīng)過多年研究、示范與推廣，油菜秸稈機械翻埋還田技術(shù)在油稻兩熟區(qū)得到了有效的推廣。有研究表明油菜秸稈還田可以提高土壤肥力[2-3]，但油菜秸稈還田后，秸稈的快速腐解期與水稻分蘗期重合，發(fā)生“爭氮”現(xiàn)象，推遲水稻返青期與分蘗期，影響水稻前期正常生長[4-5]。同時，水資源日益短缺及氮肥的過量施用，對農(nóng)業(yè)環(huán)境造成了一系列環(huán)境問題。然而水稻生產(chǎn)對水、氮依賴程度較高；合理的水氮管理，可提高水、氮的利用效率[6-9]。已有研究表明，干濕交替灌溉可增加有效穗數(shù)和結(jié)實率[6,10]，且能提高分蘗成穗率及劍葉光合速率，增加花后干物質(zhì)積累量[7,11]。另外，氮肥對干物質(zhì)積累、葉面積指數(shù)、群體莖蘗數(shù)和產(chǎn)量構(gòu)成均有顯著影響[12-13]。張軍等[14]認為，高地力田施氮量240~270 kg/hm2，中地力田285~315 kg/hm2，低地力田330~360 kg/hm2較為合適；魏海燕等[15]認為，超級粳稻產(chǎn)量隨著施氮量增加呈先增后減的趨勢，以300 kg/hm2最高。稻-油輪作是四川主要的耕作制度，如何合理有效地利用油菜秸稈，以及不同油菜秸稈還田處理下水、氮耦合對水稻產(chǎn)量及群體生長發(fā)育的影響鮮見報道。為此，本研究采用大田試驗，探究兩種秸稈還田方式下水、氮配施對水稻產(chǎn)量形成和群體生長的影響，以實現(xiàn)在水稻生產(chǎn)中節(jié)水節(jié)肥、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)環(huán)保的可持續(xù)性發(fā)展目標，為集成水稻栽培技術(shù)提供理論和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

在前期水氮互作[6]、灌溉方式與秸稈覆蓋優(yōu)化施氮模式[7]等研究的基礎(chǔ)上，于2017年和2018年分別在四川省成都市溫江區(qū)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻所試驗農(nóng)場、眉山市東坡區(qū)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)核心試驗基地開展進一步試驗。品種均選用優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)適用性廣的超級雜交秈稻宜香優(yōu)2115。試驗田前茬均油菜，耕層土壤質(zhì)地為砂壤土，理化性狀見表1。

表1 試驗田耕層土壤(0?20 cm)理化性狀及秸稈還田量

兩年試驗均于4月23日播種，旱育秧，5月30日移栽，單株栽植，行、株距為33.3 cm×16.7 cm。本研究在前期研究確定灌溉方式及施肥方式[4-5]的基礎(chǔ)上，采用秸稈處理還田方式×灌水方式×氮肥運籌3因素裂裂區(qū)試驗，主區(qū)設(shè)2種秸稈還田方式：1) 秸稈堆腐還田(A1)。將粉碎成10 cm的油菜稈鋪堆20 cm厚，均勻潑灑秸稈腐熟劑(愛益康生物菌肥發(fā)酵劑)水液，用量為每1000 kg秸稈潑灑2 kg腐熟劑水液；然后堆第2層，以此類推，共堆鋪10層后，覆膜密封，控制溫度不高于60℃，相對濕度保持在60%~70%，在腐熟過程中每24 h對堆體不同部位的溫度和濕度進行測定，當(dāng)溫度超過60℃時采用通風(fēng)降溫，濕度小于60%采用噴水增濕、降溫，堆腐8 d秸稈呈深褐色腐爛狀態(tài)還田。2) 秸稈粉碎直接還田(A2)。油菜機械化收割同時秸稈切碎還田，留茬高度及切碎秸稈均不超過10 cm，田間及時上水泡24 h軟化秸稈，然后用旋耕滅茬機械旋埋秸稈，5 d后再次旋耕平田。

裂區(qū)設(shè)兩種灌水方式：1) 淹灌(W1)。水稻移栽后田面一直保持1~3 cm水層，收獲前1周自然落干。2) 控制性交替灌溉(W2)。淺水(1~1.5 cm)栽秧，移栽后5~7 d田間保持2 cm水層確保秧苗返青，無效分蘗期曬田；其他各生育階段均采用灌淺水(2~2.5 cm)，自然落干至土壤水勢為?25 kPa時(用中國科學(xué)院南京土壤研究所生產(chǎn)的真空表式土壤負壓計測定)再灌水的交替灌溉。

準確記載每次灌水量，確保相同灌溉方式的小區(qū)每次灌水量一致，除去泡田用水，W1和W2各處理全生育期灌溉用水量分別為8510.0 m3/hm2和4490.0 m3/hm2。

裂裂區(qū)為4種施氮(尿素，含N 46%)水平：1) N0, 不施氮；2)N1, 75 kg/hm2；3)N2, 150 kg/hm2；4)N3, 225 kg/hm2。按基肥∶蘗肥(移栽后7d施用)∶穗肥(倒4葉、2葉分2次等量施入)=4∶3∶3施用。

各處理均施磷肥(過磷酸鈣)，施用量(折合P2O5) 90 kg/hm2，鉀肥(氯化鉀)施用量(折合K2O)150 kg/hm2，全部作基肥施用，3次重復(fù)，小區(qū)面積為15.60 m2，小區(qū)間筑埂(寬40 cm)，并用塑料薄膜包裹，以防串水串肥。其他田間管理按大面積生產(chǎn)田進行。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 分蘗動態(tài)

各小區(qū)定點20穴，從移栽后至齊穗期每隔7 d調(diào)查分蘗動態(tài)。

1.2.2 干物質(zhì)積累

于分蘗盛期、拔節(jié)期、齊穗及成熟期各小區(qū)按平均莖蘗數(shù)取代表性稻株5穴，分葉、莖鞘、穗(結(jié)實期)，置于烘箱105℃下殺青30 min，80℃烘至恒重后，測定地上部干物質(zhì)量，并計算群體生長率。

1.2.3 葉面積及葉面積指數(shù)(LAI)

拔節(jié)及齊穗期用CID-203葉面積儀(美國)測定綠葉面積，并計算LAI及葉面積衰減率，其中高效葉面積為有效莖蘗上3葉總?cè)~面積。

1.2.4 考種與計產(chǎn)

收獲時各小區(qū)調(diào)查具代表性稻株60穴，計數(shù)有效穗數(shù)并計算平均值，并隨機取10株(每株莖蘗數(shù)為各小區(qū)的平均莖蘗數(shù))為一個樣本，室內(nèi)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。各小區(qū)按實收株數(shù)計產(chǎn)。

表2 秸稈還田與水氮管理下稻谷產(chǎn)量及其構(gòu)成因子影響的方差分析 (F值)

*, ** 分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著。下同。

*, ** Significantly different at 0.05 and 0.01 probability levels, respectively. The same as below.

1.3 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel、Origin 9.0及DPS 6.5處理系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)及繪圖。兩年試驗土壤肥力存在一定差異，但不同年份各處理下水稻產(chǎn)量及各測定指標變化趨勢及重演性一致，且2017年測定指標較為系統(tǒng)，因此本研究主要以2017年數(shù)據(jù)結(jié)果進行分析。

1) 葉面積衰減率(LAI/d)=(2?1)/(2?1)式中；1和2分別為前后兩個生育時期測定的LAI，1和2分別為前后兩個生育時期測定的時間。

2) 群體生長率[g/(m2·d)]=(2?1)/(2?1)。式中，1和2分別為前后兩個生育時期測定的干物質(zhì)量，1和2分別為前后兩個生育時期測定的時間。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田方式與水氮管理下產(chǎn)量及主要群體指標的方差分析

由表2可見，除千粒重外，秸稈還田處理、灌水方式及施氮量對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均存在顯著或極顯著的影響；從三因素間的交互效應(yīng)來看，秸稈還田處理、灌水方式和施氮量對稻谷產(chǎn)量、每穗粒數(shù)以及千粒重均存在顯著或極顯著的影響，間接表明，秸稈還田方式與水氮管理通過影響每穗粒數(shù)及千粒重指標，進而影響產(chǎn)量。由表3可見，除灌水方式對拔節(jié)期和齊穗期總?cè)~面積影響不顯著外，秸稈還田處理、灌水方式及施氮量對其他群體質(zhì)量指標均存顯著或極顯著的影響；從三因素間的交互效應(yīng)來看，秸稈還田處理、灌水方式和施氮量對結(jié)實期群體生長率和拔節(jié)至齊穗葉面積衰減率存在顯著或極顯著的調(diào)控作用。

表3 秸稈還田與水氮管理下群體質(zhì)量指標影響的方差分析 (F值)

表4 秸稈直接還田下水氮管理處理對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響(2017年)

A1?秸稈堆腐還田；A2?秸稈直接還田；W1?淹水灌溉；W2?干濕交替灌溉；N0, N1, N2, N3分別表示施氮量為0 kg/hm2, 75 kg/hm2, 150kg/hm2, 225 kg/hm2。同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示同一秸稈還田下各水氮處理數(shù)據(jù)在5%水平上差異顯著。下同。

A1, Straw composting; A2, Direct straw returning; W1, Submerged irrigation; W2, Alternate irrigation; N0, N1, N2, N3, N application levels of0,75, 150, 225 kg/hm2, respectively. The valueswithin a column followed by different lowercase letters are significantly different at<0.05. The same as below.

表5 秸稈直接還田下水氮管理處理對雜交稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響(2018年)

A1?秸稈堆腐還田；A2?秸稈直接還田；W1?淹水灌溉；W2?干濕交替灌溉。

Fig. 1. Effects of water and N management on dynamic changes of stem and tiller in hybrid rice under different straw returning modes(2017).

2.2 秸稈還田方式與水氮管理對產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

秸稈堆腐還田處理下，稻谷實際產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均較秸稈直接還田處理顯著提高(表2，表4和表5)。由表4和表5還可以看出，兩年試驗中在秸稈還田方式與水氮管理對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響趨勢一致，相同秸稈還田處理下，除千粒重外，水稻有效穗、每穗粒數(shù)、結(jié)實率和實際產(chǎn)量均表現(xiàn)為W2>W1；就施氮量來看，各處理下有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)及實際產(chǎn)量均隨施氮量的增加呈先增后減的趨勢，以N2處理下最高，且過高的施氮量(N3處理)會導(dǎo)致結(jié)實率顯著降低，進而減產(chǎn)。表明秸稈堆腐還田可以顯著提高稻谷產(chǎn)量，且適宜的水氮配施能進一步促產(chǎn)。

表6 秸稈還田和水氮管理對雜交稻葉片、莖鞘和單莖干物質(zhì)量的影響(2017年)

2.3 秸稈還田方式和水氮管理對分蘗動態(tài)的影響

由圖1可見，與秸稈直接還田相比，秸稈堆腐還田下莖蘗數(shù)優(yōu)勢明顯。隨水稻生育進程，不同處理間水稻群體莖蘗變化趨勢基本一致，干濕交替灌溉均高于淹灌處理，施氮量是影響水稻分蘗多寡的主要因素，均表現(xiàn)為N3＞N2＞N1＞N0，且N3、N2、N1與N0差異顯著。各處理均在移栽后25 d到達分蘗盛期，且均在移栽后47 d左右達到最大。拔節(jié)期后莖蘗數(shù)減小趨勢趨于平緩，且表現(xiàn)為N2＞N3＞N1＞N0；與N3相比，雖然N2下最高莖蘗數(shù)較N3低，但成穗率提高。

2.4 秸稈還田方式和水氮管理對單莖葉片、莖鞘和單莖干物質(zhì)積累的影響

秸稈堆腐還田處理下，單莖干物質(zhì)累積均較秸稈直接還田處理顯著提高(表3，表6)。由表6還可以看出，在相同秸稈還田處理下，除W2下分蘗盛期單莖莖鞘干質(zhì)量外，各生育時期單莖葉片、莖鞘干質(zhì)量和單莖干質(zhì)量均表現(xiàn)為W2>W1；施氮處理各生育時期單莖葉片、單莖莖鞘干質(zhì)量和單莖干質(zhì)量均顯著高于N0處理；就施氮量來看，各生育時期單莖葉片、單莖莖鞘干質(zhì)量和單莖干質(zhì)量均隨施氮量的增加呈先增后減的趨勢，以N2處理下單莖生長優(yōu)勢最高。間接表明，雖然高施氮量(N3處理)齊穗前保持較高的分蘗數(shù)(圖1)，但單莖干物質(zhì)累積無顯著優(yōu)勢，甚至較N2處理顯著降低(表6)。

表7 秸稈直接還田下水氮管理對水稻群體干物質(zhì)積累特性的影響(2017年)

表8 秸稈直接還田下水氮管理對水稻群體干物質(zhì)積累特性(2018年)

2.5 秸稈還田方式和水氮管理對群體干物質(zhì)積累特性的影響

秸稈堆腐還田下，群體干物質(zhì)積累特性較秸稈直接還田顯著提高，且兩年結(jié)果趨勢一致(表3，表7和表8)。由表7和表8還可以看出，同一秸稈還田下，各生育時期群體干物質(zhì)量、階段干物質(zhì)累積量和群體生長率均表現(xiàn)為W2>W1；施氮處理各生育時期群體干物質(zhì)量、階段干物質(zhì)累積量和群體生長率均顯著高于N0處理；就不同施氮量來看，分蘗盛期群體干物質(zhì)量隨著施氮量的增加而增加，其他各生育時期群體干物質(zhì)量、階段干物質(zhì)累積量和群體生長率均隨施氮量的增加呈先增后減的趨勢，且均在N2處理下最高。間接表明雖然高施氮量(N3處理)在分蘗盛期具有較高的群體干物質(zhì)量，但拔節(jié)至成熟期干物質(zhì)積累量及群體生長率均無顯著優(yōu)勢，甚至較N2處理顯著降低。

表9 秸稈直接還田下水氮管理對雜交稻LAI的影響

H-LAI, 齊穗期高效葉面積指數(shù); R-LAI, 拔節(jié)至齊穗葉面積衰減率。

H-LAI, High valid leaf area index at the full heading stage; R-LAI, Leaf area decreasing rate from jointing to full heading stage.

2.6 秸稈還田方式和水氮管理對葉面積指數(shù)(LAI)的影響

對比兩種秸稈還田方式下，堆腐還田處理下各時期LAI及衰減率均顯著高于秸稈直接還田(表3，表9)。由表9還可以看出，在相同秸稈還田處理下，灌溉方式僅對高效葉面積及葉面積衰減率的影響達極顯著水平，且表現(xiàn)為W2>W1；就施氮量來看，LAI在分蘗盛期均隨施氮量的增加而增加，至拔節(jié)期，W2處理下LAI衰減率先呈現(xiàn)出先增后減的趨勢，以N2處理下LAI最高，葉面積衰減率也呈現(xiàn)先增后減的趨勢，且施氮較N0處理差異顯著。間接表明，最高施氮量在前期可以提升LAI，但對高效LAI無顯著優(yōu)勢，甚至較N2處理顯著降低，且干濕交替與N2組合可以較早的提高LAI。

表10 水稻LAI、群體生長率與干物質(zhì)累積及產(chǎn)量的相關(guān)性

H-LAI?齊穗期高效葉面積指數(shù); PGR?群體生長率; JS?拔節(jié)期; FHS?齊穗期; MS?成熟期。*,**分別表示在0.05和0.01水平上顯著相關(guān)。

H-LAI, High valid leaf area index at the full heading stage; PGR, Population growth rate; JS, Jointing stage; FHS, Full heading stage; MS, Maturity stage.*,**Mean significant correlation at the 0.05 and 0.01 levels, respectively.

2.7 葉面積和群體生長率與干物質(zhì)積累、產(chǎn)量的關(guān)系

由表9可見，各時期LAI、葉面積衰減率和群體生長率與單莖干物質(zhì)量、總干物質(zhì)量、有效穗、產(chǎn)量整體上呈極顯著正相關(guān)。表明秸稈還田與水氮管理處理下有利于提高水稻葉面積，尤其齊穗期群體生長率，以及齊穗至成熟期群體生長率分別與產(chǎn)量正相關(guān)達0.95**和0.92**，進而提高產(chǎn)量。

3 討論

3.1 不同秸稈還田方式和水氮管理對雜交秈稻產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

群體庫容(穗數(shù)和每穗粒數(shù))和籽粒充實度(結(jié)實率和千粒重)是決定水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，而提高水稻群體庫容是提高水稻產(chǎn)量的前提[16-17]。在秸稈還田方面，嚴奉君等[18]與陳培峰等[19]的研究表明，秸稈翻耕還田較不還田處理，水稻有效穗數(shù)顯著增加，進而增產(chǎn)。而在秸稈腐熟還田方面，朱萍等[20]研究表明，秸稈腐熟后還田能明顯改善土壤肥力，從而使稻谷產(chǎn)量提高；懷燕等[21]研究表明，使用腐熟劑的油菜秸稈還田與油菜秸稈直接還田相比，在油菜秸稈腐爛速度、改善土壤理化性狀、稻田養(yǎng)分含量及稻谷產(chǎn)量上差異均不顯著。但本研究表明，秸稈還田和灌溉方式與氮肥互作對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響均達顯著水平。秸稈與水互作對每穗粒數(shù)影響顯著；其中，兩種秸稈還田處理下，秸稈堆腐還田處理有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重顯著高于秸稈直接還田處理，利于增產(chǎn)；尤其氮肥的施入(N1處理)相對于不施氮處理，秸稈堆腐還田處理有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)較秸稈直接還田處理增幅顯著提高，分別為7.97%~11.55%和5.52%~ 7.46%(2017年和2018年)；存在顯著的秸稈還田和氮肥管理互作效應(yīng)(表2)，且隨著施氮量的增加，增幅呈先增加后降低的趨勢，間接表明在秸稈腐熟處理下，可以適當(dāng)?shù)臏p少前期的氮肥施用量，提高肥效；這可能的原因為油菜秸稈的提前腐熟處理，使秸稈“爭氮”現(xiàn)象減緩，釋放養(yǎng)分更充足，并與前期基蘗氮肥的施用耦合，促進了分蘗的發(fā)生，提高了有效穗數(shù)，并保證協(xié)調(diào)水稻各生育時期的養(yǎng)分供給，從而使水稻莖稈強壯，于結(jié)實期為穗部輸送充足養(yǎng)分，提高了每穗粒數(shù)及產(chǎn)量。此外，本研究兩年產(chǎn)量數(shù)據(jù)存在一定差異，2018年產(chǎn)量要明顯高于2017年，可能是因為兩年試驗地點基礎(chǔ)肥力差異所致，但不同年份各處理下稻谷產(chǎn)量及各測定指標變化趨勢及重演性較好，進一步驗證了在不同肥力水平下，兩年不同優(yōu)化處理結(jié)果的一致性?？傊斩捀爝^程中消耗大量的氮素，而秸稈經(jīng)過腐熟后還田較秸稈直接還田，緩解了與稻株生育前期的爭氮過程，促進了水稻群體莖蘗數(shù)的增加，有利于有效穗數(shù)的提高，進而增加群體干物質(zhì)量；而水稻生育后期對土壤中氮素及秸稈腐熟釋放養(yǎng)分的綜合利用，促進了水稻的灌漿結(jié)實，進而使籽粒飽滿，提高了稻谷結(jié)實率，形成了“穗足、粒多及飽滿型”的稻谷，從而顯著提高產(chǎn)量。

水分管理與施氮量互作對雜交稻產(chǎn)量及其生理機制的研究較多，但結(jié)論不一致。Cabangon等[22]認為水分管理和施氮量對稻谷產(chǎn)量及生物量無顯著的交互作用，而楊建昌等[23]和Sun等[24]認為，水分管理、施氮量對水稻產(chǎn)量有顯著的互作效應(yīng)。本研究表明，兩種不同秸稈處理還田下，灌溉方式和施氮量互作對水稻產(chǎn)量、每穗粒數(shù)和千粒重的影響均達顯著水平，干濕交替灌溉有助于提高水稻有效穗和結(jié)實率；而在適宜的施氮量范圍內(nèi)，隨著施氮量的增加產(chǎn)量表現(xiàn)為正效應(yīng)，增加至N2時產(chǎn)量最大，且效應(yīng)表現(xiàn)為N2>N1>N0，當(dāng)施氮量增加至N3水平時，產(chǎn)量反而下降，主要原因是過高的施氮量使水稻生育前期營養(yǎng)生長過于旺盛，分蘗過多，無效分蘗多(圖1)，導(dǎo)致大量的氮素隨無效分蘗損失，在抽穗后形成的有效穗占比反而較N2少，生育后期氮素不足，雖然形成了穗大及每穗實粒數(shù)多的有效穗，但結(jié)實率和千粒重顯著降低，從而導(dǎo)致產(chǎn)量顯著降低。從相關(guān)性來看，秸稈還田下水氮管理對水稻LAI、H-LAI及群體生長率與干物質(zhì)積累量、有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)及產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)(表10)，說明秸稈直接還田下水氮管理，有效改善了水稻生育期田間的生長條件，個體生長潛力得到充分發(fā)揮，LAI、單莖莖葉干質(zhì)量等個體性狀指標表現(xiàn)出較大的優(yōu)越性，雜交稻的群體生長顯著增強，干物質(zhì)積累增多，促使齊穗后籽粒灌漿充實，形成高質(zhì)量的群體；促進了齊穗后 LAI 和群體生長率的提高，有利于后期葉片和莖鞘中養(yǎng)分向穗部的轉(zhuǎn)運，使穗部充分灌漿，進而達到高產(chǎn)。

3.2 不同秸稈還田方式和水氮管理對雜交秈稻干物質(zhì)積累的影響

秸稈還田對水稻生長的影響研究較多，但結(jié)果尚未達到一致。有研究表明，在水稻生育前期，秸稈還田對水稻生長發(fā)育有一定促進作用[25-26]。葉文培等[27]研究表明，秸稈還田對水稻前期生長無抑制作用，且可以提高水稻生育期的葉面積擴張速率，促進水稻分蘗發(fā)生，從而加強水稻生育前期的光合能力。也有研究表明，秸稈還田對水稻生長的影響表現(xiàn)為“先抑后揚”的影響規(guī)律，即在水稻生育前期抑制根的生長[28]，使水稻前期形成僵苗，減少水稻的分蘗，但可以促進水稻根系生長，進而提高地上部分的干物質(zhì)積累，增加水稻有效穗數(shù)、提升水稻產(chǎn)量[29-30]。而本研究表明，秸稈堆腐還田較秸稈直接還田可以顯著提高水稻單莖莖葉干物質(zhì)量、群體干物質(zhì)量及LAI，說明秸稈堆腐還田有效改善了田間土壤環(huán)境，提供更多的營養(yǎng)成分，使水稻群體生長顯著增強，干物質(zhì)和光合產(chǎn)物積累增多，向穗部轉(zhuǎn)運充足的營養(yǎng)物質(zhì)，使水稻籽粒灌漿飽滿，從而有利于群體干物質(zhì)的累積，這進一步補充和豐富了前人研究[23-28]。

水氮管理對水稻群體的影響也有較多的研究。張自常等[31]研究指出，不同水分條件下干物質(zhì)的積累存在明顯差異，干濕交替灌溉有助于增加花后干物質(zhì)積累量占總質(zhì)量的比例。孫永健等[32]研究表明，水、氮管理對雜交秈稻主要生育時期干物質(zhì)累積、LAI、莖蘗成穗率、齊穂期粒葉比、凈光合速率、群體透光率及產(chǎn)量均存在顯著的互作效應(yīng)，且各群體質(zhì)量指標與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。本研究表明在秸稈還田下，干濕交替灌溉較淹灌明顯提高水稻干物質(zhì)積累量，原因可能為秸稈還田和曬田相結(jié)合的干濕交替灌溉可以控制無效分蘗發(fā)生，避免對養(yǎng)分的浪費，使水稻個體生長潛力得到充分發(fā)揮，葉面積、單莖莖葉干質(zhì)量等個體性狀表現(xiàn)出較大的優(yōu)越性，可能利于后期干物質(zhì)積累和莖鞘、葉片中養(yǎng)分向穗部的轉(zhuǎn)運，穩(wěn)定結(jié)實率和千粒重；有利于干物質(zhì)在后期的積累，繼而促進莖鞘和葉片向穗部轉(zhuǎn)運充足的養(yǎng)分，有利于水稻生殖生長期的灌漿結(jié)實，保證了高產(chǎn)群體的形成，在一定程度上起到了擴“庫”增“源”的作用。而淹水灌溉下無效分蘗較多，形成的有效穗明顯減少，單莖莖葉干質(zhì)量表現(xiàn)較差，群體干物質(zhì)積累量小，可能因淹灌處理下根系生長較干濕交替處理下弱，不利于干物質(zhì)積累。Ishii[33]研究表明，LAI是作物光合和提升籽粒產(chǎn)量的關(guān)鍵因素；而本研究表明，LAI受水與氮的調(diào)控，LAI是決定光合產(chǎn)物的關(guān)鍵因素；兩種秸稈處理還田下，W2較W1在分蘗盛期和拔節(jié)期LAI較低，主要是因為生育前期莖蘗數(shù)差異所致，但在齊穂期高效LAI整體上表現(xiàn)為W2優(yōu)于W1，確保了群體生長率，促進了產(chǎn)量的增加。本研究僅表明秸稈堆腐還田及水氮配施可顯著改善群體質(zhì)量，進而提高稻谷產(chǎn)量產(chǎn)；但稻油輪作制度中，秸稈還田與水氮管理下秸稈腐熟后水稻養(yǎng)分利用、水稻根系生長及氮素利用等如何進一步明確豐富增產(chǎn)機理，尚有待于進一步研究。

4 結(jié)論

秸稈還田與水氮管理對主要生育時期水稻干物質(zhì)積累量、葉面積指數(shù)、群體生長率及產(chǎn)量均存在顯著或極顯著的調(diào)控效應(yīng)，且互作效應(yīng)顯著；秸稈堆腐還田可以顯著提高稻谷產(chǎn)量，且適宜的水氮配施能進一步促產(chǎn)。本研究中，秸稈堆腐還田處理下，控制性交替灌溉與施氮量為150 kg/hm2時，可有效提高齊穂期高效葉面積指數(shù)、單莖莖鞘與葉片干物重，具有較高群體生長率，促進干物質(zhì)積累，顯著提高了有效穗數(shù)及每穗粒數(shù)，并保持了穩(wěn)定的結(jié)實率，從而顯著提高水稻產(chǎn)量。

[1] 廖伯壽, 殷艷, 馬霓. 中國油料作物產(chǎn)業(yè)發(fā)展回顧與展望. 農(nóng)學(xué)學(xué)報, 2018, 8(1): 107-112.

Liao B S, Yin Y, Ma N. Review and future prospects of oil crops industry development in China., 2018, 8(1): 107-112.

[2] Kousterna E. The effect of covering and mulching on the temperature and moisture of soil and broccoli yield., 2014, 21(2): 165-178.

[3] Su W, Lu J W, Wang W N, Li X K, Ren T, Cong R H. Influence of rice straw mulching on seed yield and nitrogen use efficiency of winter oilseed rape in intensive rice oilseed rape cropping system., 2014, 159: 53-61.

[4] Jawson M D, Elliott L F. Carbon and nitrogen transformations during wheat straw and root decomposition., 1986, 18: 15-22.

[5] 馬宗國, 盧緒奎, 萬麗, 陳祖光, 左輝. 小麥秸稈還田對水稻生長及土壤肥力的影響. 作物雜志, 2003(5): 37-38.

Ma Z G, Lu X K, Wan L, Chen Z G, Zuo H. Effects of wheat straw returning on rice growth and soil fertility., 2003(5): 37-38. (in Chinese with English abstract)

[6] 孫永健, 馬均, 孫園園, 徐徽, 嚴奉君, 代鄒, 蔣明金, 李玥. 水氮管理模式對雜交秈稻岡優(yōu)527群體質(zhì)量和產(chǎn)量的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014, 47(10): 2047-2061.

Sun Y J, Ma J, Sun Y Y, Xu H, Yan F J, Dai Z, Jiang M J, Li Y. Effects of water and nitrogen management patterns on population quality and yield of hybrid rice Gangyou 527., 2014, 47(10): 2047-2061. (in Chinese with English abstract)

[7] 嚴奉君, 孫永健, 馬均, 徐徽, 李玥, 代鄒, 楊志遠, 蔣明金, 孫園園. 灌溉方式與秸稈覆蓋優(yōu)化施氮模式對秸稈腐熟特征及水稻氮素利用的影響. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2016, 24(11): 1435-1444.

Yan F J, Sun Y J, Ma J, Xu H, Li Y, Dai Z, Yang Z Y, Jiang M J, Sun Y Y. Effects of irrigation method and straw mulch-nitrogen management pattern on straw decomposition characteristics and nitrogen utilization of hybrid rice., 2016, 24(11): 1435-1444. (in Chinese with English abstract)

[8] 趙建紅, 李玥, 孫永健, 李應(yīng)洪, 孫加威, 代鄒, 謝華英, 徐徽, 馬均. 灌溉方式和氮肥運籌對免耕廂溝栽培雜交稻氮素利用及產(chǎn)量的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2016, 22(3): 609-617.

Zhao J H , Li Y, Sun Y J, Li Y H, Sun J W, Dai Z, Xie H Y, Xu H, Ma J. Effects of irrigation and nitrogen management on nitrogen use efficiency and yield of hybrid rice cultivated in ditches under no-tillage., 2016, 22(3): 609-617. (in Chinese with English abstract)

[9] Wang Z Q, Zhang W Y, Beebout S S, Hao Z, Liu L. Grain yield, water and nitrogen use efficiencies of rice as influenced by irrigation regimes and their interaction with nitrogen rates., 2016: 193, 54-69.

[10] 常勇, 黃忠勤, 周興根, 孫克新, 周澗楠, 丁震乾, 王波, 李小珊. 不同麥秸還田量對水稻生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響田. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2018, 46(20): 47-51.

Chang Y, Huang Z Q, Zhou X G, Sun K X, Zhou J N, Ding Z Q, Wang B, Li X S. Different amount of wheat straw counters-field impact on rice growth, yield and quality., 2018, 46(20): 47-51. (in Chinese with English abstract)

[11] 劉玲玲, 劉婷, 狄霖, 吳文祥, 盛海君, 余彬彬, 楊艷菊, 錢曉晴, 王娟娟. 秸稈全量還田對水稻生長及土壤理化性質(zhì)的影響. 揚州大學(xué)學(xué)報, 2018, 39(3): 81-85.

Liu L L, Liu T, Di L, Wu W X, Sheng H J, Yu B B, Yang Y J, Qian X Q, Wang J J. Influences of total straw returning on rice growth and soil physiochemical properties.2018, 39(3): 81-85. (in Chinese with English abstract)

[12] Zeng X M, Han B J, Xu F S, Huang J L, Cai H M, Shi L. Effects of modified fertilization technology of on the grain yield and nitrogen use efficiency of midseason rice., 2012, 137: 203-212.

[13] 李旭毅, 孫永健, 程洪彪, 鄭宏禎, 劉樹金, 胡蓉, 馬均. 兩種生態(tài)條件下氮素調(diào)控對不同栽培方式水稻干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2011, 17(4): 773-781.

Li X Y, Sun Y J, Cheng H B, Zhen H Z, Liu S J, Hu R, Ma Jet al. Effects of nitrogen application strategy and cultivation model on the performances of canopy apparent photosynthesis of Indica hybrid rice Eryou 498 during filling stage., 2011, 17(4): 773-781. (in Chinese with English abstract)

[14] 張軍, 張洪程, 段祥茂. 地力與施氮量對超級稻產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素利用率的影響. 作物學(xué)報, 2011, 37(11): 2020-2029.

Zhang T, Zhang H C, Duan X M. Effects of soil fertility and nitrogen application rates on super rice yield quality, and nitrogen use efficiency., 2011, 37(11): 2020-2029. (in Chinese with English abstract)

[15] 魏海燕, 工亞江, 孟天瑤, 徐宗進, 楊波, 郭保衛(wèi),杜斌,戴其根, 許軻, 霍中洋, 魏海燕. 機插超級粳稻產(chǎn)量、品質(zhì)及氮肥利用率對氮肥的響應(yīng). 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2014, 25(2): 488-496.

Wei H Y, Wang Y J, Meng T Y, Xu Z J, Yang B, Guo B W, Du B, Dai Q G, Xu K, Huo Z Y, Wei H Y. Response of yield, quality and nitrogen use efficiency to nitrogen fertilizer from mechanical transplanting super japonica rice., 2014, 25(2): 488-496. (in Chinese with English abstract)

[16] 于林惠, 李剛?cè)A, 徐晶晶, 凌啟鴻, 丁艷鋒. 基于高產(chǎn)示范方的機插水稻群體特征研究. 中國水稻科學(xué), 2011, 26(4): 451-456.

Yu L H, Li G H, Xu J J, Ling Q H, Ding Y F. Population characteristics of machine-transplantedrice based on high-yield demonstration fields., 2011, 26(4): 451-456. (in Chinese with English abstract)

[17] Zhang H, Chen T T, Liu L J, Wang Z Q, Yang J C, Zhang J. Performance in grain yield and physiological traits of rice in the Yangtze River basin of China during the last 60 yr., 2013, 12(1):57-66.

[18] 嚴奉君, 孫永健, 馬均, 徐徽, 李玥, 楊志遠, 蔣明金, 呂騰飛等. 秸稈覆蓋與氮肥運籌對雜交稻根系生長及氮素利用的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2015, 21(1): 23-55.

Yan F J, Sun Y J, Ma J, Xu H, Li Y, Yang Z Y, Jiang M J, Lü T F. Effects of straw mulch and nitrogen management on root growth and nitrogen utilization characteristics of hybrid rice., 2015, 21(1): 23-55. (in Chinese with English abstract)

[19] 陳培峰, 董明輝, 顧俊榮, 惠鋒, 喬中英, 楊代鳳, 劉騰飛. 麥秸還田與氮肥運籌對超級稻強弱勢粒粒重與品質(zhì)的影響. 中國水稻科學(xué), 2012, 26(6): 715-722.

Chen P F, Dong M H, Gu J R, Hui F, Qiao Z Y, Yang D F, Liu T F. Effects of returning wheat residue to field and nitrogen management on grain weight and quality of superior and inferior grain in super rice., 2012, 26(6): 715-722. (in Chinese with English abstract)

[20] 朱萍, 顧艾節(jié), 王華, 顧建芹. 稻麥秸稈連續(xù)還田配施腐熟劑對土壤性狀和水稻產(chǎn)量的影響. 上海農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2018, 34(2): 60-64.

Zhu P, Gu A J, Wang H, Gu J Q, Gu J Q. Effects of continuous rice and wheat straw returning to field with decomposing agent on soil properties and rice yield., 2018, 34(2):60-64. (in Chinese with English abstract)

[21] 懷燕, 潘建清, 陳一定, 陸若輝, 朱偉鋒. 腐熟劑作用下油菜秸稈還田對土壤性狀與單季稻產(chǎn)量的影響. 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014(5): 636-638.

Huan Y, Pan J Q, Chen Y D, Lu R H, Zhu W F. Rotten agent under the action of rape straw returned to soil properties and the effect of single harvesting yield., 2014(5): 636-638. (in Chinese with English abstract)

[22] Cabangon R J, Tuong T P, Castillo E G, Bao L X, Lu G A, Wang G H, Cui Y L, Bouman B A M, Li Y H, Chen C D, Wang J Z. Effect of irrigation method and N-fertilizer management on rice yield, water productivity and nutrient-use efficiencies in typical lowland rice conditions in China., 2004, 2: 195-206.

[23] 楊建昌, 王志琴, 朱慶森. 不同土壤水分狀況下氮素營養(yǎng)對水稻產(chǎn)量的影響及其生理機制的研究. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 1996, 29(4): 58-66.

Yang J C, Wang Z Q, Zhu Q S. Effect of nitrogen nutrition on rice yield and its physiological mechanism under different status of soil moisture., 1996, 29(4): 58-66. (in Chinese with English abstract)

[24] Sun Y J, Ma J, Sun Y Y, Xu H, Yang Z Y, Liu S J, Jia X W, Zheng H Z. The effects of different water and nitrogen managements on yield and nitrogen use efficiency in hybrid rice of China., 2012, 127(27): 85-98.

[25] 吳登, 黃世礽, 李明灌, 謝毅棟, 梁玉祥, 陳智慧. 稻草還田免耕拋秧的增產(chǎn)效果及節(jié)水效應(yīng). 雜交水稻, 2006(S1): 109-112.

Wu D, Huang S R, Li M G, Xie Y D, Liang Y X, Chen Z H. Straw counters-field increase yield and some water-saving effect., 2006(S1): 109-112. (in Chinese with English abstract)

[26] 任萬軍, 劉代銀, 伍菊仙, 楊文鈺, 樊高瓊. 免耕高留茬拋秧稻的產(chǎn)量及若干生理特性研究. 作物學(xué)報, 2008, 34(11): 1994-2002.

Ren W J, Liu D Y, Wu J X, Yang W Y, Fan G Q. Effect of broadcasting rice seedlings in the field with high stand- ing-stubbles under no-tillage condition on yield and some physiological characteristics., 2008, 34(11): 1994-2002. (in Chinese with English abstract)

[27] 葉文培, 謝小立, 王凱榮, 李志國. 不同時期秸稈還田對水稻生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響. 中國水稻科學(xué), 2008, 22(1): 65-70.

Ye W P, Xie X L, Wang K R, Li Z G. Effects of rice straw maturing in different periods on growth and yield of rice., 2008, 22(1): 65-70. (in Chinese with English abstract)

[28] Jawson M D, Elliott L F. Carbon and nitrogen transformations during wheat straw and root decomposition., 1986, 18: 15-22.

[29] 張杰, 劉正柱, 將井軍, 陳鳳英. 小麥留高茬還田的效果. 土壤通報, 2001(4): 34-36.

Zhang J, Liu Z Z, Jiang J J, Chen F Y. The Effect and methods of returning the high stubble of wheat stubble into field., 2001(4): 34-36. (in Chinese with English abstract)

[30] 錢洪兵, 韓春貴, 錢存進, 嚴桂珠. 稻麥秸稈直接還田技術(shù)研究. 土壤通報, 1998(2): 26-29.

Qian H B, Han C G, Qian C J, Yan G Z. Rice and wheat straw counters-field technology research., 1998(2): 26-29. (in Chinese with English abstract)

[31] 張自常, 李鴻偉, 曹轉(zhuǎn)勤, 王志琴, 楊建昌. 施氮量和灌溉方式的交互作用對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)影響. 作物學(xué)報, 2013, 39(1): 84-92.

Zhang Z C, Li H W, Cao Z Q, Wang Z Q, Yang J C. Effect of interaction between nitrogen rate and irrigation regime on grain yield and quality of rice., 2013, 39(1): 84-92. (in Chinese with English abstract)

[32] 孫永健, 孫園園, 劉樹金, 楊志遠, 程洪彪, 賈現(xiàn)文, 馬均. 水分管理和氮肥運籌對水稻養(yǎng)分吸收、轉(zhuǎn)運及分配的影響. 作物學(xué)報, 2011, 37(12): 2221-2232.

Sun Y J, Sun Y Y, Liu S J, Yang Z Y, Cheng H B, Jia X W, Ma J. Effects of water management and nitrogen application strategies on nutrient absorption, transfer, and distribution in rice., 2011, 37(12): 2221-2232. (in Chinese with English abstract)

[33] Ishii R. Leaf photosynthesis in rice in relation to grain yields//Abrol Y P, Govindjee M P. Photosynthesis -Photoreactions to Plant Productivity. Kluwer, Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1993: 561-569.

Effects of Rape Straw Retention and Water and Nitrogen Management on Population Quality and Yield of Hybrid Rice Under Rice-rape Rotation

YIN Yaozhu, GUO Changchun, SUN Yongjian*, WU Yunxia, YU Huaqing, SUN Zhibai, ZHANG Qiao, WANG Haiyue, YANG Zhiyuan, MA Jun

(,,;Corresponding author,:)

【Objective】It has great significance to investigate the interaction mode between straw returning and water-nitrogen (N) management on rice population quality and yield.【Method】Hybrid rice (Yixiangyou 2115) was used as experimental materials with two straw retention ways as main plot (crop straw composting and direct straw returning) and conventional irrigation and alternate irrigation as split plot and four N rates as split-split plot. The relationship between population quality and yield of hybrid rice were also analyzed.【Results】Straw returning and water-nitrogen (N) management exert significant or extremely significant effects on biomass accumulation of hybrid rice, LAI and grain yield. Correlation analysis indicated that there existed significantly or highly significantly positive correlations between population quality index and yield. The straw composting had a highly significant effect on population growth rate and grain yield compared with direct straw returning, the high valid leaf area index at the full heading stage increased by 4.71%?6.50%, Dry matter weight of population during maturity increased by 9.22%?13.30%, and the effective panicle number increased by 5.9%?9.8%, the spikelet number by 1.5%?5.2%, the yield by 9.5%?13.4%. Compared with conventional irrigation, controlled alternative irrigation could ensure sufficient panicle number, increase dry matter accumulation, slow down leaf area attenuation rate from jointing stage to full heading stage, accelerate population growth rate at seed-setting stage, and increase grain number per panicle and yield significantly. With the increase of nitrogen rate, the number of tillers, dry matter accumulation, effective leaf area ratio and effective leaf area rate all increased at first and then decreased. 【Conclusion】From the perspective of the effect of the three factors, straw composting, alternative irrigation, 150 kg/hm2nitrogen level were the optimum treatment of water saving and N reduction in this experiment. It can significantly improve efficient LAI of full heading (4.80?5.32), enhance the high dry matter accumulation rate during filling stage (6.94?7.36 t/hm2), notely increase effective panicle number (181.6×104?220.9×104/hm2) and grain number per panicle(180?200), achieving grain yield of hybrid rice of 10328.1?12464.1 kg/hm2.

hybrid rice; straw returning; irrigation regimes;N rate; population quality; yield

2018-09-13；

2019-02-26。

國家重點研發(fā)計劃重點專項(2018YFD0301202，2017YFD0301701，2016YFD0300506)；四川省教育廳重點項目(16ZA0044)；四川省學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人培養(yǎng)支持經(jīng)費資助項目(2016-183)；四川省育種攻關(guān)專項(2016NYZ0051)。

S143.1; S511.048

A

1001-7216(2019)03-0257-12

10.16819/j.1001-7216.2019.8102