油菜秸秆还田下不同水稻栽培模式对产量和氮肥利用率的影响

程建平 李进兰 李阳 徐得泽 赵锋 汪本福 张枝盛 费利红 张璟

摘要：在油菜秸秆全量还田下，结合不同氮肥用量、栽培密度和水分管理措施构建6种栽培模式，并考察不同栽培模式对水稻产量形成和肥料利用的影響。结果表明，与常规常密模式（T2）相比，常规密度减氮模式（T4）水稻产量降低，而常规氮肥增密模式（T3）、增密减氮模式（T5）和前期控水模式（T6）的水稻产量分别增加了6.96%、3.24%、8.96%;不施氮处理（T1）总产量显著低于其他处理。增密减氮模式增加了水稻群体数量，不仅弥补了因个体穗粒数降低而对产量的不利影响，而且还增加了产量，并显著提高了氮肥利用率。

关键词：油菜秸秆还田;栽培模式;水稻产量;氮肥利用率

中图分类号：S511.4;S318         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）24-0062-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.24.017           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： Six cultivation modes were constructed by different nitrogen application， planting density， and water management under the condition of total amount of rape straw returned to the field. And the effects of different cultivation modes on rice yield formation and fertilizer utilization were investigated during the rice growing season. The results showed that compared with normal nitrogen application， planting density and water management （T2）， normal planting density and low nitrogen application （T4） decreased rice grain yield and high planting density （T3）， high planting density with nitrogen reduction （T5） and water control in early growth stage（T6） increased rice grain yield by 6.96%， 3.24% and 8.96%， respectively. In addition， rice grain yield of no nitrogen application （T1） was significantly lower than other treatments. Moreover， although reduce the individual grain number per panicle， high planting density with nitrogen reduction（T5） improved population size， thus increased rice grain yield and nitrogen use efficiency.

Key words： rape straw return to the field; cultivation mode; rice grain yield; nitrogen use efficiency

合理的群体分布是协调群体与个体矛盾的最佳措施，也是提高水稻产量的有效途径之一[1]。随着中国水稻生产机械化程度不断提高，尤其是以机直播和机插秧为代表的机械化水稻种植的普及，机械化能够降低劳动强度、提高生产效率的显著优势受到广大从事稻作人员的普遍认可。然而，目前水稻机械化生产仍然有许多关键问题亟待解决。比如农机农艺融合的问题。农户在机插秧条件下，为了节约水稻用种成本，栽插密度往往不足。此外，为了减少施肥次数往往会加大基蘖肥的施用比例，为在低密度下获得更高的茎蘖数和有效穗数，会盲目提高氮肥总施用量[2]。这样会导致群体分布不合理，基本苗和有效穗数不足，降低水稻产量;另外，由于前期氮肥施用过多，会降低氮肥利用效率、导致面源污染。因此，优化栽插密度和氮肥施用对提高水稻机械化生产具有重要意义。

稻-油轮作是湖北省主要的种植模式之一，其种植模式主要分布在鄂东丘陵地带和江汉平原[3]。本研究在稻-油轮作油菜秸秆全量还田条件下，依据氮肥管理、机插密度及水分管理措施的差异构建6种栽培模式，明确其对水稻产量和氮肥利用率的影响，以期为湖北省稻-油轮作区水稻机械化生产提供技术参考。

1  材料与方法

1.1  试验地点

试验设置在湖北省荆门市沙洋县曾集镇张池村（E111°47′，N30°51′），该区为典型一年稻、油两熟复种轮作区，属亚热带湿润大陆季风气候，四季分明、光能充裕、热量丰富、雨量适中、雨热同季，年均气温16.1 ℃、降水量1 025.6 mm。供试土壤为红棕壤发育而成的水稻土，土壤肥力水平中等，试验区地势平坦，易于机械化操作。

1.2  试验品种

水稻品种为和两优332，前茬为油菜，种植品种为华油杂62R。

1.3  试验处理

种植模式为稻-油轮作，油菜于2016年10月上中旬播种，播种量为5.25～6.75 kg/hm2，2017年5月20日收获。水稻于2017年5月10日播种，5月30日插秧，9月25日收获。

试验为随机区组设计，共设置6种种植模式，3次重复，共18个小区，小区面积109 m2。油菜收获后秸秆粉碎还田（粉后秸秆长度10 cm左右），翻耕（深度為15～20 cm）后泡田、耙田机插秧，秸秆全量还田。

T1：不施氮肥，常规密度，常规水分管理。肥料管理，不施氮肥;磷肥（P2O5，75 kg/hm2）作为底肥1次施用;钾肥（K2O 75 kg/hm2）作为底肥与穗肥各施用一半。常规密度，插秧规格为3 cm（行距）×20 cm（株距），取秧量为2～3株/穴（下同）。常规水分管理，前期保持浅水（1～3 cm）、中期排水烤田、后期干湿交替（每次灌水后自然落干）。

T2：常规肥料管理，常规密度，常规水分管理。常规肥料管理，氮肥（纯氮、180 kg/hm2）分别作为基肥、分蘖肥以及穗肥以5∶3∶2的比例施用;磷肥（P2O5，

75 kg/hm2）作为底肥1次施用;钾肥（K2O，75 kg/hm2）作为底肥与穗肥各施用50%。常规密度，与T1相同。常规水分管理，与T1相同。

T3：常规肥料管理，增密，常规水分管理。常规肥料管理，与T2相同。增密，种植规格为30 cm（行距）×16 cm（株距）。常规水分管理，与T1相同。

T4：减氮，常规密度，常规水分管理。减氮，氮肥在T2的基础上减少20%，氮肥（纯氮、144 kg/hm2）分别作为基肥、分蘖肥以及穗肥以4∶3∶2的比例施用;磷肥和钾肥施用与T1相同。常规密度，与T1相同。常规水分管理，与T1相同。

T4：减氮，常规密度，常规水分管理。减氮，氮肥在T2的基础上减少20%，氮肥（纯氮、144 kg/hm2）分别作为基肥、分蘖肥以及穗肥以4∶3∶2的比例施用;磷肥和钾肥施用与T1相同。常规密度，与T1相同。常规水分管理，与T1相同。

T5：减氮，增密，常规水分管理。减氮，肥料管理与T4相同。增密，种植规格与T3相同。常规水分管理，与T1相同。

T6：常规肥料管理，常规密度，常规水分管理。常规肥料管理，与T2相同。常规密度，与T1相同。前期控水，在苗返青期保持浅水，之后保持无水层，每次灌水后自然落干、在其中期排水烤田、后期干湿交替（保持每次灌水后自然落干）。

1.4  测定指标与方法

1.4.1  产量及产量构成  水稻成熟后，各试验小区随机选取3个2 m2田块人工收割，脱粒后烘干测定实际产量;每小区以5点取样法取样，每个样点连续取10穴，共50穴，统计有效穗数。根据其平均值取有代表性的植株3穴，考察有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重等产量构成指标。

1.4.2  干物质重  分别于水稻的分蘖期、孕穗期、齐穗期、灌浆期和收获期，按照各时期平均分蘖数，分别取3穴水稻，经过茎、叶、穗分离后在105 ℃下杀青1 h后，80 ℃烘干至恒重，在天平上称重。

1.4.3  氮肥利用率  在水稻成熟期取样，测定地上部植株氮含量，植株氮测定采用凯氏定氮法。水稻氮肥利用率参考以下公式计算。

1.5  数据统计与分析

使用Excel和SPSS 17.0软件进行数据处理和统计分析。处理间比较采用One-way ANOVA分析，差异显著性分析用Duncan氏比较。

2  结果与分析

2.1  不同栽培模式对水稻产量构成的影响

由表1可知，施肥处理均较不施氮（T1）有效穗数和穗粒数明显增加，且实际产量显著提高。与常肥常密（T2）相比，增密常肥（T3）水稻穗粒数和结实率分别提高了6.41%和4.48%，千粒重也提高了1.24%，有效穗数降低了4.83%。但其实际产量仍较T2显著提高，增加了6.96%。说明常规施肥条件下，增加栽插密度，可显著增加产量。常密减氮（T4）有效穗数较T2降低了6.88%，结实率也降低了4.64%，虽然其穗粒数提高了7.36%，但实际产量较T2仍表现为减产0.25%。这说明常规栽插密度条件下，降低氮肥用量，对产量形成不利。与T2相比，增密减氮（T5）有效穗数增加17.24%，而穗粒数相对降低了12.71%，实际产量较T2提高了3.23%。说明增密减氮模式，增加了有效穗数，增加了群体数量，弥补了个体的穗粒数降低的影响，可以一定程度上提高产量。前期控水（T6）与T2相比，主要是穗粒数显著增加，提高了15.93%，其实际产量提高了8.96%。这说明通过前期适当的控水措施，可以促进大穗的形成。

2.2  不同栽培模式对水稻干物质量的影响

从图1可见，水稻群体干物质量随生育期向后推移均逐渐提高。T1不施用氮肥，其各个时期干物质量均明显低于其他处理。孕穗期，T3干物质量较高，而以后几个时期与其他几个施氮处理均差异不明显。增密常规氮肥可能造成大量无效分蘖的产生，随个体间竞争加大，整体干物质量提高幅度降低。T6齐穗后干物质积累量占整个总干物质量的30.0%，可见，通过前期控水模式有利于控制前期群体的数量，有利于个体后期干物质量的积累。

2.3  不同栽培模式对水稻氮肥利用率的影响

从图2可见，不同栽培模式对水稻氮肥利用率的影响差异明显。T3和T4较T2均无显著差异，说明相同密度下减少氮肥用量或者相同氮肥用量下增加栽插密度对水稻氮肥利用率影响不明显。T5氮肥利用率最高，较T2提高16.7%，说明增密减氮模式能够提高水稻氮肥利用率。而T6氮肥利用率显著低于T2，说明常规氮肥和栽插密度下采用前期控水措施会影响植株氮素的吸收。

3  小结与讨论

3.1  不同栽培措施对水稻产量形成的影响

本研究表明，在常规施肥条件下，增密措施可以提高水稻有效穗数和产量。钱银飞等[4]在对不同移栽密度组合下水稻生长发育和产量形成的研究中发现，增加水稻机插密度，可以通过提高水稻密度增加有效穗数，群体密度是机插水稻产量提高的基础。本研究表明，生产上常用的30 cm（行距）×20 cm（株距）的插秧规格，密度偏低，无法充分发挥机插秧小苗移栽的增产潜力。但在相同肥料用量条件下增加栽插密度，会加剧个体间竞争，进而导致大量无效分蘖产生，增产潜力也不能充分发挥。

氮肥是作物生长发育的必需营养元素，施用氮肥为作物生长补充氮素是保证其高产的重要措施之一[5]。本研究表明，在常规栽插密度条件下，减少氮肥施用量会降低水稻产量。其原因是常规密度条件下基本苗偏低，再减少基肥用量，会进一步降低水稻有效茎蘖数，导致干物质积累量不足，对产量形成造成不利影响。

在本研究中，减氮模式下水稻基肥氮量降低，减少了20%基肥氮量，为弥补基肥减少对水稻分蘖的不利影响，提出了增密减氮措施，即降低了20%基肥氮量的同时增加机插秧基本苗数20%。结果表明，通过增加密度减少氮肥施用量能够更好的协调群体和个体之间的矛盾，虽然水稻每穗粒数减少了，但是总有效穗数增加了，其产量也呈现不同程度的增加。这一结果与周江明等[2]研究结果一致。何成贵等[6]在云南高山粳稻的研究表明，减少20%氮肥用量、增加30%移栽密度的处理比对照增产4.07%;减少10%氮肥用量、增加20%移栽密度的处理比对照增产6.37%。皮楚舒等[7]在湖北双季稻以及朱相成等[8]在东北粳稻的研究中也有类似的结果。

前期控水模式穗粒数显著增加，提高了15.93%，说明水稻生长前期通过适当的控水措施可以促进大穗的形成。刘艳等[9]研究也认为，干湿交替循环控水灌溉的灌水量少，水稻生长健壮，地上部干物质积累量多，有较明显的节水、增产效应。

3.2  不同栽培措施对水稻氮肥利用率的影响

在水稻生产过程中减氮20%（基肥），会降低有效穗数，进而减少产量，不利于稳产，但可以提高水稻氮肥利用率。朱相成等[8]研究也有相似结论。但何成贵等[6]研究结果表明，减少20%氮肥用量较减少10%氮肥利用率增加，但增产效果降低，即使提高插秧密度也无法弥补。可见，为维持水稻产量稳定，需保持必要的氮肥供应。刘艳等[9]研究认为，采用干湿交替循环控水灌溉，水稻根系发达，有利于矿质营养的吸收，但本研究中前期控水模式导致肥料利用率降低，其原因可能是秸秆还田和前期节水灌溉降低了氮肥的有效性，抑制了水稻的氮素吸收。通过增密减氮，一方面减少氮肥用量，另一方面能够维持一定的产量，增加了氮素利用率。朱相成等[8]研究也表明，减氮处理下，增密趋于提高植株氮积累量、氮素回收效率、氮肥农学效率和偏生产力。其原因可能是机插水稻在生育前期的氮素积累量增加，后期向子粒转运量也相应增加[10]，因此氮肥利用率提高。

本研究系统探讨了不同栽培模式对油菜秸秆还田下的水稻产量形成和氮肥利用的影响。研究结果发现，增密减氮模式（T5）增加了群体数量，弥补了个体的穗粒数降低的影响，可以一定程度上提高产量，产量相较常规模式（T2）并没有降低，而氮肥利用率显著提高。前期控水模式（T6）产量较常规模式显著提高，但氮肥利用率较低。因此，增密减氮模式能够在稳产的情况下，提高氮肥利用率，是一项保障粮食安全同时减少环境影响的栽培技术，可以在湖北油-稻轮作区水稻机械化生产模式下大面积推广。

参考文献：

[1] 张洪程，龚金龙.中国水稻种植机械化高产农艺研究现状及发展探讨[J].中国农业科学，2014，47（7）：1273-1289.

[2] 周江明，趙  琳，董越勇，等.氮肥和栽植密度对水稻产量及氮肥利用率的影响[J].植物营养与肥料学报，2010，16（2）：274-281.

[3] 李继福，薛欣欣，李小坤，等.水稻-油菜轮作模式下秸秆还田替代钾肥的效应[J].植物营养与肥料学报，2016，22（2）：317-325.

[4] 钱银飞，张洪程，吴文革，等.移栽密度组合对机插水稻淮稻5号生长发育及产量形成的影响[J].江西农业大学学报，2009，31（1）：41-48.

[5] 汪  军，王德建，张  刚.秸秆还田下氮肥用量对水稻产量及养分吸收的影响[J].土壤，2009，41（6）：1004-1008.

[6] 何成贵，资月娥，陈路华，等.增密减氮对高原粳稻产量及其氮肥利用效率的影响[J].中国稻米，2018，24（4）：117-120.

[7] 皮楚舒，程建平，赵  锋，等.氮肥运筹对机插双季晚粳稻产量和氮肥利用率的影响[J].湖北农业科学，2017，56（8）：1474-1476，1585.

[8] 朱相成，张振平，张  俊，等.增密减氮对东北水稻产量、氮肥利用效率及温室效应的影响[J].应用生态学报，2016，27（2）：453-461.

[9] 刘  艳，孙文涛，隽英华.控水对水稻生长发育及产量的影响[J].江苏农业科学，2018，46（4）：53-55.

[10] 陈佳娜，曹放波，谢小兵，等.机插条件下低氮密植栽培对“早晚兼用”双季稻产量和氮素吸收利用的影响[J].作物学报，2016， 42（8）：1176-1187.