草甸白浆土稻秆氮利用效率及氮素调控对水稻产量的影响

王秋菊，焦 峰，刘 峰，迟凤琴，姜 辉，李鹏绯



草甸白浆土稻秆氮利用效率及氮素调控对水稻产量的影响

王秋菊1,2，焦 峰3※，刘 峰1，迟凤琴1，姜 辉4，李鹏绯5

（1.黑龙江省农业科学院 土壤肥料与资源环境研究所，哈尔滨 150086； 2. 黑龙江省土壤环境与植物营养重点实验室，哈尔滨 150086；3. 黑龙江八一农垦大学，大庆 163319； 4. 黑龙江农业科学院科研处，哈尔滨 150086；5. 前进农场现代农业发展中心，富锦 156331）

为明确三江平原草甸白浆土水稻秸秆还田条件下如何进行施肥，以期为秸秆全量还田条件下水稻氮肥的优化施用提供理论依据和技术指导。该文在白浆土上进行了秸秆氮利用试验、秸秆还田氮素优化施用试验、及氮素调控时期的试验研究。结果表明：通过15N同位素示踪确定，秸秆氮对水稻植株氮素累积量贡献率为6.49%～7.48%，对茎叶氮素累积量的贡献率为3.26%～4.16%，对籽粒贡献率为8.67%～9.74%；秸秆氮素当年总利用率为6.51%～7.65%；调节碳/氮比有利于提高秸秆氮素利用率。大田试验证实秸秆还田条件下施氮量连续3 a比常规施氮量减少10%，排水性好的田块有增产效果，3a平均增产6.17%，减氮20%以上产量低而且年际间不稳，减氮时期适合均衡减氮和基肥减氮，蘖肥和穗肥减氮减产极显著；排水性不良田不适合减氮，减氮导致减产。不同土壤秸秆还田后氮素调控有差异，要因地制宜根据土壤条件制定相应的氮素管理措施。

土壤；秸秆；氮；白浆土；秸秆还田；15N标记；氮利用率；氮素调控；产量

0 引 言

水稻秸秆中除含有大量有机碳等能源物质外，还含有氮、磷、钾等矿质元素，秸秆还田不仅可以改良土壤、培肥地力，尤其是对缓解氮、磷、钾比例失调，提高农作物产量和品质，降低农业生产成本有重要作用[1-3]。在水稻生产中，合理的氮肥运筹，不仅可以提高水稻的产量、品质和氮肥利用率，还可以减少因过量施用氮肥带来的环境污染[4-6]。水稻秸秆在土壤中经微生物逐渐分解过程大体可以分为快、慢两个阶段[7]，武际和李逢雨等分别认为水稻秸秆还田后3个月氮素累积释放率达到 50%以上[8-9]；闫超认为在黑龙江寒冷气候条件下，秋季还田的水稻秸秆从翌年5月份开始腐解，当季可释放氮素率达50%，第2年可达到60%[10]。有报道将进入土壤的秸秆氮分为支出氮和土壤存留氮两部分，其中支出氮可以进一步分为植物吸收氮和损失氮；存留于土壤中的氮的一部分形成腐殖质组分，另一部分残留于根系和未分解状态或半分解状态秸秆中[11-12]。

15N示踪技术是研究农田氮收支的有效方法，在准确地把握氮素利用、残留等收支状况、解析秸秆氮利用效率等方面具有广泛应用价值。丁文成[13]利用15N 标记研究河南地区玉米—小麦—玉米—玉米轮作条件下，后作对玉米秸秆氮利用结果表明，后茬冬小麦的玉米秸秆氮当季利用率为7.14%～10.32%；第2茬和第3茬玉米分别为3.75%～5.51%和2.28%～3.18%；Fortes等[14]认为蔗渣分解后有26%的氮被作物吸收，有51%的氮残留在土壤中，另有23%的氮去向不明；徐新宇等[12]的15N示踪结果表明，小麦秸秆覆盖还田，夏季种植谷子，地上部分和籽粒对秸秆氮的利用率分别为28.3%和15.2%；混施还田分别为20.6%和12.0%。由此可见，早期快速分解活化的秸秆氮对于后茬作物氮素吸收利用具有重大作用。黑龙江地区尚缺乏水稻秸秆氮的利用率，以及秸秆还田条件下氮素调控技术成果。目前生产上广泛应用的氮肥施用指标主要来源于各地的施肥试验数据[15-17]。随着近年秸秆禁烧令的严格实施，秸秆还田面积呈逐年扩大，以往的施肥技术指标已不能适合秸秆还田条件下的水稻生产，盲目施肥不仅造成肥料浪费，甚至招致减产[18-20]。黑龙江省水田面积超过400万hm2[21]，主要集中在三江平原，该区白浆土面积占25%，集中连片，是三江平原地区的主要水田土壤。白浆土秸秆还田条件下水稻氮肥调控技术尚处于技术空白，本文以三江平原的草甸白浆土为供试土壤，通过15N秸秆标记示踪试验、秸秆还田氮素优化试验以及氮素调控时期等系列试验研究，总结出白浆土上水稻秸秆还田氮肥优化施用的技术，为白浆土秸秆全量还田条件下水稻氮肥的优化施用提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验地点设在三江平原地区建三江管理局的前进农场，三江平原（129°11′－135°05′E，43°49′－48°27′N）位于中国的东北边陲，黑龙江省东部[22]。前进农场位于三江平原腹地，地理坐标为132°17′E，47°34′N，总面积7.67万hm2。

1.2 供试土壤

供试土壤为草甸白浆土，由3个自然发生层组成，剖面特征如图1所示，第一层是黑土层，粉砂质土，厚度约为29.5 cm，暗褐色，富含有机质，团粒结构发达，适合于作物的生长发育；第二层是白浆层，粉砂质土，厚度约15 cm，浅褐色，片状结构，紧实、坚硬，一般作物根系难以穿透；第三层是淀积层，黏质土，厚度45～55 cm，小核状结构，具备典型白浆土剖面特征[23]，土壤基本性质如表1。

图1 草甸白浆土剖面

表1 草甸白浆土基本性质

1.3 试验设计

1.3.1 秸秆氮素释放量15N标记试验

首先对水稻秸秆进行15N标记，获得15N标记的水稻秸秆，标记方法如下：15N标记秸秆喂饲试验按照砂培法栽培进行，采用高30 cm、直径40 cm塑料桶，内装洗净的中砂20 kg；营养液参考Hoagland’s全营养液，将其中氮素用15N同位素替代；供试的氮素采用丰度10.24%的尿素，受体为砂培水稻，品种为龙粳31，每桶3株稻苗，2016年5月20日插秧，8月10日收获。水稻生长至抽穗前期，扣塑料棚增温，将水稻植株高温逼熟后，取植株地上部于60 ℃下烘干至恒质量后，剪切为10 cm左右密封备用。收获后测定秸秆含氮量13.947 g/kg，含碳量770.43 g/kg。考虑到水稻植株对普通氮素和15N吸收并无选择性，因此15N丰度不会发生变化，仍为10.24%。

秸秆氮吸收试验于2017年春在水田中进行，即在水田入水前将高30 cm、直径40 cm无底塑料桶埋入土壤中，底部充填15 cm白浆层，压实至容重1.5 g/cm3，再装填过直径2 mm筛的耕层土，构成20 cm厚的表层。

试验设15N标记秸秆（T1）和15N标记水稻秸秆+调氮（T2）2个处理。秸秆用量为96.38 g/桶，相当于每桶投入1.344g秸秆氮；不调氮处理施肥量纯N、P2O5、K2O分别按1.50 g/桶、1.20 g/桶、0.75 g/桶施用。调氮处理在基肥中增施纯N1.13g/桶。

试验将15N标记的秸秆、基肥均匀混入0～10 cm土壤中，压实。插秧前注水，维持土壤表面水层3～5 cm，搅匀沉降后待插秧；插秧时间2017年5月25日，品种龙粳31，每桶3穴，每穴3株，每桶共9株，3次重复。肥料分配氮肥按照基肥40%、蘖肥30%、穗肥30%；磷肥作为基肥一次施入，钾肥按照基肥60%、穗肥40%比例施入。调氮处理除基肥增施氮素外，其余与不调氮处理施肥量及方法一致。肥料品种分别为大庆产尿素（含N46%）、国产过磷酸钙（含P2O517%）和硫酸钾（含K2O 50%）。

1.3.2 秸秆还田下氮肥施用量试验

试验在秸秆还田条件下进行，氮肥用量设4个水平，具体如表2。

表2 不同氮素用量设计表

试验分别在同一试验区的2个地块进行，其中一块为地势高爽，灌排设施完善，田间灌溉水能及时排出，称之为排水良好田；另一块地势低洼，排水系统不完善，易滞水，灌溉水不能及时排出，称之为排水不良田。供试的秸秆平均长度为8～12 cm，还田量为8.25 t/hm2，小区面积5 m×10 m，3次重复，小区水分管理采用单灌单排的水分管理措施，秸秆还田方法及整个试验过程中的病、虫、草田间管理方式同大田。试验于2016年开始实施，连续进行3 a。

1.3.3 不同减氮肥时期试验

试验设（1）常规施氮、（2）均衡减氮、（3）基肥减氮、（4）蘖肥减氮、（5）穗肥减氮5个处理，水稻各生育时期具体施肥量如表3。

表3 不同减肥时期施氮量设计表

肥料品种，磷、钾肥用量，以及供试的水稻秸秆长度、秸秆还田量均同1.3.2所述。试验分别在同一试验区的2个地块进行，其中一块为排水良好田；另一块为排水不良田。与试验1.3.2的地块相邻，小区面积5 m×10 m，每处理3次重复。虽然2个地块排水能力不一致，但排水时间和灌溉时间均一致，灌水量保持水层3～5 cm深，每个小区单灌单排，秸秆还田方法及整个试验过程中的病、虫、草田间管理各小区一致，试验于2017－2018年进行。

1.4 测定项目与方法

1.4.115N同位素示踪试验植株氮素累积量测定

于水稻成熟期将15N同位素示踪试验的试验植株全部收回，按照茎秆、叶鞘、叶片和籽粒等不同器官进行分离，所有植株样品均由清水和去离子水多次清洗，于105 ℃杀青30 min后，75 ℃烘干至恒质量并称其质量，粉碎后过1 mm筛保存备用[24]。

同位素15N丰度值的测定，测定仪器为Europa Scientifi公司生产的Integra CN专用同位素质谱仪。供试秸秆的15N丰度与15N标记氮素一致。

茎叶15N累积量=（植株茎叶15N丰度－自然丰度）

×茎叶N累积量 （1）

籽粒15N累积量=（植株籽粒15N丰度－自然丰度）

×籽粒N累积量 （2）

植株15N累积量=茎叶15N累积量+籽粒15N累积量（3）

植株15N累积量比例=100%×植株15N累积量÷

（植株15N累积量+植株土壤和肥料氮累积量）（4）

水稻吸收氮来源于15N标记水稻秸秆的比例：

秸秆氮素利用率=100%×（水稻15N丰度－自然丰度）÷（15N标记水稻秸秆的丰度－自然丰度）[25]（5）

1.4.2 土壤取样及测定方法

于2017年秋季进行土壤取样，土壤样品采样方法：每个小区按照S型取样方法取5点，取0~20cm土层土壤，5点土壤混合后按照四分法留500g左右土样带回实验室备用。

全氮采用凯氏定氮法，碱解氮采用扩散吸收法测定[24]。

1.4.3 水稻产量测定

桶试验水稻产量测定，于水稻成熟期按每桶分株收获，混合后测定；田间试验水稻产量测定，每小区按照对角线法3点取样，每点1 m2，脱水后实测单位平方米面积水稻产量，籽实按含水量14%折算产量。

1.5 数据分析

用 Excel2003及 DPS 6.85处理数据及试验数据的相关性分析。

2 结果与分析

2.1 水稻秸秆氮素吸收量

从表4看出，水稻生育期间地上部氮素累积吸收量为1 348.5～1 374.18 mg/桶，其中土壤+肥料氮贡献率为92.52%～93.51%，秸秆氮贡献率为6.49%～7.48%；秸秆氮比例，调氮比不调氮处理高0.99百分点，说明调氮有利于秸秆氮的矿化和吸收利用。茎叶氮素累积量为542.49～557.19g/桶，其中土壤+肥料氮贡献率为96.74%～93.51%，秸秆氮贡献率为3.26%～4.16%；籽实氮素累积量为806.01～816.99 g/桶，其中土壤+肥料氮贡献率为90.26%～91.33%，秸秆氮贡献率为8.67%～9.74%。秸秆氮对籽实贡献率高于对茎叶，说明这部分氮素是水稻生育中后期矿化的。

表4 不同氮源植株氮素累积量

注：T1表示15N标记秸秆处理，T2表示15N标记秸秆+调氮处理，下同；=/(+)×100%。

Note: T1 means treatment of15N sign straw, T2 means treatment of15N sign straw and regulation of nitrogen，the same as below;=/(+)×100%。

从表5中看出，秸秆氮素的总利用率为6.51%～7.65%，籽粒为5.20%～5.92%，茎叶1.31%～1.72%，调氮高于不调氮处理。由此可以推测，水稻秸秆还田可以替代大约6%～7%的氮素营养。

表5 秸秆还田氮素利用率

2.2 氮素用量对水稻产量的影响

为进一步明确秸秆还田条件下氮肥用量，在草甸白浆土上开展秸秆还田连续减氮试验，选择2个田块，一个是正常田块，一个是排水不良田块，连续3 a测定水稻产量，结果如表6。从表6中看出，在秸秆还田条件下连续3a减氮试验结果，不同排水条件下，产量表现差异明显。在排水良好的正常田块，秸秆还田条件下减氮10%处理，第1年比常规施肥对照增产6.9%，差异极显著，3a平均增产6.17%；第2年增产11.6%，差异极显著；第3年与对照产量无显著差异。减氮20%、30%处理，第1年分别比对照减产7.3%、23.8%，差异极显著，第2年分别增产2.7%、3.9%，增产不显著；第3年分别减产3.6%和4.8%，减产极显著。而在排水不良田，秸秆还田条件下减施氮肥，各年度均减产，尤其是第1年减产幅度大于后两年，随秸秆还田年份增加，减产幅度有降低趋势，与秸秆还田后氮素在土壤中逐年累积有关。

表6 减肥对不同排水条件水稻产量的影响

注：小写字母代表在0.05水平差异性显著，大写字母代表在0.01水平差异性显著，下同。

Note: Lowercase letters represent significant differences at 0.05 levels, and uppercase letters represent significant differences at 0.01 levels, the same as below.

综上所述，秸秆还田条件下，正常排水地块连续3a比常规施氮减少10%不会降低水稻产量，减氮20%以上会导致明显减产。而排水不良或滞水地块，秸秆还田初期不适合减氮。

2.3 水稻不同生育期氮素用量对产量的影响

为进一步明确不同时期减氮对水稻产量影响，分别在排水良好田和排水不良田设置减氮时期试验，产量调查结果如表7所示。

表7 不同生育期氮素用量对水稻产量影响

从表7中看出，排水良好田，均衡减氮和基肥减氮处理比常规施肥对照增产显著；但蘖肥减氮和穗肥减氮处理减产极显著，分别减产5.1%和22.4%。排水不良田，均衡减氮处理与常规施氮对照产量持平；但基肥减氮、糵肥减氮处理减产极显著，分别减产17.1%和15.2%；而穗肥减氮比对照仅减产4.8%。

2.4 土壤氮素变化

从表8土壤全氮和有效氮来看，不同排水条件下，秸秆还田对土壤氮素积累表现不同的趋势，排水良好田，土壤全氮随减施氮素量增加，土壤全氮有降低趋势，但差异不显著，土壤碱解氮也随氮素施用量降低呈降低趋势；排水不良田则表现相反趋势，秸秆还田后，随氮素施用量降低，土壤全氮和碱解氮量增加，减施氮素量处理间土壤碱解氮含量差异不显著。

表8 不同处理土壤氮素变化

3 讨 论

秸秆还田在一定程度上作为氮肥的补充，可以为作物提供氮素营养，然而秸秆氮的生物有效性受到秸秆碳氮比、纤维素、半纤维素和木质素含量等因素的影响。因此研究还田秸秆的氮素转化与利用可以为进一步优化氮肥施用提供重要参考。

在黑龙江寒冷的气候条件下，水稻秸秆还田一年内（8.25 t/hm2），可向土壤中释放氮素40%～60%[26-28]，按照秸秆平均含氮量0.5%计算，秸秆氮素释放量约16.5～24.75 kg/hm2，按养分利用率30%计，水稻可吸收5.0～7.4 kg/hm2秸秆氮素，按照水稻氮素累积量约100 kg/hm2，约占水稻吸收总氮的5.0%～7.4%；这与本试验15N同位素示踪法得到的水稻吸收总氮素中有6.5%～7.5%氮素来源于秸秆的结果十分接近，根据养分归还学说，秸秆还田是可以部分替代部分化肥的。不同的土壤条件对秸秆氮素的利用是有差异的，高肥力土壤秸秆氮的利用率要低于低肥力土壤。张金涛[29]的研究发现，在低氮土壤上，玉米秸秆还田而不施氮肥，成熟期小麦吸氮量的30%来源于还田秸秆；玉米秸秆还田同时配施中量氮肥，小麦吸氮量的10%来源于还田秸秆；配施高量氮肥的这一比例是7.6%。白浆土土壤肥力相对中国土壤肥力水平较高，秸秆氮的利用率与张金涛的试验高肥力水平秸秆利用率接近。秸秆还田调节氮素有利于提高秸秆氮和土壤氮的利用率，Mohanty等[30]研究也发现，在无外源氮素添加的情况下，无论小麦或水稻秸秆施用量是多少，土壤中的矿质氮在两周内就会被完全固定。Ding等[31]研究不同氮素水平下玉米秸秆氮的转化过程表明，在玉米秸秆分解前期，配施少量氮肥的秸秆氮大部分转化为氨基糖态氮，而配施中量和高量氮肥的在后期秸秆氮转化为氨基糖态氮的比例增加，说明增加氮肥的施用会减缓微生物固氮的过程。

根据本地区秸秆氮素的利用率不高，在施用秸秆后，要根据实际情况适当的减氮，达到秸秆还田替代氮素的作用。Alison等[32]在Maxwell的研究表明，秸秆还田可以维持土壤三年的氮素供应，说明在秸秆氮素可以代替部分作物吸收的肥料氮素。这与本研究的排水良好地块结论较为一致，根据大田秸秆还田减氮肥试验结果，在常规施氮量124 kg/hm2条件下，排水良好田连续秸秆还田3年，减氮肥10%不会造成水稻减产，而且在连续还田期间减氮有增产的作用，说明秸秆还田提高了土壤氮素的利用率，从土壤有效氮素降低也能说明这一点。因此，秸秆还田后氮素施用量应调节为110 kg/hm2为宜，由于水稻秸秆氮素利用率相对较低，秸秆还田后减氮不宜超过原施氮量的10%。而在排水不良田，虽然秸秆全量还田，但减氮会导致水稻产量明显降低，与排水良好田结果不一致，这与秸秆还田后在土壤中腐解、土壤氮素的矿化和利用密切相关，正常条件下，秸秆氮利用率为7%左右，氮素施用减少10%不减产，但排水不良田长期处于淹水和滞水状态，土温低，土壤养分矿化速度慢，从土壤调查看，在排水不良田里氮素分解慢，积累量提高，这类土壤发老苗而不发小苗，在秸秆还田初期，土壤中的氮素矿化速度慢，不能满足秸秆腐解需求，必然会利用施入肥料的养分，导致水稻生育不良，减产现象严重，所以排水不良田生育初期，施用高量氮素是水稻稳产的保证，水稻初期不适合减氮。梁斌等[33]在长期定位试验研究发现，与单施尿素处理相比，秸秆与尿素配施显著降低了小麦产量和氮素利用率，主要是降低了小麦对施入氮素的吸收利用，这与土壤氮素矿化速度慢，秸秆腐解对施入肥料氮素的固定有关。南雄雄等[34]研究证实不同土壤水分条件，影响着秸秆的矿化和养分的释放速度。秸秆直接还田后，秸秆中大量有机碳的介入会使土壤氮矿化/固持时间发生重大变化，前期将进行强烈的氮素生物固持作用，使土壤微生物与作物争氮素，产生“氮饥饿”现象，后期又进行相对强烈的有机氮的矿化作用，使土壤有效氮含量大幅提高[35-37]。从土壤氮素调查数据看，排水不良土壤全氮和碱解氮含量氮含量均高于排水良好田，说明秸秆还田前期生物固定的氮素在水稻生育后期释放，生物前期固定的氮素在水稻生育后期虽然被释放到土壤中，但与水稻生长的需肥时期已不吻合，不能被作物利用，在土壤中得到积累，所以排水不良田即使土壤氮素含量高，但可供当季植物有效利用的利用率低，减氮量大，水稻减产明显，减氮量越大，土壤氮素含量越高，与水稻长势不良，从土壤中吸收养分量降低有关。随还田年限增加，减氮处理间产量差距变小，说明秸秆连续还田，向土壤中释放的氮素总量增加肥力，减轻的秸秆腐解与水稻生长争养的矛盾，水稻产量在不同施氮量间差异减少。排水良好田，配合水稻生产中的浅、湿、干间歇灌溉，能够达到预期的土壤水分状态，土壤处于氧化还原交替状态，土温高，微生物活性高，土壤氮素矿化率高，可以为秸秆腐解初期提供养分、缓解秸秆与作物生育初期的争氮现象，所以排水良好田初期减氮不会导致水稻产量降低，适当的减氮还可以降低水稻生育初期生育过旺的现象看，秸秆腐解后释放的氮素可为水稻中、后期生育提供养分，良好排水田充分利用了秸秆氮，也提高了作物对土壤氮素利用率，所以土壤碱解氮降低，但全氮没有明显变化。肖小平等[38]研究认为，稻草还田下短期内的减氮不会显著降低土壤的全氮库容，但会显著降低土壤的碱解氮库容，可显著降低氮素损失，提高氮素利用率。适量减施氮素的水稻产量得到提高，相反氮素过多或过少，对水稻生长均是负效应，前期大量试验证实了氮素与水稻产量呈二次曲线关系这一观点[39-40]。白浆土秸秆还田后氮素也只有调整到最佳施肥量才能保证水稻高产。

氮素调整不仅要调整施用量，调整时期对水稻产量影响也很重要。氮素施用时期调整要以土壤为前提条件，不同土壤供氮特性不同，同类土壤不同排水条件，土壤养分的转化过程和利用率也有差异。从本研究的施用时期的调控试验看，氮素运筹以在各施氮时期均衡调氮为宜；但也可以因地制宜，排水良好田由于水分排出及时，还原性有害物质少，土温高[41-44]，利于有机质分解和土壤氮矿化，土壤氮有效性高[45-47]，故也可考虑减少基肥用量，但不可以降低分蘖肥和穗肥用量；排水不良田土壤长期处滞水，土温低，养分释放缓慢，水稻苗期因缺氮而生育受阻[48]，而生育后期随气温升高有机氮矿化速度高，氮供应强度大，因此可以适当减少穗肥[49-50]。

秸秆还田作为全球有机农业的重要环节，对维持农田肥力，减少化肥使用，提高陆地土壤碳汇能力具有积极作用。秸秆还田主要通过提高氮肥利用率来改善农田生产环境，获得高农业生产能力。有效的秸秆还田能为土壤中的微生物提供丰富的碳源，刺激微生物活性，提高土壤肥力；同时矿化的秸秆组分能促进土壤氮循环和矿化，提高氮素有效性[51]。

4 结 论

1）秸秆还田可提供水稻生长所需氮素。15N示踪试验说明，秸秆氮素贡献率为水稻总氮素累积量的6.49%～7.48%，秸秆还田+调氮处理有利于秸秆氮吸收利用；茎叶氮素中，秸秆氮贡献率为3.26%～4.16%；籽粒氮素中，秸秆氮贡献率为8.67%～9.74%；秸秆氮对水稻籽粒氮的贡献率高于茎叶；秸秆氮素当年总利用率为秸秆的6.51%～7.65%，调氮可增加秸秆氮素利用率，但差异不显著。

2）秸秆还田条件下减氮要以秸秆氮素利用率为前提，以土壤具体特性为参考。排水性好的白浆土可适当减施氮肥，连续3 a减氮10%，水稻产量第1、2年增产6.9%和11.6%，第3年与对照持平；减氮时期以减施基肥和各时期均衡减氮为宜，减氮量超过20%水稻减产，且产量年际间不稳定。排水不良田不适合减氮，各时期均衡减氮对水稻产量影响较小。

三江平原草甸白浆土秸秆还田后正常排水条件的土壤氮素施用量应调节为110 kg/hm2为宜，排水性差的滞水土壤施氮量以120 kg/hm2为宜，还田多年后可适当减氮。

[1] 刘巽浩，高旺盛，朱文珊. 秸秆还田的机理与技术模式[M]. 北京：中国农业出版社，2001.

[2] Pathak H, Singh R, Bhatia A, et al. Recycling of rice straw to improve wheat yield and soil fertility and reduce atmospheric pollution[J]. Paddy and Water Environment, 2006, 4: 111－117.

[3] 张水清，钟旭华，黄农荣，等. 稻草覆盖还田对华南双季晚稻物质生产和产量的影响[J]. 中国水稻科学，2011，25(3)：284－290.

Zhang Shuiqing, Zhong Xuhua, Huang Nongrong, et al. Effects of straw mulching on dry matter production and grain yield of double cropping late season rice (Oryza sativa) in south China[J]. Chinese Journal of Rice Science, 2011, 25(3): 284－290. (in Chinese with English abstract)

[4] 吴建富，潘晓华，石庆华. 施氮量对免耕抛栽稻产量及氮素吸收利用的影响[J]. 江西农业大学学报，2011，33(6)：1031－1036.

Wu Jianfu, Pan Xiaohua, Shi Qinghua. Effects of nitrogen application on yield of no-tillage and cast transplanted rice and its nitrogen absorption[J]. Acta Agricultural Universitatis Jiangxiebsis, 2011, 33(6): 1031－1036. (in Chinese with English abstract)

[5] 何虎，吴建富，曾研华，等. 稻草全量还田下氮肥运筹对双季晚稻产量及其氮素吸收利用的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2014，20(4)：811－820.

He Hu, Wu Jianfu, Zeng Yanhua, et al. Effects of nitrogen management on yield and nitrogen utilization of double cropping late rice under total rice straw incorporation[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2014, 20(4): 811－820. (in Chinese with English abstract)

[6] 王永吉. 寒地稻草还田与施氮对土壤速效氮及水稻氮素吸收的影响[D]. 哈尔滨：东北农业大学，2017.

Wang Yongji. Effects of Rice Straw Incorporation and Nitrogen Fertilization on Soil Available Nitrogen and Nitrogen Absorption of Rice in Cold Areas[D]. Harbin: Dongbei Agricultural University, 2017. (in Chinese with English abstract)

[7] 戴志刚，鲁剑巍，李小坤，等. 不同作物还田秸秆的养分释放特征试验[J]. 农业工程学报，2010，26(6)：272－276.

Dai Zhigang, Lu Jianwei, Li Xiaokun, et al. Nutrient release characteristic of different crop straws manure[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(6): 272－276. (in Chinese with English abstract)

[8] 武际，郭熙盛，王允青，等. 不同水稻栽培模式和秸秆还田方式下的油菜、小麦秸秆腐解特征[J]. 中国农业科学，2011，44(16)：3351－3360.

Wu Ji, Guo Xisheng, Wang Yunqing, et al. Decomposition characteristics of rapeseed and wheat straws under different rice cultivations and straw mulching models[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2011, 44(16): 3351－3360. (in Chinese with English abstract)

[9] 李逢雨，孙锡发，冯文强，等. 麦秆、油菜秆还田腐解速率及养分释放规律研究[J]. 植物营养与肥料学报，2009，15(2)：374－380.

Li Fengyu, Sun Xifa, Fen Wenqiang, et al. Nutrient release patterns and decomposing rates of wheat and rapeseed straw[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2009, 15(2): 374－380. (in Chinese with English abstract)

[10] 闫超. 水稻秸秆还田腐解规律及对土壤特性的影响[D]. 哈尔滨：东北农业大学，2015.

Yan Chao. Studies on Decomposition Regularity of Returning Rice Straw and Soil Nutrient Properties[D]. Harbin: Dongbei Agricultural University, 2015. (in Chinese with English abstract)

[11] 樊红柱，曾祥忠，吕世华. 水稻不同移栽密度的氮肥效应及氮素去向[J]. 核农学报，2009，23(4)：681－685.

Fan Hongzhu, Zeng Xiangzhong,Lv Shihua. Nitrogen utilization efficiency and fate of fertilizer under different transplanting density[J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2009, 23(4): 681－685. (in Chinese with English abstract)

[12] 徐新宇，张玉梅，胡济生. 应用15N示踪研究麦秸还田中氮的去向[J]. 土壤学报，1989，26(1)：64－70.

Xu Xinyu, Zhang Yumei, Hu Jisheng. Studies on the fate of nitrogen in wheat stubble applied on soil surface and incorporated with soil[J]. Scientia Agricultura Sinica, 1989, 26(1): 64－70. (in Chinese with English abstract)

[13] 丁文成. 氮肥管理对稻巧氮转化和有效性影响[D]. 北京：中国农业科学院，2016.

Ding Wencheng. Effect of Fertilizer Nitrogen Management on Transformation and Availiablity of Straw Nitrogen[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences (CAAS), 2016. (in Chinese with English abstract)

[14] Fortes C, Vitti A C, Otto R, et al. Contribution of nitrogen from sugarcane harvest residues and urea for crop nutrition[J]. Scientia Agricola, 2013, 70(5): 313－320.

[15] 吴烨东. 哈尔滨市水稻测土施肥氮肥施用效果研究[D]. 北京：中国农业科学院，2013.

Wu Yedong. Research on Effects of Nitrogen Fertilizer Application in Harbin Fertilization of Soil Testing[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences (CAAS), 2013. (in Chinese with English abstract)

[16] 张福锁. 测土配方施肥技术[M]. 北京：中国农业大学出版社，2010.

[17] 韩军，闫童，张磊，等. 鲁南地区水稻土壤养分丰缺及推荐施肥指标体系研究[J]. 山东农业科学，2016，48(8)：93－97.

Han Jun, Yan Tong, Zhang Lei, et al. Study on abundance and deficiency of soil nutrient and fertilization recommendation index system for rice in south Shandong[J]. Shandong Agricultural Sciences, 2016, 48(8): 93－97. (in Chinese with English abstract)

[18] 赵士诚，曹彩云，李科江，等. 长期秸秆还田对华北潮土肥力、氮库组分及作物产量的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2014，20(6)：1441－1449.

Zhao Shicheng, Cao Caiyun, Li Kejiang, et al. Effects of long-term straw return on soil fertility, N pool fractions and crop yields on a fluvo-aquic soil in North China[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2014, 20(6): 1441－1449. (in Chinese with English abstract).

[19] 西尾道徳. 堆肥·有機質肥料の基礎知識[D]. 東京：農山漁村文化協会，2007.

[20] 刘世平，陈后庆，陈文林，等. 不同耕作方式与秸秆还田周年生产力的综合评价[J]. 农业工程学报，2009，25(4)：82－85.

Liu Shiping, Chen Houqing, Chen Wenlin, et al. Comprehensive evaluation of tillage and straw returning on yearly productivity[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2009, 25(4): 82－85. (in Chinese with English abstract)

[21] 黑龙江统计局，国家统计局黑龙江调查总队编. 黑龙江省统计年鉴[M]. 北京：中国统计出版社，2017.

[22] 何琏. 中国三江平原[M]. 哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，2000.

[23] 曾昭顺，徐琪，高子勤，等. 中国白浆土[M]. 北京：科学技术出版社，1997.

[24] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京：中国农业出版社，2005：30－165.

[25] 陈杰. 水稻氮素行为及施氮优化模拟研究[D]. 杭州：浙江大学，2004.

Chen Jie. Simulation Studies on Nitrogen Dynamics and Fertilizer-N Optimization for Rice Production[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2004. (in Chinese with English abstract)

[26] 代文才，高明，兰木羚，等. 不同作物秸秆在旱地和水田中的腐解特性及养分释放规律[J]. 中国生态农业学报，2017，25(2)：188－199.

Dai Wencai, Gao Ming, Lan Muling, et al. Nutrient release patterns and decomposition characteristics of different crop straws in drylands and paddy fields[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2017, 25(2): 188－199. (in Chinese with English abstract)

[27] 谭可菲，王麒，刘传增，等. 黑龙江西部地区水稻秸秆腐解特征研究[J]. 中国稻米，2018，24(4)：96－98.

Tan Kefei, Wang Qi, Liu Chuanzeng, et al. Decomposition characteristics of rice straw in western Heilongjiang[J]. China Rice, 2018, 24(4): 96－98. (in Chinese with English abstract)

[28] 闫超. 水稻秸秆还田腐解规律及对土壤养分和酶活性的影响[D]. 哈尔滨：东北农业大学，2012.

Yan Chao. Decomposition Regularity of Rice Straw Returning to Soil and its Effect on Soil Nutrients and Enzyme Activity[D]. Harbin: Dongbei Agricultural University, 2012. (in Chinese with English abstract)

[29] 张金涛. 玉米秸秆直接还田对土壤中氮素生物有效性的影响[D]. 北京：中国农业科学院，2010.

Zhang Jintao. The Effect of Maize Straw Return on the Bio-Availability of Nitrogen in Formland Soil[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2010. (in Chinese with English abstract)

[30] Mohanty M, Probert M E, Reddy K, et al. Modelling N mineralization from high C:N crop residues[J]. Agrochimica, 2011, 20(5): 551－570.

[31] Ding X L, He H B, Zhang B, et al. Plant-N incorporation into microbial amino sugars as affected by inorganic N addition: A microcosm study of15N-labeled maize residue decomposition[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2011, 43(9): 1968－1974.

[32] Alison J Eagle, Jeffrey A Bird, William R Horwath, et al. Rice yield and nitrogen utilization efficiency under alternative straw management practices[J]. Agronomy Journal, 2000, 92(6): 1096－1102.

[33] 梁斌，赵伟，杨学云，等. 氮肥及其与秸秆配施在不同肥力土壤的固持及供应[J]. 中国农业科学，2012，45(9)：1750－1757.

Liang Bin, Zhao Wei, Yang Xueyun, et al. Nitrogen retention and supply after addition of N fertilizer and its combination with straw in the soils with different fertilities[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2012, 45(9): 1750－1757. (in Chinese with English abstract)

[34] 南雄雄，田霄鸿，张琳，等. 小麦和玉米秸秆腐解特点及对土壤中碳、氮含量的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2010，16(3)：626－633.

Nan Xiongxiong, Tian Xiaohong, Zhang Lin, et al. Decomposition characteristics of maize and wheat straw and their effects on soil carbon and nitrogen contents[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2010, 16(3): 626－633. (in Chinese with English abstract)

[35] 李贵桐，赵紫娟，黄元仿，等. 秸秆还田对土壤氮素转化的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2002，8(2)：162－167.

Li Guitong, Zhao Zijuan, Huang Yuanfang, et al. Effect of straw returning on soil nitrogen transformation[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2002, 8(2): 162－167. (in Chinese with English abstract)

[36] 王鹏，曾玲玲，王发鹏，等. 秸秆还田对烤烟氮积累、分配及利用的影响[J]. 中国土壤与肥料，2008(4)：43－46.

Wang Peng, Zeng Lingling, Wang Fapeng, et al. Effects of wheat straw returning soil on N accumulation distribution and utilization of flue-cured tobacco[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2008(4): 43－46. (in Chinese with English abstract)

[37] Fabio Castelli, Enrico Ceotto, Renato Contillo. Reduced N supply limits the nitrate content of flue-cured tobacco[J]. Agronomy for Sustainable Evelopment, 2011, 31(2): 329－335.

[38] 肖小平，李超，唐海明，等. 秸秆还田下减氮增密对双季稻田土壤氮素库容及氮素利用率的影响[J]. 中国生态农业学报，2018，27(3)：422－430.

Xiao Xiaoping, Li Chao, Tang Haiming, et al. Soil nitrogen storage capacity and nitrogen recovery efficiency of double paddy fields under nitrogen-reduction and density-increase measures[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2018, 27(3): 422－430. (in Chinese with English abstract)

[39] 龙瑞平，张朝钟，戈芹英，等. 施氮量对高海拔机插粳稻产量及群体生长特性的影响[J]. 中国土壤与肥料，2018(2)：89－95.

Long Ruiping, Zhang Chaozhong, Ge Qinying, et al. Effect of nitrogen fertilizer on yield and population growth characteristics of high altitude mechanical transplanting japonica rice[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2018(2): 89－95. (in Chinese with English abstract)

[40] 王秋菊. 黑龙江地区土壤肥力和积温对水稻产量、品质影响研究[D]. 沈阳：沈阳农业大学，2012.

Wang Qiuju. Effect of Soil Fertility and Temperature on Rice Yield and Quality in Heilongjiang Area[D]. Shenyang: Shenyang Agricultural University, 2012. (in Chinese with English abstract)

[41] 陈梦云. 不同土壤类型下灌溉方式对水稻产量形成、根系形态和品质的影响[D]. 扬州：扬州大学，2008.

Chen Mengyun. Effect of Different Irrigation Methods on Yield and Quality of Rice Under Different Soil Types[D]. Yangzhou: Yangzhou Agricultural University, 2008. (in Chinese with English abstract)

[42] 陈祯，崔远来，刘方平，等. 不同灌溉施肥模式对水稻土物理性质的影响[J]. 灌溉排水学报，2013，32(5)：38－41.

Chen Zhen, Cui Yuanlai, Liu Fangping, et al. Effect of different irrigation and fertilization modes on paddy soil physics property[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2013, 32(5): 38－41. (in Chinese with English abstract)

[43] 曹印龙. 三江平原井灌稻区节水增温试验研究[D]. 哈尔滨：东北农业大学，2008.

Cao Yinlong. Study on the Saving-Irrigation and Increasing Irrigated Water Temperature in Well Irrigation Area in Sanjiang Plain Through Experiment[D]. Harbin: Dongbei Agricultural University, 2008. (in Chinese with English abstract)

[44] Edmond T, Leo S, Euloge A. Mulching upland rice for efficient water management: A collaborative approach in Benin[J]. Agricultural Water Management, 2013, 125: 71－80.

[45] 余双，崔远来，王力，等. 水稻间歇灌溉对土壤肥力的影响[J]. 武汉大学学报：工学版，2016，49(1)：46－51.

Yu Shuang, Cui Yuanlai, Wang Li, et al. Effects of intermittent irrigation on rice paddy soil fertility[J]. Engineering Journal of Wuhan University, 2016, 49(1): 46－51. (in Chinese with English abstract)

[46] 王绍华，曹卫星，丁艳锋，等. 水氮互作对水稻氮吸收与利用的影响[J]. 中国农业科学，2004，37(4)：497－501.

Wang Shaohua, Cao Weixing, Ding Yanfeng, et al. Interaction of water management and nitrogen fertilizer on nitrogen absorption and utilization rice[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2004, 37(4): 497－501. (in Chinese with English abstract)

[47] 张维乐. 水旱轮作秸秆还田条件下氮肥调控和钾肥替代效应研究[D]. 武汉：华中农业大学，2016.

Zhang Weile. Study of Nitrogen Management and Potassium Substitution Under Residues Incorporation in the Paddy-Upland Rotation System[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2016. (in Chinese with English abstract)

[48] 王红妮，王学春，黄晶，等. 秸秆还田对土壤还原性和水稻根系生长及产量的影响[J]. 农业工程学报，2017，33(20)：116－126.

Wang Hongni, Wang Xuechun, Huang Jing, et al. Effect of straw incorporated into soil on reducibility in soil and root system and yield of rice[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(20): 116－126. (in Chinese with English abstract)

[49] 刘贺. 全生育期轻度干湿交替灌激对水稻产量和土壤性状的影晌[D]. 扬州：扬州大学，2016.

Liu He. Effect of Alternative Wetting and Moderate Drying Irrigation During Whole Growth Period on Grain Yield and Soil Properties in Rice[D]. Yangzhou: Yangzhou Agricultural University, 2016. (in Chinese with English abstract)

[50] 侯海军，张文钊，沈建林，等. 水分管理对稻田细菌丰度与群落结构的影响[J]. 生态环境学报，2016，25(9)：1431－1438.

Hou Haijun, Zhang Wenzhao, Sheng Jianlin, et al. Effect of water management on soil bacterial abundance and community in the rice paddy field[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2016, 25(9): 1431－1438. (in Chinese with English abstract)

[51] 潘剑玲，代万安，尚占环. 秸秆还田对土壤有机质和氮素有效性影响及机制研究进展[J]. 中国生态农业学报，2013，21(5)：526-535.

Pan Jianling, Dai Wanan, Shang Zhanhuan. Review of research progress on the influence and mechanism of field straw residue incorporation on soil organic matter and nitrogen availability[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2013, 21(5): 526－535. (in Chinese with English abstract)

Nitrogen utilization efficiency of rice straw and effect of nitrogen regulation technology on yield in meadow albic soil

Wang Qiuju1,2, Jiao Feng3※, Liu Feng1, Chi Fengqin1, Jiang Hui4, Li Pengfei5

(1.150086,; 2.150086,; 3.,163319,; 4.150086,; 5.156331,)

Straw returning to the filed can not only improve soil fertility, but also alleviate the imbalance of nitrogen, phosphorus and potassium, improve crop yield and quality, and reduce the cost of agricultural production. Rice straw is decomposed gradually by microorganisms in the soil, which can release nitrogen to the soil for rice growth. Nitrogen released from straw can be divided into expended nitrogen and nitrogen retained in soil. Expended nitrogen can be further divided into nitrogen absorbed by plant and lost nitrogen.15N tracer technology is an effective means to study the nitrogen budget of farmland, by which we can accurately grasp the status of nitrogen utilization and residue, and analyze the nitrogen utilization efficiency of straw. Understanding the utilization rate of straw nitrogen is the premise of fertilization regulation and control. Heilongjiang Province still lacks the utilization rate of nitrogen in rice straw and the technical achievements of nitrogen regulation and control under straw returning conditions. In this paper, we take Qianjin Farm(132°17′E,47°34′N), Sanjiang Plain as test site and the albic soil as the test soil. we conduct a series of experiments during nitrogen regulation and control period including15N straw labeling tracer test and straw returning nitrogen optimization test, the utilization rate of nitrogen in straw after rice straw returns to the albic soil is defined and the optimized application technology of nitrogen fertilizer after rice straw returns to the albic soil is summarized, so as to provide theoretical basis and technical guidance for optimized application of nitrogen fertilizer after straw returns to the field. The results showed that, according to15N isotope tracer, the contribution rate of straw nitrogen in the albic soil to rice plant nitrogen accumulation was 6.49%-7.48%, 3.26%-4.16% to stem and leaf nitrogen accumulation, 8.67%-9.74% to seed; the total nitrogen use efficiency of straw was 6.51%-7.65% in the current year, and the adjustment of C/N ratio was beneficial to improving straw nitrogen utilization rate. Field experiments showed that the nitrogen application rate under straw returning was 10% lower than that under conventional nitrogen application for three consecutive years, and the field with good drainage had the effect of increasing yield, with the average yield increase by 6.17% for three years, and the yield with the reduction of nitrogen by more than 20% was low and unstable. Balanced and basal nitrogen reduction was suitable in nitrogen reduction period, and the yield was reduced significantly in case of fertilizer for tillering and panicle with nitrogen reduction; the field with poor drainage was not suitable for nitrogen reduction, otherwise, it led to yield reduction. There are differences in nitrogen regulation and control after straw returns to different kinds of soil. The corresponding measures for nitrogen management should be formulated according to soil conditions.

soils; straw; nitrogen; albic soil; straw returning to the field;15N marker; nitrogen utilization rate; nitrogen regulation and control; yield

2018-12-08

2019-02-28

国家科技支撑计划（2015BAD23B05）和重点研发计划项目（2016YFD0300902-05）资助

王秋菊，博士，副研究员。主要从事土壤改良研究。Email：bqjwang@126.com

焦 峰，教授，从事土壤化学研究。Email：jiaofeng1980@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.010

S511

A

1002-6819(2019)-11-0086-09

王秋菊，焦 峰，刘 峰，迟凤琴，姜 辉，李鹏绯.草甸白浆土稻秆氮利用效率及氮素调控对水稻产量的影响[J]. 农业工程学报，2019，35(11)：86－94. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.010 http://www.tcsae.org

Wang Qiuju, Jiao Feng, Liu Feng, Chi Fengqin, Jiang Hui, Li Pengfei. Nitrogen utilization efficiency of rice straw and effect of nitrogen regulation technology on yield in meadow albic soil[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(11): 86－94. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.010 http://www.tcsae.org