不同水旱轮作模式下秸秆还田与精量减氮对水稻产量、氮素吸收利用及土壤氮含量的影响

摘要： 【目的】水旱轮作模式不仅影响土壤氮素残留率，而且旱作季秸秆还田后带入土壤的氮量也不同，导致对后茬水稻的氮素供应也不同。研究考虑秸秆氮素条件下的精准减氮量，以充分发挥秸秆氮素和轮作模式优势。【方法】以四川地区主推品种‘F 优498’为材料，在四川农业大学现代化农业科研园区进行大田裂区试验，以3 种水旱轮作模式下的秸秆还田为主区：油菜–水稻轮作（RR）、小麦–水稻轮作（WR）、青菜–水稻轮作（CR）；以3 个施氮量为裂区：不施氮（N0）、传统施氮量（N1）、精量减氮（N2）。根据计算，RR、CR 和WR 轮作模式下N2 处理的施氮量分别为120、145 和140 kg/hm2，分别较N1 处理（150 kg/hm2） 减少氮肥用量20.00%、3.33% 和6.67%。于水稻拔节期、齐穗期、成熟期取植株样分析干物质积累和氮素吸收量，成熟期测定水稻产量和产量构成因素。旱季作物和水稻收获后取0—20 cm 土壤样品，测定全氮及碱解氮含量。【结果】与CR 和WR 处理相比，RR 平均水稻产量2018 年分别增加3.85% 和13.06%，2019 年分别增加14.01% 和2.57%，主要原因是其能保证较高的有效穗数和千粒重，促进籽粒灌浆结实；2018 年干物质积累总量平均分别增加1.84% 和23.50%，2019 年分别增加12.87% 和4.19%；2018 年氮素积累总量平均分别增加17.29% 和14.59%，2019 年分别增加10.50% 和5.00%；2018 年氮肥偏生产力分别增加11.43% 和17.08%，2019 年分别增加25.57% 和11.42%。2018、2019 年RR 处理稻田土壤全氮含量分别较CR 和WR 处理增加16.67% 和9.25%、14.69% 和2.01%，碱解氮含量分别增加了13.90% 和9.80%、17.76% 和8.48%。同一轮作模式秸秆还田下，N2 处理的水稻产量、干物质积累、氮素吸收及土壤氮素含量与N1 处理多无显著差异，但氮肥偏生产力、氮肥生理利用率多表现为N2gt;N1，其中2018 年N2 处理在RR 模式下的氮肥偏生产力较N1 处理显著增加23.50%，2019 年显著增加20.89%。RR、WR 和CR 模式综合评价表明，水稻生产力综合排序为RRgt;CRgt;WR，得分最高的处理是RR+N1，其次是RR+N2。【结论】油菜–水稻轮作模式秸秆还田优化了水稻各生育时期的干物质和氮素积累，促进了氮素利用和土壤培肥，从而增加水稻产量，配合精量减氮处理不影响水稻正常生长，但能减少20% 氮肥使用，有助于秸秆高效利用和水稻节肥稳产。

关键词： 水旱轮作； 旱作秸秆还田； 精量减氮； 水稻产量； 氮素吸收利用； 土壤氮素含量

水旱轮作是中国南方重要的耕作制度，具有提高复种指数，改善土壤理化性质，促进农民收入增加等优点，其中应用范围较大的有油菜–水稻、小麦–水稻、青菜–水稻等稻田冬种的水旱轮作模式[1−3]。前茬农作物收获后，副产物秸秆多被焚烧或随意抛弃，从而增加温室气体排放或造成水体富营养化[4−5]。秸秆就地还田是处理农作物秸秆的主要方法，农作物秸秆含有丰富的营养元素，具有较大的肥料替代潜力，能替代部分氮肥，降低施氮量[ 6 − 7 ]。另一方面，氮肥是水稻增产稳产的关键因素，但过多的氮肥投入不仅导致氮素利用率降低，还造成水稻生产成本增加，加重环境污染[8]。因此，轮作作物合理配置、秸秆肥料化利用及氮肥精量减施是保证水旱轮作模式生产力稳步提升和可持续发展的重要条件。相关研究表明，小麦–水稻轮作模式秸秆全量还田较秸秆不还田可显著促进水稻后期生长和氮素积累，提高氮肥表观利用率和氮肥农学效率，水稻增产幅度达11.9%[9]。油菜–水稻轮作模式秸秆还田可增加土壤全氮和碱解氮含量，提高水稻有效穗数、结实率和产量[10]，油菜秸秆还田下土壤碱解氮含量和水稻产量均高于小麦秸秆还田[11]。袁晓娟等[12]研究也发现，相比小麦–水稻和青菜–水稻模式，油菜–水稻轮作模式秸秆还田更有利于提高水稻有效穗数，促进干物质积累和产量增加。但林郸等[13]认为，青菜–水稻轮作模式秸秆还田下水稻产量高于小麦–水稻、油菜–水稻轮作模式，这可能是由于青菜种植中施肥量较大， 导致土壤肥力相对较高所致。此外，戴相林等[14]研究表明，秸秆还田配合常规施氮量减量20%可提高氮肥利用率和氮肥农学利用率，显著降低CH4 和N2O 排放，水稻产量略有下降但差异不显著。也有研究发现，稻麦轮作模式秸秆还田配合化肥减施20% 可提高水稻氮肥农学利用率，增加地上部氮素积累，但对产量影响不显著[15]。上述研究主要针对单一轮作模式秸秆还田、秸秆还田配施氮肥或是多种轮作模式下秸秆还田，而不同水旱轮作模式间作物养分吸收、土壤环境和田间管理均差异较大，因而残留在秸秆和土壤中的氮素含量变化巨大，但少有研究量化秸秆及土壤中氮含量，尤其缺乏在不同水旱轮作模式下，根据前茬残留氮含量制定后茬稻季的精量减氮量。为此，本试验研究了我国南方油菜–水稻、小麦–水稻、青菜–水稻3 种常见水旱轮作模式下，旱作秸秆还田条件下稻季精量减氮对水稻产量、干物质积累、氮素吸收利用及土壤氮素含量的影响，并利用主成分分析和隶属函数综合评价了不同处理对水稻生产力的影响，以期为水旱轮作模式秸秆高效利用和优化氮肥管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料、地点及土壤状况

供试水稻品种为四川主推品种‘F 优498’ （杂交籼稻）。于2018—2019 年在四川省崇州市四川农业大学现代化农业科研园区（30°42′N，103°28′E） 进行。耕层土壤（0—20 cm） 质地为砂壤土，土壤基础理化性状见表1。

1.2 试验设计

采用两因素裂区设计，主区设置3 种水旱轮作模式秸秆全量还田：油菜–水稻（RR），油菜秸秆还田（2018 年7500 kg/hm2，2019 年6500 kg/hm2）；小麦–水稻（WR），小麦秸秆还田（2018 年6000 kg/hm2，2019 年5000 kg/hm2）；青菜–水稻（CR），青菜残留物还田（2018 年1200 kg/hm2，2019 年1000 kg/hm2）。裂区设置3 个氮肥水平：不施氮对照（N0）、传统施氮量150 kg/hm2 （N1）、精量减氮（N2），每个轮作模式N2 处理的施氮量先根据土壤供氮量计算目标产量施氮量[16] [ 即，目标产量施氮量（kg/hm2）=（目标产量需氮量−土壤供氮量）/氮肥当季利用率]，然后再减去各模式秸秆还田提供的氮量，即为RR、WR、CR 模式下水稻的N2 水平施氮量，具体计算结果分别为120、140 和145 kg/hm2 （表2），分别较N1 处理减氮20.00%、3.33% 和6.67%。

两年均采用旱育秧，2018–03–18 育秧，2018–05–19 移栽，2019–03–24 育秧，2019–05–24 移栽，移栽后每个小区按各自的作物秸秆还田。小区面积12 m2 （4 m × 3 m），每个处理3 次重复，共27 个小区，移栽密度为33.3 cm×16.7 cm，单本移栽。氮肥为尿素 （N≥46%），分移栽前1 天基施，移栽后7 天追施，倒4 叶和倒2 叶抽出时追施，比例为3∶3∶2∶2。磷肥为过磷酸钙（P2O5≥12%，90 kg/hm2），一次性基施。钾肥为氯化钾 （K2O≥60%，150 kg/hm2），分移栽前1 天基施和穗肥追施，比例为7∶3。小区之间做田埂并用塑料薄膜包裹，以免水肥侧渗，其他采用当地常规田间管理方式。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 土壤理化性状测定

在前茬作物收获后，采用五点取样法，采集0—20 cm 土层土样，风干，粉碎，过筛。有机碳含量用重铬酸钾外加热法测定，并换算成有机质含量；全氮含量采用凯氏定氮法测定；碱解氮含量采用碱解扩散法测定；速效磷含量采用碳酸氢钠法测定；速效钾含量采用醋酸铵浸提—火焰原子吸收分光光度法测定。在水稻收获后采用五点取样法取土样，然后测定土壤全氮、碱解氮含量。

1.3.2 产量及产量构成因素

于成熟期各小区选取代表性植株30 穴，统计有效穗数，并按平均有效穗数从每小区选取5 穴进行室内考种，测定实粒数、空粒数、千粒重，计算结实率等指标，晒干后按13.5%标准水分含量折算产量。

1.3.3 干物质与氮素积累

于拔节期、齐穗期、成熟期各小区按平均茎蘖数取代表性植株3 穴，分茎、叶和穗（齐穗期和成熟期），105℃ 下杀青30 min后，在80℃ 下烘干至恒重，称取各器官干物质量。将各器官样品分别粉碎过筛，采用浓H2SO4−H2O 消煮，FOSS-8400 凯氏定氮法测定全氮含量，计算氮素积累量。

1.3.4 植株氮素利用率计算

氮肥偏生产力=施氮区作物产量/氮肥施用量；氮肥生理利用率=（施氮区作物产量−不施氮区作物产量）/（施氮区植株总吸氮量−不施氮区植株总吸氮量）。

1.4 数据计算和统计分析

采用Microsoft Excel 2016 进行数据整理，用SPSS25.0 （SPSS Institute Inc， Chicago， USA） 软件进行方差分析和多重比较、主成分分析及隶数函数分析。相关指标计算如下[17]：

1） 主成分分析 根据特征值大于1，选取主成分累计贡献率大于85% 的主成分;

2） 隶属函数值 μ（Xi）=（Xi−Xmin）/（Xmax−Xmin）；i=1， 2，3， ···， n; 其中Xi 表示第i 个综合指标，Xm in 表示第i 个综合指标的最小值；Xmax 表示第i 个综合指标的最大值;

2 结果与分析

2.1 不同水旱轮作模式下秸秆还田与精量减氮对水稻产量形成的影响

由表3 可知，年份（千粒重除外）、不同轮作模式秸秆还田（结实率除外）、施氮量（每穗颖花数除外）、年份和不同轮作模式秸秆还田交互作用（千粒重除外） 对水稻产量及产量构成因素的影响达显著或极显著水平，年份和施氮量交互作用，以及年份×不同轮作模式秸秆还田×施氮量三者交互作用对有效穗数和产量的影响达显著或极显著水平。

2018 年3 种水旱轮作模式秸秆还田的水稻产量表现为RRgt;CRgt;WR，RR 的产量分别较CR 和WR增产3.85% 和13.06%；2019 年产量表现为RRgt;WRgt;CR，RR 的产量分别较CR 和WR 增产14.01% 和2.57%。同一轮作模式秸秆还田下，水稻产量均表现为N1gt;N2，但二者无显著差异。与N0 处理相比，N2处理在RR、WR 和CR 模式下分别平均增产33.91%、44.83% 和40.95%，且N2 与N0 处理差异显著。

从产量构成因素分析，2018 年3 种水旱轮作模式秸秆还田的水稻有效穗数表现为CRgt;RRgt;WR，每穗颖花数表现为WRgt;RRgt;CR，千粒重表现为RRgt;WRgt;CR，结实率表现为RRgt;CRgt;WR；2019 年有效穗数和千粒重均在RR 模式下达到最大，而每穗颖花数和结实率均表现为WRgt;RRgt;CR。同一轮作模式秸秆还田下，有效穗数均表现为N1gt;N2gt;N0，与N0 处理相比，N2 处理在RR、WR 和CR 模式下两年分别平均增加28.25%、35.09% 和25.96%，且N2 与N0 处理间差异显著；每穗颖花数和结实率在各处理下差异多不显著，而千粒重多在N2 处理最大，其中2019年N2 处理在RR、WR 和CR 模式下的千粒重分别较N0 处理显著增加5.55%、4.19% 和6.39%。

2.2 不同水旱轮作模式下秸秆还田与精量减氮对水稻干物质积累的影响

由表4 可知，年份、不同轮作模式秸秆还田、施氮量、年份和不同轮作模式秸秆还田交互作用、年份和施氮量交互作用、不同轮作模式秸秆还田和施氮量交互作用，以及年份×不同轮作模式秸秆还田×施氮量三者交互作用对各指标影响达显著或极显著水平。

2018 年3 种水旱轮作模式秸秆还田水稻各营养器官干物质积累量均表现为RRgt;CRgt;WR，各生育时期RR 的干物质积累总量分别比CR 和WR 增加4.52% 和44.61% （拔节期），0.98% 和23.75% （齐穗期），1.84% 和23.50% （成熟期）；2019 年干物质积累量表现为RRgt;WRgt;CR，各生育时期RR 的干物质积累总量分别比CR 和WR 增加9.43% 和5.31% （拔节期），19.74% 和7.11% （齐穗期），12.87% 和4.19%（成熟期）。同一轮作模式秸秆还田下，2018 年水稻各营养器官干物质积累量均表现为N1gt;N2gt;N0，N1 处理在RR 和WR 模式下的干物质积累总量与N2 处理差异显著（成熟期）；2019 年齐穗期和成熟期的茎鞘、叶干物质积累量均表现为N2gt;N1gt;N0，其余时期各营养器官干物质积累量在N1 处理达到最大，但N1、N2 处理间无显著差异。与N0 处理相比，各生育时期N2 处理在RR、WR 和CR 模式下的干物质积累总量分别平均增加34.42%、96.16% 和35.00% （拔节期），58.66%、65.03% 和48.50% （齐穗期），38.76%、41.92% 和37.40% （成熟期），且N2 与N0 处理差异显著。

2.3 不同水旱轮作模式下秸秆还田与精量减氮对水稻氮素积累的影响

由表5 可知，年份、不同轮作模式秸秆还田、施氮量、年份和不同轮作模式秸秆还田交互作用（齐穗期穗除外）、不同轮作模式秸秆还田和施氮量交互作用（拔节期茎鞘除外） 对各指标影响达显著或极显著水平，年份和施氮量交互作用对拔节期茎鞘、叶及齐穗期各营养器官氮素积累量影响达显著或极显著水平，年份×不同轮作模式秸秆还田×施氮量三者交互作用对拔节期叶、齐穗期穗以及成熟期各营养器官氮素积累量影响达显著或极显著水平。

2018 年3 种水旱轮作模式秸秆还田水稻各营养器官氮素积累量均表现为RRgt;CRgt;WR （拔节期和齐穗期），拔节期RR 的氮素积累总量分别比CR 和WR 增加7.74% 和19.97%，齐穗期增幅分别达6.60%和10.05%。成熟期茎鞘氮素积累量表现为CRgt;RRgt;WR，叶和穗氮素积累量均在RR 表现最大，氮素积累量叶表现为RRgt;CRgt;WR，穗表现为RRgt;WRgt;CR，RR 的氮素积累总量分别比CR 和WR 增加17.29%和14.59%；2019 年氮素积累总量表现为RRgt;WRgt;CR，各生育时期RR 的氮素积累总量分别比CR和WR 增加30.51% 和12.05% （拔节期），21.18% 和8.83% （齐穗期），10.50% 和5.00% （成熟期）。同一轮作模式秸秆还田下，2018 年各生育时期茎鞘、叶氮素积累量和成熟期穗氮素积累量多表现为N1gt;N2，齐穗期穗氮素积累量均表现N2gt;N1；2019 年齐穗期和成熟期的茎鞘、叶氮素积累量均表现为N2gt;N1，其余时期各营养器官氮素积累量在N1 处理达到最大，但二者多无显著差异。与N0 处理相比，各生育时期N2 处理在RR、WR 和CR 模式下的氮素积累总量分别平均增加78.72%、47.01% 和68.22% （拔节期），144.11%、144.35% 和157.10% （齐穗期），63.91%、81.17% 和79.09% （成熟期），且N2 与N0 处理差异显著。

2.4 不同水旱轮作模式下秸秆还田与精量减氮对水稻氮素利用和土壤氮素含量的影响

由表6 可知，年份、不同轮作模式秸秆还田、施氮量（氮肥生理利用率除外）、年份和不同轮作模式秸秆还田交互作用（氮肥生理利用率除外） 对各指标影响达显著或极显著水平，年份和施氮量交互作用对土壤碱解氮含量影响达显著水平，不同轮作模式秸秆还田和施氮量交互作用对氮肥偏生产力和土壤全氮含量影响达极显著水平。

不同水旱轮作模式秸秆还田的水稻氮肥偏生产力均在RR 模式达到最大，与CR 和WR 处理相比，RR 在2018 年氮肥偏生产力分别增加了11.43% 和17.08%，2019 年分别增加25.57% 和11.42%，氮肥生理利用率均表现为WRgt;CRgt;RR，但各模式处理间无显著差异。同一轮作模式秸秆还田下，水稻氮肥偏生产力、氮肥生理利用率多表现为N2gt;N1，其中2018 年N2 处理在RR 模式下的氮肥偏生产力较N1处理显著增加23.50%，2019 年显著增加20.89%，其余处理间多无显著差异。

3 种水旱轮作模式下秸秆还田水稻收获前后土壤全氮、碱解氮含量均表现为RRgt;WRgt;CR，RR 的全氮含量分别较CR 和WR 增加16.67% 和9.25%（2018 年）、14.69% 和2.01% （2019 年），碱解氮含量分别增加13.90% 和9.80% （2018 年）、17.76% 和8.48% （2019 年）。同一轮作模式秸秆还田下，土壤全氮、碱解氮含量多表现为N1gt;N2，但二者无显著差异。与N0 处理相比，N2 处理在RR、WR、CR 模式下的全氮和碱解氮含量分别平均增加12.64%、15.47%，34.32% 和7.44%，10.53%、10.82%。且N2 与N0 处理多差异显著。

2.5 水稻产量、氮素利用及土壤氮素含量的相关性分析

由图1 相关性分析可知，产量与有效穗数、千粒重、干物质积累量、氮素积累量、氮肥偏生产力、氮肥生理利用率、土壤全氮含量、碱解氮含量呈显著或极显著正相关；土壤全氮含量与有效穗数、千粒重、干物质积累量、氮素积累量、氮肥偏生产力、氮肥生理利用率、碱解氮呈显著或极显著正相关。由于各单项指标存在信息重叠， 因此，需在此基础上利用多元统计方法进行多指标综合评价。

2.6 不同水旱轮作模式下秸秆还田与精量减氮对水稻生产力的主成分分析及综合评价

由表7 可知，前2 个主成分累计贡献率达88.49%，表明二者具有较大的信息代表性，可用前2 个主成分表征11 个单项指标进行综合评价。主成分1 的贡献率为75.56%，主要反映有效穗数、结实率、千粒重、产量、干物质积累量、氮素积累量、氮肥偏生产力、氮肥生理利用率、全氮、碱解氮等指标的信息。主成分2 的贡献率为12.93%，主要反映每穗颖花数的信息。

由表8 可知，对于同一综合指标PC1，在秸秆还田与精量减氮处理下，隶属函数值μ（X1） 最大的是RR+N1，为0.90，表明该处理在PC1 表现最优。同时根据2 个综合指标贡献率计算得出其权重分别为0.85 和0.15。根据指标权重和隶属函数值进行综合评价，计算出得分最高的处理是RR+N1，其次是RR+N2，3 种水旱轮作模式秸秆还田对水稻生产力的综合评分表现为RRgt;CRgt;WR。

3 讨论

3.1 不同水旱轮作模式下秸秆还田与精量减氮对水稻产量及产量构成因素的影响

水旱轮作模式有利于涵养水分，提高土壤肥效，前茬秸秆还田后能为水稻提供氮素等养分，减少化肥施用量，在水稻生产中实现节本增收，还能减少稻田甲烷排放[18−19]。秸秆还田配施氮肥有利于提高秸秆氮素矿化率（增幅达3.70%），增大土壤氮库，促进水稻吸收氮素，进而实现高产[20]。刘禹池等[21]研究发现，稻油轮作长期秸秆还田能显著提高水稻产量，较常量施氮可节约氮肥36.36%，但年度间产量波动幅度较大，这是由于气候、品种等变化所导致。本研究发现，油菜–水稻轮作模式的水稻产量高于其余两种模式，有效穗数和千粒重与产量呈极显著正相关，说明该模式利于水稻分蘖形成，促进籽粒灌浆结实，高产的原因可能在于以下几点：第一，油菜秸秆还田量较大，油菜叶片在生长过程中基本脱落还田。第二，油菜根系发达，有利于从土壤中吸收养分和水分，油菜在收获后，其根系能分泌出有机酸等物质[22]，加速溶解土壤中的难溶解磷素，提高土壤速效磷含量（表1）。而对于青菜–水稻轮作模式而言，其还田量和土壤基础肥力虽低于小麦–水稻轮作模式，但青菜残留物C/N 较低[23]，在试验初期更易于腐解且释放的养分更快，从而促进水稻养分吸收，加快分蘖发生提高产量，但不利于长期效应，土壤氮素含量有所下降。同一水旱轮作模式下，水稻的产量在N1 处理达到最大，与N2 处理无显著差异，较N0 处理均显著增加，但其增幅在油菜–水稻轮作模式下低于其余两种模式，原因在于油菜秸秆还田氮素及土壤基础肥力较高，这个结果与张维乐等[24]发现稻麦轮作模式秸秆还田水稻增产效果优于稻油轮作相类似。另外，本试验为定位试验，两年间气候差异较小，所选用品种为杂交籼稻，其根系较常规稻更为发达，吸收养分能力更强。因此，有必要针对不同气候条件，不同土壤供氮能力、不同水稻品种等，开展水旱轮作模式下秸秆还田配合精量减氮试验，验证本研究结果的普适性。

3.2 不同水旱轮作模式下秸秆还田与精量减氮对水稻干物质和氮素积累的影响

水稻干物质积累是产量形成的基础[25]。研究发现，秸秆还田初期C/N 较高且秸秆腐解消耗大量水分，与水稻争水争氮，水稻分蘖受到抑制，生育前期干物质积累有所下降[26]。秸秆还田配合化学氮肥施用可有效避免争氮效应，形成缓速相济的供氮速率，促进秸秆养分释放，从而整体提高水稻干物质积累[27]。秸秆还田能有效促进水稻根系生长、加强养分吸收和干物质积累，且小麦秸秆还田效果优于油菜秸秆还田[28]，而本试验结果与其略有差异，这可能是由于试验区气候条件不同，且该研究均为异地秸秆全部还田。本研究发现，油菜–水稻轮作模式的水稻干物质积累量均高于其余两种模式，有效穗数和产量与干物质积累量呈极显著正相关，这说明油菜秸秆还田更能协调土壤缓速养分供给，既能保证有效分蘖形成，又能防止水稻生育后期早衰，从而提高各生育时期干物质积累。还有研究表明，水旱轮作模式下油菜茬口的土壤盈余养分高于小麦茬口[29]，有利于全面提升土壤氮磷钾养分含量，同时残留根茬和秸秆还田更能显著促进后茬水稻生长[30]，本试验结果与其保持一致。同一水旱轮作模式下，2019 年齐穗期和成熟期的茎鞘、叶干物质积累量在N2 处理达到最大，其余时期各营养器官干物质积累量在N1 处理达到最大，但二者多无显著差异，说明随着秸秆还田年限加长更有利于维系水稻干物质合成。

氮素是参与水稻生长发育的重要营养元素，水稻体内氮素主要由根系从土壤中吸收[31]。相关研究表明，秸秆还田对水稻根系生长具有先抑后促的效应，水稻生长前期秸秆腐解产生有毒还原物质，抑制根系生长，后期随着养分大量释放，促进根系总长和总表面积增加[32]。秸秆还田配施氮肥有利于增加土壤含氮量，促进土壤氮循环和矿化，从而增加水稻氮素吸收[33]。本研究发现，油菜–水稻轮作模式的水稻氮素积累量均高于其余两种模式，究其原因，一是油菜秸秆还田提高了土壤养分含量，二是油菜秸秆还田有利于增加水稻根系总根长、根直径、根表面积和根体积，促进根系吸收氮素[27]。同一水旱轮作模式下，除齐穗期穗氮素积累量外，其余生育时期营养器官氮素积累量多在N1 处理达到最大，这与张斯梅等[34]发现麦秆还田配合减氮20%，水稻氮素积累量低于常规施氮处理结果类似，但在本试验中N1与N2 处理多无显著差异。

3.3 不同水旱轮作模式下秸秆还田与精量减氮对水稻氮素利用和土壤氮素含量的影响

秸秆还田配合氮肥减施是提高水稻氮素利用率、保障高产稳产、降低温室气体排放的有效策略[35]。研究表明，秸秆还田配合氮肥施用不仅有利于水稻生长前期吸收氮素，而且能促进有机氮的后续矿化，增加水稻氮素吸收[36]。秸秆还田通过对土壤pH、无机氮、有机碳的调节，能显著降低活性氮2.70%～20.90% 的径流损失[37]，长期秸秆还田可显著提高土壤固氮菌的丰度，使固氮率提高25%，进而提高水稻氮素利用率[38]。麦/油−稻轮作下秸秆还田可有效提高作物氮素吸收和氮素利用率，且油−稻轮作下秸秆还田的效果更优[39]，本试验结果与其一致。本研究发现，油菜–水稻轮作模式的氮肥偏生产力均高于其余两种模式，氮肥偏生产力、氮肥生理利用率多表现为N2gt;N1，其中氮肥偏生产力在二者间多差异显著，这可能是因为油菜秸秆还田量大，有利于土壤中氮素的均衡供应，促进水稻根系生长，增加干物质和氮素积累，进而提高氮素利用率。

秸秆还田具有提升土壤养分含量，降低土壤容重，减少养分流失的作用[40]。薛斌等[41]研究表明，稻油轮作模式下长期秸秆还田可明显增加耕层土壤的（0—20 cm） 全氮、有机质和碱解氮等含量，具有改善土壤物理性状，培肥土壤的效果。武际等[11]研究也发现，水旱轮作下连续秸秆还田能显著降低表层土壤容重，提高土壤含水量，增加有机质和碱解氮等养分含量。本研究发现，油菜–水稻轮作模式的土壤全氮和碱解氮含量均高于其余两种模式，这可能是因为油菜秸秆还田带入更多的有机氮，也有可能是因为高C/N 油菜秸秆持续腐解，土壤微生物活性增强，促进土壤氮的矿化[42]。同一轮作模式秸秆还田下，土壤全氮和碱解氮含量N1 与N2 处理大多时候差异不显著，说明精量减氮处理可以维系土壤肥力，保证下茬作物生长不受影响。

通过主成分分析和隶属函数综合评价不同处理对水稻生产力的影响，结果也表明，水稻生产力综合排序为油菜–水稻轮作模式gt;青菜–水稻轮作模式gt;小麦–水稻轮作模式，综合得分最高的处理是油菜–水稻轮作模式配合传统施氮，其次是油菜–水稻轮作模式配合精量减氮，但在本试验中两处理对上述各指标影响多不显著，综合考虑分析，油菜–水稻轮作模式下秸秆还田配合精量减氮可以保持水稻产量、氮素吸收利用和土壤肥力稳定，并减少氮肥投入，有利于提高农民经济效益。

4 结论

3 种水旱轮作模式并将旱作秸秆还田条件下，油菜–水稻轮作模式的土壤速效氮磷钾含量均高于青菜–水稻、小麦–水稻轮作模式，因此水稻季氮肥用量低于青菜–水稻、小麦–水稻轮作模式，但水稻有效穗数和千粒重多高于青菜–水稻、小麦–水稻轮作模式，水稻产量、氮肥偏生产力明显提升，还维持了较高的土壤养分含量。

同一水旱轮作模式下，减少氮肥用量几乎未对水稻产量、干物质、氮素积累及土壤氮素含量产生显著不利影响，但可有效提高氮肥利用，因此，结合轮作模式（土壤养分含量）、秸秆还田氮量以及目标产量需氮量制定氮肥用量，是实现水稻稳产高效的精准氮肥管理方法。

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