金婷 柯帥 王盼星 盛海君 錢曉晴

摘要[目的]確定秸稈全量還田引起的作物營(yíng)養(yǎng)障礙因子作用大小，為秸稈全量還田精準(zhǔn)配肥提供參考。[方法]以南粳9108水稻品種為材料，采用土壤混合秸稈（1 kg土+5 g秸稈）加營(yíng)養(yǎng)液澆灌的方法，在苗期進(jìn)行N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo 12種元素缺素處理，研究不同營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)供試水稻苗期地上部分（株高、基莖粗、葉綠素SPAD）和地下部分（根系）生長(zhǎng)的影響。[結(jié)果]

不同缺素營(yíng)養(yǎng)液處理的水稻苗期株高、基莖粗、葉綠素SPAD和根系主要形態(tài)指標(biāo)基本上低于完全營(yíng)養(yǎng)液處理（對(duì)照），其中缺N處理各指標(biāo)降低幅度最大且差異達(dá)極顯著水平。[結(jié)論]秸稈全量還田引起的作物營(yíng)養(yǎng)障礙因子作用由大到小依次為N、S、Zn、P、K、Ca、Mn、Fe、Cu、B、Mo、Mg，影響最大的元素是N，其次是S、Zn、P。為了更好地發(fā)揮秸稈全量還田改土培肥與增產(chǎn)提質(zhì)的作用，應(yīng)重視N、S、Zn、P等元素的配合施用。

關(guān)鍵詞水稻；秸稈還田；營(yíng)養(yǎng)障礙

中圖分類號(hào)S141.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2017）16-0115-04

Crop Nutrition Disorders Facters under Returning All Wheat Straw to Field

JIN Ting，KE Shuai，WANG Panxing，QIAN Xiaoqing* et al

（College of Environmental Science and Engineering，Yangzhou University，Yangzhou，Jiangsu 225127）

Abstract[Objective] To determine crop nutrition disorders facters under returning all wheat straw to field， and provide a reference for the accurate fertilization of the whole amount of straw returning .[Method]With the rice variety of South japonica 9108 as materials，using soil mixed straw （1 kg soil +5 g straw） and nutrient solution ， phosphorus， potassium， calcium， magnesium， sulfur， iron， manganese， copper， zinc， boron and molybdenum 12 kinds of element deficiency in seedling were treated，effects of different nutrient elements on the growth of aboveground part （plant height，stem diameter，chlorophyll SPAD） and underground part （root） on rice seedling stage were studied.[Result]Under different nutrient solution treatment，the height， stem diameter， chlorophyll SPAD and root morphological indexes of rice seedlings basically were lower than the complete nutrient solution treatment （control）， the nitrogen deficiency indexes decreased and reached a very significant difference.[Conclusion] Under the condition of total straw returning to field，the crop nutrient barrier factors from large to small were N， S， Zn， P， K， Ca， Mn， Fe， Cu， B， Mo， Mg， the biggest impact elements were nitrogen， followed by sulfur， zinc and phosphorus.In order to make full use of the total amount of straw returning to the soil to improve soil fertility and increase production and quality，should be paid attention to the application of nitrogen，sulfur，zinc，phosphorus.

Key wordsRice；Straw returning；Nutritional disorders

基金項(xiàng)目江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（SJLX16-0597）；揚(yáng)州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（YZ2016038）；江蘇省政策引導(dǎo)類計(jì)劃項(xiàng)目（BN2016197）。

作者簡(jiǎn)介金婷（1993—），女，江蘇鹽城人，碩士研究生，研究方向：農(nóng)業(yè)資源利用。*通訊作者，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事資源環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究與教學(xué)工作。

收稿日期2017-04-07

作物秸稈中含有豐富的C、N、P和K及多種微量元素，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的營(yíng)養(yǎng)源。研究表明，秸稈還田具有改善土壤理化性狀和生物學(xué)性狀、提高土壤肥力、增加作物產(chǎn)量等作用[1-2]。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，秸稈資源較豐富，目前秸稈年產(chǎn)量約7億t。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全部秸稈中所含NPK量相當(dāng)于全國(guó)目前化肥用量的1/3左右[3]。農(nóng)田秸稈覆蓋技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已相當(dāng)完善，并取得了較好的效果[4-5]。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于秸稈還田的研究起步較晚，秸稈還田率遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家[6]。因此，充分利用秸稈資源，科學(xué)推廣秸稈全量無障礙還田技術(shù)，是促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的有效手段，也是提高土壤有機(jī)碳含量、培肥地力、增加養(yǎng)分循環(huán)利用率有效而簡(jiǎn)便的方法。

雖然秸稈還田技術(shù)已有大量研究，并取得了一定進(jìn)展，但目前我國(guó)秸稈資源并未得到有效利用。其主要原因在于缺乏可操作性的規(guī)范化或標(biāo)準(zhǔn)化的施肥措施。要制訂規(guī)范化的施肥措施，必須明確秸稈全量還田條件下可能引起的作物營(yíng)養(yǎng)障礙因子及其作用大小。其中，微生物大量繁殖引起的土壤缺N已引起廣泛重視，秸稈還田配合施用N肥已成為秸稈還田的常規(guī)做法[7]。而秸稈還田可能引起Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn、P、Mo等元素有效含量下降，對(duì)作物生長(zhǎng)與產(chǎn)量形成的影響研究較少。

為了更好地發(fā)揮秸稈還田的效率，減少因使用不當(dāng)而產(chǎn)生的減產(chǎn)等負(fù)面效應(yīng)，筆者分析秸稈全量還田條件下可能引起的作物營(yíng)養(yǎng)障礙因子及其作用大小，并相應(yīng)調(diào)節(jié)施肥措施，從而實(shí)現(xiàn)高效秸稈還田，對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

于2016年6月在揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行盆栽培養(yǎng)試驗(yàn)，供試水稻品種為南粳9108，經(jīng)溫室培育后選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的秧苗移栽至試驗(yàn)盆中。土壤采自鎮(zhèn)江農(nóng)委示范基地，質(zhì)地為黏土，pH 5.90，有機(jī)質(zhì) 26.7 g/kg，堿解氮116.4 mg/kg，速效磷 29.1 mg/kg，速效鉀276.9 mg/kg。秸稈采用該土壤來源地上季小麥秸稈，切碎（1 cm左右）待用。有機(jī)物料腐熟劑采用農(nóng)業(yè)部948項(xiàng)目技術(shù)支持產(chǎn)品[（微生物肥（2014）準(zhǔn)字（1364）號(hào)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB 20287—2006）]。

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用15 cm×10 cm×13 cm的盆缽，每盆裝入經(jīng)過5 mm篩網(wǎng)的土壤1 kg，小麥秸稈5 g[相當(dāng)于田間秸稈還田量11 250 kg/hm2（20 cm耕層150 000 kg土）]和0.2 g有機(jī)物料腐熟劑，充分拌勻，備用。待水稻秧苗（每盆3株）移栽后澆灌營(yíng)養(yǎng)液。共設(shè)置13個(gè)處理，以完全營(yíng)養(yǎng)液為對(duì)照，用缺素營(yíng)養(yǎng)液（-N、-P、-K、-Ca、-Mg、-S、-Fe、-B、-Mo）作為處理，重復(fù)3次。具體營(yíng)養(yǎng)液配制見表1。

1.3試驗(yàn)管理

試驗(yàn)在避雨試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行，采用自然溫度和光照。2016年6月20日移栽秧苗，當(dāng)天用自來水澆灌，每天10∶00左右澆灌各營(yíng)養(yǎng)液1次（每盆100 mL，可根據(jù)天氣調(diào)節(jié)），每7 d倒1次周轉(zhuǎn)箱殘留的營(yíng)養(yǎng)液。每天有順序地變更水稻的位置，保持光照基本一致并保持一定的通風(fēng)時(shí)間。常規(guī)管理，試驗(yàn)為期20 d，7月10日取樣測(cè)定。

1.4測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1地上部分生物學(xué)指標(biāo)。水稻秧苗移栽后10、20 d，分別采用直尺和游標(biāo)卡尺測(cè)量株高（從土表到秧苗頂部的高度）和基莖粗（離土層1 cm處水稻莖稈基部寬度），7月10日采用SPAD-502便攜葉綠素儀測(cè)定水稻葉片的葉綠素含量。

1.4.2根系形態(tài)相關(guān)指標(biāo)。于2016年7月10日取樣，將新鮮根系用自來水浸泡30 min，并用流水小心將根系沖洗干凈，以單株為單位，利用根系掃描儀（Win RHIZO LA1600）將完整根系圖像掃入計(jì)算機(jī)，用根系分析系統(tǒng)對(duì)根系總根長(zhǎng)、總根表面積、根平均直徑、根體積、根尖數(shù)進(jìn)行測(cè)定。

1.5數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2003 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并采用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行差異顯著性分析（LSD法）。

2結(jié)果與分析

2.1不同營(yíng)養(yǎng)液處理對(duì)水稻地上部分形態(tài)、生理指標(biāo)的影響

2.1.1株高。

以處理10 d時(shí)完全營(yíng)養(yǎng)液處理水稻苗的相對(duì)株高為100，各處理的相對(duì)株高分別為-N（86.74）、-P（88.27）、-K（90.06）、-Ca（88.56）、-Mg（104.60）、-S（94.47）、

-Fe（94.59）、-Mn（96.06）、-Cu（90.17）、-Zn（94.47）、-B（99.06）、-Mo（96.52），即-N<-P<-Ca<-K<-Cu<-S=-Zn<-Fe<-Mn<-Mo<-B<全<-Mg。在秸稈全量還田10 d時(shí)，對(duì)株高制約最大的3個(gè)元素分別為N、P和Ca。以處理20 d時(shí)完全營(yíng)養(yǎng)液水稻苗的相對(duì)株高為100，各處理的相對(duì)株高分別為-N（78.91）、-P（88.07）、-K（89.54）、-Ca（82.63）、-Mg（94.98）、-S（88.03）、-Fe（86.79）、-Mn（96.53）、-Cu（92.56）、-Zn（85.84）、-B（97.02）、-Mo（94.79），即-N<-Ca<-Zn<-Fe<-S<-P<-K<-Cu<-Mo<-Mg<-Mn<-B<全。秸稈全量還田20 d時(shí)對(duì)株高制約最大的3個(gè)元素分別為N、Ca和Zn（圖1、2）。缺N處理使水稻苗期生長(zhǎng)受抑制程度最大，比完全營(yíng)養(yǎng)液處理（對(duì)照）10 d的增長(zhǎng)量降低了40.89%，差異達(dá)極顯著水平。10 d的增長(zhǎng)量表現(xiàn)為-N<-Zn<-Fe<-Ca<-Mg<-S<-P<-K<-Mo<-B<-Mn<-Cu<全。

2.1.2基莖寬。

以完全營(yíng)養(yǎng)液處理10 d時(shí)水稻苗的相對(duì)基莖寬為100，各處理的相對(duì)基莖寬分別為-N（88.65）、-P（83.69）、-K（85.82）、-Ca（86.52）、-Mg（89.83）、-S（96.69）、-Fe（91.96）、-Mn（96.45）、-Cu（89.83）、-Zn（95.98）、-B（99.29）、-Mo（88.89），由小到大依次為-P<-K<-Ca<-N<-Mo<-Cu=-Mg<-Fe<-Zn<-Mn<-S<-B<全。秸稈全量還田10 d時(shí)對(duì)基莖寬影響較大的3個(gè)元素分別為P、K和Ca。以完全營(yíng)養(yǎng)液處理20 d時(shí)水稻苗的相對(duì)基莖寬為100，各處理的相對(duì)基莖寬分別為-N（79.78）、-P（81.41）、-K（83.75）、-Ca（83.03）、-Mg（90.43）、-S（87.55）、-Fe（88.63）、-Mn（99.46）、-Cu（89.71）、-Zn（95.49）、-B（88.45）、-Mo（83.21），由小到大依次為-N<-P<-Ca<-Mo<-K<-S<-B<-Fe<-Cu<-Mg<-Zn<-Mn<全。秸稈全量還田20 d時(shí)對(duì)基莖寬影響較大的3個(gè)元素分別為N、P和Ca（圖3、4）。缺N處理使水稻苗期生長(zhǎng)受抑制程度最大，比完全營(yíng)養(yǎng)液處理（對(duì)照）10 d的增長(zhǎng)量降低了48.85%，差異達(dá)極顯著水平。10 d的增長(zhǎng)量由小到大依次為-N<-B<-S<-Mo<-Ca<-P<-K<-Fe<-Cu<-Mg<-Zn<全<-Mn。

2.1.3葉綠素含量。

葉綠素是植物光合作用最重要的基礎(chǔ)物質(zhì)，其含量多少在一定程度上決定了植物光合作用強(qiáng)度的高低，從而影響植物的生長(zhǎng)和農(nóng)作物的產(chǎn)量[9]。 不同營(yíng)養(yǎng)液處理對(duì)水稻苗期葉綠素含量的影響見圖5。由圖5可知，在秸稈全量還田條件下，對(duì)水稻苗期葉綠素SPAD值影響較大的因子由大到小依次為N、K、Zn、Cu、S、Mn、Mo、B、Ca、P、Fe、Mg。在缺N營(yíng)養(yǎng)液處理下，葉綠素SPAD較完全營(yíng)養(yǎng)液處理降幅最大，為29.41%，差異達(dá)極顯著水平。其次是缺K營(yíng)養(yǎng)液處理和缺Zn營(yíng)養(yǎng)液處理，下降幅度分別為13.23%、10.46%。

2.2不同營(yíng)養(yǎng)液處理對(duì)水稻苗期根系形態(tài)指標(biāo)的影響

水稻根系既是吸收水分和養(yǎng)分的重要器官， 又是很多物質(zhì)同化、轉(zhuǎn)化和合成的場(chǎng)所， 還是與地上部分進(jìn)行物質(zhì)交流的代謝器官。根系的生長(zhǎng)情況與活力與地上部分關(guān)系密切，其生長(zhǎng)好壞會(huì)直接影響整個(gè)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育、營(yíng)養(yǎng)水平和產(chǎn)量水平[10]。不同營(yíng)養(yǎng)液處理對(duì)水稻苗期根系形態(tài)指標(biāo)的影響見表2。由表2可知，與完全營(yíng)養(yǎng)液相比，除缺Mg和缺Mo處理，其他處理均使總根長(zhǎng)、總根表面積、根平均直徑、根體積和根尖數(shù)不同程度的降低。其中降低幅度最大的是缺N處理，總根長(zhǎng)、總根表面積、根平均直徑、根體積和根尖數(shù)分別降低了56.01%、43.51%、43.41%、43.50%和43.45%。其次是缺S和缺Zn處理。

45卷16期金 婷等秸稈全量還田條件下作物營(yíng)養(yǎng)障礙因子研究

2.3綜合評(píng)價(jià)

不同營(yíng)養(yǎng)液處理對(duì)水稻地上部分和地下部分各指標(biāo)的影響并不完全一致，采用累計(jì)積分法（表3，按每種指標(biāo)由小到大排序，然后將每種處理各指標(biāo)的序號(hào)相加得到序號(hào)之和，再按序號(hào)之和排序），選取處理20 d時(shí)水稻地上部分和地下部分相對(duì)應(yīng)指標(biāo)，得到秸稈全量還田引起的作物營(yíng)養(yǎng)障礙因子的作用由大到小依次為N、S、Zn、P、K、Ca、Mn、Fe、Cu、B、Mo、Mg，最大的障礙因子是N，其次是S和Zn。

3結(jié)論

該研究結(jié)果表明，不同缺素營(yíng)養(yǎng)液處理的水稻苗期株高、基莖粗、葉綠素含量和根系主要形態(tài)指標(biāo)基本上低于完全營(yíng)養(yǎng)液處理（對(duì)照），其中缺N處理各指標(biāo)降低幅度最大且差異達(dá)極顯著水平。秸稈全量還田引起作物營(yíng)養(yǎng)障礙因子的作用由大到小依次為N、S、Zn、P、K、Ca、Mn、Fe、Cu、B、Mo、Mg，影響最大的元素是N，其次是S、Zn、P。為更好地發(fā)揮秸稈全量還田改土培肥與增產(chǎn)提質(zhì)的作用，應(yīng)重視N、S、Zn、P等元素的配合施用。

參考文獻(xiàn)

[1]

張亞麗，呂家瓏，金繼運(yùn)，等.施肥和秸稈還田對(duì)土壤肥力質(zhì)量及春小麥品質(zhì)的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2012，18（2）：307-314.

[2] MALHI S S，NYBORG M，SOLBERG E D，et al.Improving crop yield and N uptake with longterm straw retention in two contrasting soil types[J].Field crops research，2012，124（3）：378-391.

[3] 劉冬云.秸稈還田應(yīng)用中存在問題及對(duì)策建議[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)， 2014（11）：99.

[4] COOK H F，VALDES G S，LEE H C.Mulch effects on rainfall interception，soil physical characteristics and temperature under Zea mays L.[J].Soil and tillage research， 2006，91（1/2）：227-235.

[5] LAL R.Beyond copenhagen：Mitigating climate change and achieving food security through soil carbon sequestration[J].Food security， 2010，2（2）：169-177.

[6] 趙其國(guó)， 錢海燕.低碳經(jīng)濟(jì)與農(nóng)業(yè)發(fā)展思考[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)， 2009， 18（5）：1609–1614.

[7] 李淑華.秸稈還田配合氮肥施用對(duì)小麥產(chǎn)量及分蘗的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2013， 23（23）：9583-9584.

[8] 申建波， 毛達(dá)如.植物營(yíng)養(yǎng)研究方法[M].3版.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社， 2011.

[9] 王平榮， 張帆濤， 高家旭，等.高等植物葉綠素生物合成的研究進(jìn)展[J].西北植物學(xué)報(bào)， 2009， 29（3）：629-636.

[10] 劉永霞， 岳延濱， 劉巖，等.水稻根系與葉片形態(tài)特征關(guān)系的定量分析[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2011， 27（3）：461-468.