肖小平, 李 超, 唐海明, 湯文光, 程凱凱, 郭立君, 汪 柯, 潘孝晨

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秸稈還田下減氮增密對雙季稻田土壤氮素庫容及氮素利用率的影響*

肖小平, 李 超, 唐海明, 湯文光, 程凱凱, 郭立君, 汪 柯, 潘孝晨

(湖南省土壤肥料研究所 長沙 410125)

為推動傳統(tǒng)稻作技術(shù)向資源節(jié)約型與環(huán)境友好型方向轉(zhuǎn)型, 本研究在稻草還田基礎(chǔ)上設(shè)置不施氮常密(T1)、常氮常密(T2)、常氮增密(T3)、減氮常密(T4)、減氮增密(T5)5種雙季稻栽培模式, 研究稻草還田下減氮增密對雙季稻田土壤氮素庫容及氮素利用率的影響。結(jié)果表明: 稻草還田下, 減氮增密(基肥減施總氮量的20%, 增加密度27.3%)的0~10 cm、10~20 cm的土壤全氮含量及庫容量與常氮常密無顯著差異, 但堿解氮含量分別顯著降低15.6%、8.8%, 堿解氮總庫容量顯著降低10.7%。與常氮常密相比，減氮增密可顯著降低雙季稻田的土壤氮素表觀盈虧量, 氮素?fù)p失量及損失率分別顯著降低51.7%及15.5個百分點; 早、晚稻的氮素農(nóng)學(xué)利用率分別顯著增加33.6%、23.0%, 吸收利用率分別顯著增加5.9個百分點、6.3個百分點, 生理利用率分別顯著增加16.3%、3.7%。表明稻草還田下短期內(nèi)的減氮增密不會顯著降低土壤的全氮庫容, 但會顯著降低土壤的堿解氮庫容, 可顯著降低氮素?fù)p失, 提高氮素利用率。

稻草還田; 雙季稻; 減施氮肥; 增加密度; 氮素庫容; 氮素利用率

我國的稻草總量達(dá)1.77×108t[1], 直接焚燒等不合理處理方式既浪費大量養(yǎng)分資源, 又破壞生態(tài)環(huán)境[2], 在國家稻草禁燒政策的驅(qū)動下, 傳統(tǒng)的稻草焚燒常規(guī)高產(chǎn)稻作技術(shù)亟待創(chuàng)新, 稻草全量還田成為促進(jìn)水稻生產(chǎn)向資源節(jié)約型與環(huán)境友好型方向轉(zhuǎn)型的主要途徑之一[3]。目前我國用世界20%的水稻種植面積, 生產(chǎn)了世界35%左右的稻谷, 但消耗了世界37%的水稻氮肥用量[4]。我國稻田單季氮施用量平均為180 kg?hm-2, 部分稻田的氮肥施用量為270~300 kg?hm-2, 最高的己達(dá)350 kg?hm-2[5-6]。但平均氮素吸收利用率僅為28.3%, 有14%~52%的氮肥以氨揮發(fā)、淋洗、徑流以及反硝化等損失途徑進(jìn)入水體及大氣[7], 給資源環(huán)境帶來了巨大壓力。因此, 研究稻草還田下如何提高水稻氮素利用率及減少環(huán)境污染已迫在眉睫。

氮污染的控制應(yīng)遵循“源頭控制”, 如果僅“末端治理”會付出更大的環(huán)境和經(jīng)濟代價[8]。減氮是氮污染“源頭控制”的主要方式之一, 但可能會減少土壤中的氮素庫容量[9], 而通過秸稈還田, 土壤可礦化氮含量較稻草不還田增加35.4%~53.9%[10], 可有效培肥土壤。目前, 稻草已基本實現(xiàn)全量還田, 但農(nóng)戶的習(xí)慣施氮量并未發(fā)生改變。前人研究表明稻草腐爛后的氮可直接被水稻吸收利用, 具有與化學(xué)氮肥同等的效果, 稻草還田條件下氮肥用量調(diào)減10%以上, 也可實現(xiàn)水稻豐產(chǎn)[11-12]。減氮條件下, 常規(guī)密度會導(dǎo)致一定減產(chǎn)[13], Huang等[14]研究認(rèn)為, 早稻機插行穴距30 cm×20 cm的產(chǎn)量比30 cm×15 cm低17%; 朱聰聰?shù)萚15]也認(rèn)為, 低密度下常規(guī)粳稻缽苗機插的產(chǎn)量低于中高密度, 表明適宜增加密度可有效提高機插水稻的產(chǎn)量, 從而有效彌補減氮所造成的減產(chǎn)風(fēng)險。但稻草還田下, 減氮增密的土壤氮素庫容量及氮素利用還有待進(jìn)一步研究。因此本研究以增密為措施, 開展秸稈還田下“減氮增密”對雙季稻田土壤氮素庫容及氮肥利用率的影響, 充分發(fā)揮稻草的土壤培肥功能, 以期為雙季稻區(qū)資源節(jié)約型及環(huán)境友好型機插栽培技術(shù)的發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

田間試驗于2017年在湖南省寧鄉(xiāng)市回龍鋪鎮(zhèn)天鵝村核心試驗基地進(jìn)行, 屬于亞熱帶大陸性季風(fēng)濕潤氣候, 年平均氣溫16.8 ℃, 日平均光照1 738 h, 年平均降雨量1 358 mm。種植模式為冬閑-雙季稻, 土壤肥力均勻, 基礎(chǔ)土壤0~10 cm的pH、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質(zhì)和容重分別為6.4、2.48 g×kg-1、214.1 mg×kg-1、22.1 mg×kg-1、81.4 mg×kg-1、43.4 g×kg-1和0.855 g×cm-3, 10~20 cm分別為6.8、2.18 g×kg-1、182.8 mg×kg-1、21.3 mg×kg-1、60.7 mg×kg-1、37.9 g×kg-1和1.136 g×cm-3。

1.2 試驗設(shè)計

供試材料早稻為常規(guī)稻‘湘早秈24號’, 晚稻為雜交稻‘金優(yōu)59’。試驗設(shè)置5個處理: 不施氮常密(T1)、常氮常密(T2)、常氮增密(T3)、減氮常密(T4)和減氮增密(T5)。所有處理秸稈全部還田, 采用雙季旋耕機插。早/晚稻常氮、減氮分別為農(nóng)民習(xí)慣氮肥用量(純氮135 kg?hm-2/165 kg?hm-2)、基肥減施總氮量的20%(純氮108 kg?hm-2/132 kg?hm-2), 早、晚稻機插常密、增密分別表示常規(guī)密度(25 cm×14 cm)、增加密度(25 cm×11 cm)。為保障機插效果, 采用大區(qū)試驗, 每個大區(qū)面積525 m2, 共5個大區(qū)。取樣時將每個大區(qū)平均劃分為3小塊, 取3個重復(fù)。每個大區(qū)之間采用完全阻滲處理, 即在各小區(qū)之間起20 cm×15 cm的垅, 用塑料薄膜(0.06 mm)覆蓋并扎入土表以下30~40 cm, 以防止養(yǎng)分滲漏。

早、晚稻分別于3月28日和7月5日播種, 分別于4月18日和7月24日采用井關(guān)PZ80-25型插秧機機插。早、晚稻育秧采用軟盤(58 cm×28 cm×2.5 cm)營養(yǎng)泥育秧, 其中早稻起拱覆膜, 早、晚稻播種量分別為140 g?盤-1、120 g?盤-1。早、晚稻磷(P2O5)肥用量分別為54 kg?hm-2、45 kg?hm-2, 做基肥一次性施加; 鉀(K2O)肥用量分別為67.5 kg?hm-2、90 kg?hm-2, 按基∶穗=1∶1施加; 氮肥按基∶追∶穗=6∶3∶1施加。早稻基肥、追肥、穗肥分別于4月11日、4月19日和5月25日進(jìn)行, 晚稻分別于7月22日、7月29日和8月23日進(jìn)行。灌溉、病蟲害防治及除草等田間管理按常規(guī)管理方式進(jìn)行。灌溉采用前期淺水發(fā)苗, 中后期間歇灌溉。早、晚稻分別于7月18日、10月21日收獲。

1.3 取樣方法和測定項目

土壤: 晚稻成熟期, 將每個大區(qū)平均劃分為3個小區(qū), 每個小區(qū)采用五點取樣法分0~10 cm、10~20 cm取土壤樣品, 室內(nèi)風(fēng)干后待測。

植株: 早、晚稻成熟期, 將每個大區(qū)平均劃分為3個小區(qū), 每個小區(qū)采用五點取樣法按平均有效穗法取稻株5穴, 室內(nèi)根、莖、葉、穗分開, 105 ℃殺青30 min, 75 ℃烘干至恒重, 萬能粉碎機制樣待測。

土壤全氮及堿解氮分別采用凱氏法和堿解擴散法測定。植株氮含量采用凱氏法測定。植株氮素積累量(kg?hm-2)為某生育期單位面積植株氮的積累量。其他指標(biāo)計算方法如下:

土壤氮素表觀盈虧量(kg?hm-2)=氮素投入總量-作物攜出土壤的氮素總量 (1)

氮素農(nóng)學(xué)利用率(kg?kg-1)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量)/施氮量 (2)

氮素生理利用率(kg?kg-1)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量)/(施氮區(qū)植株總吸氮量-空白區(qū)植株總吸氮量)(3)

氮素吸收利用率(%)=(施氮區(qū)植株總吸氮量-空白區(qū)植株總吸氮量)/施氮量×100 (4)

氮素庫容(kg?hm-2)=(×××666.7×15) (5)

式中:表示土壤容重(g?cm-3),表示土壤氮含量(g?kg-1),為土壤深度(cm)。

產(chǎn)量: 在成熟期, 每小區(qū)采用久保田收割機(PRO688Q)測產(chǎn), 風(fēng)干后稱取干重, 然后以14%的含水量計算稻谷產(chǎn)量。同時, 每小區(qū)按五點取樣及平均數(shù)法取樣5穴, 考察水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子(有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)、每穗實粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重), 計算理論產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運用DPS 14.50、Microsoft Excel 2007實用數(shù)據(jù)分析軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 減氮增密對雙季稻田土壤氮素含量的影響

表1表明, 土壤全氮含量隨施氮量的減少呈降低趨勢, 施氮處理(T2-T5)0~10 cm、10~20 cm的土壤全氮含量無顯著(<0.05)差異, 但顯著大于不施氮處理(T1), 密度對土壤全氮含量的影響無顯著差異; 減氮處理(T4-T5) 0~10 cm、10~20 cm的平均全氮含量較常氮處理(T2-T3)僅分別降低1.8%、0.7%, 減氮增密(T5) 0~10 cm、10~20 cm的土壤全氮含量較常氮常密(T2)僅分別降低2.0%、0.5%。土壤堿解氮含量隨施氮量的減少及密度的增加呈降低趨勢, 施氮處理(T2-T5)的0~10 cm、10~20 cm的平均堿解氮含量顯著大于不施氮處理(T1), 減氮處理(T4-T5)的0~10 cm、10~20 cm的平均堿解氮含量較常氮處理分別降低7.4%、6.3%, T5的0~10 cm、10~20 cm的土壤堿解氮含量較T2分別降低15.6%、8.8%。表明稻草還田條件下, 短期內(nèi)的減氮增密不會顯著降低土壤全氮含量, 但會顯著降低土壤的堿解氮含量。

表1 減氮增密對雙季稻田不同深度土壤氮素含量的影響

T1為不施氮常密, T2為常氮常密, T3為常氮增密, T4為減氮常密, T5為減氮增密; 不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著。T1: zero-N and conventional density; T2: conventional N dose and density; T3: conventional N dose and increased density; T4: reduced N dose and conventional density; T5: reduced N dose and increased density.Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level.

2.2 減氮增密對雙季稻田土壤容重的影響

稻草還田下, 各處理間0~10 cm、10~20 cm的土壤容重均無顯著差異(圖1)。表明減氮增密對雙季稻田的土壤容重?zé)o顯著影響。

圖1 減氮增密對雙季稻田不同深度土壤容重的影響

T1為不施氮常密, T2為常氮常密, T3為常氮增密, T4為減氮常密, T5為減氮增密; 不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著。T1: zero-N and conventional density; T2: conventional N dose and density; T3: conventional N dose and increased density; T4: reduced N dose and conventional density; T5: reduced N dose and increased density.Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level.

2.3 減氮增密對雙季稻田土壤氮素庫容量的影響

表2表明: 土壤全氮庫容量隨施氮量的減少呈降低趨勢。施氮各處理(T2-T5)間0~10 cm、10~20 cm的土壤全氮含量無顯著(<0.05)差異, 但顯著大于T1; 減氮處理(T4-T5)0~10 cm的平均全氮庫容量較常氮處理(T2-T3)僅降低0.9%, 10~20 cm增加0.6%, T5的0~10 cm的土壤全氮庫容量較T2僅降低0.8%、10~20 cm增加0.8%; 施氮處理的土壤全氮總庫容量無顯著差異, 減氮處理的土壤全氮總庫容量較常氮處理僅降低0.1%。土壤堿解氮庫容量隨施氮量的減少及密度的增加呈降低趨勢。施氮(T2-T5)處理0~10 cm、10~20 cm的土壤堿解氮庫容量顯著大于T1, 減氮處理(T4-T5)0~10 cm、10~20 cm的平均全氮庫容量較常氮處理(T2-T3)分別降低6.5%、5.1%, T5的0~10 cm、10~20 cm的土壤堿解氮庫容量較T2分別降低14.5%、7.2%; 施氮處理間的土壤全氮總庫容量無顯著差異, 減氮處理的土壤堿解氮總庫容量較常氮處理降低5.4%, T5較T2顯著降低10.7%。表明稻草還田下, 短期內(nèi)的減氮增密不會顯著降低土壤全氮庫容量, 但會顯著降低土壤的堿解氮庫容量。

表2 減氮增密對雙季稻田不同深度土壤氮素庫容量的影響

T1為不施氮常密, T2為常氮常密, T3為常氮增密, T4為減氮常密, T5為減氮增密; 不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著。T1: zero-N and conventional density; T2: conventional N dose and density; T3: conventional N dose and increased density; T4: reduced N dose and conventional density; T5: reduced N dose and increased density.Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level.

2.4 減氮增密對雙季稻氮積累的影響

由表3可知: 早稻各處理的莖、葉、穗氮積累量及氮總積累量總體上表現(xiàn)出隨施氮量的減少而降低, 隨密度的增加而增加的趨勢。減氮處理的莖、葉、穗氮積累量及氮總積累量較常氮處理分別降低7.0%、19.9%、4.1%、7.2%, T5的莖、葉、穗氮積累量及氮總積累量較T2分別降低0.5%、21.5%、-0.9%、3.1%; 晚稻各處理的莖、葉、穗氮積累量及氮總積累量總體上表現(xiàn)出伴隨施氮量的減少而降低, 伴隨密度的增加而增加的趨勢。減氮處理的莖、葉、穗氮積累量及氮總積累量較常氮處理分別降低8.4%、18.6%、4.7%、7.6%, T5的莖、葉、穗氮積累量及氮總積累量較T2分別降低1.2%、21.7%、-2.5%、2.2%。表明稻草還田下, 與常氮相比, 減氮會降低機插雙季稻植株的氮積累量, 但增密可有效增加氮積累量, 減氮增密的氮積累量雖低于常氮常密, 但未達(dá)顯著水平。

2.5 減氮增密對雙季稻田土壤氮素表觀盈虧量的影響

晚稻的土壤氮素表觀盈虧量大于早稻, 早、晚稻的土壤氮素表觀盈虧量隨施氮量的減少而顯著降低, 隨密度的增加而降低, 以減氮增密最低(圖2)。表明稻草還田下, 通過減氮增密可顯著降低機插雙季稻的土壤氮素表觀盈虧量, 減少氮素?fù)p失, 提高氮素利用率。

表3 減氮增密對雙季稻氮積累的影響

T1為不施氮常密, T2為常氮常密, T3為常氮增密, T4為減氮常密, T5為減氮增密; 不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著。T1: zero-N and conventional density; T2: conventional N dose and density; T3: conventional N dose and increased density; T4: reduced N dose and conventional density; T5: reduced N dose and increased density.Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level.

圖2 減氮增密對雙季稻田土壤氮素表觀盈虧量的影響

T1為不施氮常密, T2為常氮常密, T3為常氮增密, T4為減氮常密, T5為減氮增密; 不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著。T1: zero-N and conventional density; T2: conventional N dose and density; T3: conventional N dose and increased density; T4: reduced N dose and conventional density; T5: reduced N dose and increased density.Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level.

2.6 減氮增密對雙季稻田土壤氮素?fù)p失的影響

表4表明土壤氮素?fù)p失量隨施氮量的增加而增加, 隨密度的增加而降低。減氮處理的平均氮素?fù)p失量較常氮處理降低38.7%, T5較T2顯著降低51.7%。從氮素?fù)p失率來看, 土壤氮素?fù)p失率隨施氮量的增加而增加, 隨密度的增加而降低, 減氮處理的平均氮素?fù)p失率較常氮處理降低了8.9個百分點, T5較T2顯著降低了15.5個百分點。表明稻草還田下, 通過減氮增密可顯著降低機插雙季稻的土壤氮素?fù)p失量及氮素?fù)p失率。

2.7 減氮增密對雙季稻氮肥利用率的影響

由表5可知: 早、晚稻的氮素農(nóng)學(xué)利用率均以T5最高, 較T2分別顯著(<0.05)增加33.6%、23.0%, 晚稻的氮素農(nóng)學(xué)利用率伴隨施氮量的減少及密度的增加呈增加趨勢, 減氮處理的平均氮素農(nóng)學(xué)利用率較常氮處理增加12.1%。早、晚稻的氮素吸收利用率均伴隨施氮量的減少及密度的增加呈增加趨勢, 早、晚稻減氮處理的平均氮素吸收利用率較常氮處理分別增加0.9個百分點、1.4個百分點, 早、晚稻T5較T2分別增加5.9個百分點、6.3個百分點; 早、晚稻的氮素生理利用率均以T5最高, 較T2分別增加16.3%、3.7%。表明稻草還田下通過減氮增密可有效增加機插雙季稻的氮肥利用率。

表4 減氮增密對雙季稻田土壤氮素?fù)p失的影響

T1為不施氮常密, T2為常氮常密, T3為常氮增密, T4為減氮常密, T5為減氮增密; 不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著。T1: zero-N and conventional density; T2: conventional N dose and density; T3: conventional N dose and increased density; T4: reduced N dose and conventional density; T5: reduced N dose and increased density.Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level.

表5 減氮增密對雙季稻氮肥利用率的影響

T1為不施氮常密, T2為常氮常密, T3為常氮增密, T4為減氮常密, T5為減氮增密; 不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著。T1: zero-N and conventional density; T2: conventional N dose and density; T3: conventional N dose and increased density; T4: reduced N dose and conventional density; T5: reduced N dose and increased density.Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level.

3 結(jié)論與討論

3.1 稻草還田下減氮增密對雙季稻田氮素庫容量的影響

氮素庫容量是反映稻田肥力及生產(chǎn)力的重要指標(biāo), 水稻所吸收的氮素約2/3來源于土壤氮[14-16]。土壤氮素主要包括無機氮和有機氮, 絕大部分以有機氮形式存在, 無機氮僅占土壤全氮的1%~2%[15-17]。水稻成熟期大約有40%的氮保留在稻草中, 是土壤氮素庫容的重要有機氮來源[16-18]。大量研究表明: 稻草還田可大幅提升土壤的全氮含量, 增加土壤腐殖質(zhì)含量, 改善腐殖質(zhì)品質(zhì)及土壤通氣孔隙[17-19]。在土壤無機氮源匱乏的情況下, Ｃ/Ｎ較高的秸稈能夠激發(fā)土壤氮素礦化, 進(jìn)而增加土壤氮素庫容量[17-20]。化肥氮施入稻田后主要有3個去向[16-18]: 第一是直接被水稻吸收利用, 占氮肥施用量的23%~49%[21-24]; 第二是殘留在土壤中, 占氮肥施用量的15%~30%[23-25]; 第三是通過各種機制和途徑流失。這三者之間此消彼長。其中增加土壤中的殘留氮是提高土壤氮素庫容量的重要途徑, 同時, 增加水稻對氮的直接吸收是水稻高產(chǎn)的重要保障。因此, 如何減少氮素?fù)p失比例對于提高土壤氮素庫容量具有重要意義。實際生產(chǎn)中由于農(nóng)民盲目認(rèn)為“高氮即高產(chǎn)”, 造成了嚴(yán)重的氮肥浪費[7], 給生態(tài)環(huán)境帶來極大危害。

減氮20%不僅能有效減少稻田氮素徑流和滲漏損失, 還能有效保障水稻產(chǎn)量[26-27]。氨揮發(fā)是氮肥最主要的氣態(tài)損失途徑, 占施氮量9%~42%[28-29], 施氮量減少22%~44%可降低氨揮發(fā)損失20.2%~ 35.3%[30]。增密既可有效彌補減氮所造成的減產(chǎn)風(fēng)險, 又可顯著降低氮素?fù)p失, 增加土壤殘留氮, 增強土壤氮素供應(yīng)能力[31-32]。本研究表明: 在稻草全量還田條件下, 通過減氮增密(基肥減施總氮量的20%, 增密27.3%), 氮素?fù)p失量可減少51.7%, 損失率減少15.5個百分點, 與對照常氮常密相比, 土壤全氮含量及全氮庫容量無顯著差異, 但土壤堿解氮含量及堿解氮庫容量均顯著低于對照, 這與顧敏京[18]的研究結(jié)果基本一致。而長期減氮條件下, 土壤堿解氮含量的降低是否會影響土壤的可持續(xù)利用還有待進(jìn)一步開展相關(guān)研究。

3.2 稻草還田下減氮增密對雙季稻田氮素利用率的影響

Dobermann[32]認(rèn)為糧食作物的氮肥效率目標(biāo)值在下述范圍內(nèi)比較適宜, 即氮肥偏生產(chǎn)力為40~70 kg?kg-1, 氮肥農(nóng)學(xué)效率為l0~30 kg?kg-1, 氮肥吸收利用率為30%~50%, 氮肥生理利用率為30~60 kg?kg-1。張福鎖等[33]研究表明, 我國水稻在本試驗條件下的平均氮素吸收利用率僅為28.3%, 而農(nóng)戶條件下的氮肥利用率較試驗條件還要低10百分點左右[34], 這遠(yuǎn)低于其他一些國家所得到的40%~60%的氮肥利用率[35]。農(nóng)民傳統(tǒng)的“高氮低密”等栽培方式導(dǎo)致的盲目過量施氮是致使水稻氮素利用率低下的主要因素。大量研究表明: 施氮量、密度及其互作均可顯著影響氮素利用率, 氮素吸收利用率伴隨施氮量的增加而降低, 伴隨密度的增加而增加[16,31]。Cui等[36]通過2005—2015年開展的3 300個水稻田間試驗, 得出在減氮14.7%~18.1%條件下, 水稻產(chǎn)量可增加10.8%~11.5%, 顯著提高氮素利用率; 周江明等[31]研究表明, 低氮處理的氮素利用率比高氮處理可增加2.1%~5.6%; 陳佳娜等[37]也得出低氮條件下的群體氮素利用率、氮吸收率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮素轉(zhuǎn)運率、氮素籽粒生產(chǎn)率以及氮收獲指數(shù)均高于高氮處理。增密條件下, 可增產(chǎn)2.3%~14.2%[31], 增加氮素利用率10.1%~45.7%[16]。減氮增密條件下, 可顯著增加水稻單位面積的有效穗和氮積累量, 進(jìn)而增加水稻產(chǎn)量和氮肥利用率[3,37]。本研究中, 減氮增密處理的早、晚稻的氮素農(nóng)學(xué)利用率較對照分別增加33.6%、23.0%, 氮素吸收利用率較對照分別增加5.9個百分點、6.3個百分點, 氮素生理利用率較對照分別增加16.3%、3.7%, 與周江明等[13,31]的研究結(jié)果基本一致, 但還遠(yuǎn)低于其他國家所得到的20~25 kg?kg-1的氮肥農(nóng)學(xué)效率和40%~60%的氮肥利用率[35]。需結(jié)合氮肥運籌、氮肥管理、水分管理、秸稈腐解劑及品種搭配等, 從植物營養(yǎng)學(xué)、土壤學(xué)、農(nóng)學(xué)等多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)人手, 充分利用來自土壤和環(huán)境的養(yǎng)分資源, 實現(xiàn)根層養(yǎng)分供應(yīng)與高產(chǎn)作物需求在數(shù)量上匹配、時間上同步、空間上一致, 從而提高作物產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率, 減少氮素?fù)p失, 協(xié)調(diào)作物高產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)[32]。

3.3 結(jié)論

稻草還田下, 減氮增密(基肥減施總氮量的20%, 增密27.3%)的0~10 cm、10~20 cm土壤全氮含量及庫容量與常氮常密無顯著差異, 但堿解氮含量分別降低15.6%、8.8%, 堿解氮總庫容量降低10.7%。表明稻草還田下短期內(nèi)的減氮增密不會顯著降低土壤的全氮庫容量, 但會顯著降低土壤的堿解氮庫容量。

稻草還田下, 與常氮常密相比, 減氮增密的氮積累量雖低于常氮常密, 但未達(dá)顯著差異。減氮增密可顯著降低機插雙季稻的土壤氮素表觀盈虧量, 氮素?fù)p失量及損失率分別顯著降低51.7%及15.5個百分點。早、晚稻的氮素農(nóng)學(xué)利用率分別增加33.6%、23.0%, 吸收利用率分別增加5.9個百分點、6.3個百分點, 生理利用率分別增加16.3%、3.7%。表明稻草還田下減氮增密可顯著降低氮素?fù)p失, 提高氮素利用率。

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Soil nitrogen storage and recovery efficiency in double paddy fields under reduced nitrogen dose and increased crop density*

XIAO Xiaoping, LI Chao, TANG Haiming, TANG Wenguang, CHENG Kaikai, GUO Lijun, WANG Ke, PAN Xiaochen

(Institute of Soil Fertility Research in Hunan Province, Changsha 410125, China)

Rice production technology is transforming to natural resources-saving and environment-friendly techniques, such as straw incorporation, reduced nitrogen (N) application. Simultaneously, machine transplanted rice with high plant density has been rapidly developed with continuous reduction in rural labor and rising labor costs. Therefore, it is important to investigate N sink and use efficiency under straw incorporation, reduced N application and increased plant density for natural resources-saving and environment-friendly rice production. Five cultivation modes of machine-transplanted double-cropping rice were set up under straw incorporation in this study. The cultivation modes included zero-N and conventional density (T1), conventional N dose and density (T2), conventional N dose and increased density (T3), reduced N dose and conventional density (T4) and reduced N dose and increased density (T5). Soil N storage capacity and recovery efficiency in double cropping rice fields were analyzed under five treatments. The results showed that compared with T2 treatment, the amount of basic fertilizers of T5 treatment dropped by 20% in total N and density increased by 27.3% for both early and late rice. Total N content and storage capacity of the 0-10 cm and 10-20 cm layers of T5 were not significantly different from those of T2, but available N content of T5 decreased by 15.6% in the 0-10 cm soil layer and by 8.8% in the 10-20 cm soil layer, compared with T2. Total storage of available N was decreased by 10.7% in the 0-20 cm soil layer. Compared with T2 treatment, T5 treatment significantly reduced surplus soil N, with loss amount and loss rate of N fertilizer significantly dropping respectively by 51.7% and 15.5%. Agronomic efficiency of N in early and late rice under T5 treatment increased respectively by 33.6% and 23.0%, compared with T2 treatment. Uptake efficiency of N increased respectively by 5.9% and 6.3% and physiological efficiency of N increased by 16.3% and 3.7%, compared with T2 treatment. The results indicated that total N storage capacity of soils with reduced N and increased density under rice straw return did not significantly reduce, but alkali N storage capacity reduced significantly in the short-term. However, it had the potential to significantly reduce N loss and increase N utilization in double cropping paddy fields.

Rice straw return; Double cropping rice; Reduced nitrogen; Increased density; Nitrogen storage capacity; Nitrogen recovery efficiency

, XIAO Xiaoping, E-mail: hntfsxxping@163.com

S311

A

2096-6237(2019)03-0422-09

Sep. 11, 2018;

Oct. 23, 2018

10.13930/j.cnki.cjea.180829

肖小平, 李超, 唐海明, 湯文光, 程凱凱, 郭立君, 汪柯, 潘孝晨. 秸稈還田下減氮增密對雙季稻田土壤氮素庫容及氮素利用率的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(中英文), 2019, 27(3): 422-430

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肖小平, 主要從事稻田培肥及農(nóng)作制研究。E-mail: hntfsxxping@163.com

2018-09-11

2018-10-23

* This study was supported by the National Key Research and Development Program of China in the “13th five-year” (2016YFD0300906, 2018YFD0301004).

* “十三五”國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFD0300906, 2018YFD0301004)資助