白重陽(yáng) 秦猛 崔士澤 趙爽 楊麗爽 韓文博 鄭桂萍 劉麗華

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；第一作者：2929337814@qq.com；*通訊作者：11887352@qq.com）

水稻是我國(guó)重要的糧食作物，在保障我國(guó)糧食安全中具有重要的地位[1]。我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的目的是保持?jǐn)?shù)量和質(zhì)量的持續(xù)增長(zhǎng)來(lái)確保國(guó)家糧食安全[2-3]。近年來(lái)，隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的提高，糧食作物產(chǎn)量也得到了大幅提升，秸稈數(shù)量日漸增多。農(nóng)作物秸稈作為一類可再生物質(zhì)資源,含有豐富的氮、磷、鉀元素，大量秸稈被焚燒、丟棄，不僅造成資源浪費(fèi)，還嚴(yán)重污染環(huán)境，秸稈高效利用現(xiàn)已成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題[4]。秸稈還田有利于改良土壤、培肥地力，對(duì)砂土、黏土及壤土都有顯著改善作用，對(duì)水稻、小麥和玉米都有增產(chǎn)效果[5-9]。目前，秸稈還田利用在東三省地區(qū)還受到低溫天氣和秸稈還田量等因素的影響。氣溫過(guò)低和秸稈還田量過(guò)大都會(huì)造成秸稈腐解慢，不僅影響作物根系的正常生長(zhǎng)，還會(huì)給土壤造成一定的負(fù)面影響[10]。因此，適宜還田量對(duì)秸稈高效利用具有重要意義[11]。目前，對(duì)膨化秸稈的研究主要集中在制作畜牧飼料、酶解糖化等方面[12-14]，關(guān)于膨化秸稈還田的研究不多。因此，本試驗(yàn)研究了不同膨化秸稈還田量對(duì)水稻產(chǎn)量、品質(zhì)和氮素利用等的影響，以期為寒地秸稈高效利用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及概況

試驗(yàn)于2020年設(shè)在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)校內(nèi)盆栽場(chǎng)（大慶市，26°10′N、119°23′E），該地區(qū)屬于溫帶季風(fēng)氣候，年日照時(shí)數(shù)2 726 h，平均無(wú)霜期166 d，年平均氣溫4.20 ℃，年平均降水量427.50 mm。土壤基礎(chǔ)理化性狀：全氮1.41 g/kg，堿解氮134.50 mg/kg，有效磷20.79 mg/kg，速效鉀 72.00 mg/kg，有機(jī)質(zhì) 2.80%，pH 6.62。

1.2 供試材料

供試水稻品種為墾粳8 號(hào)，主莖13 片葉，株高94.3 cm，全生育期142 d，需≥10℃活動(dòng)積溫2 650℃；膨化秸稈來(lái)源于黑龍江稻樂(lè)農(nóng)業(yè)科技有限公司，常規(guī)秸稈來(lái)源于試驗(yàn)基地當(dāng)年收獲后的水稻秸稈。供試肥料為尿素（N 46%）、重過(guò)磷酸鈣（P2O543%）和硫酸鉀（K2O 50%）。本試驗(yàn)使用的汽爆膨化秸稈技術(shù)主要是利用高溫高壓蒸汽，通過(guò)瞬間釋放壓力過(guò)程，實(shí)現(xiàn)秸稈原料的組分離散和結(jié)構(gòu)變化[15]，具有能耗低、減少化學(xué)試劑使用風(fēng)險(xiǎn)、處理時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，及改善秸稈生物質(zhì)特性、減少營(yíng)養(yǎng)成分損失、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等特點(diǎn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè) 2 種膨化秸稈還田量：PN1，180 g/盆（3 750 kg/hm2）；PN2，360 g/盆（7 500 kg/hm2）。以秸稈不還田作對(duì)照（CK）。采用盆栽試驗(yàn)，每個(gè)處理3 盆，每盆裝土84 kg，盆缽規(guī)格：長(zhǎng)80 cm、寬60 cm、高28 cm。水稻于4月18日播種，5月20日移栽，9月27日收獲。每盆移栽2 行，每行8 叢，插秧規(guī)格為30 cm×10 cm?；蕿槟蛩?.97 g/盆、重過(guò)磷酸鈣6.70 g/盆、硫酸鉀3.46 g/盆；分蘗肥（4 葉伸長(zhǎng)期）：尿素3.72 g/盆；調(diào)節(jié)肥（倒4葉）：尿素 1.24 g/盆；穗肥（倒 2 葉后半葉）：尿素 2.48 g/盆、硫酸鉀2.30 g/盆。栽培管理同大田生產(chǎn)。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

成熟期每個(gè)處理選取有代表性植株6 叢考種，帶回室內(nèi)記錄株高、穗長(zhǎng)、每叢穗數(shù)、單穗質(zhì)量、一次枝梗數(shù)及二次枝梗數(shù)，并測(cè)定產(chǎn)量。

1.4.2 品質(zhì)

每個(gè)處理稱取部分樣品，用FC-2K 型實(shí)驗(yàn)礱谷機(jī)（YAMAMOTO，離心式）加工成糙米，計(jì)算糙米率；用日本公司生產(chǎn)的 VP-32 型碾米機(jī)加工精米，計(jì)算精米率、整精米率；用日本靜岡機(jī)械株式會(huì)社生產(chǎn)的ES-1000 便攜式品質(zhì)分析儀測(cè)定堊白粒率、堊白度；用瑞典FOSS 福斯公司的FOSS 1242 近紅外分析儀測(cè)定籽粒蛋白質(zhì)含量及直鏈淀粉含量；用日本佐竹公司（SATAKE）生產(chǎn)的米飯食味計(jì)（STA1A）測(cè)定食味值。

1.4.3 氮素利用

將齊穗期和成熟期樣品分為葉片、莖鞘、穗，烘干至恒質(zhì)量后，用 LG-50 型粉碎機(jī)（浙江省瑞安市百信制藥機(jī)械有限公司生產(chǎn)）將其分別粉碎，并過(guò)0.20 mm孔篩，供分析用。采用KjeltecTM8400 全自動(dòng)凱氏定氮儀（FOSS，丹麥）測(cè)定植株各器官含氮率。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并作圖，利用SPSS 17.0 軟件進(jìn)行 Duncan 差異顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05）。

氮素吸收利用率和氮素農(nóng)學(xué)利用率計(jì)算公式如下：氮素農(nóng)學(xué)利用率=（施氮區(qū)產(chǎn)量-無(wú)氮區(qū)產(chǎn)量）/氮肥施用量；氮肥貢獻(xiàn)率=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量）/施氮區(qū)產(chǎn)量×100%；氮肥偏生產(chǎn)力=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量；土壤氮素依存率=不施氮區(qū)地上部吸氮量/施氮區(qū)地上部吸氮量×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 膨化秸稈還田對(duì)水稻株高和產(chǎn)量的影響

如圖1 所示，PN1、PN2 處理水稻株高均低于CK，降幅分別為2.21%、5.80%，PN2 處理與CK 差異顯著；PN2 處理產(chǎn)量最高，CK 次之，PN1 處理最低，PN2 較CK 增產(chǎn)1.68%，處理間差異均未達(dá)到顯著水平。

圖1 不同處理對(duì)水稻株高和產(chǎn)量的影響

2.2 膨化秸稈還田對(duì)水稻單穗質(zhì)量和穗長(zhǎng)的影響

由圖2 可知，PN2 處理的水稻單穗質(zhì)量最高，PN1處理最低，但各處理間差異不顯著；PN2 處理的穗長(zhǎng)最長(zhǎng)，PN1 處理較短，且PN2 處理與CK 差異顯著。

圖2 不同處理對(duì)水稻單穗質(zhì)量和穗長(zhǎng)的影響

2.3 膨化秸稈還田對(duì)水稻一次和二次枝梗數(shù)的影響

由圖3 可知，PN2 處理水稻一次枝梗數(shù)最多，CK次之，PN1 處理最少，但各處理間差異未達(dá)顯著水平；PN2 處理的水稻二次枝梗數(shù)最多，PN1 處理最少，各處理間差異未達(dá)顯著水平。

圖3 不同處理對(duì)水稻一次枝梗數(shù)和二次枝梗數(shù)的影響

2.4 膨化秸稈還田對(duì)水稻品質(zhì)的影響

從表1 可見，PN2 處理糙米率最低，PN1 處理最高；PN1 處理精米率最高，顯著高于CK 和PN1 處理；PN1 處理整精米率最高，CK 最低，但各處理間差異未達(dá)顯著水平。綜上，PN1 處理有利于稻米加工品質(zhì)的提高。

從表1 可見，PN1 處理的堊白粒率最高，PN2 次之，CK 最低，各處理間差異均達(dá)到了顯著水平；PN1 處理堊白度最高，PN2 次之，CK 最低，各處理間差異達(dá)顯著水平。綜上，膨化秸稈還田量增加使水稻外觀品質(zhì)變劣。

從表1 可見，PN1 處理的蛋白質(zhì)含量最高，顯著高于PN2 處理和CK；直鏈淀粉含量和食味值均以PN1處理最高，但與PN2 處理和CK 相比未達(dá)顯著差異?？梢?，PN1 處理有利于增加營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和提高食味值。

表1 不同處理對(duì)稻米品質(zhì)的影響

2.5 膨化秸稈還田對(duì)水稻氮肥利用率的影響

從表2 可見，不同處理間氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥貢獻(xiàn)率和氮肥偏生產(chǎn)力呈PN2＞CK＞PN1 趨勢(shì)。其中，氮肥農(nóng)學(xué)利用率PN2 處理顯著高于PN1 處理和CK，分別高39.90%和6.61%；氮肥貢獻(xiàn)率PN2 處理和CK 顯著高于PN1 處理，PN2 處理和CK 間差異不顯著；氮肥偏生產(chǎn)力各處理間差異達(dá)顯著水平，以PN2 處理最高。土壤氮素依存率各處理呈PN1＞CK＞PN2 趨勢(shì)，PN1 處理顯著高于PN2 處理和CK?？梢姡琍N2 處理的氮素利用效率較高。

表2 不同處理對(duì)氮肥利用率的影響

3 結(jié)論與討論

前人研究表明，在秸稈還田基礎(chǔ)上施加一定量的氮肥和鉀肥可以影響水稻株高，從而達(dá)到抗倒伏的目的[16]。本研究結(jié)果表明，膨化秸稈還田會(huì)對(duì)水稻株高造成一定的影響，膨化秸稈還田處理株高較秸稈不還田處理低。研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田對(duì)水稻生長(zhǎng)特性、產(chǎn)量和氮素利用具有顯著影響，具有提高水稻產(chǎn)量與氮素利用率的效果[17-22]。本研究中，以膨化秸稈全量還田量360 g/盆的處理（PN2）單穗質(zhì)量最高、穗長(zhǎng)最長(zhǎng)、二次枝梗數(shù)最多，最終產(chǎn)量最高，氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥貢獻(xiàn)率、氮肥偏生產(chǎn)力亦以PN2 處理最高。

徐國(guó)偉等[23-24]研究表明，秸稈還田配施氮肥可減少堊白粒率、堊白度和直鏈淀粉含量，降低水稻粘度和消減值，改善稻米外觀和食味品質(zhì)。本研究中，膨化秸稈還田量為180/盆處理（PN1）糙米率、精米率、整精米率最高，表明適量膨化秸稈還田有利于改善稻米加工品質(zhì)，但PN1 處理提高了稻米蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量、堊白粒率和堊白度，降低了外觀品質(zhì)。

綜上所述，膨化秸稈還田量為360 g/盆的處理在提高產(chǎn)量、氮素利用率等方面表現(xiàn)最優(yōu)，膨化秸稈還田量為180 g/盆處理在改善加工品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和食味值方面效果較好。