作物杂志,2018, 第5期: 137–143 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2018.05.022

• 生理生化·植物营养·栽培耕作 • 上一篇    下一篇

东北冷凉地区秸秆还田方式对水稻光合、干物质积累及氮素吸收的影响

隋阳辉1,2,高继平2,刘彩虹2,3,徐正进2,王延波1,赵海岩1   

  1. 1 辽宁省农业科学院玉米研究所,110161,辽宁沈阳
    2 沈阳农业大学水稻研究所,110866,辽宁沈阳
    3 吉林市农业科学院,132101,吉林吉林
  • 收稿日期:2018-04-20 出版日期:2018-10-15 发布日期:2018-10-12
  • 通讯作者: 徐正进,王延波
  • 作者简介:隋阳辉,助理研究员,主要从事生物炭应用基础研究及玉米氮高效利用研究
  • 基金资助:
    国家重点研发计划(2017YFD0300700);国家自然科学基金(31501250);中国博士后科学基金资助项目(2017M611255);沈阳市科技计划项目(17-231-1-37)

Effects of Straw Incorporation Modes on Rice Photosynthesis, Dry Matter Accumulation and Nitrogen Uptake in Cool Region of Northeast China

Sui Yanghui1,2,Gao Jiping2,Liu Caihong2,3,Xu Zhengjin2,Wang Yanbo1,Zhao Haiyan1   

  1. 1 Corn Research Institute, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Shenyang 110161, Liaoning, China
    2 Rice Research Institute, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, Liaoning, China
    3 Jilin City Academy of Agricultural Sciences, Jilin 132101, Jilin, China
  • Received:2018-04-20 Online:2018-10-15 Published:2018-10-12
  • Contact: Zhengjin Xu,Yanbo Wang

摘要:

为探讨东北冷凉地区水稻秸秆适宜的还田方式,开展大田定位试验,研究了秸秆直接还田和炭化还田对水稻光合能力、干物质积累的影响。结果表明,施用氮肥条件下2种还田方式均能促进水稻地上部干物质积累,尤其是炭化还田在成熟期较直接还田干物质积累更多;不施用氮肥条件下炭化还田地上部干物质积累量有增加趋势,但直接还田与对照相比却降低了地上部干物质量。2种还田方式都有提高氮肥利用率的趋势,炭化还田和直接还田的氮肥利用率分别为59%和56%。

关键词: 水稻, 秸秆炭化还田, 秸秆还田, 光合特性, 干物质积累, 氮肥利用率

Abstract:

To investigate the appropriate way of returning rice straw in the cool areas of northeast China, a field experiment was carry out to study the effects of straw incorporation modes on rice photosynthesis and dry matter accumulation. The results indicated that two methods of straw incorporation could improve the above-ground dry matter accumulation of rice under application of nitrogen fertilizer, especially in the mature stage carbonized straw had more dry matter accumulation compared with the straw returning directly. Above-ground dry matter accumulation increased under straw carbonized returning without nitrogen fertilization, but dry matter accumulation of the straw returning directly decreased compared with the control. Both methods of straw incorporation had a tendency to increase the utilization rate of N fertilizer. The nitrogen use efficiency of two methods of straw incorporation were 59% and 56%, respectively.

Key words: Straw carbonization returning, Straw incorporation, Photosynthetic characteristic, Dry matter accumulation, N fertilizer utilization

图1

2014年秸秆还田方式对水稻叶片叶绿素含量的影响"

表1

秸秆与秸秆炭的基础理化性质"

材料Material 比表面积(m2/g)
Specific surface area
总孔体积(cm3/g)
Total pore volume
平均孔直径(nm)
Average pore diameter
pH 碳C
(mg/g)
氮N
(mg/g)
硫S
(mg/g)
钠Na
(mg/g)
镁Mg
(mg/g)
钾K
(mg/g)
秸秆Straw 1.0161 0.0067 26.38 5.84 384.63 13.63 3.32 1.18 2.50 14.47
秸秆炭Straw derived biochar 3.3505 0.0093 11.10 9.04 566.11 13.60 5.69 84.40 2.87 10.36

图2

2014年齐穗期不同还田方式净光合速率的变化不同小写字母表示在0.05水平上差异显著,下同"

图3

2014年齐穗期不同还田方式胞间CO2浓度的变化"

图4

2014年齐穗期不同还田方式气孔导度的变化"

图5

2014年齐穗期不同还田方式蒸腾速率的变化"

表2

秸秆还田方式对地上部干物质量的影响(2014年)"

氮水平
Nitrogen level
处理
Treatment
分蘖期
Tillering stage
拔节期
Jointing stage
齐穗期
Heading stage
灌浆期
Grain filling stage
成熟期
Ripening stage
N CK 15.13±2.85aAB 37.92±5.02aA 52.34±7.75aA 69.89±14.28bAB 82.98±1.36bB
S 17.28±1.33aA 31.15±3.05abAB 58.06±4.37aA 83.78±1.91aA 89.97±2.45aAB
B 15.67±3.16aA 32.58±7.14abAB 54.67±1.09aA 78.23±2.67abA 92.58±4.44aA
N0 CK 9.35±0.68bC 25.65±2.80bcB 32.08±0.60bB 42.99±4.41cC 62.96±2.44cC
S 6.69±1.92bC 23.32±2.66cB 33.83±3.86bB 50.86±6.33cBC 60.83±2.14cC
B 10.05±0.79bBC 27.33±3.09bcB 38.12±4.64bB 55.93±4.28cBC 65.02±2.19cC

图6

连续2年地上部干物质量对秸秆还田方式的响应不同大写字母表示在0.01水平上差异极显著"

表3

秸秆还田方式与氮肥二因素对地上部干物质量和含氮量的方差分析"

因子
Factor
地上部干物质量
Dry matter weight of
above-ground
地上部氮含量
N content of
above-ground
N N 88.51±5.04 280.81±22.66
N0 62.94±2.67 143.92±7.27
R CK 72.97±11.10 206.80±68.46
S 75.40±16.09 200.51±71.65
B 78.80±15.42 229.79±85.90
N ** **
R * **
N×R * *

表4

秸秆还田方式对成熟期水稻地上各部分氮素吸收量的影响(2014年)"

氮水平
Nitrogen level
处理
Treatment

Stem

Sheath

Leaf

Panicle
N CK 30.43a 41.64b 50.91b 145.54b
S 31.19a 24.15c 44.84b 165.56a
B 28.25b 51.98a 62.86a 165.09a
N0 CK 12.36d 11.32d 22.77c 98.62c
S 16.12c 11.33d 20.46c 87.37d
B 15.16c 13.17d 26.15c 96.93c

图7

秸秆不同还田方式的氮肥利用率(2014年)"

[1] 包雪梅, 张福锁, 马文奇 . 我国作物秸秆资源及养分循环研究. 中国农业科技导报, 2003,5(s):14-17.
[2] 慕永红, 曹书恒, 李珍 , 等. 水稻机械化秸秆直接还田现状及发展趋势. 黑龙江农业科学, 2000(5):42-43.
[3] Ma J, Li X L, Xu H , et al. Effects of nitrogen fertiliser and wheat straw application on CH4 and N2O emissions from a paddy rice field. Australian Journal of Soil Research, 2007,45(5):359-367.
doi: 10.1071/SR07039
[4] Shan J, Yan X Y . Effects of crop residue returning on nitrous oxide emissions in agricultural soils. Atmospheric Environment, 2013,71:170-175.
doi: 10.1016/j.atmosenv.2013.02.009
[5] 秦越, 李彬彬, 武兰芳 . 不同耕作措施下秸秆还田土壤CO2排放与溶解性有机碳的动态变化及其关系. 农业环境科学学报, 2014,33(7):1442-1449.
[6] Laird D A, Brown R C, Amonette J E , et al. Review of the pyrolysis platform for producing bio-oil and biochar. Biofliels, Bioproducts and Biorefining, 2009,3(5):547-562.
doi: 10.1002/bbb.v3:5
[7] Novak J M, Busscher W J, Laird D L , et al. Impact of biochar amendment on fertility of a southeastern coastal plain soil. Soil Science, 2009,174:105-112.
doi: 10.1097/SS.0b013e3181981d9a
[8] 陈温福, 张伟明, 孟军 . 农用生物炭研究进展与前景. 中国农业科学, 2013,46(16):3324-3333.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2013.16.003
[9] 袁艳文, 田宜水, 赵立欣 , 等. 生物炭应用研究进展. 可再生能源, 2012,30(9):45-49.
[10] 刘彩虹 . 秸秆炭化还田对稻田氮素利用及水稻产量的影响. 沈阳:沈阳农业大学, 2016.
[11] 陈金, 唐玉海, 尹燕枰 , 等. 秸秆还田条件下适量施氮对冬小麦氮素利用率及产量的影响. 作物学报, 2015,41(1):160-167.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2015.00160
[12] 赵亚丽, 郭海斌, 薛志伟 , 等. 耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米轮作系统中干物质生产和水分利用效率的影响. 作物学报, 2014,40(10):1797-1807.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2014.01797
[13] 王浩, 焦晓燕, 王劲松 , 等. 生物炭对土壤水分特征及水胁迫条件下高粱生长的影响. 水土保持学报, 2015,29(2):253-257,287.
[14] 吴志庄, 高贵宾, 欧建德 , 等. 生物炭肥对毛竹林下三叶青叶绿素含量、光合与荧光特性的影响. 西北林学院学报, 2017,32(5):59-63.
[15] 程效义, 张伟明, 孟军 , 等. 玉米秸秆炭对玉米物质生产及产量形成特性的影响. 玉米科学, 2016,24(1):117-122,129.
[16] Sui Y, Gao J, Liu C , et al. Interactive effects of straw-derived biochar and N fertilization on soil C storage and rice productivity in rice paddies of Northeast China. Science of the Total Environment, 2016,544:203-210.
doi: 10.1016/j.scitotenv.2015.11.079
[17] 郝建华, 丁艳锋, 王强盛 , 等. 麦秸还田对水稻群体质量和土壤特性的影响. 南京农业大学学报, 2010,33(3):13-18.
[18] 杨思存, 霍琳, 王建成 . 秸秆还田的生化他感效应研究初报. 西北农业学报, 2005,14(1):52-56.
[19] Becker M, Ladha J K ,Ottow J C G . Nitrogen losses and lowland rice yield as affected by residue nitrogen release. Soil Science Society of America Journal, 1994,58:1660-1665.
doi: 10.2136/sssaj1994.03615995005800060012x
[20] Van Zwieten L, Kimber S, Morris S , et al. Effects of biochar from slow pyrolysis of papermill waste on agronomic performance and soil fertility. Plant and Soil, 2010,327:235-246.
doi: 10.1007/s11104-009-0050-x
[21] Chan K Y, Van Zwieten L, Meszaros I , et al. Agronomic values of greenwaste biochar as a soil amendment. Australian Journal of Soil Research, 2007,45:629-634.
doi: 10.1071/SR07109
[22] Genesio L, Miglietta F, Lugato E , et al. Surface albedo following biochar application in durum wheat. Environmental Research Letters, 2012,7:1-8.
[23] Kammann C I, Linsel S, Johannes W G , et al. Influence of biochar on drought tolerance of Chenopodium quinoa Willd and on soil-plant relations. Plant Soil, 2011,345:195-210.
doi: 10.1007/s11104-011-0771-5
[24] Chan K, Van Zwieten L, Meszaros I , et al. Using poultry litter biochars as soil amendments. Soil Research, 2008,46(5):437-444.
doi: 10.1071/SR08036
[25] Dempster D N, Jones D L, Murphy D V . Clay and biochar amendments decreased inorganic but not dissolved organic nitrogen leaching in soil. Soil Research, 2012,50:216-221.
doi: 10.1071/SR11316
[26] Dempster D N, Gleeson D B, Solaiman Z M , et al. Decreased soil microbial biomass and nitrogen mineralisation with Eucalyptus biochar addition to a coarse textured soil. Plant Soil, 2012,354:311-324.
doi: 10.1007/s11104-011-1067-5
[27] Taghizadeh-Toosi A, Clough T J, Sherlock R R , et al. Biochar adsorbed ammonia is bioavailable. Plant Soil, 2012,350:57-69.
doi: 10.1007/s11104-011-0870-3
[28] 潘玉才, 钱非凡, 黄卫红 , 等. 麦秸还田对水稻生长的影响. 上海农业学报, 2000,17(1):59-65.
[29] 杨长明, 杨林章 . 有机-无机肥配施对水稻剑叶光合特性的影响. 生态学杂志, 2003,22(1):1-4.
[30] 金鑫 . 秸秆还田对稻田土壤还原性物质和水稻生长的影响. 南京:南京农业大学, 2013.
[31] Sorensen L H . Organic matter and microbial biomass in a soil ncubated in the field for 20 years with 14C-labelled barley straw . Soil Biology Biochemistry, 1987,19:39-42.
doi: 10.1016/0038-0717(87)90123-4
[32] 刘世平, 聂新涛, 张洪程 , 等. 稻麦两熟条件下不同土壤耕作方式与秸秆还田效用分析. 农业工程学报, 2006,22(1):48-51.
[33] 詹其厚, 段建南, 贾宁凤 , 等. 长期施肥对黄土丘陵区土壤理化性质的影响. 水土保持学报, 2006,20(4):82-89.
[34] 刘玉学 . 生物质炭输入对土壤氮素流失及温室气体排放特性的影响. 杭州:浙江大学, 2011.
[35] 陈盈, 张满利, 刘宪平 , 等. 生物炭对水稻齐穗期叶绿素荧光参数及产量构成的影响. 作物杂志, 2016(3):94-98.
[1] 姬生栋,栗鹏,李江伟,宋刘敏,刘苗苗,高狂龙,尹海庆. 水稻株系与亲本间灌浆期POD酶谱及遗传效应分析[J]. 作物杂志, 2018, (5): 17–20
[2] 马孟莉,郑云,周晓梅,张婷婷,张晓倩,卢丙越. 云南哈尼梯田红米地方品种遗传多样性分析[J]. 作物杂志, 2018, (5): 21–26
[3] 张一中,周福平,张晓娟,邵强,杨彬,柳青山. 高粱种质材料光合特性和水分利用效率鉴定及聚类分析[J]. 作物杂志, 2018, (5): 45–53
[4] 张瑞栋,曹雄,岳忠孝,梁晓红,刘静,黄敏佳. 氮肥和密度对高粱产量及氮肥利用率的影响[J]. 作物杂志, 2018, (5): 110–115
[5] 陈瑛瑛,王徐艺凌,朱宇涵,武威,刘涛,孙成明. 水稻穗部氮素含量高光谱估测研究[J]. 作物杂志, 2018, (5): 116–120
[6] 权宝全,白冬梅,田跃霞,薛云云. 不同源库关系对花生光合特性及产量的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 102–105
[7] 商娜,杨中旭,李秋芝,尹会会,王士红,李海涛,李彤,张晗. 鲁西地区常规棉聊棉6号留叶枝栽培的适宜密度研究[J]. 作物杂志, 2018, (4): 143–148
[8] 梁晓宇, 林春雨, 马淑梅, 王洋. 水稻耐盐碱胁迫优异等位变异的发掘[J]. 作物杂志, 2018, (4): 48–52
[9] 章星传, 黄文轩, 朱宽宇, 王志琴, 杨建昌. 施氮量对不同水稻品种氮肥利用率与农艺性状的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 69–78
[10] 张晓勇,杨友联,李树江,熊荣川,向红. 外源激素对低温胁迫下脱毒马铃薯扦插苗早衰的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 95–101
[11] 曾波. 近30年来我国水稻主要品种更新换代历程浅析[J]. 作物杂志, 2018, (3): 1–7
[12] 陈芳,刘宇鹏,谷晓平,胡家敏,于飞,张波. 低温对茶树光合特性及产量的影响[J]. 作物杂志, 2018, (3): 155–161
[13] 张莉,李赞堂,王士银,麻艳超,东方阳,李学勇,徐江. 水稻氮素吸收低效型突变体osnad1的生理和遗传分析[J]. 作物杂志, 2018, (3): 68–76
[14] 赫臣,郑桂萍,赵海成,陈立强,李红宇,吕艳东,宋江. 增施腐殖酸及减量施肥对盐碱地水稻穗部性状与产量的影响[J]. 作物杂志, 2018, (3): 129–134
[15] 叶怡然,达布希拉图,沙本才,王文祥,叶宏达,耿世娴,成京晋,海梅荣. 不同肥料对冬马铃薯光合特性的影响[J]. 作物杂志, 2018, (3): 135–140
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 赵广才,常旭虹,王德梅,陶志强,王艳杰,杨玉双,朱英杰. 小麦生产概况及其发展[J]. 作物杂志, 2018, (4): 1 –7 .
[2] 权宝全,白冬梅,田跃霞,薛云云. 不同源库关系对花生光合特性及产量的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 102 –105 .
[3] 黄学芳,黄明镜,刘化涛,赵聪,王娟玲. 覆膜穴播条件下降水年型和群体密度对张杂谷5号分蘖成穗及产量的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 106 –113 .
[4] 黄文辉, 王会, 梅德圣. 农作物抗倒性研究进展[J]. 作物杂志, 2018, (4): 13 –19 .
[5] 赵云,徐彩龙,杨旭,李素真,周静,李继存,韩天富,吴存祥. 不同播种方式对麦茬夏大豆保苗和生产效益的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 114 –120 .
[6] 陆梅,孙敏,任爱霞,雷妙妙,薛玲珠,高志强. 喷施叶面肥对旱地小麦生长的影响及与产量的关系[J]. 作物杂志, 2018, (4): 121 –125 .
[7] 王晓飞,徐海军,郭梦桥,肖宇,程薪宇,刘淑霞,关向军,吴耀坤,赵伟华,魏国江. 播期、密度及施肥对寒地油用型紫苏产量的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 126 –130 .
[8] 朱鹏锦,庞新华,梁春,谭秦亮,严霖,周全光,欧克维. 低温胁迫对甘蔗幼苗活性氧代谢和抗氧化酶的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 131 –137 .
[9] 高杰,李青风,彭秋,焦晓燕,王劲松. 不同养分配比对糯高粱物质生产及氮磷钾利用效率的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 138 –142 .
[10] 商娜,杨中旭,李秋芝,尹会会,王士红,李海涛,李彤,张晗. 鲁西地区常规棉聊棉6号留叶枝栽培的适宜密度研究[J]. 作物杂志, 2018, (4): 143 –148 .