作物杂志,2025, 第2期: 172–179 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2025.02.024

• 生理生化·植物营养·栽培耕作 • 上一篇    下一篇

秸秆还田下氮肥减量对辽河平原水稻产量及氮素利用的影响

金丹丹(), 隋世江, 陈玥, 李波, 曲航, 宫亮()   

  1. 辽宁省农业科学院植物营养与环境资源研究所,110161,辽宁沈阳
  • 收稿日期:2023-12-20 修回日期:2024-05-08 出版日期:2025-04-15 发布日期:2025-04-16
  • 通讯作者: 宫亮,主要从事土壤肥料研究,E-mail:gongliang1900@sina.com
  • 作者简介:金丹丹,主要从事农业资源高效利用研究,E-mail:jdd851228@sina.cn
  • 基金资助:
    黑土地保护与利用科技创新工程专项(XDA28090300);辽宁省农业科学院院长基金项目(2022QN2305);辽宁省农业科学院基础性专项项目(2024JCX0501)

Effects of Straw Returning with Nitrogen Application Reduction on Yield and Nitrogen Utilization of Rice in Liaohe Plain

Jin Dandan(), Sui Shijiang, Chen Yue, Li Bo, Qu Hang, Gong Liang()   

  1. Plant Nutrition and Environmental Resources Research Institute, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Shenyang 110161, Liaoning, China
  • Received:2023-12-20 Revised:2024-05-08 Online:2025-04-15 Published:2025-04-16

摘要: 为实现秸秆养分资源合理及高效利用,缓解大量秸秆被丢弃、焚烧等现象造成生态环境破坏,以常规粳稻“盐丰47”为材料开展田间微区试验,设3种秸秆还田方式(秸秆翻埋、秸秆覆盖、不还田)和2个施氮水平(常规:纯氮260 kg/hm2;减氮:210 kg/hm2),研究秸秆还田和减氮条件下水稻产量及其构成因素、氮素利用效率的变化特征及其生理生化响应。结果表明,减氮条件下秸秆翻埋和秸秆覆盖产量分别为12.94和13.43 t/hm2,较常规施氮量不还田相比差异未达显著水平,秸秆翻埋下有效穗数、每穗实粒数、结实率和千粒重均维持较高水平,而秸秆覆盖显著降低了结实率,降幅为5.76%(P<0.05);减氮条件下秸秆覆盖显著提高了氮肥利用率及氮肥偏生产力,增幅分别达52.70%和38.28%(P<0.05),而秸秆翻埋对氮肥利用率及偏生产力无显著影响,但可大幅度提高抽穗期及灌浆期功能叶片谷氨酰胺合成酶活性,且差异达显著水平(P<0.05),从而维持水稻旺盛的氮代谢能力。综合考虑经济收益、环境效应及田间可操作性,秸秆翻埋还田下科学减施氮肥对水稻产量潜力的发挥具有较大优势。

关键词: 水稻, 秸秆还田, 减氮, 产量, 氮素利用

Abstract:

In order to realize the rational and efficient utilization of straw nutrient resources and alleviate the ecological environment damage caused by a large number of straw discarded and incinerated, a field micro-plot experiment was carried out with conventional japonica rice “Yanfeng 47” as the material. Three straw returning methods(straw incorporation, straw mulching, no returning) and two nitrogen application levels (conventional: 260 kg/ha of pure nitrogen; nitrogen reduction: 210 kg/ha) was used to study the changes of rice yield, its components, nitrogen use efficiency and physiological and biochemical responses under straw returning and nitrogen reduction. The results showed that, under nitrogen reduction conditions, the yields of straw incorporation and straw mulching were 12.94 and 13.43 t/ha, respectively, which were not significantly different from those of conventional nitrogen application without returning to the field. The effective panicle number, grain number per panicle, seed-setting rate and 1000-grain weight under straw incorporation remained at a higher level, while the seed-setting rate was significantly decreased by 5.76% under straw mulching (P < 0.05). Under nitrogen reduction conditions, straw mulching significantly increased nitrogen utilization rate and nitrogen partial productivity by 52.70% and 38.28%, respectively (P < 0.05). Straw incorporation had no significant effects on nitrogen utilization rate and nitrogen partial productivity, but could significantly increase the glutamine synthetase activity of functional leaves at heading and filling stages, and the difference was significant (P < 0.05), so as to maintained the vigorous nitrogen metabolism capacity of rice. Considering the economic benefits, environmental effects and field operability, the scientific reduction of nitrogen fertilizer under straw incorporation has a great advantage in the utilization of rice yield potential.

Key words: Rice, Straw returning, Nitrogen fertilizer reduction, Yield, Nitrogen utilization

表1

2019和2020年试验区耕层土壤(0~20 cm)理化性质

年份
Year
pH 有机质
Organic matter
(g/kg)
全氮
Total N
(g/kg)
速效氮
Rapidly available N
(mg/kg)
全磷
Total P
(g/kg)
有效磷
Available P
(mg/kg)
全钾
Total K
(g/kg)
有效钾
Available K
(mg/kg)
2019 7.43 23.62 1.46 115.33 1.22 38.86 24.00 239.00
2020 7.41 23.35 1.42 114.43 1.18 43.89 27.34 228.33

图1

秸秆还田耦合减量施氮对水稻茎蘖动态的影响 不同小写字母表示各处理在P < 0.05水平上差异显著。下同。

表2

秸秆还田耦合减量施氮对水稻地上部生物量的影响

处理
Treatment
拔节期Jointing stage 抽穗期Heading stage 成熟期Maturing stage
叶片+茎鞘Leaf+stem-sheath 叶片+茎鞘Leaf+stem-sheath 穗Panicle 叶片+茎鞘Leaf+stem-sheath 穗Panicle
CK 1.41±0.09c 2.91±0.67c 0.71±0.04d 3.14±0.30b 6.23±0.33c
N210-N 2.78±0.40b 5.18±0.90b 1.33±0.08c 5.12±0.63a 10.75±0.49b
N210-M 3.77±0.19a 6.37±0.39ab 1.68±0.11a 5.15±0.92a 11.46±1.41ab
N210-G 3.00±0.14ab 6.29±0.38ab 1.53±0.04abc 5.82±0.44a 13.33±0.81a
N260-N 2.59±0.51b 6.76±0.23ab 1.42±0.16bc 6.40±0.96a 11.16±0.50ab
N260-M 3.79±0.59a 7.58±0.57a 1.74±0.14a 5.36±0.54a 11.70±0.09ab
N260-G 3.28±0.70ab 7.54±1.70a 1.65±0.20ab 5.08±0.64a 12.26±2.03ab

表3

秸秆还田耦合减量施氮对水稻产量及其构成因子的影响

因素
Factor
处理
Treatment
有效穗数
Number of efficient
panicles (×104 /hm2)
每穗实粒数
Grain number
per panicle
结实率
Seed-setting
rate (%)
千粒重
1000-grain
weight (g)
产量
Yield
(t/hm2)
施氮量
N level (kg/hm2)

N210 311.27±69.91 114.20±12.06 94.50±2.48 26.19±1.10b 12.60±1.22
N260 310.38±62.93 115.59±12.08 94.76±2.40 25.51±0.68b 13.57±1.26
F 0.00ns 0.05ns 0.04ns 2.49ns 2.75ns
还田方式
Straw returning
method

N 317.49±50.33 116.60±15.07 95.98±1.85 26.47±0.53a 11.93±1.05
M 310.82±68.66 111.14±11.73 94.38±2.87 25.81±1.24ab 13.33±0.91*
G 304.15±78.01 117.00±10.60 93.26±1.80 25.28±0.66b 14.00±1.07*
F 0.30ns 0.36ns 2.13ns 2.84ns 6.52*
施氮量×
还田方式
N level×straw
returning
method
N210-N 317.49±54.47 107.00±11.17 94.86±2.13* 26.92±0.16a 11.44±0.59
N210-M 317.49±47.75 105.95±13.22 96.15±1.93* 26.51±1.33ab 12.94±0.91
N210-G 293.48±65.79 124.50±2.78 91.51±0.54 25.15±0.70b 13.43±1.25
N260-N 328.16±69.23 126.20±13.72 97.10±0.48* 26.02±0.26ab 12.42±1.31
N260-M 322.83±86.85 114.60±11.95 91.74±1.48 25.11±0.77b 13.72±0.88
N260-G 285.48±65.70 109.50±10.22 94.42±1.13 25.41±0.75b 14.57±0.54*
F 1.01ns 1.63ns 5.61* 2.93ns 3.84*

图2

秸秆还田耦合减量施氮对水稻氮素吸收利用的影响

表4

秸秆还田耦合减量施氮对水稻生殖生长期叶片氮代谢关键酶活性的影响

生育期
Growth period
处理
Treatment
硝酸还原酶
Nitrate reductase
[μmol/(h?g FW)]
谷氨酰胺合成酶
Glutamine synthetase
[μmol/(h?g FW)]
亚硝酸还原酶
Nitrite reductase
[μmol/(h?g FW)]
谷氨酸合成酶
Glutamate synthase
[nmol/(h?g FW)]
可溶性蛋白
Soluble protein
(mg/g FW)
抽穗期Heading stage CK 10.85±0.62bc 15.73±1.90c 16.01±0.89c 33.26±1.10d 47.31±3.43c
N210-N 9.35±0.42c 16.22±1.70c 17.98±1.81bc 53.74±0.80a 50.75±2.27abc
N210-M 16.13±0.96a 20.75±2.17ab 18.17±1.05abc 42.25±1.97b 54.62±3.03a
N210-G 15.76±2.45a 17.71±3.05bc 19.96±1.02ab 41.77±0.88b 46.47±2.51c
N260-N 12.99±0.00ab 16.47±1.43c 19.42±0.71ab 50.28±0.40a 48.60±2.88bc
N260-M 14.06±0.85a 16.66±1.69c 20.48±1.41a 37.45±3.01c 53.45±3.94ab
N260-G 16.12±2.68a 22.02±0.79a 17.69±1.53bc 33.81±0.98d 52.09±1.91abc
灌浆期Filling stage CK 11.36±0.64a 7.61±0.72d 16.89±0.70a 18.55±0.63e 83.58±2.96cd
N210-N 12.06±0.08a 8.81±0.84cd 16.95±0.81a 20.42±0.64de 84.60±3.53bcd
N210-M 12.43±1.25a 12.30±0.37a 14.33±0.72cd 26.81±1.33d 89.98±3.98b
N210-G 12.07±0.29a 10.71±0.90ab 14.59±0.66c 29.38±0.42c 87.89±0.83bc
N260-N 11.72±0.46a 9.65±1.64bc 16.53±0.23ab 22.93±1.25d 87.72±0.10bc
N260-M 11.78±0.07a 12.45±0.80a 15.44±0.27bc 53.60±3.45a 97.27±2.35a
N260-G 12.25±0.37a 11.96±0.59a 13.21±0.81d 48.23±1.31b 80.31±1.30d
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