作物杂志, 2019, 35(4): 164-169 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2019.04.025

生理生化·植物营养·栽培耕作

不同秸秆还田方式对北方超级稻氮素吸收利用的影响

崔月峰1, 孙国才1, 卢铁钢1, 王桂艳1, 王健1, 黄文佳1, 栾和林2

1 铁岭市农业科学院,112616,辽宁铁岭

2 铁岭市农产品质量安全检验检测中心,112000,辽宁铁岭

Effects of Different Straw Return Modes on Nitrogen Absorption and Utilization of Super Rice in Northern China

Cui Yuefeng1, Sun Guocai1, Lu Tiegang1, Wang Guiyan1, Wang Jian1, Huang Wenjia1, Luan Helin2

1 Tieling Academy of Agricultural Sciences, Tieling 112616, Liaoning, China

2 Tieling Inspection Center of Agricultural Product Quality and Safety, Tieling 112000, Liaoning, China

通讯作者: 卢铁钢,研究员,主要从事水稻育种和示范推广

收稿日期: 2019-01-16   修回日期: 2019-06-6   网络出版日期: 2019-08-15

基金资助: 国家现代农业产业技术体系项目(CARS-01-37)
国家重点研发计划“辽宁半干旱半湿润区雨养玉米、灌溉粳稻规模机械化丰产增效技术集成与示范”(2018YFD0300305-02)
国家重点研发计划“北方粳稻优质高产高效新品种培育”(2017YFD0100502-4)
国家重点研发计划“辽宁春玉米、粳稻密植抗逆丰产增效关键技术研究与示范”(2017YFD0300710-A04)

Received: 2019-01-16   Revised: 2019-06-6   Online: 2019-08-15

作者简介 About authors

崔月峰,副研究员,主要从事水稻育种和栽培研究 。

摘要

以北方超级稻沈农265为试验材料,研究了秸秆直接还田和秸秆热解成生物炭施入对水稻氮素吸收利用的影响。结果表明:与常规生产相比,秸秆直接还田主要提高了水稻生育中期的叶、茎含氮量,但同时降低了后期穗氮素累积量,氮素回收率、生理利用率和氮肥农学利用率分别下降5.28%、11.65%和16.19%,使产量有降低趋势;少量秸秆生物炭施入有助于提高生育中后期叶、茎含氮量并促进穗氮素累积量增加,氮素回收率和氮肥农学利用率分别增加6.02%和7.71%,有增加产量的潜力;大量秸秆生物炭施入降低了叶、茎和穗含氮量,氮素回收率负向效应强度高达34.31%,但氮素生理利用率增加45.62%,不利于产量的提高。秸秆直接还田和大量秸秆生物炭施入对水稻氮素吸收有一定抑制作用且不利于产量的提升,少量秸秆生物炭施入则能提高水稻氮素利用率并增加产量。

关键词: 秸秆还田 ; 生物炭 ; 超级稻 ; 氮素利用率

Abstract

The super rice in Northern China ‘Shennong 265’ was used to study the N use efficiency under straw and biochar addition on soil. The results showed that: straw application improved the nitrogen content of leaf and stem in mid-growing stage, reduced nitrogen accumulation of panicle, decreased nitrogen recovery efficiency, physiological efficiency and agronomic efficiency by 5.28%, 11.65% and 16.19%, respectively, thereby reduced the yield. A small amount of biochar addition was helpful to improve the nitrogen content of leaf and stem, and nitrogen accumulation of panicle in the late growth stage, increased nitrogen recovery efficiency and agronomic efficiency by 6.02% and 7.71%, respectively, and had a positive effect on yield. A large amount of biochar decreased nitrogen content of leaf, stem and panicle, reduced nitrogen recovery efficiency by 34.31%, but increased the nitrogen physiological efficiency by 45.62%, and had a negative effect on yield. Straw and large amount of biochar can inhibit the absorption of nitrogen and have a negative effect on yield of rice, however a small amount of biochar can improve the utilization rate of nitrogen and yield.

Keywords: Straw return to soil ; Biochar ; Super rice ; Nitrogen utilization rate

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本文引用格式

崔月峰, 孙国才, 卢铁钢, 王桂艳, 王健, 黄文佳, 栾和林. 不同秸秆还田方式对北方超级稻氮素吸收利用的影响[J]. 作物杂志, 2019, 35(4): 164-169 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2019.04.025

Cui Yuefeng, Sun Guocai, Lu Tiegang, Wang Guiyan, Wang Jian, Huang Wenjia, Luan Helin. Effects of Different Straw Return Modes on Nitrogen Absorption and Utilization of Super Rice in Northern China[J]. Crops, 2019, 35(4): 164-169 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2019.04.025

我国农林废弃物资源数量庞大,仅农作物秸秆就有约7亿t,其中50%以上被用作薪柴或废弃焚烧,这不仅造成了资源的浪费,同时也污染了环境。生物炭是以自然界广泛存在的生物资源为基础,利用特定的炭化技术,由生物质在缺氧条件下不完全燃烧所产生的高碳产物[1]。秸秆生物炭来源于作物秸秆,较好保留了秸秆的细微组织结构,并富含多种作物生长所需的营养和微量元素,施入土壤后能够快速提升土壤稳定性碳库储量,改善养分利用状况,培肥土壤肥力,延缓肥料养分释放,降低肥料及土壤养分的损失,提高养分利用率,促进作物生长,增加作物产量,对增强土壤生产能力具有积极的促进作用[1,2,3,4],但生物炭的增产效果及对氮素利用的影响与其施用量、土壤类型和环境条件等诸多因素有关,具有较大的不确定性[5]。因此本试验着重研究秸秆直接还田和秸秆热解成生物炭施入模式对粳稻氮素利用方面的影响,为辽宁北部稻区提高水稻氮素利用率提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验设在辽宁省铁岭市农业科学院内水稻试验田,土壤耕层0~20cm土层营养成分含量为全氮1.06g/kg,全磷0.85g/kg,全钾17.24g/kg,速效氮93.64mg/kg,速效磷38.28mg/kg,速效钾75.06mg/kg,有机碳10.73g/kg,pH 6.36。

供试品种为北方超级粳稻沈农265,主茎叶片数为15,具有株型紧凑、分蘖力较强、穗型直立的特性。供试用秸秆粉碎成0.5~1.0cm的小段,秸秆生物炭由辽宁生物炭工程技术研究中心将秸秆在400℃~500℃缺氧条件下热解生产,约1/3秸秆变成粒径1.5~2.0mm的生物炭,秸秆和生物炭主要理化性质见表1

表1   秸秆及生物炭主要理化性质

Table 1  Major physical and chemical properties of straw and biochar used in this study

指标IndexN (%)P (%)K (%)C (%)pH
秸秆Straw0.870.452.0450.366.93
生物炭Biochar1.280.731.4663.279.02

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1.2 试验设计

试验设5个处理,常规生产(对照):当地常规施肥(46%尿素456.5kg/hm2、12%过磷酸钙875kg/hm2和52%硫酸钾202kg/hm2),记作CK;秸秆还田:在CK基础上施入秸秆6t/hm2,记作S;少量生物炭施入:在CK基础上施入生物炭2t/hm2(按秸秆可以转化为30%生物炭计算),计作C1;大量生物炭施入:在CK基础上施入生物炭40t/hm2,记作C2;不施氮肥的空白处理,用于氮素利用率的计算。

试验采用育苗移栽的种植方式,2013年4月18日播种、5月28日移栽、10月8日收获,2014年4月14日播种、5月27日移栽、10月9日收获,插秧规格30cm×13.3cm,每穴3苗,随机区组排列设计,每处理重复3次,共计12个小区,小区面积21m2。各小区单独打埂,均配有上水、排水渠道,单灌、单排。氮肥分基肥:蘖肥:穗肥=5:3:2施入,秸秆和生物炭在水稻移栽前100%一次施入,均匀散施到土壤表面,然后旋耕混匀,过磷酸钙作基肥100%一次施入,硫酸钾作基肥和穗肥各施50%。其他栽培管理措施按常规水稻大田生产规程管理。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 干物质 在水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期5个时期,每小区连续取5穴整齐、一致的植株样品。把叶片、茎鞘、穗分开,烘干(方法:在鼓风烘箱中,105℃下杀青30min,80℃下烘干,烘干时间48h),称干重。

1.3.2 含氮量 将分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期烘干的叶、茎、穗样品分别粉碎过80目筛后采用凯氏定氮法测定氮素含量。

1.3.3 产量 每小区选6m2全部收割,凉干后脱粒,按标准含水量(15.5%)统计产量。

1.4 有关参数计算方法

1.4.1 氮素利用率 氮素累积量=某器官干物重×某器官含氮量;氮素分配比例表示某器官的氮素累积量占植株总的氮素累积量的比例;氮素回收率(nitrogen recovery rate,NRE)=(施氮区植株总吸氮量-空白区植株总吸氮量)/施氮量×100%,表示被植株吸收的氮占施入土壤的氮肥料的比例;氮素收获指数(nitrogen harvest index,NHI)=子粒吸氮量/植株总吸氮量;氮素生理利用率(nitrogen physiological utilization rate,NPE)=(施氮区产量–空白区产量)/(施氮区植株总吸氮量-空白区植株总吸氮量),反映作物将所吸收的氮素肥料转化为经济产量的能力;氮肥农学利用率(nitrogen agriculture utilization rate,NAE)=(施氮区产量-空白区产量)/施氮量,表示施入单位氮肥所能增加的水稻产量;氮肥偏生产力(nitrogen partial productivity,NPP)=稻谷产量/施氮量。

1.4.2 效应强度 效应强度(effect intensity,EI)=(QA-QCK)/QCK×100%;式中QA与QCK分别代表秸秆或生物炭处理与对照的氮素回收率、氮素收获指数、氮素生理利用率、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力。

1.5 数据统计与分析

所有试验数据采用Microsoft Excel 2010进行整理。采用DPS 7.05软件对试验数据进行单因素方差分析,LSD多重比较判断处理间的差异显著性(P=0.05),所有测定结果均以平均值±标准差的形式表达。

2 结果与分析

2.1 植株氮素含量差异

2.1.1 叶含氮量 从图1可以看出,从分蘖到成熟期各处理叶含氮量基本呈直线下降的趋势。在分蘖期,S和C1处理分别较CK降低3.39%和5.13%,C2较CK增加1.91%,但差异不显著;到拔节期,S和C1较CK分别增加8.90%和0.28%,C2较CK降低11.88%,S显著高于C2,其他处理间差异均未达到显著水平。在抽穗期,S和C1处理较CK分别增加4.64%和2.93%,C2较CK降低13.49%,S和C1显著高于C2,其他处理间差异不显著。在灌浆期,S和C1较CK分别增加13.67%和10.29%,C2较CK降低12.35%,S和C1显著高于C2,其他处理间差异均未达到显著水平;在成熟期,S、C1和C2较CK分别降低0.46%、5.95%和22.88%,C2与CK、S、C1差异显著,其他处理间差异不显著。可见秸秆还田和少量生物炭施入主要在拔节至灌浆期对叶含氮量有增加的作用,而大量生物炭对叶含氮量的影响从拔节期至成熟期基本是负向的,且在成熟期与CK差异达到显著水平,促进了水稻叶氮的转化,对水稻缩短生育期、加快成熟起到了重要作用。

图1

图1   秸秆还田及生物炭施入对不同生育期叶含氮量的影响

不同小写字母表示在同一生育时期各处理间存在显著差异(P<0.05),下同

Fig.1   Effects of straw and biochar addition on N content of leaf in different growth stages

Different lowercase letters indicate significant difference between treatments in the same growth stage (P<0.05), the same below


2.1.2 茎含氮量 从图2可以看出,从分蘖到成熟期各处理茎含氮量呈下降的趋势。在分蘖期,S和C1处理较CK分别降低1.74%和3.54%,C2处理较CK增加6.60%,差异均未达到显著水平;到拔节期,S较CK增加12.69%,C1和C2较CK分别降低0.30%和13.14%,S显著高于C2,其他处理间差异不显著;在抽穗期,S和C1较CK分别增加4.03%和2.57%,C2较CK降低22.34%,S显著高于C2,其他处理间差异不显著;在灌浆期,S和C1较CK分别增加3.77%和5.66%,C2较CK降低19.60%,各处理间差异均未达到显著水平;到成熟期,S、C1和C2较CK分别降低7.98%、8.01%和27.58%,C2与CK差异显著,其他处理间差异不显著。秸秆还田和少量生物炭施入主要在拔节至灌浆期对茎含氮量有增加的作用,在分蘖期和成熟期有降低作用,而大量生物炭对茎含氮量的影响从拔节到成熟期存在负向作用,且在成熟期与CK差异达到了显著水平。

图2

图2   秸秆还田及生物炭施入对不同生育期茎含氮量的影响

Fig.2   Effects of straw and biochar addition on N content of stem in different growth stages


2.1.3 穗含氮量 从抽穗期到成熟期各处理穗含氮量呈下降趋势(图3)。在抽穗期,S处理的穗含氮量较CK增加3.90%,C1和C2较CK分别降低1.51%和7.75%,S显著高于C2,其他处理间差异不显著;在灌浆期,S和C1较CK分别增加2.22%和2.78%,C2较CK降低7.80%,各处理间差异均不显著;到成熟期,S、C1和C2较CK分别降低1.17%、1.46%和9.65%,C2与CK差异显著,其他处理间差异均未达到显著水平。秸秆和少量生物炭对穗含氮量影响不大,而大量生物炭使穗含氮量有降低趋势,且在成熟期时越发明显。

图3

图3   秸秆还田及生物炭施入对不同生育期穗含氮量的影响

Fig.3   Effects of straw and biochar addition on N content of panicle in different growth stages


2.2 植株氮素累积量差异

2.2.1 叶氮素累积量 从图4可以看出,随着生育进程的推进,植株的叶氮素累积量呈先升后降的趋势,而且从分蘖至拔节期的上升速率较快,从拔节期至灌浆期下降较为平缓,灌浆期至成熟期呈急速下降趋势。在分蘖期,S、C1和C2较CK分别降低30.52%、2.46%和14.28%,S和CK差异显著;到拔节期,S和C1较CK分别增加19.28%和19.57%,C2较CK降低7.01%,S和C1显著高于C2,其他处理间差异不显著;在抽穗期,S和C1较CK分别增加9.30%和18.15%,C2较CK降低9.02%,C1显著高于C2,其他处理间差异不显著;在灌浆期,S和C1较CK分别增加2.19%和14.27%,C2较CK降低20.17%,C1显著高于C2,其他处理间差异不显著;到成熟期,S和C1较CK分别增加12.08%和4.02%,C2较CK降低17.17%,各处理间差异均未达到显著水平。可见秸秆还田和少量生物炭施入在分蘖期对叶氮素累积量有降低的作用,在中后期则有增加作用,而大量生物炭施入在水稻整个生育期对叶氮素累积量的影响都存在负向作用,但与CK的差异均未达到显著水平。

图4

图4   秸秆还田及生物炭施入对不同生育期叶氮素累积量的影响

Fig.4   Effects of straw and biochar addition on N accumulation amount of leaf in different growth stages


2.2.2 茎氮素累积量 从图5可以看出,茎氮素累积量随生育进程呈现先增后减的趋势。在分蘖期,S处理较CK降低16.61%,C1和C2较CK分别增加4.07%和16.12%,差异均未达到显著水平;到拔节期,S和C1较CK分别增加25.76%和31.19%,C2较CK降低4.72%,C1显著高于C2,其他处理间差异不显著;在抽穗期,S和C1较CK分别增加1.14%和7.25%,C2较CK降低17.84%,各处理间差异均未达到显著水平;在灌浆期,S和C2较CK分别降低4.39%和25.00%,C1较CK增加10.82%,C1显著高于C2,其他处理间差异不显著;到成熟期,S、C1和C2较CK分别降低11.36%、3.09%和22.04%,CK和C1显著高于C2,其他处理间差异均未达到显著水平。就茎氮素累积量而言,秸秆还田在分蘖期、灌浆期和成熟期有降低作用,少量生物炭施入在分蘖期至灌浆期基本具有促进作用,在拔节期尤为明显,而大量生物炭还田除在分蘖期有增加作用外,在其他生育期则有降低效应,尤其在成熟期越发明显。

图5

图5   秸秆还田及生物炭施入对不同生育期茎氮素累积量的影响

Fig.5   Effects of straw and biochar addition on N accumulation amount of stem in different growth stages


2.2.3 穗氮素累积量 从抽穗到成熟期各处理穗氮素累积量随生育进程呈直线上升趋势(图6)。在抽穗期,S、C1和C2较CK分别增加12.80%、8.72%和8.60%,各处理间差异均未达到显著水平;在灌浆期,S和C2较CK分别显著降低10.74%和12.59%,C1较CK增加2.67%,差异不显著;在成熟期,S和C2较CK分别降低6.27%和12.96%,C1较CK增加2.18%,其中C2和CK差异显著,S和C1与CK差异均未达到显著水平。可见秸秆还田和大量生物炭施入处理在抽穗期的穗氮素累积量占有优势,在灌浆期和成熟期则具有明显的降低作用,而少量生物炭施入处理在抽穗至成熟期都出现正向效应,但与CK差异均未达到显著水平。

图6

图6   秸秆还田及生物炭施入对不同生育期穗氮素累积量的影响

Fig.6   Effects of straw and biochar addition on N accumulation amount of panicle in different growth stages


2.3 植株氮素利用率及产量差异

2.3.1 氮素利用率及产量 从表2可以看出,S处理氮素回收率、生理利用率和氮肥农学利用率、偏生产力分别较CK显著下降5.28%、11.65%、16.19%和4.29%,氮素收获指数较CK下降2.40%,差异不显著;C1处理氮素回收率、收获指数、生理利用率和氮肥农学利用率、偏生产力较CK分别增加6.02%、0.33%、1.40%、7.71%和2.09%,其中氮素回收率与CK差异显著,其他指标与CK差异未达到显著水平;C2处理的氮素回收率、氮肥农学利用率和偏生产力较CK分别降低34.31%、4.29%和1.22%,氮素收获指数和生理利用率较CK分别增加2.56%、45.62%,其中氮素回收率、生理利用率与CK差异显著。可见秸秆还田对水稻氮素利用率具有显著降低效应,少量生物炭施入则对氮素利用率有一定程度的提高,大量生物炭施入显著降低了氮素回收率,提高了氮素转化为经济产量的能力。从产量来看,总体表现为C1>CK>C2>S,C1较CK增加2.12%,C2和S较CK分别降低1.23%和4.63%,且C1显著高于C2和S,可见秸秆还田和大量生物炭施入对产量有降低趋势,而少量生物炭施入则有增产作用。

表2   秸秆还田及生物炭施入处理氮素利用率及产量的变化

Table 2  Changes in nitrogen use efficiency and yield under straw and biochar addition

处理
Treatment
氮素回收率
NRE (%)
氮素收获指数
NHI (kg/kg)
氮素生理利用率
NPE (kg/kg)
氮肥农学利用率
NAE (kg/kg)
氮肥偏生产力
NPP (kg/kg)
子粒产量
Grain yield (kg/hm2)
CK36.63±0.62b64.10±1.15ab30.62±0.81b11.20±0.46a39.62±0.37a8 318.33±134.28ab
S34.70±0.42c62.56±1.41b27.05±1.39c9.39±0.46b37.77±0.35b7 933.13±126.93c
C138.84±0.43a64.31±0.67ab31.05±0.88b12.06±0.30a40.45±0.52a8 494.87±191.88a
C224.06±0.23d65.74±0.39a44.58±0.48a10.72±0.21ab39.14±0.31ab8 216.10±105.96b

Note: Different lowercase letters in same column indicate significant difference between treatments (P<0.05), the same below

注:同列不同小写字母表示各处理间存在显著差异(P<0.05),下同

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2.3.2 氮素利用率的效应强度 从氮素利用率的效应强度(表3)来看,秸秆还田氮素回收率、收获指数、生理利用率和氮肥农学利用率、偏生产力都呈现负向效应,尤其氮素生理利用率和氮肥农学利用率负向效应更强,而少量生物炭施入各氮素利用指标都呈现正向效应,尤其氮素回收率和氮肥农学利用率正向效应较高;大量生物炭施入氮素收获指数和生理利用率呈正向效应,尤其氮素生理利用率效应强度明显更高,而氮素回收率和氮肥农学利用率、偏生产力呈负向效应,尤其氮素回收率负向效应强度更为明显。

表3   秸秆还田及生物炭施入处理氮素利用率的效应强度变化

Table 3  Changes of effect intensity in nitrogen use efficiency under straw and biochar addition %

处理Treatment氮素回收率NRE氮素收获指数NHI氮素生理利用率NPE氮肥农学利用率NAE氮肥偏生产力NPP
S-5.28±2.51b-2.40±3.51b-11.65±1.78b-16.19±6.05b-4.29±1.78b
C16.02±1.41a-0.33±2.65a1.40±1.91b7.71±6.83a2.09±1.91a
C2-34.31±2.69c-2.56±3.04a45.62±0.66a-4.29±2.11ab-1.22±0.66ab

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3 结论与讨论

有研究表明,中国稻田氮肥吸收利用率大多在30%~40%,较发达国家低10%~15%,在较好的氮肥管理水平下,氮肥的吸收利用率可上升到50%左右[6,7]。因此如何合理改进栽培技术,从而提高氮肥利用率、增加产量、实现水稻多目标协调发展是一个值得深入研究的课题,而通过有机物质还田增加水稻光合积累将成为提高水稻氮利用效率的一条新的调控途径。提高氮素利用率一方面表现在不同水稻品种在全生育期中从土壤吸收的氮素多;另一方面是成熟时氮素最大限度地存留在干物质中,并且生理活性强[8]。秸秆还田对作物吸收氮素起着积极作用,能够减少氮素淋洗损失,提高氮素有效性,秸秆配施化肥可提高氮肥利用率0.1%~3.4%[9,10],许有尊[11]研究发现,秸秆还田显著提高了水稻氮肥生理利用率4.30%~36.30%、农学利用率14.8%~20.6%和偏生产力1.90%~8.40%,但孙会峰等[12]研究表明秸秆与化肥配施对氮素吸收利用率没有显著影响。本试验结果表明秸秆还田(6t/hm2)主要提高了水稻生育中期的叶、茎含氮量,但同时降低了后期穗氮素累积量,后期氮素没有转化为子粒生产优势,使产量降低4.63%,营养器官氮素的转运能力降低,氮素回收率、生理利用率和氮肥农学利用率分别下降5.28%、11.65%和16.19%,与Eagle等[13]的研究结果一致,而与其他研究结果不同的原因可能与气候特征、土壤性质、秸秆类型、秸秆还田量以及施肥量等因素有关。

Lehmann等[14]研究认为,生物炭表面含有丰富的官能团和巨大的比表面积,能够提高土壤阳离子交换量,对养分离子的交换吸附和缓慢释放起到一定作用,从而提高土壤肥力和肥料利用效率。曲晶晶等[15]研究发现生物炭施入稻田能显著提高水稻氮肥吸收利用率20%左右;张爱平等[16]研究表明,生物炭和氮肥配施时氮肥利用率提高了22.09%,氮肥农学效率提高10.87kg/kg。本研究表明,少量生物炭施入(2t/hm2)有助于提高生育中后期叶、茎含氮量并促进穗氮素累积量增加,氮素回收率和氮肥农学利用率分别增加6.02%和7.71%,说明摄取的氮素不会过多存留在植株体内,协调了氮素营养的体内流转利用,从而提高氮素生产干物质的效率,强化了氮素转化为经济产量的能力,有增加产量的潜力;大量生物炭施入(40t/hm2)降低了叶、茎和穗含氮量,后期穗氮素累积量下降,氮素回收率负向效应强度高达34.31%,这可能是因为生物炭的碳含量较高,高碳量施入会导致碳氮比失衡,固持土壤大量氮素,进而降低水稻对氮素的吸收利用[17],但大量生物炭施入条件下,水稻吸收的氮素转化为经济产量的能力在加强,使得氮素生理利用率效应强度高达45.62%,然而实际产量仍然出现了降低的趋势,可见氮素利用率的高低与产谷的多少不完全一致,高产栽培要尽量减少无效、低效生长量,提高单位氮素的产谷效率,同时也要考虑到氮素的经济利用率,即氮素向穗的运转率[18]。本试验在少量生物炭施入处理,水稻所表现出的高效氮素回收率和均衡的吸氮量与较高的产量水平达到了优化平衡,因此,在秸秆生物炭应用生产中,要因地制宜,选择最佳施用量,使水稻高产群体以优化的氮素吸收利用体系去匹配优化的产量结构,充分发挥生物炭对作物的正向作用,实现水稻高产、高效、环境友好的生产和发展。

参考文献

陈温福, 张伟明, 孟军 , .

生物炭应用技术研究

中国工程科学, 2011,13(2):83-89.

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刘玉学, 刘微, 吴伟祥 , .

土壤生物质炭环境行为与环境效应

应用生态学报, 2009,20(4):977-982.

Magsci     [本文引用: 1]

生物质炭具有高度稳定性和较强的吸附性能,可从气候、地质等多方面对环境产生影响,在全球气候变化、碳生物地球化学循环以及环境系统中发挥着非常重要的作用,长期以来成为国内外大气科学、地质学和环境科学领域研究的热点.作为土壤腐殖质中高度芳香化结构组分的可能来源,生物质炭对增加土壤碳库贮量、提高土壤肥力以及维持土壤生态系统平衡意义重大.本文重点概述了生物质炭特性、生物质炭生物与非生物氧化机理、生物质炭对全球气候变化的影响以及土壤生物质炭环境效应等方面的国内外研究进展,并对今后生物质炭在土壤生态系统中的环境行为和环境效应研究进行了简要的展望.

Schmidt M W I, Noack A G .

Black carbon in soils and sediments:Analysis distribution,implication,and current challenges

Global Biogeochemical Cycles, 2000,14(3):777-794.

[本文引用: 1]

Zwieten L V, 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(1/2):235-246.

[本文引用: 1]

Verheijen F, Jeffery S, Bastos A C , et al.

Biochar application to soils:A critical scientific review of effects on soil properties,processes and functions

Luxembourg:Office for the Official Publications of the European Communities, 2010: 91-98.

[本文引用: 1]

朱兆良 .

农田中氮肥的损失与对策

土壤与环境, 2000,9(1):1-6.

[本文引用: 1]

江立庚, 曹卫星, 甘秀芹 , .

不同施氮水平对南方早稻氮素吸收利用及其产量和品质的影响

中国农业科学, 2004,37(4):490-496.

Magsci     [本文引用: 1]

在大田不同施氮条件下,研究了3个水稻品种的氮素吸收利用效率及其对产量和品质的影响。结果表明,施氮量增加,水稻氮素积累总量增加,而氮素的生产效率和收获指数下降。相同施氮量条件下提高穗肥比率,氮素积累量及其回收效率和运转效率增加,而氮素生产效率下降。不同施氮条件下水稻氮素吸收利用效率的变化对产量和品质性状产生重要影响,稻米蛋白质含量随氮素积累量增加而显著增加,随氮素生产效率提高而极显著下降;垩白米率及面积随氮素收获指数增加而显著提高。穗数随氮素积累量增加而显著增加,随氮素收获指数和氮素生产效率增加而显著下降;结

丁艳锋, 刘胜环, 王绍华 , .

氮素基、蘖肥用量对水稻氮素吸收与利用的影响

作物学报, 2004,30(8):762-767.

Magsci     [本文引用: 1]

以粳稻品种武香粳9号和籼稻品种H97-322为材料,在基础地力和穗肥施氮相同的条件下,研究了氮素基、蘖肥不同施用水平对水稻氮素吸收利用的影响。结果表明:(1)各处理水稻相对吸氮速率随生育进程而降低,其降低速度随氮素基、蘖肥占总施氮量比重增大而加快。增施氮素基、蘖肥,增加了拔节前吸氮量,但抑制了拔节后吸氮,尤其

黄琴 .

作物秸杆还田对土壤养分含量的影响

石河子大学学报, 2006,24(3):277-299.

[本文引用: 1]

Watanabe T, Man L H, Vien D M , et al.

Effects of continuous rice straw compost application on rice yield and soil properties in the Mekong Delta

Soil Science and Plant Nutrition, 2009,55(6):754-763.

[本文引用: 1]

许有尊 .

秸秆还田及有机肥对水稻生长和氮肥利用率影响的研究

武汉:华中农业大学, 2009.

[本文引用: 1]

孙会峰, 周胜, 付子轼 , .

秸秆与缓释肥配施对水稻产量及氮素吸收利用率的影响

中国稻米, 2015,21(4):95-98.

DOI:10.3969/j.issn.1006-8082.2015.04.021      Magsci     [本文引用: 1]

以花优14为材料,研究了秸秆与缓释尿素配施对水稻产量及氮素吸收利用率的影响。结果表明,秸秆与缓释肥配施处理较常规施肥处理有效穗数和千粒重明显增加,从而显著提高水稻产量,增幅达到13.4%~17.8%。秸秆与缓释肥配施能明显提高秸秆生物量、籽粒及秸秆含氮量,将氮素吸收利用率从28.7%~40.2%(常规施肥处理)提高到71.6%~77.6%。缓释肥作基肥一次性施入,可有效节省人力成本。秸秆与缓释肥配施能增加水稻产量,提高氮素吸收利用率,减少人力成本,具有很大的应用前景。

Eagle A J, Bird J A, Horwath W R , et al.

Rice yield and nitrogen utilization efficiency under alternative straw management practices

Agronomy Journal, 2000,92(6):1096-1103.

[本文引用: 1]

Lehmann J, Silva J P, Steiner C . et al.

Nutrient availability and leaching in an archaeological Anthorosol and a Ferralsolof the Central Amazon basin:fertilizer,manure and charcoal amendments

Plant and Soil, 2003,249(2):343-357.

[本文引用: 1]

曲晶晶, 郑金伟, 郑聚锋 , .

小麦秸秆生物质炭对水稻产量及晚稻氮素利用率的影响

生态与农村环境学报, 2012,28(3):288-293.

Magsci     [本文引用: 1]

选择湖南长沙红黄泥水稻土和江西进贤红壤性水稻土为供试土壤,研究小麦秸秆制生物质炭在20、40t&middot;hm<sup>-2</sup>施入量水平下与氮肥配施对早、晚稻产量及晚稻氮素利用率的影响。结果表明,生物质炭与氮肥配施情况下,2个试验点不同生物质炭施用量处理间早稻产量均无显著差异,但进贤试验点生物质炭施用量为20和40t&middot;hm<sup>-2</sup>处理晚稻产量分别比未施生物质炭对照提高5.18%和7.95%,而长沙试验点3个处理间晚稻产量无显著差异。在相同氮素水平下,当生物质炭施用量为40 t&middot;hm<sup>-2</sup>时,2个试验点土壤有机碳含量与未施生物质炭对照相比最高增幅均在55%以上;施用生物质炭可提高酸性或弱酸性土壤pH值,降低土壤容重;施用生物质炭也可显著提高水稻氮肥利用率,在40 t&middot;hm<sup>-2</sup>施用水平下,长沙和进贤试验点水稻氮肥吸收利用率分别提高20.33和17.58百分点,进贤试验点氮肥农学效率提高39.81%。在酸性土壤中施用生物质炭可提高氮肥利用率,保持水稻产量稳定或有一定的增产效果。

张爱平, 刘汝亮, 高霁 , .

生物炭对宁夏引黄灌区水稻产量及氮素利用率的影响

植物营养与肥料学报, 2015,21(5):1352-1360.

DOI:10.11674/zwyf.2015.0531      Magsci     [本文引用: 1]

【目的】氮是作物生长发育所需的主要营养元素,随着宁夏引黄灌区农业生产集约化程度不断提高,氮肥投入亦不断增加,由此导致的土壤板结及氮素利用率低等问题日益突显。鉴于生物炭在改良土壤及提高氮肥利用方面的潜在可行性,本文通过大田试验研究添加不同用量生物炭对水稻产量和氮素利用率的影响,为生物炭在该地区的应用提供参考和依据。【方法】以宁夏灌区具有代表性的集约化水稻田为研究对象,以宁粳43号水稻为试验材料,采用裂区试验设计,施氮量设常规施氮量(N 300, N 300 kg/hm<sup>2</sup>)和不施氮(N0)2个水平;生物炭设高量炭(C3, 9000 kg/hm<sup>2</sup>)、中量炭(C2, 6750 kg/hm<sup>2</sup>)、低量炭(C1, 4500 kg/hm<sup>2</sup>)和不施炭(C0)4个水平。旨在明确添加生物炭对灌淤土基本理化性质、水稻产量及氮素利用率的影响。【结果】1)添加生物炭种植一季水稻后对灌淤土土壤含水量没有明显影响,土壤pH值亦没有发生明显变化。2)施加氮肥情况下,C3处理较C0处理可显著提高灌淤土全氮、全磷和速效钾含量,但对速效磷含量没有影响,C2和C3处理下土壤全氮、全磷、速效磷和速效钾都没有明显差异,但二者全氮和速效钾含量要显著高于C1处理;不施肥情况下,除C3和C2处理显著增加土壤速效钾含量外,其余处理对土壤养分含量没有影响。3)生物炭和氮肥配施可以显著增加水稻籽粒产量,并随生物炭用量(4500~9000 kg/hm<sup>2</sup>)增加而增高,增产率在15.26%~44.89%之间,水稻籽粒产量与生物炭用量呈显著正相关关系(r=0.962),水稻株高和穗粒数也随生物炭用量增多而增加,同时,水稻地上部总吸氮量随生物炭用量增加而增加, C3处理较C0处理提高66.27 kg/hm<sup>2</sup>,各处理之间差异显著;不施氮肥情况下,添加生物炭(4500~9000 kg/hm<sup>2</sup>)对水稻籽粒产量没有显著影响,对水稻产量构成因素的影响亦不明显, C1和C2处理可以显著提高水稻地上部总吸氮量,但C3处理对总吸氮量影响不明显,同时各施炭处理之间无显著差异。4)生物炭和氮肥配施时,氮肥农学效率和氮肥利用率均表现为随生物炭用量增加而增加,C3较C0处理氮肥农学效率提高10.87 kg/kg,氮肥利用率提高22.09个百分点。【结论】生物炭和氮肥配施可以提高宁夏引黄灌区水稻产量,本试验以施用9000 kg/hm<sup>2</sup>(C3)的生物炭产量最高(增产率达44.89%),同时水稻株高和穗粒数也随生物炭用量增多而增加,生物炭和氮肥配施,氮肥农学效率和氮肥利用率随生物炭用量增加而增加;不施氮肥情况下,添加生物炭对水稻产量没有显著影响,对水稻产量构成因素的影响亦不明显。

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(2):105-112.

[本文引用: 1]

苏祖芳, 周培南, 许乃霞 , .

密肥条件对水稻氮素吸收和产量形成的影响

中国水稻科学, 2001,15(5):281-286.

[本文引用: 1]

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