种植方式、秸秆还田与实地氮肥管理对水稻产量与品质的影响及其生理的研究

秸秆还田、发展旱种稻和直播稻生产、提高氮肥利用效率是当前农业生产研究的热点。本研究以代表性水稻品种为材料，在大田试验条件下研究了种植方式、秸秆还田与实地氮肥管理对水稻产量与品质的影响及其生理。主要结果如下： 1、在秸秆还田与实地氮肥管理条件下产量与品质形成的特点与秸秆未还田相比，秸秆还田增加了水稻的产量，降低了单位面积穗数，提高了每穗粒数、结实率与千粒重，改善了稻米的外观品质与食味品质。与习惯施肥法（FFP）相比，实地氮肥管理（SSNM）提高了水稻产量，降低了稻米蛋白质含量，但稻米的食味性变优。与移栽稻相比，直播稻产量、精米率与整精米率有不同程度降低，直链淀粉含量增加、胶稠度变小，稻米的加工品质、蒸煮品质和食味品质也有所变差，外观品质无明显变化。秸秆还田与SSNM处理均使籽粒的最大灌浆速率与平均灌浆速率增大，活跃灌浆期有所缩短，两种种植方式表现一致。与移栽稻相比，直播稻最大灌浆速率与平均灌浆速率有所增加，但是活跃灌浆期明显变短，到达最大灌浆速率的时间提前，最终粒重较移栽稻有所降低。表明秸秆还田和实地氮肥管理在提高产量的同时，还能改善稻米的品质，直播稻产量较移栽稻降低，加工与蒸煮品质变劣，稻米的食味性变差。 2、秸秆还田与实地氮肥管理下水稻生长发育特性与秸秆未还田或FFP相比，秸秆还田或SSNM降低了生育前期的分蘖数、叶面积指数（LAI）、叶绿素含量（SPAD值）和干物质积累，抽穗及以后上述各值在处理间差异较小。秸秆还田和SSNM提高了茎蘖成穗率、粒叶比，协调了源库关系，增加了结实期叶片的光合速率、根系活力以及ATP、硝酸还原酶（NR）的活性。在同一氮肥管理模式与秸秆还田量相同的条件下，与移栽稻相比，水稻直播后群体高峰苗增多，茎蘖成穗率下降，粒叶比较低，群体质量变差，直播稻田间昼夜温、湿度差变小，干物质累积量降低，LAI较小，叶色较淡。灌浆结实期，直播稻根系伤流以及NR酶活性较强，但后期叶片的光合速率、ATP酶活性较低，叶片中MDA含量增加。说明秸秆还田+实地氮肥管理有利于协调源库关系，促进光合生产物向籽粒运转，提高物质生产效率。 3、在秸秆还田与实地氮肥管理下水稻对氮（N）、磷（P）和钾（K）吸收利用特点在同一种植方式下，秸秆还田后植株N含量在分蘖前期较低，P、K含量在整个生育期均较高，抽穗至成熟运转率和运转量明显上升。植株中N、P、K养分积累在前期偏低，在穗分化至抽穗期达到峰值。与秸秆未还田相比，秸秆还田提高了氮肥利用效率，增加了N、P、K的收获指数，提高了P、K的干物质生产效率。在秸秆还田量相同条件下，与FFP比较，SSNM处理各期植株N、P含量吸收量较低，而吸K量与FFP相比则互有高低，抽穗至成熟N、P、K的转运率提高，P收获指数增加，K素产谷效率明显增加。与移栽稻相比，直播稻前期植株N、P、K含量较高，而后期则相反，N、P积累在营养器官中较高，转移到穗部较少，运转率低，而K素转运量及转运效率明显提高，P、K的干物质生产效率及收获指数增加。 4、秸秆还田对土壤理化性质及酶活性的影响秸秆的腐解高峰在水稻移栽后的第一个月，土壤中有机酸含量在分蘖中期及穗分化期明显上升。土壤脲酶及过氧化氢酶活性表现为先升后降，而碱性磷酸酶活性则表现为双峰曲线的变化特点，脲酶及过氧化氢酶活性在水稻移栽后的30d及60d左右达到峰值，且在不同生育阶段差异明显。秸秆还田后土壤pH值明显降低，有机酸含量增加，两者之间呈极显著的负相关，土壤中脲酶、过氧化氢酶及碱性磷酸酶活性增强，土壤全磷、可溶性钾含量明显上升，但Na+、Mg2+及Ca2+含量降低，土壤中酶活性和离子含量的升降与土壤中秸秆的腐解有关：秸秆还田增加了水稻成熟时土壤有机质含量及呼吸强度。与SSNM相比，FFP处理增加了土壤中脲酶活性，对土壤中其它测定指标无显著影响。土壤脲酶和碱性磷酸酶活性与土壤中有机质、土壤全氮、全磷及全钾含量呈极显著正相关，土壤过氧化氢酶活性及土壤有机质含量与土壤全氮含量呈显著正相关，与全磷、全钾含量相关不显著。 5、覆草旱种对水稻产量、生长与生理的影响覆草旱种产量与水种稻产量无显著差异，但显著高于覆膜旱种与裸地旱种。覆草旱种稻米的碾磨品质、外观品质、蒸煮品质和营养品质与水种稻无显著差异，而覆膜旱种与裸地旱种稻米的垩白度及蛋白质含量明显高于水种稻，胶稠度则显著低于水种稻。水稻旱种后，淀粉谱的最高粘度和崩解值降低，消减值提高，覆膜旱种尤为明显。 水稻覆草旱种后有效分蘖期前生长缓慢，明显低于水种及覆膜旱种，但最终成穗数及成穗率较高，抽穗至成熟地上部干物质积累量较水种稻减少，但抽穗至成熟干物质积累显著高于另外两种旱种方式，物质运转率和收获指数较水种稻显著提高；在灌浆结实期，旱种稻叶片叶绿素含量、剑叶光合速率以及超氧化物岐化酶（GOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性均低于水种水稻，后期尤为明显；旱种稻丙二醛（MDA）含量高于水种水稻，灌浆中后期旱种稻根系活力下降较快；上述生理指标（MDA除外）水种＞覆草旱种＞覆膜旱种＞裸地旱种。表明与其它旱种方式相比，覆草旱种稻的群体质量相对较好，产量较高。 6、旱种水稻籽粒灌浆特性及激素含量的变化与水种稻相比，旱种水稻的粒重减轻，最大灌浆速率和平均灌浆速率增大，达到最大灌浆速率的时间提前，活跃灌浆期缩短，弱势粒尤为明显。灌浆前期籽粒中的吲哚乙酸（IAA）、玉米素核苷（ZR）和脱落酸（ABA）含量，强势粒高于弱势粒。IAA和ZR含量峰值出现的时间在最大灌浆速率出现值前，ABA含量的峰值在时间上与最大灌浆速率同步。与水种相比，旱种水稻籽粒中IAA和ZR含量减少，灌浆前、中期ABA含量明显增加，这种差异主要表现在弱势粒上。在灌浆始期喷施20×10-5mol／L IAA，弱势粒中的IAA和ZR含量增加，ABA含量减少，活跃灌浆期增长，灌浆速率减小，旱种稻的粒重显著增加，水种稻的粒重有不同程度的降低；喷施20×10-5mol／L ABA后，籽粒中的激素含量、活跃灌浆期和灌浆速率与喷施IAA的结果相反，旱种稻的粒重显著降低。表明旱种水稻籽粒中ABA含量的增加或IAA和ZR含量的减少是灌浆期缩短和粒重减轻的生理原因，调节籽粒中ABA与IAA比值，有望增加旱种水稻的粒重。