秸秆还田及有机肥对水稻生长和氮肥利用率影响的研究

目前我国化肥消费总量占世界总用量的近三分之一,而单位面积化肥用量远远超过世界平均水平,大量施用化肥而忽视有机肥的施用是我国目前水稻生产中的突出问题。由于化肥的大量使用导致的生产成本上升、产出／投入比低、肥料利用率尤其是氮肥利用率低下、环境污染等现象已经越来越明显。如果能将农业生产中现有的有机肥资源合理利用,使有机肥和化肥配合施用对提高农业的可持续生产能力具有十分重要的作用。 本研究目的在于：(1)探明耕作方式和稻草还田对水稻生长和产量的影响；(2)研究耕作方式和稻草还田对肥料吸收和氮肥利用率的影响；(3)探讨稻草还田与氮肥管理模式对水稻生长、产量以及氮肥利用率的影响；(4)探讨耕作方式／稻草还田和氮肥管理模式结合对水稻产量及氮肥利用率的影响；(5)探讨有机肥和化肥配合施用对水稻产量及氮肥利用率的影响。利用大田和盆栽试验结合的方式进行了相关研究,取得的主要研究结果如下： (1)结合实地氮肥管理模式可以使免耕处理获得与传统翻耕方式相当的产量。本试验比较研究了不同耕作方式对水稻生长发育和产量的影响机理,结果表明,与传统翻耕方式相比,免耕处理水稻幼苗期根系长度和茎蘖数略低,但分蘖成穗率提高,最终获得的有效穗数于翻耕处理相当；免耕处理的叶面积指数、叶片含氮量(SAPD值)与传统翻耕方式相当,但是中后期伤流量增加了14.3%,成熟期吸收的氮、磷、钾与传统翻耕相当,氮肥利用率并没有降低。 (2)不施氮肥时,稻草还田可以显著提高水稻的产量,但当氮肥用量在100 kgN ha-1-150kg N ha-1之间时,稻草还田的增产效应被施用氮肥引起的增产效应所掩盖,因此还田处理和不还田处理的产量差异不显著。无论是稻草全部还田还是半量,结合实地氮肥管理模式和合理的水分管理,水稻产量并没有降低甚至略有增加。本研究结果表明,不施氮肥的条件下,稻草还田处理的水稻产量比不还田的高10.3%-16.7%,其增产的机理主要是：稻草还田后,由于短时间内氮的固定作用,在生育前期水稻叶片SPAD值低于不还田处理,但在生育中后期,随着稻草的腐烂,被微生物固定的养分逐渐释放到土壤中供植株吸收利用,所以后期水稻叶片SPAD值高于不还田处理,同时提高了根系活力,因此,稻草还田处理的干物质积累速度高于不还田处理,有利于提高单位面积的颖花数,形成较高的干物质积累量和较大的库容,从而提高产量。但施用适量氮肥后,稻草还田引起的促进效应不显著,所以还田处理与不还田处理之间产量也没有显著差异。 (3)在本试验条件下,与农民习惯施肥(FFP)相比,实地氮肥管理(SSNM)的氮肥用量降低了16.7%-32.0%,但是在不同年份产量的表现不完全相同,2004和2005年增产效应不显著,但在2006年产量显著增加了5%。SSNM处理在2006年增产的主要原因是穗粒数、单位面积颖花数和收获指数比FFP处理显著增加。 (4)稻草还田有利于促进水稻对氮素的吸收。本试验中,在施用氮肥的条件下,与不还田处理相比,秸秆还田处理的植株氮素积累量三年分别增加12.1%、11.1%和5.6%,而在不施氮肥的条件下,三年中秸秆还田处理的植株氮素积累量分别增加了14.4%,25.7%和25.8%。 (5)与不还田处理相比,秸秆还田处理的水稻氮肥利用率有显著的提高,其中氮肥农学利用率增加了14.8%-20.6%,偏生产力提高了1.9%-8.4%,生理利用率也提高了4.3%-36.3%。本试验中,通过比较SSNM和FFP处理对氮肥利用率的影响发现,在不同的耕作方式和稻草还田方式下,SSNM的氮肥农学利用率提高幅度达40.5%-54.2%,氮肥偏生产力提高26.5%-50.1%,回收利用率提高了27.7%-62.0%,氮肥利用率提高原因的主要是,SSNM比FFP的氮肥用量大幅下降,但产量与其相当或显著增加。 (6)有机肥和化学氮肥配合施用可使水稻产量显著提高12.5%-22.3%,增产的原因主要是干物质积累量和库容(单位面积穗数、穗粒数、单位面积颖花数)显著增加,其次是收获指数的提高。施用有机肥后,水稻顶三叶长度和宽度增加,叶面积和叶面积指数增大,整个生育期叶片含氮量(SPAD值)较高,中后期伤流量较大,生育中后期干物质积累较多,这些均为产量提高的基础。经过分析产量对有机肥和氮肥的反应曲线,结果表明,随着有机肥用量的增加,达到最高产量时的氮肥的用量减少,因此,在有机无机肥配合施用时,应对化学氮肥的用量做出相应调整,以同步提高有机肥和化肥的施肥效应。在本试验条件下,早稻施用的有机肥和化学肥料对晚稻有一定的残效,早稻有机肥用量和氮肥用量高的处理早稻,其后季作物(晚稻)产量显著高于肥料用量较低的处理。