水稻是亚洲地区最重要的粮食作物,在我国水稻种植面积大、单位面积产量高,对保障国家粮食安全和满足人口增长需求具有重要意义。长期以来,施用化学氮肥是我国稳定和提高水稻产量的重要手段,但在水稻生产中,农民盲目施用氮肥的现象十分普遍,不仅导致植稻成本增加、氮素肥料的严重浪费,还会引发地下水污染及水体富营养化等一系列环境污染问题。而减少氮肥施用量又会存在水稻减产的风险,因此氮肥管理将成为稻作生产中不可缺少的重要措施。此外,随着作物产量不断增加,秸秆产量也在持续上升,目前中国秸秆年产量约占全世界秸秆总产量的三成,数量如此巨大的秸秆已对环境造成了极大的压力,秸秆资源的合理利用已经成为亟待解决的环境问题。富含作物生长所需的多种营养元素的秸秆归还至农田,既可以解决秸秆资源的处理问题,又可以提高土壤肥力,降低化肥用量,提高农民收入。双季稻连作是我国南方地区水稻生产的重要方式,水稻秸秆产量大,且早稻与晚稻间间隔时间短,因此制定相应的氮肥管理策略对稳定双季稻产量和提高水稻对氮素的吸收利用具有重要意义。本研究基于红壤双季稻田秸秆全量还田长期定位试验,通过设置不同氮肥运筹措施(包括减氮及不同基追肥比例),分析不同氮肥管理模式下双季稻产量、氮素吸收以及水稻关键生育时期土壤养分的差异,探讨长期秸秆还田和氮肥管理对双季稻生产及氮素利用效率的影响,以期为南方双季稻区秸秆全量还田条件下通过合理的氮肥管理实现稻田地力提升和提高氮肥施用效率提供进一步的理论依据和技术指导。主要研究结果如下:(1)连续3-4年秸秆全量还田条件下,与不施氮对照(S)相比,施氮提高了晚稻土壤有机质含量及脲酶活性;减氮处理中上述肥力指标有下降趋势,但差异未达显著水平。氮肥减施处理中,处理SRN6:4晚稻各生育时期土壤有机质、有效磷、速效钾及脲酶活性基本保持较高水平;同时,增施秸秆促腐菌剂处理SRN6:4M较相同氮肥管理但不施菌剂处理SRN6:4提高了晚稻土壤有机质、有效磷、速效钾的含量及脲酶活性。(2)施用氮肥对土壤不同形态氮素存在较大影响,其中高氮(农民习惯施氮)处理土壤全氮、硝态氮、固定态铵及微生物量氮含量基本保持较高水平,氮肥减施导致2015、2016年土壤硝态氮含量及2015年微生物量氮含量减少,但并未显著降低2016年晚稻土壤全氮、交换性铵及固定态铵含量。在等量施氮条件下,氮肥适当后移导致土壤硝态氮、固定态铵及微生物量氮含量提高,而不同施肥策略对土壤全氮、交换性铵含量影响较小。秸秆促腐菌剂对减少硝态氮含量和提高固定态铵、微生物量氮含量有一定作用。同时土壤固定态铵、微生物量氮含量在2015年晚稻生育期间均呈现持续降低趋势,减氮处理中,SRN4:6处理土壤固定态铵、微生物量氮含量下降幅度最大。(3)在本研究中,与农民习惯施氮处理相比,氮肥减施并未导致双季稻产量显著降低(SRN8:2处理除外),说明在秸秆全量还田条件下氮肥减施仍然是可行的。在等量施氮条件下,增加氮肥追肥比例能够提高双季稻产量,同时配施秸秆促腐菌剂也有利于双季稻增产。从2013至2016年,早稻产量在2014年有所降低,随后持续升高;晚稻则有持续增产的趋势。(4)本试验条件下,双季稻体内氮素积累量随氮肥用量增加而提高的趋势,使用秸秆促腐菌剂可以提高双季稻氮素积累量,但有降低氮素籽粒生产力效率及氮素收获指数的趋势(差异未达显著水平)。氮肥减施处理SRN4:6、SRN6:4的双季稻氮肥农学效率及氮肥利用率均高于习惯施肥处理SFN4:6。在等量施氮条件下,随着氮肥追肥比例增加,双季稻氮肥农学效率及氮肥利用率均逐步提高,同时秸秆促腐菌剂有利于氮肥农学效率及氮肥利用率的提高。从2013年至2016年,早稻氮肥利用率(SFN4:6处理除外)在2014年略微上升,随后持续下降;晚稻氮肥利用率初期呈现下降趋势,后逐渐趋于平缓。(5)晚稻抽穗期至成熟期土壤固定态铵变化率与晚稻产量存在显著的负相关(r=-0.414*);晚稻整个生育期土壤固定态铵总变化量、总变化率均与晚稻氮素积累量存在显著的负相关(r=-0.512*,r=-0.505*),说明固定态铵总下降量、总下降率越大,晚稻氮素积累量越高;晚稻移栽前期至抽穗期,土壤微生物量氮变化量、变化率均与晚稻氮肥利用率呈极显著的负相关(r=-0.655**,1=-0.596**),在晚稻整个生育期,土壤微生物量氮总变化量与晚稻氮肥利用率存在极显著的负相关性(r=-0.539**),说明微生物量氮总下降量越大,晚稻氮肥利用率越高。可见秸秆全量还田条件下土壤固定态铵及微生物量氮对土壤氮素供应具有重要的调节作用。综上所述,在秸秆全量还田条件下,在习惯施肥基础上适量减施氮肥(早稻减施30 kgN/hm2,晚稻减施40kgN/hm2)且氮肥基肥:追肥为4:6时,能够使双季稻产量维持较高水平,并显著提高氮肥利用效率,增施秸秆促腐菌剂能进一步提高产量及氮肥利用率。
