作者 | 江 敏1,3 何爱斌3 孙会娟1,3 满建国3 聂立孝2,3
单位 | 1襄阳市农业科学院，441057，湖北襄阳；2海南大学热带作物学院，570228，海南海口；3华中农业大学植物科学与技术学院/长江中游作物生理生态与耕作农业农村部重点实验室，430070，湖北武汉
摘 要
在 150 kg/hm2 施氮水平下以2种晚稻施氮比例[N1（基肥:分蘖肥:穗肥=1:1:1）和 N2（基肥:分蘖肥: 穗肥=2:1:1）]为主区，以5 种不同秸秆还田方式[早稻秸秆直接还田（SR）、秸秆还田+石灰（SR+L）、秸秆还田+腐熟剂（SR+S）和秸秆还田+石灰+腐熟剂（SR+L+S）以及秸秆不还田（CK）]为副区，探究双季稻双直播模式中不同早稻秸秆还田方式下氮肥运筹对晚稻生长发育和土壤理化性质的影响。结果表明，与CK 处理相比，SR 处理降低了晚稻幼苗质量和土壤pH，而SR+L 处理可以加快秸秆腐解速率，增加晚稻土壤速效钾含量；同时，增加晚稻基肥氮施用比例（N2）提高了晚稻出苗率和幼苗素质，缓解了短期秸秆还田带来的不利影响；此外，SR+L 处理和N2 协同提高了晚稻土壤pH。因此，秸秆还田配施石灰和增加基肥氮施用比例协同增加晚稻产量，增幅达8.4%。生产上双季稻双直播早稻秸秆还田后，可通过施用石灰和增加晚稻基肥用量来降低秸秆还田的不利影响，提升晚稻产量。
关键词 双季稻双直播；秸秆还田；氮肥运筹；石灰；秸秆腐熟剂
双季稻是增加水稻种植面积、提高复种指数和确保水稻高产稳产的重要途径之一[1]。2020 年 我国双季稻播种面积较2019 年增长了5.3%，约为50.4 万hm2[2]。华中地区是我国双季稻主要种植区，然而传统的双季稻需要经过2 次育苗和2 次移栽过程，劳动力投入高且经济效益低[3]，采用直播技术替代插秧，可以减少秧田用地和劳动力的投入，且双季稻双直播模式下水稻周年产量能够 达到 15 t/hm2，与移栽双季稻无明显差异[4]。当前，双季稻双直播模式在品种筛选和改良、播期设置、肥料运筹和水分管理等方面形成了完善且成熟的 种植技术[5]。然而，前人[6]研究认为，土壤酸化和肥力亏缺是目前制约双季稻产量进一步提升的2 个重要因素。 作物秸秆还田在培肥地力、改善土壤结构和增加作物产量等方面发挥重要作用[7]。双季稻双直播模式秸秆资源丰富，随着机械化进程的加快，实现秸秆原位还田对于提高双季稻双直播模式生产力具有重要意义。在华中地区，为规避早季“倒春寒”和晚季“寒露风”天气影响，双季稻双直播模式要求早稻收获后7~10 d 播种晚稻，而直播早稻秸秆全量还田后，因秸秆在短期内难以完全腐解，势必影响晚稻播种质量和秸秆养分释放。因而，保证早稻秸秆就地快速腐解，对于提高晚 稻播种质量和加快秸秆养分释放具有积极意义。 土壤酸化一直严重威胁我国作物安全生产[8]，土壤酸化会抑制双季稻生育前期的分蘖能力，并随着pH 的下降，始穗期推迟，穗粒数和产量均明显降低[9]。现阶段，秸秆还田施用秸秆腐熟剂和碱性物质石灰被认为是加快秸秆腐解和改善土壤酸化的重要农艺措施[10]。一方面，秸秆腐熟剂因含有大量的酵母菌、细菌和芽孢杆菌等，适当条件下大 量繁殖可有效加快秸秆腐解[11]。另一方面，石灰有利于改善稻田土壤酸性环境，改变土壤物理和 化学性质，增加土壤微生物活性[12-14]，同时降低酸性土壤中Al、Fe 或 Mn 等有毒元素的溶解度，从而降低其毒性，促进作物根系生长[15-16]。除此之外，秸秆腐解过程中会激化作物与土壤微生物争氮矛盾，导致作物生长发育受阻，合理的氮肥运筹被认为是缓解秸秆腐解和作物生长矛盾的重要方式。综上所述，秸秆还田配施石灰和秸秆腐熟剂与氮肥运筹有助于培肥地力、缓解作物生长矛盾和改善土壤酸化，但在双季稻双直播模式中，早稻秸秆还田配施石灰和腐熟剂与氮肥运筹对早稻 秸秆腐解率和晚稻生长发育的影响鲜有报道。因此，本研究在早稻秸秆全量还田的条件下，探究不同的早稻秸秆还田方式和晚稻氮肥运筹对早稻秸秆腐解速率、晚稻生长发育和产量的影响，为双季稻双直播早稻秸秆还田提供技术支持。
材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2019 年 3 月至 11 月在湖北省武穴市花桥镇现代农业示范中心试验基地（115°30′ E， 29°55′ N）进行，该地属于亚热带气候，为华中地区单双季稻作区。直播早稻和晚稻生长季内总降水量分别为452.9 和 10.4 mm，总日照辐射分别为1083.5 和 1618.0 MJ/m2，日均温度分别为 20.3 和 25.8 ℃。试验点为潴育型水稻土，质地为砂质壤土。 供试土壤pH 5.11、全氮0.19%、速效磷17.06 mg/kg、 速效钾166.41 mg/kg、有机质 23.16 g/kg。
1.2 试验设计
均以常规稻“湘早籼 6 号”为早、晚稻供试品种。采用裂区设计，氮肥施用量为 150 kg/hm2， 以 2 种不同的晚稻氮肥施用比例[N1（基肥:分蘖 肥:穗肥=1:1:1）和 N2（基肥:分蘖肥:穗肥= 2:1:1）]为主区，以 5 种不同的早稻秸秆还田方式 为副区，即秸秆还田（SR，straw retention）、秸 秆还田+石灰（SR+L，straw retention with liming）、 秸秆还田+腐熟剂（SR+S，straw retention with straw-decomposing inoculant）、秸秆还田+石灰+ 腐熟剂（SR+L+S，straw retention with liming and straw-decomposing inoculant）和秸秆不还田（CK， no straw retention），每个小区之间用 35 cm 宽的 田埂隔开，并用黑色塑料薄膜包裹埋入田埂两侧， 深度为 30 cm。4 次重复，共 40 个小区，每个小区面积 18 m2（3 m×6 m）。
1.3 田间管理
早、晚稻播种方式均为在湿直播下进行人工条播，行距25 cm，且播种量分别为 90 和 70 kg/hm2。 其中，早稻于 2019 年 4 月12 日播种，7 月 12 日收获；晚稻于 7 月23 日播种，10 月23 日收获。早稻收获后用秸秆粉碎机将秸秆粉碎成10 cm 左右后于7月15 日全量还田，并按照不同 处理分别喷施秸秆腐熟剂和撒施石灰，随后统一 翻耕入土，并保持 3~5 cm 水层至播种前3 d，随后排干水分以达到湿直播要求。晚稻水分管理方式为播种后至3 叶1 心期土壤保持湿润状态，分蘖始期开始进行干湿交替灌溉，分蘖末期适度晒田，幼穗分化期至收获前一周保持一定水层，收获前一周排干水分。秸秆腐熟剂（洛阳欧科拜克 生物技术股份有限公司生产，主要原料为乳酸 菌、芽孢杆菌、酵母菌和抗菌肽等，有效活菌总数≥60 亿/g）用量为 3 kg/hm2，于密闭条件下充 分激活后使用背负式喷雾器喷施均匀。石灰（主 要成分为 CaCO3）用量为 750 kg/hm2，依靠人工均匀撒施。肥料管理方面，早稻氮肥施用量为 150 kg/hm2，按基肥:分蘖肥:穗肥=4:3:3 施用； 磷肥施用量为40 kg/hm2，作基肥一次施入；钾肥 施用量为 100 kg/hm2，按基肥和穗肥均施。其中，氮肥、磷肥和钾肥分别采用尿素（N 46.0%）、过磷酸钙（P 12.0%）和氯化钾（K 60.0%）作为肥源。晚稻氮肥施用见 1.2；磷肥和钾肥施用量和施用时期与早稻保持一致。水稻生长季田间精细管 理，除草和施药均按当地高产栽培管理方式执行。
1.4 测定项目与方法
1.4.1 秸秆腐解率 称取秸秆 50 g 放入尼龙网 袋，每个小区共称取 7 袋，从中随机选取一袋， 用自来水进行冲洗，直到滴下的水无色为止，随 后放入 80 ℃烘干称重，即为原始干重。剩余6 袋于播种前一周均匀埋入小区 5~10 cm 表土层中。 分别在播种前 1 d 开始随机取出一袋，以后每隔 1 周取一袋，共5 次，最后一次在收获前 1 d 取出。 取出的网袋利用自来水冲洗干净，直到滴下的水无色，放入烘箱烘干至恒重，准确称重并记录每 袋质量，即剩余秸秆质量[17]。 秸秆腐解率（%）=（原始秸秆质量–剩余秸秆 质量）/原始秸秆质量×100。
1.4.2 出苗率和幼苗素质 在晚稻播种前每个小 区选取 1 行根据播种密度播种 1 m，在幼苗长至 3 叶 1 心时统计出苗数，计算出苗率，同时每小区采取对角线随机取长势一致的 20 株水稻幼苗测定 其株高、根长、总白根数、地上部干重和根干重。 其中出苗率计算公式如下： 出苗率（%）=3 叶 1 心时的苗数/播种种子 数×100。
1.4.3 土壤理化性质 在晚稻基肥施用前 3 d 和 晚稻分蘖中期、幼穗分化期、齐穗期和成熟期， 采用五点法取 0~20 cm 土样，放置于通风环境下 自然风干、粉碎后混合，从中称取 200 g 土样测定 土壤 pH 和速效钾含量。 土壤 pH：称取通过 1 mm 孔径筛子的风干土 25 g，放入 50 mL 烧杯中，加入 25 mL 蒸馏水用 玻璃棒搅拌 1 min，使土体充分散开，放置 30 min， 此时应避免空气中有氨或挥发性酸的影响，最后 用酸度计测定土壤 pH； 速效钾含量：称取风干土样（1 mm 孔径） 5.0 g 于 150 mL 三角瓶中，加 1 mol/L 醋酸铵溶液 50.0 mL（土液比为 1:10），用橡皮塞塞紧，在 20~25 ℃下振荡 30 min 后过滤，获得待测液。用 KCl 配制标准溶液，将钾标准溶液在火焰分光光 度计上进行测定，记录读数并绘制标准曲线。测 定待测液读数，根据标准曲线计算其钾浓度 （mg/L），并计算土壤中速效钾的含量。 土壤速效钾（K，mg/kg）=待测液（mg/L）× 浸提液体积（mL）/风干土重（g）。
1.5 数据处理
利用 Excel 2010 进行数据整理，应用 Statistix 9.0 进行数据统计与差异显著性分析，其中方差分 析所用方法为最小显著极差法（LSD0.05），采用 SigmaPlot 12.5 进行作图及相关分析。
结果与分析
2.1 不同早稻秸秆还田方式下氮肥运筹对晚稻产量及其构成因素的影响
早稻秸秆还田方式（S）和晚稻氮肥运筹（N） 均对直播晚稻产量及其构成有显著影响，且二者 存在显著互作效应（表 1）。相比于 N1 和 SR 还 田，N2 和 SR+L 协同增加了直播晚稻产量，较高 的穗数是其高产的关键。2 种氮肥运筹模式下， N2处理比 N1 处理平均增产 4.8%，且达显著水平， 这主要归因于 N2处理下直播晚稻穗数和穗粒数分 别平均较 N1 高 6.3%和 3.6%。不同秸秆还田处 理中，SR+L 产量最高，2 种氮肥处理下平均达 9.20 t/hm2，其次为 SR，平均达 8.70 t/hm2。与 CK相比，SR 和 SR+L 处理下的晚稻产量分别平均增 加了 3.9%和 10.2%，主要归因于 SR 和 SR+L 处理 穗数较 CK 平均增加了 7.5%和 5.8%，结实率分别 比 CK 平均增加了 2.6%和 4.4%。
2.2 不同早稻秸秆还田方式下氮肥运筹对秸秆腐解率的影响
SR+L 相较于 SR 明显提高了秸秆腐解速率（图 1）。整体来看，直播早稻秸秆腐解速率呈现前期快（7 月 22 日-8 月 5 日）后期慢（8 月 12 日-10 月 23 日）的特点。2 种氮肥处理之间，秸 秆腐解初期（7 月 22 日）N1 平均腐解率（34.87%） 低于 N2（39.78%），此时SR+S 处理的秸秆腐解 率平均达 40.10%，高于SR（38.70%）、SR+L （38.30%）和 SR+L+S（33.90%）处理。随着时间的推进（7 月 29 日-10 月 26 日），不同秸秆还田处理秸秆腐解率均表现为SR+L 和 SR+L+S 处理明显高于 SR+S 和 SR 处理，而SR+L 和 SR+L+S 处理之间腐解率均无明显差异。至晚稻成熟期（10 月 23 日），SR+L 和 SR+L+S 处理腐解率平均为 91.50%，较SR 和SR+S 处理平均提高 6.10%。
2.3 不同早稻秸秆还田方式下氮肥运筹对晚稻出苗率的影响
SR+L 或 SR+S 处理相较于 CK 均不同程度地降低了直播晚稻出苗率，而N2 相较于 N1 提高了 整体直播晚稻幼苗平均出苗率（图 2）。一方面， 相比于 N1，N2 处理直播晚稻出苗率整体平均增加 了 8.4%，表明早稻秸秆还田后，增加晚稻基肥氮施用比例有利于直播晚稻出苗。另一方面，不同 秸秆还田方式均降低了直播晚稻出苗率，在 N1 条 件下，SR、SR+L、SR+M 和 SR+L+M 处理出苗率 分别较 CK 处理平均降低了 22.0%、15.0%、12.0% 和 9.0%，而在 N2 条件下，上述处理分别较 CK 平 均降低了 5.0%、17.5%、13.5%和 5.0%。
2.4 不同早稻秸秆还田方式下氮肥运筹对晚稻幼苗素质的影响
氮肥运筹（N）显著影响晚稻幼苗地上部和根 部生长，秸秆还田处理（S）极显著影响幼苗根部 生长，二者互作（N×S）显著或极显著影响总白根 数和地上部干重（表 2）。与 N1 相比，N2处理下 直播晚稻幼苗根长、总根干重和总地上部干重分 别平均增加了 8.9%、23.1%和 10.4%。不同秸秆还田方式均不同程度地降低了晚稻幼苗素质，具体 表现为 SR 处理直播晚稻幼苗总白根数、根长、总 根干重较 CK 分别平均降低了 8.5%、6.0%和 8.9%； SR+L、SR+S 和 SR+L+S 处理根长和总根干重较 CK 也略有降低。而不同氮肥运筹和秸秆还田方式 对直播晚稻株高无显著影响。值得注意的是，2 种 氮肥运筹下，SR 处理总白根数比 CK 平均降低了9.0%，而 SR+L 处理直播晚稻幼苗总白根数则比CK 平均增加4.9%。
2.5 不同早稻秸秆还田方式下氮肥运筹对晚稻茎蘖数的影响
秸秆还田方式显著影响直播晚稻茎蘖数（P＜ 0.05）（图 3）。所有秸秆还田方式中，SR+L 处 理直播晚稻茎蘖数最高，在 2 种氮肥运筹下较 CK 和 SR 处理分别增加了 0.6%~5.7%和 2.7%~10.8%。 随着生育进程的推进，直播晚稻茎蘖数逐步降低， 且在 MT-PI 期下降幅度高于 PI-HD 期，不同秸秆还田方式下，CK 处理茎蘖数在 PI 期较 MT 期整 体降低 21.9%，而 SR+L 和SR 处理分别在该阶段降低了 18.0%和 14.9%。
2.6 不同早稻秸秆还田方式下氮肥运筹对晚稻土壤pH 和速效钾含量的影响
相比于早稻秸秆直接还田和 N1 处理，秸秆还田配施石灰和增加基肥氮施用比例（N2）协同提 高了土壤 pH（图 4）。2 种氮肥运筹下各处理土壤 pH 表现规律保持一致，其中，SR+L 处理在 MT-PI 阶段土壤 pH 缓慢上升，随后逐渐下降，而CK 处理则相反，SR、SR+S 和 SR+L+S 处理土壤 pH 变化较为平缓。2 种氮肥处理下，N2 处理较N1 相比在 MT、PI 和 HD 期土壤 pH 分别平均增 加了 0.04、0.07 和 0.05。不同秸秆还田方式下，SR+L 处理土壤 pH 在 MT、PI 和 MS 平均达到了 5.56、5.60 和 5.48，相比于SR，平均增加了0.70、0.80 和 0.40。
相比于CK，SR+L 或 SR+S 处理下直播晚稻 各生育时期土壤速效钾含量均保持较高水平（图5）。MT 期所有处理土壤速效钾含量最高，随着生育进程推进，SR、SR+L、SR+S 和 SR+L+S 处 理在 2 种氮肥处理下土壤速效钾含量均呈现先快速下降（MT-PI）后缓慢下降（PI-MS）特点。2 种氮肥处理下，N2 处理直播晚稻土壤速效钾含量平均高于N1 处理。不同秸秆还田方式下，CK 处 理全生育期土壤速效钾含量在 2 种氮肥运筹下表 现最低，较 SR 处理分别低 34.4%（N1）和 30.4% （N2）。而 SR、SR+L、SR+S 和 SR+L+S 处理间 土壤速效钾含量在 MT 和 PI 期无明显差异，但在 PI-HD 阶段，土壤速效钾均被快速消耗，其中 SR+L、SR+S 和 SR+L+S 处理在 N1 条件下土壤中 速效钾含量分别降低了 12.2%、14.1%、13.8%， 在 N2条件下分别降低了 14.3%、16.8%、14.9%， 而 SR 处理在 N1 和 N2 条件下分别降低了 6.5%和 7.2%。
讨 论
3.1 不同早稻秸秆还田方式下氮肥运筹对早稻秸秆腐解、晚稻出苗及幼苗素质的影响
秸秆还田是培肥土壤的重要方式之一。然而，作物秸秆结构相对稳定，自然分解缓慢，在一年两熟或三熟制地区，前茬作物秸秆还田腐解缓慢 通常导致后茬作物种子难以生根成活，进而影响幼苗素质和产量[18-20]。前人[21-23]研究了在水稻―小麦轮作和玉米―小麦轮作模式下，前茬作物秸 秆还田后，后茬作物出苗率和出苗整齐度显著下 降，主要原因是秸秆还田导致土壤水分分布不匀、 秸秆（物理）阻碍（指种子已萌发但秸秆阻碍其出土）、种子霉烂、播种深度过浅（种子裸露地表不能出苗）等。本研究结果表明，在双季稻双直播模式下，秸秆还田降低了晚稻出苗率（图 2）。 可能的原因在于晚稻种子散落在还田秸秆上会阻碍种子吸水，而当秸秆覆盖在种子上则会抑制其 萌发出土[24]。同时，秸秆的存在导致田面整齐度有所下降，晚稻播种时正值高温天气，田面高低 差过大促使种子因淹水或暴晒等原因彻底失活。 此外，前人[25]研究中秸秆过度还田可能会影响作物出苗，主要原因在于秸秆还田量过多会导致土壤 C/N 失衡，秸秆腐解过慢，加剧微生物与作物争氮矛盾。最后，土壤 pH 也显著影响种子出苗率和活力指数，当pH 介于 2.5~5.0 时，小麦和玉米 种子发芽率随 pH 升高而增加[8]。本研究中可能存在秸秆还田量过多问题，同时较低的土壤 pH 也可 能是降低晚稻出苗率的主要原因。 双季稻双直播模式早稻秸秆还田后，增加晚 稻基肥氮施用比例能有效加快秸秆早期腐解速率，同时缓解了秸秆还田对后茬作物幼苗生长的 负面效应（表 1 和图 1），这与前人[23,26]研究结果保持一致。同时，相比于 SR，SR+L 明显加快了 秸秆腐解速率（图 1），但降低了晚稻出苗率和幼 苗质量（表 2 和图 2）。上述结果表明秸秆还田配 施石灰在提高秸秆腐解速率的同时，并未减轻秸 秆还田对晚稻出苗和幼苗素质的不利影响，这与 本试验预想结果不一致。其原因可能在于，一方面，石灰虽然可以中和土壤酸性环境，调节秸秆中C/N，提高土壤碳氮代谢相关酶活性，加快有 机物料矿化速率，进而加快秸秆的腐解[13]。然而， 秸秆快速腐解的同时加速了土壤中微生物对氮素 的固持，导致土壤氮有效性降低[27]。另一方面， 直播稻出苗率与其根系有机酸含量呈显著负相关，随着秸秆分解速度的加快，秸秆所释放的有 机酸、CO2 和酚类物质变多，对直播稻的种子出苗产生毒害作用[27-28]。 前人[29-30]研究表明，秸秆还田配施秸秆腐熟剂可以促进秸秆各组分的腐解，增加土壤微生物群落多样性、微生物活性和土壤酶活性，以此提 高作物产量。而本研究中秸秆腐熟剂仅在秸秆还田初期加快了秸秆腐解，中后期与单独秸秆还田处理无明显差异（图1）。秸秆的腐解主要依靠土壤中微生物数量和活性，而微生物的活性受土壤pH 的影响，随着pH 降低，土壤微生物的数量相应减少[8]。本研究中秸秆还田初期，秸秆腐熟剂加快秸秆腐解的主要原因在于酸性土壤本身降解秸 秆相关的微生物菌群数量和活性较低，添加腐熟 剂为土壤提供了更多功能性微生物[31]。而随着腐解程度加深，土壤 pH 进一步降低（图4），反过来限制了土壤中微生物数量和活性，降低秸秆腐 熟剂功效，这与刘艳[18]研究结果保持一致。而本 研究中早稻秸秆还田后增施石灰和秸秆腐熟剂处 理增产效果不佳，可能原因在于石灰和腐熟剂施用时间间隔过短，二者的理化性质在短期内产生 拮抗作用，加上用量不协调，石灰中的碱性成分 可能抑制了秸秆腐熟剂中部分微生物群落的增殖。尽管如此，秸秆腐熟剂仍是现阶段提高秸秆 利用率的重要手段，未来的研究还需要进一步优 化秸秆腐熟剂和石灰在不同耕作制度下的配方、 施用时间和用量。
3.2 不同早稻秸秆还田方式下氮肥运筹对晚稻产量及其构成因素的影响
前人[32-33]研究认为，作物秸秆还田增产机制存在长期效应，短期内还田会降低后茬作物根系活力，影响分蘖能力和最终成穗。随着秸秆还田时间的延长，秸秆中营养元素相继释放，土壤理化性质得以改善，土壤微生物前期固定的氮素释放，因此秸秆还田对作物生长一般具有“前抑后 促”的时间效应[34-35]。本研究结果也发现，双季稻双直播模式下早稻秸秆还田对晚稻生长发育存在“前抑后促”的时间效应，主要表现为早稻秸秆还田抑制了晚稻的萌发出苗和早期幼苗生长， 而后期促进了晚稻产量的形成。秸秆还田的作用效果受环境、耕作制度和栽培措施等因素影响较 大，在不同的环境影响下秸秆还田对后茬的影响 不尽相同[22]，如一项对移栽双季稻早晚季秸秆还田的研究[21]表明，早稻秸秆快速腐解期正值晚稻 秧苗返青至分蘖阶段，此时秸秆腐解产生的负面 影响不利于晚稻分蘖的形成，因此晚稻季很难达到增产效果。而晚稻秸秆还田后距离早稻播种时 间约有5 个月的冬闲期，晚稻秸秆得以充分腐解， 秸秆中 C/N 降低，有利于早稻季增产[6]。不同于移栽双季稻，双季稻双直播系统中早稻秸秆快速 腐解期与晚稻种子萌发和幼苗生长期重叠，因此直播晚稻分蘖能力并未降低，而本研究并未对晚 稻秸秆还田开展进一步的探究，这可能是未来需要研究的方向。 已有研究[6,14,36]证实，早稻秸秆还田后配施石 灰对晚稻具有协同增产效应，且增产幅度与本研究结果基本保持一致。侯文峰等[37]针对冷浸田秸秆还田配施石灰的研究表明，石灰与秸秆的配施显著提高了水稻穗粒数、结实率和千粒重；Liao 等[14]研究表明，石灰和早稻秸秆配施显著提高了 晚稻单位面积穗数；而肖小军等[36]对红壤条件下稻―油系统中油菜秸秆还田配施石灰的研究表 明，油菜秸秆还田配施石灰提高了早稻有效穗数和穗粒数。本研究结果表明，早稻秸秆还田和秸 秆还田配施石灰处理增产的关键在于单位面积穗 数和结实率的提升。一方面，秸秆还田后直播晚 稻茎蘖群体消亡速度较秸秆不还田有减慢趋势 （图 3），秸秆还田后茎蘖成穗率较秸秆不还田增加 8.6%，缓解了早稻秸秆还田对晚稻出苗率和幼 苗素质的不利影响。另一方面，秸秆还田配施石灰 后晚稻结实率得以提升主要归因于石灰改善了土壤理化性质的同时加快了秸秆的腐解速率，加速秸 秆和土壤微生物中养分的释放。总的来看，秸秆还 田配施石灰具体增产机制在于秸秆还田配施石灰 显著提高了土壤 pH，增加了土壤微生物数量和氮 素有效性，促进了植株对氮素的吸收[36]，同时减少了有机酸等有毒物质的危害，降低了土壤中还原性物质积累量及Al3+、Fe 2+和 Mn 2+等有毒离子的浓度[12,37]。此外，秸秆还田配施石灰提高了与 C 和 N 代谢相关酶的活性，促进了有机物质的矿化分解，为作物生长提供充足的养分[14]。本研究中 早稻秸秆还田后一直处于高温少雨的天气，晚稻生长季平均气温达 25.8 ℃，且日照辐射充足，一方面有利于光合产物的积累，加快晚稻干物质的 积累和转运；另一方面有利于微生物的繁殖，进一步缩短了秸秆中有机物料的腐解时间。本研究结果是基于短期早稻秸秆还田配施石灰能有效增加晚稻产量，前人[14]对施用石灰的长期效应已有初步成果，可以看出，双季稻双直播早稻秸秆还 田后腐解缓慢，加剧了土壤酸化，影响后茬晚稻 出苗和产量形成，生产上可通过撒施石灰和增加 晚稻基肥氮施用比例加快早稻秸秆腐解释放养 分，改良土壤酸碱性，改善晚稻出苗质量，延缓 茎蘖群体消亡速度，提升晚稻产量。
结 论
华中地区双季稻双直播模式下，早稻秸秆还田后配施石灰和增加晚稻基施氮肥比例可以促进早稻秸秆的腐解、提高晚稻幼苗素质、改善土壤酸化，同时提高土壤速效钾含量，从而避免早稻秸秆直接还田短期内带来的弊端，显著提升晚稻产量。因此，双季稻双直播模式早稻秸秆还田后，可通过配施石灰和提高晚稻基施氮肥比例（N2） 实现晚稻增产。
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Effects of Nitrogen Management on Growth and Development, Soil Physical and Chemical Properties of Late-Season Rice under Different Straw Retention Treatments of Early-Season Rice in Direct Seeding Mode of Double-Season Rice
Jiang Min 1,3 , He Aibin 3 , Sun Huijuan 1,3 , Man Jianguo 3 , Nie Lixiao 2,3
(1Xiangyang Academy of Agricultural Sciences, Xiangyang 441057, Hubei, China; 2College of Tropical Crops, Hainan University, Haikou 570228, Hainan, China; 3College of Plant Science and Technology, Huazhong Agricultural University /Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System in the Middle Reaches of the Yangtze River, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuhan 430070, Hubei, China)
Abstract The aims of this study were to explore effects of different straw retention practices of early-season rice (ESR) and nitrogen (N) management of late-season rice (LSR) on growth and development of LSR and soil physical and chemical properties in direct seeding of double-season rice (DS-DSR). The experiment was arranged in a split-plot design with N application ratio and straw retention practices. Under the total nitrogen application of 150 kg/ha in LSR, two different N application ratio were set as main plots, which was N1 (base fertilizer:tillering fertilizer:panicle fertilizer=1:1:1) and N2 (base fertilizer:tillering fertilizer:panicle fertilizer= 2:1:1). Five straw retention practices were set as subplots, including straw retention (SR), straw retention with liming (SR+L), straw retention with straw decomposing inoculant (SR+S), straw retention with liming, straw- decomposing inoculant (SR+L+S), and no straw retention (CK). The results showed that SR decreased seeding quality and soil pH of LSR compared to CK treatment. However, the treatment of SR+L accelerated straw decomposition rate of ESR, and increased soil available K content of LSR. Meanwhile, N2 application level increased the emergence rate and seedling quality of LSR, alleviated the adverse effects of straw retention in the short period. In addition, the treatment of SR+L and N2 synergistically increased the soil pH of LSR. Thus, SR+L and N2 synergistically increased the yield of LSR by 8.4%. The adverse effects of straw of ESR on LSR could be reduced by applying lime and increasing the amount of base fertilizer (N2) of LSR after the straw retention in the field, so as to increase the yield of LSR.
Key words Direct seeding of double-season rice; Straw retention; Nitrogen management; Lime; Straw- decomposing inoculant
本文发表于《作物杂志》2024年第3期
双季稻双直播模式不同早稻秸秆还田方式下 氮肥运筹对晚稻生长发育和土壤理化性质的影响
《作物杂志》是中国科学技术协会主管、中国作物学会和中国农业科学院作物科学研究所共同主办的关于农作物的科技期刊。主要发表农作物产量、品质、抗逆等相关农艺性状及品种资源利用研究，以及农田生态、农业信息技术研究及综述，设有专题综述、遗传育种·种质资源·生物技术、生理生化·植物营养·栽培耕作、植物保护、技术推荐、农业信息技术等栏目。《作物杂志》被收录为中国科技核心期刊，自2000年开始连续入选《中文核心期刊要目总览》。
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