不同土壤耕作模式对双季稻区水稻植株养分积累与转运的影响

http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201806018

文章信息

唐海明, 肖小平, 李超, 汤文光, 郭立君, 程凯凯, 汪柯, 潘孝晨, 李微艳

TANG Haiming, XIAO Xiaoping, LI Chao, TANG Wenguang, GUO Lijun, CHENG Kaikai, WANG Ke, PAN Xiaochen, LI Weiyan

Effects of different soil tillage systems on nutrition accumulation and translocation of rice plant in double cropping paddy field

南京农业大学学报, 2019, 42(2): 220-228

Journal of Nanjing Agricultural University, 2019, 42(2): 220-228.

http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201806018

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收稿日期: 2018-06-13

引用本文

唐海明, 肖小平, 李超, 等. 不同土壤耕作模式对双季稻区水稻植株养分积累与转运的影响[J]. 南京农业大学学报, 2019, 42(2): 220-228.

TANG Haiming, XIAO Xiaoping, LI Chao, et al. Effects of different soil tillage systems on nutrition accumulation and translocation of rice plant in double cropping paddy field[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 2019, 42(2): 220-228. DOI: 10.7685/jnau.201806018

不同土壤耕作模式对双季稻区水稻植株养分积累与转运的影响

唐海明 , 肖小平 , 李超 , 汤文光 , 郭立君 , 程凯凯 , 汪柯 , 潘孝晨 , 李微艳

湖南省土壤肥料研究所, 湖南长沙 410125

收稿日期：2018-06-13

基金项目：湖南省自然科学基金杰出青年基金项目（2017JJ1018）；国家公益性行业（农业）科研专项（201503123）；国家自然科学基金项目（31872851）；国家重点研发计划项目（2018YFD0301004）

通信作者：唐海明, 研究员, 博士, 硕导, 研究方向为耕作生态和现代农作制, E-mail:tanghaiming66@163.com.

摘要：[目的]本文旨在明确双季稻区不同土壤耕作模式对水稻植株干物质和养分积累与分配的影响。[方法]采用紫云英-双季稻种植模式结合不同土壤耕作模式大田定位试验，以双季水稻旋耕+秸秆不还田为对照（RTO），应用常规分析方法开展了双季水稻翻耕+秸秆还田（CT）、双季水稻旋耕+秸秆还田（RT）、双季水稻免耕+秸秆还田（NT）处理对双季水稻植株各器官干物质和氮、磷、钾积累与分配影响的研究。[结果]早稻和晚稻成熟期，RT和CT处理均有利于增加水稻植株茎、叶、穗和地上部干物质积累量及茎叶干物质转运量；CT、RT和NT处理植株茎叶物质转运率和物质贡献率均高于RTO处理；NT处理抽穗后物质同化贡献率均为最高，均高于CT、RT和RTO处理。早稻和晚稻成熟期，RT处理水稻植株茎的氮素积累量均显著高于CT、NT和RTO处理，CT、RT和NT处理植株穗和地上部的氮素积累量均显著高于RTO处理。CT和RT处理植株茎和叶的磷素积累量均显著高于NT和RTO处理；CT、RT和NT处理植株穗和地上部的磷素积累量均显著高于RTO处理。CT和RT处理植株茎和地上部的钾素积累量均显著高于RTO处理；CT处理植株叶和穗的钾素积累量均显著高于RTO处理。[结论]秸秆还田措施促进了水稻植株各器官干物质积累和转运；其中以土壤翻耕、旋耕结合秸秆还田措施有利于水稻植株群体养分的积累与转运。

关键词：水稻土壤耕作干物质积累转运

Effects of different soil tillage systems on nutrition accumulation and translocation of rice plant in double cropping paddy field

TANG Haiming, XIAO Xiaoping, LI Chao, TANG Wenguang, GUO Lijun, CHENG Kaikai, WANG Ke, PAN Xiaochen, LI Weiyan

Hunan Soil and Fertilizer Institute, Changsha 410125, China

Abstract: [Objectives] The paper aims to clarify the dry matter accumulation and translocation of nutrient of rice plant under different soil tillage systems in a Chinese milk vetch(Astragalus sinicus L.) and double-cropping rice system. [Methods] The effects of different soil tillage systems on the dry matter accumulation and translocation of nitrogen(N), phosphorous(P) and potassium(K) of early and late rice plants by small area plot experimental method in double-cropping rice paddy field were analyzed in the present paper. The experiments were including four different soil tillage treatments:conventional tillage with residue incorporation(CT), rotary tillage with residue incorporation(RT), no tillage with residue retention(NT), rotary tillage with residue removed as a control(RTO). [Results] The results showed that the total dry matter accumulation of aboveground in different parts of rice plant and the amount of translocation of stem and leaves with RT and CT treatments were higher than those of the other treatments at mature stage of early rice and late rice. And the material translocation rate and material contribution rate of stem and leaves with CT, RT and NT treatments were higher than those of the RTO treatment at mature stage of early rice and late rice. Meanwhile, the contribution rate of material assimilation after heading stage with NT treatment was higher than that of the other treatments of early rice and late rice. The N accumulation amount in stem of rice plant with RT treatment was higher than those of the CT, NT and RTO treatments, and the N accumulation amount in panicle and aboveground of rice plant with CT, RT and NT treatments was higher than those of the RTO treatment at mature stage of early rice and late rice, respectively. And the P accumulation amount in stem and leaves of rice plant with CT and RT treatments was higher than those of the NT and RTO treatments, and the P accumulation amount in panicle and aboveground of rice plant with CT, RT and NT treatments was higher than those of the RTO treatment at mature stage of early rice and late rice, respectively. Meanwhile, the K accumulation amount in stem and aboveground of rice plant with CT and RT treatments was higher than that of the RTO treatment, and the K accumulation amount in leaves and panicle of rice plant with CT treatments was higher than that of the RTO treatment, respectively. [Conclusions] As a result, the total dry matter accumulation of aboveground in different parts of rice plant and the amount of translocation of stem and leaves were higher under application of residue incorporation, it is benefitial to the nutrients accumulation and translocation of rice plants by combined application of crop residues with soil conventional tillage, rotary tillage practices under double-cropping rice system in Southern China paddy field.

Keywords: rice soil tillage dry matter accumulation translocation

水稻是我国最重要的粮食作物之一, 水稻种植面积和产量对国家的粮食生产安全均起着重要的战略作用^[1]。水稻产量受较多因素的影响, 其中土壤耕作是影响水稻产量重要的关键因素。合理的土壤耕作方式有利于改善农田土壤的物理(水、热和气动态及土壤结构)、化学(有机质矿化及养分有效性)和生物学(土壤微生物活性及多样性)性状, 促进作物生长发育, 提高产量^[2-4]。同时, 不同的土壤耕作方式还能影响农田生态系统部分服务功能(如土壤有机碳、水分和养分等), 从而影响农田生态系统的可持续发展^{[3, 5]}。

近年来, 许多学者就不同土壤耕作方式条件下稻田土壤理化特性、水稻生长发育、植株干物质积累、部分生理特性和营养特性及产量等方面进行了研究。徐尚起等^[6]研究认为, 免耕有利于改善双季稻田的土壤有机质、全氮等土壤理化性状指标。吴建富等^[7]研究结果表明, 土壤翻耕处理较旋耕处理降低了10~20 cm的土壤容重, 但增加了土壤有机质和主要养分含量。朱利群等^[8]研究认为, 土壤有机质、全氮以及速效磷含量均随着秸秆还田与耕作方式轮换时间的增加逐年增加。刘金花等^[9]研究结果表明, 旋耕处理提高了双季稻生育前期单株干物质质量, 但降低了生育后期叶面积指数和水稻产量。张磊等^[10]研究表明, 土壤翻耕结合秸秆还田措施均有利于增加水稻植株的氮、磷养分累积量。谷子寒等^[11]研究结果表明, 翻耕处理提高了水稻生育后期植株的叶面积、叶片叶绿素含量与净光合速率, 从而增加了水稻产量。而且, 翻耕有利于提高水稻产量^{[6, 8, 12]}。免耕对水稻产量的影响结果出现分歧, 有研究认为免耕降低水稻产量^[13]; 但也有研究认为免耕有利于改善水稻产量构成因素、增加水稻产量^[14]。黄佑岗等^[15]和汤军等^[16]研究结果均认为, 旋耕和翻耕处理对水稻植株生长特性、叶绿素含量、净光合速率和产量等均无明显的影响。由于各地所开展研究的气候条件、土壤类型、试验周期、种植制度、栽培方式等因素不同, 前人开展不同土壤耕作方式对稻田土壤理化性质、水稻生长发育和产量等方面的研究结果各异。

湖南是我国主要的双季稻区, 保持该区域稻田土壤肥力的稳定和持续是水稻高产、稳产的重要基础, 对于保障国家粮食生产安全具有重要的战略意义。目前, 在该区域的双季稻主产区不同土壤耕作条件下(翻耕、旋耕和免耕)对双季水稻植株干物质积累与分配及产量等方面影响开展了部分研究^{[11, 16-17]}。本研究以紫云英-双季稻种植模式大田定位试验为基础, 开展不同土壤耕作模式条件下双季稻植株各器官干物质积累与养分分配差异的研究, 以明确不同土壤耕作模式下水稻植株各器官干物质积累和养分转运特征, 从而为南方双季稻区科学评价和选择高效合理的土壤耕作模式提供科学理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验地概况

大田试验开始于2015年, 试验田位于湖南省宁乡市回龙铺镇回龙铺村(28°07′ N, 112°18′ E), 海拔36.1 m, 年均气温17.2 ℃, 年平均降雨量1 553 mm, 年蒸发量1 354 mm, 无霜期274 d。试验田土壤为水稻土, 河沙泥土种, 为典型的双季稻主产区。种植制度为紫云英-双季稻, 土壤肥力中等, 排灌条件良好。试验前耕层土壤(0~20 cm)基础肥力:有机碳22.07 g · kg^-1、全氮2.14 g · kg^-1、全磷0.82 g · kg^-1、全钾13.21 g · kg^-1、碱解氮192.20 mg · kg^-1、有效磷13.49 mg · kg^-1、速效钾81.91 mg · kg^-1, pH值5.79。

1.2 试验设计及田间管理

试验包括4个土壤耕作处理:1)双季水稻翻耕+秸秆还田(conventional tillage with residue incorporation, CT), 早稻和晚稻移栽前用铧式犁翻地1遍, 耕深约15~20 cm, 再用旋耕机旋地2遍以平整土地, 耕深约8~10 cm, 紫云英和稻草秸秆还田; 2)双季水稻旋耕+秸秆还田(rotary tillage with residue incorporation, RT), 早稻和晚稻移栽前用旋耕机旋地4遍, 耕深约8~10 cm, 紫云英和稻草秸秆还田; 3)双季水稻免耕+秸秆还田(no tillage with residue retention, NT), 不进行整地, 早稻和晚稻均采用免耕移栽, 紫云英和稻草秸秆还田; 4)双季水稻旋耕+秸秆不还田为对照(rotary tillage with residue removed, RTO), 早稻和晚稻移栽前用旋耕机旋地4遍, 耕深约8~10 cm, 紫云英和稻草秸秆均不还田。每个处理3次重复, 随机区组排列, 小区面积56 m²(7 m×8 m)。秸秆还田处理中, 紫云英、早稻和晚稻稻草秸秆还田量分别为22 500.0、2 000.0和2 000.0 kg · hm^-2, CT和RT处理的秸秆在土壤耕作时翻压还田, NT处理秸秆为地表覆盖还田; 其中, 紫云英在4月上旬进行翻压还田或地表覆盖还田; 早稻和晚稻稻草秸秆在水稻移栽前结合土壤耕作翻压还田或地表覆盖还田。

保证早稻季和晚稻季各处理间一致的N、P₂O₅、K₂O施用量(总施用量为化肥与紫云英、早稻、晚稻稻草秸秆养分含量之和), 早稻季CT、RT和NT处理紫云英养分含量均为N 34.5 kg · hm^-2、P₂O₅ 4.75 kg · hm^-2和K₂O 39.7 kg · hm^-2(秸秆中N、P₂O₅和K₂O含量分别为1.5、0.2和1.8 g · kg^-1), 补施化学肥料N 115.5 kg · hm^-2、P₂O₅ 40.5 kg · hm^-2和K₂O 85.5 kg · hm^-2, 保证各处理总施N 150.0 kg · hm^-2、P₂O₅ 75.0 kg · hm^-2和K₂O 120.0 kg · hm^-2; 晚稻季各处理所还田的秸秆养分含量均为N 13.4 kg · hm^-2、P₂O₅ 3.0 kg · hm^-2和K₂O 18.0 kg · hm^-2(秸秆中N、P₂O₅和K₂O含量分别为6.7、1.5和9.0 g · kg^-1), 补施化学肥料N 166.6 kg · hm^-2、P₂O₅ 72.0 kg · hm^-2和K₂O 102.0 kg · hm^-2, 保证晚稻季各施肥处理总施N 180.0 kg · hm^-2、P₂O₅ 75.0 kg · hm^-2和K₂O 120.0 kg · hm^-2。早稻和晚稻各施肥处理N和K₂O作基肥和追肥2次施入, 基肥在耕地时施入, 追肥在移栽后7 d施用, 基、追肥比例均按6 : 4(质量比)施用; P₂O₅均在耕地时作基肥一次性施入。

2016和2017年, 早稻供试品种均为‘湘早籼45号’, 4月下旬移栽, 7月中旬收获; 晚稻供试品种均为‘湘晚籼13号’, 7月中、下旬移栽, 10月下旬收获。早稻和晚稻均采用人工移栽, 各处理的基本苗数均为1.50×10⁵株· hm^-2。CT、RT和RTO处理在早、晚稻移栽前均喷洒除草剂(克无踪)1.5 kg · hm^-2, NT处理早、晚稻移栽前均喷洒除草剂(克无踪)6.0 kg · hm^-2, 然后移栽水稻。其他管理措施同常规大田生产。

1.3 样品采集和测定

2016和2017年, 分别在早稻、晚稻的齐穗期和成熟期, 于每个重复中选择5穴水稻进行干物质的测定。将植株分为茎、叶和穗3部分, 在105 ℃条件下杀青, 80 ℃条件下烘干至恒质量, 测定各器官干物质质量。成熟期植株样品烘干称质量后粉碎, 过420 μm筛, 用浓硫酸消化制成待测液, 用Auto Analyzer3(AA3)连续流动分析仪和火焰分光光度计测定N、P、K含量。

水稻抽穗后干物质的运转:茎叶物质转运量、抽穗后物质同化量、茎叶物质转运率、茎叶物质贡献率、抽穗后物质同化贡献率均按姜佰文等^[18]方法计算。

茎叶物质转运量(kg · hm^-2)=抽穗期茎叶干质量-成熟期茎叶干质量;

抽穗后物质同化量(kg · hm^-2)=成熟期干物质量-抽穗期干物质量;

茎叶物质转运率=(抽穗期茎叶干质量-成熟期茎叶干质量)/抽穗期茎叶干质量×100%;

茎叶物质贡献率=(抽穗期茎叶干质量-成熟期茎叶干质量)/成熟期稻谷质量×100%;

抽穗后物质同化贡献率=(成熟期干质量-抽穗期干质量)/成熟期稻谷质量×100%。

1.4 数据统计与分析

试验结果均以每次测得3次重复的平均值表示, 试验数据采用Microsoft Excel 2003软件进行处理, 采用SPSS 19.0统计软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析 2.1 不同土壤耕作方式对水稻植株干物质积累与转运的影响 2.1.1 干物质积累和分配

早、晚稻成熟期, 不同处理水稻植株各器官干物质积累量从大到小依次为穗、茎、叶(表 1)。早稻齐穗期和成熟期, CT、RT和NT处理水稻植株各器官的干物质积累量均高于RTO处理。早稻齐穗期和成熟期, CT和RT处理间植株的茎、叶、穗和地上部干物质积累量均无显著性差异; CT处理植株的茎、叶、穗和地上部干质量均显著高于RTO处理(P < 0.05)。

表 1 不同土壤耕作方式对水稻植株各器官干物质积累的影响 Table 1 Effects of different soil tillage treatments on dry matter accumulation in different organs of rice plant

kg · hm^-2
年份 Years	水稻 Rice	生育期 Growthstages	处理 Treatments	器官Organs			地上部干质量 Total dry matterweight of aboveground
年份 Years	水稻 Rice	生育期 Growthstages	处理 Treatments	茎Stem	叶Leaf	穗Panicle	地上部干质量 Total dry matterweight of aboveground
2016	早稻	齐穗期	CT	5 649.0±163.1^a	2 361.0±68.1^a	2 484.0±71.7^a	10 494.0±302.9^a
	Early	Full	RT	5 355.0±154.5^ab	2 322.0±67.0^a	2 352.0±67.8^a	10 029.0±289.5^ab
	rice	heading	NT	5 118.0±147.7^bc	2 196.0±63.3^a	2 004.0±57.8^b	9 318.0±268.9^bc
		stage	RTO	4 749.0±137.1^c	1 929.0±55.6^b	1 941.0±56.0^b	8 619.0±248.8^c
		成熟期	CT	4 251.0±122.7^a	1 923.0±55.5^a	9 495.0±274.1^a	15 669.0±452.3^a
		Mature	RT	4 035.0±116.4^ab	1 854.0±53.5^a	9 024.0±260.5^ab	14 913.0±430.5^a
		stage	NT	3 855.0±111.2^b	1 812.0±52.3^a	8 655.0±249.8^b	14 322.0±413.4^a
			RTO	3 687.0±106.4^b	1 611.0±46.5^b	7 233.0±208.7^c	12 531.0±361.7^b
	晚稻	齐穗期	CT	5 718.6±165.1^a	2 303.1±66.4^a	2 365.2±68.2^a	10 386.9±299.8^a
	Late	Full	RT	5 289.3±152.6^ab	2 149.2±62.0^ab	2 254.5±65.1^ab	9 693.0±279.8^ab
	rice	heading	NT	4 954.5±143.1^bc	2 011.5±58.1^bc	2 143.8±61.8^b	9 109.8±262.9^bc
		stage	RTO	4 676.4±134.9^c	1 849.5±53.3^c	2 070.9±59.7^b	8 596.8±248.1^c
		成熟期	CT	4 392.9±126.8^a	1 962.9±56.6^a	8 731.8±252.1^a	15 087.6±435.5^a
		Mature	RT	4 087.8±118.0^ab	1 784.7±51.5^b	8 221.5±237.3^ab	14 094.0±406.8^ab
		stage	NT	3 823.2±110.3^bc	1 719.9±49.6^bc	7 705.8±222.4^bc	13 248.9±382.4^bc
			RTO	3 650.4±105.3^c	1 582.2±45.6^c	7 144.2±206.2^c	12 376.8±357.2^c
2017	早稻	齐穗期	CT	5 961.0±172.1^a	2 679.0±77.3^a	2 793.0±80.6^a	11 433.0±330.0^a
	Early	Full	RT	5 682.0±164.0^a	2 646.0±76.3^a	2 667.0±76.9^a	10 995.0±317.3^a
	rice	heading	NT	5 442.0±157.1^ab	2 511.0±72.4^a	2 301.0±66.4^b	10 254.0±296.0^ab
		stage	RTO	5 064.0±146.2^b	2 244.0±64.7^b	2 265.0±65.3^b	9 573.0±276.3^b
		成熟期	CT	4 539.0±131.0^a	2 244.0±64.7^a	9 798.0±282.8^a	16 581.0±478.6^a
		Mature	RT	4 362.0±125.9^ab	2 172.0±62.7^a	9 306.0±268.6^a	15 840.0±457.2^a
		stage	NT	4 164.0±120.2^ab	2 127.0±61.4^ab	8 967.0±258.8^a	15 258.0±440.4^a
			RTO	4 005.0±115.6^b	1 929.0±55.6^b	7 527.0±217.2^b	13 461.0±388.5^b
	晚稻	齐穗期	CT	6 002.1±173.2^a	2 513.7±72.5^a	2 516.4±72.6^a	11 032.2±318.4^a
	Late	Full	RT	5 575.5±160.9^ab	2 335.5±67.4^ab	2 473.2±71.3^ab	10 384.2±299.7^ab
	rice	heading	NT	5 238.0±151.2^bc	2 184.3±63.1^bc	2 357.1±68.0^bc	9 779.4±282.3^bc
		stage	RTO	4 970.7±143.4^c	2 027.7±58.5^c	2 286.9±66.1^c	9 285.3±268.0^c
		成熟期	CT	4 665.6±134.6^a	2 141.1±61.8^a	8 683.2±250.6^a	15 489.9±447.1^a
		Mature	RT	4 363.2±125.9^ab	1 960.2±56.5^ab	8 432.1±243.4^ab	14 755.5±425.9^ab
		stage	NT	4 112.1±118.7^bc	1 898.1±54.7^bc	7 905.6±228.2^bc	13 915.8±401.7^bc
			RTO	3 931.2±113.4^c	1 768.5±51.1^c	7 341.3±211.9^c	13 041.0±376.4^c
注: 1)CT:双季水稻翻耕+秸秆还田; RT:双季水稻旋耕+秸秆还田; NT:双季水稻免耕+秸秆还田; RTO:双季水稻旋耕+秸秆不还田。 2)同一时期同一列中的不同小写字母表示在0.05水平差异显著。下同。 Note: 1) CT:Conventional tillage with residue incorporation; RT:Rotary tillage with residue incorporation; NT:No tillage with residue retention; RTO:Rotary tillage with residue removed. 2)Different lowercase letters at the same stage in the same column indicate significant difference at 0.05 level. The same as below.

表选项

晚稻齐穗期和成熟期, CT处理的茎、叶、穗和地上部干质量均显著高于NT和RTO处理(P < 0.05)。晚稻齐穗期和成熟期, 地上部干物质积累量从大到小为CT、RT、NT、RTO, CT处理均显著高于NT和RTO处理(P < 0.05)。晚稻齐穗期和成熟期, CT和RT处理间植株茎、叶、穗和地上部干质量均无显著性差异, 但均显著高于RTO处理(P < 0.05);NT处理植株茎、叶、穗和地上部干质量均高于RTO处理(P>0.05)。

2.1.2 干物质转运

CT、RT处理早稻植株的茎叶干物质转运量均显著高于RTO处理(P < 0.05), 2016年和2017年CT、RT处理分别比RTO处理平均增加349.5、120.0 kg · hm^-2和259.5、154.5 kg · hm^-2(表 2)。CT、RT和NT处理水稻植株抽穗后物质同化量均显著高于RTO处理(P < 0.05)。CT、RT和NT处理水稻植株茎叶物质转运率和茎叶物质贡献率均高于RTO处理。各处理水稻植株抽穗后物质同化贡献率以NT处理为最高, 从大到小依次为NT、CT、RT、RTO, 但各处理间均无显著性差异。

表 2 不同土壤耕作方式对水稻抽穗后干物质运转的影响 Table 2 Effects of different soil tillage treatments on dry matter translocation of plant after heading stage of rice

年份 Years	水稻 Rice	处理 Treatments	茎叶物质转运量/(kg·hm^-2) Amount of translocation		抽穗后物质同化量/(kg·hm^-2) Material assimilationafter heading stage	茎叶物质转运率/% Material translocation rate		茎叶物质贡献率/% Material contribution rate		抽穗后物质同化贡献率/% Contribution rate ofmaterial assimilationafter heading stage
年份 Years	水稻 Rice	处理 Treatments	茎Stem	叶Leaf		茎Stem	叶Leaf	茎Stem	叶Leaf
2016	早稻	CT	1 398.0±40.3^a	438.0±12.6^a	5 175.0±149.3^a	24.75±0.71^a	18.55±0.58^ab	14.72±0.42^a	4.61±0.13^b	54.50±1.56^a
	Early	RT	1 320.0±38.1^ab	468.0±13.5^a	4 884.0±140.9^a	24.65±0.71^a	20.16±0.53^a	14.69±0.42^a	5.19±0.14^a	54.12±1.66^a
	rice	NT	1 263.0±36.4^b	384.0±11.1^b	5 004.0±144.4^a	24.68±0.71^a	17.49±0.50^bc	14.59±0.42^a	4.44±0.13^b	57.82±1.57^a
		RTO	1 062.0±30.6^c	318.0±9.2^c	3 912.0±112.9^b	22.36±0.64^b	16.49±0.47^c	14.68±0.42^a	4.40±0.12^b	54.09±1.56^a
	晚稻	CT	1 325.7±38.2^a	340.2±9.8^a	4 700.7±135.6^a	23.18±0.66^a	14.77±0.48^b	15.18±0.42^a	3.90±0.12^b	53.83±1.55^a
	Late	RT	1 201.5±34.6^b	364.5±10.5^a	4 401.0±127.1^ab	22.72±0.65^a	16.96±0.42^a	14.61±0.42^a	4.43±0.13^a	53.53±1.54^a
	rice	NT	1 131.3±32.6^bc	291.6±8.4^b	4 139.1±119.4^bc	22.83±0.65^a	14.50±0.42^b	14.68±0.42^a	3.78±0.12^b	53.85±1.55^a
		RTO	1 026.0±29.6^c	267.3±7.7^b	3 780.0±109.1^c	21.94±0.63^a	14.45±0.42^b	14.36±0.41^a	3.74±0.12^b	52.91±1.52^a
2017	早稻	CT	1 422.0±41.1^a	435.0±13.6^b	5 148.0±148.6^a	23.86±0.68^a	16.24±0.51^b	14.51±0.41^a	4.44±0.12^b	52.54±1.51^a
	Early	RT	1 320.0±38.1^ab	474.0±12.5^a	4 845.0±139.8^a	23.23±0.67^a	17.91±0.46^a	14.18±0.41^a	5.09±0.13^a	52.06±1.50^a
	rice	NT	1 278.0±36.8^b	384.0±11.1^c	5 004.0±144.4^a	23.48±0.67^a	15.29±0.44^bc	14.25±0.41^a	4.28±0.12^b	55.80±1.61^a
		RTO	1 059.0±30.5^c	315.0±9.1^d	3 888.0±112.2^b	20.91±0.60^b	14.04±0.41^c	14.07±0.40^a	4.18±0.11^b	51.65±1.49^a
	晚稻	CT	1 336.5±38.5^a	372.6±10.7^a	4 457.7±128.6^a	22.27±0.64^a	14.82±0.42^a	15.39±0.44^a	4.29±0.12^a	51.34±1.48^a
	Late	RT	1 212.3±34.9^b	375.3±10.8^a	4 371.3±126.1^a	21.74±0.62^a	16.07±0.46^a	14.38±0.42^a	4.45±0.12^a	51.84±1.49^a
	rice	NT	1 125.9±32.5^bc	286.2±8.2^b	4 136.4±119.4^ab	21.49±0.62^a	13.10±0.37^b	14.24±0.42^a	3.62±0.11^b	52.32±1.51^a
		RTO	1 039.5±30.0^c	259.2±7.4^b	3 755.7±108.4^b	20.91±0.60^a	12.78±0.36^b	14.16±0.40^a	3.53±0.11^b	51.16±1.47^a

表选项

CT、RT处理晚稻植株的茎叶干物质转运量均显著高于RTO处理(P < 0.05), 2016年和2017年CT、RT处理分别比RTO处理平均增加330.0、116.7 kg · hm^-2和216.9、137.6 kg · hm^-2。CT和RT处理水稻植株抽穗后物质同化量均显著高于RTO处理(P < 0.05)。CT、RT和NT处理水稻植株茎叶物质转运率和茎叶物质贡献率均高于RTO处理。CT、RT和NT处理水稻植株抽穗后物质同化贡献率均高于RTO处理; 其中以NT处理为最高, 但与其他处理均无显著性差异。

2.2 不同土壤耕作方式对水稻植株养分积累量的影响 2.2.1 水稻植株各器官氮素积累量

早稻成熟期, RT处理茎的氮素积累量显著高于CT、NT和RTO处理(P < 0.05)。NT处理叶的氮素积累量显著高于RTO处理(P < 0.05)。CT、RT和NT处理穗和地上部分(茎、叶、穗总和)的氮素积累量均显著高于RTO处理(P < 0.05)。从积累比例看, 2个年份中穗所占比例最大, 分别为57.62%~68.39%和57.91%~67.34%;叶片最小, 分别为12.60%~15.24%和13.13%~15.36%;茎居中, 分别为16.37%~29.78%和17.31%~28.96%(表 3)。

表 3 不同土壤耕作方式对水稻植株成熟期各器官氮素积累量的影响 Table 3 Effects of different soil tillage treatments on N accumulation in different organs of rice plant at mature stage

年份 Years	水稻 Rice	处理 Treatments	茎Stem		叶Leaf		穗Panicle		地上部氮素积累量/(kg·hm^-2) N accumulation ofaboveground
年份 Years	水稻 Rice	处理 Treatments	氮素积累量/(kg·hm^-2) N accumulation	比例/% Ratio	氮素积累量/(kg·hm^-2) N accumulation	比例/% Ratio	氮素积累量/(kg·hm^-2) N accumulation	比例/% Ratio	地上部氮素积累量/(kg·hm^-2) N accumulation ofaboveground
2016	早稻	CT	25.48±0.89^b	25.23	13.41±0.37^ab	13.28	62.12±1.72^a	61.50	101.01±3.01^a
	Early	RT	30.97±0.68^a	29.78	13.10±0.41^b	12.60	59.91±1.79^a	57.62	103.98±2.91^a
	rice	NT	23.60±0.73^b	24.55	14.34±0.38^a	14.92	58.20±1.68^a	60.54	96.14±2.77^a
		RTO	12.41±0.35^c	16.37	11.56±0.33^c	15.24	51.86±1.49^b	68.39	75.83±2.18^b
	晚稻	CT	24.25±0.85^b	24.20	13.30±0.35^a	13.27	62.64±1.74^a	62.52	100.19±2.95^a
	Late	RT	29.74±0.64^a	29.09	12.06±0.38^b	11.80	60.43±1.81^a	59.11	102.23±2.89^a
	rice	NT	22.37±0.71^b	23.94	12.37±0.34^ab	13.24	58.72±1.69^a	62.83	93.46±2.69^a
		RTO	12.18±0.35^c	16.31	11.51±0.33^b	15.41	50.99±1.47^b	68.28	74.68±2.15^b
2017	早稻	CT	26.75±0.87^b	25.96	13.79±0.39^a	13.38	62.49±1.80^a	60.65	103.03±3.01^a
	Early	RT	30.14±0.77^a	28.96	13.67±0.40^a	13.13	60.28±1.74^a	57.91	104.09±2.97^a
	rice	NT	24.87±0.71^b	25.54	13.92±0.39^a	14.30	58.57±1.69^a	60.16	97.36±2.81^a
		RTO	13.68±0.39^c	17.31	12.14±0.35^b	15.36	53.23±1.53^b	67.34	79.05±2.28^b
	晚稻	CT	27.67±0.89^b	26.24	13.91±0.40^a	13.19	63.85±1.84^a	60.56	105.43±3.04^a
	Late	RT	31.15±0.79^a	29.69	12.75±0.37^ab	12.15	61.03±1.76^a	58.16	104.93±3.02^a
	rice	NT	25.72±0.74^b	26.07	13.06±0.36^ab	13.24	59.88±1.72^a	60.69	98.66±2.84^a
		RTO	16.56±0.47^c	20.48	12.16±0.35^b	15.04	52.15±1.51^b	64.49	80.87±2.33^b

表选项

晚稻成熟期, RT处理茎的氮素积累量显著高于CT、NT和RTO处理(P < 0.05)。CT处理叶的氮素积累量显著高于RTO处理(P < 0.05);RT和NT处理叶的氮素积累量均高于RTO处理, 但均无显著性差异。CT、RT和NT处理穗和地上部分(茎、叶、穗总和)的氮素积累量均显著高于RTO处理(P < 0.05)。从积累比例看, 2个年份中穗所占比例最大, 分别为59.11%~68.28%和58.16%~64.49%;叶片最小, 分别为11.80%~15.41%和12.15%~15.04%;茎居中, 分别为16.31%~29.09%和20.48%~29.69%(表 3)。

2.2.2 水稻植株各器官磷素积累量

早稻成熟期, CT和RT处理茎和叶的磷素积累量均显著高于NT和RTO处理(P < 0.05)。CT、RT和NT处理穗的磷素积累量均显著高于RTO处理(P < 0.05)。CT、RT和NT处理地上部分(茎、叶、穗总和)的磷素积累量均显著高于RTO处理(P < 0.05)。从积累比例看, 2个年份中穗所占比例最大, 分别为58.17%~68.20%和56.98%~65.53%;叶片最小, 分别为6.93%~8.62%和7.28%~ 8.82%;茎居中, 分别为23.18%~34.59%和25.65%~35.28%(表 4)。

表 4 不同土壤耕作方式对水稻植株成熟期各器官磷素积累量的影响 Table 4 Effects of different soil tillage treatments on P accumulation in different organs of rice plant at mature stage

年份 Years	水稻 Rice	处理 Treatments	茎Stem		叶Leaf		穗Panicle		地上部磷素积累量/(kg·hm^-2) P accumulation ofaboveground
年份 Years	水稻 Rice	处理 Treatments	磷素积累量/(kg·hm^-2) P accumulation	比例/% Ratio	磷素积累量/(kg·hm^-2) P accumulation	比例/% Ratio	磷素积累量/(kg·hm^-2) P accumulation	比例/% Ratio	地上部磷素积累量/(kg·hm^-2) P accumulation ofaboveground
2016	早稻	CT	9.52±0.27^a	34.28	2.07±0.05^a	7.45	16.18±0.46^a	58.26	27.77±0.80^a
	Early	RT	9.36±0.27^a	34.59	1.96±0.05^a	7.24	15.74±0.45^a	58.17	27.06±0.78^a
	rice	NT	7.30±0.21^b	30.10	1.68±0.04^b	6.93	15.27±0.44^a	62.97	24.25±0.70^b
		RTO	4.17±0.12^c	23.18	1.55±0.04^b	8.62	12.27±0.35^b	68.20	17.99±0.51^c
	晚稻	CT	9.76±0.28^a	32.96	2.43±0.07^a	8.21	17.42±0.50^a	58.83	29.61±0.85^a
	Late	RT	9.60±0.27^a	33.22	2.32±0.06^a	8.03	16.98±0.49^a	58.75	28.90±0.83^a
	rice	NT	7.54±0.21^b	29.02	1.93±0.05^b	7.43	16.51±0.47^a	63.55	25.98±0.75^b
		RTO	4.50±0.12^c	22.55	1.95±0.05^b	9.77	13.51±0.39^b	67.69	19.96±0.57^c
2017	早稻	CT	10.76±0.31^a	35.28	2.36±0.06^a	7.74	17.38±0.50^a	56.98	30.50±0.88^a
	Early	RT	10.42±0.30^a	35.23	2.24±0.06^a	7.57	16.92±0.48^a	57.20	29.58±0.85^a
	rice	NT	8.37±0.24^b	31.27	1.95±0.05^b	7.28	16.45±0.47^a	61.45	26.77±0.77^b
		RTO	5.26±0.15^c	25.65	1.81±0.05^b	8.82	13.44±0.38^b	65.53	20.51±0.59^c
	晚稻	CT	10.85±0.31^a	33.75	2.73±0.07^a	8.49	18.57±0.53^a	57.76	32.15±0.92^a
	Late	RT	10.66±0.30^a	33.98	2.65±0.07^a	8.45	18.06±0.52^a	57.57	31.37±0.91^a
	rice	NT	8.63±0.24^b	30.33	2.21±0.06^b	7.77	17.61±0.51^a	61.90	28.45±0.82^b
		RTO	5.57±0.16^c	25.35	2.05±0.05^b	9.33	14.35±0.41^b	65.32	21.97±0.63^c

表选项

晚稻成熟期, CT和RT处理茎和叶的磷素积累量均显著高于NT和RTO处理(P < 0.05)。CT、RT和NT处理穗和地上部分(茎、叶、穗总和)的磷素积累量均显著高于RTO处理(P < 0.05)。从积累比例看, 2个年份中穗所占比例最大, 分别为58.75%~67.69%和57.57%~65.32%;叶片最小, 分别为7.43%~9.77%和7.77%~9.33%;茎居中, 分别为22.55%~33.22%和25.35%~33.98%(表 4)。

2.2.3 水稻植株各器官钾素积累量

早稻成熟期, CT、RT和NT处理茎和地上部分(茎、叶、穗总和)的钾素积累量均显著高于RTO处理(P < 0.05);RT和NT处理间茎和地上部分(茎、叶、穗总和)的钾素积累量均无显著性差异。CT处理叶和穗的钾素积累量均显著高于RTO处理(P < 0.05)。从积累比例看, 2个年份中茎所占比例最大, 分别为79.82%~82.17%和79.02%~81.58%;叶片最小, 分别为8.51%~10.68%和8.78%~11.00%;穗居中, 分别为9.32%~10.05%和9.63%~10.41%(表 5)。

表 5 不同土壤耕作方式对水稻植株成熟期各器官钾素积累量的影响 Table 5 Effects of different soil tillage treatments on K accumulation in different parts of rice plant at mature stage

年份 Years	水稻 Rice	处理 Treatments	茎Stem		叶Leaf		穗Panicle		地上部钾素积累量/(kg·hm^-2) K accumulation ofaboveground
年份 Years	水稻 Rice	处理 Treatments	钾素积累量/(kg·hm^-2) K accumulation	比例/% Ratio	钾素积累量/(kg·hm^-2) K accumulation	比例/% Ratio	钾素积累量/(kg·hm^-2) K accumulation	比例/% Ratio	地上部钾素积累量/(kg·hm^-2) K accumulation ofaboveground
2016	早稻	CT	114.14±3.29^a	82.17	11.82±0.34^a	8.51	12.94±0.37^a	9.32	138.90±4.01^a
	Early	RT	101.13±2.91^b	81.30	11.24±0.32^a	9.04	12.02±0.34^ab	9.66	124.39±3.59^b
	rice	NT	92.25±2.66^b	80.71	10.56±0.30^ab	9.24	11.49±0.33^b	10.05	114.30±3.29^b
		RTO	75.38±2.17^c	79.82	10.09±0.29^b	10.68	8.97±0.25^c	9.50	94.44±2.72^c
	晚稻	CT	116.62±3.36^a	80.81	13.37±0.38^a	9.26	14.32±0.41^a	9.92	144.31±4.16^a
	Late	RT	108.58±3.13^a	80.72	12.69±0.36^ab	9.43	13.25±0.38^ab	9.85	134.52±3.88^a
	rice	NT	94.73±2.73^b	79.40	11.94±0.34^b	10.01	12.64±0.36^b	10.59	119.31±3.44^b
		RTO	81.17±2.34^c	80.48	10.27±0.29^c	10.18	9.42±0.27^c	9.34	100.86±2.91^c
2017	早稻	CT	115.45±3.33^a	81.58	12.43±0.35^a	8.78	13.63±0.39^a	9.63	141.51±4.08^a
	Early	RT	102.37±2.95^b	80.68	11.85±0.34^ab	9.34	12.67±0.36^ab	9.99	126.89±3.66^b
	rice	NT	93.53±2.70^b	80.06	11.14±0.32^ab	9.54	12.16±0.35^b	10.41	116.83±3.37^b
		RTO	76.66±2.21^c	79.02	10.67±0.30^b	11.00	9.68±0.27^c	9.98	97.01±2.80^c
	晚稻	CT	117.84±3.40^a	80.29	13.96±0.41^a	9.51	14.96±0.43^a	10.19	146.76±4.23^a
	Late	RT	109.76±3.16^a	80.23	13.17±0.38^ab	9.63	13.87±0.40^ab	10.14	136.80±3.94^a
	rice	NT	95.86±2.76^b	78.74	12.54±0.36^b	10.30	13.35±0.38^b	10.97	121.75±3.51^b
		RTO	82.47±2.38^c	79.78	10.83±0.31^c	10.48	10.07±0.29^c	9.74	103.37±2.98^c

表选项

晚稻成熟期, CT和RT处理茎和地上部分(茎、叶、穗总和)的钾素积累量均显著高于NT和RTO处理(P < 0.05)。CT处理叶和穗的钾素积累量均显著高于NT和RTO处理(P < 0.05)。从积累比例看, 2个年份中茎所占比例最大, 分别为79.40%~80.81%和78.74%~80.29%;叶片最小, 分别为9.26%~10.18%和9.51%~10.48%;穗居中, 分别为9.34%~10.59%和9.74%~10.97%(表 5)。

3 讨论 3.1 不同土壤耕作方式与水稻植株干物质积累与转运

作物不同器官的干物质积累与其生长发育关系密切, 作物的干物质积累量是其产量高低的物质基础^[19]。作物产量的高低与其生产能力及同化物向经济器官运转能力密切相关, 植株干物质的转运和贡献率受较多因素影响, 如作物品种、土壤耕作、秸秆还田、施肥和栽培措施等方面^[20-22]。本研究结果发现, 与秸秆不还田措施相比, 采用秸秆还田(紫云英和稻草秸秆还田)结合土壤翻耕、旋耕措施均有利于增加水稻植株各部分的干物质积累和转运; 其原因可能是在秸秆还田措施条件下, 土壤翻耕、旋耕可将秸秆翻压到稻田土壤中, 有利于改善土壤结构、培肥土壤^[23], 为水稻生长提供缓效养分, 所配合施用的化肥能为植株生长发育提供速效养分, 为水稻植株地下部和地上部生长发育及生理活动提供均衡物质来源, 有利于增加干物质积累和改善干物质在植株各个器官分配, 并促进干物质向水稻“库”的转移, 增加水稻茎叶物质转运率和茎叶物质贡献率, 为水稻高产奠定了物质基础, 从而增加水稻产量, 这与前人研究结果一致^[24]。

在本试验不同土壤耕作方式下, 不同处理间水稻植株干物质生产积累和转运出现差异, 土壤旋耕、翻耕结合秸秆还田处理(RT和CT)水稻植株的茎叶干物质转运量、植株茎叶物质转运率和物质贡献率均为最高, 均明显高于其他处理。其原因可能是在紫云英和稻草秸秆还田条件下, 采用土壤旋耕、翻耕措施, 秸秆翻压还田均能降低土壤容重与紧实度, 改善土壤结构, 提高土壤的蓄水能力, 培肥土壤^{[2, 23]}, 促进水稻根系的生长和耕层土壤养分的积累^[7]; 且所施用的外源秸秆物质, 为水稻植株地下和地上部的生长发育及生理活动提供均衡物质来源, 增强植株对营养物质的吸收利用, 促进水稻生长和干物质积累, 改善植株各个器官干物质的积累与分配, 增加植株茎叶物质转运量, 促进植株茎叶物质向穗部的转运, 提高植株的茎叶物质转运率和茎叶物质贡献率, 为水稻高产提供物质基础和来源, 这是水稻获得高产的主要原因。与土壤旋耕、翻耕结合秸秆还田处理(RT和CT)相比, 土壤免耕结合秸秆还田措施促进水稻植株抽穗后物质同化贡献率, 这可能是因为采取土壤免耕的耕作措施, 影响养分在耕层土壤的分布, 对水稻生育前期的生长、营养物质的吸收利用有一定的影响, 降低植株在生育前期(抽穗期)的干物质积累量; 生育后期随着植株生育进程的推进, 植株的长势、各器官干物质积累与其他处理间的差异逐渐减少, 成熟期和抽穗期两者间植株干物质积累量差额增加, 从而提高植株抽穗后物质同化贡献率。

3.2 不同土壤耕作方式与水稻植株养分积累

不同土壤耕作结合秸秆还田措施是当前农业生产中普遍采用的土壤培肥方法, 这是由于秸秆中含有丰富的碳、氮、磷、钾以及中微量元素, 秸秆还田后腐解进行养分释放, 对减少化肥用量和培肥土壤等均具有重要的意义。前人研究结果表明, 秸秆翻压还田有利于增加水稻植株的氮、磷养分累积量^[10], 秸秆还田处理小麦植株的干物质、磷、钾积累量高于不还田处理^[25], 秸秆还田与实施氮肥管理能提高抽穗和成熟期各器官中氮、磷和钾的含量^[26-27], 氮的转运率变化范围为44.7%~66.7%, 氮的转运贡献率变化范围为29.6%~59.7%^[28]。本研究结果显示, 采用秸秆还田结合土壤旋耕、翻耕措施(RT和CT)水稻植株地上部的氮素、磷素和钾素积累量均显著高于秸秆不还田措施, 其原因可能是在双季稻区紫云英-双季稻种植模式条件下, 采用土壤旋耕、翻耕措施将秸秆翻压到稻田土壤中, 紫云英和稻草秸秆还田配施化肥的措施均改善了稻田土壤结构、土壤微生物活性和养分供应状况^[29], 有利于增加后茬水稻植株的生长发育, 增强植株对土壤营养物质的吸收利用, 改善水稻植株群体和个体之间的关系, 有利于增加水稻植株各个器官的干物质积累量, 促进植株各器官干物质和养分积累量与转运, 从而有利于增加植株各器官的养分积累量。

在本试验不同土壤耕作方式下, 土壤翻耕结合秸秆还田处理水稻植株地上部的氮素、磷素和钾素积累量均为最高, 均明显高于其他处理。其原因可能是在长期采用土壤旋耕的条件下, 适时加大土壤耕作的翻耕深度结合秸秆还田措施均能降低土壤容重与紧实度、改善土壤结构、提高土壤的蓄水能力、培肥土壤^[2], 翻耕促进水稻下层根系的生长和10~20 cm土壤养分的积累^[7], 且所施用的外源秸秆物质, 为水稻植株生长发育和生理活动提供均衡物质来源, 从而促进水稻生长、干物质积累、抽穗后物质同化量养分积累量, 这与张磊等^[10]的研究结果相似。土壤旋耕结合秸秆还田处理也有利于增加植株地上部的氮素、磷素和钾素积累量, 其原因可能是采取土壤旋耕的耕作措施, 其土壤耕作的深度约8~10 cm, 连续旋耕明显增加耕作层下层土壤的紧实度, 降低下层土壤的通气性和土壤的持水能力^[7], 与土壤翻耕处理相比, 连续旋耕不利于下层(10~20 cm)土壤结构、养分的积累, 对水稻的生长、营养物质的吸收利用有一定的影响, 降低植株各器官和地上部群体干物质积累量, 进而影响植株各器官和地上部的养分积累量^[7]。土壤免耕结合秸秆还田处理植株地上部的氮素、磷素和钾素积累量均低于土壤旋耕、翻耕和秸秆还田处理(RT和CT), 其原因可能是采取土壤免耕的耕作措施, 其养分均富集于表层土壤, 连续免耕不利于5~20 cm耕层下层土壤养分的积累, 植株根系大部分分布于耕层表层土壤, 对水稻的生长发育、营养物质的吸收利用有一定的不利影响, 影响生育后期植株生理活性、植株各器官和地上部干物质积累, 进而影响植株各器官和地上部养分积累量, 这与黄小洋等^[30]的研究结果相一致。

本文仅针对紫云英-双季稻种植模式下不同土壤耕作模式对双季稻植株不同器官养分积累与转运的影响开展了初步研究, 不同土壤耕作模式对早、晚稻植株的生理特性、肥料利用率的影响还有待进一步开展。

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