稻草全量还田配施腐解菌剂对机插晚稻生长发育的影响

倪国荣，魏赛金，吕伟生，黄国强，周春火，谭雪明，

曾勇军，涂国全，石庆华，潘晓华*

(江西农业大学双季稻现代化生产协同创新中心/江西省作物生理生态与遗传育种重点实验室/江西省农业微生物资源开发与利用工程实验室/生物科学与工程学院，江西南昌330045)



稻草全量还田配施腐解菌剂对机插晚稻生长发育的影响

倪国荣，魏赛金，吕伟生，黄国强，周春火，谭雪明，

曾勇军，涂国全，石庆华，潘晓华*

(江西农业大学双季稻现代化生产协同创新中心/江西省作物生理生态与遗传育种重点实验室/江西省农业微生物资源开发与利用工程实验室/生物科学与工程学院，江西南昌330045)

摘要：采用田间试验,研究稻草全量还田配施腐解菌剂对机插晚稻生长发育的影响。结果表明，与单一秸秆还田(对照)相比，秸秆还田配施腐秆菌剂处理提高了水稻分蘖数、叶面积指数和地上部干物质量，增加了水稻穗数和每穗粒数,从而提高了水稻产量。从2年(2013、2014年)的结果来看，秸秆还田配施腐秆菌剂使干物质量提高了8.31%，植株N、P、K积累量分别提高了12.12%、11.97%、9.0%，产量提高了9.24%，效果显著。因此该自制腐秆菌剂可在当地秸秆全量还田机插栽培模式下使用。

关键词：机插晚稻；稻草还田；腐解菌剂

农作物秸秆含有丰富的碳、氮、磷、钾等营养元素，秸秆还田能促进土壤有机质的积累、改善土壤结构、提高土壤肥力、增加作物产量等作用，是重要的有机肥源[1-4]。秸秆直接还田后腐解过程主要是在土壤微生物作用下的生物化学过程，可以有效防止秸秆腐烂过程中养分的流失等优点，是一条合理利用秸秆资源、养地培肥的有效途径[5]，随着机械收割的发展，稻草直接全量还田成为趋势，但是稻草还田后稻草的分解产生有机酸及微生物大量繁殖后与后茬作物出现争氮现象，导致烧苗等不利影响，因此在稻草全量还田条件下，如何促进稻草的快速分解腐烂，消除稻草分解带来的不利影响，最终提高水稻产量和品质，是当前水稻生产中亟待解决的一个重大问题。

近年来，江西农业大学在国家粮食丰产工程项目的资助下，筛选出能够快速分解秸秆的微生物，并研制成了腐秆菌剂，分别在2009年和2011年通过大田试验研究了腐秆菌剂对晚稻和早稻生产的影响，表现出良好的促生增产效果[6-7]。而在机插栽培条件下，考察自制腐秆菌剂对水稻生长的影响的研究尚未开展。本试验采用田间试验,在早稻稻草切碎全量还田和配施促腐剂直接还田后，研究了稻草全量还田添加菌剂对水稻生长发育及产量的影响，旨在为稻草分解菌剂及秸秆的合理利用提供生态学理论依据。

1材料与方法

1.1试验设计

试验于 2013—2014 年在江西省上高试验基地进行，2013年试前前土壤基本化学性质为：全氮2.21 g/kg、碱解氮178.65 mg/kg、有机质37.73 g/kg、速效磷56.08 mg/kg、速效钾73.95 mg/kg，pH 5.31；2014年试前土壤基本化学性质为：全氮2.39 g/kg、碱解氮187.94 mg /kg、有机质41.38 g/kg、速效磷62.34 mg/kg、速效钾81.73 mg/kg，pH 5.44。

供试品种为超级杂交晚稻H优518。稻草高效分解菌制剂由江西农业大学生物科学与工程学院应用微生物实验室研制。在早稻稻草切碎全量还田的条件下，设置加稻草腐解剂(SM)和不加稻草腐解剂(CK)2个处理，2013年进行小区试验每个处理种植面积166.67 m2。6月26日播种，采用基质旱育，7月18日机插，规格为25 cm×15 cm。7月15日傍晚撒腐解剂51 kg/hm2、CaO 12 kg/hm2，分别加细砂拌匀后撒施。按当地农民习惯的技术措施进行管理，基肥施45%(15∶15∶15)复合肥525 kg/hm2，分蘖肥施尿素187.5 kg/hm2，穗肥施尿素37.5 kg/hm2，氯化钾75 kg/hm2；够苗晒田，割前7 d断水。

2014年进行大区试验，每个处理面积667 m2。6月27日播种，采用基质旱育，7月18日机插，规格为30 cm×14 cm。7月15日傍晚撒腐解剂51 kg/hm2、CaO 12 kg/hm2，分别加细砂拌匀后撒施。基肥施45%(15∶15∶15)复合肥600 kg/hm2，分蘖肥施尿素77.55 kg/hm2，穗肥施尿素116.4 kg/hm2，氯化钾100.05 kg/hm2；苗数达80%晒田，割前7 d断水。

1.2测定项目与方法

1.2.1茎蘖动态 每个处理定2点，每点调查10蔸，自移栽当天起每4天调查1次分蘖，直到齐穗期。

1.2.2叶面积在分化Ⅱ期、抽穗期、成熟期按平均茎蘖数法5点取样，每点取样5蔸，取茎鞘、叶片、穗(抽穗后)3部分于烘箱105 ℃杀青15 min，然后保持80 ℃至样品烘干，冷却至室温后称量，用于植株N、P、K积累量的测定。N用FOSS-2300型全自动定N仪测定，P用钒钼黄比色法测定，K用火焰光度计测定[8]。

1.2.3干物质及植株N、P、K养分积累在分化II期、抽穗期、成熟期按平均茎蘖数法5点取样，每点取样蔸，取茎鞘、叶片、穗(抽穗后)3部分于烘箱105 ℃杀青1 min，然后保持80 ℃至样品烘干，冷却至室温后称重用于植株N、P、K。N用FOSS-2300型全自动定N仪测定，P用钒钼黄比色法测定，K用火焰光度计测定[8]。

1.2.4产量及其构成成熟期每处理调查100蔸有效穗，按平均数法3点取样，每点5蔸，考察穗粒结构；按3点法进行测产，每点实割150蔸。

1.3统计分析

用Excel 2003 处理数据，并绘图；在DPS7.05 中完成统计分析,用LSD 法进行多重比较。

2结果及分析

2.1水稻茎蘖动态

图1显示,水稻移栽后，配施腐解菌剂处理的水稻分蘖数都大于对照处理,说明稻草还田配施腐解菌剂能促进水稻分蘖。但对2年的影响有所不同。2013年各处理在移栽后20 d左右达到分蘖最高峰，2014年各处理在移栽后28 d左右达到分蘖最高峰。出现这个差异的原因是，根据气象资料，2013年7—8月比2014年同期的雨水更少，气温更高，这样有利于水稻分蘖。

图1　不同处理水稻茎蘖动态变化Fig.1　Dynamic changes of tiller number of rice under different treatments

2.2叶面积指数动态

从各个处理间的叶面积指数可以看出，与对照相比，加菌处理分蘖表现为早生快发，峰时提前，峰值略高，最终成穗数也较多(图2)。加菌处理叶面积一直高于对照，其中成熟期差异较小,其中在2013年，除了在分化期添加菌剂处理的叶面积指数显著高于对照处理，而在抽穗期和成熟期，这种差异并不显著。在2014年，添加菌剂处理的叶面积指数在分化期和成熟期显著高于对照处理，在抽穗期这种差异不显著。

数据为3个重复的平均值，柱形图上的不同字母分别表示差异达在5 %显著水平。The data in the figure are means is of 3 replicates.Histograms cappedwith different letters indicate significant difference at 5% level.图2　不同处理水稻叶面积指数变化Fig.2　Dynamic changes of leaf area index of rice under different treatments

2.3菌剂对干物质积累的影响

2013年与2014年各处理的干物质积累呈现相似的趋势(表1)。秸秆还田配施腐秆菌剂处理与对照相比干物质积累量差异显著。加菌处理干物质总量比对照提高了9.15%(2013年)、7.46%(2014年)。叶片是水稻唯一重要的光合作用器官,是水稻产量形成所需物质的主要供给者,而秸秆还田能显著提高水稻的叶面积指数特别是生育中后期的叶面积指数,从而提高群体光合生产能力,增强光合产物的同化能力,促进干物质积累。

表1　不同处理水稻干物质积累量动态变化(667m2)

同一列数据不同小写字母者表示在5 %水平上差异显著(P<0.05)。

Within a column,different lower case letters indicate significant difference at 5% level.

2.4菌剂对植株N、P、K积累量的影响

在水稻的不同生长时期，添加腐解菌剂处理的植株N、P、K积累量显著高于高于对照组，在分化期，抽穗期及成熟期水稻含N积累量分别提高了15.24%、11.92%、48.98%(2013年)，15.29%、8.60%、8.14%(2014年)；含P积累量分别提高了14.29%、14.56%、30.00%(2013年)，15.29%、7.77%、13.33%(2014年)；含K积累量分别提高了15.77%、3.26%、40.54%(2013年)，14.67%，-2.48%，18.00%(2014年)。2年加菌处理的植株N、P、K总积累量显著高于对照组，分别提高了15.78%、15.79%、10.92%(2013年)，8.46%、8.14%、7.07%(2014年)。说明添加菌剂能够显著提高水稻植株N、P、K的积累量。

表2　不同处理水稻植株N、P、K积累量变化

同一列数据不同小写字母者表示在5 %水平上差异显著(P<0.05)。

Within a column,different lower case letters indicate significant difference at 5% level.

2.5产量及其构成

表3的数据显示,添加菌剂处理667 m2有效穗数为298.1(2013年)、344.4(2014年)，每穗实粒数为108.3粒/穗(2013年)、114.99粒/穗(2014年),结实率为89.99%(2013年)、86.05(2014年),千粒质量为27.52 g(2013年)、27.48 g(2014年)，均显著高于对照。加腐秆菌剂处理的实际产量比对照提高了12.96%(2013年)，5.92%(2014年)，其中667 m2有效穗和产量差异显著，说明菌剂对产量的影响主要是增加了有效穗。在移栽密度相同的情况下,667 m2穗数主要由分蘖数和成穗率决定，秸秆还田配施腐秆菌剂处理提高了水稻分蘖数,增加了水稻叶面积指数,减缓了中后期叶面积下降速率,而成穗率与生育中后期叶面积下降速率呈极显著负相关[9],因而也就增加了水稻的穗数。

表3　不同处理水稻产量构成因素

同一列数据不同小写字母者表示在5 %水平上差异显著(P<0.05)。

Within a column,different lower case letters indicate significant difference at 5% level.

3讨论

许多学者一直在关注稻田废弃物循环利用能否替代化学肥料的施用[10-12]。张德远等[14]认为秸秆直接还田是利用有机物的一种较好方式，是培肥地力、建设高产稳产农田的一项基本措施。叶文培等[15]认为秸秆还田对水稻生长发育和产量有促进作用。但秸秆中富含大量难以分解的纤维素、木质素等物质，造成在自然条件下腐解率不及50%，从而影响下茬作物的生根和成活，成为限制秸秆资源利用的瓶颈。因此筛选构建能够产生多种纤维素酶的高效稳定复合菌系应用于秸秆腐解[16]，成为了一个新的研究热点。赵明文等[17]发现，与不接种相比，接种分解菌群秸秆分解率提高显著，增加了次生根、分蘖数、单株干质量；使剑叶长增长，增宽，株高增加；增加了有效穗，每穗实粒数，千粒质量和实际产量。杨文兵等[18]研究发现不同秸秆腐熟剂在晚稻秸秆腐熟还田上使用均可以提高土壤有机质及各种养分，同时具有明显的增产效果。作物铺盖稻草具有很好的增产效果，且铺盖稻草加喷秸秆腐熟剂的增产效果更好[19-20]。

本次田间实验结果再次证明了稻草还田配施菌剂会影响水稻生长发育。如前所述，配施菌剂稻草还田处理后产量均有不同程度提高，有效穗数、每穗粒数、结实率、千粒质量等产量构成因素也均高于单一秸秆还田处理，这与笔者[6]在晚稻上及魏赛金等[7]的研究结果一致，再次证实了自制腐秆菌剂对稻草还田的具有显著积极的意义。

本研究发现，2013年和2014年秸秆还田配施菌剂对晚稻生长发育的促进作用不同。2013年各处理在移栽后20 d左右达到分蘖最高峰，2014年各处理在移栽后28 d左右达到分蘖最高峰，这是由于2013年7—8月光照充足，气温偏高，有利于水稻的生长，而2014年同期则由于阴雨天气多，气温偏低，生长相对缓慢，所以导致生育期延长，分蘖最高峰到达时间也推后。秸秆还田配施菌剂处理使干物质总量提高了9.15%(2013年)、7.46%(2014年)，植株N、P、K总积累量分别提高了15.78%、15.79%、10.92%(2013年)，8.46%、8.14%、7.07%(2014年)，实际产量提高了12.96%(2013年)，5.92%(2014年)。造成2年水稻生长差异的主要原因应该是2年晚稻生育期气候条件差异及所用田块自身土壤肥力和肥水管理的差异影响还田后稻草的腐解及土壤养分释放。与2013年相比，2014年所用田块土壤肥力较高。因此不管是单一稻草还田还是配施菌剂稻草还田，2014年的产量总体比2013年高。但在2014年，施菌处理产量仅比对照提高了5.92%，2013年却提高了12.96%，说明配施腐秆菌剂秸秆还田在低肥力的田块中及光照足、温度高的条件下对水稻的生长影响更显著。

与单施稻草比较，稻草还田配施自制腐解菌剂对于提高植株干物质、氮、磷、钾的积累量，保证较高的水稻增产潜力等方面有较好的促进作用。总之，秸秆配施腐解菌剂培肥了土壤，促进了作物的生长发育，从而提高了作物产量。

参考文献：

[1]周鸣铮.土壤肥力概论[M].杭州:浙江科学技术出版社,1985：118-154.

[2]汪军,王德建,张刚,等.连续全量秸秆还田与氮肥用量对农田土壤养分的影响[J].水土保持学报,2010,24(5):40-44.

[3]赵鹏,陈阜.秸秆还田配施化学氮肥对冬小麦氮效率和产量的影响[J].作物学报,2008,34(6):1014-1018.

[4]梁天锋,徐世宏,刘开强,等.耕作方式对还田稻草氮素释放及水稻氮素利用的影响[J].中国农业科学,2009,42(10):3564-3570.

[5]王友联,谢道云,丁祖芬,等.稻草还田是培肥土壤的有效方法[J].安徽农业,1997(4):20.

[6]倪国荣,涂国全,魏赛金,等.稻草还田配施催腐菌剂对晚稻根际土壤微生物与酶活性及产量的影响[J].农业环境科学学报,2012,31(1):149-154.

[7]魏赛金,李昆太,涂晓嵘,等.稻草还田配施化肥与腐秆菌剂下的土壤微生物及有机碳组分特征[J].核农学报，2012,26(9):1317-1321.

[8]鲍士旦.土壤农化分析[M].北京:中国农业出版社,2000.

[9]凌启鸿,苏祖芳,张海泉.水稻成穗率与群体质量的关系及其影响因素的研究[J].作物学报,1995,21(4):463-469.

[10]Saigusa M,Hanaki M,Ito T.Decomposition pattern of rice straw in poorly drained paddy soil and recovery rate of straw nitrogen by rice plant in no-tillage transplanting cultivation[J].Jpn J Soil Sci &Plant Nutri,1999,70(8):157-163.

[11]Pankhurst C E.Defining and assessing soil health and sustainable productivity[M].Biological indicators of soil health.New York:CAB International,1997:1324.

[12]江永红,宇振荣,马永良.秸秆还田对农田生态系统及作物生长的影响[J].土壤通报,2001,5:54-58.

[13]陈尚洪,朱钟麟,吴婕,等.紫色土丘陵区秸秆还田的腐解特征及对土壤肥力的影响[J].水土保持学报,2006,20(6):141-144.

[14]张德远,姚益云,郭成志,等.红壤旱地不同种植方式下秸秆还田的效果[J].江西农业大学学报,1986,8(3):55-59.

[15]叶文培,谢小立,王凯荣,等.不同时期秸秆还田对水稻生长发育及产量的影响[J].中国水稻科学,2008,22(1):65-70.

[16]魏赛金,王世强,胡殿明,等.稻草秆腐解菌产酶条件优化及菌种鉴定[J].江西农业大学学报,2013,35(5):1042-1047.

[17]赵明文,史玉英,李玉祥,等.纤维分解菌群对水稻秸秆田间腐熟效果的研究[J].江苏农业科学,2000(1):51-53.

[18]杨文兵,胡正梅,杨长斌,等.不同秸秆腐熟剂在湖北省晚稻上的应用效果试验[J].现代农业科技—大田农艺,2008 (12):189-193.

[19]丁波,王义芳,梅桂芳.小麦秸秆腐熟剂试验结果初报[J].安徽农学通报,2009,15(4):41-44.

[20]高云超,朱文珊,陈文新.秸秆覆盖免耕对土壤细菌群落区系的影响[J].生态科学,2000,19(3):27-32.

Effects of Rice Straw Returning with Straw Decomposition Agent

on Growth of Machine-transplanted Late Rice

NI Guo-rong,WEI Sai-jin,LYU Wei-sheng,HUANG Guo-qiang,ZHOU Chun-huo,

TAN Xue-ming,ZENG Yong-jun,TU Guo-quan,SHI Qing-hua,PAN Xiao-hua*

(Collaborative Innovation Center for the Modernization Production of Double Cropping Rice /Jiangxi Key Laboratory of Crop Physiology,Ecology and Genetic Breeding /Jiangxi Agricultural Microbial Resource Development and Utilization Engineering Lab /College of Biology Science and Engineering,Jiangxi Agricultural University,Nanchang 330045,China)

Abstract:A field experiment was conducted in the growing seasons in 2013 and 2014 to assess the effects of straw returning plus straw decomposition agent on the growth of late rice.Straw returning in soil plus straw decomposition agent increased the number of tillers,leaf area index and above ground dry matter.And straw returning plus straw decomposition agent also increased the number of panicles per hm2,number of grains per panicle and grain yield of rice.A treatment of single application of straw without decomposition was used as a control.With straw decomposition agent application,straw returning increased rice dry matter accumulation by 8.31%,N,P,K by 12.12%,11.97%,9.0%,respectively,grain yield by 9.24%.Therefore,the straw decomposition agent can be used with straw returning in local machine-transplanted cultivation patterns.

Key words:machine-transplanted late rice;straw-returning;straw decomposition agent

作者简介：倪国荣(1983—)，男，助理研究员，博士，主要从事农业生物技术研究，E-mail:ngr0329@126.com;*通信作者：潘晓华，教授，博士，博导，E-mail:xhuapan@163.com。

基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目(2011BAD16B04、2012BAD04B11)、江西省科技计划项目(20144BBF60003)和江西省教育厅科技计划项目(GJJ14307)

收稿日期：2015-03-30修回日期：2015-05-26

中图分类号：S511.62

文献标志码：A

文章编号：1000-2286(2015)06-0960-06

倪国荣，魏赛金，吕伟生，等.稻草全量还田配施腐解菌剂对机插晚稻生长发育的影响[J].江西农业大学学报，2015，37(6)：960-965.