白重阳 秦猛 崔士泽 赵爽 杨丽爽 韩文博 郑桂萍 刘丽华

（黑龙江八一农垦大学农学院，黑龙江 大庆 163319；第一作者：2929337814@qq.com；*通讯作者：11887352@qq.com）

水稻是我国重要的粮食作物，在保障我国粮食安全中具有重要的地位[1]。我国农业生产的目的是保持数量和质量的持续增长来确保国家粮食安全[2-3]。近年来，随着我国农业生产水平的提高，粮食作物产量也得到了大幅提升，秸秆数量日渐增多。农作物秸秆作为一类可再生物质资源,含有丰富的氮、磷、钾元素，大量秸秆被焚烧、丢弃，不仅造成资源浪费，还严重污染环境，秸秆高效利用现已成为社会关注的热点问题[4]。秸秆还田有利于改良土壤、培肥地力，对砂土、黏土及壤土都有显著改善作用，对水稻、小麦和玉米都有增产效果[5-9]。目前，秸秆还田利用在东三省地区还受到低温天气和秸秆还田量等因素的影响。气温过低和秸秆还田量过大都会造成秸秆腐解慢，不仅影响作物根系的正常生长，还会给土壤造成一定的负面影响[10]。因此，适宜还田量对秸秆高效利用具有重要意义[11]。目前，对膨化秸秆的研究主要集中在制作畜牧饲料、酶解糖化等方面[12-14]，关于膨化秸秆还田的研究不多。因此，本试验研究了不同膨化秸秆还田量对水稻产量、品质和氮素利用等的影响，以期为寒地秸秆高效利用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地点及概况

试验于2020年设在黑龙江八一农垦大学校内盆栽场（大庆市，26°10′N、119°23′E），该地区属于温带季风气候，年日照时数2 726 h，平均无霜期166 d，年平均气温4.20 ℃，年平均降水量427.50 mm。土壤基础理化性状：全氮1.41 g/kg，碱解氮134.50 mg/kg，有效磷20.79 mg/kg，速效钾 72.00 mg/kg，有机质 2.80%，pH 6.62。

1.2 供试材料

供试水稻品种为垦粳8 号，主茎13 片叶，株高94.3 cm，全生育期142 d，需≥10℃活动积温2 650℃；膨化秸秆来源于黑龙江稻乐农业科技有限公司，常规秸秆来源于试验基地当年收获后的水稻秸秆。供试肥料为尿素（N 46%）、重过磷酸钙（P2O543%）和硫酸钾（K2O 50%）。本试验使用的汽爆膨化秸秆技术主要是利用高温高压蒸汽，通过瞬间释放压力过程，实现秸秆原料的组分离散和结构变化[15]，具有能耗低、减少化学试剂使用风险、处理时间短等优点，及改善秸秆生物质特性、减少营养成分损失、保护生态环境等特点。

1.3 试验设计

试验设 2 种膨化秸秆还田量：PN1，180 g/盆（3 750 kg/hm2）；PN2，360 g/盆（7 500 kg/hm2）。以秸秆不还田作对照（CK）。采用盆栽试验，每个处理3 盆，每盆装土84 kg，盆钵规格：长80 cm、宽60 cm、高28 cm。水稻于4月18日播种，5月20日移栽，9月27日收获。每盆移栽2 行，每行8 丛，插秧规格为30 cm×10 cm。基肥为尿素4.97 g/盆、重过磷酸钙6.70 g/盆、硫酸钾3.46 g/盆；分蘖肥（4 叶伸长期）：尿素3.72 g/盆；调节肥（倒4叶）：尿素 1.24 g/盆；穗肥（倒 2 叶后半叶）：尿素 2.48 g/盆、硫酸钾2.30 g/盆。栽培管理同大田生产。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 产量及其构成因子

成熟期每个处理选取有代表性植株6 丛考种，带回室内记录株高、穗长、每丛穗数、单穗质量、一次枝梗数及二次枝梗数，并测定产量。

1.4.2 品质

每个处理称取部分样品，用FC-2K 型实验砻谷机（YAMAMOTO，离心式）加工成糙米，计算糙米率；用日本公司生产的 VP-32 型碾米机加工精米，计算精米率、整精米率；用日本静冈机械株式会社生产的ES-1000 便携式品质分析仪测定垩白粒率、垩白度；用瑞典FOSS 福斯公司的FOSS 1242 近红外分析仪测定籽粒蛋白质含量及直链淀粉含量；用日本佐竹公司（SATAKE）生产的米饭食味计（STA1A）测定食味值。

1.4.3 氮素利用

将齐穗期和成熟期样品分为叶片、茎鞘、穗，烘干至恒质量后，用 LG-50 型粉碎机（浙江省瑞安市百信制药机械有限公司生产）将其分别粉碎，并过0.20 mm孔筛，供分析用。采用KjeltecTM8400 全自动凯氏定氮仪（FOSS，丹麦）测定植株各器官含氮率。

1.5 数据处理

利用Excel 2010 软件对数据进行处理并作图，利用SPSS 17.0 软件进行 Duncan 差异显著性检验（P＜0.05）。

氮素吸收利用率和氮素农学利用率计算公式如下：氮素农学利用率=（施氮区产量-无氮区产量）/氮肥施用量；氮肥贡献率=(施氮区产量-不施氮区产量）/施氮区产量×100%；氮肥偏生产力=施氮区产量/施氮量；土壤氮素依存率=不施氮区地上部吸氮量/施氮区地上部吸氮量×100%。

2 结果与分析

2.1 膨化秸秆还田对水稻株高和产量的影响

如图1 所示，PN1、PN2 处理水稻株高均低于CK，降幅分别为2.21%、5.80%，PN2 处理与CK 差异显著；PN2 处理产量最高，CK 次之，PN1 处理最低，PN2 较CK 增产1.68%，处理间差异均未达到显著水平。

图1 不同处理对水稻株高和产量的影响

2.2 膨化秸秆还田对水稻单穗质量和穗长的影响

由图2 可知，PN2 处理的水稻单穗质量最高，PN1处理最低，但各处理间差异不显著；PN2 处理的穗长最长，PN1 处理较短，且PN2 处理与CK 差异显著。

图2 不同处理对水稻单穗质量和穗长的影响

2.3 膨化秸秆还田对水稻一次和二次枝梗数的影响

由图3 可知，PN2 处理水稻一次枝梗数最多，CK次之，PN1 处理最少，但各处理间差异未达显著水平；PN2 处理的水稻二次枝梗数最多，PN1 处理最少，各处理间差异未达显著水平。

图3 不同处理对水稻一次枝梗数和二次枝梗数的影响

2.4 膨化秸秆还田对水稻品质的影响

从表1 可见，PN2 处理糙米率最低，PN1 处理最高；PN1 处理精米率最高，显著高于CK 和PN1 处理；PN1 处理整精米率最高，CK 最低，但各处理间差异未达显著水平。综上，PN1 处理有利于稻米加工品质的提高。

从表1 可见，PN1 处理的垩白粒率最高，PN2 次之，CK 最低，各处理间差异均达到了显著水平；PN1 处理垩白度最高，PN2 次之，CK 最低，各处理间差异达显著水平。综上，膨化秸秆还田量增加使水稻外观品质变劣。

从表1 可见，PN1 处理的蛋白质含量最高，显著高于PN2 处理和CK；直链淀粉含量和食味值均以PN1处理最高，但与PN2 处理和CK 相比未达显著差异。可见，PN1 处理有利于增加营养品质和提高食味值。

表1 不同处理对稻米品质的影响

2.5 膨化秸秆还田对水稻氮肥利用率的影响

从表2 可见，不同处理间氮肥农学利用率、氮肥贡献率和氮肥偏生产力呈PN2＞CK＞PN1 趋势。其中，氮肥农学利用率PN2 处理显著高于PN1 处理和CK，分别高39.90%和6.61%；氮肥贡献率PN2 处理和CK 显著高于PN1 处理，PN2 处理和CK 间差异不显著；氮肥偏生产力各处理间差异达显著水平，以PN2 处理最高。土壤氮素依存率各处理呈PN1＞CK＞PN2 趋势，PN1 处理显著高于PN2 处理和CK。可见，PN2 处理的氮素利用效率较高。

表2 不同处理对氮肥利用率的影响

3 结论与讨论

前人研究表明，在秸秆还田基础上施加一定量的氮肥和钾肥可以影响水稻株高，从而达到抗倒伏的目的[16]。本研究结果表明，膨化秸秆还田会对水稻株高造成一定的影响，膨化秸秆还田处理株高较秸秆不还田处理低。研究发现，秸秆还田对水稻生长特性、产量和氮素利用具有显著影响，具有提高水稻产量与氮素利用率的效果[17-22]。本研究中，以膨化秸秆全量还田量360 g/盆的处理（PN2）单穗质量最高、穗长最长、二次枝梗数最多，最终产量最高，氮肥农学利用率、氮肥贡献率、氮肥偏生产力亦以PN2 处理最高。

徐国伟等[23-24]研究表明，秸秆还田配施氮肥可减少垩白粒率、垩白度和直链淀粉含量，降低水稻粘度和消减值，改善稻米外观和食味品质。本研究中，膨化秸秆还田量为180/盆处理（PN1）糙米率、精米率、整精米率最高，表明适量膨化秸秆还田有利于改善稻米加工品质，但PN1 处理提高了稻米蛋白质含量、直链淀粉含量、垩白粒率和垩白度，降低了外观品质。

综上所述，膨化秸秆还田量为360 g/盆的处理在提高产量、氮素利用率等方面表现最优，膨化秸秆还田量为180 g/盆处理在改善加工品质、营养品质和食味值方面效果较好。