秸秆直接还田与炭化还田对稻油轮作作物产量和氮素利用的影响

　　

摘要：

【目的】探讨稻油轮作系统中秸秆的肥料化利用方式，为轮作系统产能提升与资源高效利用提供理论支撑。【方法】基于2017—2023年开展的连续6年的稻油轮作田间定位试验，选取秸秆不还田（NPK）、两季秸秆直接还田（NPK+S/S）、两季秸秆炭化还田（NPK+B/B）和水稻季秸秆炭化还田/油菜季秸秆直接还田（NPK+B/S）4个处理，分析作物产量及其稳定性与可持续性、作物氮素吸收利用、土壤氮素表观平衡和土壤全氮含量。【结果】秸秆直接还田与炭化还田显著提高了作物产量和产量稳定性。与NPK处理相比，NPK+S/S、NPK+B/B和NPK+B/S处理的油菜产量分别平均提高了13.9%、14.8%和17.3%，水稻产量分别提高8.5%、7.2%和3.7%，周年能值产量分别提高10.5%、9.9%和8.5%。相较于NPK处理，NPK+S/S、NPK+B/B和NPK+B/S处理均提高了油菜产量可持续性指数（8.1%—10.2%）。与NPK+S/S处理相比，NPK+B/B和NPK+B/S处理更有利于提高水稻产量的稳定性（24.2%和1.4%）与可持续性指数（5.3%和2.3%）。秸秆直接还田与炭化还田增加了作物氮素吸收量，但降低了氮素收获指数。与NPK处理相比，NPK+S/S、NPK+B/B和NPK+B/S处理均能提高油菜（7.4%—20.7%）、水稻（3.3%—15.0%）和轮作周年（6.5%—17.6%）氮素吸收量；与NPK处理相比，NPK+S/S、NPK+B/B和NPK+B/S处理油菜和水稻的氮收获指数分别降低了0.2%—3.0%和1.9%—3.8%。相较于NPK+S/S处理，NPK+B/B处理显著降低了油菜地上部氮素吸收量，降幅11.0%，对于油菜籽粒、水稻籽粒和水稻地上部氮素吸收量的影响不显著；相较于NPK+S/S处理，NPK+B/B处理能增加油菜和水稻的氮收获指数，提升幅度分别为1.8%和1.9%。秸秆直接还田在促进作物氮素吸收具有优势，而秸秆炭化还田在改善作物氮素分配具有优势。与NPK处理相比，NPK+S/S、NPK+B/B和NPK+B/S处理均能提高油菜（13.9%—17.2%）和水稻（2.2%—7.7%）的氮肥偏生产力。所有处理氮素表观平衡均呈现为盈余，其中NPK+B/S处理氮素盈余量最高。与NPK处理相比，NPK+S/S、NPK+B/B和NPK+B/S处理均能提高土壤全氮含量（20.6%—22.7%），秸秆炭化还田土壤全氮含量最高，秸秆炭化还田更能将盈余的氮转化为土壤氮，减少氮素损失。【结论】在稻油轮作系统中，综合考虑，相较于两季秸秆直接还田或两季秸秆炭化还田，水稻季秸秆炭化还田结合油菜季秸秆直接还田能在保证水稻和油菜高产稳产的同时，提高氮肥利用率，增加土壤全氮含量，有利于稻油轮作系统的可持续发展。