麦秆还田下水氮耦合对水稻根际环境及根系形态的影响

摘要

通过大田试验,研究不同水分管理、秸秆还田和氮素处理与水稻根系形态建成的关系,为成都平原秸秆还田下适宜水稻生长的水氮耦合模式的建立提供理论和实践依据。以杂交稻‘F优498’为材料,设置不同水分[干湿交替灌溉(W1)、淹水灌溉(W2)]、氮肥运筹[总氮150 kg(N)∙hm^(−2),基肥∶蘖肥∶穗肥分别为3∶3∶4(N1)、7∶3∶0(N2)、不施氮(N0)]和秸秆还田[秸秆全量翻埋还田(S1)、秸秆不还田(S0)]处理,研究在秸秆还田下不同水氮耦合对麦茬杂交籼稻根际环境及根系发育的影响。结果表明,与W2相比,W1促进了拔节期前的秸秆腐解,提高了拔节期后的根际土壤有机酸总量(1.38%~8.49%)和成熟期前的根际土壤微生物量碳含量(0.25%~12.93%),提高了整个生育期根系活力(1.77%~149.91%)和除移栽后10 d与成熟期的群体根系形态指标(群体根长18.53%~75.83%、群体根数10.57%~101.33%、群体根体积2.49%~88.24%、群体根表面积8.91%~68.08%);W2提高了拔节期的有机酸总量(3.34%)和成熟期的微生物碳含量(2.69%~6.23%),并促进了拔节期后的秸秆腐解和单茎根系发育(单茎根长12.03%~27.21%、单茎根数9.05%~51.44%)。秸秆还田(S1)与秸秆不还田(S0)相对比,S1会抑制根系形态发育并降低根系活力(2.47%~45.83%),但能显著提高根际土壤有机酸总量(8.02%~22.74%)和微生物量碳、氮含量(1.58%~31.22%),且在W1处理下提升效果更显著。施用氮肥能促进秸秆腐解,并进一步增加根际土壤有机酸总量与微生物量碳、氮含量,促进根系发育并提高根系活力。优化施氮模式(N1)与传统施氮模式(N2)相对比,N1可以促进单茎根系发育(单茎根长8.27%~38.09%、单茎根数2.96%~36.66%)与生育中后期的根系活力(2.26%~156.35%),N2则提高了群体根系指标(群体根体积12.68%~44.32%、群体根表面积4.91%~55.82%)和生育前期的根系活力(22.01%~29.31%)。干湿交替灌溉耦合优化施氮模式促进了各时期秸秆腐解,显著加快了根系的生长发育,并提高了根际土壤有机酸总量、微生物量碳、氮含量和根系活力,延缓了根系衰老。综合来看,在秸秆还田条件下,干湿交替灌溉耦合优化施氮模式为最适水氮耦合模式。