再生稻是指主季水稻收获后稻桩上叶腋休眠芽萌发长成穗子从而收获两季的一种种植方式，其具有生育期短、省工节本和经济效益高等优点，是我国南方稻区一项重要的水稻轻简化栽培技术^[1-3]。虽然研究表明早稻-再生稻模式较水旱两熟或双季稻模式，提高了稻田产出效益，然而再生稻单产较低（我国平均单产 5000～6000 kg/hm²），在一定程度上影响其推广和产业化^[3-4]。较低的再生稻产量除与水稻自身特性有关外，其制约因素还包括土壤肥力与耕作技术等^[4-5]。张大伟等^[6]研究发现，从耕作方式对稻田培肥和水稻对养分的吸收利用看，多年的翻耕使土壤疏松、容重降低，在秸秆还田的情况下，容重下降更甚，这对水稻的生长是有利的；而另有研究表明，旋耕的耕深偏浅，长期使用这种耕作方法会导致犁底层变浅，通透性变差，水分难以渗透，不利于水稻的生长^[7]；刘世平等^[8] 认为，与翻耕相比，免耕水稻的土壤硬度较大，耕作层裂缝较多，导致土壤中的氮素下移，土壤深层氮素吸收能力变差，不利于保肥保水，也不利于免耕水稻对氮素的吸收和利用。国内关于双季稻干物质积累、氮素吸收和产量的研究多围绕单一翻耕、免耕和旋耕进行^[9-12]，国外有关再生稻土壤培肥与耕作的研究未见报道^[13-14]，对翻耕和旋耕组合条件下水稻植株干物质积累与氮素利用及转运的研究较少。然而，与双季稻和水旱轮作稻田不同，再生稻稻田由于特殊的田间管理与栽培耕作措施，其土壤肥力及变化动态明显不同，特别是在翻耕和旋耕组合条件下的耕作方式对早稻-再生稻植株各器官养分吸收规律缺乏系统的研究。因此，本研究在调查江汉平原再生稻稻田耕作方式的基础上，根据冬前是否翻耕和水稻插秧前旋耕的情况，在田间管理完全一致的条件下，通过 4 种耕作方式田间定位试验，分析再生稻各器官干物质积累、氮素吸收利用及产量的差异，以便为再生稻高产栽培提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在湖北省荆州市金穗家庭农场（30°23′ 46.68 ″N，112 °29 ′7.71 ″E） 大田进行。试验所在地位于江汉平原腹地，属于北亚热带季风气候，年降水量 1100～1300 mm，太阳年辐射总量为 435.3～460.4 kJ/cm²，年日照时数 1800～2000 h，年平均气温 15.9～16.6℃，≥ 10℃的年积温 5000～5350℃，年无霜期 242～263 d。4—10 月降水量占全年的比例大于 80%，太阳辐射量约占全年的 75%，≥ 10℃的积温为全年的 80% 左右，具有水热同步和与农业生产季节一致的良好气候条件，适宜多种农作物的生长发育。土壤为湖泊成因的偏粘性潴育型水稻土，耕作层（0～20 cm）土壤基本性状为：土壤 pH 值 6.19，有机质 22.31 g/kg、全氮 1.53 g/kg、全磷 0.91 g/kg、全钾 0.75 g/kg、碱解氮 78.52 mg/kg、有效磷 12.73 mg/kg、速效钾 173.90 mg/kg。试验地常年轮作模式为早稻-再生稻-冬闲田。

1.2 试验设计

在调查江汉平原再生稻稻田耕作方式的基础上，根据冬前是否翻耕和水稻插秧前的旋耕情况，在田间管理完全一致的条件下，按单因素进行试验设计，设 4 种耕作方式：翻耕 1 次旋耕 1 次 （T1）、翻耕 1 次旋耕 2 次（T2）、不翻耕旋耕 2 次 （T3）、不翻耕旋耕 3 次（T4），其中 T1 为农民习惯耕作方式。每个处理 3 次重复，共计 12 个小区，小区面积为 240 m²。冬前进行翻耕，耕深 20 cm； 春季栽种水稻前旋耕，耕深 15 cm。2019 和 2020 年耕种和田间管理完全相同。

供试水稻品种为‘丰两优香 1 号’，在早稻收获时留高桩萌生腋芽发育成再生稻，早稻-再生稻全生育期为 205 d。早稻采用育秧机插移栽模式，于每年 3 月 24 日播种，4 月 21 日移栽，株行距为 16 cm×30 cm，每穴种植 2 株，8 月 13 日收获早稻，留 40 cm 稻桩为再生稻生长创造条件，10 月 15 日收获再生稻。试验田按常规田间管理，早稻和再生稻均采用机收，秸秆均粉碎还田。

试验用氮肥为普通尿素（N 46%）、复合肥 （N-P₂O₅-K₂O 含量为 22%-9%-15%），全生育期施用化肥总量为 N 281.2 kg/hm²、P₂O₅ 36 kg/hm²、K₂O 60 kg/hm²。早稻移栽前（4 月 16 日）施 400 kg/hm² 复合肥作基肥，6 月 20 日施尿素 150 kg/hm² 作分蘖肥，8 月 3 日（早稻收获前 10 d）施尿素 120 kg/hm² 作为再生稻促芽肥，8 月 18 日（早稻收获后第 5 d）施尿素 150 kg/hm² 作为再生稻提苗肥。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤养分测定

分别于两季成熟期，每个小区按“五点法”采集耕层 0～20 cm 的土壤，混匀，放入密封袋带回实验室，将土壤样品风干并过 1 和 0.15 mm 筛测定基本理化性质。土壤养分均按常规分析法测定^[15]。

1.3.2 生物量测定

分别于早稻的分蘖期、拔节期、孕穗期、齐穗期、灌浆期、成熟期和再生稻的萌发期、齐穗期、灌浆期、成熟期取具有代表性植株地上部分，按茎、叶及穗部分开收集（萌发期取稻桩和苗），随后将各部分在 105℃杀青 30 min，接着于 80℃ 烘干至恒重，测定各部分的干物质重。

1.3.3 氮素积累量

将植株干样粉碎后用 H₂SO₄-H₂O₂ 消化，再用 Alliance-Futura Ⅱ连续流动分析仪，测定各部分氮含量。

1.3.4 产量及其构成因素

分别于两季水稻成熟后，在每小区选定 3 个样方，每个样方 3 m² 实收计产。成熟期调查有效穗数，每小区按其平均数取代表性植株 5 穴进行考种，主要考察每穗粒数、结实率、千粒重。

1.4 有关指标计算

本文分析中用到的指标有：氮素积累量 （TNA，kg/hm²）、茎叶氮素转运量（NTA，kg/ hm²）、茎叶氮素转运率（NTR，%）、营养器官氮素移位转化率（简称氮素贡献率，NCTR，%）、植株氮素吸收效率（NUEP，%）、氮素籽粒生产效率（NGPE，kg/kg）、氮素干物质生产效率 （NDMPE，kg/kg）、氮收获指数（NHI，%）、氮肥偏生产力（NPFP，kg/kg），分别按式（1）~（9） 计算。

1.5 数据处理

采用 Excel 2007 进行数据处理，用 DPS 7.5 进行方差分析，并用多重比较（LSD 法）进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 耕作方式对早稻-再生稻稻田土壤肥力的影响

表1 给出了不同耕作方式下早稻-再生稻稻田土壤肥力状况。综合两年试验结果，无论是早稻还是再生稻各处理成熟期土壤养分、有机质含量和 pH 值均表现为 T2>T1>T4>T3。试验结果表明，在生产效果上翻耕与旋耕结合优于单一旋耕，翻耕次数相同时适当增加旋耕可促进作物生长，提高土壤养分、有机质含量和 pH 值。从各处理的差异来看，2019 年除早稻-再生稻的土壤有机质和再生稻的全氮外，各处理均达到显著水平；而 2020 年仅在碱解氮和早稻的有效磷、速效钾和再生稻的全钾达到显著水平。 T2 能显著增加早稻季的有效磷、速效钾、碱解氮含量，在再生稻季提高全钾和碱解氮含量。

注：同一列数值中不同字母表示处理间差异达显著水平（P<0.05）。下同。

2.2 耕作方式对早稻-再生稻地上部干物质积累的影响

表2 给出了不同耕作方式下早稻-再生稻地上部分干物质积累量。两个年份各处理地上部干物质净积累量均呈现 T2>T1>T4>T3 的趋势，且在齐穗期达到最大值，再生稻在成熟期达到最大值，而分蘖盛期有个快速上升期主要是刚施用了分蘖肥和土壤耕作所致。2019 年分蘖初期-分蘖盛期 T2 的干物质净积累量最大，与其他处理相比，分别增加了 5.71%、46.70%、31.62%；孕穗期-齐穗期 T3 的干物质净积累量最小，与其他处理相比，分别降低了 13.87%、22.48%、16.86%； 再生稻萌发期-成熟期各处理差异达到显著水平，表现为 T2>T1>T4>T3，与其他处理相比，增加了 1.42%～35.22%；2020 年 T2 在分蘖初期-分蘖盛期和齐穗期-灌浆期均显著高于其他处理，分别增加了 15.00%、46.03%、21.05% 和 23.35%、54.63%、 28.86%。

注：ETS—分蘖初期；PTS—分蘖盛期；JS—拔节期；BS—孕穗期；HSFC—齐穗期；FS—灌浆期；RSFC—成熟期；GS—再生稻萌发期；HSRC—再生稻齐穗期；FSRC—再生稻灌浆期；RSRC—再生稻成熟期。下同。

不同耕作方式下，早稻-再生稻各生育期不同器官干物质积累量见图1。从图1 可以看出，不管是早稻还是再生稻，各处理地上部干物质积累量呈现增长的趋势，且均在成熟期达到最大。从各器官干物质积累量来看，茎鞘、叶片和穗部随生育期进程逐步上升，分别在齐穗期和成熟期达到最大。 2019 年各处理茎鞘、叶片和穗部在分蘖初期-灌浆期、再生稻齐穗期-成熟期达到差异显著水平，分别占整株干物质积累量的 16.44%～51.00%、20.60%～54.56% 和 9.83%～62.76%；2020 年各处理茎鞘、叶片和穗部在拔节期、齐穗期-成熟期、再生稻齐穗期-再生稻灌浆期达到差异显著水平，分别占整株干物质积累量的 19.33%～54.70%、 17.66%～55.64% 和 23.22%～61.43%。地上部分器官干物质积累量在分蘖初期-齐穗期均表现为茎 >叶 >穗、灌浆期表现为茎 >穗 >叶、成熟期表现为穗 >茎 >叶，说明随着生育进程干物质逐渐由茎、叶转向穗部。

2.3 耕作方式对早稻-再生稻地上部氮素吸收积累的影响

表3 给出了不同耕作方式下水稻地上部氮素吸收积累量。两个年份各处理地上部氮素积累量均表现为 T2>T1>T4>T3，在分蘖盛期 T2 氮素吸收最高，与其他处理差异达到显著水平，分别增加了 7.70%、20.09%、14.50% 和 2.95%、7.04%、 4.93%，这与土壤耕作和施肥促进稻株生长有关。从拔节期-齐穗期各处理的氮素积累量逐渐增加，2019 年在早稻的齐穗期达到差异显著水平， T2 比 T1、T3、T4 分别增加了 13.17%、20.30%、 6.04%；从再生稻齐穗期-成熟期各处理的氮素积累量具有显著差异并随着生育进程逐渐降低， T1、T3、T4 与 T2 相比，分别降低了 19.09%、 26.22%、22.37% 和 6.17%、26.56%、10.60%。 2020 年从分蘖初期-分蘖盛期、孕穗期-灌浆期以及再生稻的萌发期-成熟期各处理均有显著差异，表现为 T2>T1>T4>T3，T2 较其他处理分别增加了 2.95%～26.48%、7.04%～64.71% 和 4.93%～44.99%。

由图2 可知，稻株不同营养器官的氮素积累量与生育时期有关，且耕作方式影响着同一时期同一营养器官的氮素积累量。从早稻的分蘖盛期-成熟期，再生稻齐穗期-成熟期各处理均达到显著水平，表现为 T2>T1>T4>T3。茎和叶氮素积累量随着生育进程呈现先增后减的趋势，穗部氮素积累量从孕穗期开始呈上升趋势，在成熟期 T2 处理的穗部氮积累量显著高于其他处理，说明该时期稻株吸收的氮素主要用于穗生长。两年的试验结果分析表明，分蘖盛期-孕穗期地上部的氮素积累量茎鞘分别占 31.95%～39.96%、29.32%～40.30%；叶片分别占 52.29%～65.90%、48.33%～70.68%；孕穗期-成熟期、再生稻齐穗期-成熟期地上部穗的氮素积累量分别占总量的 11.20%～67.04%、22.90%～49.61 和 8.09%～68.55%、21.58%～65.54%。

2.4 耕作方式对早稻-再生稻的氮素转运量、转运率和贡献率的影响

根据两年的试验结果分析整理，表4 给出了不同耕作方式对早稻-再生稻的氮素转运量、转运率和贡献率，显见氮素的积累量和转运量与耕作方式关系密切，均呈现 T2>T1>T4>T3 的趋势。从氮素的转运率和贡献率来看，无论 2019 年还是 2020 年，均以 T2 处理最优。在耕作方式上，增加旋耕次数有利提高氮素积累量和转运量；T2 与 T3 相比，在水稻栽种前进行同样旋耕的条件下，冬前翻耕有利于提高植株氮素积累量和转运量。上述试验结果表明，适当的翻耕和旋耕都对水稻生长发育有利。就不同处理之间在氮素转运率和贡献率方面的差异看，各处理氮素转运率在 2019 年再生稻、2020 年早稻达到差异显著水平，T2 分别比 T1、T3、T4 高 31.83%、47.31%、37.61% 和 4.06%、16.26%、 11.75%；各处理氮素贡献率在 2019 年早稻、2020 年再生稻达到差异显著水平，T2 分别比 T1、T3、 T4 高 9.24%、9.38%、7.34% 和 8.13%、46.77%、 37.69%。

注：SLH 和 SLM—水稻齐穗期、成熟期阶段茎和叶氮积累量；GNA—成熟期籽粒氮积累量。

2.5 耕作方式对早稻-再生稻氮素利用效率的影响

不同耕作方式下早稻-再生稻成熟期氮素积累量、收获指数及氮素利用效率见表5。2019—2020 年从几个处理氮素的积累量、氮素收获指数来看，无论是早稻还是再生稻，均表现为 T2>T1>T4>T3，两季各处理成熟期氮素积累量均达到差异显著水平，而氮素收获指数除了 2020 年早稻季外，各处理差异均达到显著。从氮素籽粒生产效率和氮素干物质生产效率来看，只在 2019 年早稻季达到显著水平，氮素干物质生产效率各处理两年间均不显著。这说明在翻耕次数相同的条件下增加旋耕次数可以显著提高成熟期氮素积累量、收获指数、氮素籽粒生产效率和氮素干物质生产效率，其中以 T2 最优。

2.6 耕作方式对早稻-再生稻产量和氮肥偏生产力的的影响

不同耕作方式下早稻和再生稻的产量与氮肥偏生产力试验结果见表6。综合不同耕作方式试验结果，从产量和氮肥偏生产力看，均表现为 T2>T1>T4>T3。试验结果表明，在生产效果上翻耕与旋耕结合优于单一旋耕，翻耕次数相同时适当增加旋耕可促进作物生长、提高作物产量。从耕作方式对早稻和再生稻产量的影响看，T2 与 T3、T4 相比，早稻产量均比较显著，而再生稻的产量均无显著差异。从两年的试验结果看，耕作方式对早稻-再生稻产量的影响主要在头季，且 T2能显著增加穗粒数。

续表

3 讨论

3.1 耕作方式对早稻-再生稻稻田土壤肥力的影响

土壤是农业生产活动的基础，承担着为作物提供养分和水分的作用。土壤与水稻是互相影响的，土壤不同的理化性质会导致水稻植株生长形态发生变化，水稻生长的差异也会通过根系作用使土壤呈现出差异性^[16]。刘红杰等^[17]研究表明，进行深翻耕处理的土壤氮素转化率更高，能够缓解土壤酸化和增加土壤中的有机质，以促进作物生长。深翻耕可促进深层土壤熟化，提高氮素转化率，减缓土壤酸化^[18]。吕凯飞等^[19]认为翻耕 20 cm 与秸秆还田能显著降低土壤紧实度、土壤容重、土壤剪切力等物理性状，提高 10～20 cm 土层土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量，有利于坡耕地耕层结构持续改善。代贵金等^[20]研究发现，翻耕可增加土壤总孔隙度和土壤通气性，提高土壤中好气性微生物的活动能力，加速有机物腐殖化过程，改善土壤环境，有利于培肥土壤，便于根系吸收缓效养分和速效养分，促进水稻生长发育和增加干物质积累。张大伟等^[6]研究显示，长年翻耕会使土壤疏松、容重降低，在秸秆还田的情况下容重降低更多，对水稻的生长更为有利。旋耕的耕深偏浅，长期使用这种耕作方法会使土壤犁底层变浅，导致通透性变差，渗水困难，不利于水稻植株的生长^[7]。我们的研究表明，无论是早稻还是再生稻各处理成熟期土壤养分含量均表现为 T2>T1>T4>T3，在生产效果上翻耕与旋耕结合优于单一旋耕，可能是翻耕与旋耕结合可以使秸秆埋藏到较深的土层中，通过深耕使土壤中养分含量增加，深层土壤全氮含量也因此增加，进而能够使植株吸收深层次土壤氮素来提高微生物活性^[21]和土壤中酶活性^[22]。本试验关于耕作方式对早稻-再生稻稻田根系形态与土壤酶活性的研究还需进一步求证。

3.2 耕作方式对早稻-再生稻干物质积累量及产量的影响

耕作对于土壤是一个非常重要的环节，这方面已有较多研究。水稻产量由单位面积有效穗数、穗粒数、结实率及千粒重 4 个因子决定，其与水稻植株干物质累积量、植株氮素养分吸收量三者之间密切相关。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^[23]。两年定位试验结果表明，翻耕与旋耕结合的干物质累积量大于旋耕，以冬前翻耕 1 次、水稻栽种前旋耕 2 次的处理 T2 的干物质积累量最高，其次是冬前翻耕 1 次、水稻栽种前旋耕 1 次的处理 T1，仅在水稻栽种前旋耕 2 次的处理 T3 最低。可能是翻耕与旋耕结合改良了土层间有机质的分布，能显著提高土壤的蓄水保肥能力、降低土壤容重与紧实度、改善土壤结构，促进孔隙形成，从而促进作物根系生长、吸收营养元素和提高作物干物质积累量及产量^[11-12，24]。有研究认为^[25-26]，抽穗后的干物质量与稻谷产量呈显著至极显著正相关，抽穗后干物质积累高对水稻高产更重要。本研究表明，各处理干物质积累量和产量均呈现 T2>T1>T4>T3 的趋势，各处理产量随干物质积累量的增加而增加（此结果与陈丽楠等^[23]的研究一致）。翻耕与旋耕结合处理下，本研究得出早稻和再生稻的有效穗数、穗数、结实率和千粒重及产量均大于旋耕处理，这与黄佑岗等^[27]、唐海明等^[28]、谷子寒等^[29]在双季稻上的相关研究结果类似。可能是翻耕与旋耕结合有利于改善土壤结构和根系的生长环境，促进了植株地下和地上部分的生长，增强了植株光合产物的制造与积累，从而有利于增加干物质积累，为水稻高产提供了物质保障^[25]。江立庚^[30]研究表明，水稻在灌浆期前干物质量主要积累在茎中，成熟期干物质积累量主要分布在穗部。本试验表明，水稻的干物质积累量在分蘖期至拔节期表现为茎 >叶，在孕穗期至齐穗期表现为茎 >叶 >穗，在灌浆期表现为茎 >穗 >叶，在成熟期表现为穗 >茎 >叶，这与晏娟等^[31]的研究结果一致。

3.3 耕作方式对早稻-再生稻氮素吸收利用的影响

水稻干物质和氮素积累不仅受生育进程的影响，还与耕作有关。李美玲等^[32]研究表明对土壤进行深耕处理可以增加水稻根系对养分的吸收能力，促进水稻植株生长，提高植株中氮素含量，使氮素利用效率增加。本研究在 4 个耕作方式下系统地分析了各个生育期干物质和氮素积累，从各器官的干物质和氮素积累比例看，翻耕与旋耕结合的氮积累量、氮素收获指数、氮素籽粒生产效率、氮素干物质生产效率均大于仅旋耕处理，表现为 T2>T1>T4>T3。可能是加大翻耕深度结合秸秆还田措施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^[13]，翻耕促进水稻下层根系的生长和 10～20 cm 土层土壤养分的积累^[11]，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，提高干物质积累、抽穗后物质同化量、养分积累量^[33]。再生稻的养分积累量与早稻的差异较大。在早稻收获后，早稻稻桩中的一部分氮养分能转运至茎、叶中，并能在后期转运至穗中^[34]，这部分养分对再生稻早期的生长非常重要，营养器官的转化氮是再生稻籽粒氮素积累的主要来源^[35]。两年的定位试验中，在再生稻季的萌发期-齐穗期，T2 氮吸收量急剧增大，分别达到 47.26、61.52 kg/hm²，这是由前茬稻桩大量残留参与养分转运和两次集中施肥所致。本研究结果表明，早稻的氮素转运率和贡献率变化范围分别为 45.55%～53.84% 和 45.35%～52.59%，再生稻分别为 20.44%～39.09% 和 27.73%～47.54%，与前人氮的转运率变化范围为 44.7%～66.7% 和氮转运贡献率变化范围为 29.6%～59.7% 的研究结果^[36]相比有所减少，可能是秸秆翻压还田有利于增加水稻植株氮、磷养分的累积量^[33]，根区 1 次施氮能提高抽穗和成熟期各器官中氮、磷和钾的含量^[37-38]。赵诚斋等^[39]认为，细土的土壤转化成铵态氮的量最高，土块大于 1 cm 铵态氮的产生受到严重抑制，说明土块大小影响土壤铵态氮的含量。李富程等^[40]研究说明，在一定范围内，随着耕作深度的不断增加，土壤净位移量显著增大，可帮助增厚和改善耕层土壤。本研究表明，耕作方式对水稻地上部吸氮量和土壤总氮含量有一定影响，表现为 T2>T1>T4>T3，即翻耕与旋耕结合下地上部吸氮量和土壤总氮含量明显高于仅作旋耕的处理，可能是由于深耕提高了还田秸秆的氮素养分利用率^[33，38]。在同等翻耕条件下，T2 明显大于 T1，可能是增加旋耕次数既保证了较深的耕作层又使土粒破碎均匀，并使土壤紧实度降低^[16]、表面积增大，有利于土壤固持养分，增加水稻的氮素积累量。

4 结论

江汉平原地区实行早稻-再生稻种植模式条件下采用冬前翻耕与移栽前旋耕组合的耕作方式能显著增加土壤养分、水稻干物质积累、氮素吸收以及产量。随着再生稻生育进程，各处理再生稻体各器官干物质阶段积累量、氮吸收量均呈现先增加后递减的趋势，表现为 T2>T1>T4>T3。在翻耕次数相同的条件下增加旋耕次数显著提高成熟期土壤养分、水稻氮素累积量、氮素转运率与贡献率，其中以 T2 最优。在生产效果上翻耕与旋耕结合优于单一旋耕，翻耕次数相同时适当增加旋耕可促进作物生长、提高作物产量和氮肥偏生产力。从耕作方式对早稻和再生稻产量的影响看，T2 与 T3、T4 相比，早稻增产均比较显著，而再生稻的产量均无显著差异。耕作方式对早稻-再生稻产量的影响主要在头季，关键是 T2 能显著增加穗粒数。从氮素收获指数、氮素干物质生产效率和氮素籽粒生产效率来看，4 种耕作方式均呈现 T2>T1>T4>T3 的趋势，其中以 T2 最优，建议在生产实践中采用该耕作方式。对于不同耕作方式引起的早稻-再生稻产量不同的内在原因包括根系形态和土壤生理生化特性将进行后续研究。

参考文献