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我国水稻产量约占粮食总产量的 31.2%，其生产规模的稳定与发展对保障粮食安全具有重要作用[1]。同时，水稻是高耗水作物，每年约 70% 的农业用水用于稻田灌溉[2]，黑龙江省作为我国水稻种植大省，产量占全国的 13.7%，位居全国首位，但耕地亩均水资源占有量仅为全国平均水平的 45.2%[3]，随着水资源供应紧缺，周期性或不可预测的干旱会导致约三分之一耕地的农业生产受到限制[4]。此外，水稻生产中化肥用量不断加大，不仅带来生产成本增加，还使大量未被水稻吸收利用的肥料氮素流失和排放到环境中，加之大量秸秆资源被丢弃或在露天焚烧，造成资源的极大浪费和环境污染[5]。因此，合理利用水稻秸秆资源、提高水稻水氮利用率对于我国农业可持续发展意义重大。
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水稻节水灌溉技术有“浅、湿、晒”灌溉技术、间歇灌溉技术、蓄雨型灌溉技术、控制灌溉技术等，秸秆还田作为一种安全清洁的培肥地力手段，也已经被大量用于农业生产实践[6]。目前，节水灌溉模式下水稻增产、稳产理论方面已有较多研究，孟翔燕等[7]研究表明，控制灌溉下黑土稻产量略有增加，且能显著提升水稻水分利用效率；杨士红等[8]研究表明，控制灌溉和秸秆还田相结合可使水稻增产 7.14%，灌溉水分生产率增加 1.34 kg/m3；刘明等[9]研究表明，节水灌溉与缓控释肥结合可以使水稻水分利用效率、氮肥利用效率分别提升 45.31%、47.73%，并且减产不显著。此外，国内外学者在秸秆还田影响作物产量、水氮利用等方面也做了大量研究工作[10]，秸秆还田通过降低土壤容重、改善土壤水热条件、增加土壤养分含量、改变土壤微生物群落等方式，提高作物产量并影响作物水氮利用率[11]。Li 等[12]通过田间试验得出，相较于秸秆离田，秸秆还田可显著提升作物水分利用效率。Zhang 等[13]对秸秆还田下作物氮素利用进行了对比研究，得出秸秆还田可显著提高氮肥利用率、氮肥偏生产力等；还有研究表明，秸秆深还田可以显著增加 0～60 cm 土层的总氮含量，提高基肥中氮肥利用率[14]。但不当的秸秆还田对土壤环境和作物产量也有负面影响，秸秆在土壤中腐解消耗土壤有效氮，因此，秸秆还田率越高，消耗的土壤速效氮越多，导致作物生长所需的土壤速效氮越少，进而影响作物生长[15]。Wang 等[16]研究表明，秸秆还田对作物产量和水分利用效率影响不显著，施用有机肥和秸秆还田条件下，作物产量、水分利用效率之间存在二次关系。有研究表明，秸秆还田后的土壤耕层碳氮比（C/N）约为 65∶1，但适宜秸秆腐解条件的 C/N 是 30∶1，因此，需要适当地配合施用化学氮肥来解决微生物在土壤中分解秸秆时与作物相互竞争土壤中氮素的问题[17]。前人研究多考虑灌溉模式或秸秆还田的单一作用效果，对二者耦合作用下水稻产量、水氮利用及土壤氮素残留的研究较少，且秸秆还田产生的 “争氮”问题能否通过适宜灌溉模式降低负面影响还需要进一步试验验证。
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本文通过大田试验分析秸秆还田条件下 3 种灌溉模式对水稻农艺性状、干物质积累、产量和水氮利用及土壤氮素残留的影响，探索秸秆还田和灌溉模式二者耦合调控效果，旨在为制订寒地黑土地区水稻节水增产、稳产、提质兼容的秸秆还田和灌溉模式管理策略提供理论依据。
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1 材料与方法
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1.1 试验区概况
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试验于 2020 年 5 月到 2022 年 9 月在黑龙江省绥化市庆安灌溉试验站（46°58′8″N，127°40′2″ E）进行，试验地年均气温 1.69℃，年均降水量 577 mm，试验区供试土壤为黑土型水稻土，0～20 cm 土层土壤 pH 6.47，有机质 43.1 g/kg，全氮 1.69 g/kg，全磷 0.67 g/kg，全钾 19.99 g/kg，碱解氮 159.21 mg/kg，有效磷 27.56 mg/kg，速效钾 158.3 mg/kg。
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1.2 试验设计
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灌溉模式设置常规淹灌、浅湿灌溉和控制灌溉（表1），秸秆还田于秋季稻作收获后进行，秸秆还田用量为 6 t/hm2。试验设置 4 个处理：常规淹灌（FI）、常规淹灌 + 秸秆还田（FI+SR）、浅湿灌溉 + 秸秆还田（SI+SR）、控制灌溉 + 秸秆还田 （CI+SR），3 次重复，随机区组设计，每个小区 100 m2。供试品种为‘绥粳 18’，每穴定 3 株，株行距为 10 cm×30 cm，各处理氮、磷、钾肥施用水平一致，氮肥施入量折纯 110 kg/hm2，分基肥（45%）、蘖肥（20%）和穗肥（35%）3 次施用，磷肥均作为基肥，施入量折纯 45 kg/hm2，钾肥按基肥（50%） 和 8.5 叶龄（50%）施入量折纯 80 kg/hm2。
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注：θs 为 0～20 cm 土壤饱和含水率，单位为 %。
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1.3 测定项目与方法
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1.3.1 灌溉水量测定
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各试验小区进水管接装机械水表，于每次灌水后记录灌水量。
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1.3.2 气象数据测定
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气象数据由自动气象站（DZZ 2 型，天津气象仪器厂）记录（图1）。
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1.3.3 株高和叶面积测定
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各处理定苗后标记 3 穴长势均匀的植株进行株高定点观测，抽穗前的株高为田面到剑叶最高点的高度，抽穗后的株高为田面至穗顶的高度。用便携式叶面积仪（LI-3000C，美国 LI-COR 公司）测量水稻叶面积。
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1.3.4 干物质量测定
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各生育期每个试验小区随机选取 3 穴植株，用铁铲将整株水稻挖起，清洗后将植株分为根、叶、茎鞘、穗，在 105℃杀青 30 min，80℃烘干至恒重，测定干物质量。
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图1 2020 年水稻生长期气温和降水量日变化
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1.3.5 产量测定
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各小区选取 1 m2 水稻收割，晾晒至含水率约 14% 时测产。各处理随机选取 3 穴植株进行考种，考察的产量相关性状包括单位面积有效穂、每穗粒数、千粒重、结实率等。
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1.3.6 土壤 NH4 +-N 和 NO3--N 测定
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各小区在水稻成熟期取 0～20、20～40、 40～60 cm 土壤样品，各土层带样品充分混匀，剔除残茬及砾石等，用 2 mol/L KCl 浸提土壤，过滤后装入 50 mL 瓶中待测。土壤 NH4 +-N 和 NO3--N 含量采用连续流动分析仪（AutoAnalyzer-3 型，德国 Bran+Luebbe 公司）测定。
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1.4 计算方法和数据分析
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本文中水稻干物质累积用 Logistic 模型量化[18]。
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式中，y 为干物质量（kg/hm2）；a 为干物质潜在最大值（kg/hm2）；b 为回归参数，b>0；k 为增长率， k<0；t 为移栽后天数（d）。
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始盛期（T1，d）、高峰期（T2，d）和盛末期（T3，d）为 3 个特征点，T2 对应最快增长速率 [Vmax，kg/（hm2 ·d）]，0～T1、T1～T3、T3～∞ 分别为渐增期、快增期、缓增期。特征值方程分别为：
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式中，ΔT 为快增期持续时间（d）。
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相关水氮利用率计算方法如下[19]：
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数据分析和处理采用 Excel 2019、SPSS 22.0，用 Duncan 进行处理间的多重比较，用 Origin 2022 进行 Logistic 生长函数拟合并作图。模型有效性通过效率系数、一致性指数和决定系数评价[20]。
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2 结果与分析
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2.1 秸秆还田下灌溉模式对水稻株高和叶面积指数的影响
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不同处理水稻株高的变化趋势基本相同，返青期至拔节期水稻株高迅速增大，抽穗开花期后水稻株高增长幅度趋于平稳，成熟期株高达到最大（图2a）。水稻返青期株高差异不显著，分蘖期各处理株高差异逐渐显现，返青期到分蘖期水稻株高平均增幅达 177.48%，拔节期各处理水稻株高差异不显著，分蘖期到拔节期水稻株高平均增幅达 60.64%，抽穗期各处理水稻株高介于 92.1～97.9 cm，拔节期到抽穗期 CI+SR 处理株高增幅最小，为 7.69%，各处理水稻株高增幅降至 9.56%，拔节期到乳熟期各处理株高增幅进一步降低至 4.06%，成熟期 CI+SR 处理水稻株高最小，显著低于 FI 和 SI+SR 处理（P<0.05）。水稻叶面积指数在不同生育期变化趋势保持一致，体现为先增后减，抽穗期达到峰值（图2b）。在分蘖期和拔节期秸秆还田各处理叶面积指数显著低于 FI 处理（P<0.05），分蘖期到拔节期各处理水稻叶面积指数平均增幅最大，为 39.74%，抽穗期到成熟期 CI+SR 处理叶面积指数较 FI 处理平均提高 6.97%，成熟期 CI+SR 处理叶面积指数显著高于其他处理（P<0.05）。
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图2 秸秆还田下灌溉模式对水稻株高和叶面积指数的影响
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注：小写字母不同表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。
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2.2 秸秆还田下灌溉模式对水稻干物质的影响
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试验结果表明，不同处理水稻干物质累积量随生育期推进增长幅度逐渐减小，乳熟期至成熟期干物质累积增幅最小，平均为 13.03%（图3）。与 FI 处理相比，FI+SR 和 SI+SR 处理对水稻干物质累积起抑制作用，CI+SR 处理可促进水稻中后期干物质累积。成熟期 FI+SR 和 SI+SR 处理干物质累积差异不显著，较 FI 处理分别降低 9.66%、 5.70%，CI+SR 处理水稻干物质累积量较 FI 处理提高 9.01%。抽穗期后，各处理水稻穗部干物质迅速增大，抽穗期到乳熟期穗部干物质增幅为 68.03%～100.74%，乳熟期到成熟期平均增幅为 37.23%。秸秆还田下灌溉模式对水稻不同生育期干物质的影响均达显著水平（P<0.05）。
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图3 秸秆还田下灌溉模式对水稻干物质的影响
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4种处理模型一致性指数、效率系数、决定系数分别为 0.9985～0.9998、0.9580～0.9955、 0.9910～0.9991，可较好地拟合水稻干物质累积过程（表2）。各处理水稻干物质累积的理论最大值为 14780.81～18110.69 kg/hm2，与 FI 处理相比，FI+SR 和 SI+SR 处理水稻理论最大值分别降低 9.51%、5.60%，CI+SR 处理水稻理论最大值增加 10.88%。
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对 Logistic 生长方程求一阶导数，得到秸秆还田下灌溉模式对水稻干物质累积速率随时间的变化曲线（图4）。秸秆还田下不同灌溉模式水稻干物质累积速率随水稻移栽后天数的推进先增大后减小。水稻生育前期 FI 处理下水稻干物质累积速率高于秸秆还田处理，其中 CI+SR 处理水稻干物质累积速率最低；水稻生育中期 CI+SR 处理水稻干物质累积速率明显高于其他处理；水稻生育后期 FI、 FI+SR 和 SI+SR 处理水稻干物质累积速率接近，均高于 CI+SR 处理。
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图4 秸秆还田下灌溉模式对水稻干物质累积速率的影响
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对 Logistic 生长方程求二阶导数，得到秸秆还田下灌溉模式对水稻干物质累积过程主要特征值（表3）。不同处理水稻干物质累积速率平均快增期为 33.49 d，CI+SR 处理干物质累积速率快增期最短，为 28.39 d。干物质累积达到最大增长速率平均时间为 70.11 d，处理间干物质累积最快增长速率出现时间差异较小。秸秆还田处理推迟水稻干物质累积始盛期， CI+SR 处理干物质累积始盛期较 FI 处理推迟 4.46 d。 FI、FI+SR 和 SI+SR 处理水稻干物质最快增长速率较 CI+SR 处理分别降低 27.19%、35.37%、30.08%。
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注：T1 为始盛期，T2 为高峰期，T3 为盛末期，ΔT 为快增期持续时间，Vmax 为最快增长速率。
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2.3 秸秆还田下灌溉模式对水稻产量的影响
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不同处理间水稻产量差异显著（P<0.05），水稻产量介于 7703.56～9111.34 kg/hm2，与 FI 处理相比，FI+SR 和 SI+SR 处理水稻产量分别降低 9.92%、4.59%，CI+SR 处理水稻产量提高 6.55% （表4）。CI+SR 处理通过增加单位面积有效穗和穗粒数提升水稻产量，FI+SR 处理降低水稻结实率，各处理间水稻千粒重差异不显著（P<0.05）。
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注：小写字母不同表示处理间差异显著（P<0.05）。
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2.4 秸秆还田下灌溉模式对水稻水氮利用的影响
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与 FI 处理相比，FI+SR 处理显著降低水稻 IWUE、WUE（P<0.05），SI+SR、CI+SR 处理分别显著提升水稻 IWUE、WUE（P<0.05），其中 CI+SR 处理水稻 IWUE、WUE 最大，较 FI+SR 处理提高 89.87%、77.45%（图5a）。各处理水稻 AEN、PFPN 分别介于 21.24～34.04、70.03～82.83 kg/kg，CI+ SR 处理水稻 AEN、PFPN 显著高于其他处理 （P<0.05），水稻 AEN、PFPN 较 FI+SR 处理分别提高 60.26%、18.27%（图5b）。
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2.5 秸秆还田下灌溉模式对土壤氮素残留的影响
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各处理 NH4 +-N 含量均随土层深度的增加而降低，0～20 至 20～40 cm 土层，20～40 至 40～60 cm 土层，各处理 NH4 +-N 含量平均降幅分别为 8.74%、10.46%（图6a）。各土层中不同处理 NH4 +-N 含量差异显著（P<0.05），FI+SR、SI+SR、CI+SR 处理 NH4 +-N 含量较 FI 处理平均分别增加 14.45%、 30.64%、47.05%。0～20、20～40、40～60 cm 土层中，秸秆还田处理 NH4 +-N 含量较 FI 处理平均增加 33.44%。各处理 NO3--N 含量均随土层深度的增加呈先增大后减小的趋势，且 0～20 cm 土层中的 NO3--N 含量低于 40～60 cm 土层，0～20 cm 土层各处理 NO3--N 含量差异不显著（图6b）。20～40、 40～60 cm 土层中，FI+SR、SI+SR、CI+SR 处理 NO3--N 含量较 FI 处理平均分别降低 6.37%、 16.16%、18.43%。
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图5 秸秆还田下灌溉模式对水稻水氮利用的影响
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图6 水稻成熟期不同深度土层 NH4 +-N 和 NO3--N 含量
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3 讨论
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3.1 秸秆还田下灌溉模式对水稻农艺性状的影响
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水稻株高是衡量水稻生长状态的指标，过高或过低都会使作物减产，高产水稻理想株高为 100 cm，适宜范围在 95～105 cm[21]。本研究中各处理水稻株高均在此范围内，说明当前处理水稻可达较高产量，水稻生育期内 CI+SR 处理株高最小，一方面，秸秆分解产生有机酸、甲烷等物质抑制水稻生长，同时由于水稻秸秆高碳氮比，使得微生物分解秸秆时与水稻幼苗“争氮”，抑制水稻初期生长发育[22]；另一方面，控制灌溉模式水稻生育前期水分胁迫抑制水稻株高，这与甄博等[23]研究结果一致。叶面积指数是反映作物光能利用状况和群体生长情况的综合指标，其大小与水稻最终产量高低关系密切。叶文培等[24]研究发现，秸秆还田处理在水稻生育前期对叶面积影响较小，生育中期可显著增加水稻叶面积。本试验表明，CI+SR 处理水稻乳熟期和成熟期叶面积指数显著高于其他处理，这可能是由于水稻生育中后期，控制灌溉模式下秸秆大量腐解，增加了土壤中作物所需速效养分，从而促进水稻群体生长[25]。
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3.2 秸秆还田下灌溉模式对水稻干物质的影响
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水稻干物质的构成与光合产物在不同器官中的积累和分配紧密相关，不同的灌溉模式、施肥方式、秸秆还田等均能影响作物干物质量的积累过程。张武益等[26]试验表明，灌溉方式和秸秆还田互作能显著影响水稻群体发育，干湿交替灌溉结合覆盖还田可减少秸秆还田的负面影响，提高水稻成熟期干物质积累量。本研究中，水稻秸秆还田结合控制灌溉可促进水稻孕穗期之后的生长发育，明显增加了水稻抽穗期的植株干物质累积量，使水稻成熟期获得较高的干物质积累量，保证了较高籽粒产量，这可能由于在该条件下利于水稻生育后期养分向穗部的转移，水稻细胞增殖加快，幼穗分化增多以及更高效的光合产物生产方式所导致[27]。以往研究中，灌溉、耕作方式、土壤质地及水文气象等均能影响干物质累积，从而改变拟合方程参数[28]。本研究中，秸秆还田下不同灌溉模式没有改变干物质累积变化趋势，但不同处理所对应的始盛期、高峰期、盛末期累积量与速率有所不同。有研究表明，水稻干物质累积与干物质最大增长速率出现时间呈正比，与快增期持续时间呈反比[29]。这与本研究结果存在差异，本研究中，CI+SR 处理可明显缩短干物质累积速率快增期持续时间，但各处理间干物质累积高峰期出现天数没有明显差异，相比 FI 处理，秸秆还田下控制灌溉快增期持续时间更短、增长速率更大，有利于水稻干物质在生长中期快速累积，因此，也可将快增期和最快增长速率作为衡量干物质累积的标志。此外，水稻移栽后天数作为干物质累积过程的自变量，由于年际间气候不同模拟结果可能产生偏差，而各生育期植株干物质累积所需热量固定，目前已有学者利用辐热积、有效积温与干物质累积量进行不同模型的干物质累积动态模拟[30]，取得一定进展，但目前尚未建立一种更加普适的模拟模型，这也是下一步继续开展和完善工作的方向。
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3.3 秸秆还田下灌溉模式对水稻产量及水氮利用的影响
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水稻产量是植株干物质累积和转运的结果，不同水分条件、秸秆腐解速率等因素均会影响水稻单位面积有效穗、结实率等，进而影响最终产量[31]。本试验表明，秸秆还田条件下，控制灌溉模式通过增加单位面积有效穗和穗粒数显著提升水稻产量，常规淹灌和浅湿灌溉水稻有不同程度的减产，其原因可能在于控制灌溉模式下水稻无效分蘖减少，并增加水稻生育中后期根、叶、穗中细胞分裂素含量，延迟植株衰老并调控籽粒中蔗糖淀粉代谢酶的活性，同时提高水稻茎鞘中非结构性碳水化合物向籽粒的转运率，更利于大穗形成[32]，此外，秸秆还田下控制灌溉模式水稻根区通气性增强，使得根系构型更优、根系活力更强，水稻生育中后期秸秆大量腐解，活跃的根系可保证水分养分的充分供给，促使水稻产量提高[33]。有研究表明，一定范围内，灌水量越小或施氮量越大则水分利用效率越高；施氮量越小则氮肥利用效率越大[34]。本试验中，秸秆还田下浅湿灌溉与控制灌溉均能显著提升水稻 IWUE、WUE，尽管水稻在浅湿灌溉模式下有一定程度的减产，但节水灌溉灌水量更少，田面不建立或保持较浅水层，稻田渗漏量、排水量更低，对于雨水利用更充分，因此提升了水稻 IWUE、 WUE。氮肥利用率是衡量施氮效应的重要指标， Sun 等[35]研究表明，适宜的水分胁迫可促进水稻氮素吸收，并能提高籽粒产量。本试验中，秸秆还田下控制灌溉处理水稻 AEN、PFPN 显著提高，这可能是由于控制灌溉下加速土壤有机质矿化，水稻生育后期秸秆大量腐解，土壤肥力增加，促进水稻氮素吸收与产量提升，进而提高氮肥利用率。
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3.4 秸秆还田下灌溉模式对土壤氮素残留的影响
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土壤 NH4 +-N 和 NO3--N 是水稻吸收利用的主要形态，其含量及分布特征受土壤理化性质、秸秆还田、灌溉模式、施氮量等影响[36]。多数学者认为，连年施加秸秆可增加土壤肥力[37]，但对于秸秆还田后土壤无机氮含量的研究却存在差异。刁晓林等[38]研究表明，水稻秸秆还田增加了土壤溶液中 NH4 +-N 的含量，降低了水稻生育后期土壤溶液中 NO3--N 的含量，这与本研究结果相似，一方面，秸秆还田后提高土壤微生物活性，增加土壤有机质含量，土壤有机质含量升高使得土壤对无机氮固持能力提升[39]；另一方面，秸秆还田同时增加土壤孔隙度，NO3--N 更易随大孔隙下渗，使得 NO3--N 淋失，含量降低。而张雅洁等[40]研究认为，秸秆还田会降低表层土壤 NH4 +-N 含量，本研究中各处理表层土壤 NH4 +-N 含量差异不显著，这可能是由于不同秸秆还田年限下不同试验地土壤容重变化、氮素硝化过程存在差异所致。此外，控制灌溉模式可提高土壤 NH4 +-N 含量，这是由于控制灌溉较常规淹灌和浅湿灌溉更能提高土壤含氧量，有利于土壤脲酶水解肥料氮素，从而使土壤 NH4 +-N 含量提升，同时，NH4 +-N 易被土壤胶体固定和吸附，不易向下层土壤淋失[41]。NO3--N 含量在 20～40 cm 土层出现累积区，该现象随灌水量增加变得更加明显，这是由于 NO3--N 易溶于水，且不易被土壤吸附，常规淹灌模式会有更多重力水下渗，使得更多 NO3--N 向深层土壤淋失，增加了地下水污染风险。
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4 结论
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秸秆还田下控制灌溉模式水稻干物质累积快增期持续时间更短、增长速率更大，有利于水稻植株生长中期干物质累积，能显著提高水稻产量与水氮利用率。同时，秸秆还田下控制灌溉可提升各土层 NH4 +-N 含量，增加氮素供应，降低 20～40、40～60 cm 土层 NO3--N 含量，使 NO3--N 不易向下层土壤淋失，可降低地下水污染风险。
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摘要
为阐明秸秆还田下灌溉模式对黑土稻作产量形成、水氮利用及土壤氮素残留的影响。通过设置常规淹灌 （FI）、常规淹灌 + 秸秆还田（FI+SR）、浅湿灌溉 + 秸秆还田（SI+SR）、控制灌溉 + 秸秆还田（CI+SR）共 4 个处理，研究秸秆还田下灌溉模式对水稻农艺性状、产量、水氮利用率及土壤 NH4 + -N 和 NO3 - -N 残留的影响。结果表明，水稻叶面积在抽穗期达到峰值，抽穗期到成熟期 CI+SR 处理叶面积指数较 FI 处理平均提高 6.97%。与 FI 处理相比，FI+SR 和 SI+SR 处理对水稻干物质累积起抑制作用，CI+SR 处理可促进水稻中后期干物质累积。不同处理水稻干物质累积速率平均快增期为 33.49 d，CI+SR 处理干物质累积速率快增期最短，为 28.39 d，FI、 FI+SR 和 SI+SR 处理水稻干物质最大增长速率较 CI+SR 处理分别降低 27.19%、35.37% 和 30.08%。与 FI 处理相比，FI+SR 和 SI+SR 处理水稻产量分别降低 9.92% 和 4.59%，CI+SR 处理通过增加单位面积有效穗和穗粒数使产量提高 6.55%，并显著提高水稻水氮利用率（P<0.05）。秸秆还田处理 NH4 + -N 含量较 FI 处理平均增加 33.44%， 20 ～ 40、40 ～ 60 cm 土层中，FI+SR、SI+SR、CI+FI 处理 NO3 - -N 含量较 FI 处理平均分别降低 6.37%、16.16%、 18.43%。综上所述，秸秆还田下控制灌溉模式可作为节水、省肥、减排并兼顾产量的最优组合。
Abstract
In order to elucidate the effects of irrigation modes under straw returning to field on rice yield formation，water and nitrogen utilization and soil nitrogen residue in black soil，a total of four treatments，namely conventional flooding irrigation （FI），conventional flooding irrigation + straw returning to field（FI+SR），shallow wet irrigation + straw returning to field （SI+SR）and controlled irrigation + straw returning to field（CI+SR），were set up to study the effects of irrigation modes under straw returning to field on rice agronomic traits，yield，water and nitrogen use efficiency，soil NH4 + -N and NO3 - -N residues. The results showed that the leaf area of rice reached its peak at heading period，and leaf area index of the CI+SR treatment was 6.97% higher than that of the FI treatment from heading to maturity. Compared with FI treatment，FI+SR and SI+SR treatment inhibited rice dry matter accumulation，and the CI+SR treatment promoted dry matter accumulation in the middle and late stages of rice. The average rapid increase period of the dry matter accumulation rate of rice in the different treatments was 33.49 days，and the CI+SR treatment had the shortest period of rapid increase in dry matter accumulation rate at 28.39 days. The maximum increase rate of rice dry matter was 27.19%，35.37% and 30.08% lower in the FI，FI+SR and SI+SR treatments，respectively，than that in the CI+SR treatment. Compared to the FI treatment，FI+SR and SI+SR treatments reduced rice yield by 9.92% and 4.59%，respectively. The CI+SR treatment increased rice yield by 6.55% by increasing effective spikes per unit area and number of grains in a spike，and significantly increased water and nitrogen use efficiency（P<0.05）. The NH4 + -N content of the straw return treatment was 33.44% higher than that of the FI treatment. In the 20-40 and 40-60 cm soil layers，the NO3 - -N content in the FI+SR，SI+SR and CI+SR treatments was decreased on average by 6.37%，16.16% and 18.43%，respectively，compared to the FI treatment. In summary，controlled irrigation with straw returning to field can be used as an optimal combination of water saving，fertilizer saving，emission reduction and yield.
Keywords
returning straw to field ； irrigation modes ； rice ； yield ； water and nitrogen utilization