不同耕作方式下稻草還田的土壤肥力與產(chǎn)量效應研究

陳 敏，胡雄偉，魯霞飛，陳 普，熊艷輝，熊 暉，劉 華，李文平

（桃江縣農(nóng)業(yè)局，湖南 桃江 413400）

秸稈還田其實是人類對自然生態(tài)系統(tǒng)的模仿，是秸稈的自然歸宿和重要出路。近年來，國內(nèi)外研究人員對還田后秸稈的分解、培肥和增產(chǎn)作用進行了深入的研究[1-3]。然而，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，秸稈的農(nóng)業(yè)利用無論在理論還是實踐上都存在著一些值得進一步探討的問題。例如，農(nóng)業(yè)機械化的進一步推進，不同耕作下秸稈還田對土壤肥力和作物生長及產(chǎn)量有何影響？對于不同的土壤，特別是土壤肥力比較差、有機物養(yǎng)分可循環(huán)再利用潛力較大的紅壤水田，秸稈還田能在多大程度上替代化學肥料特別是氮肥的作用，減少化肥的投入，提高經(jīng)濟效益？因此針對紅壤地區(qū)的環(huán)境條件，選擇湖南省桃江縣開展雙季稻作區(qū)水稻秸稈管理試驗。該試驗旨在從理論上進一步肯定作物秸稈作為有機肥源的必要性和可能性，在此基礎上，研究不同耕作方式、N素營養(yǎng)等條件下，稻草還田對農(nóng)田生產(chǎn)力和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響，為充分利用秸稈資源、合理施肥，維持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2003～2004年在湖南省桃江縣牛潭河鄉(xiāng)半嫁洲村進行，供試土壤為河流（資水）沖積物發(fā)育河沙泥土，土壤基本理化性狀為：有機質(zhì)14.1 g/kg，全氮 1.7 g/kg，堿解氮 128.5 mg/kg，速效磷 12.34 mg/kg，速效鉀 115 mg/kg，pH 值 5.32。

1.2 試驗處理

種植制度為稻－稻－冬菜輪作。早晚稻品種分別為早優(yōu)3號和新香優(yōu)80。試驗采用4次重復的裂區(qū)設計。主處理包括：M1：傳統(tǒng)牛耕＋移走稻草（對照）；M2：傳統(tǒng)牛耕＋稻草還田；M3：機械旋耕＋移走稻草；M4：機械旋耕＋稻草還田。稻草還田量早稻為3 500 kg/hm2，晚稻為3 000 kg/hm2。牛耕處理為牛力翻耕，翻耕深度15～18 cm，還田稻草被翻埋到泥中（0～18 cm土層）。機械旋耕處理為旋耕機旋耕，旋耕深度8～10 cm，還田稻草覆蓋于土壤表層。裂區(qū)為施肥處理，即 B1：無氮(對照)；B2：推薦施氮量；B3：習慣施氮量，具體施肥設置見表1。作物收割后取土壤測定速效養(yǎng)分含量，同時取植株樣分別測定谷粒和莖葉的氮、磷、鉀含量，并測產(chǎn)。養(yǎng)分測定方法均為常規(guī)分析方法[4]。

表1 裂區(qū)施肥量 （kg/hm2）

2 結果與分析

2.1 不同耕作方式下稻草還田對土壤有效養(yǎng)分含量的影響

適量稻草于秋季還田后，經(jīng)過冬季的分解，改善了土壤養(yǎng)分供應能力，促進了作物對養(yǎng)分的吸收。對土壤速效養(yǎng)分的分析表明（表2），早稻收獲后，稻草還田的土壤有效養(yǎng)分含量均比移走稻草的高；除速效鉀外，機械旋耕的速效養(yǎng)分均高于傳統(tǒng)牛耕方式。晚稻收獲后，牛耕方式下稻草還田處理的土壤有效氮、磷、鉀含量均比移走稻草的處理高，這是因為將稻草耕入0～18 cm土壤之中，稻草與土壤充分混合，增加了稻草與土壤的接觸面積，有利于土壤微生物分解稻草，從而提高土壤的養(yǎng)分供應能力；而旋耕方式下，稻草還田處理土壤有效氮、速效磷含量低于移走稻草處理，土壤速效鉀含量高于移走稻草處理。

表2 不同處理對土壤速效養(yǎng)分含量的影響 （mg/kg）

3種施肥處理的土壤速效養(yǎng)分除晚稻速效鉀含量外均無顯著差異。

2.2 不同耕作方式下稻草還田對作物吸收養(yǎng)分的影響

土壤速效養(yǎng)分的供應能力影響作物對養(yǎng)分的吸收利用。從表3可以看出，水稻對氮、磷、鉀的吸收量的規(guī)律與土壤有效氮、磷、鉀的規(guī)律一致，同樣表現(xiàn)為早稻稻草還田處理下作物養(yǎng)分吸收量大于移走稻草處理；晚稻牛耕方式下稻草還田處理的作物養(yǎng)分吸收量大于移走稻草處理，而旋耕方式下稻草還田處理下水稻的吸氮量低于移走稻草處理，吸磷和鉀量高于移走稻草處理。但方差分析表明差異均不顯著。旋耕+稻草還田處理下，稻草覆蓋于土壤表面，不利于稻草與土壤混合接觸，而稻草又作為一種含碳豐富的能源物資，直接施于表土會刺激土壤表層微生物迅猛活動，導致有效性高的化肥氮大量被暫時固定，從而減少了作物對當季化肥氮的吸收[5-6]。

表3 不同處理對水稻養(yǎng)分吸收的影響 （kg/hm2）

不同施肥處理下，隨施肥量增加，土壤有效氮的含量提高，作物對氮的吸收量顯著增加，同時也顯著的促進了作物對磷、鉀的吸收。

2.3 不同耕作方式下稻草還田對水稻產(chǎn)量的影響

據(jù)試驗結果統(tǒng)計，2004年4個主試驗區(qū)M1～M4的產(chǎn)量分別為4 043、4 157、3 978和4 119 kg/hm2（圖1）。牛耕方式下，稻草還田比對照田增產(chǎn)114 kg，增產(chǎn)率為2.8%；機械旋耕方式下，稻草還田比對照增產(chǎn)141 kg，增產(chǎn)率為3.5%。由于主區(qū)與副區(qū)因素間無交互作用，用合并處理的方法分析了耕作與殘茬管理對產(chǎn)量的影響，結果表明，傳統(tǒng)牛耕下的產(chǎn)量要稍為高于機械旋耕下的產(chǎn)量，分別為4 100和4 048 kg/hm2。稻草還田下的產(chǎn)量要高于移走稻草下的產(chǎn)量，分別為4 010和4 138 kg/hm2。

圖1 不同處理對產(chǎn)量的影響（2004年）

在裂區(qū)處理中無氮對照的產(chǎn)量為3 118 kg/hm2，建議施氮產(chǎn)量為4 474 kg/hm2，增產(chǎn)43.5%；習慣施N產(chǎn)量為4 631 kg/hm2，比無氮對照增產(chǎn)50.4%，比建議施氮增產(chǎn)3.5%。建議施氮區(qū)增產(chǎn)糧食14.7 kg/kg N，習慣施N區(qū)增產(chǎn)糧食11.4 kg/kg N，施氮量的增加，提高了氮素在稻草中的比例，促進了水稻“奢侈”耗氮現(xiàn)象的發(fā)生[7]，肥料報酬率遞減。方差分析表明，施氮的產(chǎn)量顯著高于不施氮的，而建議施氮與習慣施氮的產(chǎn)量差異不顯著。

2.4 不同耕作方式下稻草還田的經(jīng)濟效益分析

傳統(tǒng)牛耕處理的兩季耕作成本為1 650元/hm2，而機械耕作處理的兩季耕作成本為1 500元hm2，因此可節(jié)約耕作成本150元hm2。對2004年試驗各處理的兩季作物全年總成本、總產(chǎn)出及凈收益進行了調(diào)查，結果表明，雖然稻草還田增加了人工勞動成本，但同時也增加了作物產(chǎn)出，全年純收益仍然高于秸稈不還田對照；并且由于旋耕處理降低了生產(chǎn)成本，旋耕處理下稻草還田的邊際成本報酬率和新增收益率分別為2.12和3.0%，均高于牛耕處理下稻草還田的1.71和2.0%，旋耕處理下稻草還田的增收效益比牛耕處理下稻草還田的增收效益明顯（表4）。

從表4可以看出，在一定施氮水平范圍內(nèi)，隨著氮肥的用量增加，經(jīng)濟效益明顯增加，建議氮處理和習慣氮處理的新增收益率分別達到了67%和71%，兩者差異不顯著。但是前人的研究結果表明，過量的施用氮肥，不僅造成了環(huán)境的污染，同時也影響的作物的生長發(fā)育，氮素肥效下降，肥料報酬率遞減[7]。本試驗中，建議施氮處理的全年施氮量比習慣施氮處理減少純氮80 kg/hm2，其邊際成本報酬率為7.28，高于習慣氮處理的邊際成本報酬率。

表4 不同處理的經(jīng)濟效益比較

3 小結

秋季稻草還田，經(jīng)冬季分解，可有效改善土壤養(yǎng)分供應能力。早稻作物收獲后牛耕和旋耕方式下，稻草還田處理的土壤有效養(yǎng)分含量和作物吸收養(yǎng)分量均高于對照。晚稻旋耕+稻草還田處理下稻草鋪施土壤表面，土壤有效氮、速效磷含量以及作物吸氮量均低于旋耕+移走稻草處理，不利于作物對當季化肥養(yǎng)分的吸收利用。

稻草還田具有一定的增產(chǎn)作用。連續(xù)2 a的試驗結果表明，傳統(tǒng)牛耕和機械旋耕下稻草還田的水稻產(chǎn)量增產(chǎn)率分別為2.8%和3.5%，旋耕+稻草還田增產(chǎn)作用更為明顯。施氮處理的產(chǎn)量顯著高于不施氮處理的產(chǎn)量，且建議施氮與習慣施氮處理的產(chǎn)量差異不顯著，相對于不施氮處理分別增產(chǎn)43.5%和48.5%，而氮肥的農(nóng)學產(chǎn)量效益分別為增產(chǎn)谷粒14.7和11.4 kg/kg N，肥料報酬率隨施氮量增加遞減。

機械旋耕模式下稻草還田配施減量的氮肥，降低了生產(chǎn)成本，氮肥的產(chǎn)量效益增加，提高了經(jīng)濟效益，同時能降低因過量施氮而造成的環(huán)境污染，適宜于亞熱帶紅壤地區(qū)農(nóng)技推廣。

[1]翟軍海，凌 莉，高亞軍，等.補充灌溉、氮素營養(yǎng)與秸稈覆蓋對冬小麥生長及產(chǎn)量的影響研究 [J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2004，12（1）：130-132.

[2]魏 鑫，湯海濤，湯文光，等.稻草不同還田方式對晚稻田土壤供肥特性及產(chǎn)量的影響 [J].湖南農(nóng)業(yè)科學，2008，（5）：76-78，81.

[3]Anthony Whitbread,Graeme Blair,Yothin Konboon,et al.Managing crop residues,fertilizers and leaf litters to improve soil C,nutrient balances,and the grain yield of rice and wheat cropping systems in Thailand and Australia[J].Agriculture,Ecosystem&Environment,2003,100（2-3）：251-263.

[4]中國科學院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海：上?？萍汲霭嫔绯霭妫?987.

[5]Kushwaha CP,Tripathi SK,Singh K P.Variations in soil microbial biomass and N availability due to residue and tillage management in a dryland rice agroecosystem[J].Soil&Tillage Research,2000,56:153-166.

[6]艾應偉，劉學軍，張福鎖，等.旱作與覆蓋方式對水稻吸收利用氮的影響[J].土壤學報，2004，41（1）：152-155.

[7]劉立軍，桑大志，劉翠蓮，等.實時實地氮肥管理對水稻產(chǎn)量和氮素利用率的影響 [J].中國農(nóng)業(yè)科學，2003，36（12）：1456-1461.