短期不同秸稈還田與耕作方式對土壤養(yǎng)分與稻麥周年產量的影響

顧克軍，張傳輝，顧東祥，張斯梅，石祖梁，楊四軍

(江蘇省農業(yè)科學院農業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京 210014)

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短期不同秸稈還田與耕作方式對土壤養(yǎng)分與稻麥周年產量的影響

顧克軍，張傳輝，顧東祥，張斯梅，石祖梁，楊四軍

(江蘇省農業(yè)科學院農業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京 210014)

【目的】明確秸稈還田與耕作方式短期內對稻麥周年產量與土壤肥力的影響?！痉椒ā吭诘湫偷钧溳喿鲄^(qū)設置了2種耕作方式(旋耕與耕翻)和4種秸稈還田模式(稻秸還田、麥秸還田、稻麥秸雙季還田與雙季秸稈皆不還田)的裂區(qū)試驗?！窘Y果】短期內2種耕作方式對土壤養(yǎng)分含量都沒有顯著影響，旋耕處理有大于耕翻處理的趨勢，但達不到顯著水平。所有秸稈還田處理都可不同程度地提高0～20 cm土壤養(yǎng)分含量。在土壤全氮含量、總磷、堿解氮、速效磷、速效鉀及有機質方面，都以秸稈雙季還田處理最高，顯著高于秸稈不還田處理，其中以全氮含量增加最多，達19.5 %。秸稈單季還田處理在土壤總磷、堿解氮、速效鉀、有機質含量與秸稈不還田處理間沒有顯著差異，而土壤全氮含量顯著高于秸稈不還田處理。稻秸單季還田處理除了土壤速效磷顯著高于麥秸還田處理外，在其它土壤養(yǎng)分含量間沒有差異。稻麥周年總產以耕翻處理略高于旋耕處理，秸稈還田處理比不還田處理略減，各處理間產量均達不到顯著差異。在短期內，秸稈還田有利于提高土壤養(yǎng)分含量，而2種耕作方式對土壤養(yǎng)分含量基本沒有影響，秸稈還田與耕作方式皆不會顯著影響稻麥周年產量。【結論】稻麥輪作區(qū)推廣秸稈還田有利于培肥土壤，配合適當?shù)母鞣绞娇梢苑€(wěn)定稻麥周年產量。

秸稈還田；耕作；小麥；水稻；土壤養(yǎng)分；產量

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2009-2011年度在江蘇省揚中市油坊鎮(zhèn)長旺村進行。試驗采用2因素裂區(qū)設計，主區(qū)為耕作方式，分為耕翻(P)與淺旋(R)2種水平，耕翻24～28 cm深度，淺旋10～12 cm深度，副區(qū)為秸稈還田方式，分為稻麥雙季秸稈還田(Swr)、小麥秸稈還田(Sw)、水稻秸稈還田(Sr)和秸稈不還田(S0)4個水平，每處理3次重復，小區(qū)面積為5 m×6 m(表1)。稻麥皆用聯(lián)合收割機收獲作業(yè)，在聯(lián)合收割機上加裝切草和碎草勻鋪裝置，實現(xiàn)秸稈就地切碎勻鋪還田，秸稈長度5～10 cm。

表1 試驗處理

試驗從2009年10月麥季開始，2011年6月麥季結束。試驗稻季麥秸還田量約7500 kg/hm2,麥季稻秸還田量約為9000 kg/hm2,小麥品種為揚麥16，水稻品種為鎮(zhèn)稻10號。

小麥播種時間為2009年11月3日和2010年11月1日，播量150 kg/hm2，機械勻播，總氮270 kg/hm2，氮∶磷(P2O5)∶鉀(K2O)=1∶0.5∶0.5,氮肥基追比5∶5，磷鉀肥都作基肥，田間管理同常規(guī)。水稻機插秧時間2010年6月15日，每公頃為25.5萬穴，每穴3～4苗，總氮300 kg/hm2，氮∶磷(P2O5)∶鉀(K2O)=1∶0.5∶0.5,氮肥基追比4∶6，磷鉀肥都作基肥，田間管理同常規(guī)。

1.2 數(shù)據(jù)采集

在2010年水稻收獲前1 d在每個處理區(qū)隨機調查3個2 m長的水稻穗數(shù)(邊行除外)，以計算單位面積成穗數(shù)，按5點取樣法取5穴水稻植株，進行考種。每處理去除邊行后隨機取2 m2計產(已避開考種取樣點)。

在2011年6月1日小麥收獲前2 d進行取樣，用取土器在每個處理區(qū)按5點取樣法分別取0～20 cm土層土壤，并充分混勻，置于陰涼通風處攤晾風干，進行土壤養(yǎng)分測定。在2011年小麥收獲前1 d在每個處理區(qū)隨機調查3個2 m長的小麥穗數(shù)(邊行除外)，以計算單位面積成穗數(shù)，按5點取樣法取10個典型單株進行考種。每處理去除邊行后隨機取2 m2計產(已避開考種取樣點)。

以2010年水稻與2011年小麥的單位產量計算各個處理稻麥周年總產。

1.3 樣品測定

土壤有機質采用重鉻酸鉀外加熱氧化法，全氮采用半微量開氏法，堿解氮采用堿解擴散法,總磷和速效磷采用鉬銻抗比色法，速效鉀采用火焰光度計比色法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel2010軟件進行數(shù)據(jù)預處理與繪圖，用DPS10.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 對土壤肥力的影響

由表2可以看出，短期內不同耕作方式對土壤養(yǎng)分的影響不顯著，秸稈還田對土壤養(yǎng)分的影響可達極顯著水平，秸稈還田與耕作方式間的互作對0～20 cm土壤層養(yǎng)分含量的影響并不顯著。

不管采用翻耕還是旋耕，秸稈還田處理都較不還田處理的土壤養(yǎng)分有不同程度的提高。在土壤全氮含量、總磷、堿解氮、速效磷、速效鉀及有機質方面，都以秸稈雙季還田處理最高，顯著高于秸稈不還田處理，其中以全氮含量增加最多，達19.5 %。秸稈單季還田處理在土壤總磷、堿解氮、速效鉀、有機質含量方面與秸稈不還田處理間沒有顯著差異，而在土壤全氮方面則顯著高于秸稈不還田處理。稻秸單季還田處理除了在土壤速效磷方面顯著高于麥秸還田處理外，在其它土壤養(yǎng)分含量間沒有差異。在土壤養(yǎng)分含量方面，總體表現(xiàn)為秸稈雙季還田>秸稈單季還田>秸稈不還田。

2.2 對稻麥周年產量的影響

2.2.1 水稻產量及其結構 由表3可以看出，短期內無論耕作或秸稈還田處理都未對水稻產量產生顯著影響。耕翻處理比淺旋處理的水稻產量低1.2 %，秸稈還田處理水稻產量比秸稈未還田處理低0.7 %，兩者都未達顯著差異。從產量構成來看，與旋耕處理相比，耕翻處理的單位穗數(shù)減少4.8 %，而穗粒數(shù)與千粒重增加都不到1 %，這是耕翻處理比旋耕處理產量略低的主要原因。秸稈還田處理也導致單位穗數(shù)比不還田處理少2.3 %，而每穗粒數(shù)和千粒重僅增加0.3 %～0.4 %，單位成穗數(shù)減少也是秸稈還田產量略減的主要原因。

表2 不同處理對土壤養(yǎng)分的影響

注：同列數(shù)據(jù)后小寫字母不同表示各處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note：Different small letters in the same column mean significant difference at 0.05 level. The same as below.

表3 不同處理對水稻產量與結構的影響

表4 不同處理對小麥產量與結構的影響

在所有秸稈還田處理中，稻麥秸稈雙季還田會導致水稻產量下降得更多些，主要原因在于單位成穗數(shù)減少。

2.2.2 小麥產量及其結構 由表4可以看出，短期內無論耕作或秸稈還田處理也都未對小麥產量產生顯著影響。耕翻處理比淺旋處理的小麥產量低0.2 %，秸稈還田處理小麥產量比秸稈未還田處理低1.8 %，兩者都未達顯著差異。從產量結構來看，耕翻與旋耕處理對稻茬麥產量結構的影響基本一致，與秸稈不還田相比，秸稈還田使小麥單位成穗數(shù)增加2.0 %，但每穗粒數(shù)下降了3.7 %，千粒重下降了0.5 %，因而導致秸稈還田略微減產。在所有秸稈還田處理中，稻麥秸稈雙季還田會導致小麥產量下降得更多些，在3季生產周期內當季小麥產量受上季稻秸還田的影響要稍大于上季小麥秸稈還田。

2.2.3 對稻麥周年產量的影響 由圖1可看出，短期內不同耕作與秸稈還田方式對稻麥周年總產的影響有限，耕翻處理周年稻麥總產僅比旋耕處理高10.8 kg/hm2，增產幅度不到0.1 %，而秸稈還田處理比不還田處理減產93.9 kg/hm2，減產幅度也僅為0.7 %。這表明無論秸稈還田或耕作方式在短期內都對稻麥周年產量不會產生顯著影響。

圖1 秸稈還田與耕作方式對稻麥周年產量的影響Fig.1 Effects of straw returning and tillage on annual yield of rice and wheat

3 討 論

秸稈還田對土壤肥力的影響比較一致，多數(shù)研究顯示無論短期還是長期秸稈還田都有助于提高0～20 cm土層N、P、K 3元素以及土壤有機質含量，這些養(yǎng)分的積累隨著還田年限的增加, 增幅逐漸下降, 漸漸達到趨于平穩(wěn)的狀態(tài)[18-21]。本文研究結果也與之類似，秸稈還田顯著提高了土壤養(yǎng)分含量，尤其稻麥秸稈雙季還田效果更為明顯，原因可能是秸稈還田后秸稈腐解給土壤帶來一部分秸稈中的養(yǎng)分，使得土壤養(yǎng)分得到補充。同時在秸稈還田后，秸稈周圍大量微生物快速繁殖加速了秸稈中有機態(tài)養(yǎng)分的分解釋放, 可提高土壤有機質含量[22]。本研究表明，無論是哪一種秸稈還田方式，旋耕處理的土壤表層全氮含量總是大于對應翻耕還田處理，可能是短期翻耕使得土壤20 cm下部的土壤逐漸翻到上層，使得上層土壤(20 cm)全氮含量稀釋，這與傳統(tǒng)的少免耕具有養(yǎng)分表聚效應有關[23]。劉世平等(2005)研究表明，少耕動或不翻動土壤耕層，僅將肥料與殘茬施在土壤表層，則養(yǎng)分主要富集在耕層[24]，而本研究的旋耕是在0～12 cm土層內進行的少耕，無論是秸稈還田與不還田，均使得該層土壤全氮含量高于耕翻。

土壤耕翻處理導致稻麥產量有所下降，其主要原因可能是耕翻破壞了耕層原有土壤結構，生土層進入表層，降低了表層土壤的肥力水平。與此同時，由于作物秸稈中C/N比一般較高，秸稈全量還田后在秸稈分解初期使微生物自身繁殖生長表現(xiàn)為缺氮，促使其從土壤中吸收礦質氮素[25-26]，造成微生物和植株競爭氮素養(yǎng)分，從而短期內加劇了表層土壤肥力的短缺，影響作物早期生長，尤其稻麥秸稈雙季全量還田對產量的影響更大些。本研究結果顯示不同秸稈還田處理對稻麥產量的影響均達不到顯著水平，這與Prasad(1999)[10]、喬玉強(2013)等[11]研究結果一致，但與馬宗國(2003)[12]、張洪熙(2006)[13]等的研究有所不同，這可能與秸稈還田后是否采取適宜的農藝措施有關，顧克軍(2015)對稻秸還田小麥播種后進行適當鎮(zhèn)壓，顯著提高了當季小麥的產量[27]。長期來看，秸稈還田有利于改善土壤性狀，從而有利于穩(wěn)定或提高作物產量[28-29]，同時還能部分替代化學肥料的投入[30-31]，但相關替代技術及其機理還有待系統(tǒng)研究。

4 結 論

在土壤養(yǎng)分含量方面，短期內總體表現(xiàn)為秸稈雙季還田>秸稈單季還田>秸稈不還田，旋耕處理>翻耕。秸稈還田與耕作方式短期內對稻麥周年產量未產生顯著影響。在長江下游稻麥輪作區(qū)推廣秸稈還田有利于培肥土壤，農機與農藝的融合有利于穩(wěn)定稻麥周年產量。

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(責任編輯 陳 虹)

Effects of Different Straw Returning and Tillage Methods on Annual Yield and Soil Nutrients under Rice-wheat Rotation System in Short-term

GU Ke-jun，ZHANG Chuan-hui，GU Dong-xiang，ZHANG Si-mei，SHI Zu-liang，YANG Si-jun

(Institute of Agricultural Resource and Environment，Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，Jiangsu Nanjing 210014, China)

【Objective】The present study was conducted to understand the effects of straw returning and tillage methods on annual production and soil fertility under rice-wheat rotation system in the short term.【Method】The split-plot experiments with two kinds of tillage methods (rotary tillage and plowing tillage) and four patterns of straws returning (rice straw returning in wheat season, wheat straw returning in rice season, rice and wheat straw returning and no straw returning) to field were set up in typical rice-wheat rotation area. 【Results】There was no significant effect on the soil nutrient contents between two kinds of tillage in short term. However, there was a tendency that the soil nutrient contents were higher in the rotary tillage than that in the plowing tillage. All the treatments with straw returning more or less increased the soil nutrient contents within 0-20 cm soil. The annual straw returning treatments had the highest contents of soil total nitrogen, total phosphorus, available nitrogen, available phosphorus, available potassium and organic matter, which were significantly higher than no straw returning treatments, even with total nitrogen content increased by 19.5 %. There was no significant difference in contents of soil total phosphorus, available nitrogen, available potassium and organic matter, but the total nitrogen content was significantly higher in the straw returning in single season than that in no straw returning treatments. Compared to the wheat straw returning treatment, the soil nutrients in the rice straw returning treatments varied rarely, except for the content of available phosphorus in soil being higher significantly. The annual yields of rice and wheat were slightly higher in the rotary tillage than that in plowing tillage treatments under rice-wheat rotation system, while the annual yields were slightly lower in the straw returning than that in no straw returning treatments, but there were no significant differences among all treatments. In short term, the soil nutrients could be improved by straw returning but not by tillage. The annual yields of rice and wheat were not affected significantly by the straw returning and tillage methods.【Conclusion】The promotion of straw returning is beneficial for soil fertility and stable yield with proper tillage methods under rice-wheat rotation system in short-term.

Straw returning; Tillage; Rice; Soil nutrients; Wheat yield

1001-4829(2017)6-1408-06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.6.029

2016-07-10

江蘇省科技支撐項目(BE2015673)；國家公益性行業(yè)(農業(yè))項目(201503136-7)；江蘇省農業(yè)自主創(chuàng)新項目[CX(14)4076]

顧克軍(1972-)，男，江蘇建湖人，碩士，副研究員，主要從事稻麥栽培與秸稈資源利用研究，E-mail:gkjjaas@163.com, Tel:025-84390198。

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