長(zhǎng)期定位試驗(yàn)不同耕作方式與秸稈還田對(duì)水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的影響

周文濤 毛燕 唐志偉 吳建軍 許定義 傅志強(qiáng)*

（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華中地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，長(zhǎng)沙410128；2湖南省華容縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南 華容436000；第一作者：1250171795＠qq.com；*通訊作者：zqf_cis＠126.com）

隨著人口增多以及人們生活水平的提高，水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)且對(duì)環(huán)境友好是糧食生產(chǎn)的目標(biāo)。秸稈還田、耕作方式是影響水稻產(chǎn)量以及稻米品質(zhì)的重要因子。秸稈還田可以避免秸稈焚燒造成的環(huán)境危害，并且水稻秸稈富含養(yǎng)分，是一種多功能利用的可再生資源。秸稈還田可以增加土壤耕層的有機(jī)物，提高土壤養(yǎng)分含量，促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，從而提高水稻產(chǎn)量[1-4]。有研究表明，秸稈還田較不還田能明顯提高水稻產(chǎn)量，還能顯著提高稻米中的鐵、鋅含量[5]；秸稈還田能明顯改善稻米外觀和加工品質(zhì)，提高出糙率、精米率，降低堊白度和堊白粒率[6-8]；長(zhǎng)期秸稈還田能夠增加稻米的外觀品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[9]。不同耕作方式會(huì)對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生不同影響[10-15]。有研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田與耕作方式的互作會(huì)使稻米堊白、整精米率、稻米蛋白質(zhì)含量及糊化溫度高于常規(guī)耕作方式[16]。劉世平等[17]也發(fā)現(xiàn)，翻耕移栽加秸稈還田能夠提高稻米整精米率，降低堊白粒率和堊白度。本文通過(guò)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，研究了翻耕、旋耕、免耕及秸稈還田對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，為水稻優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于瀏陽(yáng)市沿溪鎮(zhèn)湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)實(shí)習(xí)基地（113°49′52.35″E，28°18′16.13″N），該地多年平均氣溫17.5℃，1月平均氣溫5.4℃，7月平均氣溫28.7℃。本試驗(yàn)自2017年開始進(jìn)行長(zhǎng)期定位研究，2019年供試品種：早稻為常規(guī)稻中嘉早17，晚稻為雜交稻泰優(yōu)390。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以秸稈是否還田為主區(qū)，耕作方式為副區(qū)。主區(qū)設(shè)秸稈全量還田（S1）與不還田（S0）2個(gè)水平，耕作方式設(shè)T1（早稻翻耕+晚稻翻耕）、T2（早稻旋耕+晚稻翻耕）、T3（早稻旋耕+晚稻旋耕）、T4（早稻旋耕+晚稻免耕）、T5（早稻免耕+晚稻免耕）5個(gè)處理。大區(qū)試驗(yàn)，不設(shè)重復(fù)，設(shè)10個(gè)大區(qū)，每個(gè)大區(qū)面積為105 m2（15 m×7 m）。旋耕采用旋耕機(jī)深入土層5～10 cm，翻耕深入土層20～30 cm。早稻還田冬季作物為紫云英。早稻紫云英還田量為5.58 t/hm2，稻草還田量為16.23 t/hm2。

1.3 試驗(yàn)方法

早稻機(jī)插秧，常規(guī)稻每叢4株，雜交稻每叢2株，株行距14 cm×21 cm；晚稻采用手插秧，株行距15 cm×20 cm。早稻施肥量為氮肥（折算為純N）120 kg/hm2、磷肥（P2O5）60 kg/hm2、鉀肥（K2O）120 kg/hm2；晚稻施肥量為氮肥（折算為純N）150 kg/hm2、磷肥（P2O5）90 kg/hm2、鉀肥（K2O）120 kg/hm2。肥料運(yùn)籌比例：80%作基肥，20%在移栽后7～10 d施入。早稻于4月5日播種，4月25日插秧，7月22日收獲；晚稻于6月20日播種，7月28日插秧，10月27日收獲。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 考種與測(cè)產(chǎn)

水稻成熟時(shí)在各大區(qū)選3個(gè)點(diǎn)，各點(diǎn)取1 m2水稻用于產(chǎn)量測(cè)定（以每1 m2株數(shù)確定取樣株數(shù)）。

1.4.2 外觀品質(zhì)

選取樣品100粒，用種子外觀品質(zhì)分析儀進(jìn)行稻米堊白度和堊白粒率等指標(biāo)的測(cè)定。測(cè)定方法參照GB/T17891-1999《優(yōu)質(zhì)稻谷》。

1.4.3 加工品質(zhì)

參照GB/T17891-1999《優(yōu)質(zhì)稻谷》測(cè)定。從去除泥沙雜質(zhì)的稻谷樣品中，稱取試樣3份，每份100 g。用出糙機(jī)脫殼出糙，糙米稱重，再計(jì)算得出糙米率。從測(cè)定糙米率得到的糙米中，稱取試樣，精米碾磨，篩理，稱重，計(jì)算出精米率。將上述實(shí)驗(yàn)中的精米樣品放在孔徑2 mm的篩內(nèi)，篩理1 min。從篩面上留下的精米中揀出整粒精米，稱重量，計(jì)算整精米率。選取樣品100粒，用種子外觀品質(zhì)分析儀測(cè)定外觀品質(zhì)。

1.4.4 蒸煮品質(zhì)

用種子粘度分析儀測(cè)定種子糊化溫度、峰值粘度、崩解值及消減值等。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用SPSS 23.0進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田和耕作方式對(duì)早稻產(chǎn)量的影響

由圖1可知，早稻產(chǎn)量秸稈還田處理高于不還田處理。在秸稈還田條件下，不同耕作方式產(chǎn)量大小表現(xiàn)為T2＞T1＞T5＞T3＞T4，T2處理顯著高于其他處理，較其他處理高1.1～3.1 t/hm2；在秸稈不還田的條件下，不同耕作方式處理中，T3處理產(chǎn)量最高，與T1處理產(chǎn)量差異不顯著，但顯著高于T2、T4、T5處理，分別高34%、31%、31%。早稻在T1處理?xiàng)l件下，不管秸稈還田還是不還田，產(chǎn)量均表現(xiàn)出較高水平，分別達(dá)7.2 t/hm2和6.6 t/hm2。

圖1 秸稈還田與耕作方式對(duì)早稻產(chǎn)量的影響

2.2 秸稈還田和耕作方式對(duì)晚稻產(chǎn)量的影響

從圖2可見(jiàn)，晚稻產(chǎn)量秸稈還田處理與不還田處理差異不明顯。在秸稈還田條件下，不同耕作方式產(chǎn)量表現(xiàn)為T3＞T1＞T2＞T4＞T5，T3產(chǎn)量為9.5 t/hm2，顯著高于其他處理，T1、T2、T4處理間產(chǎn)量差異不顯著，但均顯著高于T5處理；秸稈不還田條件下，T2處理的產(chǎn)量為9.9 t/hm2，顯著高于其他處理，較T4、T3、T1處理分別高1.8 t/hm2、1.8 t/hm2、2.6 t/hm2，T5處理產(chǎn)量較低。晚稻在T5處理?xiàng)l件下，不管秸稈還田還是不還田，其產(chǎn)量均表現(xiàn)為較低水平。

圖2 秸稈還田與耕作方式對(duì)晚稻產(chǎn)量的影響

2.3 周年秸稈還田和耕作方式對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

從圖3可見(jiàn)，秸稈還田處理與不還田處理間周年產(chǎn)量差異不顯著。S1T2處理產(chǎn)量最高，達(dá)15.8 t/hm2，S0T5處理產(chǎn)量最低，為11.6 t/hm2，兩者相差36%。秸稈還田條件下，T1、T2、T3處理間產(chǎn)量差異不顯著，但顯著高于T4、T5處理；秸稈不還田條件下，T1、T2、T3處理間產(chǎn)量差異不顯著，但均顯著高于T5處理，T2、T3處理還顯著高于T4處理。T1、T2、T3的耕作方式由翻耕、旋耕組合，而T4、T5的耕作方式均含有免耕?？梢?jiàn)，翻耕、旋耕相對(duì)于免耕耕作方式對(duì)水稻產(chǎn)量有顯著提高作用。

圖3 秸稈還田與耕作方式對(duì)周年產(chǎn)量的影響

2.4 雙季稻秸稈還田和耕作方式對(duì)稻米品質(zhì)的影響

由表1可知，早稻在秸稈還田條件下，不同耕作方式稻米外觀品質(zhì)（堊白粒率、堊白度）沒(méi)有顯著差異，加工品質(zhì)（糙米率、精米率、整精米率）以T5處理最好，糙米率較最低的T1處理高23%；秸稈不還田條件下，不同耕作方式稻米外觀品質(zhì)具有顯著差異，堊白粒率以T3處理最高，堊白度以T2處理最高，加工品質(zhì)以T1處理最好，糙米率較最低的T2處理高22%。秸稈還田對(duì)早稻堊白粒率的影響顯著（F=149.39**），對(duì)堊白度以及加工品質(zhì)的影響不顯著；耕作方式對(duì)早稻外觀品質(zhì)、糙米率的影響顯著，對(duì)精米率、整精米率的影響不顯著；秸稈還田與耕作方式互作對(duì)稻米外觀品質(zhì)的影響顯著，對(duì)加工品質(zhì)的影響不顯著。

表1 耕作方式與秸稈還田對(duì)稻米外觀、加工品質(zhì)的影響 （單位：%）

從表1可見(jiàn)，在秸稈還田條件下，不同耕作方式間的晚稻米堊白粒率、堊白度、整精米率差異不顯著。其中，堊白粒率和堊白度以T1處理最低，表現(xiàn)最好；糙米率和精米率均以T5處理最高，整精米率以T2處理最高。在秸稈不還田條件下，不同耕作方式間的堊白粒率、堊白度以T4處理最高，以T3處理最低；糙米率和精米率均以T3處理最高，整精米率以T2處理最高。秸稈還田對(duì)早稻堊白粒率、糙米率的影響顯著。耕作方式對(duì)晚稻稻米品質(zhì)的影響不顯著；秸稈還田與耕作方式互作對(duì)晚稻米的堊白粒率影響顯著，對(duì)加工品質(zhì)和堊白度影響不顯著。

2.5 秸稈還田和耕作方式對(duì)RVA譜特征的影響

由表2可知，耕作方式、秸稈還田與耕作方式互作均對(duì)早稻淀粉RVA譜有顯著影響，而秸稈還田僅對(duì)熱漿粘度、消減值有顯著影響；不同耕作方式、秸稈還田與否對(duì)晚稻淀粉RVA譜特性均無(wú)顯著影響，秸稈還田與耕作方式互作僅對(duì)消減值有顯著影響。早稻秸稈還田條件下，T2處理峰值粘度、熱漿粘度和最終粘度比其他處理高，T1處理的消減值較其他處理低，比T5處理低23%；秸稈不還田條件下，T4處理的峰值粘度、熱漿粘度和最終粘度比其他處理高，T5處理的消減值比其他處理低，比T4處理低86%。晚稻秸稈還田條件下，T1處理的峰值粘度最高、T5處理的消減值、最終粘度最低；秸稈不還田條件下，T2處理峰值粘度最高、消減值最低。可見(jiàn)，“早稻旋耕+晚稻翻耕”處理比其他處理峰值粘度、崩解值較高，而消減值較低，食味最優(yōu)。

表2 耕作方式與秸稈還田對(duì)稻米R(shí)VA譜特性的影響 （單位：cP）

3 討論與結(jié)論

3.1 不同耕作方式與秸稈還田對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

諸多研究表明，秸稈還田處理水稻產(chǎn)量明顯高于不還田處理[18]，同時(shí)隨著還田年限的增加，產(chǎn)量增幅提高[19]。不同秸稈還田量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是半量、全量還田，對(duì)水稻產(chǎn)量均有所提高[20]。本研究也表明，雙季稻秸稈還田處理的產(chǎn)量高于不還田處理。這可能是因?yàn)樵陂L(zhǎng)期定位試驗(yàn)下，秸稈還田能夠補(bǔ)充土壤養(yǎng)分，促進(jìn)水稻積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而推動(dòng)籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)速率，使水稻獲得高產(chǎn)。與鄒清祺等[21]研究結(jié)果不同，本研究不管是在秸稈還田還是不還田條件下，不同耕作方式對(duì)水稻產(chǎn)量影響顯著，并且旋耕處理下的早稻、晚稻及周年產(chǎn)量均高于其他耕作方式，免耕處理的產(chǎn)量最低。原因在于旋耕與翻耕相對(duì)于免耕處理更有利于秸稈深入土層還田，增加土壤有機(jī)質(zhì)，從而改善土壤結(jié)構(gòu)和肥力水平，而長(zhǎng)期免耕易生雜草，多病害，不利于水稻生長(zhǎng)，從而降低水稻產(chǎn)量。

由于免耕處理產(chǎn)量常常處于較低水平，而秸稈還田較不還田具有明顯增產(chǎn)作用[22-23]。因此，水稻生產(chǎn)常采取秸稈還田與耕作措施結(jié)合的模式。本研究將雙季稻旋耕、翻耕、免耕模式進(jìn)行組合，發(fā)現(xiàn)相較于早晚稻均免耕的處理，“早稻旋耕+晚稻免耕”可以顯著提高產(chǎn)量。這進(jìn)一步說(shuō)明，早稻旋耕方式可以聯(lián)動(dòng)晚稻免耕方式，從而提高水稻周年產(chǎn)量。翻耕處理的增產(chǎn)效果較旋耕低，但高于免耕處理，秸稈還田與不還田條件下，翻耕處理的周年產(chǎn)量均處于中間水平，但“早稻旋耕+晚稻翻耕”處理的產(chǎn)量最高。原因在于秸稈全量還田后，主要集中在土壤表層，旋耕耕層為5～10 cm，翻耕耕層為20～30 cm，旋耕方式下，水稻生育前期容易發(fā)生爭(zhēng)氮效應(yīng)，而翻耕可以緩解水稻生育前期的爭(zhēng)氮效應(yīng)，且養(yǎng)分釋放緩慢，可以為水稻生育后期提供充足養(yǎng)分，因此S1T2即“秸稈還田+早稻旋耕+晚稻翻耕”處理，不僅可以高效利用秸稈資源，而且增產(chǎn)效果最為明顯。

3.2 不同耕作方式與秸稈還田對(duì)稻米品質(zhì)的影響

有研究表明，秸稈還田能增加水稻的整精米率[15]。本研究結(jié)果與之相似，秸稈還田較不還田能夠增加晚稻稻米的糙米率、精米率和整精米率。不同的耕作方式下，早晚稻稻米外觀品質(zhì)沒(méi)有明顯差異，但加工品質(zhì)差異明顯，秸稈還田條件下，免耕處理的稻米加工品質(zhì)均高于其他耕作方式，與王子陽(yáng)等[24]研究結(jié)果相同；秸稈不還田情況下，翻耕、旋耕處理稻米加工品質(zhì)高于免耕，其原因可能是免耕方式導(dǎo)致土層板結(jié)、耕層變淺，長(zhǎng)期秸稈不還田，土壤養(yǎng)分含量變少，不利于水稻植株穩(wěn)定生長(zhǎng)，使稻米糙米率降低。秸稈還田與耕作方式互作對(duì)稻米糙米率、精米率、整精米率無(wú)顯著影響，而對(duì)稻米堊白粒率影響顯著?？傮w而言，S1T5即“秸稈還田+早晚稻均免耕”處理下稻米加工品質(zhì)最佳。

研究表明，秸稈還田可以提高稻米的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[25-27]。本研究表明，秸稈還田、耕作方式以及秸稈還田與耕作方式互作與早稻的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)（RVA譜特性）具有顯著相關(guān)性，而與晚稻沒(méi)有明顯相關(guān)關(guān)系。免耕條件下，秸稈還田較不還田能夠明顯提高稻米的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，這可能是因?yàn)槊飧?秸稈還田可以促進(jìn)碳循環(huán)酶活性與轉(zhuǎn)化酶活性[28]，從而在一定程度上改善稻米的蒸煮食味品質(zhì)[29]，而旋耕、翻耕方式下沒(méi)有明顯的一致結(jié)論。本研究發(fā)現(xiàn)，T2（早稻旋耕+晚稻翻耕）在早稻秸稈還田與晚稻秸稈不還田的情況下，較其他耕作方式，稻米的峰值粘度、熱漿粘度、崩解值、最終粘度值要高，消減值較低。晚稻在秸稈還田條件下，不同耕作方式的RVA譜特性沒(méi)有明顯差異。淀粉RVA譜特性是稻米食味的重要指標(biāo)，稻米淀粉峰值粘度和崩解值越高、消減值越低說(shuō)明食味越好。因此，S1T2處理（早稻旋耕+晚稻翻耕+秸稈還田）相比于其他處理稻米蒸煮食味最優(yōu)。