耕作方式對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮和再生稻生長(zhǎng)的影響

孔 盼，楊 鎮(zhèn)，姜碩琛，侯 俊，朱建強(qiáng)

（長(zhǎng)江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434025）

再生稻是在水稻收獲第一季后，開(kāi)發(fā)頭季腋芽再次生長(zhǎng)收獲的一季水稻［1］。在種植一季稻熱量有余、種植雙季稻熱量又不足的地區(qū)及雙季稻區(qū)只種一季中稻的稻田發(fā)展再生稻，是提高復(fù)種指數(shù)、增加稻田單位面積稻谷產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)收入的有效措施之一［2］。在我國(guó)南方稻區(qū)，再生稻被認(rèn)為是提高復(fù)種指數(shù)和增加稻谷單產(chǎn)比較效益的有效措施［3］。雖然研究表明早稻-再生稻模式較水旱兩熟或雙季稻模式，提高了稻田產(chǎn)出效益，然而再生稻單產(chǎn)較低（我國(guó)平均單產(chǎn)1600～2200 kg/hm2），在一定程度上影響其推廣和產(chǎn)業(yè)化［3-4］。較低的再生稻產(chǎn)量除與水稻自身特性有關(guān)外，再生稻稻田土壤肥力與耕作技術(shù)也是重要的制約因素［4-5］。國(guó)內(nèi)［3-4，6］、國(guó)外［2，7-12］現(xiàn)有研究多圍繞再生稻的形態(tài)、生理、生態(tài)探討相關(guān)栽培技術(shù)，對(duì)不同耕作方式下再生稻稻田的土壤無(wú)機(jī)氮及水稻生長(zhǎng)的研究并不多。然而，再生稻稻田不同于一般雙季稻稻田耕作，早稻耕作插秧后再生稻不需耕作，在這種“一種兩收”的特殊農(nóng)作制度下，耕作方式對(duì)土壤肥力有何影響，特別是其中無(wú)機(jī)氮?jiǎng)討B(tài)如何，對(duì)需氮量大的再生稻施肥管理十分重要，是值得研究的科學(xué)問(wèn)題。因此，本研究在調(diào)查江漢平原再生稻稻田耕作方式的基礎(chǔ)上，根據(jù)冬前是否翻耕和水稻插秧前旋耕情況，在田間管理完全一致的條件下，通過(guò)4種耕作方式的田間試驗(yàn)，分析了再生稻稻田土壤無(wú)機(jī)氮?jiǎng)討B(tài)變化和水稻生長(zhǎng)狀況，為再生稻稻田土壤培肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在湖北省荊州市金穗家庭農(nóng)場(chǎng)（30°23′46.68″ N，112°29′7.71″ E）的大田中進(jìn)行。試驗(yàn)所在地位于江漢平原腹地，屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候，年降水量1100～1300 mm，太陽(yáng)年輻射總量435.3～460.4 kJ/cm2，年日照時(shí)數(shù)1800～2000h，年平均氣溫15.9～16.6℃，≥10℃的年積溫5000～5350℃，年無(wú)霜期242～263 d。4～10月降水量占全年的80%，太陽(yáng)輻射量占全年的75%，≥10℃的積溫為全年的80%，具有水熱同步和與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)季節(jié)一致的良好氣候條件，適宜多種農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育。2018和2019年試驗(yàn)期間降水和氣溫見(jiàn)圖1。土壤為湖泊成因的偏粘性潴育型水稻土，耕作層（0～20 cm）土壤基本性狀為：土壤pH值6.27，有機(jī)質(zhì)22.31 g/kg、全氮1.26 g/kg、全磷0.51 g/kg、全鉀9.51 g/kg、堿解氮78.61 mg/kg、有效磷20.75 mg/kg、速效鉀95.51 mg/kg。試驗(yàn)地常年輪作模式為早稻-再生稻-冬閑田。

圖1 試驗(yàn)期間降水量和平均氣溫

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)冬前是否翻耕和水稻插秧前旋耕次數(shù)，設(shè)4種耕作方式：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），每個(gè)處理3次重復(fù)，共計(jì)12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為240 m2。冬前進(jìn)行翻耕，耕深25 cm；春季栽種水稻前旋耕，耕深15 cm。2018和2019年耕種和田間管理完全相同。

供試水稻品種為豐兩優(yōu)香1號(hào)，在早稻收獲時(shí)留高樁萌生腋芽發(fā)育成再生稻，早稻-再生稻全生育期為215 d。早稻采用育秧、機(jī)插、移栽模式，于每年3月24日播種，4月21日移栽，株行距為16 cm×30 cm，每穴種植2株，8月13日收獲早稻，留40 cm稻樁為再生稻生長(zhǎng)創(chuàng)造條件。試驗(yàn)田按常規(guī)田間管理，早稻和再生稻均采用機(jī)收，秸稈均粉碎還田。

試驗(yàn)用氮肥為普通尿素（N 46%）、復(fù)合肥（N-P2O5-K2O百分含量為22-9-15），全生育期施用化肥總量為N 281.2 kg/hm2、P2O536 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2。早稻移栽前（4月16日）施400 kg/hm2復(fù)合肥作基肥，6月20日施入分蘗肥（150 kg/hm2尿素），8月3日（早稻收獲前10 d）施尿素120 kg/hm2作為再生稻促芽肥，8月18日（早稻收獲后第5 d）施150 kg/hm2尿素作為再生稻提苗肥。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤無(wú)機(jī)氮采集與測(cè)定

分別于早稻的分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、灌漿期、成熟期和再生稻的齊穗期、灌漿期和成熟期，在每小區(qū)用土鉆按五點(diǎn)法隨機(jī)采取田間0～20 cm土層土壤樣品，土樣混勻后帶回實(shí)驗(yàn)室，用2 mol/L KCl浸提土壤，采用Alliance-Futura II連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。同時(shí)采用烘干法測(cè)定土壤含水量。

1.3.2 生物量測(cè)定

分別于早稻的分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、齊穗期、灌漿期、成熟期和再生稻的齊穗期、灌漿期、成熟期取具有代表性植株地上部分，按莖、葉及穗部分開(kāi)收集，隨后將各部分在105℃下殺青30 min，接著于80℃烘干至恒重，測(cè)定各部分的干物質(zhì)重。

1.3.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。

分別于2季水稻成熟后，在每小區(qū)選定3 m2實(shí)收計(jì)產(chǎn)。成熟期調(diào)查有效穗數(shù)，每小區(qū)按其平均數(shù)取代表性植株5穴進(jìn)行考種，主要考察每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重。

1.4 有關(guān)指標(biāo)計(jì)算

氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN）按下式計(jì)算。

其中，PFPN——氮肥偏生產(chǎn)力，kg/kg；

YN——施氮區(qū)稻谷產(chǎn)量，kg/hm2；

F——施氮量，kg/hm2。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用DPS 7.5進(jìn)行方差分析，并用多重比較（LSD法）進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕作方式對(duì)再生稻稻田土壤無(wú)機(jī)氮的影響

不同耕作方式下，水稻不同生育期再生稻稻田土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量見(jiàn)圖2?？梢钥闯觯瑹o(wú)論是早稻還是再生稻，土壤中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮均隨著水稻生育進(jìn)程呈下降趨勢(shì)，并且翻耕與旋耕結(jié)合下土壤中上述2種形態(tài)的氮均高于僅旋耕的處理，同一生育期內(nèi)各處理的土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量大小均為T2＞T1＞T4＞T3的趨勢(shì)。對(duì)2年試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，不同耕作方式下耕層土壤銨態(tài)氮在早稻、再生稻不同生育期的差異有時(shí)顯著、有時(shí)不顯著，從早稻拔節(jié)期到灌漿期T2與T3、T4之間的差異均達(dá)到顯著水平（P＜0.05），在再生稻生育期各處理一般不顯著；在翻耕次數(shù)相同的條件下，增加旋耕次數(shù)不會(huì)引起土壤硝態(tài)氮發(fā)生顯著變化，這可能與稻田長(zhǎng)期處于淹水還原狀態(tài)有關(guān)。研究結(jié)果表明，在翻耕次數(shù)相同的條件下增加旋耕次數(shù)可在一定程度上提高土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量，在旋耕次數(shù)相同的條件下，冬前是否翻耕對(duì)頭季稻土壤中的銨態(tài)氮含量有明顯影響，本試驗(yàn)條件下冬前翻耕1次、水稻栽種前旋耕2次的效果最佳。

圖2 耕作方式對(duì)土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮變化的影響

2.2 耕作方式對(duì)水稻地上部干物質(zhì)積累的影響

根據(jù)田間調(diào)查取樣與室內(nèi)分析，表1給出了2018和2019年早稻-再生稻各生育期在不同耕作方式下的地上部干物質(zhì)重。由表1可以看出，耕作方式對(duì)部分時(shí)期水稻干物質(zhì)重有顯著影響，同一生育期不同處理間干物質(zhì)大小順序?yàn)門2＞T1＞T4＞T3，2年表現(xiàn)一致。從各處理之間的差異來(lái)看，2018年僅在再生稻成熟期T2與T3、T4之間的差異顯著（P＜0.05）；除了早稻孕穗期，在2019年T2與T3、T4在各生育期的干物質(zhì)重差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。在耕作方式上，增加旋耕次數(shù)有利植株生長(zhǎng)和增加干物質(zhì)重；T2與T3相比，在水稻栽種前進(jìn)行同樣旋耕的條件下，冬前翻耕有利于植株生長(zhǎng)和增加干物質(zhì)重。上述試驗(yàn)結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)姆托鶎?duì)水稻生長(zhǎng)的發(fā)育有利。從2年試驗(yàn)結(jié)果看，冬前翻耕、水稻栽種前旋耕2次（即T2）效果最好。

表1 耕作方式對(duì)水稻地上部干物質(zhì)積累的影響 （t/hm2）

2.3 耕作方式對(duì)再生稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、氮肥偏生產(chǎn)力的影響

不同耕作方式下水稻早稻和再生稻的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、氮肥偏生產(chǎn)力見(jiàn)表2。綜合不同耕作方式的2年試驗(yàn)結(jié)果，從產(chǎn)量大小和氮肥偏生產(chǎn)力來(lái)看，均表現(xiàn)為T2＞T1＞T4＞T3。試驗(yàn)結(jié)果表明，在生產(chǎn)效果上翻耕與旋耕結(jié)合優(yōu)于單一旋耕，翻耕次數(shù)相同時(shí)適當(dāng)增加旋耕可促進(jìn)作物生長(zhǎng)、提高作物產(chǎn)量。從耕作方式對(duì)早稻和再生稻產(chǎn)量的影響來(lái)看，T2與T3、T4相比，早稻產(chǎn)量均差異顯著，而再生稻產(chǎn)量均無(wú)顯著差異。從目前僅有的2年試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，耕作方式對(duì)早稻-再生稻產(chǎn)量的影響主要在早稻，關(guān)鍵是T2能顯著增加穗粒數(shù)。

表2 耕作方式對(duì)再生稻產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素及氮肥偏生產(chǎn)力的影響

3 討論

3.1 耕作方式對(duì)再生稻土壤無(wú)機(jī)氮的影響

相關(guān)研究表明，施入土壤中的氮大部分經(jīng)過(guò)脲酶和硝化微生物作用轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，是作物吸收利用的主要方式［13］。趙誠(chéng)齋等［14］認(rèn)為，細(xì)土的土壤轉(zhuǎn)化成銨態(tài)氮的量最高，土塊大于1 cm銨態(tài)氮的產(chǎn)生受到嚴(yán)重抑制，說(shuō)明土塊大小影響土壤銨態(tài)氮的含量。李富程等［15］研究說(shuō)明，在一定范圍內(nèi)，隨著耕作深度的不斷增加，土壤凈位移量顯著增大，可幫助增厚和改善耕層土壤。本研究表明，耕作方式對(duì)土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量有一定影響，表現(xiàn)為T2＞T1＞T4＞T3，即翻耕與旋耕結(jié)合下土壤無(wú)機(jī)氮含量明顯高于僅作旋耕的處理。其可能的原因有3個(gè)：一是與旋耕相比，翻耕與旋耕結(jié)合既增加了耕層深度又使土粒破碎均勻，并使土壤緊實(shí)度降低［16］、表面積增大，有利于土壤固持養(yǎng)分［17］；二是翻耕與旋耕結(jié)合下，秸稈的埋藏較深且與土壤混合比較均勻，使更多的秸稈存留在土壤中，增加了土壤中的氮含量，提高了土壤對(duì)銨根離子的吸附能力［18-19］；三是翻耕與旋耕結(jié)合改善了土壤通氣狀況［20］，可增加土壤微生物量和提高土壤微生物的活性［21］，能改變土壤有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮的轉(zhuǎn)化，具有調(diào)節(jié)土壤微生物碳氮供應(yīng)的功能［22-23］，進(jìn)而提高土壤碳氮含量，增強(qiáng)土壤微生物氮素固持能力［24］。綜上所述，冬前翻耕1次、水稻栽種前旋耕2次的處理（T2），其土壤中的無(wú)機(jī)氮含量最高，這種翻耕與旋耕結(jié)合既保證了較深的耕作層，又使土塊碎化細(xì)小，為基肥與土壤均勻摻混和肥料中的氮素轉(zhuǎn)化創(chuàng)造了條件。

3.2 耕作方式對(duì)再生稻干物質(zhì)累積量及產(chǎn)量的影響

耕作對(duì)于土壤是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，這方面已有較多研究。代貴金等［25］研究發(fā)現(xiàn)，翻耕可增加土壤總孔隙度和土壤通氣性，提高土壤中好氣性微生物的活動(dòng)能力，加速有機(jī)物腐殖化過(guò)程，改善土壤環(huán)境，有利于培肥土壤，便于根系吸收緩效養(yǎng)分和速效養(yǎng)分，促進(jìn)水稻生長(zhǎng)發(fā)育和增加干物質(zhì)積累。張大偉等［26］研究顯示，長(zhǎng)年翻耕會(huì)使土壤疏松、容重降低，在秸稈還田的情況下容重降低更多，對(duì)水稻的生長(zhǎng)更為有利。旋耕的耕深偏淺，長(zhǎng)期使用這種耕作方法會(huì)使土壤犁底層變淺，導(dǎo)致通透性變差，滲水困難，不利于水稻植株的生長(zhǎng)［27］，從而影響水稻的干物質(zhì)重。

作物不同器官的干物質(zhì)積累與其生長(zhǎng)發(fā)育關(guān)系密切，作物的干物質(zhì)積累量是其產(chǎn)量的物質(zhì)基礎(chǔ)［28］。本研究2年定位試驗(yàn)結(jié)果表明，翻耕與旋耕結(jié)合的干物質(zhì)累積量大于旋耕，以冬前翻耕1次、水稻栽種前旋耕2次的處理（T2）干物質(zhì)積累量最高，其次是冬前翻耕1次、水稻栽種前旋耕1次的處理（T1），僅在水稻栽種前旋耕2次的處理（T3）最低?？赡苁欠c旋耕結(jié)合改良了土層間有機(jī)質(zhì)的分布，能顯著提高土壤的蓄水保肥能力，降低土壤容重與緊實(shí)度，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)孔隙形成，從而促進(jìn)作物根系生長(zhǎng)、吸收營(yíng)養(yǎng)元素，提高作物干物質(zhì)積累量及產(chǎn)量［29-31］。有研究認(rèn)為，抽穗后的干物質(zhì)生產(chǎn)量與稻谷產(chǎn)量呈顯著至極顯著正相關(guān)，抽穗后干物質(zhì)積累量高對(duì)水稻高產(chǎn)更重要［32-33］。本研究表明，各處理干物質(zhì)累積量和產(chǎn)量均呈現(xiàn)T2＞T1＞T4＞T3的趨勢(shì)，各處理產(chǎn)量隨干物質(zhì)累積量的增加而增加，此結(jié)果與前人研究一致［28］。翻耕與旋耕結(jié)合處理下，本研究得出早稻和再生稻的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重及產(chǎn)量均大于旋耕處理，這與黃佑崗等［34］、唐海明等［35］、谷子寒等［36］在雙季稻上的相關(guān)研究結(jié)果類似。可能是翻耕與旋耕結(jié)合有利于改善土壤結(jié)構(gòu)和根系的生長(zhǎng)環(huán)境，促進(jìn)了植株地下和地上部分的生長(zhǎng)，增強(qiáng)了植株光合產(chǎn)物的制造與積累量，從而有利于增加干物質(zhì)積累，為水稻高產(chǎn)提供了物質(zhì)保障［33］。

4 結(jié)論

耕作方式影響土壤無(wú)機(jī)氮含量和干物質(zhì)累積量及早稻-再生稻的產(chǎn)量。通過(guò)連續(xù)2年田間試驗(yàn)結(jié)果分析，可得出如下結(jié)論：

（1）從土壤無(wú)機(jī)氮供應(yīng)、保證水稻生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的需求看，4種耕作方式下土壤無(wú)機(jī)氮含量呈T2＞T1＞T4＞T3的基本趨勢(shì)，反映了翻耕與旋耕結(jié)合好于僅旋耕的耕作方式，以T2最佳。

（2）從4種耕作方式的效果來(lái)看，翻耕與旋耕結(jié)合（T1、T2）好于僅旋耕的耕作方式（T3、T4）；在翻耕次數(shù)相同的前提下，增加旋耕會(huì)取得較好的效果，表現(xiàn)為T2＞T1、T4＞T3。

（3）在促進(jìn)作物生長(zhǎng)并取得較高產(chǎn)量上，4種耕作方式呈現(xiàn)T2＞T1＞T4＞T3的趨勢(shì)，其中以T2最優(yōu)，建議在生產(chǎn)實(shí)踐中采用該耕作方式。

致謝：文中水文氣象數(shù)據(jù)由湖北省荊州農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站提供，在此僅表謝忱。