雙季稻栽培方式對冬閑期雜草生長及土壤養(yǎng)分含量的影響

周雪峰，蔣 鵬，謝小兵，鄒應斌

(湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，長沙410128)

農(nóng)田雜草作為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是長期適應氣候、環(huán)境等因素的結(jié)果［1］，其防除是人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的重要內(nèi)容之一。而利用農(nóng)田雜草肥田，化害為利等早有記載。如西周時的“荼蓼朽止，黍稷茂止”;戰(zhàn)國時的《禮記》:“季夏之月，土潤溽署，大雨時行，燒薙行水，利以殺草;如以熱湯，可以糞田疇，可以美土疆”。大量研究還表明，農(nóng)田雜草對調(diào)節(jié)土壤溫度、濕度，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進土壤養(yǎng)分循環(huán)，維持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性，減少土壤流失、酸化等方面具有重要作用［2～7］。

土壤耕作和施肥作為水稻生產(chǎn)的兩個重要環(huán)節(jié)，對休閑期稻田雜草影響顯著。有研究表明，土壤耕作方式不僅影響雜草種子庫在土壤中的垂直分布，還影響種子庫的大小，雜草密度呈免耕＞旋耕＞翻耕的趨勢［8］。沈浦等［9］研究發(fā)現(xiàn)，長期施用含化肥后，土壤堿解氮、有效磷和 pH 都與雜草總干物質(zhì)重呈顯著相關(guān)對雜草總干物質(zhì)重起負作用，Cl－1對雜草總干物質(zhì)重起正作用。與無機肥偏施和不施肥相比，均衡施肥和有機無機肥配施顯著降低了農(nóng)田土壤雜草種子庫密度，但總物種數(shù)和多樣性較高［9，10］。這可能與雜草對土壤養(yǎng)分狀況的適應性有差異，土壤養(yǎng)分狀況又隨肥料結(jié)構(gòu)及施用方法不同而改變，進而引起農(nóng)田雜草種類及優(yōu)勢雜草種類發(fā)生變化有關(guān)［11，12］。在當今超級稻高產(chǎn)栽培技術(shù)［13，14］中較為注重生育中后期養(yǎng)分的供應，尤其是氮素營養(yǎng)。氮肥后移可能導致其在土壤中的殘留量增加，同時大多數(shù)雜草又為喜氮植物，從而促進了冬閑期稻田雜草生長，提高了稻田雜草的干物質(zhì)積累量，增加了雜草對礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收積累。次年，雜草還田后經(jīng)微生物分解，其吸收的養(yǎng)分又被重新釋放，培肥了土壤地力，改善了土壤環(huán)境［15］，有利于冬閑期稻田土壤養(yǎng)分的保持和物質(zhì)的循環(huán)。目前，有關(guān)耕作方式和施肥方法對冬閑期稻田雜草影響的研究較少，而此類研究對因地制宜地利用雜草肥田、化害為利、減少冬閑期稻田土壤養(yǎng)分的流失而造成環(huán)境污染等具有重要意義。本試驗對不同栽培方式(耕作方式、施氮方法)下雙季稻田土壤理化性狀及休閑期優(yōu)勢雜草日本看麥娘(Alopecurus japonicus)生長特點進行了分析，旨在探明南方冬閑期稻田雜草生長及其與土壤養(yǎng)分的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 試驗田概況

試驗在湖南農(nóng)業(yè)大學試驗農(nóng)場(28°11'11″N，113°04'15″E，海拔48 m)進行。土壤為河流沖積物發(fā)育的潮泥土，pH值5.83，含有機質(zhì)27.66 g/kg，全氮1.59 g/kg，有效磷 54.51 mg/kg，速效鉀 63.20 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗始于2008年，試驗地為雙季稻田，無論是年份間還是季節(jié)間試驗小區(qū)(面積為45 m2)均無變動。研究共設3種栽培處理及不施肥處理:A.“三定”栽培(翻耕移栽);B.免耕擺栽(采用塑盤濕潤育秧，于移栽前1周用百草枯防除雜草和禾茬，然后進水浸泡稻田;移栽時，直接將秧苗擺栽在土壤的表面);C.傳統(tǒng)栽培(翻耕移栽);D.不施肥處理(翻耕移栽)。4次重復，隨機區(qū)組排列。其中“三定”栽培氮肥(純氮)(總用量:早季142.5 kg/hm2，晚季150 kg/hm2)分基肥、分蘗肥、促花肥、?；ǚ?次施用(早季分別為 67.5、30、30、15 kg/hm2，晚季分別為 75、30、30、15 kg/hm2，其中分蘗肥、促花肥、?；ǚ实氖┯昧扛鶕?jù)SPAD值決定，具體操作方法詳見文獻［16］);免耕擺栽氮肥用量及施用方法與“三定”栽培一致;傳統(tǒng)栽培氮肥(純氮)(總用量:早季為165 kg/hm2，晚季為180 kg/hm2)分基肥、分蘗肥兩次施用(早季分別為115.5、49.5 kg/hm2，晚季分別為126、54 kg/hm2)。3種栽培處理的磷肥和鉀肥用量分別為67.5 kg/hm2和135.0 kg/hm2，其中，磷肥全部作基肥施用，“三定”栽培和免耕擺栽鉀肥作基肥(50%)和穗肥(50%，促花肥)2次施用，傳統(tǒng)栽培鉀肥全部作基肥施用。不施肥處理從2008開始不施用任何肥料。

1.3 測定項目和方法

1.3.1 干物質(zhì)

分別于2009、2010、2011年3月18日，每小區(qū)用鐮刀隨機齊地割2個0.24 m2的雜草，裝入信封，置于105℃的烘箱殺青30 min，然后恒溫70℃烘至恒重，用百分之一電子天平稱重，計算單位面積雜草生物量。此外，2011年3月18日調(diào)查了單位面積內(nèi)的雜草植株數(shù)，即雜草密度。單株重量=單位面積雜草生物量÷雜草密度。

1.3.2 養(yǎng)分

凱氏定氮法測氮，鉬銻抗比色法測磷，火焰光度計法測鉀。

1.3.3 株高

于取雜草干物質(zhì)樣的同一天調(diào)查雜草株高。每小區(qū)對角線上隨機調(diào)查10個點測定雜草株高(優(yōu)勢雜草日本看麥娘的株高)。

1.3.4 土壤理化性狀

于2010年晚季收獲后分0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm 4層取土樣，用環(huán)刀法測定土壤容重;分0～5 cm、5～10 cm、10～20 cm 3層取土樣用于測定土壤養(yǎng)分，采用堿解擴散法測定堿解氮，Olsen法測定有效磷，NH4OAc浸提－火焰光度法測定速效鉀［17］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用DPS軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 栽培方式對雜草生長的影響

2.1.1 雜草生物量及生長特性

由表1可知，不同栽培方式對稻田冬閑期雜草生物量有顯著影響。3年均一致以免耕擺栽的農(nóng)田冬閑期雜草生物量最高，為337～520 g/m2，與“三定”栽培、傳統(tǒng)栽培、不施肥處理相比，增幅分別為57.1% ～105.5%、83.0% ～153.7%、100.0% ～185.7%?！叭ā痹耘嚯s草生物量高于傳統(tǒng)栽培，平均為234 g/m2，增加了21.4%。此外，由表1還可以看出，除2011年外，另2年均一致以不施肥處理雜草生物量最低。

表1 不同栽培處理下雜草生物量(g/m2)Table 1 Dry matter production of weed under different cultivation patterns(g/m2)

不同栽培方式雜草密度為3 154～5 247株/m2，以免耕擺栽雜草密度最大，與“三定”栽培、傳統(tǒng)栽培和不施肥處理相比，分別增加49.9%、66.4%、14.7%，差異顯著;不施肥處理雜草密度高于“三定”栽培和傳統(tǒng)栽培，增幅分別為30.7%、45.0%，但差異不顯著(表2)。由表2還可以看出，不同栽培方式對冬閑期稻田雜草單株干重有顯著影響，其中以免耕擺栽和“三定”栽培較高，分別為66 mg/株、55 mg/株，與傳統(tǒng)栽培相比，分別增加 37.5%、14.6%，前者差異顯著，后者差異不顯著。“三定”栽培、免耕擺栽、傳統(tǒng)栽培雜草單株干重均顯著高于不施肥處理，增幅分別為66.7%、100.0%、45.5%。不同栽培方式下雜草株高為23～42 cm，高低順序是:免耕擺栽＞“三定”栽培＞不施肥處理＞傳統(tǒng)栽培(表2)。

表2 不同栽培處理下雜草的生長特點(2011年)Table 2 Growth characteristic of weed under different cultivation patterns(2011)

2.1.2 雜草養(yǎng)分含量及其吸收量

(1)雜草含氮量及氮吸收量。由表3可以看出，雜草含氮量均一致以“三定”栽培(13.67～14.70 g/kg)和免耕擺栽(14.10～14.71 g/kg)高于傳統(tǒng)栽培，增幅分別為0.7% ～14.1%、1.4% ～15.1%。不同栽培方式對冬閑期稻田雜草氮吸收量有顯著影響，呈免耕擺栽＞“三定”栽培＞傳統(tǒng)栽培趨勢，其中免耕擺栽氮吸收量為4.97～7.49 g/m2，比傳統(tǒng)栽培增加2.73～4.70 g/m2，差異顯著;“三定”栽培氮吸收量為2.76～3.78 g/m2，比傳統(tǒng)栽培增加了0.68～0.81 g/m2，但差異不顯著。此外，由表3還可以看出，除2011年外，均以不施肥處理雜草含氮量及氮吸收量最低。

(2)雜草含磷量及磷吸收量。由表3可知，3年均一致以免耕擺栽雜草含磷量最高，平均為3.76 g/kg(3.30～4.01 g/kg)，與“三定”栽培和傳統(tǒng)栽培相比，分別增加6.0%和10.0%。不同栽培方式對冬閑期稻田雜草磷吸收量影響顯著，其中以免耕擺栽雜草磷吸收量最高，為1.34～1.72 g/m2，與“三定”栽培和傳統(tǒng)栽培相比，分別增加0.61～0.91 g/m2、0.81～1.07 g/m2。除了2010年雜草含磷量外，“三定”栽培雜草含磷量(3.15～3.83 g/kg)和磷吸收量(0.73～0.94 g/m2)均高于傳統(tǒng)栽培，增幅分別為4.0% ～7.3%、23.7% ～37.7%。此外，由表3還可以看出，除2009年傳統(tǒng)栽培磷含量外，另2年均以不施肥處理的雜草含磷量和磷吸收量最低。

(3)雜草含鉀量及鉀吸收量。由表3可知，不同栽培方式雜草含鉀量均呈免耕擺栽＞“三定”栽培＞傳統(tǒng)栽培的規(guī)律，其中免耕擺栽(13.67～18.00 g/kg)比“三定”栽培和傳統(tǒng)栽培分別增加9.5% ～23.0%、24.4% ～27.5%，差異顯著。不同栽培方式對冬閑期稻田雜草鉀吸收量有顯著影響，3年均一致以免耕擺栽最高，為4.94～7.32 g/m，與“三定”栽培和傳統(tǒng)栽培相比，分別增加2.44～3.94 g/m2、3.16 ～4.90 g/m2，差異顯著(表 3)?！叭ā痹耘嚯s草的含鉀量(12.48～14.63 g/kg)和鉀吸收量(2.48～3.76 g/m)均高于傳統(tǒng)栽培，增幅分別為3.6% ～16.2%、23.7% ～40.9%。由表3還可以看出，3年均以不施肥處理雜草含鉀量及鉀吸收量最低。

表3 不同栽培處理下雜草養(yǎng)分含量及吸收量Table 3 Nutrient of content and its uptake amount of weed under different treatments

2.2 栽培方式對土壤理化特性的影響

2.2.1 土壤容重

由表4可知，栽培方式對土壤不同層次的容重有顯著影響。其中0～5 cm以免耕擺栽的容重最低，為1.12 g/m3，與“三定”栽培、傳統(tǒng)栽培、不施肥處理相比，分別降低7.1%、5.4%、5.4%。而5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm的土壤容重則相反，以免耕擺栽最大，分別為 1.27 g/m3、1.36 g/m3、1.43 g/m3，比翻耕處理(“三定”栽培、傳統(tǒng)栽培、不施肥處理)分別平均增加了2.4%、8.8%、9.1%。0～20 cm土層內(nèi)，“三定”栽培、傳統(tǒng)栽培、不施肥處理各土層間容重差異不顯著，但其容重隨土層深度增加呈增加趨勢。

表4 不同栽培處理下稻田各土層土壤容重(2011年)(g/m3)Table 4 Bulk density of the soil under different cultivation patterns(2011)(g/m3)

2.2.2 土壤養(yǎng)分含量

(1)堿解氮。不同栽培方式對土壤堿解氮有顯著影響(表5)。0～5 cm土層堿解氮為139.14～192.77 mg/kg，高低順序是:免耕擺栽＞“三定”栽培＞傳統(tǒng)栽培＞不施肥處理，其中免耕擺栽比“三定”栽培、傳統(tǒng)栽培、不施肥處理分別增加26.0%、36.8%、38.5%;5～20 cm土層均以免耕擺栽最低。0～20 cm內(nèi)，“三定”栽培各土層堿解氮均高于傳統(tǒng)栽培，分別增加8.6%、9.3%、8.9%。此外，由表5還可以看出，除免耕擺栽5～10 cm、10～20 cm土層堿解氮含量外，0～20 cm土層均一致以不施肥處理最低。

(2)有效磷。由表5可知，0～5 cm土層土壤有效磷為50.92～60.87 mg/kg，呈“三定”栽培＞免耕擺栽＞傳統(tǒng)栽培＞不施肥處理的規(guī)律，說明雙季稻生產(chǎn)中施磷后，土壤有效磷含量提高，尤其是土壤表層(0～5 cm)。除不施肥處理外，0～20 cm土壤有效磷含量均隨土層深度而降低，其中以免耕擺栽的下降幅度最大。5～20 cm土層分別以“三定”栽培有效磷含量最高，為59.39 mg/kg、57.04 mg/kg，與傳統(tǒng)栽培相比，分別增加15.9%、11.9%。免耕擺栽5～20 cm土層有效磷均低于傳統(tǒng)栽培，但差異不顯著。

(3)速效鉀。由表5可知，施肥處理(“三定”栽培、免耕擺栽和傳統(tǒng)栽培)0～5 cm土層速效鉀均顯著高于不施肥處理，分別增加了53.6%、47.7%、45.0%;施肥處理間(“三定”栽培、免耕擺栽和傳統(tǒng)栽培)0～5 cm土層速效鉀差異不顯著，其中以“三定”栽培和免耕擺栽速效鉀較高，分別53.94 mg/kg和51.88 mg/kg，與傳統(tǒng)栽培相比，分別增加6.0%、1.9%。5～10 cm土層，以傳統(tǒng)栽培處理速效鉀較高，為33.14 mg/kg，比“三定”栽培、免耕擺栽、不施肥處理分別增加9.9%、9.7%、13.0%。10～20 cm土層，“三定”栽培處理速效鉀均顯著高于免耕擺栽和傳統(tǒng)栽培，增幅分別為12.6%、9.7%。

表5 不同栽培處理下土壤化學性狀(2011年)(mg/kg)Table 5 Chemical characteristics of the soil under different cultivation patterns(2011)(mg/kg)

3 討論與結(jié)論

不同栽培方式導致土壤養(yǎng)分發(fā)生變化，改變了雜草生存的外部環(huán)境，進而使雜草生長發(fā)育受到影響。本試驗中，3年的雜草生物量均呈:免耕擺栽＞“三定”栽培＞傳統(tǒng)栽培、不施肥處理的規(guī)律。不同栽培方式對雙季稻田冬閑期雜草單株干重影響顯著，呈免耕擺栽＞“三定”栽培＞傳統(tǒng)栽培＞不施肥的變化趨勢?！叭ā痹耘鄦挝幻娣e雜草密度高于傳統(tǒng)栽培，進一步分析其土壤理化性質(zhì)可知，“三定”栽培土壤容重沒有差異，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在土壤速效養(yǎng)分上。相關(guān)分析表明，雜草單位面積密度與表層土壤堿解氮呈顯著直線相關(guān)(r=0.561*)，與有效磷、速效鉀不相關(guān)。然而，不施肥處理單位面積雜草密度均高于“三定”栽培和傳統(tǒng)栽培，這可能與在均衡施肥下，稻田土壤雜草種子庫密度降低有關(guān)，這與馮偉等［10］的研究結(jié)果基本一致。免耕擺栽單位面積雜草密度均顯著高于“三定”栽培、傳統(tǒng)栽培、不施肥處理，除了與其表層土壤容重及速效養(yǎng)分有關(guān)外，可能還與免耕對土壤中雜草種子庫人為干擾較少，其物理狀況、微生物活動更接近自然條件，且在土壤中的分布亦未被打亂，更有利于越冬休眠、萌發(fā)和長期保持活力有關(guān)［18～20］。雙季稻田連續(xù)免耕后有利于休閑期雜草的生長，增加土壤有機質(zhì)含量，但要注意因雜草生長過多，對水稻的栽插和產(chǎn)量有可能造成不利影響［21，22］。

不同栽培方式對冬閑期稻田雜草氮、磷、鉀養(yǎng)分含量及其吸收量有顯著影響。本研究表明“三定”栽培、免耕擺栽雜草養(yǎng)分含量及吸收量較高，這可能與雙季稻生產(chǎn)中前氮后移，增加了冬閑期稻田土壤養(yǎng)分(0～5 cm土層速效養(yǎng)分)含量，促進雜草生長。本研究還表明，“三定”栽培雜草養(yǎng)分含量與免耕擺栽差異不顯著，但其養(yǎng)分積累量卻顯著低于免耕擺栽，這可能與“三定”栽培水稻生產(chǎn)當季肥料利用率較高，土壤中氮殘留量相對較少有關(guān)［16］。

與傳統(tǒng)栽培相比，免耕擺栽和“三定”栽培顯著提高了稻田休閑期雜草生物量及氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量。同時，次年雜草還田后經(jīng)微生物分解，其吸收的養(yǎng)分又被重新釋放，培肥了土壤地力，改善了土壤環(huán)境［15］，對南方雙季稻田冬閑期土壤養(yǎng)分的生物保持和物質(zhì)循環(huán)具有重要意義。

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