吉林省鹽堿稻區(qū)不同栽培模式對(duì)土壤性質(zhì)及水稻生長(zhǎng)的影響

馬 巍，侯立剛*，齊春艷，王 涵，劉 亮，孫洪嬌，劉曉亮，郭晞明，隋鵬舉

(1.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所，吉林 公主嶺 136100)

我國既是世界上最大的稻米生產(chǎn)國，也是最大的消費(fèi)國。近年來，由于城市化進(jìn)程的不斷加快，大量?jī)?yōu)質(zhì)耕地被占用，而后備補(bǔ)充的耕地資源則以水熱、區(qū)位、地形條件相對(duì)較差的中低產(chǎn)田為主。數(shù)據(jù)顯示，目前我國中低產(chǎn)田的面積約占全國耕地總面積的78.5%，而大面積中低產(chǎn)田的存在正是造成了我國水稻單位面積產(chǎn)量低且不穩(wěn)的主要原因。

吉林省是我國主要的粳稻生產(chǎn)基地，其中低產(chǎn)田土壤類型主要以鹽堿耕地型為主。研究表明，合理的土壤耕作方式可改善耕層的土壤結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)土壤中水、肥、氣、熱之間的關(guān)系，為水稻根系的發(fā)育創(chuàng)造良好的環(huán)境和條件[1]。而根系是水稻吸收養(yǎng)分和水分的重要器官，其生長(zhǎng)發(fā)育狀況與地上部器官的建成和最終產(chǎn)量形成密切相關(guān)[2-3]。因此，針對(duì)吉林省鹽堿土壤障礙因素，進(jìn)行區(qū)域耕作方式改良，集成特有栽培模式，是提高吉林省中低產(chǎn)田糧食產(chǎn)量的重要途徑。目前，提升水稻產(chǎn)量的研究多偏重于耕作方式[4-6]、栽插密度[7-8]、施肥水平[9]及灌溉方式[10-11]等單因子效應(yīng)，而通過多因子集成于優(yōu)化，提升水稻產(chǎn)量的研究卻鮮有報(bào)道。本文通過建立秸稈還田土壤耕作方式，調(diào)節(jié)施肥措施，提高水稻后期抗逆性，研究不同栽培模式對(duì)吉林省鹽堿稻區(qū)土壤物理性質(zhì)、根系活力及產(chǎn)量的影響，旨在為構(gòu)建吉林省中低產(chǎn)田水稻高產(chǎn)栽培模式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2010～2011年在吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所公主嶺輕度鹽堿稻區(qū)試驗(yàn)田(Ⅰ)和前郭中度鹽堿稻區(qū)試驗(yàn)田(Ⅱ)進(jìn)行，供試土壤基本理化性質(zhì)見表1。以吉林省常規(guī)栽培品種吉粳111和超級(jí)稻吉粳88為供試材料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

4月19日播種，5月20日移栽，采用30 cm×13 cm移栽密度，單株移栽。設(shè)3種栽培模式處理。

A.傳統(tǒng)灌水精耙栽培(對(duì)照)。秋翻不留茬還田，春季土壤化凍15 cm左右時(shí)，采用旋耕機(jī)旱旋整平，鎮(zhèn)壓并打碎垡塊，旋地同時(shí)施底肥，將肥均勻揚(yáng)在田面，移栽前3～5 d灌水泡田精耙整地。總氮施用量 200 kg·hm-2，按照基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥=4∶3∶2∶1 比例施用；磷肥(P2O5)施用量 80 kg·hm-2，作基肥一次施用，鉀肥施用量為60 kg·hm-2，基肥和穗肥各50%施用。除生育中期進(jìn)行適時(shí)曬田外，其余時(shí)間保持田間3～5cm水層，直到收獲前10 d左右停止灌溉。

B.旱平免水耙栽培。春翻時(shí)借助激光平地儀進(jìn)行田面平整，泡田后不進(jìn)行水耙整地，施肥和水分管理同A處理。

C.三增綜合栽培。收割時(shí)留茬，留茬高度為20～30 cm，采用五鏵犁翻埋。施肥方法上采取不施分蘗肥，補(bǔ)肥施用時(shí)間前移，多施穗肥，按照基肥∶補(bǔ)肥∶穗肥∶粒肥=4∶2∶3∶1 比例施用。其他均同 B處理。

以上各處理重復(fù)3次，采用隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)小區(qū)面積80 m2。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重、總孔隙度；采用DDS-307A型電導(dǎo)率儀測(cè)定土壤電導(dǎo)率；水溶性有機(jī)碳采用島津TOC-5000 A測(cè)定；在水稻最高分蘗期(MT)、抽穗期(HD)、灌漿期(FL)取樣，用α-NA氧化法測(cè)定根系氧化力。水稻成穗率及產(chǎn)量構(gòu)成因素的調(diào)查方法參照韓龍植[12]編著的《水稻種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖，用DPS 7.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培模式對(duì)土壤性質(zhì)的影響

由表2可知，無論是低度鹽堿稻區(qū)還是中度鹽堿稻區(qū)，不同栽培模式對(duì)土壤性質(zhì)的影響趨勢(shì)基本相同，從土壤總孔隙度來看，三增綜合栽培＞旱平免水耙栽培＞傳統(tǒng)灌水精耙栽培，其中三增綜合栽培土壤總孔隙度顯著高于旱平免水耙栽培和傳統(tǒng)灌水精耙栽培，平均增加16.8%和62.7%。從土壤電導(dǎo)率和土壤容重來看，表現(xiàn)為三增綜合栽培＜旱平免水耙栽培＜傳統(tǒng)灌水精耙栽培，其中三增綜合栽培土壤容重低于旱平免水耙栽培和傳統(tǒng)灌水精耙栽培，且達(dá)到顯著水平，平均降低5.5%和7.3%。

從表2還可以看出，不同栽培模式對(duì)不同鹽堿稻區(qū)土壤水溶性有機(jī)碳的影響趨勢(shì)相一致，具體表現(xiàn)為三增綜合栽培＞旱平免水耙栽培＞傳統(tǒng)灌水精耙栽培，其中三增綜合栽培土壤水溶性有機(jī)碳顯著高于旱平免水耙栽培和傳統(tǒng)灌水精耙栽培，平均增加42.9%和52.8%。而旱平免水耙栽培土壤有機(jī)碳雖高于傳統(tǒng)灌水精耙栽培，但未達(dá)到顯著水平。

表2 不同栽培模式對(duì)土壤性質(zhì)的影響

2.2 不同栽培模式對(duì)水稻成穗率的影響

由圖1可見，輕度鹽堿稻區(qū)水稻成穗率明顯大于中度鹽堿稻區(qū)。在輕度鹽堿稻區(qū)，旱平免水耙栽培處理下，吉粳111和吉粳88的成穗率為82.6%和84.6%，三增綜合栽培條件下，兩品種成穗率為83%和86.3%，與傳統(tǒng)灌水精耙栽培條件相比均有小幅增加，但差異不顯著；在中度鹽堿稻區(qū)，三增綜合栽培條件下，兩品種成熟率為80.2%和80.9%，顯著高于旱平免水耙栽培和傳統(tǒng)精耙栽培，而旱平免水耙栽培兩品種水稻成穗率雖大于傳統(tǒng)灌水精耙栽培，但未達(dá)到顯著水平。

圖1 不同栽培模式對(duì)水稻成穗率的影響

2.3 不同栽培模式對(duì)水稻根系活力的影響

由圖2可知，不同鹽堿程度稻區(qū)，水稻根系氧化活力不同，表現(xiàn)為輕度鹽堿稻區(qū)＞中度鹽堿稻區(qū)。不同生育時(shí)期水稻根系氧化能力不同，其中最高分蘗期根系氧化活力最大，隨著生育進(jìn)程，水稻的根系氧化活力呈下降趨勢(shì)。輕度鹽堿稻區(qū)，三增綜合栽培各生育期根系活力均最大，如吉粳111和吉粳88在最高分蘗期、抽穗期、灌漿期的根系氧化活力分別為 2963μg·α-Na·h-1和 3254μg·α-Na·h-1、2221μg·α-Na·h-1和 2682μg·α-Na·h-1、1597μg·α-Na·h-1和 1935μg·α-Na·h-1，比旱平免水耙栽培增加 23.3%和 15.2%、9.0%和 15.1%、27.3%和 38.1%，而比傳統(tǒng)精耙栽培增加 24.4%和20.9%、21.4%和 15.4%、29.2%和 28.6%；中度鹽堿稻區(qū)，三增綜合栽培兩品種各生育期根系活力仍高于旱平免水耙栽培和傳統(tǒng)精耙栽培。

圖2 不同栽培模式對(duì)水稻根系活力的影響

2.4 不同栽培模式對(duì)水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

由表3可知，不同鹽堿稻區(qū)水稻產(chǎn)量不同，產(chǎn)量表現(xiàn)為輕度鹽堿稻區(qū)＞中度鹽堿稻區(qū)；輕度鹽堿地，三增綜合栽培條件下，吉粳111和吉粳88的實(shí)際產(chǎn)量為 1 0698.2 kg·hm-2和 1 1075.6 kg·hm-2，比傳統(tǒng)精耙栽培增加22.3%和20.6%，而旱平免水耙栽培條件下，兩品種實(shí)際產(chǎn)量較傳統(tǒng)精耙栽培雖有小幅增加，但增幅均較小，且未達(dá)到顯著水平；中度鹽堿地，三增綜合栽培條件下，兩品種的實(shí)際產(chǎn)量比旱平免水耙栽培增加了23.2%和27.5%，比傳統(tǒng)精耙栽培增加了40.3%和32.8%。綜合產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，三增綜合栽培的產(chǎn)量顯著提升主要是由于單位面積穗數(shù)和每穗實(shí)粒數(shù)的顯著增加。

表3 不同栽培模式對(duì)水稻水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

3 討論

土壤物理性狀是土壤的重要特性之一，是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綜合因素。而容重是土壤的重要物理性狀，是衡量土壤緊實(shí)程度的一個(gè)指標(biāo)。研究認(rèn)為，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，改善土壤結(jié)構(gòu)，有利于作物的根系生長(zhǎng)，提高水稻產(chǎn)量[6]。本研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)灌水精耙栽培相比較，三增綜合栽培和旱平免水耙栽培均可降低中低鹽堿稻區(qū)土壤容重和電導(dǎo)率，提高土壤總孔隙度；從改良土壤效果來看，表現(xiàn)為三增綜合栽培＞旱平免水耙栽培＞傳統(tǒng)灌水精耙栽培，究其原因可能與三增綜合栽培和旱平免水耙栽培均采用了旱平耕作方式，免去了水耙環(huán)節(jié)，減少了土壤結(jié)構(gòu)破壞程度有關(guān)。

黃耀和孫文娟[13]通過對(duì)近20年來中國大陸農(nóng)田表土有機(jī)碳含量的研究認(rèn)為，農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量的增加主要由于秸稈還田、有機(jī)肥的施用以及少(免)耕技術(shù)的推廣。而在土壤有機(jī)碳中起到重要作用的是水溶性有機(jī)碳，它是土壤微生物可以直接利用的有機(jī)碳源[14]。在影響水溶性有機(jī)碳(WSOC)含量的各因素中，施肥對(duì)土壤WSOC的含量有很大的影響，Chantigny等[15]研究表明，施氮肥會(huì)減少土壤中WSOC的含量。Liang等[16]也得出了相同結(jié)論；而施秸稈和有機(jī)肥則會(huì)提高土壤中WSCO的含量[17-18]。本研究結(jié)果表明，無論是低度鹽堿稻區(qū)還是中度鹽堿稻區(qū)，與傳統(tǒng)灌水精耙栽培相比，三增綜合栽培可顯著提高土壤水溶性有機(jī)碳，而旱平免水耙栽培雖有提高，但差異不顯著。由于3種栽培模式無機(jī)肥施用總量相同，因此，三增綜合栽培中水溶性碳的顯著增加主要?dú)w因于秸稈還田的栽培措施。

研究證實(shí)水稻結(jié)實(shí)率、粒重、產(chǎn)量等與中后期根系功能關(guān)系密切[19]。杜永等[20]研究認(rèn)為抽穗后期根系活力強(qiáng)，有利于水稻高產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。本研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)灌水精耙栽培相比較，在不同程度鹽堿稻區(qū)，三增栽培和旱平免水耙栽培均可提高水稻成穗率、根系活力及產(chǎn)量，其中尤以三增栽培效果顯著。具體表現(xiàn)為三增綜合栽培＞旱平免水耙栽培＞傳統(tǒng)灌水精耙栽培。綜合產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，三增綜合栽培的產(chǎn)量顯著提升主要與單位面積穗數(shù)和每穗實(shí)粒數(shù)的增加有關(guān)。

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