稻草全量還田對(duì)雙季水稻生長和土壤肥力的影響

丁 奇，吳建富*，李 濤，潘曉華，石慶華，趙新帆，吳玉成，楊小華

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江西省作物生理生態(tài)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌 330045;2.江西省進(jìn)賢縣溫圳鎮(zhèn)農(nóng)技站，江西 進(jìn)賢 331721)

水稻是中國最主要的糧食作物，全國常年種植面積約8 979萬hm2，按谷草比為1:1計(jì)算，年產(chǎn)稻草約2.865億t［1］。稻草作為一種重要的有機(jī)肥源，含有豐富的有機(jī)質(zhì)和大量的氮、磷、鉀、硅等礦質(zhì)營養(yǎng)元素，稻草還田在提高土壤肥力、改善土壤理化性狀、提高農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)和降低施肥成本等方面具有重要作用。同時(shí)，還可以減少因稻草焚燒和廢棄所造成的對(duì)大氣、土壤、水質(zhì)等環(huán)境的污染，對(duì)促進(jìn)我國循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。當(dāng)前，我國水稻機(jī)械化收獲得到快速發(fā)展，為稻草全量還田提供了基礎(chǔ)，國家農(nóng)業(yè)部把稻草還田作為發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要模式進(jìn)行推廣應(yīng)用。而目前我國秸稈資源僅有20%～36%作為有機(jī)肥料，被燃燒和廢棄的秸稈卻高達(dá)45%～60%［2］，這不僅浪費(fèi)了有機(jī)資源，同時(shí)也污染了環(huán)境。因此，如何做到有效利用稻草資源，減少稻草就地焚燒和廢棄，顯得尤為重要。關(guān)于稻草還田對(duì)水稻生長發(fā)育和土壤理化性狀的影響已有不少研究報(bào)道［3－6］，但大部分研究都集中在不同施肥量、不同秸稈還田量對(duì)水稻和土壤理化性質(zhì)的影響。在氮、磷、鉀養(yǎng)分總施用量相等條件下，不同稻草還田方式對(duì)雙季水稻生長發(fā)育和土壤肥力的影響的報(bào)道較少［7－8］。本文在等量氮、磷、鉀養(yǎng)分施用水平下，從水稻的分蘗動(dòng)態(tài)、產(chǎn)量、土壤的理化性質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益方面研究了不同稻草還田方式對(duì)水稻生長和土壤肥力的影響，旨在為南方稻區(qū)水稻秸稈資源有效利用和水稻合理施肥提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

于2010年開始在江西省進(jìn)賢縣溫圳鎮(zhèn)楊溪村進(jìn)行早、晚稻稻草還田定位試驗(yàn)。2009年晚稻收獲后稻草分別原位全量還田和原位燒灰還田，作翌年早稻有機(jī)肥。供試土壤為第四紀(jì)紅色粘土發(fā)育水稻土，試前土壤的基本化學(xué)性質(zhì)為:有機(jī)質(zhì) 34.16 g/kg，全氮 2.271 g/kg，堿解氮 126.0 mg/kg，有效磷31.34 mg/kg，速效鉀 97.9 mg/kg，pH 5.48。供試早、晚稻品種分別為陸兩優(yōu) 996 和五豐優(yōu) T025。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)4個(gè)處理:(1)不施肥(CK);(2)單施NPK化肥(F);(3)稻草全部燒灰還田+化肥(B+F)，即聯(lián)合收割機(jī)收獲早、晚稻后人工撒勻稻草，曬干后燃燒成灰，灌適量水后用手扶拖拉機(jī)旋耕作為早、晚稻基肥;(4)稻草全量切碎還田+化肥(S+F)，即聯(lián)合收割機(jī)收獲早、晚稻時(shí)將稻草切碎成約5～8 cm小段，早稻稻草人工撒勻灌水后用拖拉機(jī)將稻草旋耕入土，作為晚稻基肥;晚稻稻草人工撒勻后，來年春耕時(shí)用拖拉機(jī)旋耕入土，作為早稻基肥。采用大區(qū)試驗(yàn)，隨機(jī)設(shè)計(jì)，每處理面積326.7 m2，無重復(fù)。除不施肥處理外，其它各處理氮、磷、鉀用量相等，即早晚稻施純N量分別為165 kg/hm2、195 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=1∶0.45∶0.9。稻草和草木灰中的養(yǎng)分?jǐn)?shù)量按實(shí)際分析結(jié)果計(jì)算。稻草還田和稻草燒灰還田兩處理的實(shí)際施肥量扣除稻草和草木灰中輸入的養(yǎng)分量。早稻氮肥按照基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶2∶3施用;晚稻氮肥按照基肥 ∶分蘗肥 ∶穗肥=4∶2∶4施用。早、晚稻鉀肥按照分蘗肥 ∶穗肥=7∶3施用，磷肥一次性做基肥施用，化肥用尿素、鈣鎂磷肥和氯化鉀，其它管理措施基本一致。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 莖蘗變化 水稻移栽后每處理定點(diǎn)40蔸，每5 d調(diào)查一次莖蘗動(dòng)態(tài)，直到齊穗期。

1.3.2 土壤理化性質(zhì)的測定 早、晚稻成熟期用環(huán)刀法測定耕作層土壤容重、總孔隙度和非毛管孔隙度;早晚稻收獲后，在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)按“S”線路采集耕作層土壤混合樣品，供土壤養(yǎng)分測定。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法;全氮測定采用半微量凱氏法;堿解氮測定采用堿解擴(kuò)散法;有效磷測定采用0.05 mol/L NaHCO3浸提鉬藍(lán)比色法;速效鉀測定采用NH4OAC浸提火焰光度法［9］。

1.3.3 考種與測產(chǎn) 收割前1 d，各處理在調(diào)查有效穗的基礎(chǔ)上，按平均數(shù)法分3點(diǎn)各取樣5蔸進(jìn)行考種，各處理分3點(diǎn)各實(shí)割200蔸，脫粒后曬干稱量測定實(shí)際產(chǎn)量。

1.4 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

1.5 數(shù)據(jù)處理

圖、表中的數(shù)據(jù)為2012年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和SPSS16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻草全量還田對(duì)水稻生長的影響

2.1.1 對(duì)水稻分蘗動(dòng)態(tài)的影響 從圖1可以看出，無論是早稻還是晚稻，各處理移栽10 d后，施肥處理的總莖蘗數(shù)略高于不施肥處理，但移栽15 d后施肥處理總莖數(shù)明顯高于不施肥處理。施肥條件下，稻草全量還田明顯促進(jìn)了早稻分蘗的發(fā)生，水稻莖蘗總數(shù)明顯高于稻草燒灰還田和單施化肥處理，而后兩者差異較小;晚稻則不同，3個(gè)施肥處理的水稻莖蘗數(shù)差異較小。說明在等量氮磷鉀養(yǎng)分施用水平下，稻草全量還田能明顯促進(jìn)早稻分蘗的發(fā)生，從而有利于提高水稻產(chǎn)量。

圖1 不同處理下早稻(a)、晚稻(b)分蘗動(dòng)態(tài)Fig.1 Dynamic changes of tiller number of early rice(a)and late rice(b)under different treatments

表1 不同處理下水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素變化Tab.1 Variance analysis on yield and yield components of rice under different treatments

2.1.2 稻草全量還田方式對(duì)水稻產(chǎn)量的影響 由表1可知，無論是早稻還是晚稻，各施肥處理早、晚稻產(chǎn)量均極顯著高于不施肥處理。施肥條件下，稻草全量還田和燒灰還田處理間早稻產(chǎn)量基本持平，卻顯著高于單施化肥處理，增幅分別為5.39%和8.64%;晚稻各施肥處理以稻草全量還田處理最高，但處理間差異未達(dá)顯著水平。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，各施肥處理早晚稻單位面積的有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)差異較小，卻顯著高于不施肥處理;結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量各處理差異不明顯。表明在等量養(yǎng)分條件下，稻草連續(xù)多季全量還田有利于提高早晚稻產(chǎn)量。相關(guān)分析表明，早、晚稻產(chǎn)量的主要影響因素是有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)，與產(chǎn)量的相關(guān)性均達(dá)到顯著水平，早稻相關(guān)系數(shù)分別為0.993 4和0.986 1，而晚稻相關(guān)系數(shù)分別為 0.972 2 和 0.987 9。

2.2 稻草全量還田對(duì)土壤肥力的影響

2.2.1 對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響 土壤容重反應(yīng)了土壤的緊實(shí)的程度，而土壤容重變化與耕作方式、稻草還田方式密切相關(guān)［10］。表2結(jié)果表明，稻草全量還田下的土壤容重和毛管孔隙度均顯著低于無肥、單施化肥和稻草燒灰還田處理，而土壤總孔隙度和通氣孔隙度卻顯著高于后三者。表明稻草多季還田有利于改善土壤的通氣狀況，從而有利于土壤肥力的調(diào)節(jié)。

表2 不同處理下土壤容重的變化Tab.2 Variance analysis the change of Bulk density under different treatments

2.2.2 對(duì)土壤養(yǎng)分的影響 不同稻草還田方式對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響存在差異(表3)。在等量氮磷鉀養(yǎng)分施用條件下，稻草全量還田處理，耕作層土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于單施化肥和稻草燒灰還田處理，增幅為4.05%～4.71%，而后兩者差異不明顯。土壤全氮含量變化與有機(jī)質(zhì)變化相似，而土壤堿解氮各施肥處理間基本持平，卻顯著高于無肥處理。土壤有效磷含量各施肥處理也顯著高于無肥處理，稻草全量還田處理高于其他施肥處理，但差異不顯著，其差異程度與稻草還田次數(shù)的有關(guān)。土壤速效鉀含量稻草還田處理低于其他兩施肥處理，其原因有待進(jìn)一步研究。

表3 不同處理下耕作層土壤養(yǎng)分的變化Tab.3 Variance analysis the change of soil nutrients contents under different treatments

2.3 稻草全量還田對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響

表4分析可知，無論是早稻還是晚稻，與稻草燒灰還田和單施化肥相比，稻草全量還田處理的肥料成本為最少。相比于單施化肥，稻草全量還田早、晚稻肥料成本分別節(jié)約40.85%和31.08%;相比于稻草燒灰還田，早、晚稻分別節(jié)省肥料成本7.73%和4.64%。稻草全量還田早、晚稻稻谷產(chǎn)值和稻草產(chǎn)值比單施化肥和稻草燒灰還田分別提高 3.83% ～10.26%、3.09% ～10.22%和 3.83%～10.26%、1.38%～1.47%。

從凈收益來看，稻草全量還田都比其它施肥處理高。而從新增純收益率來分析，早稻稻草全量還田新增純收益率比單施化肥和稻草燒灰還田處理分別高出79.21%和25.45%;而晚稻分別高出3.7%和3.5%。邊際成本報(bào)酬率稻草全量還田明顯高于其他施肥處理。說明稻草全量還田有利于提高農(nóng)民種糧的經(jīng)濟(jì)效益。

表4 不同處理下經(jīng)濟(jì)效益的變化Tab.4 Variance analysis the change of economic benefits under different treatments

3 討論與結(jié)論

3.1 稻草還田與水稻生長和經(jīng)濟(jì)效益

稻草全量還田對(duì)水稻產(chǎn)量的影響主要聚焦在稻草秸稈還田能否起到與化學(xué)肥料同等的營養(yǎng)作用。稻草還田對(duì)水稻的增產(chǎn)作用明顯，其中稻草施加1.5 g/kg(相當(dāng)于3.6 t/hm2)與施加化肥氮0.054 g/kg(相當(dāng)于130 kg/hm2)的配比能獲得最佳的產(chǎn)量效益［12］。大量的研究結(jié)果表明稻草還田對(duì)水稻生長發(fā)育與產(chǎn)量有促進(jìn)作用，原因是稻草還田能促進(jìn)水稻分蘗，增加有效穗及每穗實(shí)粒數(shù)，生育中后期能維持較高的干物質(zhì)積累，從而提高產(chǎn)量［7－8］。而本試驗(yàn)也得到了相似的結(jié)論。稻草還田的經(jīng)濟(jì)效益影響的報(bào)道近期主要集中在耕作方式、施肥量和不同有機(jī)肥等形式上，基本認(rèn)為在稻草還田條件下，增加收入，減少投入成本，提高產(chǎn)投比可以使水稻獲得最佳收益。據(jù)研究表明，稻草還田年份越久，降低成本投入和增加產(chǎn)量的效果越明顯，為現(xiàn)階段國家農(nóng)業(yè)工廠化集約型和環(huán)保型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展生提供了新的方式和思路［10］。本研究認(rèn)為，在N、P、K總養(yǎng)分施用相同的條件下，稻草全量直接還田有利于提高翌年早稻產(chǎn)量，較單施化肥和燒灰還田處理相比，分別提高了8.6%和3.1%;而稻草全量直接還田對(duì)晚稻的增產(chǎn)效果不明顯;無論早晚稻，稻草還田比稻草燒灰還田、稻草不還田不僅提高了經(jīng)濟(jì)效益，而且純收益率和邊際成本報(bào)酬率有所提高，而且增幅明顯。

3.2 稻草還田與土壤理化性質(zhì)

有研究表明，稻草還田可以更新和增加土壤有機(jī)質(zhì)，積累土壤氮素對(duì)保持土壤養(yǎng)分的生態(tài)平衡有著良好的影響。佘冬立等［13］研究表明，秸稈還田對(duì)防止土壤板結(jié)、增加土壤通透性效果明顯。長期稻草還田以后，土壤總有機(jī)碳不僅增加了，構(gòu)成其碳組分的活性有機(jī)碳、礦化碳和微生物生物量碳以及相應(yīng)的碳庫都得到不同程度的改善，土壤碳庫管理指數(shù)也得到了增加［8，14－15］。還有研究表明稻草還田后水稻成熟期土壤有機(jī)質(zhì)和有機(jī)無機(jī)復(fù)合體數(shù)量提高，土壤的主要物理性質(zhì)與結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步改善［10］。通過本試驗(yàn)研究表明，與單施化肥和稻草燒灰還田相比，稻草全量直接還田不僅降低耕作層土壤的緊實(shí)度，還增加了總孔隙度和通氣孔隙度，有利于土壤物理性狀的改善;稻草全量直接還田還有利于耕作層土壤有機(jī)質(zhì)全氮、堿解氮、有效磷的含量的提高，卻減少了土壤速效鉀的含量，其機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

［1］中華人民共和國國家統(tǒng)計(jì)局.中華人民共和國2011年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)［EB/OL］.(2012－02－22)［2013－08－15］.http:www.stats.gov.cn/tjsj/tjgb/ndtjgb/ggndtjgb/201202/t20120222－30026.html.

［2］包雪梅，張福鎖，馬文奇.我國作物秸稈資源及養(yǎng)分循環(huán)研究［J］.中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2003，5:14－17.

［3］肖小平，湯海濤，紀(jì)雄輝.稻草還田模式對(duì)稻田土壤速效氮、鉀含量及晚稻生長的影響［J］.作物學(xué)報(bào)，2008，34(8):1464－1469.

［4］徐國偉，吳長付，劉輝，等.秸稈還田與實(shí)地氮肥管理對(duì)水稻產(chǎn)量及品質(zhì)的影響［J］.中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2006，22(10):209－215.

［5］葉文培，謝小立，王凱榮，等.不同時(shí)期秸稈還田對(duì)水稻生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響［J］.中國水稻科學(xué)，2008，22(1):65－70.

［6］張水清，鐘旭華，黃農(nóng)榮，等.稻草覆蓋還田對(duì)華南雙季晚稻物質(zhì)生產(chǎn)和產(chǎn)量的影響［J］.中國水稻科學(xué)，2011，25(3):284－290.

［7］曾研華，吳建富，何虎，等.機(jī)械化稻草全量還田下雙季早稻生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的響應(yīng)［J］.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33(5):840－844.

［8］吳建富，曾研華，潘曉華，等.機(jī)械化稻草全量還田對(duì)水稻產(chǎn)量和土壤碳庫管理指數(shù)的影響［J］.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33(5):835－839.

［9］鮑士旦.土壤農(nóng)化分析［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

［10］曾研華.稻草全量還田對(duì)水稻生長發(fā)育和土壤肥力的影響［D］.南昌:江西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

［11］黃河仙，王凱榮，謝小立.不同施氮水平和稻草添加量對(duì)水稻和玉米產(chǎn)量的影響［J］.農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2008，29(4):486－489.

［12］Pathk H，Singh R，Bhatia A，et al.Recycling of rice straw to improve wheat yield and soil fertility and reduce atmospheric pollution［J］.Paddy and What Environment，2006(4):111－117.

［13］佘冬立，王凱榮，謝小立，等.稻草還田的土壤肥力與產(chǎn)量效應(yīng)研究［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，16(1):100－104.

［14］邵月紅，潘劍君，孫波.長期施肥對(duì)紅壤不同形態(tài)碳的影響［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2006，14(1):15－127.

［15］曾研華，吳建富，潘曉華，等.不同稻草還田方式下土壤碳庫管理指數(shù)的研究［J］.中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27(30):77－81.