秸稈還田方式對水稻產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收的影響

張磊++戴志剛++魯明星++李小坤++任濤++叢日環(huán)

摘要：在湖北省京山縣、崇陽縣開展秸稈還田方式對水稻（Oryza stativa L.）產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收的影響試驗(yàn)，分析了不同秸稈還田方式（秸稈不還田、整稈覆蓋還田、粉碎覆蓋還田、整稈翻壓還田與粉碎翻壓還田）對水稻產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收利用的影響。結(jié)果表明，2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)不同秸稈還田方式條件下稻谷產(chǎn)量分別為8 441～9 177 kg/hm2和13 125～13 910 kg/hm2。與對照（秸稈不還田）相比，京山縣和崇陽縣試驗(yàn)點(diǎn)秸稈還田可分別提高水稻產(chǎn)量3.85%～12.91%和1.51%～7.58%；其中秸稈粉碎翻壓還田處理的稻谷的增產(chǎn)幅度在2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均為最高，分別增產(chǎn)1 050和980 kg/hm2。秸稈還田也在一定程度上增加了水稻的養(yǎng)分積累量，秸稈翻壓還田的水稻地上部養(yǎng)分累積量整體上高于秸稈覆蓋還田。從經(jīng)濟(jì)收益角度來看，與對照相比，粉碎翻壓還田在2個(gè)點(diǎn)平均增加收益分別為1 918元/hm2和1 932元/hm2。此外，幾種秸稈還田方式對土壤鉀素的虧缺均有較大的緩解作用。

關(guān)鍵詞：秸稈還田方式；水稻（Oryza stativa L.）；產(chǎn)量；養(yǎng)分累積；養(yǎng)分表觀平衡

中圖分類號：S511；S147.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）01-0051-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.01.014

Effects of Straw Returning on Rice Yield and Nutrient Uptake

ZHANG Lei1，2，DAI Zhi-gang3，LU Ming-xing3，LI Xiao-kun1，2，REN Tao1，2，CONG Ri-huan1，2

（1.College of Resources and Environment，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China；

2.Key Laboratory of Arable Land Conservation （Middle and Lower Reaches of Yangtze River），Ministry of Agriculture，Wuhan 430070，China；

3.Soil and Fertilizer Station of Hubei Province，Wuhan 430070，China）

Abstract： Different straw returning methods（i.e.，no straw returning， mulching with whole straw，mulching with crushing straw， plough to the field with whole straw，and plough to the field with crushing straw） were taken to study straw returning effects on rice yield and nutrient uptake in the two counties（Jingshan and Chongyang，Hubei province）. The results showed that rice yield were 8 441～9 177 kg/hm2 and 13 125～13 970 kg/hm2 with straw returning in Jingshan and Chongyang， respectively. And compared with no straw returning control，yield increased rates of straw returning treatments were 3.85%～12.91% and 1.51%～7.58%，respectively. Treatment of plough to the field with crushing straw had the highest rice yield，with the yield increment of 1 050 kg/hm2 and 980 kg/hm2. The straw returning could increase the total nutrient accumulation of rice to some extent.Nutrient accumulation of rice were generally higher in the treatment with straw plough than the treatments with straw mulching.However，nutrient accumulation showed little difference between whole straw or crushing straw. For the economic profit，treatment of plough to the field with crushing straw averagely increased by 1 918 and 1 932 Yuan/hm2 compared with the control. In addition，soil potassium deficiency could be relieved with straw incorporation.

Key words： straw returning methods； rice（Oryza stativa L.）； yield； nutrient accumulation； nutrient apparent balance

湖北省是中國的糧食大省之一，為國家糧食安全做出了較大的貢獻(xiàn)。然而隨之相伴的是大量副產(chǎn)物秸稈。據(jù)測算，湖北省年產(chǎn)秸稈3 000多萬噸，大量秸稈被付之一炬，嚴(yán)重污染空氣，加重土壤板結(jié)，危及公共安全[1]，如何破解秸稈綜合利用的堅(jiān)冰是困擾農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要問題[2]。秸稈還田是提高秸稈利用最簡單、有效的途徑。秸稈還田不僅能為農(nóng)田提供作物必需的養(yǎng)分，提高植株地上部養(yǎng)分吸收，固定碳、氮，維持和提高土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，同時(shí)也減少了化學(xué)肥料的施用和秸稈焚燒造成的空氣污染[3-7]，是化肥減量的重要技術(shù)措施之一。江漢平原地區(qū)進(jìn)行秸稈還田能明顯提高水稻（Oryza stativa L.）和小麥產(chǎn)量，尤其是與化肥配合施用可以明顯提高作物產(chǎn)量[8]。前人對不同秸稈還田方式秸稈自身腐解特征、土壤養(yǎng)分、水熱情況、土壤呼吸等方面均作了大量研究，有研究發(fā)現(xiàn)水稻常規(guī)栽培模式下秸稈翻壓還田養(yǎng)分釋放速率大于秸稈覆蓋還田[9]。李繼福[2]發(fā)現(xiàn)秸稈翻壓還田方式顯著降低了土壤容重，同時(shí)提高了土壤孔隙度和含水量。李煒等[10]發(fā)現(xiàn)秸稈行間掩埋與秸稈覆蓋相比顯著促進(jìn)了土壤呼吸作用。蘇偉[11]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈粉碎還田在秸稈養(yǎng)分釋放速率、增產(chǎn)潛力以及土壤相關(guān)養(yǎng)分含量均優(yōu)于整稈還田。前人的研究焦點(diǎn)主要集中在單一的秸稈翻壓與秸稈覆蓋還田方式或者秸稈整稈與秸稈粉碎還田方式對作物產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分影響方面，而關(guān)于這幾種秸稈還田方式相互結(jié)合對作物產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收的影響卻鮮見報(bào)道。而且在目前實(shí)際生產(chǎn)中，秸稈還田還存在很多技術(shù)問題影響了秸稈還田效果與應(yīng)用進(jìn)程。本研究以湖北省水稻種植區(qū)幾種不同輪作模式為研究背景，系統(tǒng)地研究了秸稈翻壓還田與覆蓋還田、整稈還田與粉碎還田對水稻產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收利用的影響，以期能夠進(jìn)一步推進(jìn)秸稈還田技術(shù)研究，為秸稈還田技術(shù)的優(yōu)化和水稻的增產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2013年分別在湖北省京山縣（北緯30°56′02″，東經(jīng)113°14′48″）、崇陽縣（北緯29°16′33″，東經(jīng)114°00′49″）試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行。其中，京山縣試驗(yàn)點(diǎn)前茬作物為小麥，崇陽縣試驗(yàn)點(diǎn)前茬作物為水稻。京山縣、崇陽縣當(dāng)季還田秸稈分別使用小麥秸稈和水稻秸稈，其養(yǎng)分含量見表1。供試水稻品種為當(dāng)?shù)刂魍破贩N。供試肥料為尿素（含N 47%）、過磷酸鈣（含P2O5 12%）、氯化鉀（含K2O 60%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，分別為：①秸稈不還田（CK）；②秸稈整稈覆蓋還田（M+S）；③秸稈粉碎覆蓋還田（M+CS）；④秸稈整稈翻壓還田（P+S）；⑤秸稈粉碎翻壓還田（P+CS）。所有處理均施用等量化肥，其中氮肥（純氮）施用量為165 kg/hm2，基肥與穗肥比例為7∶3；磷、鉀肥（純養(yǎng)分）施用量分別為26和50 kg/hm2，均作為基肥一次性施用。秸稈還田量均為6 000 kg/hm2。粉碎還田處理的秸稈用粉碎機(jī)粉碎成10 cm左右的小段。對照處理的小區(qū)常規(guī)整地，秸稈翻壓還田處理的小區(qū)整地前將秸稈均勻覆在小區(qū)表面，用翻耕機(jī)將秸稈翻壓至土壤中。秸稈覆蓋還田處理的小區(qū)在翻地后將秸稈均勻覆蓋在小區(qū)表面。為保證試驗(yàn)的統(tǒng)一，各試驗(yàn)點(diǎn)在整地前將前茬秸稈全部移走，再按處理準(zhǔn)確還田。

各處理設(shè)置3次重復(fù)，小區(qū)面積為50 m2。處理間用寬30 cm、高30 cm的土埂隔開，上覆蓋薄膜，防止串水串肥。同時(shí)整個(gè)試驗(yàn)區(qū)外圍用土埂圍起，與保護(hù)行隔離，有獨(dú)立的灌/排水溝，防止保護(hù)區(qū)肥水串進(jìn)試驗(yàn)各小區(qū)。其他生產(chǎn)管理措施均采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理方法。

1.3 樣品采集及養(yǎng)分含量測定方法

土壤樣品于前茬作物收獲后基肥施用前采集，以整個(gè)田塊為采樣單元均勻布點(diǎn)15個(gè)，取0～20 cm耕作層土壤，實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干磨細(xì)后分別過0.90和0.15 mm篩供土壤理化性質(zhì)測試分析用。土壤基本理化性質(zhì)按常規(guī)法測定[12]，具體為pH按照水土比2.5∶1，電位法測定；有機(jī)質(zhì)用外加熱-重鉻酸鉀容量法測定；全氮用半微量凱氏定氮法測定，標(biāo)準(zhǔn)酸滴定；速效磷用0.5 mol/L的NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀用1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法測定。

水稻成熟期收獲前在所有試驗(yàn)小區(qū)取植株樣，每小區(qū)取6蔸水稻地上部植株，網(wǎng)袋懸掛風(fēng)干脫粒后分別統(tǒng)計(jì)莖稈、子粒的生物量，各部分樣品于60 ℃烘干后磨細(xì)過0.45 mm篩用于養(yǎng)分含量測定。采用H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮，流動注射分析儀（瑞典FIAstar5000）測定全氮和全磷含量，火焰光度法測定全鉀含量[12]。

1.4 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

2013年湖北省稻谷政府最低收購價(jià)為2.7元/kg，秸稈覆蓋在地表的人工成本為300元/hm2，秸稈粉碎成本為300元/hm2。各處理氮、磷、鉀肥料投入量相同，只考慮秸稈的增產(chǎn)效應(yīng)，肥料成本不做計(jì)算。本研究涉及的經(jīng)濟(jì)效益數(shù)據(jù)均根據(jù)以上價(jià)格進(jìn)行計(jì)算。

養(yǎng)分平衡計(jì)算采用表觀平衡法，即養(yǎng)分投入量與養(yǎng)分支出量的差值，正值表示盈余，負(fù)值表示虧缺。養(yǎng)分投入僅包括施肥和秸稈還田帶入的養(yǎng)分，養(yǎng)分支出僅包括作物收獲而帶出的養(yǎng)分。

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Origin9.0和SPSS軟件進(jìn)行制圖和統(tǒng)計(jì)分析，最小差異顯著法（LSD）檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的差異顯著性水平（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田方式對水稻稻谷產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量的影響

秸稈還田條件下通過氮肥調(diào)控可以提高水稻產(chǎn)量[13]。不同秸稈還田模式的水稻產(chǎn)量見圖1。由圖1可見，各試驗(yàn)點(diǎn)秸稈還田處理的稻谷和秸稈產(chǎn)量均高于對照。在京山縣試驗(yàn)點(diǎn)中，與對照相比，4個(gè)秸稈還田處理M+S、M+CS、P+S、P+CS平均增產(chǎn)313、743、454、1 049 kg/hm2，平均增產(chǎn)率達(dá)到3.85%～12.91%；從秸稈還田方式上來看，與對照相比，除M+S處理與對照差異不顯著外，其他處理與對照差異均達(dá)顯著水平，其中P+CS處理產(chǎn)量（9 177 kg/hm2）高于其他處理（產(chǎn)量范圍為8 127～8 871 kg/hm2）。崇陽縣試驗(yàn)點(diǎn)水稻產(chǎn)量整體處于較高水平，對照處理水稻產(chǎn)量達(dá)到12 930 kg/hm2；4個(gè)處理中除M+S處理外，其他處理與對照相比差異顯著。秸稈粉碎與否對稻谷產(chǎn)量的影響較小，但秸稈粉碎還田產(chǎn)量優(yōu)于秸稈整稈還田；各秸稈還田處理產(chǎn)量范圍為 13 125～13 910 kg/hm2。其中P+CS處理與CK、M+S、M+CS處理的產(chǎn)量達(dá)到顯著水平。與對照相比，4種秸稈還田處理平均增產(chǎn)率達(dá)到1.51%～7.58%。2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)各處理秸稈生物量差異與稻谷產(chǎn)量有相似的規(guī)律。與對照相比，京山縣試驗(yàn)點(diǎn)各秸稈還田處理秸稈生物量平均增加869～1 703 kg/hm2，增產(chǎn)率達(dá)到10.04%～19.67%；2個(gè)粉碎還田處理與對照相比達(dá)到顯著水平，而各秸稈還田處理之間差異不顯著。崇陽縣試驗(yàn)點(diǎn)各秸稈還田處理秸稈生物量比對照平均增加507～1 390 kg/hm2，平均增產(chǎn)率分別為4.95%～13.57%；除M+S處理外，其他處理秸稈生物量與對照相比差異均達(dá)到顯著水平。2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)產(chǎn)量整體表現(xiàn)出秸稈翻壓還田方式優(yōu)于秸稈覆蓋還田方式，秸稈粉碎還田方式優(yōu)于秸稈整稈還田方式的趨勢。以上兩地秸稈粉碎翻壓還田方式對水稻增產(chǎn)效果最好。

2.2 秸稈還田方式對水稻各部位養(yǎng)分含量的影響

植株養(yǎng)分含量是評價(jià)水稻生長狀況和營養(yǎng)品質(zhì)的主要因素[14]。還田秸稈不僅含有大量的鉀素，還有大量的有機(jī)氮和有機(jī)磷，進(jìn)行秸稈還田也會影響水稻各部位氮、磷和鉀養(yǎng)分含量[1]。從圖2可以看出，京山縣試驗(yàn)點(diǎn)各處理子粒氮含量為0.71%～0.78%，磷含量為0.16%～0.24%；崇陽縣各處理子粒氮含量為0.93%～1.06%，磷含量為0.18%～0.23%。2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)子粒鉀含量均表現(xiàn)出隨著產(chǎn)量升高而降低的趨勢，且均以P+CS處理鉀含量最低，分別為0.21%和0.22%。京山縣試驗(yàn)點(diǎn)各處理莖稈氮含量為0.49%～0.55%，磷含量為0.05%～0.06%，鉀含量為2.45%～2.74%；崇陽縣試驗(yàn)點(diǎn)各處理莖稈氮含量為0.53%～0.66%，磷含量為0.05%～0.10%，鉀含量為2.01%～2.52%?？傮w來看，崇陽縣試驗(yàn)點(diǎn)植株養(yǎng)分含量略高于京山縣試驗(yàn)點(diǎn)。

2.3 秸稈還田方式對水稻地上部養(yǎng)分累積量的影響

水稻對氮磷鉀的累積量關(guān)系到其生長發(fā)育狀況和產(chǎn)量形成[15]。由表2可見，京山縣試驗(yàn)點(diǎn)中，與對照相比，秸稈翻壓還田的2個(gè)處理的氮、磷養(yǎng)分累積量的增加均達(dá)到顯著水平，氮素累積量最高的是P+CS處理，達(dá)到126.22 kg/hm2，磷素累積量最高的是P+S處理，達(dá)到了28.98 kg/hm2；而各處理鉀素累積量與對照相比差異不顯著。崇陽試驗(yàn)點(diǎn)中，P+S處理的氮素累積量最高，為210.45 kg/hm2，與對照相比差異顯著；而磷素累積量則以P+CS處理最高，平均為43.61 kg/hm2；鉀素累積量最高的是M+CS處理，平均為328.40 kg/hm2。整體來看，秸稈還田對水稻地上部氮素吸收有一定的促進(jìn)作用，對水稻地上部磷、鉀素的吸收卻有差異，在土壤速效磷、速效鉀含量較低的地區(qū)對水稻磷、鉀素吸收有一定的促進(jìn)作用，而在土壤速效磷、速效鉀含量較高的地區(qū)對水稻地上部磷、鉀素吸收的促進(jìn)作用不明顯。

2.4 秸稈還田方式對水稻經(jīng)濟(jì)效益的影響

與對照相比，除M+S處理與對照收益相當(dāng)外，其他處理均不同程度提高了水稻的經(jīng)濟(jì)效益（表3）。其中P+CS處理的產(chǎn)值在2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)增幅均最高，產(chǎn)值分別達(dá)到了24 777元/hm2和37 465元/hm2。不同秸稈還田方式的成本有較大差異，其中M+S由于用工支出較少因而成本相對較低，而其他還田方式由于用工支出增加導(dǎo)致總成本相應(yīng)提高?？鄢霉こ杀竞?個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)依然是P+CS處理的利潤最高，比CK純收益分別增加1 918元/hm2和1 932元/hm2。秸稈粉碎翻壓可有效地利用上季作物遺留下來的大量秸稈，同時(shí)還可以加速秸稈的腐解，提高土壤中的養(yǎng)分含量，減少秸稈覆蓋對作物苗期生長的影響，綜合效益也最好。

2.5 秸稈還田方式對農(nóng)田養(yǎng)分表觀平衡的影響

不同秸稈還田方式條件下對京山縣試驗(yàn)點(diǎn)和崇陽縣試驗(yàn)點(diǎn)農(nóng)田養(yǎng)分平衡的影響如表4所示。從表4可以看出，京山縣試驗(yàn)點(diǎn)各處理的氮素和磷素均出現(xiàn)盈余，其中M+S處理的氮素和磷素盈余量最多，分別為74 kg/hm2和9 kg/hm2，與對照相比，氮素盈余量和磷素盈余量分別提高了15.6%、50.0%。各處理的鉀素均出現(xiàn)一定程度的虧缺，但是4個(gè)秸稈還田處理與對照相比虧缺較少。崇陽縣試驗(yàn)點(diǎn)的CK、P+S處理均出現(xiàn)氮素虧缺，分別虧缺29和12 kg/hm2，其他處理的氮素均達(dá)到盈余或者持平；而磷素的虧缺出現(xiàn)在CK和P+CS處理，分別虧缺5和6 kg/hm2，其他處理達(dá)到輕微盈余，崇陽試驗(yàn)點(diǎn)氮素和磷素整體養(yǎng)分平衡狀況差異較??；各處理的鉀素虧缺較大，其中CK處理的鉀素虧缺最大，虧缺達(dá)218 kg/hm2。

3 結(jié)論

不同的秸稈還田方式會影響作物產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收。本試驗(yàn)的結(jié)果表明，各秸稈還田處理增加水稻產(chǎn)量188～1 049 kg/hm2，秸稈翻壓還田方式在增產(chǎn)效果上優(yōu)于覆蓋還田方式，粉碎還田方式增產(chǎn)效果優(yōu)于整稈還田方式。同樣的，秸稈翻壓還田的水稻地上部養(yǎng)分累積量整體上高于秸稈覆蓋還田。但是，整稈還田模式與粉碎還田模式對水稻各部分養(yǎng)分累積量的影響并未表現(xiàn)出顯著的差異。從經(jīng)濟(jì)收益角度來看，兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)秸稈粉碎翻壓還田處理分別比對照增加收益1 918和1 932元/hm2。此外，幾種秸稈還田方式對于土壤鉀素的虧缺均有較大地緩解作用。

致謝：試驗(yàn)布置和開展過程中受到了參與本次項(xiàng)目的京山縣和崇陽縣兩地土壤肥料工作站工作人員的大力支持和幫助，在此表示感謝。

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