有機(jī)、綠色與常規(guī)栽培對水稻產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤肥力的影響

劉 洋，張玉燭，柏連陽，李巳夫，方寶華，朱國奇

（1.湖南省水稻研究所，湖南 長沙 410125；2.湖南雜交水稻研究中心，湖南 長沙410125；3.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙 410125；4.湖南省植物保護(hù)研究所，湖南 長沙 410125）

有機(jī)栽培模式是基于一定的有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，不使用化學(xué)合成的農(nóng)藥、化肥、生長調(diào)節(jié)劑等物質(zhì)，遵循自然規(guī)律采用可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)技術(shù)以維持穩(wěn)定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。綠色栽培模式以農(nóng)業(yè)措施為主，通過選擇抗病品種，非化學(xué)種子處理，培育壯苗，利用燈光、色彩、天敵誘殺害蟲，機(jī)械和人工除草等措施，在特殊情況下，需要農(nóng)藥時(shí)也應(yīng)選用中等毒性植物農(nóng)藥、動物源農(nóng)藥和微生物農(nóng)藥的一種栽培方式。在有機(jī)和綠色栽培模式發(fā)展迅速的同時(shí)，大家對“有機(jī)和綠色食品品質(zhì)是否更好，采用這些栽培方式是否能改良土壤、提高土壤肥力”表示了濃厚的興趣。以羅代爾研究所為代表的許多研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)行了一系列長期的定位試驗(yàn)，取得了較多成果[1-4]。國內(nèi)也有周澤江等[5]、楊東鵬[6]、陸東等[7]率先進(jìn)行了相關(guān)研究。但總的來說，我國有機(jī)、綠色和傳統(tǒng)栽培模式的對比研究尚處于起步階段，尤其是田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)嚴(yán)重不足。國外的研究也集中在旱地作物如小麥[8]，大豆[1]，玉米[9]，番茄[2]和馬鈴薯[10]等品種上。筆者的研究目的是通過田間試驗(yàn)，對比分析有機(jī)、綠色和常規(guī)栽培對水稻產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤肥力的影響，為科學(xué)合理地評估水稻不同栽培方式的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境效益提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及材料

試驗(yàn)在湖南省長沙縣果園鎮(zhèn)新明村肖家坳進(jìn)行，試驗(yàn)地是典型的雙季稻區(qū)，該地區(qū)從2008～2013年通過土地流轉(zhuǎn)連續(xù)定點(diǎn)種植有機(jī)水稻6.7 hm2、綠色水稻20 hm2，常規(guī)水稻為周邊農(nóng)戶耕種。供試地土壤為淺紅黃泥，土壤肥力均勻，田面耕耙平整，早稻品種選用湘早秈45號，晚稻品種選用玉針香。供試有機(jī)肥為通過有機(jī)認(rèn)證的商品有機(jī)肥，有機(jī)質(zhì)含量為46%，總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）為6.4%，pH值為7.0。

1.2 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采取田間定位試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了4個(gè)處理，分別為4 a有機(jī)、2 a有機(jī)、綠色和常規(guī)栽培，每個(gè)處理重復(fù)4次，每個(gè)小區(qū)實(shí)際栽培面積為667 m2。

有機(jī)栽培施用商品有機(jī)肥，施用量為500 kg/667m2，不使用化學(xué)合成的農(nóng)藥、化肥、生長調(diào)節(jié)劑等；病蟲草害防治方面：依靠栽培措施控制水稻紋枯病、利用赤眼蜂防治螟蟲、通過稻田養(yǎng)蛙防治稻飛虱、使用幼蟲燈誘殺飛蛾、人工除草。綠色栽培施用復(fù)合肥做基肥，30 kg/667m2，追肥分別為尿素（7.5 kg/667m2）和鉀肥（5 kg/667m2），病蟲草害防治大體跟有機(jī)栽培一致，使用了一些生物制劑如井岡霉素、稻瘟凈等。常規(guī)栽培根據(jù)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)習(xí)慣使用化肥和化學(xué)農(nóng)藥。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 理論產(chǎn)量測定 水稻成熟后，每小區(qū)量取21行，測量行距；量取21株，測定株距，計(jì)算單位面積（1 m2）穴數(shù)；按順序選取20穴，計(jì)算每穴穗數(shù)，推算單位面積（667 m2）有效穗數(shù)；每小區(qū)對角線5點(diǎn)取樣，每點(diǎn)2株水稻，編號后用尼龍網(wǎng)袋帶回室內(nèi)，自然晾干后考種，分別測定其每株有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。理論產(chǎn)量（kg）=有效穗（穗/667m2）×穗粒數(shù)（粒）×結(jié)實(shí)率（%）×千粒重（g）×10-6×85%。

1.3.2 土壤測定項(xiàng)目與方法 根據(jù)文獻(xiàn)[11-12]，速效氮、速效鉀、速效磷、有機(jī)質(zhì)和pH值分別采用堿解擴(kuò)散法、乙酸銨浸提火焰光度法、碳酸氫鈉浸提法、重鉻酸鉀容量法—外加熱法和電位法測定。

1.3.3 稻米農(nóng)殘及氨基酸檢測 各分析樣品用四分法分樣，每個(gè)處理稱取50 g種子，用73-2型稻谷出糙機(jī)去殼，選取正常成熟及米皮完整的糙米，在40℃烘箱中烘48 h，使其水分含量基本一致，用高速粉碎機(jī)粉碎后過60目篩，分品種裝人小磨口瓶中，存放在有硅膠的干燥器中密封保存，以便后續(xù)的氨基酸及農(nóng)殘測定，氨基酸和農(nóng)殘測定由湖南省食品測試分析中心完成。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003和DPS 7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培模式對水稻理論產(chǎn)量的影響

水稻產(chǎn)量受有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等因素影響。從表1可以看出，有效穗方面，早稻和晚稻都是4 a有機(jī)栽培最低，分別為18.20萬和19.6萬穗，其中4 a有機(jī)栽培早稻有效穗比常規(guī)栽培減少13.7%，晚稻有效穗比常規(guī)栽培減少11.3%；穗粒數(shù)方面，4 a有機(jī)、2 a有機(jī)和綠色栽培的早稻和晚稻分別比常規(guī)栽培多9.70%、2.61%、7.82%和6.37%、2.19%、4.49%；結(jié)實(shí)率方面，4 a有機(jī)栽培早稻的結(jié)實(shí)率最高（78.70%），以綠色栽培的最低（72.90%），而晚稻結(jié)實(shí)率以常規(guī)栽培的最高（70.90%），以綠色栽培最低（僅62.90%）；千粒重方面，4個(gè)處理間差異不大；理論產(chǎn)量方面，早稻產(chǎn)量以2 a有機(jī)栽培最低、綠色栽培次之，4 a有機(jī)栽培的產(chǎn)量與常規(guī)栽培水平相近，其中4 a有機(jī)、2 a有機(jī)和綠色栽培的產(chǎn)量分別比常規(guī)栽培低3.00%、8.02%和7.49%；晚稻產(chǎn)量以2 a有機(jī)栽培最低、4 a有機(jī)栽培略低于綠色栽培，常規(guī)栽培理論產(chǎn)量最高，4 a有機(jī)、2 a有機(jī)和綠色栽培的產(chǎn)量分別比常規(guī)栽培低4.45%、9.07%、3.34%。

2.2 不同栽培模式對稻田土壤理化性質(zhì)的影響

表1 4種栽培模式下水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素及理論產(chǎn)量的比較

土壤速效氮、速效磷、速效鉀含量反映當(dāng)季作物可利用的氮磷鉀含量。由表2可知，有機(jī)栽培模式比常規(guī)和綠色栽培模式的速效氮、磷、鉀含量均高，其中年份越長的有機(jī)栽培土壤中速效氮、磷、鉀的含量越高，其中4 a有機(jī)栽培的速效氮、速效磷和速效鉀含量分別比常規(guī)栽培高出37.2、3.27和23.00 mg/kg。長期施用有機(jī)肥后，各處理土壤有機(jī)質(zhì)變化幅度有差異，4 a有機(jī)和2 a有機(jī)栽培的土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于綠色和常規(guī)栽培，其中4 a有機(jī)栽培有機(jī)質(zhì)含量最高，比常規(guī)栽培高出0.57%。4 a有機(jī)栽培土壤pH值7.0呈中性，其他3個(gè)處理土壤pH值均偏酸性且差異不大。

表2 4種栽培模式下土壤理化性質(zhì)的比較

2.3 不同栽培模式對稻米氨基酸含量的影響

如圖1所示，4中栽培模式下出產(chǎn)的稻米必需氨基酸和非必需氨基酸種類基本齊全，其氨基酸總量分別以常規(guī)栽培最高，為7.72 g/100g，以2 a有機(jī)栽培最低，為6.52 g/100g，相差1.20 g/100g。4 a有機(jī)、2 a有機(jī)、綠色和常規(guī)栽培的稻米中必需氨基酸分別占總氨基酸的35.66%、35.89%、35.82%和35.36%，差異較小。從稻米的氨基酸組成來看，含量較高的氨基酸有谷氨酸（Glu）、天冬氨酸（Asp）、亮氨酸（Leu）和精氨酸（Arg），含量較低的是半胱氨酸（Cys）。這個(gè)結(jié)果與目前稻米中氮基酸含量分析結(jié)果基本一致，且每種氨基酸含量均以4 a有機(jī)和常規(guī)栽培＞2 a有機(jī)和綠色栽培。從以上數(shù)據(jù)來看，不同栽培模式對必需氨基酸占比含量影響較小，對總氨基酸含量有一定影響，4種栽培模式生產(chǎn)的稻米氨基酸含量由高到低排列依次為常規(guī)栽培＞4 a有機(jī)＞綠色栽培＞2 a有機(jī)，其中4 a有機(jī)和常規(guī)栽培的差異較小。

圖1 4種栽培模式下稻米氨基酸含量的比較

3 結(jié)論與討論

選用了3種不同的栽培模式，主要是有機(jī)、綠色和常規(guī)栽培，其中有機(jī)栽培按年份分成了4 a有機(jī)和2 a有機(jī)，共4個(gè)處理進(jìn)行試驗(yàn)，主要討論了不同栽培模式對水稻產(chǎn)量、土壤養(yǎng)分和稻米氨基酸含量的影響。結(jié)果表明，不論是在早稻還是晚稻，4 a有機(jī)栽培模式的產(chǎn)量均高于2 a有機(jī)栽培模式，而早稻產(chǎn)量4 a有機(jī)栽培與常規(guī)栽培的相近，但從整體來看，有機(jī)和綠色栽培的產(chǎn)量與常規(guī)栽培之間還存在差距。有機(jī)種植產(chǎn)量的下降是制約有機(jī)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素，應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)機(jī)理的研究，找出產(chǎn)量受限因素，為提高有機(jī)農(nóng)作物產(chǎn)量提供理論依據(jù)，特別是從土壤養(yǎng)分供應(yīng)和有害生物防治的有效性方面深入開展有關(guān)研究。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，有機(jī)栽培能夠顯著提高土壤肥力，為植物提供更良好的生長環(huán)境，4中栽培模式下土壤養(yǎng)分含量從高到低排列依次為4 a有機(jī)栽培＞2 a有機(jī)栽培＞綠色栽培＞常規(guī)栽培，這與大多數(shù)的研究結(jié)果一致。4種栽培方式下的土壤pH值，基本處于水稻的適生范圍內(nèi)，其中4 a有機(jī)栽培下土壤的pH值為中性，其他3個(gè)處理呈酸性。有研究表明，長期偏施氨態(tài)氮肥容易導(dǎo)致土壤酸化[13-14]，該研究的結(jié)果也支持這種觀點(diǎn)，其中2 a有機(jī)栽培由于施用有機(jī)肥年份較短土壤中可能殘存了一些氨態(tài)氮肥，因此土壤pH值仍呈酸性。由此可見，施肥是導(dǎo)致不同栽培方式土壤pH值變化的主要原因，有機(jī)栽培通過施用有機(jī)肥維持了良好的土壤酸堿度，避免了土壤酸化。

研究還比較了不同栽培模式下稻米氨基酸含量的差異，結(jié)果顯示，不同栽培模式對于稻米氨基酸含量的影響不顯著，4 a有機(jī)和常規(guī)栽培的稻米氨基酸總含量趨同，幾種栽培模式之間必需氨基酸占總氨基酸百分含量的差異較小。但是，該試驗(yàn)只研究了4 a之內(nèi)的有機(jī)栽培情況，對于多年有機(jī)栽培是否對稻米氨基酸含量有影響尚需進(jìn)一步定點(diǎn)跟蹤研究。

該試驗(yàn)還檢測了湖南省常用的10種農(nóng)藥（氯蟲苯甲酰胺、克百威、吡蟲啉、多菌靈、苯醚甲環(huán)唑、阿維菌素、速滅威、敵敵畏、甲胺磷和氯氰菊酯）在稻米中的殘留量，結(jié)論是均未檢測出農(nóng)藥殘留。從食用角度出發(fā)，研究著重分析了稻米中的農(nóng)藥殘留，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)了解到由于去殼糙米中農(nóng)藥殘留比稻殼和稻稈要低很多[15]，因此未檢出農(nóng)藥殘留也在情理之中。但農(nóng)藥殘留很可能富集在植株的葉片和根部還有土壤環(huán)境中，有可能導(dǎo)致土壤微生物多樣性下降、非靶標(biāo)昆蟲和水生生物受影響以及有害生物的抗藥性上升等一系列問題。

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