秸稈還田對稻田土壤培肥和水稻產(chǎn)量的影響

楊 力，劉洪進(jìn)，李長亞，周 艷，王文彬，金 鑫

(鹽城市糧油作物技術(shù)指導(dǎo)站，江蘇 鹽城 224002)

秸稈還田是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。研究表明，秸稈還田后改變了土壤狀況、營養(yǎng)成分和微生物群落，對土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量、N、P、K含量有重要影響[1-2]。秸稈還田對水稻的生長發(fā)育作用明顯，前期抑制水稻生長，中后期由于作物秸稈腐解過程中陸續(xù)釋放出大量的碳、氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素為作物所利用，促進(jìn)水稻生長，增產(chǎn)作用顯著[3]。土壤酸堿度(pH值)不但直接影響根和微生物的活性，又直接影響土壤中各種養(yǎng)料的有效性[4-5]。秸稈還田后在水稻田中厭氧微生物分解，產(chǎn)生酸化產(chǎn)物，所以秸稈還田后水稻田里的 pH值是一個變化的過程[6]。秸稈中除有較多的有機(jī)質(zhì)外還含有一定數(shù)量的N、P、K以及各種微量元素，在秸稈腐解過程中被陸續(xù)釋放出來為作物所利用[7]。眾多研究表明，秸稈還田可以明顯增加土壤中有機(jī)質(zhì)、氮、速效磷和速效鉀的含量[8]，因而秸稈還田對土壤地力影響的研究，越來越受到人們的重視。本試驗(yàn)研究了秸稈還田對稻田土壤養(yǎng)分和水稻產(chǎn)量的影響，旨在為大面積水稻生產(chǎn)中秸稈還田提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2011-2012年在鹽城市農(nóng)業(yè)科技(稻麥)綜合展示基地同一塊田中進(jìn)行，2011年11月種植小麥，2012年5月種植水稻，土壤為發(fā)育于潟湖相母質(zhì)的水稻土。2011年種植水稻前測定，土壤0～20 cm有機(jī)質(zhì)含量21.54 g·kg-1、全氮0.86 g·kg-1、速效氮70.6 mg·kg-1、速效磷14.2 mg·kg-1、速效鉀86.7 mg·kg-1。2012年5月20日播種育秧，6月25日移栽，11月4日成熟。大田期施用尿素650 kg·hm-2、過磷酸鈣880 kg·hm-2、氯化鉀400 kg·hm-2，氮肥運(yùn)籌比例基肥40%、分蘗肥20%、促花肥20%、?；ǚ?0%，磷鉀肥運(yùn)籌比例基肥50%、促花肥50%，基肥結(jié)合耕地施，分蘗肥移栽后5 d施，促花肥倒4葉期施，?；ǚ实?葉期施。大田水分管理，分蘗期淺水層，拔節(jié)后間歇灌溉。其他栽培管理與當(dāng)?shù)卮竺娣e生產(chǎn)相同。小麥季品種選用揚(yáng)麥16，播種量為225 kg·hm-2，撒播。根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣進(jìn)行肥料管理，大田期每公頃施45%復(fù)合肥，450 kg作基肥，尿素75 kg作分蘗肥，尿素187.5 kg作拔節(jié)肥。

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試水稻品種為武運(yùn)粳23，由江蘇水稻研究所育成并提供。設(shè)4個處理：全年還田(水稻秸稈全量還田+小麥秸稈全量還田)(A)；當(dāng)季還田(水稻秸稈不還田+小麥秸稈全量還田)(B)；對照(水稻秸稈不還田+小麥秸稈不還田)(C)；D、隔季還田(水稻秸稈全量還田+小麥秸稈不還田)(D)，小區(qū)面積31.5 m2(7 m×4.5 m)，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。

1.2 測定內(nèi)容與方法

試驗(yàn)田于2011年進(jìn)行定位試驗(yàn)前測定一次基礎(chǔ)地力，在試驗(yàn)開展后的稻麥關(guān)鍵生育時期(拔節(jié)、抽穗和成熟期)用“x”法隨機(jī)進(jìn)行5點(diǎn)取樣，取各處理0～20 cm耕層土樣。土壤樣品經(jīng)風(fēng)干、充分混合后，四分法留取適量樣品進(jìn)行粉碎；凱氏半微量定氮法測土壤全氮含量；用鉬酸銨—偏釩酸銨法測定土壤全磷含量；用火焰光度法測定全鉀含量；用重鉻酸鉀-外加熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量。

試驗(yàn)田在施基肥前和稻麥于關(guān)鍵生育時期(拔節(jié)、抽穗和成熟期)和7月5日-8月7日每7 d測定速效氮、磷、鉀。用“x”法隨機(jī)進(jìn)行5點(diǎn)取樣，取各處理0～20 cm耕層新鮮土樣用于測定。用AA3連續(xù)性流動分析儀測定土壤速效氮；用NH4Ac浸提—火焰光度計(jì)法測定土壤速效鉀的含量；NaHCO3法測定土壤速效磷的含量。

于水稻移栽后0～42 d每7 d測定各小區(qū)耕層土壤pH值(15～20 cm)。pH值用上海儀達(dá)公司有限公司生產(chǎn)的PHS-3型號的酸度儀測定。

成熟期各小區(qū)取5穴考查每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重，各小區(qū)去邊行實(shí)收計(jì)產(chǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分折，并采用新復(fù)極差法進(jìn)行平均數(shù)的顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田對稻田土壤培肥的影響

由表1可以看出，經(jīng)過兩季的種植，相對試驗(yàn)前，拔節(jié)和抽穗期各還田處理土壤有機(jī)質(zhì)含量均低于對照，成熟期A(全年還田)、B(當(dāng)季還田)和D(隔季還田)處理提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高值分別為4.6%、0.7%和0.1%。由此可見，秸稈還田可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，而且增加幅度與還田的季數(shù)有關(guān)系。土壤全氮含量是評價土壤氮素肥力的重要指標(biāo)，表1顯示，全年還田(A)和當(dāng)季還田(B)更有利于土壤中全氮含量的增加，增加幅度達(dá)到20.3%～23.5%。土壤中P2O5和K2O的變化趨勢基本一致(表1)，經(jīng)過2季的種植，土壤中P2O5和K2O含量都有一定的下降，秸稈還田處理可以緩解下降幅度，其降低P2O5和K2O含量下降幅度的順序?yàn)锳(全年還田)>B(當(dāng)季還田)>D(隔季還田)>C(不還田)，作用大小受還田季數(shù)影響。

表1 不同處理對土壤培肥的影響Table 1 Soil nutrient content under different treatments g·kg-1

2.2 秸稈還田對稻田土壤中速效養(yǎng)分含量的影響

表2 不同處理對土壤中速效養(yǎng)分含量的影響Table 2 Soil available nutrient content under different treatments mg·kg-1

表3 不同處理對稻季土壤速效含量的影響Table 3 Content of K and available P in soil under different treatments mg·kg-1

2.3 秸稈還田對稻田土壤pH值的影響

土壤pH值決定了土壤酸堿狀況，土壤酸堿性是土壤重要的化學(xué)性質(zhì)，直接影響土壤中各種養(yǎng)分的有效性。由圖1可以看出，水稻移栽后各處理土壤pH值呈現(xiàn)下降的趨勢，在28 d時有一個最低值，其后由于間歇灌溉，降低土壤中酸性物質(zhì)積累，致使土壤pH值上升，在42 d時基本恢復(fù)到原有水平。其中21 d和28 d時，A和B處理較對照分別低2.6%、7.4%和7.1%、8.8%，這可能是受到稻田水的酸堿影響，還可能是與土壤中有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的有機(jī)酸有關(guān)。隔季還田處理土壤pH值與對照基本保持一致，說明隔季還田對稻田土壤pH值沒有明顯影響。

圖1 不同處理土壤pH值變化情況Fig.1 The pH of soil under different treatments

2.4 秸稈還田對水稻產(chǎn)量的影響

表4列出了各處理的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素，各處理產(chǎn)量較對照(C)均有提高，其中全年還田處理(A)較C高9.9%，增產(chǎn)最顯著。產(chǎn)量構(gòu)成因素方面，各處理穗粒數(shù)較對照提高4.2%～10.7%，結(jié)實(shí)率較對照略有下降。穗數(shù)方面，當(dāng)季還田處理(A)最低，比對照低3.1%，全年季還田和隔季還田處理較C有高有低。綜合來看，與對照相比，全年還田處理顯著增加了穗粒數(shù)，同時保持較高的穗數(shù)和千粒重，增產(chǎn)顯著；當(dāng)季還田處理雖然擁有較高的穗粒數(shù)，但同時降低了穗數(shù)，增產(chǎn)不明顯。

表4 不同處理對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響Table 4 The rice yield and its components under different treatments

3 結(jié) 語

關(guān)于秸稈還田對水稻產(chǎn)量的影響已有相關(guān)報(bào)道，但結(jié)果不盡一致。余延豐等[9]認(rèn)為在稻麥兩熟制地區(qū)，作物秸稈和化肥配合施用可以顯著提高下季作物產(chǎn)量；徐國偉等[10]、盧萍等[11]認(rèn)為秸稈還田會使水稻產(chǎn)量提高2%以上；而張海林等[12]則認(rèn)為短期內(nèi)(2～3 a)水稻會減產(chǎn)。本研究發(fā)現(xiàn)，隔季還田、當(dāng)季還田和全年還田處理分別提高水稻產(chǎn)量3.0%、5.6%和9.9%，全年還田增產(chǎn)效果最為顯著，支持了秸稈還田有利于提高水稻產(chǎn)量的觀點(diǎn)。秸稈還田使水稻增產(chǎn)的主要原因是全年秸稈還田雖然降低了水稻穗數(shù)，但顯著增大了庫容，如穗粒數(shù)和千粒重。

對于秸稈還田對土壤肥力的影響，前人已經(jīng)做了大量的研究，楊敏芳等[13]和楊長明等[14]研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田可提高土壤酶活性從而提高土壤供肥能力，與化肥混合施用效果會更好。詹其厚等[15]和劉世平等[16]認(rèn)為，秸稈還田增加了土壤中的各種養(yǎng)分含量。土壤酸堿度(pH值)直接影響土壤中各種養(yǎng)料的有效性，本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),秸稈還田處理降低了土壤pH值，增強(qiáng)了土壤酸度。對土壤養(yǎng)分分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過一年的種植，秸稈還田處理能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤全氮含量，土壤中的P2O5和K2O含量都有一定的下降，秸稈還田處理可以緩解下降幅度。速效鉀和速效磷可以直接被水稻吸收利用，秸稈還田與無機(jī)化肥配合施用，可以增加土壤中一些養(yǎng)分的有效性[17]，秸稈還田處理的土壤中速效鉀和速效磷的含量有增加的趨勢，增加的大小順序?yàn)锳(全年還田)>B(當(dāng)季還田)>D(隔季還田)>C(不還田)。原因可能是秸稈還田保護(hù)了土壤中可溶性鉀，提高了鉀的有效性；同時促進(jìn)了土壤中微生物的生長，在分解養(yǎng)分物質(zhì)的過程中微生物保護(hù)了土壤中的速效磷。正是秸稈還田的優(yōu)良培肥效果才促進(jìn)了水稻產(chǎn)量的提高，驗(yàn)證了前人的觀點(diǎn)。

[1] 江永紅.秸稈還田對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)及作物生長的影響[J].土壤通報(bào),2001,32(5):209-213

[2] 張國志，徐琪.長期秸稈覆蓋免耕對土壤某些理化性質(zhì)及玉米產(chǎn)量的影響[J].土壤學(xué)報(bào)，1998,35(3):384-390

[3] 詹其厚，張效樸，袁朝良.秸稈還田改良砂姜黑土的效果及其機(jī)理研究[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2002,29(1):53-59

[4] 曾木祥，張玉杰.秸稈還田對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展,1997(1):1-7

[5] Cohen A,Zoetemeyer R J,Deursen A,et al.Anaerobic Digestion of Glucose with Separated Acid Production and Methane Formation[J].Water Research,1979,13:571-580

[6] Horiuchi J,Shimizu T,Kobayashi M.Selective Production of Organic Acids in Anaerobic Acid Reactor by pH Control[J].Bioresource Technology,2002,82:209-213

[7] Cicerone R J,Delwiche C C,Tyler S C.Methane Emissions from California Rice Paddies with Varied Treatments [J].Global Biogeochemical Cycles,1992(6):233-248

[8] Wassmann R,Shangguan X T.Spatial and Seasonal Distribution of Organic Amendments Affecting Methane Emission from Chinese Rice Fields[J].Biology and Fertility of Soils,1996,22:191-195

[9] 余延豐，熊桂云，張繼銘，等.秸稈還田對作物產(chǎn)量和土壤肥力的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008,47(2):69-171

[10] 盧萍，楊林章，單王華，等.綠肥和秸稈還田對稻田土壤供氮能力及產(chǎn)量的影響[J].土壤通報(bào),2007,38(1):39-42

[11] 徐國偉，吳長付，劉輝，等.秸稈還田及氮肥管理技術(shù)對水稻產(chǎn)量的影響[J].作物學(xué)報(bào)，2007,33(2):284-291

[12] 張海林，秦耀東，米文珊.耕作措施對土壤物理性狀的影響[J].土壤,2003(2):140-144

[13] 楊敏芳，朱利群，卞新民，等.耕作措施與秸稈還田對稻麥兩熟制農(nóng)田土壤養(yǎng)分、微生物生物量及酶活性的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2013,27(2):272-281

[14] 楊長明，楊林章.有機(jī)-無機(jī)肥配施對水稻劍葉光合特性的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志,2003,22(1):1-4

[15] 詹其厚，段建南，賈寧鳳，等.長期施肥對黃土丘陵區(qū)土壤理化性質(zhì)的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2006,20(4):82-89

[16] 劉世平，聶新濤，張洪程，等.稻麥兩熟條件下不同土壤耕作方式與秸稈還田效用分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2006,22(1):48-51

[17] 梁東麗，李小平，谷潔，等.陜西省主要土壤養(yǎng)分有效性的研究[J].西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2000,28(1):37-42