不同麥秸還田量對水稻生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

常 勇， 黃忠勤， 周興根， 孫克新， 周澗楠， 丁震乾， 王 波， 李小珊

(江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學研究所，江蘇徐州 221131)

我國是農(nóng)業(yè)大國，秸稈資源相當豐富，據(jù)統(tǒng)計，全國每年共有各類秸稈約7億t，約占全世界的20%～30%。隨著農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量的提高，總秸稈量也在不斷增加，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)的秸稈資源大量過剩問題日趨突出，大量秸稈在農(nóng)民傳統(tǒng)種植方式下被焚燒，造成農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染、資源浪費和安全隱患。農(nóng)作物秸稈的合理利用問題直接關(guān)系到土壤肥力、水土保持、生態(tài)環(huán)境的維護、可再生資源的利用以及生產(chǎn)安全等可持續(xù)發(fā)展問題[1]。秸稈還田技術(shù)已被當今世界認為是改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境、發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的重大措施之一。如何充分利用我國龐大的秸稈資源，積極推廣秸稈還田技術(shù)，是促進我國農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的有效手段。隨著各級政府禁燒秸稈工作力度的不斷加大，秸稈還田配套作業(yè)機具的進一步改善，機械化秸稈還田將具有很廣闊的應(yīng)用前景[2]。

已有研究表明，秸稈還田能有效增加土壤有機質(zhì)含量，改良土壤，培肥地力[3-21]。孫皓等研究表明，連續(xù)5年秸稈還田可明顯提高土壤有機質(zhì)含量[4]；李孝勇等用秸稈配施化肥，土壤有機質(zhì)含量比單施化肥提高4%～28.7%[9]；籍增順等認為，秸稈還田能明顯提高土壤全氮含量，且能改變有機氮組成[15]；柯福源等研究認為，秸稈與氮肥混施，能提高水稻對秸稈氮的吸收率，減少氮肥損失，顯示出穩(wěn)定而長效的供氮特點，有較高的增產(chǎn)效益[16]，王振忠等也得到了同樣的結(jié)論[21]。麥秸還田對稻米品質(zhì)及產(chǎn)量有顯著的影響。錢素文等報道，100 kg秸稈還田可使水稻增產(chǎn)279 kg/hm2[7]；吳婕等研究表明，隨著秸稈覆蓋量的增加，作物增產(chǎn)效果越明顯[8]；劉世平等研究表明，秸稈還田能提高整精米率，降低堊白率和堊白度[22]；陳新紅等研究指出，小麥秸稈還田后明顯提高了稻米的出糙率、精米率和整精米率，降低了堊白粒率和堊白度，直鏈淀粉含量降低，膠稠度增大[23]，徐國偉等的研究[24]也得到同樣的結(jié)果。

以上研究大部分是在同一還田量標準下進行的，而不同麥秸還田量對水稻生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響則少有研究，本試驗以徐68優(yōu)201為材料，在江蘇省徐州地區(qū)進行了不同麥秸還田量對水稻影響的比較研究，以期探明麥秸全量還田與半量還田哪種還田標準更有利于該地區(qū)稻作的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及供試品種

試驗于2015—2016年在江蘇省徐州市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)試驗示范基地進行，該基地位于中緯度地區(qū)，東臨黃海，受東南季風影響較大。在我國氣候分類圖中，屬南溫帶亞濕潤大區(qū)中的魯淮區(qū)，處于長江流域和黃河流域過渡地帶，具有暖溫帶向北亞熱帶過渡的氣候特征，主要特點為四季分明、光照充足、雨量適中、雨熱同期。年平均溫度為14.5 ℃左右，年平均地面溫度為15.9 ℃左右。降水量為800～930 mm，年際間變化較大。常年日照總時數(shù)為2 280～2 440 h，全年無霜期為200～220 d，平均為207 d。試驗地前茬為小麥，土壤質(zhì)地為黏土，耕作層(0～20 cm)土壤有機質(zhì)含量為10.76 g/kg，全氮含量為 1.44 g/kg，堿解氮含量為132.5 mg/kg，速效磷含量為 12.7 mg/kg，速效鉀含量為87.6 mg/kg。

供試品種：徐麥31(秸稈)、徐68優(yōu)201。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在氮(N)、磷(P)、鉀(K)施用量相同的條件下設(shè)麥秸半量還田(A)和麥秸全量還田(B)2個處理，以全施化肥(CK)為對照。麥秸還田量根據(jù)江蘇北部當季麥秸平均收獲量來設(shè)定，全量為4.50 t/hm2，半量為2.25 t/hm2。小麥人工平地收割，搬運到田外脫粒，麥秸人工切碎過秤均勻撒入小區(qū)內(nèi)，隨即人工翻埋秸稈至0～20 cm土層，小區(qū)灌水后結(jié)合整地再次人工翻埋麥秸，使秸稈與土壤充分混合。各處理化學肥料氮、磷、鉀總量分別為純N 270 kg/hm2、P2O5135 kg/hm2、K2O 189 kg/hm2，總施氮量按基肥64%、分蘗肥16%和穗肥20%的比例分配，磷、鉀和麥秸作為基肥施入。此外，為了計算各處理的氮肥利用率，增設(shè)只施磷、鉀肥不施氮肥處理。試驗小區(qū)面積為 30 m2，設(shè)3次重復(fù)，小區(qū)周圍用水泥筑埂，地下深80 cm，地面高30 cm。

1.3 測定內(nèi)容與方法

1.3.1 莖蘗動態(tài) 定點定時調(diào)查記載莖蘗的消長動態(tài)。每個小區(qū)另選長勢比較一致的連續(xù)15穴，拔節(jié)前每5 d調(diào)查1次，拔節(jié)后每7 d調(diào)查1次。

1.3.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的測定 成熟期每小區(qū)普查90穴，計算有效穗數(shù)，取5穴調(diào)查每穗粒數(shù)、結(jié)實率，測定千粒質(zhì)量，進行理論測產(chǎn)，并實收核產(chǎn)。

1.3.3 水稻品質(zhì)的測定 水稻收獲脫粒，曬干，室內(nèi)貯藏3個月后，用NP-4350型風選機等風量風選，參照GB/T 17891—1999《優(yōu)質(zhì)稻谷》測定糙米率、精米率、整精米率、堊白率、堊白度、膠稠度等。采用瑞典FOSS TECATOR公司生產(chǎn)的近紅外谷物分析儀(Infrared 1241 grain analyzer)測定精米的蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量。

1.3.4 干物質(zhì)積累量和LAI(葉面積指數(shù))的測定 分別于有效分蘗臨界葉齡期葉期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期，取4穴(每穴的莖蘗數(shù)為當時各小區(qū)每穴平均莖蘗數(shù)，下同)植株，剪去根后，分葉片、莖鞘和穗3個部分于80 ℃烘干稱質(zhì)量。同時用小葉干質(zhì)量法測定葉面積。

1.3.5 根系傷流量的測定 于抽穗后14、28 d選取5穴(每穴的莖蘗數(shù)為當時各小區(qū)每穴平均莖蘗數(shù))植株，于18:00在離地面12 cm處剪去地上部分植株，剪口套上預(yù)先稱質(zhì)量的帶有脫脂棉的塑料試管，蓋上塑料薄膜，于第2天08:00取回試管稱質(zhì)量，前后試管質(zhì)量之差即為根系傷流量。

1.3.6 劍葉葉綠素含量和MDA(丙二醛)含量的測定 于抽穗后14、28 d用日本產(chǎn)SPAD-502葉綠素儀測定劍葉葉綠素含量，以SPAD讀數(shù)表示。各個小區(qū)測定30張葉片，每張葉分別測定上部、中部和下部3點，取平均值。并于抽穗后14、28 d取各小區(qū)劍葉10張，參照李合生的硫代巴比妥酸比色法[29]測定MDA含量(鮮質(zhì)量)。

1.3.7 植株養(yǎng)分含量的測定 取烘干粉碎后的植株樣品(過0.25～0.5 mm篩)，用H2SO4-H2O2法消煮后，測定植株N、P、K的含量。用蒸餾法測定植株含氮率(用0.005 mmol/L N的H2SO4標準溶液滴定)；用釩鉬黃比色法測定植株含磷率；用火焰光度計法測定植株含鉀率。然后根據(jù)植株的干物質(zhì)量推算出作物累積吸收的營養(yǎng)元素的量。

1.3.8 土壤養(yǎng)分的測定 試驗田在施基肥前和水稻關(guān)鍵生育時期(孕穗期、抽穗期和成熟期)用對角線法隨機進行5點取樣，取0～20 cm耕層土樣。土壤樣品經(jīng)風干、充分混合后，用四分法留取適量樣品進行粉碎，通過NH4Ac浸提-火焰光度計法測定土壤速效鉀的含量；用NaHCO3法測定土壤速效磷的含量；用堿解擴散法測定土壤堿解氮的含量；用凱氏半微量定氮法測定土壤全氮含量；用重鉻酸鉀-外加熱法測定土壤有機質(zhì)的含量。

1.4 數(shù)據(jù)計算和統(tǒng)計分析

使用Microsoft Excel 2003進行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制，用DPS軟件進行統(tǒng)計分析。

相關(guān)計算公式如下：

氮素總吸收量=成熟期地上部干物質(zhì)質(zhì)量×含氮率；

氮素生理利用率=(施氮區(qū)產(chǎn)量-無氮區(qū)產(chǎn)量)/(施氮區(qū)植株總吸氮量-無氮區(qū)植株總吸氮量)；

氮素吸收利用率=(施氮區(qū)植株總吸氮量-無氮區(qū)植株總吸氮量)/氮肥施用量×100%；

氮素偏生產(chǎn)力=施氮區(qū)產(chǎn)量/氮肥施用量。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥秸還田對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

麥秸還田對水稻產(chǎn)量有顯著增加作用。全量還田處理(B)產(chǎn)量最高，達10 267.4 kg/hm2，半量還田處理(A)為 9 556.0 kg/hm2，分別比CK提高15.48%、7.48%，差異達顯著水平(表1)。從產(chǎn)量構(gòu)成來看，麥秸還田后，除單位面積穗數(shù)降低外，每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒質(zhì)量均有所提高，其中全量還田處理每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒質(zhì)量最高。

表1 不同麥秸還田量處理的產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下表同。

由表2可見，稻米加工品質(zhì)效果相對較好的是A處理，出糙率、精米率、整精米率分別比CK提高1.3、1.0、0.5百分點，但差異均未達到顯著水平；B處理的整精米率顯著低于CK，出糙率、精米率與CK差異不顯著。蛋白質(zhì)含量方面，A、B處理分別比CK高4.69%、15.63%。外觀品質(zhì)方面，堊白率和堊白度在不同處理間無明顯差異。蒸煮品質(zhì)相關(guān)的直鏈淀粉含量方面，不同麥秸還田量處理均顯著提高，膠稠度則顯著降低。

上述結(jié)果表明，麥秸還田有利于提高水稻產(chǎn)量，并使稻米蒸煮品質(zhì)變差。

表2 不同麥秸還田量處理的稻米主要品質(zhì)指標

2.2 麥秸還田對水稻群體發(fā)展的影響

群體莖蘗數(shù)是反映水稻群體發(fā)展狀況的直接指標。圖1表明，A、B處理的莖蘗數(shù)在移栽后5 d就已低于CK，10 d后差異漸漸變大。在移栽后20～30 d，A、B處理均出現(xiàn)了不同程度的僵苗現(xiàn)象，高峰苗數(shù)明顯降低，穗數(shù)減少。然而，全量還田的穗數(shù)高于半量還田，這可能與全量還田在分蘗后期能夠供應(yīng)較多養(yǎng)分有關(guān)。

LAI和干物質(zhì)積累量是反映群體大小的重要指標，對各處理不同時期的LAI和干物質(zhì)積累量的分析表明，在拔節(jié)期及之前各麥秸還田量處理的LAI和干物質(zhì)積累量均低于CK，而在抽穗期后則高于CK，特別是A處理顯著高于CK(表3)。進一步說明麥秸還田不利于水稻前期生長，有利于水稻中后期生長。

表3 不同麥秸還田量處理的LAI和干物質(zhì)積累動態(tài)

注：N-n期為有效分蘗臨界葉齡期。

2.3 麥秸還田對水稻植株衰老的影響

根系傷流、劍葉SPAD值和MDA含量是反映水稻衰老狀況的重要指標。由圖2可知，麥秸還田處理水稻抽穗后的根系活力明顯增加，劍葉的衰老明顯減慢。在抽穗后14 d，根系傷流量A、B處理分別比CK高3.29%、4.93%，劍葉SPAD值分別比CK高1.18%、4.74%，劍葉MDA含量分別比CK低0.72%、7.13%；在抽穗后28 d，根系傷流量A、B處理分別比CK高4.36%、13.62%，劍葉SPAD值分別比CK高1.23%、3.43%，劍葉MDA含量分別比CK低8.22%、12.42%。其中，B處理對植株衰老的延緩作用明顯好于A處理。

2.4 麥秸還田對水稻氮素吸收和利用的影響

水稻植株全氮含量在整個生育時期是不斷變化的，麥秸還田后更是增加了這種變化的復(fù)雜性(圖3)?？傮w趨勢為，麥秸還田處理較CK在前期降低，在后期增加。不同麥秸還田處理N-n期和抽穗期全氮含量略低于CK，但差異不明顯，拔節(jié)期A、B處理明顯低于CK，成熟期B處理明顯高于A處理和CK，A處理略高于CK。

由表4可知，麥秸還田后水稻總吸氮量和氮肥利用效率較CK均有所增加，其中B處理最為明顯?？偽糠矫?，B處理較A處理、CK分別提高25.43%、34.50%，氮肥吸收利用率分別提高28.98%、52.66%，氮肥偏生產(chǎn)力分別提高2.64%、12.10%，氮素生理利用率方面，A、B處理同樣高于CK。表明隨著麥秸還田量的增加，水稻氮肥吸收能力和氮肥偏生產(chǎn)力也會有所增強。

2.5 麥秸還田對水稻土壤養(yǎng)分含量的影響

麥秸由于其自身含有有機質(zhì)、氮、磷和鉀， 還田后必然會對土壤有機質(zhì)、氮、磷和鉀含量產(chǎn)生一定的影響。如圖4所示，麥秸還田后，土壤有機質(zhì)含量較CK有所增加，抽穗期到成熟期最為明顯；土壤堿解氮含量變化的總體趨勢為麥秸還田前期堿解氮含量降低，抽穗期到成熟期增加，2個麥秸還田量處理相比在N-n期和拔節(jié)期差異較小，抽穗期到成熟期處理B>處理A。由此表明，麥秸全量還田對保持土壤后期氮素供給有明顯促進作用，這也是該處理水稻氮素吸收量較多的關(guān)鍵。

表4 不同麥秸還田量處理水稻的吸氮量和氮肥利用效率

圖4還表明，麥秸還田后土壤速效磷含量與CK相比，N-n期和拔節(jié)期無明顯差異，抽穗期到成熟期增加明顯；2個麥秸還田量處理相比，抽穗期前差異較小，成熟期B處理高于A處理。麥秸還田不僅影響土壤堿解氮和速效磷含量，還影響土壤速效鉀含量，還田處理土壤速效鉀含量在各生育時期均高于CK。

3 結(jié)論與討論

3.1 不同處理對水稻產(chǎn)量因素的影響

秸稈還田在一定程度上可改善土壤的水、肥、氣、熱等生態(tài)因子，協(xié)調(diào)土壤水肥供需關(guān)系，優(yōu)化作物產(chǎn)量構(gòu)成因子。從本研究結(jié)果來看，不同秸稈還田量處理的水稻產(chǎn)量與秸稈不還田的處理相比，全量還田優(yōu)于半量還田，而半量還田優(yōu)于CK，且相互之間差異達到顯著水平。在以往的研究中，周江明等研究指出，水稻的有效穗數(shù)與還田量呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系，隨著還田量的提高，有效穗數(shù)減少，以還田量為2.25 t/hm2的有效穗數(shù)最高，還田量超過2.25 t/hm2時有效穗數(shù)呈降低趨勢[25]；曾江海等在研究河北省土壤有機質(zhì)分解與累積特征時得出，年秸稈還田量為15 t/hm2時作物產(chǎn)量最高，有機質(zhì)積累最多[26]；錢宏兵等認為，秸稈的適宜還田量為2.25 t/hm2，同時配合施用0.095 t/hm2標準氮肥，效果更好[27]。以上研究與本研究結(jié)果有一定的差異，其原因可能是在不同地區(qū)、不同土質(zhì)上的秸稈還田量存在很大差異，有關(guān)秸稈還田量對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素這一問題的綜合影響的研究還有待深入。

3.2 不同處理對稻米品質(zhì)的影響

秸稈還田的稻米出糙率和精米率整體上高于CK，堊白率和堊白度均低于CK，說明秸稈還田有助于改善稻米的加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)，可能是因為秸稈還田改善了土壤理化性狀，提高了肥料利用率。從蛋白質(zhì)含量來看，A、B處理分別比CK高4.69%、15.63%，可能是由于秸稈在水稻生育后期充分腐解，提高了水稻的氮效率，進而有助于增加蛋白質(zhì)含量，這與劉世平等研究結(jié)果[28]基本一致，即秸稈還田可提高稻米蛋白質(zhì)含量，改善稻米營養(yǎng)品質(zhì)，可能與后期土壤的供氮、水稻的吸氮和轉(zhuǎn)移能力有關(guān)。劉世平等研究表明，水稻移栽秸稈還田條件下蛋白質(zhì)含量提高，直鏈淀粉含量略增，膠稠度增加，食味品質(zhì)有變劣的趨勢[22]，本研究得出相似的結(jié)果，即不同秸稈還田量處理的直鏈淀粉含量在不同麥秸還田量處理下均顯著提高。

3.3 關(guān)于秸稈還田對水稻生長發(fā)育影響的機制

本研究結(jié)果表明，麥秸全量還田對水稻生長的作用前期益處不大，甚至出現(xiàn)負作用，主要是由于麥秸經(jīng)水泡發(fā)酵，分解產(chǎn)生一些有害物質(zhì)，對水稻生長不利，但是由于夏季高溫，發(fā)酵較快，1周左右麥秸變軟、變黑、腐爛，對水稻生長開始有促進作用，到中后期作用明顯，對水稻營養(yǎng)生長、生殖生長特別是對產(chǎn)量性狀的影響較大，可以提高水稻產(chǎn)量，提高土壤養(yǎng)分含量。麥秸半量還田雖然對水稻和土壤也有一定的益處，但效果和前者相比較小。麥秸還田對土壤肥力的影響，主要是由于麥秸經(jīng)水泡泥漚，分解成許多有機物質(zhì)和礦物元素，提高了土壤有機質(zhì)含量，改善了土壤物理性狀；另外有機質(zhì)在淹水缺氧的情況下，分解較緩慢，腐殖化程度較高，故肥效較長，損失少，這一點比旱田秸稈還田效果更佳，同時在分解過程中產(chǎn)生多種有機酸，其過量對稻根有毒害，使稻根變黑，不長新根，這也是前期影響水稻生長的主要原因。

本試驗在江蘇省徐州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)試驗示范基地進行，該地區(qū)秸稈產(chǎn)量高，土壤以黏土為主，經(jīng)過多年的不合理耕作后，該區(qū)土壤有機質(zhì)含量與肥力下降，導(dǎo)致化學肥料施用量逐年上升，生產(chǎn)成本提高，效益下降，因此研究秸稈還田效應(yīng)對該地區(qū)作物持續(xù)增產(chǎn)具有重要的意義。本試驗初步研究表明，在該地區(qū)推廣麥秸全量還田較為適宜，不僅可以增加產(chǎn)量、提高品質(zhì)，還可以改善土壤結(jié)構(gòu)，由于麥秸還田對水稻前期生長十分不利，因此在還田后結(jié)合淺水灌溉，氮肥前期集中供應(yīng)等措施是十分必要的。