冬作物秸稈還田對(duì)雙季稻產(chǎn)量和土壤肥力的影響

龍 莉，楊旭初，熊 斌，段 晶，屠乃美*，程艷紅，朱青輝

（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙410128；2永州市茶葉研究所，湖南永州425028）

以高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)為目標(biāo)的多熟制適合中國(guó)國(guó)情，遍布南北的多熟種植是中國(guó)農(nóng)業(yè)的重要內(nèi)容［1］。南方地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，水熱資源良好，有利于多熟制農(nóng)業(yè)的發(fā)展［2，3］。但目前存在耕地撂荒、熟制縮減、模式單一、地力衰退、生產(chǎn)力下降等現(xiàn)象，因此，加速土壤培肥，提高耕地質(zhì)量，具有重要意義。

關(guān)于南方雙季稻田多熟制增產(chǎn)潛力及培肥，前人已開(kāi)展了大量研究。其主要措施之一就是通過(guò)改冬閑為冬種（綠肥），改善土壤理化性狀，提高土壤肥力。高菊生等人［4］在湘南地區(qū)開(kāi)展了雙季稻區(qū)多熟制復(fù)種定位試驗(yàn)，研究結(jié)果表明，油菜、紫云英、黑麥草3種綠肥作物長(zhǎng)期冬種還田，早晚稻均呈現(xiàn)一定程度的增產(chǎn)，土壤肥力提高，且紫云英—雙季稻復(fù)種效果最佳。葉桃林等［5］研究表明：長(zhǎng)期紫云英—雙季稻復(fù)種能夠較好地增加水稻的有效穗數(shù)和粒數(shù)，從而增加水稻產(chǎn)量。而王丹英等［6］研究發(fā)現(xiàn)，油菜作綠肥還田優(yōu)勢(shì)多，成本低，是稻田生物培肥新方式，能以較低的生產(chǎn)成本取得同樣的水稻增產(chǎn)效果。長(zhǎng)期冬作物—雙季稻復(fù)種顯著提高了稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量，不同冬作物提升土壤有機(jī)質(zhì)的效果為紫云英＞黑麥草＞油菜［7］。

目前，對(duì)稻田多熟制中單一作物的營(yíng)養(yǎng)特性和土壤質(zhì)量變化已有較多研究成果［8～11］，但基于全程機(jī)械化生產(chǎn)的研究較少。機(jī)械化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，該方面的研究對(duì)于多熟制的合理布局、全年養(yǎng)分高效利用和土壤質(zhì)量改良提升至關(guān)重要。因此，筆者開(kāi)展了基于全程機(jī)械化生產(chǎn)的雙季稻主要復(fù)種制試驗(yàn)，研究不同種植模式下冬季作物秸稈還田對(duì)水稻產(chǎn)量和土壤肥力的影響，以期為南方雙季稻田生產(chǎn)力提升和土壤培肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于湖南省醴陵市泗汾農(nóng)場(chǎng)，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，年平均氣溫18.6℃，年降水量1547.5 mm，年日照時(shí)數(shù)1757.8 h，＞10℃有效積溫3511.1℃。供試土壤為潴育型水稻土，試驗(yàn)前土壤理化性質(zhì)如表1。

表1 供試土壤理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試水稻品種：早稻為中早39，晚稻為 H優(yōu)518。

于2016～2017年進(jìn)行主要復(fù)種制的定位試驗(yàn)。供試的復(fù)種方式為：A.紫云英—雙季稻；B.黑麥草—雙季稻；C.油菜—雙季稻；D.馬鈴薯—雙季稻；E.冬閑—雙季稻（對(duì)照）。采用大區(qū)試驗(yàn)，每個(gè)處理大區(qū)面積200 m2，各處理之間做埂隔離。除馬鈴薯播種與收獲之外，其余處理的田間管理環(huán)節(jié)均采用機(jī)械化作業(yè)。

1.3 施肥與田間管理

早、晚稻插植規(guī)格均為12 cm×25 cm，即3.3×105蔸／公頃。根據(jù)冬季作物秸稈養(yǎng)分含量和還田量，對(duì)各處理補(bǔ)充施用化肥，以確保早稻總施肥量均勻一致：N 157.5 kg／hm2、P2O545 kg／hm2和 K2O 112.5 kg／hm2；晚稻總施肥量為：N 180 kg／hm2、P2O545 kg／hm2和 K2O 112.5 kg／hm2?；省锰Y肥∶穗肥＝5∶3∶2，分別在移栽后7 d和分蘗末期追施蘗肥和穗肥?；蕿閺?fù)合肥，N∶P∶K比例為15∶15∶15；蘗肥和穗肥為尿素，含N 46%。2016年，早稻于3月23日播種，4月22日移栽；晚稻于6月27日播種，7月25日移栽。2017年，早稻于3月21日播種，4月26日移栽；晚稻于6月23日播種，7月20日移栽。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

（1）土壤養(yǎng)分含量測(cè)定。采用5點(diǎn)取樣法，分別于早稻和晚稻成熟期取0～20 cm耕層土壤，風(fēng)干過(guò)篩后用于理化分析。測(cè)定方法參照文獻(xiàn)［12］。

（2）水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成。成熟期每小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)樣點(diǎn)（重復(fù)），每點(diǎn)調(diào)查連續(xù)100穴水稻有效穗數(shù)，計(jì)算單穴有效穗數(shù)，然后按平均有效穗數(shù)取樣5穴，帶回實(shí)驗(yàn)室考查產(chǎn)量構(gòu)成因素，計(jì)算理論產(chǎn)量。各個(gè)區(qū)隨機(jī)實(shí)收3個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)1 m2，分收分曬，按13.5%的含水量折算實(shí)際產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)采用SPSS17.0進(jìn)行方差分析，Duncan法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬季作物秸稈還田對(duì)雙季稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

從表2可知，2016和2017年各處理早稻產(chǎn)量均表現(xiàn)為D＞B＞C＞A＞E，馬鈴薯—雙季稻處理（D）比油菜—雙季稻（A）、黑麥草—雙季稻（C）和冬閑—雙季稻處理（E）分別高 11.5%、8.7%、12.1%和 7.3%、5.7%、8.7%，均達(dá)顯著差異。2016年各處理晚稻產(chǎn)量為A＞C＞B＞E＞D，油菜—雙季稻處理（A）比紫云英—雙季稻（B）、馬鈴薯—雙季稻（D）和冬閑－雙季稻處理（E）分別高13.7%、14.2%、13.8%，均達(dá)顯著差異；2017年各處理晚稻產(chǎn)量為C＞D＞A＞B＞E，黑麥草—雙季稻處理（C）比油菜—雙季稻（A）、紫云英—雙季稻（B）和冬閑—雙季稻處理（E）分別高 4.1%、5.4%、7.0%，均達(dá)顯著差異。

2年4季的平均產(chǎn)量大小順序?yàn)镈＞B＞C＞A＞E，馬鈴薯—雙季稻（D）、紫云英—雙季稻（B）、黑麥草—雙季稻（C）和油菜—雙季稻處理（A）平均產(chǎn)量比冬閑對(duì)照（E）高 6.69%、6.50%、4.76%、4.44%。增產(chǎn)的主要原因是提高了水稻有效穗數(shù)和穗粒數(shù)，千粒重和結(jié)實(shí)率差異不大（表3）。

表2 不同處理水稻產(chǎn)量比較 t／hm2

表3 不同處理的水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素比較

2.2 冬季作物秸稈還田對(duì)雙季稻田土壤肥力的影響

土壤堿解氮含量，試驗(yàn)第二年各處理間的差異大于第一年。紫云英—雙季稻（B）一直高于冬閑—雙季稻（E），其他處理間的規(guī)律不明顯。從4季平均值來(lái)看，B＞A＞C＞E＞D，B處理最高，為140.3 mg／kg，A處理次之，為 136.2 mg／kg，D處理最低，為128.3 mg／kg（圖1－a）。

土壤有效磷含量，油菜—雙季稻（A）、黑麥草—雙季稻（C）和馬鈴薯—雙季稻（D）在試驗(yàn)的每一季均顯著低于冬閑—雙季稻（E）（p＜0.05），紫云英—雙季稻（B）在試驗(yàn)的每一季均低于冬閑—雙季稻（E），其中在第1季、第3季和第4季達(dá)顯著差異（p＜0.05）。從4季平均值來(lái)看，E＞B＞C＞A＞D，E處 理 最 高，為 66.7 mg／kg，B 處 理 次 之，為48.2 mg／kg，D處理最低，為44.1 mg／kg（圖1－b）。

土壤速效鉀含量，各處理間每一季差異較大，從4季平均值來(lái)看，C＞E＞D＞A＞B，C處理最高，為36.8 mg／kg，E處理次之，為 34.3 mg／kg，B處理最低，為29.4 mg／kg（圖1－c）。

土壤有機(jī)質(zhì)含量，油菜—雙季稻（A）和馬鈴薯—雙季稻（D）在前2季低于冬閑—雙季稻（E），在后2季則高于冬閑—雙季稻（E）。紫云英—雙季稻（B）和黑麥草—雙季稻（C）在前3季均低于冬閑—雙季稻（E），在第4季高于冬閑—雙季稻（E）。從4季平均值來(lái)看，A＞D＞E＞B＞C，A處理最高，為27.1 g／kg，D處理次之，為 26.7 g／kg，C處理最低，為25.2 g／kg（圖1－d）。

土壤pH值，油菜—雙季稻（A）、紫云英—雙季稻（B）、黑麥草—雙季稻（C）和馬鈴薯—雙季稻（D）處理在4季均低于冬閑—雙季稻（E），其中黑麥草—雙季稻（C）pH值在4季均顯著低于冬閑—雙季稻（E）（p＜0.05），下降了0.13～0.38個(gè)單位。從4季平均值來(lái)看，E＞A＞D＞B＞C，E處理最高，為5.50，A處理次之，為5.42，C處理最低，為5.25（圖1－e）。

圖1 雙季稻田土壤肥力變化情況

為了直觀地評(píng)價(jià)并比較不同處理的土壤肥力，取2年4季的平均值，以對(duì)照處理為“1”，將上述5個(gè)土壤指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理［13］，結(jié)果如圖2。從圖2可以看出：各處理間養(yǎng)分差異主要體現(xiàn)在有效磷和速效鉀2個(gè)指標(biāo)上，其余3個(gè)指標(biāo)差異不大。4種冬季作物秸稈還田，土壤pH值和有效磷含量均小于冬閑對(duì)照，其中有效磷含量降幅最顯著。從土壤培肥效果來(lái)看，與冬閑相比，稻田堿解氮含量增幅大小順序?yàn)樽显朴ⅲ居筒耍竞邴湶?，增幅分別為4.41%、1.39%、1.36%；有機(jī)質(zhì)含量增幅大小順序?yàn)橛筒耍抉R鈴薯，增幅分別為3.0%、1.2%；速效鉀含量增加的只有黑麥草秸稈還田處理，增幅為7.4%。

圖2 各處理養(yǎng)分標(biāo)準(zhǔn)化雷達(dá)圖

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，與冬閑對(duì)照相比，紫云英、油菜、黑麥草和馬鈴薯4種冬季作物秸稈還田，均能增加雙季稻產(chǎn)量，但增產(chǎn)效果略有差異，增產(chǎn)多少依次為：馬鈴薯＞紫云英＞黑麥草＞油菜，增幅分別為6.69%、6.50%、4.76%、4.44%。高菊生等人［14］通過(guò)研究綠肥—雙季稻輪作27年的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)水稻增產(chǎn)效果由大到小依次為：紫云英＞油菜＞黑麥草。本研究結(jié)果與其略有不同，原因可能是以下兩個(gè)方面造成的：一是早稻總養(yǎng)分施入情況不同，存在養(yǎng)分效應(yīng)差異；二是本試驗(yàn)?zāi)晗薅蹋芴镩g管理、氣候等因素影響年際波動(dòng)較大，有待長(zhǎng)期試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

冬季綠肥作物秸稈還田，有利于改善土壤性狀，提高土壤肥力［15～17］。本研究表明，冬季覆蓋作物秸稈還田，土壤pH值和有效磷含量均低于冬閑對(duì)照，其中有效磷含量降幅最顯著。冬季作物秸稈還田腐解需氧量增加，還原物質(zhì)增多［18］，導(dǎo)致pH值下降，而土壤有效磷含量下降的原因有待后續(xù)進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

水稻增產(chǎn)是群體質(zhì)量協(xié)調(diào)發(fā)展的結(jié)果［19～21］，本研究結(jié)果表明，冬季作物秸稈還田主要是提高了水稻有效穗數(shù)和穗粒數(shù)而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，這與周春火等人［22～24］的研究結(jié)果一致。