三熟制模式下冬季作物對早稻返青緩苗期植株生長的抑制作用

李天元 梁和 韋善清 陳念平 江立庚 杜芳芳 孔飛揚 趙泉

摘 ?要??設(shè)置3種稻田三熟制模式與“冬閑+早稻+晚稻”模式對比，研究了冬季作物對早稻返青緩苗期植株生長的影響。結(jié)果表明：三熟制模式下水稻返青期推遲2～3 d、緩苗期推遲1～3 d，期間水稻株高、葉齡、葉綠素含量（SPAD）、根莖葉干物質(zhì)下降;在移栽至緩苗期內(nèi)，三熟制模式下水稻植株根冠比比對照的小;移栽至返青期，三熟制模式下水稻生長速率均比對照處理低，在返青至緩苗期表現(xiàn)則相反。本研究結(jié)果表明，三熟制模式下冬季作物明顯抑制了早稻返青緩苗期植株生長，其抑制作用在水稻返青后變小。

關(guān)鍵詞 ?稻田三熟制;水稻;返青;緩苗中圖分類號??S511??????文獻標識碼??A

Inhibitory Effect of Winter Crops on Growth of Early Rice at Returning Green Stage and Slow Seedling Stage under Triple Cropping System

LI Tianyuan¹， LIANG He¹， WEI Shanqing¹， CHEN Nianping¹， JIANG Ligeng^1，2*， DU Fangfang¹，KONG Feiyang¹， ZHAO Quan¹

1. Key Laboratory of Crop Cultivation and Farming Science， Guangxi University， Nanning， Guangxi 530000， China; 2. Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops， Hunan Agricultural University， Changsha， Hunan 410128， China

Abstract ?A field experiment was conducted to study the effects of winter crops on the growth of early rice at returning green stage and slow seedling stage by comparing three-cropping systems in rice field with the “winter fallow+Early rice+Late rice” system control. The returning green period and slow seedling stage of rice were prolonged about two to three days and one to three days， respectively. And the plant height， leaf age， chlorophyll content and dry matter of rhizome and leaves decreased during the two periods under the triple cropping system. The root-shoot ratio of rice under the triple cropping system was smaller than that of the control during the period from transplanting to slow seedling stage. The growth rate of rice under the triple cropping system was lower than that of the control during transplanting to returning green stage， while it was opposite during returning green stage to slow seedling stage. The conclusion is that winter crops significantly inhibits the plant growth of early rice under the triple cropping system at returning green stage and slow seedling stage， and the inhibiting effect becomes smaller after rice plants return to green.

Keywords ?triple cropping system; rice; returning green; slow seedling

DOI10.3969/j.issn.1000-2561.2019.10.018

多熟種植是指在一年內(nèi)在同一塊農(nóng)田中種植2種或2種以上農(nóng)作物的作物種植方式，一般包括復(fù)種和間混套作兩部分內(nèi)容。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，多熟種植已由單純的農(nóng)作物間的種植方式，向著農(nóng)作物種植與多種生物間的種植方式（包括植物、動物和微生物）種養(yǎng)結(jié)合組成的復(fù)合多熟種植方向發(fā)展^[1]。多熟制種植可以提高耕地的復(fù)種指數(shù)，充分利用土地和周年溫光資源，緩解作物爭地矛盾，增加土地作物產(chǎn)出種類和產(chǎn)量，具有良好的經(jīng)濟效益和社會生態(tài)效益^[2]。多熟種植能提高經(jīng)濟效益與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，提升生態(tài)環(huán)境，減少生物災(zāi)害，改良農(nóng)田土壤，保障糧食安全與社會穩(wěn)定^[3]。

稻田三熟制是多熟制種植制度的一種。稻田三熟制廣泛分布于中國南方稻區(qū)。其中“雙季稻+冬季作物”的三熟制模式主要分布于長江中下游稻區(qū)和華南稻區(qū)^[4]。稻田三熟制由于種植時間比二熟制多出一個季度，其周年增產(chǎn)效果更加顯著。一般來說，三熟比兩熟可增產(chǎn)30%～50%，有的可增產(chǎn)50%～80%，甚至更高^[5]。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人口的增加，在建設(shè)用地和生態(tài)、環(huán)境保護等多種原因下，中國耕地面積在持續(xù)減少，特別是南方地區(qū)耕地面積減少得相對厲害^[6]。黃國勤^[7]指出，南方稻田耕地面積減少，特別是南方稻田其耕地面積中良田面積的減少遠遠高于北方。隨著社會的發(fā)展，南方稻田出現(xiàn)了許多不利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的問題：復(fù)種指數(shù)下降，熟制降低，三熟制變?yōu)槎熘疲?或二熟制變?yōu)橐皇熘?冬季農(nóng)業(yè)薄弱，一是冬閑田面積大，南方冬季稻田中，只有約1/3真正得到利用，其余60%～70%均為撂荒、休閑;長期復(fù)種連作，三熟制復(fù)種形式單一，長期以“綠肥+雙季稻”為主，土壤板結(jié)，土壤“缺素”，有毒有害物質(zhì)積累，農(nóng)田病、蟲、草危害逐年嚴重;養(yǎng)地環(huán)節(jié)、措施、次數(shù)和強度都在減弱，不利于南方稻田耕作的可持續(xù)發(fā)展。丁明軍等^[8]研究發(fā)現(xiàn)，中國耕地復(fù)種指數(shù)從南到北逐漸增加，其中種植制度上43.48%的耕地實行一年一熟，56.39%的耕地實行一年兩熟，僅有0.13%的耕地實行一年三熟。南方地區(qū)安徽中部，四川的成都平原，江西的鄱陽湖平原，湖南的北部和南部以及廣西的中部復(fù)種指數(shù)顯著降低。

水稻返青期是指水稻移栽至水稻開始返青的時間段，一般有5～7 d時間，這段時間內(nèi)水稻植株一般都會由青轉(zhuǎn)黃，然后再由黃轉(zhuǎn)綠。秧苗素質(zhì)、水、肥、天氣均是影響返青期的關(guān)鍵因素。返青期的長短影響到水稻整個生長時期的時間，甚至影響水稻的產(chǎn)量^[9-10]。水稻緩苗期是指水稻移栽至水稻開始發(fā)生分蘗的時間段。可見，水稻返青緩苗期是水稻移栽后開始逐漸適應(yīng)環(huán)境并轉(zhuǎn)而開始正常生長發(fā)育的開始時期，期間水稻生長的差異對以后水稻的生長和最后產(chǎn)量的影響不容忽視。

“雙季稻+冬種作物”的稻田三熟制模式充分利用各作物不同的光溫習性，有效安排耕作制度，使稻田能夠盡可能地高效利用周年的溫、光和空間資源，解決作物之間的爭地矛盾。冬種作物之后，冬季作物的秸稈還田，深刻改變以后稻田土壤的理化性狀，對后面兩季水稻的生長產(chǎn)生重大的影響。李小波等^[11]研究發(fā)現(xiàn)，在冬種馬鈴薯收獲后的田塊種植早、晚雙季稻，當施肥量比農(nóng)民習慣施肥量減少20%時，不會降低水稻產(chǎn)量、品質(zhì)和種植效益及肥料利用率。

因此，研究冬季作物還田之后，不同稻田三熟制模式早稻移栽之后水稻返青、緩苗期的生長特點，對把握不同三熟制模式早、晚季水稻后續(xù)生育時期水稻生長規(guī)律和周年溫光利用的情況具有重要的意義。

1??材料與方法

1.1材料

本試驗為2015年開始的定點試驗，地點位于廣西大學農(nóng)學院校內(nèi)試驗田，本研究涉及的時間段為2017年早季水稻。試驗田土壤理化性狀如下：pH 5.64，有機質(zhì)37.1?g/kg，速效氮156.73?mg/kg，有效磷112.54?mg/kg，速效鉀79.42?mg/kg。

冬種綠肥品種是“余江大葉”，油菜品種是“F13-2”，馬鈴薯品種是“荷蘭薯15號”。早、晚季水稻品種是“桂兩優(yōu)二號”。

1.2方法

1.2.1 ?試驗設(shè)計??試驗共4個處理：冬閑+早稻+晚稻（對照），綠肥+早稻+晚稻，油菜+早稻+晚稻，馬鈴薯+早稻+晚稻。隨機區(qū)組試驗設(shè)計，3次重復(fù)。

于2015年冬季進行第一次冬季作物種植，2016年11月12日進行第二次冬季作物的播種，并于2017年2月收獲和翻壓冬種作物。其中，綠肥全部翻壓還田，油菜于開花期翻壓還田，馬鈴薯在收獲塊莖后將莖稈和覆蓋稻草全部翻壓還田。翻壓還田后放水腐熟秸稈一個月以上，然后耕耙稻田和移栽早季水稻。3月10日播種早稻，4月10日移栽。移栽株距10 cm、行距30 cm，1穴1苗。

早稻施肥方案是：270 kg N/hm²，按基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶3∶2施用;135 kg P₂O₅/hm²，全部做基肥;180 kg K₂O/hm²，按基肥∶穗肥=5∶5施用。

1.2.2 ?調(diào)查內(nèi)容與方法??返青期：指水稻移栽至返青的天數(shù)。移栽后每天早上到田間隨機觀察10穴，植株心葉葉尖有吐水現(xiàn)象的即為返青。

緩苗期：指水稻移栽至開始發(fā)生分蘗的天數(shù)。每小區(qū)定點20穴、移栽后每3 d調(diào)查一次分蘗發(fā)生情況。

株高：每小區(qū)定點20穴，用直尺直接測量植株基部至最頂部葉片葉尖的高度。移栽后每2 d調(diào)查一次，直到所有處理水稻開始分蘗。

葉齡：每小區(qū)定點10穴，移栽后每3 d調(diào)查一次。

葉片SPAD值：SPAD值是指通過葉綠素儀測定得到的葉片葉綠素的相對含量值。移栽后每2?d調(diào)查一次，每次隨機取樣8穴，取全部葉片用葉綠素儀（SPAD-502Plus）測量葉片中部SPAD值。干物質(zhì)重：移栽后每2 d調(diào)查一次，每次隨機取樣8穴，將根和莖葉分開、裝袋、烘干至恒重后稱重。干物質(zhì)增長速率為前后二次調(diào)查干物質(zhì)差值與時間的比值。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010軟件和SPSS軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2??結(jié)果與分析

2.1三熟制模式對早稻返青、緩苗期的影響

由表1可知，冬季作物使第二年早稻的返青期和緩苗期推遲。其中，“綠肥+早稻+晚稻”模式下早稻返青期推遲了2 d，緩苗期推遲了1 d;“油菜+早稻+晚稻”模式下早稻返青期推遲了2?d，緩苗期推遲了2 d;“馬鈴薯+早稻+晚稻”模式下早稻返青期推遲了3?d，緩苗期推遲了3?d。

2.2三熟制模式對早稻返青緩苗期植株生長的影響

從圖1可知，冬種作物處理水稻返青緩苗期株高、葉齡、葉片SPAD、根系干重、莖葉干重和植株干重總體上表現(xiàn)為：“冬閑+早稻+晚稻”>“綠肥+早稻+晚稻”>“油菜+早稻+晚稻”>“馬鈴薯+早稻+晚稻”。其中，“馬鈴薯+早稻+晚稻” 處理水稻在移栽之后的第4天葉片SPAD值比移栽時的還小;“冬閑+早稻+晚稻”的根系干重明顯大于其他處理。

2.3三熟制模式對早稻植株根冠比的影響

從圖2可知，三熟制模式早稻的根冠比比對照的小，說明稻田三熟制模式下冬季作物秸稈還田抑制了早稻根系的生長。

2.4三熟制模式對早稻返青期前、后水稻生長速率的影響

從圖3可知，冬季作物對株高增長速率、根系干重積累速率、莖葉干重積累速率和植株干重積累速率的影響在返青期前、后的表現(xiàn)相反。在移栽至返青期，所有冬季作物處理水稻株高增長速率、根系干重積累速率、莖葉干重積累速率和植株干重積累速率小于對照（冬閑處理）;相反，在返青至緩苗期，所有冬季作物處理水稻株高增長速率、根系干重積累速率、莖葉干重積累速率和植株干重積累速率大于對照（冬閑處理）。

3??討論

3.1三熟制模式下冬季作物對早稻返青緩苗期具有抑制作用

本研究發(fā)現(xiàn)，冬季作物還田推遲早稻返青期和緩苗期，且隨著還田作物的生物量的增加，其抑制作用的強度也隨著增大。“馬鈴薯+早稻+晚稻”處理還田生物量最大，其抑制作用也最明顯。劉祥臣等^[12]研究也發(fā)現(xiàn)，隨著紫云英翻壓量增加，水稻返青期植株成苗率、百株鮮重、葉齡、分蘗、株高等各項指標均呈降低趨勢。

研究還發(fā)現(xiàn)，冬季作物還田抑制水稻的生長在返青期后慢慢減弱。這和前人的研究結(jié)果基本一致。韋葉娜等^[13]研究發(fā)現(xiàn)，油菜秸稈還田條件下水稻根系及分蘗于移栽后19 d快速生長。王紅妮等^[14]研究發(fā)現(xiàn)，油菜秸稈還田條件下水稻移栽27 d后還田抑制影響顯著降低。

冬季作物秸稈還田對根系生長的抑制作用比地上部更明顯。研究表明，在早稻返青緩苗期，三熟制模式下水稻根冠比普遍變小。前人研究表明，油菜秸稈還田條件下水稻根系總量和根系活力顯著降低^[13-14]。杜康等^[15]研究發(fā)現(xiàn)，小麥秸稈還田條件下，水稻幼苗根系活力顯著下降。徐國偉等^[16]研究發(fā)現(xiàn)，隨著秸稈還田量的增加，直播稻苗期生長發(fā)育速度及根系活性隨之降低。

3.2三熟制模式下冬季作物抑制早稻返青緩苗期植株生長的原因

冬種作物還田對早稻返青緩苗期植株生長的抑制作用可能與作物秸稈還田后產(chǎn)生的有機酸和土壤有效氮、有效磷含量下降有關(guān)。稻草還田短期內(nèi)土壤有機酸積累明顯增加，顯著降低了土壤pH和氧化還原電位（Eh），抑制了水稻根系生長，進而抑制了水稻分蘗的發(fā)生、降低了水稻葉片SPAD值和光合速率^[17-19]。郝建華等^[20]研究發(fā)現(xiàn)，麥秸還田處理降低了土壤pH和氧化還原電位（Eh），導致拔節(jié)前水稻莖蘗數(shù)、葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量變小。

由于作物秸稈的C/N和C/P大于微生物分解有機體的最佳值，因此秸稈分解過程中微生物需要從土壤中吸收有效氮和有效磷，導致了土壤中有效氮和有效磷減少^[21-25]。因此土壤中可供作物利用的有效氮和有效磷相對不足，水稻生長緩慢。

3.3施用化學肥料和干濕交替水分管理可以減輕冬季作物秸稈還田對水稻生長的抑制作用

施用化學肥料一方面提高了土壤溶液中有效氮的水平，緩解秸稈腐解過程中微生物與作物爭奪氮、磷的矛盾;另一方面有利于減少有機酸積累，降低有機酸的毒害程度^{[18， 26]}。閆超^[27]研究表明，在基肥和追肥時增施一定量的氮肥和磷肥，能使土壤溶液中速效氮和速效磷的含量達到秸稈不還田處理的水平。在秸稈還田條件下配合施用基蘗氮肥，可以明顯改善水稻的前期生長，有助于提高水稻幼苗根系活力、葉片SPAD值和光合速率，促進水稻幼苗生長、干物質(zhì)積累以及礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收^{[15， 17]}。

干濕交替的水分管理，可降低秸稈還田土壤中的有機酸含量，緩解秸稈還田對水稻生長的抑制作用。彭娜等^[19]研究還表明，在干濕交替的水分管理下，乙酸的積累量降低。張武益等^[28]研究發(fā)現(xiàn)，干濕交替灌溉能夠有效緩解秸稈還田條件下土壤pH降低、還原性有毒物質(zhì)累積的負面影響。張鳳翔等^[29]研究發(fā)現(xiàn)，輕度降低土壤水分、增加施氮量能促進水稻根系快速生長。杜康^[30]研究發(fā)現(xiàn)，與淹水處理相比，露田處理水稻幼苗的生長抑制作用可以得到一定程度的緩解。

4??結(jié)論

稻田三熟制模式冬季作物還田對早稻返青期、緩苗期水稻生長有明顯的抑制作用，表現(xiàn)在早稻返青、緩苗慢，返青期、緩苗期推遲，水稻株高、葉齡、葉片SPAD值和干物質(zhì)積累都變小。而且隨著還田作物生物量的增加抑制作用遞增。抑制作用是首先抑制水稻根系生長，進而影響水稻植株生長。抑制作用隨著冬季作物還田時間的推進、水稻生育時期的進行而慢慢減弱。

參考文獻

[1] 黃國勤. 多熟種植的概念、功能與特征[C]//作物多熟種植與國家糧油安全高峰論壇論文集. 北京： 中國作物學會，2015： 4-7.

[2] 陳夔. 我國南方地區(qū)多熟種植制度的模式及效益淺析[J]. 南方農(nóng)業(yè)， 2012， 6（5）： 13-15.

[3] 梁玉剛， 周晶， 楊琴， 等. 中國南方多熟種植的發(fā)展現(xiàn)狀、功能及前景分析[J]. 作物研究， 2016， 30（5）： 572-578.

[4] 官春云， 黃璜， 黃國勤， 等. 中國南方稻田多熟種植存在的問題及對策[J]. 作物雜志， 2016（2）： 1-7.

[5] 黃國勤. 論大力發(fā)展多熟種植技術(shù)[J]. 耕作與栽培，2008（6）： 1-2， 24.

[6] 趙曉麗， 張增祥， 汪瀟， 等. 中國近30 a 耕地變化時空特征及其主要原因分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報， 2014， 30（3）：1-11.

[7] 黃國勤. 南方稻田耕作制度可持續(xù)發(fā)展面臨的十大問題[J]. 耕作與栽培， 2009（3）： 1-2， 5.

[8] 丁明軍， 陳倩， 辛良杰， 等. 1999-2013 年中國耕地復(fù)種指數(shù)的時空演變格局[J]. 地理學報， 2015， 70（7）：1080-1090.

[9] 楊文鈺， 屠乃美. 作物栽培學各論（南方本）[M]. 2 版. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社， 2011.

[10] 陳紫高. 如何縮短機插秧的返青期[J]. 湖南農(nóng)機， 2012（6）：17.

[11] 李小波， 劉曉津， 賴玉嫦， 等. “薯-稻-稻”輪作模式下雙季稻施肥減量研究[J]. 熱帶作物學報， 2016， 37（10）：1877-1881.

[12] 劉祥臣， 趙海英， 李本銀， 等. 紫云英翻壓量和漚田時間對覆膜水稻返青期植株的影響[J]. 中國土壤與肥料，2012（3）： 90-93.

[13] 韋葉娜， 王學春， 趙祥， 等. 油菜秸稈還田對水稻根系及分蘗生長的影響[J]. 云南大學學報（自然科學版）， 2018，40（3）： 609-618.

[14] 王紅妮， 王學春， 黃晶， 等. 秸稈還田對土壤還原性和水稻根系生長及產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報， 2017，33（20）： 116-126.

[15] 杜康， 謝源泉， 林趙淼， 等. 秸稈還田條件下氮肥對水稻幼苗生長及養(yǎng)分吸收的影響[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學學報，2016， 39（1）： 18-25.

[16] 徐國偉， 翟志華， 楊久軍， 等. 秸稈還田量對直播稻苗期生長和土壤的影響[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學， 2015， 42（19）：1-7.

[17] 方菲菲. 麥秸還田對水稻前期生長的影響及其機制研究[D]. 揚州： 揚州大學， 2018.

[18] 單玉華， 蔡祖聰， 韓勇， 等. 淹水土壤有機酸積累與秸稈碳氮比及氮供應(yīng)的關(guān)系[J]. 土壤學報， 2006， 43（6）：941-947.

[19] 彭娜， 王開峰， 王凱榮， 等. 不同水分管理下施用稻草對土壤有機酸和養(yǎng)分有效性的影響[J]. 土壤通報， 2007（5）：857-862.

[20] 郝建華， 丁艷鋒， 王強盛， 等. 麥秸還田對水稻群體質(zhì)量和土壤特性的影響[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學學報， 2010， 33（3）：13-18.

[21] Geisseler D， Horwath W R， Joergensen R G， et al. Pathwaysof nitrogen utilization bysoil microorganisms： A review[J].Soil Biology and Biochemistry， 2010， 42： 2058-2067.

[22] Beri V， Sidhu B， Bahl G， et al. Nitrogen and phosphorustransformations as affected by cropresidue managementpractices and their influence on crop yield[J]. Soil Use andManagement， 1995， 11（2）： 51-54.

[23] Nicolardot B， Recous S， Mary B. Simulation of C and Nmineralization during crop residue decomposition： A simpledynamic model based on the C： N ratio of the residues[J].Plant Soil， 2001， 228（1）： 83-103.

[24] Wang W J， Baldock J A， Dalal R C， et al. Decompositiondynamics of plant materials in relation to nitrogen availabilityand biochemistry determined by NMR and wet- chemicalanalysis[J]. Soil Biology and Biochemistry， 2004， 36（12）：2045-2058.

[25] McLaughlin M J， Alston A， Martin J. Phosphorus cycling inwheat-pasture rotations， 1. The source of phosphorus takenup by wheat[J]. Soil Research， 1988， 26（2）： 323-331.

[26] Arcand M M， Knight J D， Farrell R E. Differentiating betweenthe supply of N to wheat from above and belowgroundresidues of preceding crops of pea and canola[J]. Biologyand Fertility of Soils， 2014， 50（4）： 563-570.

[27] 閆超. 水稻秸稈還田腐解規(guī)律及土壤養(yǎng)分特性的研究[D]. 哈爾濱： 東北農(nóng)業(yè)大學， 2015.

[28] 張武益， 朱利群， 王偉， 等. 不同灌溉方式和秸稈還田對水稻生長的影響[J]. 作物雜志， 2014（2）： 113-118.

[29] 張鳳翔， 周明耀， 周春林， 等. 水肥耦合對水稻根系形態(tài)與活力的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報， 2006， 22（5）： 197-200.

[30] 杜康. 栽培措施對秸稈還田條件下水稻幼苗生長的影響[D]. 南京： 南京農(nóng)業(yè)大學， 2015.