秸稈還田與化肥配施對油菜-水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素及經(jīng)濟(jì)效益的影響

吳玉紅，陳 浩，郝興順*，田霄鴻，崔月貞，張春輝

(1.漢中市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，陜西 漢中 723000；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 721000)

【研究意義】隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集約化程度的不斷提高，化肥用量日益增長，廄肥、綠肥等有機(jī)肥投入嚴(yán)重不足，秸稈已成為重要的有機(jī)肥源[1-2]。秸稈還田是化肥減量及有機(jī)養(yǎng)分替代的主要技術(shù)[3]，是構(gòu)建生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要舉措[4]。漢中盆地是優(yōu)質(zhì)秈稻的適宜生態(tài)區(qū)，是陜西省水稻主產(chǎn)區(qū)，面積和總產(chǎn)占到全省70 %以上，此外漢中油菜花海已成為陜西省鄉(xiāng)村旅游著名品牌[5]，水稻和油菜種植對本地區(qū)農(nóng)民增收具有重要作用。稻-油輪作是漢中盆地主要種植制度,但水稻和油菜生產(chǎn)中有機(jī)肥投入嚴(yán)重不足，同時隨著農(nóng)村勞動力的轉(zhuǎn)移，油菜水稻機(jī)械化收獲呈逐年上升趨勢，秸稈還田成為必然選擇，因此，探明稻-油輪作體系中秸稈還田效應(yīng)，最大限度地發(fā)揮秸稈還田綜合效益成為漢中地區(qū)當(dāng)前迫切需要解決的問題?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】稻草還田顯著影響水稻有效穗數(shù)[6]，稻-麥輪作體系中長期秸稈還田能夠增加穗數(shù)和穗粒數(shù)[7]。施肥是影響油菜分枝數(shù)、角果數(shù)、籽粒產(chǎn)量[8]和水稻有效穗、穗粒數(shù)及產(chǎn)量的重要農(nóng)藝措施[9]。秸稈還田和氮磷鉀肥配施利于構(gòu)建油菜良好的產(chǎn)量構(gòu)成因子[10]。當(dāng)前針對小麥-玉米、水稻-小麥、水稻-油菜輪作體系秸稈還田對土壤理化性質(zhì)、作物產(chǎn)量影響的研究較多[11-13]，而針對陜西南部水稻-油菜輪作系統(tǒng)中秸稈還田與化肥配施對作物產(chǎn)量構(gòu)成因素及經(jīng)濟(jì)效益研究較為缺乏。【本研究切入點】本文進(jìn)行了秸稈還田基礎(chǔ)上減少化肥施用量的可行性分析，開展了秸稈還田和化肥配施對稻油輪作作物產(chǎn)量構(gòu)成因素、產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益影響研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】旨在探索適宜漢中盆地稻-油輪作體系中提高產(chǎn)量、增加效益、生態(tài)環(huán)保的技術(shù)模式，以期為秸稈還田與化肥協(xié)同配施技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于陜西省勉縣漢中市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗示范站(33°09' 38"N，106°54' 56" E)，海拔約600 m，屬易濕潤區(qū)，無霜期260 d，年均氣溫14 ℃左右，年均降水量800～1000 mm，≥10 ℃年積溫為4 480 ℃。供試土壤類型為黃褐土型潴育性水稻土。試驗前土壤基本理化性質(zhì)為pH 5.19，有機(jī)質(zhì)含量18.8 g/kg，全氮含量1.25 g/kg，速效磷含量35.3 mg/kg，速效鉀含量78.9 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2015-2017年期間進(jìn)行，始于2015年10月，實行油菜-水稻輪作。油菜季和水稻季均設(shè)置5個處理：① 秸稈不還田+常規(guī)施肥(SN+NPK)；② 秸稈常規(guī)還田+常規(guī)施肥(S+NPK)；③ 秸稈促腐還田+常規(guī)施肥(SD+NPK)；④ 秸稈促腐還田+化肥減量15 %(SD+85 %NPK)；⑤ 秸稈促腐還田+化肥減量30 %(SD+70 %NPK)。水稻、油菜肥料均使用尿素(46 %)、洋豐復(fù)合肥(14-16-15)、氯化鉀(60 %)。秸稈腐熟劑施用山東君德牌高活性秸稈腐熟劑(枯草芽孢稈菌，有效活菌數(shù)≥20億/g，使用量30 kg/hm2)。秸稈還田方式及田間操作見表1。試驗小區(qū)面積0.12 hm2，東西長80 m，南北寬15 m，每個處理0.36 hm2。為便于機(jī)械化作業(yè)，采用大區(qū)試驗設(shè)計，隨機(jī)排列，每個處理重復(fù)3次，3個小區(qū)順序排列。

油菜栽培及田間管理措施：供試品種豐油737，分別于2015年10月1日播種，2016年5月20日收獲，2016年10月1日播種，2017年5月22日收獲，油菜常規(guī)施肥N 165 kg/hm2、P2O599 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2，Na2B4O7·10H2O 15 kg/hm2，化肥減量處理為NPK同時減少相應(yīng)的比例。所有處理中氮肥70 %做底肥，30 %做追肥，磷鉀肥及硼肥均做基肥。

水稻栽培及田間管理措施：供試水稻品種為中秈稻黃華占，2016年于4月10日育秧，5月30日機(jī)械插秧，9月23日收獲。2017年于4月10日育秧，6月1日機(jī)械插秧，9月25日收獲。水稻常規(guī)施肥量為N 180 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 92.5 kg/hm2?；蕼p量處理為NPK同時減少相應(yīng)的比例。所有處理中氮肥分移栽前基施、移栽后5 d追施、移栽后10 d追施，比例為6∶2∶2，磷鉀肥一次基施。

1.3 項目測定與方法

1.3.1 作物測產(chǎn) 水稻、油菜測產(chǎn)：每個處理按“S”形選取5個5 m×5 m的樣方，單收脫粒后曬干稱量測產(chǎn)。

1.3.2 油菜考種 2016 和2017年油菜成熟期從每個處理每個重復(fù)選擇5點，每點選擇生長正常、無病害、無機(jī)械損傷的 10 個樣株，分別調(diào)查株高、分枝部位、一次分枝數(shù)、分枝部位、主花序角數(shù)、主花序角果數(shù) 、分枝角數(shù)、角果長度、每角粒數(shù)、千粒重。

1.3.3 水稻考種 2016 和2017年水稻成熟期從每個處理每個重復(fù)選擇5點，每點選擇生長正常、無病害、無機(jī)械損傷的 10 穴樣株，調(diào)查有效穗、穗粒數(shù)、空粒數(shù)、千粒重。

表1 油菜、水稻秸稈還田方式及田間操作

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003軟件處理數(shù)據(jù)和繪圖，采用DPS 7.05統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析及差異顯著性檢驗(LSD法，P=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田和化肥配施對油菜、水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的影響

2.1.1 秸稈還田和化肥配施對油菜產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的影響 由表2可知，年份對油菜株高、分枝部位、一次分枝數(shù)、主花序長度、每角粒數(shù)的影響顯著。秸稈還田和化肥配施處理對株高、分枝部位、主花序長度、角果長度的影響達(dá)到極顯著水平，對一次分枝數(shù)、主花序角數(shù)的影響達(dá)到顯著水平。年份、秸稈還田處理二者交互效應(yīng)除對株高、一次分枝數(shù)及千粒重的影響不顯著，對其他因素的影響達(dá)顯著或是極顯著水平。與SN+NPK相比，S+NPK、SD+NPK、SD+85 %NPK、SD+70 %NPK處理2016、2017年油菜產(chǎn)量的增幅分別為19.91 %、13.27 %、-4.27 %、-13.68 %和9.77 %、24.00 %、1.77 %、0 %，可見隨著秸稈還田年限增加對油菜產(chǎn)量的增產(chǎn)作用在逐漸加強(qiáng)，因化肥減量引起的減產(chǎn)效應(yīng)在逐漸減弱。從產(chǎn)量構(gòu)成因素分析，2016年秸稈還田與常規(guī)化肥配施增產(chǎn)主要是增加了主花序角數(shù)、分枝角數(shù)和角粒數(shù)，秸稈還田與化肥減量配施油菜籽粒產(chǎn)量降低主要是分枝角數(shù)和千粒重顯著降低。2017年秸稈還田與常規(guī)化肥配施油菜籽粒增產(chǎn)主要是增加了每角粒數(shù)，秸稈還田與化肥減量配施油菜籽粒產(chǎn)量降低主要是每角粒數(shù)和千粒重顯著降低。說明化肥減量對油菜千粒重影響較大?；蕼p量后油菜株高顯著降低、分枝部位下降，影響個體生長發(fā)育。

表2 不同處理對油菜產(chǎn)量構(gòu)成因素和產(chǎn)量的影響

續(xù)表2 Continued table 2

2.1.2 秸稈還田和化肥配施對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的影響 由表3可知，年份對水稻每穗粒數(shù)、結(jié)實率影響及產(chǎn)量顯著，對有效穗和千粒重影響不顯著。秸稈還田與化肥配施處理對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素和產(chǎn)量影響顯著，二者交互效應(yīng)僅對水稻產(chǎn)量影響顯著，而對產(chǎn)量構(gòu)成因素影響不顯著。與SN+NPK相比，S+NPK、SD+NPK、SD+85 %NPK、SD+70 %NPK處理2016、2017年水稻產(chǎn)量的增幅分別為2.46 %、9.67 %、-1.47 %、-3.67 %和0.61 %、3.03 %、-6.66 %、-10.06 %。從產(chǎn)量構(gòu)成因素分析，2016和2017年趨勢基本一致，秸稈還田與常規(guī)化肥配施水稻增產(chǎn)主要是提高了結(jié)實率、有效穗，秸稈還田與化肥減量配施水稻籽粒產(chǎn)量降低主要是每穗粒數(shù)、結(jié)實率、有效穗、千粒重均顯著降低。說明化肥減量對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素影響較大。

表3 不同處理對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素和產(chǎn)量的影響

表4 稻油輪作體系下不同處理對周年經(jīng)濟(jì)效益的影響

2.2 稻油輪作體系下秸稈還田和化肥配施對周年經(jīng)濟(jì)效益的影響

從表4可以看出，與秸稈不還田相比，S+NPK、SD+NPK、SD+85 %NPK、SD+70 %NPK處理周年產(chǎn)值和周年經(jīng)濟(jì)效益2年平均增幅分別為7.43 %、8.47 %、-4.22 %、-9.17 %和24.02 %、23.91 %、5.06 %、-0.57 %。秸稈還田與常規(guī)化肥配施增加了產(chǎn)值和效益，效益增幅高達(dá)23.91 %以上。秸稈還田與化肥減量15 %配施雖然產(chǎn)值下降，但是降低了化肥投入成本、節(jié)約了秸稈移除的勞動力成本，周年經(jīng)濟(jì)效益兩年平均增幅5.06 %。本試驗條件下油菜和水稻兩季作物秸稈全量常規(guī)還田配施常量化肥經(jīng)濟(jì)效益最佳，較兩季不還田周年經(jīng)濟(jì)效益兩年平均每公頃增加5394.26元。油菜、水稻全量促腐還田與化肥減量15 %配施雖然對作物產(chǎn)量有影響但可以降低環(huán)境污染風(fēng)險，節(jié)約成本，增加經(jīng)濟(jì)效益。SD+85 %NPK處理周年經(jīng)濟(jì)效益2年平均每公頃較S+NPK增收1032.15元。

3 討 論

當(dāng)前我國油菜生產(chǎn)機(jī)械化程度低，勞動力成本高，成為制約油菜持續(xù)發(fā)展的瓶頸[14]。但機(jī)械收獲要求油菜成熟期株高矮、分枝少[15]。本試驗條件下秸稈還田與常規(guī)化肥配施處理促進(jìn)了油菜生長和一次分枝數(shù)，而秸稈還田與化肥減量處理則降低了油菜株高和一次分枝數(shù)。施肥是維持和提高作物產(chǎn)量的重要措施，不同作物對肥料的響應(yīng)差異較大[16]，王偉妮等[17]研究表明油菜的肥料貢獻(xiàn)率為 56.2 %，水稻為 29.6 %，油菜產(chǎn)量受肥料影響大于水稻。本研究中，與常規(guī)施肥秸稈不還田相比，S+NPK、SD+NPK、SD+85 %NPK、SD+70 %NPK處理兩年油菜產(chǎn)量和水稻產(chǎn)量增幅分別為14.82 %、18.63 %、-1.25 %、-6.84 %和1.54 %、6.35 %、-4.07 %、-6.86 %，可見在秸稈還田與常規(guī)化肥配施時，油菜產(chǎn)量增幅顯著高于水稻，且秸稈還田與化肥減量配施，油菜和水稻產(chǎn)量均表現(xiàn)為下降，且隨著化肥減量比例的增加，產(chǎn)量降幅增大，說明化肥減量減產(chǎn)的負(fù)效應(yīng)大于秸稈還田增產(chǎn)的正效應(yīng)。可能因為常規(guī)施肥條件下更有利于秸稈腐解促進(jìn)其養(yǎng)分的釋放，化肥減量條件下秸稈腐解過程中易和作物競爭養(yǎng)分，致使養(yǎng)分供應(yīng)不足。兩種作物相比，化肥減量條件下，油菜產(chǎn)量降幅小于水稻，可能是因為作物對肥料響應(yīng)差異以及秸稈在不同條件下腐解差異所至，秸稈還田化肥減量條件下水稻對減肥的響應(yīng)較油菜敏感，導(dǎo)致水稻減產(chǎn)幅度大于油菜。

秸稈還田方式和秸稈還田可以替代的化肥減量比例對作物產(chǎn)量的影響在不同種植體系中差異較大。黃容等[18]研究表明，西南丘陵山區(qū)紫色土水稻-兒菜輪作體系中秸稈全量覆蓋還田與化肥減量10 %對水稻的增產(chǎn)效果最佳，而秸稈全量覆蓋還田與化肥減量30 %對兒菜增產(chǎn)效果最佳。李碩[19]研究表明關(guān)中地區(qū)麥玉輪作體系中雙季秸稈全量旋耕直接還田與氮肥減量15 %對作物籽粒產(chǎn)量影響不顯著。殷堯翥等[20]研究表明稻油輪作下油菜秸稈堆腐還田較直接還田對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素影響更顯著。本試驗中兩季作物秸稈促腐還田與化肥減量15 %配施，減產(chǎn)幅度較小。本試驗中水稻和油菜對化肥減量的響應(yīng)存在差異，因此今后應(yīng)探索秸稈還田條件下適宜本地區(qū)水稻和油菜化肥減量的比例。因此，秸稈還田條件下化肥減量技術(shù)應(yīng)同時考慮不同作物對肥料的響應(yīng)及秸稈養(yǎng)分替代量等因素確定化肥減量比例。

農(nóng)民經(jīng)濟(jì)效益最大化不僅受作物產(chǎn)量的影響，還與生產(chǎn)成本及其效率高低密切相關(guān)，其中勞動力、肥料投入是糧食生產(chǎn)中主要的投入要素[21]，隨著農(nóng)村勞動力短缺現(xiàn)象普遍，勞動力成本成為影響農(nóng)業(yè)種植效益的主要因素之一。農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，農(nóng)業(yè)機(jī)械化則是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要前提，在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和節(jié)約成本方面具有重要作用[22]。本試驗中秸稈不還田處理移除秸稈的人工成本是秸稈還田處理中機(jī)械秸稈粉碎費(fèi)用的6.67倍。肥料投入成本方面，SD+85 %NPK和SD+70 %NPK處理較常規(guī)化肥處理分別降低624.23和1248.46元/hm2。S+NPK、SD+NPK、SD+85 %NPK和SD+70 %NPK處理較常規(guī)化肥處理成本分別節(jié)約2550.00、3000.00、3174.23、3798.47元/hm2，凈收益分別增加5394.26、5308.79、1032.15和-271.82元/hm2。

4 結(jié) 論

秸稈還田和化肥減量措施協(xié)同應(yīng)用節(jié)約成本優(yōu)勢明顯，秸稈還田與常規(guī)化肥配施增效顯著。稻油輪作體系中兩季作物秸稈全量促腐還田與常規(guī)化肥配施增產(chǎn)和增效顯著，秸稈促腐還田與化肥減量15 %節(jié)約成本優(yōu)勢明顯，既可以維持作物穩(wěn)產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益，又可以降低環(huán)境污染風(fēng)險，是一種適宜該區(qū)域生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的綠色生產(chǎn)模式。