稻草覆蓋與化肥減量對(duì)山藥生長、土壤溫度和濕度的影響

周 潔，田貴生，游秋香，邢烈火，莫菁華，金育紅

（武穴市耕地質(zhì)量保護(hù)與肥料管理局，湖北 武穴 435400）

耕地是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，全面提高耕地綜合生產(chǎn)能力的關(guān)鍵取決于耕地的數(shù)量和質(zhì)量，只有土壤達(dá)到優(yōu)質(zhì)且健康的狀態(tài)，才能確保農(nóng)作物生育期所需營養(yǎng)物質(zhì)的均衡供應(yīng)［1］，秸稈還田已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要措施，秸稈還田可促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水、節(jié)成本、增產(chǎn)、增效，在杜絕了秸稈焚燒所造成的大氣污染的同時(shí)還有增肥增產(chǎn)作用，秸稈還田有利于土壤營養(yǎng)成分的自身調(diào)節(jié)，改善土壤肥力，相應(yīng)減少了化肥使用量［2］，因此，在環(huán)保和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中應(yīng)受到重視。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程也是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過程。作物在生長過程中要不斷消耗能量，也需要不斷補(bǔ)充能量，不斷調(diào)節(jié)土壤中水、肥、氣、熱的含量。大量研究表明，秸稈還田除能提供養(yǎng)分和提高土壤有機(jī)質(zhì)外，還具有保溫保墑的作用，對(duì)提高農(nóng)田水分利用效率及增加作物產(chǎn)量均有明顯的效果［3-5］，此外，秸稈中含有大量的新鮮有機(jī)物料，在歸還農(nóng)田之后，經(jīng)過一段時(shí)間的腐解作用，就可以轉(zhuǎn)化成有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分，既能增加土壤有機(jī)質(zhì)，又能改良土壤結(jié)構(gòu)，但若方法不當(dāng)，也會(huì)導(dǎo)致土壤病菌增加，作物病害加重及缺苗（僵苗）等不良現(xiàn)象［6］。因此采取合理的秸稈還田措施，才能起到良好的還田效果。以上研究多從單一方面關(guān)注秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量或土壤理化性狀的影響，然而從稻草覆蓋與化肥減量試驗(yàn)來看，秸稈還田促進(jìn)化肥減量對(duì)作物生長和土壤理化性質(zhì)的研究仍十分不足。本研究選擇嚴(yán)重缺磷和缺鉀的土壤開展稻草覆蓋與化肥減量對(duì)山藥生長、土壤溫度和濕度田間試驗(yàn)研究，擬分析當(dāng)前提升耕地質(zhì)量保護(hù)、促進(jìn)化肥減量增效下，秸稈還田對(duì)土壤理化性質(zhì)、化肥減量效果以及山藥生長變化的影響，探討稻草覆蓋與化肥減量對(duì)山藥生長、土壤溫度及濕度的效果，以期為武穴市耕地質(zhì)量保護(hù)提升、促進(jìn)化肥減量增效提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年在湖北省武穴市余川鎮(zhèn)蘆河村（30°06′12″N，115°43′03″E）進(jìn)行，供試土壤為花崗片麻巖發(fā)育的水稻土。供試田塊前茬作物為水稻，質(zhì)地為沙壤土。耕層（0～20 cm）土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)：pH 5.0，有機(jī)質(zhì)29.6 g/kg，全氮1.5 g/kg，有效磷4.7 mg/kg，速效鉀46.0 mg/kg，緩效鉀196 mg/kg，供試土壤有效磷與速效鉀嚴(yán)重缺乏。根據(jù)武穴市氣象局觀測數(shù)據(jù)分析，試驗(yàn)期間（山藥生育期內(nèi)）的降水總天數(shù)為42 d，占山藥生育期天數(shù)的18%，降雨量為496 mm，占全年降雨量的36%，相較于往年為高溫、少雨的干旱年份。試驗(yàn)期間的日平均溫度最高為32.6℃，最低為19.7℃。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主處理為稻草覆蓋量，依次分別為0、2 000、4 000、6 000 kg/hm2，稻草在山藥萌發(fā)之后按設(shè)計(jì)量均勻覆蓋，整個(gè)生育期不再翻動(dòng)；副處理為常規(guī)施肥和常規(guī)施肥減量15%。常規(guī)施肥氮肥（N）、磷肥（P2O5）和鉀肥（K2O）用量分別為450、450和450 kg/hm2，供試肥料為含量45%（15-15-15）

的硫酸鉀型復(fù)合肥；常規(guī)施肥減量15%是指在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上總養(yǎng)分減量15%，作基肥一次性施用。供試佛手山藥為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶自留種，采用點(diǎn)播方式播種，播種量為11.25萬株/hm2，于2019年3月25日起壟播種，4月25日開溝埋施基肥，11月15日收獲測產(chǎn)，小區(qū)面積為20 m2（10 m×2 m），隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，其他田間管理同當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶常規(guī)管理。

1.3 測試項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤樣品采集與測定 試驗(yàn)開展前，采集0～20 cm耕層土壤，風(fēng)干磨碎過篩，按照實(shí)驗(yàn)室常規(guī)方法測定土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量［7］。

1.3.2 土壤溫度與含水量測定 在2019年6月8日、7月8日和8月8日分別用曲管地溫表觀測0～5 cm的土壤溫度，觀測時(shí)間為每日高溫時(shí)段14：00。在2019年6月8日、7月8日和8月8日，分別采集0～5 cm耕層土壤，按照實(shí)驗(yàn)室常規(guī)方法測定土壤含水量［7］。

1.3.3 植物樣品采集與測定 佛手山藥收獲前，分別在各小區(qū)選擇有代表性的1 m2（1 m×1 m）樣方，取全部植株樣品，然后用清水洗凈后將其分成山藥和藤蔓兩個(gè)部分裝入樣品袋，置于60℃烘箱中烘干至恒重，計(jì)算其生物量。

1.3.4 產(chǎn)量構(gòu)成因子調(diào)查與測產(chǎn) 佛手山藥收獲前，分別在各小區(qū)選擇有代表性的1 m2（1 m×1 m）樣方植株，調(diào)查佛手山藥種植密度、每株薯塊數(shù)和單薯重。待佛手山藥塊莖膨大成熟后，各小區(qū)單收單打并記錄產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel 2010軟件進(jìn)行處理，采用SPSS20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻草覆蓋與化肥減量對(duì)佛手山藥產(chǎn)量的影響

由表1可知，與稻草不還田相比，在常規(guī)施肥和常規(guī)施肥減量15%條件下，稻草覆蓋還田均可提高佛手山藥產(chǎn)量，分別增加1 070～3 490 kg/hm2和1 630～6 685 kg/hm2，增幅分別為3.1%～13.1%和5.3%～21.9%，均在稻草覆蓋量為6 000 kg/hm2時(shí)佛手山藥產(chǎn)量達(dá)到最高，分別達(dá)38 675、37 255 kg/hm2。在稻草覆蓋還田量相同條件下，常規(guī)施肥減量15%后佛手山藥產(chǎn)量有所下降，與常規(guī)施肥相比，化肥減量15%的佛手山藥產(chǎn)量減少1 420～3 615 kg/hm2，減幅為3.7%～10.6%，在稻草覆蓋還田量為0和2 000 kg/hm2時(shí)，常規(guī)施肥減量15%佛手山藥減產(chǎn)達(dá)顯著水平，分別減產(chǎn)3 055、3 615 kg/hm2，當(dāng)?shù)静莞采w量超過4 000 kg/hm2時(shí)，化肥減量15%佛手山藥減產(chǎn)不顯著?？梢姡?dāng)?shù)静莞采w還田量超過4 000 kg/hm2時(shí)，佛手山藥化肥減量15%是可行的。

表1 稻草覆蓋與化肥減量對(duì)佛手山藥產(chǎn)量的影響

2.2 稻草覆蓋與化肥減量對(duì)佛手山藥產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

由表2可知，稻草覆蓋還田顯著提高了佛手山藥的單薯重，與稻草不還田相比，在常規(guī)施肥和常規(guī)施肥減量15%條件下，稻草覆蓋還田均可提高佛手山藥的單薯重，分別增加2～8 g和2～10 g。在稻草覆蓋還田量相同條件下，常規(guī)施肥減量15%后佛手山藥每株薯塊數(shù)和單薯重均有所減少，與常規(guī)施肥相比，化肥減量15%的佛手山藥每株薯塊數(shù)減少了0.1～0.2塊/株，單薯重減少2～5 g?？梢姡静莞采w還田具有增加佛手山藥單薯重的作用，化肥減量后佛手山藥每株薯塊數(shù)和單薯重明顯減少，從而導(dǎo)致減產(chǎn)。

2.3 稻草覆蓋與化肥減量對(duì)佛手山藥生物量的影響

由表3可知，稻草覆蓋還田顯著提高了佛手山藥的生物量，與稻草不還田相比，在常規(guī)施肥和常規(guī)施肥減量15%條件下，稻草覆蓋還田均可提高佛手山藥的生物量，分別增加450～1 780 kg/hm2和631～2 598 kg/hm2。在稻草覆蓋還田量相同條件下，常規(guī)施肥減量15%后佛手山藥藤蔓干重和山藥干重均有所減少，與常規(guī)施肥相比，化肥減量15%的佛手山藥藤蔓干重減少了157～410 kg/hm2，山藥干重減少393～958 kg/hm2?？梢?，稻草覆蓋還田具有增加佛手山藥生物量的作用，化肥減量15%后佛手山藥藤蔓干重和山藥干重明顯減少，從而導(dǎo)致生物量整體減少。

2.4 稻草覆蓋與化肥減量對(duì)土壤溫度的影響

由表4可知，稻草覆蓋還田對(duì)6月8日、7月8日和8月8日高溫時(shí)段（14：00）0～5 cm土壤溫度有明顯的調(diào)節(jié)作用，主要表現(xiàn)為覆蓋量越高調(diào)節(jié)作用越明顯。與稻草不還田相比，在常規(guī)施肥和常規(guī)施肥減量15%條件下，稻草覆蓋還田均可明顯降低土壤溫度，分別平均降低1.5～2.4℃和1.3～2.5℃。而在稻草覆蓋還田量相同條件下，常規(guī)施肥減量15%后高溫時(shí)段0～5 cm土壤溫度均無顯著差異?？梢?，稻草覆蓋還田可改變土壤溫度，而化肥減量15%對(duì)此并無影響。

表4 稻草覆蓋與化肥減量對(duì)高溫時(shí)段0～5 cm土壤溫度的影響

2.5 稻草覆蓋與化肥減量對(duì)土壤含水量的影響

由表5可知，與稻草不還田相比，在常規(guī)施肥和常規(guī)施肥減量15%條件下，稻草覆蓋還田均可提高土壤含水量，且隨著稻草覆蓋還田量的增加，土壤含水量有上升趨勢。常規(guī)施肥和常規(guī)施肥減量15%處理均在稻草覆蓋還田量為6 000 kg/hm2時(shí)土壤含水量最高，3次測定的平均值分別比對(duì)照提高了3.4、3.1個(gè)百分點(diǎn)，均達(dá)到顯著差異。說明稻草覆蓋可以有效地減少土壤水分蒸發(fā)，提高土壤的蓄水保墑能力。但隨著不同取樣時(shí)間的推移，稻草覆蓋保持土壤水分的能力有逐漸減弱的趨勢。6月8日取樣時(shí)，常規(guī)施肥和常規(guī)施肥減量15%處理在稻草覆蓋還田量6 000 kg/hm2時(shí)土壤含水量分別比對(duì)照處理高5.0、4.9個(gè)百分點(diǎn)，而在8月8日取樣時(shí)，2個(gè)處理的土壤含水量僅分別比對(duì)照高2.2、1.8個(gè)百分點(diǎn)。而在稻草覆蓋還田量相同條件下，常規(guī)施肥減量15%的土壤含水量則無明顯差異?？梢?，稻草覆蓋還田可以明顯改善土壤水分條件，而化肥減量則對(duì)此并無影響。

表5 稻草覆蓋與化肥減量對(duì)土壤含水量的影響

3 小結(jié)與討論

田間試驗(yàn)條件下，稻草覆蓋還田的山藥產(chǎn)量和生物量均顯著高于對(duì)照，可能由于稻草覆蓋的降溫保墑效應(yīng)，而當(dāng)?shù)静莞采w量較?。?～2 000 kg/hm2）時(shí)，化肥減量15%的山藥產(chǎn)量和生物量均顯著低于常規(guī)施肥，但隨著稻草覆蓋量的增加，減產(chǎn)幅度逐漸變小，說明稻草覆蓋還田對(duì)化肥減量有一定的補(bǔ)償效應(yīng)，可以替減部分化肥。本試驗(yàn)以稻草覆蓋量6 000 kg/hm2和化肥減量15%的山藥產(chǎn)量和生物量最高，在生產(chǎn)中考慮山藥輕簡化栽培省工節(jié)本的要求，應(yīng)當(dāng)推薦前季稻草全量還田，即7 500 kg/hm2的稻草覆蓋量。

農(nóng)田秸稈覆蓋可在土壤和大氣間形成熱與水的屏障層，使土壤與大氣間的熱量及水分交換趨于緩和［8］，起到保溫保水的作用，本研究結(jié)果與以上結(jié)論相一致。從土壤溫度狀況來看，隨著稻草覆蓋還田量的增加，表層土壤溫度在高溫時(shí)段的降溫更為明顯；從土壤水分狀況來看，隨著稻草覆蓋還田量的增加，表層土壤含水量逐漸提高，說明稻草覆蓋還田有保持土壤水分、抑制無效蒸發(fā)（藤蔓間）的作用。但隨著取樣時(shí)間的推移此種效用有逐漸被削弱的趨勢，其原因可能與山藥生長，葉面積指數(shù)不斷增加，農(nóng)田覆蓋度提高，導(dǎo)致藤蔓間蒸發(fā)受到削弱有關(guān)，這與蘇偉等［9］在油菜上的研究結(jié)果相一致。

從以上分析可以看出，雖然秸稈覆蓋技術(shù)在中國已廣泛應(yīng)用，但不論從實(shí)踐上還是理論上都有許多問題值得深入探討。稻草覆蓋其實(shí)是利弊共存，2019年是高溫少雨的干旱年份，在山藥膨大期稻草覆蓋為山藥生長創(chuàng)造了比較適宜的溫度和水分環(huán)境，從而促進(jìn)了山藥的干物質(zhì)積累；但如果是正常年份或者是寡照多雨的年份，稻草覆蓋就有可能造成土壤濕度過大，山藥病害暴發(fā)，山藥商品率則大大降低。因此，生產(chǎn)中必須盡量規(guī)避不利效應(yīng)，發(fā)揮有益效應(yīng)，才能使稻草覆蓋對(duì)山藥的增產(chǎn)潛力得到最大化的發(fā)揮。

稻草覆蓋還田不僅可以提高山藥的產(chǎn)量與生物量，還可以起到改善土壤水分條件、調(diào)節(jié)土壤溫度的作用。當(dāng)?shù)静莞采w還田量較低（0～2 000 kg/hm2）時(shí)，常規(guī)施肥減量15%的山藥減產(chǎn)嚴(yán)重；當(dāng)?shù)静莞采w還田量超過4 000 kg/hm2時(shí)，常規(guī)施肥減量15%的山藥減產(chǎn)不明顯。可見，當(dāng)?shù)静莞采w還田量超過4 000 kg/hm2時(shí)，常規(guī)施肥減量15%是可行的。