稻茬高度影響輪作紫云英生長及還田效應(yīng)①

周 影，王 琳 *，魏啟舜，郭成寶，殷宏寶，周學(xué)珍

稻茬高度影響輪作紫云英生長及還田效應(yīng)①

周 影1，王 琳1 *，魏啟舜1，郭成寶1，殷宏寶2，周學(xué)珍2

(1江蘇丘陵地區(qū)南京農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，南京 210046；2南京駿圣生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司，南京 211599)

在大田試驗條件下，研究了水稻機械收割不同留茬高度(15、30、40 cm，分別表示低茬、中茬、高茬)對輪作紫云英生長、養(yǎng)分積累以及翻壓還田后土壤養(yǎng)分、化學(xué)性狀和微生物等的影響。結(jié)果表明：稻茬高度顯著影響輪作紫云英生長、養(yǎng)分積累以及翻壓還田效果。紫云英單位面積株數(shù)隨留茬高度的降低而顯著減少；除單株分枝數(shù)外，植株株高、莖粗、單株鮮、干重均表現(xiàn)為高茬處理>中茬處理>低茬處理，高、低茬處理間差異顯著或極顯著。產(chǎn)草量受稻茬高度影響明顯，單位面積鮮、干草產(chǎn)量均隨稻茬高度的降低而顯著減少，高茬處理的紫云英鮮、干草產(chǎn)量均最高，分別達到19.22 t/hm2和3.27 t/hm2，較低茬處理每公頃增加15.21 t和2.53 t。不同稻茬高度處理的紫云英植株碳及氮、磷、鉀含量無顯著差異，植株養(yǎng)分積累量則隨稻茬高度增加而顯著增加，各養(yǎng)分積累量變化趨勢一致；不同處理紫云英翻壓還田后土壤pH變化差異不顯著，但均較試驗前略有上升；土壤電導(dǎo)率則表現(xiàn)為高茬處理大于中、低茬處理，處理間差異極顯著；翻壓后土壤養(yǎng)分變化差異較大，各養(yǎng)分含量均表現(xiàn)為隨水稻留茬高度降低而減少的趨勢，高茬處理土壤的有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別較低茬處理增加41.51%、27.35%、34.96%、68.78%、82.12%。不同處理紫云英翻壓還田后，土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量存在差異。三大類微生物細菌、真菌、放線菌的數(shù)量均以高茬處理最高，除放線菌外，差異均達顯著水平，其中，對細菌數(shù)量的影響最為明顯，高茬處理極顯著大于中、低茬處理，中、低茬處理間差異顯著。綜上，水稻留高茬(茬高40 cm)輪作紫云英可獲得較高的生物量和養(yǎng)分積累，翻壓還田后土壤培肥效果顯著優(yōu)于中、低茬(茬高≤30 cm)收割的處理。

水稻；留茬高度；紫云英；產(chǎn)草量；養(yǎng)分含量；微生物

紫云英(L)作為一種純天然的優(yōu)質(zhì)有機肥源，具有生長發(fā)育快、固氮能力強、改善土壤環(huán)境質(zhì)量和促進作物生長等特點[1-4]，是中國稻區(qū)最主要種植和利用的冬綠肥作物[5]。稻草還田和冬種綠肥可較好地歸還作物秸稈中的養(yǎng)分，改善土壤理化性狀、減少化肥使用、增加作物產(chǎn)量[6-10]，成為南方稻田土壤培肥的重要措施。研究表明，稻草覆蓋可為綠肥生長創(chuàng)造比較適宜的溫、濕度環(huán)境，促進綠肥干物質(zhì)積累以及對氮、磷、鉀等養(yǎng)分的吸收[11]。水稻收割時不同的留茬高度決定了不同的還田稻草量。鄭偉等[12]認(rèn)為稻草適當(dāng)留茬可改善土壤水熱條件，避免因稻草覆蓋量過大而引起作物漚苗、死苗，利于提高作物產(chǎn)量。周國朋等[6]研究發(fā)現(xiàn)，水稻收割時留高茬(稻茬高度約30 cm)還田可為冬綠肥創(chuàng)造適宜的生長環(huán)境，提高產(chǎn)草量以及豆科綠肥生物固氮能力。然而，如果配套技術(shù)不足，稻草還田短期可能對后茬作物播種 (栽插) 、出苗、幼苗生長及產(chǎn)量等產(chǎn)生顯著負(fù)面影響[13-14]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了便于后續(xù)旋耕整地作業(yè)及播種栽插，以及防止焚燒秸稈現(xiàn)象的發(fā)生，秸稈留茬高度一般小于15 cm[15]，過量的稻草覆蓋對輪作紫云英的生長產(chǎn)生影響。因此，確定水稻機械收割適宜的留茬高度，也即適宜的還田稻草量對后期作物特別是稻田套播輪作植物的生長具有十分重要的意義。為此，本研究擬以江蘇地區(qū)種植面積較大的粳稻品種為對象，通過大田試驗，比較不同水稻機收留茬高度對輪作紫云英生長、養(yǎng)分積累以及翻壓還田效果的影響，旨在探明輪作紫云英前茬水稻機械收割適宜的留茬高度，提升紫云英種植效率，實現(xiàn)農(nóng)藝、農(nóng)機高效有機結(jié)合，為綜合利用稻草和綠肥培肥地力提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試紫云英品種為徽紫1號。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2019—2020年在江蘇省句容市茅山風(fēng)景區(qū)墓東村潘莊實施，前茬水稻品種為南粳5055。田間試驗條件下，于水稻收獲期設(shè)置3個留茬高度處理：15、30、40 cm，分別表示：低茬、中茬、高茬。

為方便機械收割，采取大區(qū)試驗，每處理試驗面積620 m2。2019年9月25日水稻成熟期套播播種紫云英，11月6日收割水稻并將收割下的稻草粉碎覆蓋還田。紫云英生長期間按常規(guī)栽培方式進行田間肥水管理及病蟲害防治。2020年4月14日，花期取樣調(diào)查紫云英生長狀況和養(yǎng)分含量。2020年5月26日，紫云英就地全量翻壓還田一個月后取耕層土樣調(diào)查土壤養(yǎng)分含量和化學(xué)性狀。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 紫云英生長狀況 于花期取樣調(diào)查紫云英生長狀況。每小區(qū)按“S”型曲線隨機采樣10株調(diào)查生長指標(biāo)(株高、分枝數(shù)、莖粗、單株鮮重和干重)；每小區(qū)隨機取20 cm × 20 cm的樣方各3個調(diào)查株數(shù)；各處理隨機取3個1 m2的樣方測量鮮草產(chǎn)量及干草產(chǎn)量。

1.3.2 植株養(yǎng)分含量 植株碳含量采用重鉻酸鉀容量法–外加熱法測定；氮含量采用微量凱氏定氮法測定，磷含量采用鉬銻抗比色法測定，鉀含量采用火焰光度計法測定[16]。養(yǎng)分積累量 = 植株干物質(zhì)量 × 養(yǎng)分含量。

1.3.3 土壤化學(xué)指標(biāo) 采用蒸餾水浸提(土水質(zhì)量比1∶5) pH 計測定土壤pH、電導(dǎo)率儀測定土壤電導(dǎo)率，K2Cr2O7-H2SO4外加熱法測定土壤有機質(zhì)，半微量凱氏定氮法測定土壤全氮，堿解擴散法測定土壤有效氮，NaHCO3浸提–鉬銻抗比色法測定土壤有效磷，乙酸銨浸提ICP-aes法測定土壤速效鉀[16]。

1.3.4 土壤微生物量 采用稀釋平板計數(shù)法測定土壤微生物量，其中細菌選用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、真菌選用馬丁氏培養(yǎng)基、放線菌選用改良高氏一號培養(yǎng)基進行培養(yǎng)[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運用Microsoft Excel 2016和IBM Statistics SPSS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析，并作圖。

2 結(jié)果

2.1 不同稻茬高度處理對還田稻草量的影響

水稻機械收割后稻草直接覆蓋還田，因此，不同的留茬高度決定了不同的還田稻草量。由表1可知，水稻留高茬(茬高40 cm)時，還田稻草鮮、干重分別為9.09 t/hm2和5.60 t/hm2，隨著留茬高度的降低，還田稻草量不斷增加，茬高15 cm時還田稻草量最大，每公頃還田干草量分別較中、高茬處理增加2.04 t 和3.81t。

表1 不同留茬高度處理還田稻草量

2.2 不同稻茬高度處理對紫云英植株生長狀況的影響

表2不同處理對輪作紫云英植株生長的影響結(jié)果顯示，前茬水稻不同留茬高度顯著影響輪作紫云英的單位面積株數(shù)。隨著留茬高度的降低，紫云英單位面積株數(shù)顯著減少，高茬處理每公頃株數(shù)較低茬處理增加197.25萬株，增幅264.06%，差異極顯著。

不同處理紫云英單株分枝數(shù)差異不顯著，植株株高、莖粗、單株鮮、干重則均表現(xiàn)為高茬處理>中茬處理>低茬處理，高、低茬處理間差異達顯著或極顯著水平。說明，稻茬高度影響輪作紫云英的群體密度，進而使個體生長產(chǎn)生差異。

表2 不同處理對輪作紫云英植株生長狀況的影響

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，同列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示處理間差異顯著(<0.05)，不同大寫字母表示處理間差異極顯著(<0.01)，下同。

2.3 不同稻茬高度處理對紫云英產(chǎn)草量的影響

對不同稻茬高度處理下輪作紫云英的產(chǎn)草量研究結(jié)果顯示(圖1)，產(chǎn)草量受稻茬高度影響明顯，單位面積鮮、干草產(chǎn)量均隨稻茬高度的降低而減少，差異達顯著或極顯著水平。高茬處理的紫云英鮮、干草產(chǎn)量均最高，分別達到19.22 t/hm2和3.27 t/hm2，較低茬處理每公頃增加15.21 t和2.53 t。

2.4 不同稻茬高度處理對紫云英植株養(yǎng)分積累的影響

本試驗條件下，不同稻茬高度處理的紫云英植株碳及氮、磷、鉀含量均無顯著差異，各處理間數(shù)值變幅較小，無明顯變化規(guī)律。植株養(yǎng)分積累量則隨稻茬高度增加而顯著增加，各養(yǎng)分積累量變化趨勢一致，均表現(xiàn)為高茬處理>中茬處理>低茬處理。水稻留高茬處理的紫云英植株各養(yǎng)分積累量最高，且極顯著高于中、低茬處理，與紫云英干草產(chǎn)量的變化趨勢一致。

表3 留茬高度對紫云英植株養(yǎng)分含量及積累量的影響

2.5 不同稻茬高度處理紫云英翻壓還田對土壤養(yǎng)分的影響

對不同處理田塊紫云英翻壓后土壤養(yǎng)分和化學(xué)性狀進行研究，結(jié)果顯示(表4)，不同處理的土壤pH變化差異不顯著，但均較試驗前略有上升，增加了0.09 ～ 0.26個單位。土壤電導(dǎo)率則表現(xiàn)為高茬處理大于中、低茬處理，且差異極顯著，這可能是由于不同留茬處理的紫云英生物量不同，翻壓還田后釋放的養(yǎng)分元素量不同而導(dǎo)致土壤中可溶性鹽含量有較大差異。

不同稻茬高度處理的紫云英翻壓還田后，土壤養(yǎng)分變化差異較大。有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量均表現(xiàn)為隨稻茬高度降低而減少的趨勢，處理間差異達極顯著水平。高茬處理土壤的有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別較低茬處理增加41.51%、27.35%、34.96%、68.78%、82.12%。表明，稻草高留茬輪作紫云英翻壓還田后可釋放更多的養(yǎng)分到土壤中，培肥效果優(yōu)于中、低茬處理。

表4 不同稻茬高度處理紫云英還田后土壤養(yǎng)分和化學(xué)性狀

2.6 不同稻茬高度處理紫云英翻壓還田對土壤微生物的影響

由表5可知，不同稻茬高度處理的輪作紫云英翻壓還田后，土壤可培養(yǎng)微生物量存在差異。三大類微生物細菌、真菌、放線菌的數(shù)量均以高茬處理最高，除放線菌外，差異達顯著水平。其中，對細菌數(shù)量的影響最為明顯，高茬處理極顯著大于中、低茬處理，中、低茬處理間差異顯著。

表5 翻壓不同稻茬高度處理紫云英對土壤可培養(yǎng)微生物量的影響

3 討論

3.1 水稻不同留茬高度影響輪作紫云英生長及養(yǎng)分積累

作物群體密度是影響作物產(chǎn)量的重要因素之一。本試驗條件下，不同處理紫云英單位面積株數(shù)差異較大，且隨著水稻留茬高度的降低而顯著減少。由于水稻機械收割后稻草直接覆蓋還田，因此，留茬高度越低還田稻草量就越多，過量的稻草覆蓋影響紫云英幼苗的光照、透氣性等，增加了幼苗死亡率，從而使紫云英的群體密度變小，進而影響其個體性狀及群體產(chǎn)量。表現(xiàn)為植株株高、莖粗、單株鮮干重、鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量等均隨稻茬高度的降低而減小。周國朋等[6]研究表明，稻草–綠肥聯(lián)合還田提高了綠肥紫云英的產(chǎn)草量，稻草高留茬(稻茬高度約30 cm)處理顯著高于低留茬(近地面收割)處理。與本研究結(jié)果中稻茬高度為30 cm的處理輪作紫云英鮮、干草產(chǎn)量均顯著高于低茬(茬高15 cm)處理一致，同時，本試驗還表明，繼續(xù)增加稻茬高度，紫云英的產(chǎn)草量則進一步提升，茬高為40 cm時紫云英的鮮、干草產(chǎn)量均最高，且顯著高于30 cm及以下稻茬的處理。

紫云英作為一種綠肥，最重要的作用是養(yǎng)分還田，獲得較高的養(yǎng)分積累量是其栽培的關(guān)鍵[18]。周國朋等[6]試驗顯示，與稻草不還田相比，稻草還田提高了紫云英的含氮量，但不同稻茬高度處理間差異不顯著。與其結(jié)果相似，本研究也發(fā)現(xiàn)，不同稻茬高度處理的輪作紫云英植株氮含量無明顯差異。除此之外，植株碳及磷、鉀等含量也未表現(xiàn)出明顯趨勢，處理間差異不顯著。紫云英植株養(yǎng)分積累量則隨稻茬高度增加而顯著增加，各養(yǎng)分積累量變化趨勢一致，均表現(xiàn)為高茬處理>中茬處理>低茬處理。水稻留高茬處理的紫云英植株各養(yǎng)分積累量最高，且極顯著高于中、低茬處理，與紫云英干草產(chǎn)量的變化趨勢一致?？梢姡玖舾卟缡崭羁墒固撞ポ喿髯显朴@得更高的生物量和養(yǎng)分積累，為后期翻壓還田培肥地力奠定了基礎(chǔ)。

3.2 水稻不同留茬高度影響輪作紫云英翻壓還田效應(yīng)

土壤酸堿環(huán)境以及電導(dǎo)率變化對植物生長產(chǎn)生重要影響。劉威[19]試驗表明，紫云英翻壓還田后土壤pH 由弱酸性逐步上升至中性，土壤電導(dǎo)率也隨著紫云英翻壓量的增加而提高。張珺穜等[20]研究發(fā)現(xiàn)，種植和翻壓紫云英使土壤pH 趨于穩(wěn)定。本試驗條件下，不同稻茬高度處理的紫云英翻壓還田后土壤pH差異不大，但均較試驗前略有上升。土壤電導(dǎo)率則表現(xiàn)為隨留茬高度的增加而顯著上升，說明，高留茬處理下種植和翻壓紫云英可向土壤中釋放更多的可溶性鹽。

土壤有機質(zhì)是土壤肥力的重要指標(biāo)[21]。土壤中的氮、磷、鉀等元素在農(nóng)作物生長發(fā)育過程中起著不可替代的作用。研究表明，冬種綠肥和稻草還田可促進土壤有機質(zhì)、全氮以及其他礦質(zhì)養(yǎng)分含量的增加[22-23]。Pramanik等[24]認(rèn)為，豆科綠肥與稻草聯(lián)合還田提高了土壤有機質(zhì)礦化速率，促進氮素釋放；同時，聯(lián)合還田較多的氮投入也利于產(chǎn)生較多的無機氮。與前人研究結(jié)果一致，本試驗條件下，水稻不同留茬高度下稻草覆蓋還田聯(lián)合紫云英翻壓，土壤有機質(zhì)、全氮以及速效養(yǎng)分含量均較試驗前有所增加。同時，不同處理間土壤養(yǎng)分變化差異較大，各養(yǎng)分含量均隨著稻茬高度的增加而上升，且差異極顯著。周國朋等[6]通過4年的稻草–綠肥聯(lián)合還田試驗，比較了雜交稻稻草高留茬(茬高約30 cm)和低留茬(水稻近地面收割)處理土壤養(yǎng)分的變化，結(jié)果表明，水稻高留茬處理的土壤有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量均高于低茬處理，除速效鉀外，處理間差異均不顯著。與本研究的結(jié)果有所不同，這可能主要是由于試驗的年限以及作物品種等不同導(dǎo)致，但同時也表明，稻草不同留茬高度處理對稻草–綠肥聯(lián)合還田后土壤養(yǎng)分短期變化的影響更為顯著。稻草高留茬輪作紫云英生長期可積累更多的碳和氮、磷、鉀，翻壓還田腐解后可釋放更多的養(yǎng)分到土壤中，獲得更好的培肥效果。

土壤微生物是評價土壤質(zhì)量的潛在指標(biāo)[25-26]。研究發(fā)現(xiàn)，種植翻壓紫云英有利于促進土壤微生物的生長[20,27-28]。本試驗條件下，不同稻茬高度處理對輪作紫云英翻壓還田后土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量產(chǎn)生影響。三大類微生物細菌、真菌、放線菌的數(shù)量均以高茬處理最多，除放線菌外，差異均達顯著水平，其中，對細菌數(shù)量的影響最為明顯。研究結(jié)果顯示，隨著水稻機收留茬高度的增加，輪作種植紫云英可獲得更高的生物量和養(yǎng)分積累，翻壓還田腐解后釋放有效碳、氮也較多，利于土壤微生物利用并維持較大的生物群落[29]。同時在綠肥植物體分解過程中，紫云英根系的分泌物在增加土壤相關(guān)酶類的基礎(chǔ)上，多種根際微生物需要的營養(yǎng)成分和能源物質(zhì)也相應(yīng)增加，從而有利于微生物的生長。

4 結(jié)論

水稻不同留茬高度處理下輪作紫云英的生長、養(yǎng)分積累以及翻壓還田后土壤養(yǎng)分、化學(xué)性狀、微生物量等均受到顯著影響。本試驗條件下，前茬粳稻高留茬(稻茬高度為40 cm)收割可顯著促進輪作紫云英的生長和養(yǎng)分積累，稻茬和紫云英聯(lián)合翻壓還田后，土壤化學(xué)性狀、養(yǎng)分和微生物狀況均優(yōu)于中、低茬(稻茬高度≤30 cm)收割的處理。綜合考量還田稻草量以及降低水稻收割時的產(chǎn)量損失等因素，粳稻機械收割稻茬高度控制在40 cm左右較為適宜，輪作綠肥可獲得較好的種植效應(yīng)和土壤培肥效果。

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Rice Stubble Height Affects Growth and Returning Effect of Chinese Milk Vetch (L.) Rotated with Rice

ZHOU Ying1, WANG Lin1*, WEI Qishun1, GUO Chengbao1, YIN Hongbao2, ZHOU Xuezhen2

(1 Nanjing Institute of Agricultural Sciences in Jiangsu Hilly Area, Nanjing 210046, China; 2 Nanjing Junsheng Ecological Agriculture Co., Ltd., Nanjing 211599, China)

A field experiment was conducted to study the effects of different rice stubble heights (15 cm, 30 cm and 40 cm, marked as low, middle and high stubble respectively) on the growth, nutrient accumulation ofL.(Chinese milk vetch) and soil nutrients, chemical properties and microbes after milk vetch returned to the field.The results showed that rice stubble height significantly affected the growth, nutrient accumulation and soil fertilizing effects of milk vetch.The number of milk vetch per unit area decreased significantly with the decrease of stubble height.Plant height, stem diameter, fresh and dry weight of milk vetch per plant were in the order of high stubble > middle stubble > low stubble, except the number of branches per plant, and the difference was significant or extremely significant between high and low stubble.Grass yield of milk vetch was significantly affected by stubble height, and the fresh and hay yields of milk vetch per unit area decreased significantly with the decrease of stubble height.The fresh and hay yields of milk vetch under high stubble were the highest, reaching 19.22 t/hm2and 3.27 t/hm2, and increased by 15.21 t/hm2and 2.53 t/hm2compared with low stubble.There was no significant difference in the contents of carbon, nitrogen, phosphorus and potassium of milk vetch between different stubble heights, but the plant nutrient accumulation increased significantly with the increase of rice stubble height, and the accumulation trend was consistent for all nutrients.There was no significant difference in soil pH after milk vetch returned to field under different stubble heights, but it was slightly higher than that before the test.Soil conductivity was higher in high stubble than in middle and low stubble, and the differences between different stubble heights were all extremely significant.There were great differences in soil nutrients after milk vetch returned to field, and showed decreasing trend with the decrease of stubble height.The contents of organic matter, total nitrogen, alkali-hydrolyzable nitrogen, available phosphorus and potassium under high stubble increased by 41.51%, 27.35%, 34.96%, 68.78% and 82.12% respectively compared with those in low stubble.There were differences in culturable microbe population after milk vetch returned to field under different stubble heights.The numbers of bacteria, fungi and actinomycetes were the highest under high stubble, and the differences were significant except actinomycetes.Among them, the number of bacteria was most affected.The number of bacteria under high stubble was significantly larger than middle and low stubble, and the difference was significant between middle and low stubble.To sum up, rice high stubble (40 cm) could promote more the biomass, nutrient accumulation and soil fertilizing effect of milk vetch than those of medium and low stubble ( ≤30cm).

Rice;Stubble height;L.(Chinese milk vetch); Yield; Nutrient content; Microbe

S-3

A

10.13758/j.cnki.tr.2021.05.012

周影, 王琳, 魏啟舜, 等.稻茬高度影響輪作紫云英生長及還田效應(yīng).土壤, 2021, 53(5): 977–982.

六合區(qū)駿圣農(nóng)業(yè)2020年農(nóng)業(yè)科技(糧食類)示范基地項目資助。

通訊作者(wanglin0421nj@163.com)

周影(1983—)，女，江蘇銅山人，碩士，助理研究員，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用、土肥等方面研究。E-mail: JJDD010@126.com