油稻輪作下秸稈還田對土壤化學(xué)性質(zhì)及作物產(chǎn)量的影響

陳國徽，趙小敏，謝國強(qiáng)，張 頌，高冰可，陳艷芳，曹國軍，蔣發(fā)輝

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 國土資源與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330045；2.江西省鄱陽湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌 330045；3.江西省九江市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，江西 九江 332000）

【研究意義】長江中下游平原是我國三大平原之一，總面積達(dá)20×104km2，該區(qū)域地勢低平、水熱資源豐富、雨熱同期適宜水稻生長，是我國最大的水稻生產(chǎn)區(qū)和重要的商品糧基地[1]，水稻種植面積和產(chǎn)量均占全國水稻的50%以上[2]。此外，該區(qū)域也是我國油稻輪作模式主要種植區(qū)，近年來由于氣候變化造成該區(qū)域冬油菜播種面積不斷攀升[3-4]，加之單產(chǎn)的不斷增加使得該區(qū)域油菜產(chǎn)量貢獻(xiàn)全國總產(chǎn)量46%以上[5]。然而，較高的產(chǎn)量帶來了大量的秸稈，導(dǎo)致秸稈堆積影響后茬播種、秸稈焚燒增加溫室氣體、秸稈丟棄造成資源浪費(fèi)等問題。因此，探尋秸稈合理利用途徑，杜絕焚燒，加強(qiáng)秸稈資源循環(huán)利用，對能源高效利用與環(huán)境生態(tài)健康具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】秸稈“用則利，棄則害”，其內(nèi)蘊(yùn)含豐富的碳、氮、磷、鉀以及中微量元素[6-7]。前人研究表明，秸稈還田是其直接有效利用途徑之一，一方面在微生物作用下發(fā)生腐解顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分含量[8]，另一方面釋放的氮磷鉀及中微量營養(yǎng)元素可被作物吸收利用，促進(jìn)作物生長以提高作物產(chǎn)量[9]。然而，也有研究[10]發(fā)現(xiàn)秸稈還田導(dǎo)致激發(fā)效應(yīng)造成土壤原始有機(jī)質(zhì)分解損失，或還田秸稈分解使得微生物消耗原始土壤氮素造成氮素虧缺[11-13]，或秸稈還田前期大量養(yǎng)分元素釋放導(dǎo)致作物瘋長而后期養(yǎng)分失衡造成作物減產(chǎn)[14]等問題。更有甚者，油稻輪作模式下油菜秸稈還田淹水厭氧分解產(chǎn)生大量H2S、Fe2+、Mn2+等還原性物質(zhì)，造成水稻苗期根系發(fā)黑、生長緩慢，分蘗始期、返青期推遲導(dǎo)致水稻產(chǎn)量下降[15-16]。此外，秸稈還田不僅增加碳氮含量，鉀素歸還量更大，而有關(guān)不同區(qū)域秸稈還田磷、鉀元素調(diào)控的相關(guān)研究尚不多見。

【本研究切入點(diǎn)】目前，長江中下游平原油稻模式下秸稈還田研究還相對較少。薛斌等[17]、武際等[18]研究表明該區(qū)域水旱輪作下秸稈覆蓋可顯著降低0～5 cm 表層土壤容重，有效提高該層土壤有機(jī)質(zhì)和NPK 等養(yǎng)分含量；但劉禹池等[19]進(jìn)一步研究指出，長期秸稈覆蓋增加了下層土壤的土壤容重，降低了土壤孔隙度、惡化了深層土壤物理性質(zhì)。此外，水稻季秸稈覆蓋農(nóng)田易浮于水面，也影響插秧等作業(yè)質(zhì)量[14]。因此，秸稈粉碎翻埋還田可能是該區(qū)域水旱輪作下更佳的還田方式。袁嫚嫚等[20]進(jìn)行單水稻秸稈翻混配施化學(xué)肥料，靳玉婷等[21]、吳玉紅等[22]進(jìn)行雙季秸稈翻混配施化肥，結(jié)果均顯示化學(xué)肥料用量越大作物產(chǎn)量越高；而李繼福等[23]進(jìn)一步指出，該區(qū)域雙季秸稈翻混條件下可適當(dāng)減少鉀肥用量。【擬解決關(guān)鍵問題】該區(qū)域已有研究否定了秸稈覆蓋，支持秸稈粉碎翻混還田，但有關(guān)翻混還田的研究主要集中于化學(xué)肥料配施效果，尚未厘清秸稈翻埋自身對土壤理化性質(zhì)及作物生產(chǎn)的影響，缺少結(jié)合當(dāng)?shù)胤N植制度還田的相關(guān)報(bào)道。鑒于此，本研究選取長江中下游平原典型油稻輪作模式，設(shè)置不同秸稈還田方式（單季或雙季還田）進(jìn)行長期試驗(yàn)（2016—2021年），探索水旱輪作下周年秸稈全量粉碎還田對該區(qū)域土壤化學(xué)性質(zhì)及作物生長的影響，旨在為本區(qū)現(xiàn)有耕作制度下土壤地力提升，秸稈資源高效利用以及還田模式優(yōu)選提供理論支撐和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗(yàn)在江西省九江市柴桑區(qū)秀峰村（29°27'N，115°48'E）開展。試驗(yàn)地位于長江中下游油稻輪作主產(chǎn)區(qū)，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，海拔43 m，年均氣溫17.2 ℃，近10 年的年均有效積溫（≥10 ℃）5 600 ℃，日照數(shù)1 891.5 h，年均降雨量1 420.4 mm（集中在夏季，約占全年70%）。

本長期定位試驗(yàn)自2016 年開始，試驗(yàn)前長年進(jìn)行油稻輪作種植。供試土壤為下蜀黃土發(fā)育而來的潴育水稻土，試驗(yàn)前0～20 cm 土層土壤pH 5.32，有機(jī)質(zhì)14.7 g/kg，全氮1.08 g/kg，堿解氮84.2 mg/kg，有效磷16.24 mg/kg，速效鉀54.12 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4 個(gè)處理：雙季秸稈不還田（CK）、僅油菜季秸稈還田（OS）、僅水稻季秸稈還田（RS）、雙季秸稈均還田（DS）。每個(gè)處理3次重復(fù)，共計(jì)12個(gè)小區(qū)，隨機(jī)排列。各小區(qū)長6 m、寬5 m，小區(qū)間筑?。▽?0 cm、高40 cm），并進(jìn)行水肥防滲處理，四周增設(shè)保護(hù)行（寬1 m）。為確保作物換茬土壤不混亂，采取前茬秸稈機(jī)械粉碎人工翻壓全量還田，秸稈粉碎至5～10 cm。

供試油菜為中油雜19，每年9 月上旬播種育苗，10 月中旬移栽（密度8 萬株/hm2），翌年5 月上旬收獲，全生育期無灌溉；水稻為豐兩優(yōu)香1號，每年5 月中旬播種育秧，6月中旬移栽（密度19.1 萬株/hm2），9 月下旬收獲，分蘗后期進(jìn)行排水曬田以控制無效分蘗，其余時(shí)期均保持約2～3 cm 淺水層。化學(xué)肥料配施尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）和氯化鉀（含K2O 60%）。油菜N、P2O5、K2O 施用量分別為150，60，90 kg/hm2，其中磷、鉀肥作基肥一次性施用，氮肥按基肥、現(xiàn)蕾肥、開花期肥以6∶2∶2 分施；水稻N、P2O5、K2O 施肥量分別為180，72，126 kg/hm2，其中磷、鉀肥作基肥一次性施用，氮肥按基肥、分蘗肥、穗肥以6∶2∶2分施。其它田間管理同當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

1.3 項(xiàng)目測定及方法

1.3.1 土壤化學(xué)性質(zhì) 2019—2021年，在各季作物收獲后采集土樣，每個(gè)小區(qū)按S形隨機(jī)選擇5個(gè)點(diǎn)，收集0～20 cm土層土壤制成混合土樣，采用“四分法”取1 kg帶回室內(nèi)風(fēng)干，剔除動(dòng)植物殘?bào)w和石礫，磨細(xì)過20目篩備用。土壤pH采用電位法（水土比2.5∶1），有機(jī)質(zhì)采用K2Cr2O7容量-外加熱法，全氮采用濃H2SO4消化-半微量開氏法，堿解氮采用1.0 mol/L NaOH 堿解擴(kuò)散法，有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法測定。

1.3.2 作物產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 成熟期各小區(qū)單獨(dú)采收，曬干測產(chǎn)。此外，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取20株（穴）具有代表性植株測定產(chǎn)量構(gòu)成因素，其中油菜主要包括：株高、分枝高度、一次有效分枝數(shù)、單株角果數(shù)、每角粒數(shù)，水稻主要測定指標(biāo)包括：株高、穗長、有效穗、每穗空粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)與結(jié)實(shí)率。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2007 進(jìn)行處理數(shù)據(jù)，Origin 2019 進(jìn)行制圖，SPSS 17.0 進(jìn)行方差及相關(guān)性分析。文內(nèi)表格所列數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.1.1 秸稈還田對土壤pH 和有機(jī)質(zhì)的影響 由圖1 a 所示，油稻輪作下秸稈還田明顯降低土壤pH。與CK 相比，OS 處理顯著降低2019 和2020 年油菜季土壤pH 值4.12%和3.56%（P＜0.05）；RS 處理降低所有季節(jié)土壤pH（P＞0.05）；DS 處理2019年水稻季pH 顯著降低4.92%（P＜0.05），同時(shí)在其他各季也有所降低（P＞0.05）。此外，油菜季OS處理土壤pH顯著低于其它處理（P＜0.05），水稻季則DS處理土壤pH值最低，且隨著試驗(yàn)?zāi)晗拊黾痈魈幚硗寥纏H呈現(xiàn)油菜季略低水稻季略高的趨勢。

不同秸稈還田顯著影響土壤有機(jī)質(zhì)含量（圖1 b）。與CK相比，OS處理各季土壤有機(jī)質(zhì)含量均提高，其中2019油菜季土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高10.67%，（P＜0.05）；RS處理2020水稻季土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高11.07%（P＜0.05）；DS處理則2019油菜季和水稻季、2020油菜季和2021水稻季土壤有機(jī)質(zhì)含量分別顯著提高4.84%、6.27%、5.34%和7.57%（P＜0.05）。然而，RS 處理試驗(yàn)前期（2020 油菜季之前）土壤有機(jī)質(zhì)含量下降，后期下降趨勢緩和最終略有增加，其中2019 油菜季、水稻季和2020 油菜季較CK 處理顯著降低4.97%、9.23%和15.03%（P＜0.05），2020水稻季顯著增加11.07%（P＜0.05）。

圖1 秸稈還田對土壤pH（a）和有機(jī)質(zhì)（b）含量的影響Fig.1 The effects of straw returning on soil pH（a）and organic matter（b）contents

2.1.2 秸稈還田對土壤全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀的影響 秸稈還田下土壤全氮和堿解氮變化規(guī)律與有機(jī)質(zhì)變化規(guī)律類似，均表現(xiàn)為OS、DS處理顯著增加，RS處理前期降低后期略增加（圖2a、b）。與CK相比，OS 處理下2019 油菜季土壤全氮含量顯著提高15%、堿解氮含量顯著提高17.02%，2020 水稻季土壤堿解氮含量顯著提高4.92%（P＜0.05）；DS 處理2019 油菜季和2021 水稻季土壤全氮分別顯著提高6%和4.81%（P＜0.05），2019 油菜季和2019、2020 和2021 水稻季土壤堿解氮分別顯著提高13.07%、15.55%、15.14%和13.06%（P＜0.05）；RS 處理下2019 水稻季、2020 油菜季土壤全氮含量顯著降低4.27%、17.48%，RS處理下2019油菜季土壤堿解氮含量顯著降低4.47%（P＜0.05），而2020水稻季土壤全氮含量顯著增加3.23%（P＜0.05）。

與氮素規(guī)律不同，土壤有效磷和速效鉀含量在秸稈還田條件下呈現(xiàn)大幅增加（圖2 c、d）。與CK 相比，RS、OS 和DS 處理各季土壤有效磷增加6.08%～105.11%；速效鉀增加14.78%～62.56%。此外，試驗(yàn)前三季秸稈還田以單季土壤有效磷含量增幅最大，后兩季則雙季還田土壤有效磷含量增幅最大，速效鉀含量均以DS處理增幅最大。

圖2 秸稈還田對土壤全氮（a）、堿解氮（b）、有效磷（c）和速效鉀（d）的影響Fig.2 The effects of straw returning on soil total N（a），available N（b），available P（c）and available K（d）

2.2 秸稈還田對作物產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.2.1 油菜產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 秸稈還田對油菜籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素具有顯著影響（表1）。各處理（OS、RS、DS）均較CK顯著增加了油菜籽粒產(chǎn)量（2020年OS和RS處理除外），其中OS、RS、DS各處理增幅分別為6.82%～26.81%、2.35%～23.72%和7.23%～26.30%。不同處理平均籽粒產(chǎn)量由高到低依次為：DS、OS、RS和CK。

表1 油菜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Tab.1 Oilseed rape yield and yield components

秸稈還田明顯提高油菜株高、一次有效分枝數(shù)、單株角果數(shù)及每角粒數(shù)。與CK 相比，OS、RS 處理2020 年油菜株高顯著增加4.54%和6.04%（P＜0.05）；OS、RS 和DS 處理顯著增加2021 油菜一次有效分枝數(shù)（P＜0.05）；RS、DS 處理顯著增加2019 年，OS、DS 處理顯著增加2020 年油菜單株角果數(shù)（P＜0.05）；OS、RS和DS處理下2019年油菜每角粒數(shù)顯著增加1～2粒，RS和DS處理下2021年每角粒數(shù)顯著增加約3粒。但是，秸稈還田顯著降低了油菜分枝高度，OS處理在2020和2021年，DS在2019年分別顯著降低11.11%、9.70%和11.89%（P＜0.05）。

2.2.2 水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 對水稻而言，秸稈還田顯著增加其籽粒產(chǎn)量、株高、有效穗、穗長和結(jié)實(shí)率，但對水稻穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量影響較?。ū?）。除2021 年OS 和DS 處理外，不同年限各處理水稻籽粒產(chǎn)量均顯著提高。與CK相比，2019—2021年OS、RS和DS處理籽粒產(chǎn)量分別增加1.87%～8.30%、2.34%～10.17%和3.75%～5.70%，其平均產(chǎn)量由高到低依序?yàn)镽S、DS、OS、CK。與CK 相比，各處理也顯著提高了水稻株高0.98%～3%（P＜0.05）（2019 年RS 處理除外）。RS 處理2020 年、DS 處理2020 和2021 年水稻有效穗數(shù)顯著增加（P＜0.05），而OS 處理2021 年水稻穗長顯著提高3.26%（P＜0.05）。此外，OS 處理2019、DS 處理2020 年水稻結(jié)實(shí)率分別較CK 增加5.82%和6.04%（P＜0.05）。秸稈還田條件下水稻穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量略有增加，但未達(dá)顯著性水平（P＞0.05）。

表2 水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Tab.2 Rice yield and yield components

2.3 土壤化學(xué)性質(zhì)與產(chǎn)量及構(gòu)成因素等指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系

2.3.1 土壤化學(xué)性質(zhì)與油菜產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的關(guān)系 油菜季相關(guān)性分析表明（表3），長期（5年）秸稈還田處理下旱季土壤pH與其他土壤化學(xué)性質(zhì)、油菜產(chǎn)量及其構(gòu)成因素間主要呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中pH與全氮、堿解氮和有效磷達(dá)到顯著性水平（P＜0.05）。此外，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀等養(yǎng)分指標(biāo)兩兩之間均呈協(xié)同（即正相關(guān)）關(guān)系。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮與產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素之間呈正相關(guān)（除分枝高度），但未達(dá)顯著性水平（P＞0.05），有效磷和速效鉀與產(chǎn)量因素間出現(xiàn)顯著性，有效磷與株高（r=0.603）、角果數(shù)（r=0.664）、每角粒數(shù)（r=0.753）、產(chǎn)量（r=0.67），速效鉀與分枝高度（r=-0.714）、角果數(shù)（r=0.874）、產(chǎn)量（r=0.815）。同時(shí)，產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素之間相關(guān)性表明，籽粒產(chǎn)量與株高和單株角果數(shù)呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.797和0.775，但與分枝高度呈顯著性負(fù)相關(guān)（r=-0.688）。

表3 土壤化學(xué)性質(zhì)與油菜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素間相關(guān)性Tab.3 Correlation between soil chemical properties，oilseed rape yield and yield components

2.3.2 土壤化學(xué)性質(zhì)與水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的關(guān)系 與油菜季類似，長期秸稈還田下水稻季土壤pH與土壤化學(xué)性質(zhì)及產(chǎn)量構(gòu)成因素指標(biāo)也主要呈負(fù)相關(guān)（表4），其中與有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、株高、有效穗和結(jié)實(shí)率達(dá)到顯著性水平（P＜0.05）。土壤化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)之間也呈正向相關(guān)，即兩兩協(xié)同。土壤有機(jī)質(zhì)和全氮與產(chǎn)量及其構(gòu)成因素之間呈正相關(guān)（穗長、穗粒數(shù)除外），其中有機(jī)質(zhì)與株高達(dá)到顯著性水平（r=0.588，P＜0.05）；土壤堿解氮、有效磷和速效鉀等速效養(yǎng)分含量與水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素間主要呈正相關(guān)（穗長例外），其中與水稻株高、有效穗和結(jié)實(shí)率均達(dá)到顯著水平（P＜0.05）；另外，土壤有效磷和速效鉀還與籽粒產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.706 和0.599。產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素之間相關(guān)性則表明，水稻株高、有效穗和結(jié)實(shí)率兩兩之間呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），籽粒產(chǎn)量與水稻株高（r=0.679）和結(jié)實(shí)率（r=0.812）。

表4 土壤化學(xué)性質(zhì)與水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素間相關(guān)性Tab.4 Correlation between soil chemical properties，rice yield and yield components

3 討 論

3.1 秸稈還田對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

3.1.1 秸稈還田對土壤pH 和有機(jī)質(zhì)的影響 本研究表明，油稻輪作模式下秸稈還田導(dǎo)致長江中下游地區(qū)潴育水稻土pH 顯著下降，與多位學(xué)者研究結(jié)果[25-27]一致?？赡茉蛑饕獮榻斩掃€田輸入大量新鮮有機(jī)物料分解釋放有機(jī)酸[28]；其次，水稻季還田秸稈淹水條件下厭氧分解產(chǎn)生CO2遇水即成碳酸[29-30]。本研究還表明土壤pH在時(shí)間尺度上呈現(xiàn)油菜季略低，水稻季略高的整體波動(dòng)趨勢。盧勝等[31]連續(xù)監(jiān)測10年油-稻-稻輪作土壤酸堿變化也表明，不同耕層土壤pH值油菜季均低于早稻和晚稻季。這可能是旱季土壤通氣性好，好氧微生物活性強(qiáng)，秸稈分解產(chǎn)生有機(jī)酸的速度大于淹水狀態(tài)所致，研究[32]表明水稻秸稈在旱季土壤中的年腐解率為74.23%，而油菜秸稈在水田土壤中年腐解率僅48.12%。此外，淹水條件下高價(jià)氧化性物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)，也可以消耗系統(tǒng)中部分H+[33]。

本研究顯示，單油菜季和雙季秸稈還田顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)，并且雙季秸稈還田增幅更大。此外，單水稻季秸稈還田（即油菜秸稈歸田）土壤有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)先（2020油菜季之前）降低后增加的趨勢。土壤有機(jī)質(zhì)含量取決于原有有機(jī)質(zhì)的礦化速率及外源有機(jī)物的補(bǔ)充量[34]?？紤]年秸稈還田量，本研究單油菜季（即水稻秸稈歸還量6.42～8.42 t/hm2）和雙季秸稈還田（水稻秸稈6.42～8.42 t/hm2+油菜秸稈3.24～4.38 t/hm2）遠(yuǎn)高于單水稻季（即油菜秸稈量3.24～4.38 t/hm2）秸稈還田，由于前2 者秸稈歸田量大導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)增加。張葉葉等[35]研究表明，秸稈還田量高于土壤初始有機(jī)質(zhì)含量的30%時(shí)，土壤激發(fā)效應(yīng)較弱有機(jī)質(zhì)出現(xiàn)累積。此外，考慮秸稈組成，后者單水稻季還田秸稈為油菜，油菜秸稈易分解組分高[36]，碳氮比較低（C/N 為48.55∶1），可快速分解釋放養(yǎng)分以刺激微生物繁殖，引發(fā)強(qiáng)烈正激發(fā)效應(yīng)[37]，導(dǎo)致土壤原始有機(jī)質(zhì)分解礦化；另一方面，油菜秸稈難分解組分較少，經(jīng)微生物作用后可形成腐殖物質(zhì)并累積到土壤的部分也相應(yīng)較少。這可能是造成單水稻季秸稈還田前期土壤有機(jī)質(zhì)含量降低的主要原因，而隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，秸稈還田量的積累以及前期秸稈腐解完全，土壤有機(jī)質(zhì)含量有所提升。由此可見，秸稈還田可作為提高土壤肥力的重要措施，并且長期積累效果更佳。

3.1.2 秸稈還田對土壤全氮及速效養(yǎng)分的影響 與有機(jī)質(zhì)規(guī)律類似，本研究中土壤氮素（全氮、堿解氮）含量在單油菜季和雙季秸稈還田條件下明顯增加，在單水稻季先降后升。究其原因，可能是因?yàn)椋海?）本研究中單油菜季和雙季還田的水稻秸稈總量遠(yuǎn)高于單水稻季還田的油菜秸稈量，（2）水稻秸稈與油菜秸稈含氮水平相當(dāng)（水稻秸稈：0.45%，油菜秸稈：0.43%）[38]，（3）基于1 和2，單油菜季和雙季還田秸稈帶入土壤的純氮總量遠(yuǎn)高于單水稻季；此外，單水稻季秸稈歸田帶入總氮量少的同時(shí)，秸稈分解使得微生物消耗原始土壤氮，進(jìn)而導(dǎo)致初期土壤氮素虧損。此后，隨著時(shí)間的推移，累積秸稈及氮素投入量不斷增加，促進(jìn)單水稻季土壤氮素恢復(fù)，最終略微增大。

本研究還表明，水稻與油菜秸稈還田極顯著地提高了土壤有效磷和速效鉀的含量，增幅可達(dá)1 倍以上。這與磷、鉀素在秸稈中多以離子形態(tài)存在更易被分解釋放密不可分[38-39]，還與新鮮有機(jī)秸稈分解產(chǎn)生酸類物質(zhì)促進(jìn)礦物晶格中磷鉀元素釋放有關(guān)[40-41]，也為秸稈物料還田替代化肥施用提供了科學(xué)依據(jù)[42]。試驗(yàn)結(jié)果特別明顯的是，秸稈還田各處理土壤速效鉀含量均高于供試前（54.12 mg/kg），而秸稈移除后第三季作物（2020 油菜季）出現(xiàn)降低。這說明即使常規(guī)施用化學(xué)肥料補(bǔ)充了部分鉀素，仍不能阻止土壤中鉀素虧缺，但配合秸稈還田可有效保持土壤鉀素平衡[43]。

3.2 秸稈還田對作物產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

在土壤有機(jī)質(zhì)及氮磷鉀等養(yǎng)分含量顯著提升的前提下，本研究中油稻輪作模式周年秸稈全量還田顯著提高了水稻與油菜的籽粒產(chǎn)量。這與前人研究結(jié)果[17,19,44]一致。此外，本研究中，秸稈還田與移除相比，油菜增產(chǎn)2.35%～26.81%，水稻增產(chǎn)1.87%～10.17%，即油菜增產(chǎn)效應(yīng)優(yōu)于水稻，與武際等[18]、吳江紅等[22]的研究結(jié)果相同。本研究結(jié)果還顯示油菜產(chǎn)量以雙季秸稈還田增產(chǎn)幅度較大，水稻產(chǎn)量以單水稻季秸稈還田增產(chǎn)較多，與上述土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分變化規(guī)律一致，相關(guān)分析也表明油菜和水稻籽粒產(chǎn)量與土壤養(yǎng)分變化呈正相關(guān)，其中與有效磷和速效鉀的相關(guān)性達(dá)到顯著。最終，產(chǎn)量構(gòu)成因素分析顯示秸稈還田能夠顯著增加油菜的株高和單株角果數(shù)以及水稻的株高和結(jié)實(shí)率，這可能是導(dǎo)致產(chǎn)量增加的另一個(gè)原因。

4 結(jié) 論

本研究表明，油稻模式下秸稈還田導(dǎo)致土壤pH 顯著下降，但水稻季受淹水影響下降幅度稍緩。此外，與移除相比，秸稈還田顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)和N、P、K等養(yǎng)分含量，有效提升土壤肥力，增強(qiáng)了土壤供應(yīng)作物生長所需養(yǎng)分的能力；其中，尤以單油菜季和雙季秸稈還田較為突出。進(jìn)一步，秸稈還田對土壤養(yǎng)分的改善帶來了油菜株高、單株角果數(shù)和水稻株高、結(jié)實(shí)率等生理性狀的生長，進(jìn)而促進(jìn)了作物的結(jié)實(shí)提高了油菜及水稻的籽粒產(chǎn)量。對比不同還田模式產(chǎn)量，以單水稻季秸稈還田對水稻增產(chǎn)效果最佳，雙季秸稈還田對油菜增產(chǎn)效果最好，但綜合考慮產(chǎn)量與地力提升，雙季秸稈還田模式為最好，建議在長江中下游油稻輪作區(qū)進(jìn)行推廣。

致謝：九江市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（S2020ZDYN018）同時(shí)對本研究給予了資助，謹(jǐn)致謝意！