油稻輪作周年秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量的影響

陳艷芳，高冰可，王少先，王萍，曹國(guó)軍，吳少華，夏文建，彭春鳳，陳國(guó)徽*

(1.九江農(nóng)業(yè)科學(xué)院，江西 九江 332000； 2.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與資源環(huán)境研究所，江西 南昌 330200)

長(zhǎng)江流域作為我國(guó)水稻和油菜的主要生產(chǎn)區(qū)域，油稻輪作的種植模式較為普遍[1]。每逢兩季作物收獲季節(jié)，會(huì)產(chǎn)生大量秸稈，絕大多數(shù)都被堆積廢棄或者焚燒處理，不僅浪費(fèi)了秸稈資源，還會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染[2]。因此，合理地利用秸稈，實(shí)現(xiàn)資源有效循環(huán)利用是目前研究的重點(diǎn)方向[3]，而作物秸稈還田再利用是解決該問(wèn)題的便捷途徑之一。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的提高，水稻、油菜機(jī)械化相關(guān)配套技術(shù)愈加成熟，現(xiàn)代油稻輪作種植模式下作物秸稈還田方便、快速、節(jié)約成本的優(yōu)點(diǎn)更加突顯出來(lái)。

前人關(guān)于秸稈還田的研究主要在作物秸稈還田與肥料運(yùn)籌或結(jié)合不同耕作方式對(duì)作物產(chǎn)量、品質(zhì)、生態(tài)及對(duì)土壤改良方面的影響[4-6]，且研究對(duì)象多為單季作物，年限短[7-8]，對(duì)兩季作物秸稈均全量還田且進(jìn)行多年連續(xù)油稻輪作秸稈還田試驗(yàn)研究少見。本研究從油稻輪作模式的生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，重點(diǎn)研究連續(xù)多年秸稈還田下對(duì)兩季作物生長(zhǎng)及其產(chǎn)量的影響，研究結(jié)果為油稻輪作區(qū)秸稈還田提高作物周年產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益、實(shí)現(xiàn)節(jié)本增效，提供數(shù)據(jù)支撐和理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試水稻品種為豐兩優(yōu)香1號(hào)，油菜品種為潯油9號(hào)。

1.2 方法

1.2.1 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016—2020年連續(xù)4 a在江西省九江農(nóng)業(yè)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)基地中低產(chǎn)田進(jìn)行。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)4個(gè)處理：油稻兩季秸稈均不還田(CK)，油稻兩季秸稈均還田(TA)，水稻秸稈還田、油菜秸稈不還田(TS)，水稻秸稈不還田、油菜秸稈還田(TY)，其中秸稈還田量為全量還田，還田方式采用粉碎翻壓還田。重復(fù)3次，小區(qū)面積30 m2，四周設(shè)1 m以上保護(hù)行。

1.2.2 油稻輪作模式

油菜每年9月上旬播種育苗，10月中旬移栽，密度每小區(qū)240株，即每公頃80 000株，5月上旬收獲；水稻每年5月中旬播種育秧，6月中旬移栽，密度為每小區(qū)1 080株，即每公頃360 000株，9月底收獲。油菜常規(guī)施肥量N∶P2O5∶K2O為1∶0.4∶0.6，N肥施用量為150 kg·hm-2，磷、鉀肥做基肥一次性施入，氮肥基追比為6∶2∶2，追施時(shí)間分別為11月上旬、12月下旬；水稻常規(guī)施肥N∶P2O5∶K2O為1∶0.4∶0.7，氮肥施用量為180 kg·hm-2，磷、鉀肥做基肥一次性施入，氮肥基追比為6∶2∶2，追施時(shí)間分別為7月中旬、8月中旬。試驗(yàn)各個(gè)處理肥水管理保持一致，并進(jìn)行日常田間管理。

1.2.3 成熟期取樣考種、測(cè)產(chǎn)

成熟期各小區(qū)選取1 m2，將植株連根挖起、洗凈，從中選出代表性植株10株進(jìn)行考種。水稻考查株高、有效穗、每穗粒數(shù)、千粒重等指標(biāo)；油菜考查株高、一級(jí)有效分枝數(shù)、單株有效角果數(shù)、每角粒數(shù)等指標(biāo)。每個(gè)小區(qū)單獨(dú)采收測(cè)產(chǎn)。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用Excel統(tǒng)計(jì)，SPSS軟件進(jìn)行方差分析，采用最小顯著法(LSD)檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果的差異顯著性水平(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)油菜產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

2.1.1 經(jīng)濟(jì)性狀

由表1可以看出，TA、TS、TY處理油菜的株高隨年份增長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)，對(duì)照基本無(wú)顯著變化，2018—2019年3個(gè)處理的株高均高于對(duì)照，其中在2019年TS處理的株高顯著高于對(duì)照，3個(gè)處理間差異不顯著。各處理一級(jí)有效分枝數(shù)隨年份增長(zhǎng)先減少后逐漸增加，TS、TY處理與對(duì)照相比無(wú)顯著差異，TA處理2016年、2018年、2019年的一級(jí)有效分枝數(shù)顯著高于對(duì)照。分枝部位隨年份增長(zhǎng)顯著上升，并顯著高于對(duì)照，且TY處理顯著高于TA、TS處理。TA、TS、TY處理的單株有效角果數(shù)隨年份增長(zhǎng)顯著增加，2018年后均顯著高于對(duì)照，TA處理又顯著高于其他2個(gè)處理，最高值為359.1個(gè)。各處理每果粒數(shù)、千粒重的變化趨勢(shì)基本與單株有效角果數(shù)一致，TS處理的每果粒數(shù)高于TA、TY處理，到2018年達(dá)到顯著性差異；TS、TY處理的千粒重高于TA處理，但3個(gè)處理間差異不顯著。結(jié)果表明，周年秸稈還田處理使油菜的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)均有不同程度的提高，且隨年限增加作用更顯著；不同秸稈還田方式影響的指標(biāo)存在差異，其中TA處理的有效分枝數(shù)、單株有效角果數(shù)顯著增加，TS處理對(duì)每果粒數(shù)的影響更顯著，而TY處理的分枝部位顯著提高。

表1 不同處理對(duì)油菜經(jīng)濟(jì)性狀的影響

2.1.2 產(chǎn)量

由圖1可知，對(duì)照、TA處理油菜產(chǎn)量隨年份增長(zhǎng)先有所下降后增加，TS、TY處理呈上升趨勢(shì)，2017—2019年3個(gè)處理的產(chǎn)量均高于對(duì)照，2019年TA、TS處理與對(duì)照達(dá)到顯著差異，最高產(chǎn)量2 734 kg·hm-2出現(xiàn)在TS處理，其產(chǎn)量始終高于TA、TY處理，但3個(gè)處理間顯著不差異。結(jié)果說(shuō)明，秸稈還田可以顯著提高油菜的產(chǎn)量，TS處理效果最佳，其次是TA處理。

同年份柱上無(wú)相同小寫字母表示組間在5%水平上差異顯著，圖2同。圖1 不同處理對(duì)油菜產(chǎn)量的影響

2.2 對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

2.2.1 生物性狀

由表2可知，各處理水稻的株高隨年份增長(zhǎng)呈略下降趨勢(shì)，處理間均無(wú)顯著性差異。有效穗隨年份增長(zhǎng)逐漸增加，2017—2019年TA、TS、TY 3個(gè)處理的有效穗均高于對(duì)照，其中TY處理2018、2019年的有效穗顯著高于對(duì)照，3個(gè)處理間差異不顯著。各處理的穗長(zhǎng)、穗總粒數(shù)整體差異不顯著；對(duì)照、TA處理的穗實(shí)粒數(shù)隨年份的增長(zhǎng)先下降后上升，TY處理呈上升趨勢(shì)，TS處理相對(duì)穩(wěn)定，2017—2019年TS、TY處理的穗總粒數(shù)均高于對(duì)照，TY處理又高于TS處理，且到2019年TY處理的穗總粒數(shù)顯著高于其他處理。不同處理的結(jié)實(shí)率大體隨年份增長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)，相比對(duì)照，TA處理的結(jié)實(shí)率偏低，TS處理的結(jié)實(shí)率則偏高，但均未達(dá)到顯著差異。TS處理的千粒重隨年份增長(zhǎng)逐漸增加，其他3個(gè)處理變化不大，其中TY處理的千粒重顯著高于對(duì)照，到2018、2019年TS處理的千粒重與TY處理達(dá)到同一水平。結(jié)果表明，周年秸稈還田處理不同程度地增加了水稻植株的有效穗、穗總粒數(shù)、千粒重，提高了植株結(jié)實(shí)率，年數(shù)增長(zhǎng)各項(xiàng)指標(biāo)增加越顯著；TY處理的影響則比TA、TS處理顯著。

2.2.2 產(chǎn)量

從圖2可以看出，各處理的水稻產(chǎn)量隨年份增長(zhǎng)而增加；2017—2019年，3個(gè)處理的產(chǎn)量均高于對(duì)照，TY處理又高于TA、TS處理，但各處理間無(wú)顯著性差異，其中2018年TY處理達(dá)到最高產(chǎn)量值7 915 kg·hm-2，顯著高于對(duì)照。結(jié)果說(shuō)明，秸稈還田可以提高水稻的產(chǎn)量，TY處理效果更佳，但由于試驗(yàn)?zāi)陻?shù)有限、天氣變化等因素，各處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響并不顯著。

圖2 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

2.3 油稻輪作秸稈還田周年產(chǎn)量

由表3可以看出，TA、TS、TY處理的周年產(chǎn)量隨年份的增長(zhǎng)均呈上升趨勢(shì)，并高于對(duì)照。其中TS、TY處理在2018年就顯著高于對(duì)照，TA處理在2019年才與對(duì)照達(dá)到顯著性差異，但3個(gè)處理間差異不顯著，峰值為TY處理2019年周年產(chǎn)量為10 524 kg·hm-2。說(shuō)明單季作物秸稈還田的產(chǎn)量提升比雙季作物秸稈還田更快。連續(xù)4 a的秸稈還田試驗(yàn)結(jié)果表明，3個(gè)處理的周年平均產(chǎn)量均高于對(duì)照，TS處理的平均周年產(chǎn)量最高達(dá)到9 890 kg·hm-2，其次為TY處理和TA處理。

表3 油稻輪作秸稈還田周年產(chǎn)量分析

3 小結(jié)與討論

本試驗(yàn)結(jié)果與前人的研究結(jié)果[7,9-11]基本一致。本研究表明，周年秸稈還田處理使油菜的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)均有不同程度的提高，但不同秸稈還田方式影響的指標(biāo)存在差異，其中TA處理的一級(jí)有效分枝數(shù)、單株有效角果數(shù)顯著增加，TS處理對(duì)每果粒數(shù)的影響更顯著，而TY處理的分枝部位顯著提高，但TS處理對(duì)油菜的產(chǎn)量提升效果最佳；經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，周年秸稈還田不同程度地提高了水稻植株的有效穗、穗總粒數(shù)、千粒重，提高了植株結(jié)實(shí)率，隨年數(shù)的增長(zhǎng)作用越顯著，進(jìn)而使產(chǎn)量得到提升，其中TY處理的效果更佳。連續(xù)4 a的周年秸稈還田試驗(yàn)結(jié)果表明，單季作物秸稈還田的產(chǎn)量提升比雙季作物秸稈還田更快，TS處理的平均周年產(chǎn)量最高，達(dá)到9 890 kg·hm-2，其次為TY處理和TA處理。

在本試驗(yàn)中，油菜季TS處理(水稻秸稈還田、油菜秸稈不還田)對(duì)產(chǎn)量提升效果最佳，而水稻季則是TY處理(水稻秸稈不還田、油菜秸稈還田)，說(shuō)明單季作物(水稻/油菜)秸稈還田后有利于當(dāng)年下茬作物(油菜/水稻)的生長(zhǎng)與產(chǎn)量形成，到次年后對(duì)同季作物生長(zhǎng)的影響減弱，可能與秸稈腐解特性有關(guān)，前期快、后期慢[9]，釋放出的各類養(yǎng)分大部分已經(jīng)被當(dāng)年下茬作物吸收利用，次年可利用的少。TA處理的油菜產(chǎn)量最開始有下滑趨勢(shì)，且整體周年產(chǎn)量增產(chǎn)效果較單季作物秸稈還田處理差，可能因油稻雙季秸稈還田量多，年限短，腐解程度低，周圍土壤環(huán)境對(duì)油菜植株生長(zhǎng)產(chǎn)生相對(duì)不利的影響，具體原因需進(jìn)一步開展長(zhǎng)期定位試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。