稻草全量還田下化肥運(yùn)籌對(duì)土壤肥力和水稻產(chǎn)量的影響?

摘 要：為了探明稻草與化肥減量配施對(duì)土壤肥力和水稻產(chǎn)量的影響，通過連續(xù)3 a田間定位試驗(yàn)，研究了稻草全量還田條件下化肥運(yùn)籌（化肥100%、80%、60%、40%）對(duì)土壤肥力性狀和水稻產(chǎn)量變化特征的影響，以常規(guī)施用化肥為對(duì)照。結(jié)果表明：稻草全量還田能降低土壤容重、增加土壤孔隙度、提高土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提升有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分含量，改善土壤理化性狀且提高水稻產(chǎn)量；稻草全量還田條件下，隨著化肥用量減少，土壤物理性狀、pH值、有機(jī)質(zhì)含量變化不明顯，但速效養(yǎng)分逐漸下降，水稻產(chǎn)量隨之降低；其中，以稻草全量還田配施80%化肥的綜合效果最好，土壤容重降低了0.06 g/cm3，有機(jī)質(zhì)增加了2.8 g/kg，產(chǎn)量略有降低，但是差異不顯著。因此，綜合考慮稻田土壤肥力性狀、水稻產(chǎn)量、化肥用量等因素，筆者建議在湘西中稻種植區(qū)采用稻草全量還田配施80%化肥的施肥方法。

關(guān)鍵詞：稻草還田；化肥運(yùn)籌；水稻；土壤養(yǎng)分；水稻產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S158.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-060X（2023）07-0054-03

Abstract：A three-year field positioning experiment was conducted to study the effects of total straw returning to the field accompanying chemical fertilizer reduction （100%， 80%， 60% and 40% application rate） on the change of soil fertility and rice yield， with the routine chemical fertilizer application as the control. The results showed that total straw returning could reduce soil bulk density， increase soil porosity， improve soil structure stability， increase organic matter and available nutrient contents， improve soil physicochemical properties， and increase rice yield. Under the condition of total straw returning to the field， with the decrease of chemical fertilizer dosage， the soil physical properties， soil pH and soil organic matter content did not change significantly， but the available nutrients gradually decreased， thereby the rice yield accordingly decreased. The effect of total straw returning along with 80% chemical fertilizer application （T3） was the best： the soil bulk density decreased by 0.06 g/cm3， the organic matter increased by 2.8 g/kg， though the yield decreased slightly， no significant difference existed. Comprehensively considering the factors of soil fertility， rice yield and chemical fertlilizer amount， the authors suggest that the total straw returning to the field should be combined with 80% chemical fertilizer amount in the middle-season rice planting area in western Hunan Province.

Key words：straw returning to field; chemical fertilizer management; rice; soil nutrients; rice yield

稻草還田是人類對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)過程的模擬，是秸稈資源再利用的重要途徑[1-2]。我國(guó)秸稈資源豐富，其中稻草約占1/4，稻草中含有大量的氮、磷、鉀、硅等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素和有機(jī)碳，還有豐富的微量元素[3-4]。大量研究表明，稻草還田腐解后能增加土壤有機(jī)質(zhì)的積累，改變土壤腐殖質(zhì)組成和特征，緩解土壤氮、磷、鉀肥比例失調(diào)，彌補(bǔ)磷、鉀肥的不足，還能增強(qiáng)微生物活性，對(duì)提升地力、改善土壤環(huán)境、促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育和提高作物產(chǎn)量有十分重要的意義[5]。但是，不同區(qū)域不同熟制下，稻草還田能替代多少化肥用量，稻田土壤環(huán)境對(duì)長(zhǎng)期、短期還田的響應(yīng)生態(tài)過程及機(jī)制等仍是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。研究在湖南湘西中稻種植區(qū)稻草全量還田的條件下，設(shè)置不同化肥用量的定位試驗(yàn)，分析其對(duì)土壤肥力性狀和水稻產(chǎn)量的影響，旨在為稻草還田條件下化肥的合理施用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為稻田土壤可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019—2021年在湖南省湘西自治州花垣縣白巖村進(jìn)行，供試土壤為石灰?guī)r發(fā)育的灰泥田，試驗(yàn)前土壤理化性狀為有機(jī)質(zhì)32.3 g/kg、堿解氮150 mg/kg、有效磷10.2 mg/kg、速效鉀64 mg/kg，pH值5.8。水稻供試品種為Y兩優(yōu)808。供試肥料為常用化肥尿素（N）、過磷酸鈣（P2O5）和氯化鉀（K2O）。

1.2 試驗(yàn)方法

如表1所示，試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理，分別為：T1（CK），常規(guī)化肥；T2，100%常規(guī)化肥＋稻草全量還田；T3，80%常規(guī)化肥＋稻草全量還田；T4，60%常規(guī)化肥＋稻草全量還田；T5，40%常規(guī)化肥＋稻草全量還田。采用隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)處理重復(fù)3次。小區(qū)面積為24 m2（4 m×6 m），小區(qū)之間的田壟用塑料薄膜鋪蓋，防止小區(qū)之間竄水竄肥。2019年起開始定位試驗(yàn)，每年施肥用量一致，水稻收獲后稻草立地全量粉碎還田（2019年小區(qū)試驗(yàn)前作稻草未還田），其他管理按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)操作進(jìn)行。

1.3 指標(biāo)檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析

研究中土壤肥力及稻米產(chǎn)量數(shù)據(jù)均為2021年水稻成熟期獲得，土壤樣品采集深度為0～20 cm，土壤理化性狀指標(biāo)檢測(cè)均按照國(guó)標(biāo)進(jìn)行[6]。采用Microsoft Excel 2019 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻草全量還田下化肥運(yùn)籌對(duì)土壤物理性狀的影響

土壤容重和孔隙度是土壤物理結(jié)構(gòu)的重要表征指標(biāo)。由表2可知，T1處理的土壤容重最大，為1.19 g/cm3，顯著高于4個(gè)稻草全量還田處理，但稻草全量還田處理間的土壤容重差異不顯著；T1處理的土壤孔隙度最小，顯著低于4個(gè)稻草全量還田處理，但稻草全量還田處理間的土壤總孔隙度差異不顯著。

土壤團(tuán)聚體是指土粒通過各種自然過程的作用而形成的直徑＜10 mm的結(jié)構(gòu)單位，是土壤功能的重要指標(biāo)，常用于評(píng)價(jià)土壤結(jié)構(gòu)的好壞。干篩法可以測(cè)定原狀土壤中團(tuán)聚體的總體數(shù)量，濕篩法可以測(cè)定土壤中的水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量。通常認(rèn)為＞0.25 mm的團(tuán)聚體是土壤中較好的結(jié)構(gòu)體，其數(shù)量、比例與土壤質(zhì)量密切相關(guān)，而團(tuán)聚體破壞率也是土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要表征指標(biāo)。從表3可以知，T1處理中＞5 mm、＞2 mm、＞0.25 mm的團(tuán)聚體比例基本都高于其他處理，其中＞0.25 mm的團(tuán)聚體總量為90.6%，其他處理在84.7%～86.3%之間；＞0.25 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體總量為40.1%，其他處理在27.9%～34.6%之間；T1處理團(tuán)聚體破壞率最低，為54.9%，其他處理在58.2%～66.7%之間。方差分析表明，T1處理的團(tuán)聚體破壞率顯著低于T2、T4、T5處理，其他處理之間差異不顯著。

2.2 稻草全量還田下化肥運(yùn)籌對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

pH值影響著土壤中諸多重要的物理、化學(xué)及生物過程，進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分的有效性、土壤的理化性質(zhì)和微生物活性以及土壤在農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)中的功能[7]。由表4可知，各處理間土壤pH值在5.67～5.73之間，沒有顯著差異，表明連續(xù)3 a的秸稈還田和化肥用量的改變，對(duì)稻田土壤pH值的影響較小。

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力水平及環(huán)境質(zhì)量狀況的重要表征，是制約土壤保肥性、保水性、緩沖性、通氣性和養(yǎng)分有效性等的關(guān)鍵因素。與T1處理相比，其他處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量均有顯著提高，但稻草全量還田的處理間土壤有機(jī)質(zhì)含量沒有顯著性差異。從土壤速效養(yǎng)分含量來看，T2處理的土壤水解性氮、有效磷和速效鉀含量均最高，表明稻草還田利于土壤速效養(yǎng)分的增加，但與T1處理相比差異不顯著。隨著化肥用量的減少，土壤速效養(yǎng)分也呈現(xiàn)不斷減少趨勢(shì)，T4、T5處理的土壤水解性氮顯著低于T1、T2處理；T5處理的土壤有效磷、速效鉀也顯著低于T1、T2、T3處理。

2.3 稻草全量還田下化肥運(yùn)籌對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

由表5可知，與T1（CK） 相比，T2處理（施用100%的化肥）的水稻產(chǎn)量提高了163 kg/hm2，T3處理（施用80%的化肥）水稻產(chǎn)量降低了154 kg/hm2，但T1、T2、T3間水稻產(chǎn)量差異不顯著；T4和T5處理的水稻產(chǎn)量分別比對(duì)照降低了1 309和2 704 kg/hm2，降幅達(dá)14.3%和29.6%，差異達(dá)顯著水平。

3 結(jié)論與討論

稻草中含有豐富的纖維素、木質(zhì)素等富碳物質(zhì)，稻草還田腐解后可增加稻田土壤中腐殖質(zhì)的含量，起到了疏松土質(zhì)的作用[8]，使土壤容重降低、土壤孔隙度增加、水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量增加、團(tuán)聚體破壞率降低，從而有效地改善土壤物理性狀。土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加是土壤肥力提升的重要表征指標(biāo)，研究表明，稻草全量還田能顯著的增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量，這也同樣得益于稻草中富碳物質(zhì)的輸入。同時(shí)，稻草中含有一定量作物生長(zhǎng)所需的氮磷鉀及其他微量元素[9]，尤其富含K元素，還田釋放后，土壤中養(yǎng)分含量有所增加。秸稈還田在一定程度上可改善土壤的水、肥、氣、熱等生態(tài)因子，協(xié)調(diào)土壤水肥供需關(guān)系，優(yōu)化作物產(chǎn)量構(gòu)成因子，這也是水稻產(chǎn)量增加的主要原因。佘冬立等[2]研究表明，在施化肥氮相同情況下，稻草還田的增產(chǎn)效果明顯，增產(chǎn)率達(dá)3.7%～6.8%。

王玄德等[10]通過定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，稻草還田與適量的化肥配施能協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分供應(yīng)，但是氮磷鉀肥不均衡或缺失情況下，水稻產(chǎn)量呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì)。筆者的試驗(yàn)結(jié)果也表明，稻草全量還田不能全部替代化肥用量；稻草全量還田的條件下施用80%常規(guī)化肥時(shí)，土壤速效養(yǎng)分和水稻產(chǎn)量與對(duì)照（施用100%化肥）沒有顯著差異，但是當(dāng)化肥用量降低40%～60%以后，土壤速效養(yǎng)分和水稻產(chǎn)量都明顯下降。隨著化肥用量的降低，土壤物理性狀、土壤pH值和有機(jī)質(zhì)變化不顯著，但隨著化肥減量年限的增加是否會(huì)產(chǎn)生不良效用，有待進(jìn)一步研究考證。

稻草全量還田與化肥減量配施，一方面減少了化肥的田間投入量，節(jié)約了化肥成本，降低了土壤和水體污染風(fēng)險(xiǎn)；另一方面合理利用了秸稈資源，對(duì)保護(hù)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)農(nóng)民增收都有著重要意義。綜合考慮稻田土壤肥力性狀、水稻產(chǎn)量等因素，筆者建議在湘西中稻種植區(qū)采用稻草全量還田配施80%化肥的施肥方法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 丁 奇，吳建富，李 濤，等. 稻草全量還田對(duì)雙季水稻生長(zhǎng)和土壤肥力的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，36（1）：44-49.

[2] 佘冬立，王凱榮，謝小立，等. 稻草還田的土壤肥力與產(chǎn)量效應(yīng)研究[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，16（1）：100-104.

[3] 高菊生，曹衛(wèi)東，李冬初，等. 長(zhǎng)期雙季稻綠肥輪作對(duì)水稻產(chǎn)量及稻田土壤有機(jī)質(zhì)的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，31（16）：4542-4548.

[4] 劉世平，聶新濤，張洪程，等. 稻麥兩熟條件下不同土壤耕作方式與秸稈還田效用分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006，22（7）：48-51.

[5] 孫 星，劉 勤，王德建，等. 長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)剖面土壤肥力質(zhì)量的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，16（3）：587-592.

[6] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.

[7] 李 強(qiáng)，閆晨兵，田明慧，等. 湘西植煙土壤pH時(shí)空變異及其主要驅(qū)動(dòng)因素[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2019，25（10）：1743-1751.

[8] 葉文培，謝小立，王凱榮，等. 不同時(shí)期秸稈還田對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響[J]. 中國(guó)水稻科學(xué)，2008，22（1）：65-70.

[9] 黃雪梅，何軍月，梁卓發(fā). 稻草全量還田對(duì)土壤肥力的影響分析[J]. 農(nóng)業(yè)研究與應(yīng)用，2015（2）：21-23.

[10] 王玄德，石孝均，宋光煜. 長(zhǎng)期稻草還田對(duì)紫色水稻土肥力和生產(chǎn)力的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2005，11（3）：302-307.

（責(zé)任編輯：肖彥資）