短期不同秸秆还田与耕作方式对土壤养分与稻麦周年产量的影响

顾克军，张传辉，顾东祥，张斯梅，石祖梁，杨四军

(江苏省农业科学院农业资源与环境研究所，江苏 南京 210014)



短期不同秸秆还田与耕作方式对土壤养分与稻麦周年产量的影响

顾克军，张传辉，顾东祥，张斯梅，石祖梁，杨四军

(江苏省农业科学院农业资源与环境研究所，江苏 南京 210014)

【目的】明确秸秆还田与耕作方式短期内对稻麦周年产量与土壤肥力的影响。【方法】在典型稻麦轮作区设置了2种耕作方式(旋耕与耕翻)和4种秸秆还田模式(稻秸还田、麦秸还田、稻麦秸双季还田与双季秸秆皆不还田)的裂区试验。【结果】短期内2种耕作方式对土壤养分含量都没有显著影响，旋耕处理有大于耕翻处理的趋势，但达不到显著水平。所有秸秆还田处理都可不同程度地提高0～20 cm土壤养分含量。在土壤全氮含量、总磷、碱解氮、速效磷、速效钾及有机质方面，都以秸秆双季还田处理最高，显著高于秸秆不还田处理，其中以全氮含量增加最多，达19.5 %。秸秆单季还田处理在土壤总磷、碱解氮、速效钾、有机质含量与秸秆不还田处理间没有显著差异，而土壤全氮含量显著高于秸秆不还田处理。稻秸单季还田处理除了土壤速效磷显著高于麦秸还田处理外，在其它土壤养分含量间没有差异。稻麦周年总产以耕翻处理略高于旋耕处理，秸秆还田处理比不还田处理略减，各处理间产量均达不到显著差异。在短期内，秸秆还田有利于提高土壤养分含量，而2种耕作方式对土壤养分含量基本没有影响，秸秆还田与耕作方式皆不会显著影响稻麦周年产量。【结论】稻麦轮作区推广秸秆还田有利于培肥土壤，配合适当的耕作方式可以稳定稻麦周年产量。

秸秆还田；耕作；小麦；水稻；土壤养分；产量

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2009-2011年度在江苏省扬中市油坊镇长旺村进行。试验采用2因素裂区设计，主区为耕作方式，分为耕翻(P)与浅旋(R)2种水平，耕翻24～28 cm深度，浅旋10～12 cm深度，副区为秸秆还田方式，分为稻麦双季秸秆还田(Swr)、小麦秸秆还田(Sw)、水稻秸秆还田(Sr)和秸秆不还田(S0)4个水平，每处理3次重复，小区面积为5 m×6 m(表1)。稻麦皆用联合收割机收获作业，在联合收割机上加装切草和碎草匀铺装置，实现秸秆就地切碎匀铺还田，秸秆长度5～10 cm。

表1 试验处理

试验从2009年10月麦季开始，2011年6月麦季结束。试验稻季麦秸还田量约7500 kg/hm2,麦季稻秸还田量约为9000 kg/hm2,小麦品种为扬麦16，水稻品种为镇稻10号。

小麦播种时间为2009年11月3日和2010年11月1日，播量150 kg/hm2，机械匀播，总氮270 kg/hm2，氮∶磷(P2O5)∶钾(K2O)=1∶0.5∶0.5,氮肥基追比5∶5，磷钾肥都作基肥，田间管理同常规。水稻机插秧时间2010年6月15日，每公顷为25.5万穴，每穴3～4苗，总氮300 kg/hm2，氮∶磷(P2O5)∶钾(K2O)=1∶0.5∶0.5,氮肥基追比4∶6，磷钾肥都作基肥，田间管理同常规。

1.2 数据采集

在2010年水稻收获前1 d在每个处理区随机调查3个2 m长的水稻穗数(边行除外)，以计算单位面积成穗数，按5点取样法取5穴水稻植株，进行考种。每处理去除边行后随机取2 m2计产(已避开考种取样点)。

在2011年6月1日小麦收获前2 d进行取样，用取土器在每个处理区按5点取样法分别取0～20 cm土层土壤，并充分混匀，置于阴凉通风处摊晾风干，进行土壤养分测定。在2011年小麦收获前1 d在每个处理区随机调查3个2 m长的小麦穗数(边行除外)，以计算单位面积成穗数，按5点取样法取10个典型单株进行考种。每处理去除边行后随机取2 m2计产(已避开考种取样点)。

以2010年水稻与2011年小麦的单位产量计算各个处理稻麦周年总产。

1.3 样品测定

土壤有机质采用重铬酸钾外加热氧化法，全氮采用半微量开氏法，碱解氮采用碱解扩散法,总磷和速效磷采用钼锑抗比色法，速效钾采用火焰光度计比色法。

1.4 数据处理

用Excel2010软件进行数据预处理与绘图，用DPS10.0软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 对土壤肥力的影响

由表2可以看出，短期内不同耕作方式对土壤养分的影响不显著，秸秆还田对土壤养分的影响可达极显著水平，秸秆还田与耕作方式间的互作对0～20 cm土壤层养分含量的影响并不显著。

不管采用翻耕还是旋耕，秸秆还田处理都较不还田处理的土壤养分有不同程度的提高。在土壤全氮含量、总磷、碱解氮、速效磷、速效钾及有机质方面，都以秸秆双季还田处理最高，显著高于秸秆不还田处理，其中以全氮含量增加最多，达19.5 %。秸秆单季还田处理在土壤总磷、碱解氮、速效钾、有机质含量方面与秸秆不还田处理间没有显著差异，而在土壤全氮方面则显著高于秸秆不还田处理。稻秸单季还田处理除了在土壤速效磷方面显著高于麦秸还田处理外，在其它土壤养分含量间没有差异。在土壤养分含量方面，总体表现为秸秆双季还田>秸秆单季还田>秸秆不还田。

2.2 对稻麦周年产量的影响

2.2.1 水稻产量及其结构 由表3可以看出，短期内无论耕作或秸秆还田处理都未对水稻产量产生显著影响。耕翻处理比浅旋处理的水稻产量低1.2 %，秸秆还田处理水稻产量比秸秆未还田处理低0.7 %，两者都未达显著差异。从产量构成来看，与旋耕处理相比，耕翻处理的单位穗数减少4.8 %，而穗粒数与千粒重增加都不到1 %，这是耕翻处理比旋耕处理产量略低的主要原因。秸秆还田处理也导致单位穗数比不还田处理少2.3 %，而每穗粒数和千粒重仅增加0.3 %～0.4 %，单位成穗数减少也是秸秆还田产量略减的主要原因。

表2 不同处理对土壤养分的影响

注：同列数据后小写字母不同表示各处理间差异显著(P<0.05)，下同。

Note：Different small letters in the same column mean significant difference at 0.05 level. The same as below.

表3 不同处理对水稻产量与结构的影响

表4 不同处理对小麦产量与结构的影响

在所有秸秆还田处理中，稻麦秸秆双季还田会导致水稻产量下降得更多些，主要原因在于单位成穗数减少。

2.2.2 小麦产量及其结构 由表4可以看出，短期内无论耕作或秸秆还田处理也都未对小麦产量产生显著影响。耕翻处理比浅旋处理的小麦产量低0.2 %，秸秆还田处理小麦产量比秸秆未还田处理低1.8 %，两者都未达显著差异。从产量结构来看，耕翻与旋耕处理对稻茬麦产量结构的影响基本一致，与秸秆不还田相比，秸秆还田使小麦单位成穗数增加2.0 %，但每穗粒数下降了3.7 %，千粒重下降了0.5 %，因而导致秸秆还田略微减产。在所有秸秆还田处理中，稻麦秸秆双季还田会导致小麦产量下降得更多些，在3季生产周期内当季小麦产量受上季稻秸还田的影响要稍大于上季小麦秸秆还田。

2.2.3 对稻麦周年产量的影响 由图1可看出，短期内不同耕作与秸秆还田方式对稻麦周年总产的影响有限，耕翻处理周年稻麦总产仅比旋耕处理高10.8 kg/hm2，增产幅度不到0.1 %，而秸秆还田处理比不还田处理减产93.9 kg/hm2，减产幅度也仅为0.7 %。这表明无论秸秆还田或耕作方式在短期内都对稻麦周年产量不会产生显著影响。

图1 秸秆还田与耕作方式对稻麦周年产量的影响Fig.1 Effects of straw returning and tillage on annual yield of rice and wheat

3 讨 论

秸秆还田对土壤肥力的影响比较一致，多数研究显示无论短期还是长期秸秆还田都有助于提高0～20 cm土层N、P、K 3元素以及土壤有机质含量，这些养分的积累随着还田年限的增加, 增幅逐渐下降, 渐渐达到趋于平稳的状态[18-21]。本文研究结果也与之类似，秸秆还田显著提高了土壤养分含量，尤其稻麦秸秆双季还田效果更为明显，原因可能是秸秆还田后秸秆腐解给土壤带来一部分秸秆中的养分，使得土壤养分得到补充。同时在秸秆还田后，秸秆周围大量微生物快速繁殖加速了秸秆中有机态养分的分解释放, 可提高土壤有机质含量[22]。本研究表明，无论是哪一种秸秆还田方式，旋耕处理的土壤表层全氮含量总是大于对应翻耕还田处理，可能是短期翻耕使得土壤20 cm下部的土壤逐渐翻到上层，使得上层土壤(20 cm)全氮含量稀释，这与传统的少免耕具有养分表聚效应有关[23]。刘世平等(2005)研究表明，少耕动或不翻动土壤耕层，仅将肥料与残茬施在土壤表层，则养分主要富集在耕层[24]，而本研究的旋耕是在0～12 cm土层内进行的少耕，无论是秸秆还田与不还田，均使得该层土壤全氮含量高于耕翻。

土壤耕翻处理导致稻麦产量有所下降，其主要原因可能是耕翻破坏了耕层原有土壤结构，生土层进入表层，降低了表层土壤的肥力水平。与此同时，由于作物秸秆中C/N比一般较高，秸秆全量还田后在秸秆分解初期使微生物自身繁殖生长表现为缺氮，促使其从土壤中吸收矿质氮素[25-26]，造成微生物和植株竞争氮素养分，从而短期内加剧了表层土壤肥力的短缺，影响作物早期生长，尤其稻麦秸秆双季全量还田对产量的影响更大些。本研究结果显示不同秸秆还田处理对稻麦产量的影响均达不到显著水平，这与Prasad(1999)[10]、乔玉强(2013)等[11]研究结果一致，但与马宗国(2003)[12]、张洪熙(2006)[13]等的研究有所不同，这可能与秸秆还田后是否采取适宜的农艺措施有关，顾克军(2015)对稻秸还田小麦播种后进行适当镇压，显著提高了当季小麦的产量[27]。长期来看，秸秆还田有利于改善土壤性状，从而有利于稳定或提高作物产量[28-29]，同时还能部分替代化学肥料的投入[30-31]，但相关替代技术及其机理还有待系统研究。

4 结 论

在土壤养分含量方面，短期内总体表现为秸秆双季还田>秸秆单季还田>秸秆不还田，旋耕处理>翻耕。秸秆还田与耕作方式短期内对稻麦周年产量未产生显著影响。在长江下游稻麦轮作区推广秸秆还田有利于培肥土壤，农机与农艺的融合有利于稳定稻麦周年产量。

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(责任编辑 陈 虹)

Effects of Different Straw Returning and Tillage Methods on Annual Yield and Soil Nutrients under Rice-wheat Rotation System in Short-term

GU Ke-jun，ZHANG Chuan-hui，GU Dong-xiang，ZHANG Si-mei，SHI Zu-liang，YANG Si-jun

(Institute of Agricultural Resource and Environment，Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，Jiangsu Nanjing 210014, China)

【Objective】The present study was conducted to understand the effects of straw returning and tillage methods on annual production and soil fertility under rice-wheat rotation system in the short term.【Method】The split-plot experiments with two kinds of tillage methods (rotary tillage and plowing tillage) and four patterns of straws returning (rice straw returning in wheat season, wheat straw returning in rice season, rice and wheat straw returning and no straw returning) to field were set up in typical rice-wheat rotation area. 【Results】There was no significant effect on the soil nutrient contents between two kinds of tillage in short term. However, there was a tendency that the soil nutrient contents were higher in the rotary tillage than that in the plowing tillage. All the treatments with straw returning more or less increased the soil nutrient contents within 0-20 cm soil. The annual straw returning treatments had the highest contents of soil total nitrogen, total phosphorus, available nitrogen, available phosphorus, available potassium and organic matter, which were significantly higher than no straw returning treatments, even with total nitrogen content increased by 19.5 %. There was no significant difference in contents of soil total phosphorus, available nitrogen, available potassium and organic matter, but the total nitrogen content was significantly higher in the straw returning in single season than that in no straw returning treatments. Compared to the wheat straw returning treatment, the soil nutrients in the rice straw returning treatments varied rarely, except for the content of available phosphorus in soil being higher significantly. The annual yields of rice and wheat were slightly higher in the rotary tillage than that in plowing tillage treatments under rice-wheat rotation system, while the annual yields were slightly lower in the straw returning than that in no straw returning treatments, but there were no significant differences among all treatments. In short term, the soil nutrients could be improved by straw returning but not by tillage. The annual yields of rice and wheat were not affected significantly by the straw returning and tillage methods.【Conclusion】The promotion of straw returning is beneficial for soil fertility and stable yield with proper tillage methods under rice-wheat rotation system in short-term.

Straw returning; Tillage; Rice; Soil nutrients; Wheat yield

1001-4829(2017)6-1408-06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.6.029

2016-07-10

江苏省科技支撑项目(BE2015673)；国家公益性行业(农业)项目(201503136-7)；江苏省农业自主创新项目[CX(14)4076]

顾克军(1972-)，男，江苏建湖人，硕士，副研究员，主要从事稻麦栽培与秸秆资源利用研究，E-mail:gkjjaas@163.com, Tel:025-84390198。

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