不同耕作方式下稻草还田的土壤肥力与产量效应研究

陈 敏，胡雄伟，鲁霞飞，陈 普，熊艳辉，熊 晖，刘 华，李文平

（桃江县农业局，湖南 桃江 413400）

秸秆还田其实是人类对自然生态系统的模仿，是秸秆的自然归宿和重要出路。近年来，国内外研究人员对还田后秸秆的分解、培肥和增产作用进行了深入的研究[1-3]。然而，随着现代农业的不断发展，秸秆的农业利用无论在理论还是实践上都存在着一些值得进一步探讨的问题。例如，农业机械化的进一步推进，不同耕作下秸秆还田对土壤肥力和作物生长及产量有何影响？对于不同的土壤，特别是土壤肥力比较差、有机物养分可循环再利用潜力较大的红壤水田，秸秆还田能在多大程度上替代化学肥料特别是氮肥的作用，减少化肥的投入，提高经济效益？因此针对红壤地区的环境条件，选择湖南省桃江县开展双季稻作区水稻秸秆管理试验。该试验旨在从理论上进一步肯定作物秸秆作为有机肥源的必要性和可能性，在此基础上，研究不同耕作方式、N素营养等条件下，稻草还田对农田生产力和农业生态系统的影响，为充分利用秸秆资源、合理施肥，维持农业生态系统的可持续发展提供理论依据和实践指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2003～2004年在湖南省桃江县牛潭河乡半嫁洲村进行，供试土壤为河流（资水）冲积物发育河沙泥土，土壤基本理化性状为：有机质14.1 g/kg，全氮 1.7 g/kg，碱解氮 128.5 mg/kg，速效磷 12.34 mg/kg，速效钾 115 mg/kg，pH 值 5.32。

1.2 试验处理

种植制度为稻－稻－冬菜轮作。早晚稻品种分别为早优3号和新香优80。试验采用4次重复的裂区设计。主处理包括：M1：传统牛耕＋移走稻草（对照）；M2：传统牛耕＋稻草还田；M3：机械旋耕＋移走稻草；M4：机械旋耕＋稻草还田。稻草还田量早稻为3 500 kg/hm2，晚稻为3 000 kg/hm2。牛耕处理为牛力翻耕，翻耕深度15～18 cm，还田稻草被翻埋到泥中（0～18 cm土层）。机械旋耕处理为旋耕机旋耕，旋耕深度8～10 cm，还田稻草覆盖于土壤表层。裂区为施肥处理，即 B1：无氮(对照)；B2：推荐施氮量；B3：习惯施氮量，具体施肥设置见表1。作物收割后取土壤测定速效养分含量，同时取植株样分别测定谷粒和茎叶的氮、磷、钾含量，并测产。养分测定方法均为常规分析方法[4]。

表1 裂区施肥量 （kg/hm2）

2 结果与分析

2.1 不同耕作方式下稻草还田对土壤有效养分含量的影响

适量稻草于秋季还田后，经过冬季的分解，改善了土壤养分供应能力，促进了作物对养分的吸收。对土壤速效养分的分析表明（表2），早稻收获后，稻草还田的土壤有效养分含量均比移走稻草的高；除速效钾外，机械旋耕的速效养分均高于传统牛耕方式。晚稻收获后，牛耕方式下稻草还田处理的土壤有效氮、磷、钾含量均比移走稻草的处理高，这是因为将稻草耕入0～18 cm土壤之中，稻草与土壤充分混合，增加了稻草与土壤的接触面积，有利于土壤微生物分解稻草，从而提高土壤的养分供应能力；而旋耕方式下，稻草还田处理土壤有效氮、速效磷含量低于移走稻草处理，土壤速效钾含量高于移走稻草处理。

表2 不同处理对土壤速效养分含量的影响 （mg/kg）

3种施肥处理的土壤速效养分除晚稻速效钾含量外均无显著差异。

2.2 不同耕作方式下稻草还田对作物吸收养分的影响

土壤速效养分的供应能力影响作物对养分的吸收利用。从表3可以看出，水稻对氮、磷、钾的吸收量的规律与土壤有效氮、磷、钾的规律一致，同样表现为早稻稻草还田处理下作物养分吸收量大于移走稻草处理；晚稻牛耕方式下稻草还田处理的作物养分吸收量大于移走稻草处理，而旋耕方式下稻草还田处理下水稻的吸氮量低于移走稻草处理，吸磷和钾量高于移走稻草处理。但方差分析表明差异均不显著。旋耕+稻草还田处理下，稻草覆盖于土壤表面，不利于稻草与土壤混合接触，而稻草又作为一种含碳丰富的能源物资，直接施于表土会刺激土壤表层微生物迅猛活动，导致有效性高的化肥氮大量被暂时固定，从而减少了作物对当季化肥氮的吸收[5-6]。

表3 不同处理对水稻养分吸收的影响 （kg/hm2）

不同施肥处理下，随施肥量增加，土壤有效氮的含量提高，作物对氮的吸收量显著增加，同时也显著的促进了作物对磷、钾的吸收。

2.3 不同耕作方式下稻草还田对水稻产量的影响

据试验结果统计，2004年4个主试验区M1～M4的产量分别为4 043、4 157、3 978和4 119 kg/hm2（图1）。牛耕方式下，稻草还田比对照田增产114 kg，增产率为2.8%；机械旋耕方式下，稻草还田比对照增产141 kg，增产率为3.5%。由于主区与副区因素间无交互作用，用合并处理的方法分析了耕作与残茬管理对产量的影响，结果表明，传统牛耕下的产量要稍为高于机械旋耕下的产量，分别为4 100和4 048 kg/hm2。稻草还田下的产量要高于移走稻草下的产量，分别为4 010和4 138 kg/hm2。

图1 不同处理对产量的影响（2004年）

在裂区处理中无氮对照的产量为3 118 kg/hm2，建议施氮产量为4 474 kg/hm2，增产43.5%；习惯施N产量为4 631 kg/hm2，比无氮对照增产50.4%，比建议施氮增产3.5%。建议施氮区增产粮食14.7 kg/kg N，习惯施N区增产粮食11.4 kg/kg N，施氮量的增加，提高了氮素在稻草中的比例，促进了水稻“奢侈”耗氮现象的发生[7]，肥料报酬率递减。方差分析表明，施氮的产量显著高于不施氮的，而建议施氮与习惯施氮的产量差异不显著。

2.4 不同耕作方式下稻草还田的经济效益分析

传统牛耕处理的两季耕作成本为1 650元/hm2，而机械耕作处理的两季耕作成本为1 500元hm2，因此可节约耕作成本150元hm2。对2004年试验各处理的两季作物全年总成本、总产出及净收益进行了调查，结果表明，虽然稻草还田增加了人工劳动成本，但同时也增加了作物产出，全年纯收益仍然高于秸秆不还田对照；并且由于旋耕处理降低了生产成本，旋耕处理下稻草还田的边际成本报酬率和新增收益率分别为2.12和3.0%，均高于牛耕处理下稻草还田的1.71和2.0%，旋耕处理下稻草还田的增收效益比牛耕处理下稻草还田的增收效益明显（表4）。

从表4可以看出，在一定施氮水平范围内，随着氮肥的用量增加，经济效益明显增加，建议氮处理和习惯氮处理的新增收益率分别达到了67%和71%，两者差异不显著。但是前人的研究结果表明，过量的施用氮肥，不仅造成了环境的污染，同时也影响的作物的生长发育，氮素肥效下降，肥料报酬率递减[7]。本试验中，建议施氮处理的全年施氮量比习惯施氮处理减少纯氮80 kg/hm2，其边际成本报酬率为7.28，高于习惯氮处理的边际成本报酬率。

表4 不同处理的经济效益比较

3 小结

秋季稻草还田，经冬季分解，可有效改善土壤养分供应能力。早稻作物收获后牛耕和旋耕方式下，稻草还田处理的土壤有效养分含量和作物吸收养分量均高于对照。晚稻旋耕+稻草还田处理下稻草铺施土壤表面，土壤有效氮、速效磷含量以及作物吸氮量均低于旋耕+移走稻草处理，不利于作物对当季化肥养分的吸收利用。

稻草还田具有一定的增产作用。连续2 a的试验结果表明，传统牛耕和机械旋耕下稻草还田的水稻产量增产率分别为2.8%和3.5%，旋耕+稻草还田增产作用更为明显。施氮处理的产量显著高于不施氮处理的产量，且建议施氮与习惯施氮处理的产量差异不显著，相对于不施氮处理分别增产43.5%和48.5%，而氮肥的农学产量效益分别为增产谷粒14.7和11.4 kg/kg N，肥料报酬率随施氮量增加递减。

机械旋耕模式下稻草还田配施减量的氮肥，降低了生产成本，氮肥的产量效益增加，提高了经济效益，同时能降低因过量施氮而造成的环境污染，适宜于亚热带红壤地区农技推广。

[1]翟军海，凌 莉，高亚军，等.补充灌溉、氮素营养与秸秆覆盖对冬小麦生长及产量的影响研究 [J].中国生态农业学报，2004，12（1）：130-132.

[2]魏 鑫，汤海涛，汤文光，等.稻草不同还田方式对晚稻田土壤供肥特性及产量的影响 [J].湖南农业科学，2008，（5）：76-78，81.

[3]Anthony Whitbread,Graeme Blair,Yothin Konboon,et al.Managing crop residues,fertilizers and leaf litters to improve soil C,nutrient balances,and the grain yield of rice and wheat cropping systems in Thailand and Australia[J].Agriculture,Ecosystem&Environment,2003,100（2-3）：251-263.

[4]中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海：上海科技出版社出版，1987.

[5]Kushwaha CP,Tripathi SK,Singh K P.Variations in soil microbial biomass and N availability due to residue and tillage management in a dryland rice agroecosystem[J].Soil&Tillage Research,2000,56:153-166.

[6]艾应伟，刘学军，张福锁，等.旱作与覆盖方式对水稻吸收利用氮的影响[J].土壤学报，2004，41（1）：152-155.

[7]刘立军，桑大志，刘翠莲，等.实时实地氮肥管理对水稻产量和氮素利用率的影响 [J].中国农业科学，2003，36（12）：1456-1461.