秸稈還田對水稻產(chǎn)量及土壤理化性質(zhì)的影響

廖榮華，吳文科，曾文進(jìn)，關(guān) 心，胡文武

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.湖南省農(nóng)機(jī)事務(wù)中心，湖南 長沙 410015)

秸稈還田是一種將不適宜直接作飼料的秸稈(玉米秸稈、水稻秸稈等)直接或堆積腐熟后施入土壤中的方法[1]。 研究證實(shí)，農(nóng)作物秸稈中富含大量的氮、磷、鉀和中微量元素，是有機(jī)碳源的重要來源之一[2]，將秸稈直接還田有利于農(nóng)業(yè)可再生資源的利用和農(nóng)田土壤改良等。大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)，秸稈還田能夠改善土壤的理化性質(zhì)，提高土壤肥力，有利于農(nóng)作物發(fā)育，對農(nóng)作物多產(chǎn)有積極影響[3-4]。秸稈還田有利于提高氮素的有效性，調(diào)節(jié)田面水和滲透水的氮磷濃度，提高肥料的利用率[5-6]。但有研究認(rèn)為，秸稈還田會對土壤環(huán)境造成一定的不良影響，如土壤還原性物質(zhì)含量顯著增加，土壤中氧含量顯著降低等，對水稻產(chǎn)生毒害作用，從而影響了水稻在返青期的生長[7]。 也有研究表明覆蓋還田會產(chǎn)生低溫效應(yīng)，造成作物生育期的延遲，而且這種低溫效應(yīng)與覆蓋還田的秸稈量正相關(guān)[8]。因此，如何優(yōu)化作物秸稈利用方式，緩解秸稈還田對作物生長和生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響，對保障我國糧食安全和提高土壤質(zhì)量具有重要意義[9]。

雙季稻種植模式是中國南方稻區(qū)重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，因此秸稈資源豐富且相對集中。然而，針對南方雙季稻區(qū)秸稈還田的最佳比例目前并不明確。為此，本課題組通過雙季稻同一耕作方式條件下設(shè)置不同還田比重，旨在研究不同秸稈還田量對水稻生長發(fā)育、產(chǎn)量及對土壤理化性質(zhì)的影響，為實(shí)現(xiàn)南方雙季稻區(qū)秸稈合理利用、水稻高產(chǎn)和提高農(nóng)田土壤質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與試驗(yàn)方法

1.1 試供材料

試供土壤采集于湖南省婁底漣源市龍?zhí)伶?zhèn)云河新村張家組，總面積約 10畝。試供秸稈為南方雙季稻(早稻品種為T優(yōu)15，晚稻為玉針香)，試供作物為南方雙季稻。

1.2 技術(shù)方案

長期施肥試驗(yàn)中對晚稻進(jìn)行秸稈還田處理，共設(shè)置五組試驗(yàn)，分別為全量還田，3/4量還田，1/2量還田，1/4量還田，無還田(CK)。晚稻成熟收獲期進(jìn)行土壤采集，每丘田采取五點(diǎn)取樣法取樣，即從田塊四角的兩條對角線的交駐點(diǎn)，以及交駐點(diǎn)到四個(gè)角的中間點(diǎn)五點(diǎn)進(jìn)行取樣。采用重鉻酸鉀氧化法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量；pH值的測量采用復(fù)合電極法；采用硫酸消煮—?jiǎng)P氏定氨法測定土壤中全氮的含量。用Microsoft Excel、Matlab R2017b進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析(試驗(yàn)報(bào)告由湖南省分析測試中心提供)。

2 結(jié)果

2.1 不同秸稈還田量對晚稻產(chǎn)量的影響

如表1所示， 2017年，秸稈還田組與CK相比較，還田量為1/4時(shí)，水稻產(chǎn)量高于CK，其他組別均低于 CK，說明本實(shí)驗(yàn)中秸稈還田的優(yōu)勢沒有在第一年明顯體現(xiàn)。2018年，秸稈還田為100%時(shí)，水稻產(chǎn)量與CK大致相等，其他組別均高于CK，增幅為2.58%～6.73%，說明秸稈還田的優(yōu)勢開始逐漸體現(xiàn)。隨著秸稈還田年限的增加，秸稈還田的優(yōu)勢進(jìn)一步提高，至2019年，秸稈還田組別較CK的產(chǎn)量增幅為2.5%～15.03%。說明秸稈還田有利于提高土壤質(zhì)量，且對土壤質(zhì)量的提升作用隨還田年限的增加而不斷累積，充足的養(yǎng)分為水稻的生長發(fā)育及水稻產(chǎn)量提供了保障。

表1 不同秸稈還田量對晚稻產(chǎn)量的影響 單位：kg／畝(約667m2)

不同秸稈還田量對于水稻產(chǎn)量的促進(jìn)作用存在差異，水稻產(chǎn)量的增長不會隨著還田量的增加而一直增加。錢鳳魅等[10]認(rèn)為不同秸稈還田量處理有利于水土保持，且秸稈的施用劑量對于增加產(chǎn)量而言不是越多越好。徐蔣來等[11]提出提升土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分改善效果最好的主要集中于50%和75%還田量。游來勇等[12]通過實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)水稻增產(chǎn)時(shí)，會出現(xiàn)增產(chǎn)幅度隨著秸稈還田量的增加而減少的現(xiàn)象。穆心愿等[13]通過研究證明，不同秸稈還田量下土壤氮素的利用率存在顯著差異，不同氮效率的作物品種產(chǎn)量出現(xiàn)不同響應(yīng)也會造成產(chǎn)量不同。趙長坤等[14]通過研究表明，秸稈還田在一定程度上影響了水稻前期根系的生長，就總體而言秸稈還田處理能提高水稻產(chǎn)量。

由此可見，在保持一定的施肥處理的條件下，不同比重的還田量對產(chǎn)量的影響有差異，最佳還田量還需要根據(jù)具體土壤環(huán)境及作物的需要來進(jìn)一步確定。本研究表明，不同比例的秸稈還田均有利于提高水稻產(chǎn)量。

2.2 不同秸稈還田量對土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的影響

如圖1所示， 2017年，秸稈還田組別的有機(jī)質(zhì)含量顯著高于 CK，與 CK相比，其含量提高9.53%～12.7%。在2018年，1/4還田組及半還田組的有機(jī)質(zhì)含量較對照組有一定的減少，減少幅度為4.24%～5.8%；3/4還田組及全還田組較對照組有一定的增加，增加幅度為1.27%～2.4%。在2019年，還田組較對照組均提高，增幅為0.84%～7.16%。秸稈還田顯著促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的積累，但隨著還田年限的增加，其變化幅度呈先上升后平緩趨勢，總體而言，不同秸稈還田量對于增加土壤有機(jī)質(zhì)含量有積極影響。

圖1 不同秸稈還田量對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

如圖2所示，在2017—2018年，除了2017年的1/4還田組，其他還田組均較對照組有一定的提高，增加幅度為2.31%～22%。在2019年，1/4還田組及全還田組的全氮含量較對照組有一定減少，減少幅度為 3.28%～5.47%;半還田組及 3/4還田組的全氮含量較對照組有一定增加，增加幅度為8.39%～15.3%。

圖2 不同秸稈還田量對土壤全氮含量的影響

2.4 不同秸稈還田量對土壤pH值的影響

如圖3所示，在還田試驗(yàn)進(jìn)行期間，各個(gè)組別在2017—2018年pH值呈下降趨勢，之后趨向于平緩。有研究指出，不同秸稈添加量及不同有機(jī)質(zhì)含量土壤對秸稈中氨的轉(zhuǎn)化效率不同，進(jìn)而影響 pH值[16]。有實(shí)驗(yàn)證明：秸稈還田能在一定程度上抑制土壤pH值的下降[17]。結(jié)果表明，不同秸稈還田量對土壤pH值的影響不同，但秸稈還田對于土壤的pH值有一定的調(diào)節(jié)作用。

圖3 不同秸稈還田量對土壤pH值的影響

3 結(jié)論

通過開展3年的長期定位試驗(yàn)，對湖南省婁底漣源市土壤進(jìn)行了檢測分析，研究發(fā)現(xiàn)較對照組，不同秸稈還田量處理對于提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，全氮含量有積極作用，且能增加水稻產(chǎn)量，維持土壤的pH值穩(wěn)定。由此可見，合適比例的秸稈還田能夠在一定程度上改善土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)水稻增收，有利于實(shí)現(xiàn)秸稈與土壤之間的循環(huán)利用[18]。在我國秸稈還田是一項(xiàng)值得大力推廣的培肥地力的農(nóng)業(yè)措施，能夠促進(jìn)農(nóng)民增收，提高耕地質(zhì)量，從而向?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

研究發(fā)現(xiàn)，不同比例還田處理對于土壤理化性質(zhì)、水稻產(chǎn)量的影響存在差異，推測結(jié)果差異與還田年限有關(guān)。在不同水稻品種和土壤基本條件下的最佳還田方式還有待研究，謹(jǐn)為后續(xù)研究提供一定理論依據(jù)。