双季稻栽培方式对冬闲期杂草生长及土壤养分含量的影响

周雪峰，蒋 鹏，谢小兵，邹应斌

(湖南农业大学农学院，长沙410128)

农田杂草作为农田生态系统的重要组成部分，是长期适应气候、环境等因素的结果［1］，其防除是人类农业生产活动的重要内容之一。而利用农田杂草肥田，化害为利等早有记载。如西周时的“荼蓼朽止，黍稷茂止”;战国时的《礼记》:“季夏之月，土润溽署，大雨时行，烧薙行水，利以杀草;如以热汤，可以粪田畴，可以美土疆”。大量研究还表明，农田杂草对调节土壤温度、湿度，改良土壤结构，促进土壤养分循环，维持农田生态系统生物多样性，减少土壤流失、酸化等方面具有重要作用［2～7］。

土壤耕作和施肥作为水稻生产的两个重要环节，对休闲期稻田杂草影响显著。有研究表明，土壤耕作方式不仅影响杂草种子库在土壤中的垂直分布，还影响种子库的大小，杂草密度呈免耕＞旋耕＞翻耕的趋势［8］。沈浦等［9］研究发现，长期施用含化肥后，土壤碱解氮、有效磷和 pH 都与杂草总干物质重呈显著相关对杂草总干物质重起负作用，Cl－1对杂草总干物质重起正作用。与无机肥偏施和不施肥相比，均衡施肥和有机无机肥配施显著降低了农田土壤杂草种子库密度，但总物种数和多样性较高［9，10］。这可能与杂草对土壤养分状况的适应性有差异，土壤养分状况又随肥料结构及施用方法不同而改变，进而引起农田杂草种类及优势杂草种类发生变化有关［11，12］。在当今超级稻高产栽培技术［13，14］中较为注重生育中后期养分的供应，尤其是氮素营养。氮肥后移可能导致其在土壤中的残留量增加，同时大多数杂草又为喜氮植物，从而促进了冬闲期稻田杂草生长，提高了稻田杂草的干物质积累量，增加了杂草对矿质养分的吸收积累。次年，杂草还田后经微生物分解，其吸收的养分又被重新释放，培肥了土壤地力，改善了土壤环境［15］，有利于冬闲期稻田土壤养分的保持和物质的循环。目前，有关耕作方式和施肥方法对冬闲期稻田杂草影响的研究较少，而此类研究对因地制宜地利用杂草肥田、化害为利、减少冬闲期稻田土壤养分的流失而造成环境污染等具有重要意义。本试验对不同栽培方式(耕作方式、施氮方法)下双季稻田土壤理化性状及休闲期优势杂草日本看麦娘(Alopecurus japonicus)生长特点进行了分析，旨在探明南方冬闲期稻田杂草生长及其与土壤养分的关系。

1 材料与方法

1.1 试验田概况

试验在湖南农业大学试验农场(28°11'11″N，113°04'15″E，海拔48 m)进行。土壤为河流冲积物发育的潮泥土，pH值5.83，含有机质27.66 g/kg，全氮1.59 g/kg，有效磷 54.51 mg/kg，速效钾 63.20 mg/kg。

1.2 试验设计

试验始于2008年，试验地为双季稻田，无论是年份间还是季节间试验小区(面积为45 m2)均无变动。研究共设3种栽培处理及不施肥处理:A.“三定”栽培(翻耕移栽);B.免耕摆栽(采用塑盘湿润育秧，于移栽前1周用百草枯防除杂草和禾茬，然后进水浸泡稻田;移栽时，直接将秧苗摆栽在土壤的表面);C.传统栽培(翻耕移栽);D.不施肥处理(翻耕移栽)。4次重复，随机区组排列。其中“三定”栽培氮肥(纯氮)(总用量:早季142.5 kg/hm2，晚季150 kg/hm2)分基肥、分蘖肥、促花肥、保花肥4次施用(早季分别为 67.5、30、30、15 kg/hm2，晚季分别为 75、30、30、15 kg/hm2，其中分蘖肥、促花肥、保花肥的施用量根据SPAD值决定，具体操作方法详见文献［16］);免耕摆栽氮肥用量及施用方法与“三定”栽培一致;传统栽培氮肥(纯氮)(总用量:早季为165 kg/hm2，晚季为180 kg/hm2)分基肥、分蘖肥两次施用(早季分别为115.5、49.5 kg/hm2，晚季分别为126、54 kg/hm2)。3种栽培处理的磷肥和钾肥用量分别为67.5 kg/hm2和135.0 kg/hm2，其中，磷肥全部作基肥施用，“三定”栽培和免耕摆栽钾肥作基肥(50%)和穗肥(50%，促花肥)2次施用，传统栽培钾肥全部作基肥施用。不施肥处理从2008开始不施用任何肥料。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 干物质

分别于2009、2010、2011年3月18日，每小区用镰刀随机齐地割2个0.24 m2的杂草，装入信封，置于105℃的烘箱杀青30 min，然后恒温70℃烘至恒重，用百分之一电子天平称重，计算单位面积杂草生物量。此外，2011年3月18日调查了单位面积内的杂草植株数，即杂草密度。单株重量=单位面积杂草生物量÷杂草密度。

1.3.2 养分

凯氏定氮法测氮，钼锑抗比色法测磷，火焰光度计法测钾。

1.3.3 株高

于取杂草干物质样的同一天调查杂草株高。每小区对角线上随机调查10个点测定杂草株高(优势杂草日本看麦娘的株高)。

1.3.4 土壤理化性状

于2010年晚季收获后分0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm 4层取土样，用环刀法测定土壤容重;分0～5 cm、5～10 cm、10～20 cm 3层取土样用于测定土壤养分，采用碱解扩散法测定碱解氮，Olsen法测定有效磷，NH4OAc浸提－火焰光度法测定速效钾［17］。

1.4 数据分析

采用DPS软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 栽培方式对杂草生长的影响

2.1.1 杂草生物量及生长特性

由表1可知，不同栽培方式对稻田冬闲期杂草生物量有显著影响。3年均一致以免耕摆栽的农田冬闲期杂草生物量最高，为337～520 g/m2，与“三定”栽培、传统栽培、不施肥处理相比，增幅分别为57.1% ～105.5%、83.0% ～153.7%、100.0% ～185.7%。“三定”栽培杂草生物量高于传统栽培，平均为234 g/m2，增加了21.4%。此外，由表1还可以看出，除2011年外，另2年均一致以不施肥处理杂草生物量最低。

表1 不同栽培处理下杂草生物量(g/m2)Table 1 Dry matter production of weed under different cultivation patterns(g/m2)

不同栽培方式杂草密度为3 154～5 247株/m2，以免耕摆栽杂草密度最大，与“三定”栽培、传统栽培和不施肥处理相比，分别增加49.9%、66.4%、14.7%，差异显著;不施肥处理杂草密度高于“三定”栽培和传统栽培，增幅分别为30.7%、45.0%，但差异不显著(表2)。由表2还可以看出，不同栽培方式对冬闲期稻田杂草单株干重有显著影响，其中以免耕摆栽和“三定”栽培较高，分别为66 mg/株、55 mg/株，与传统栽培相比，分别增加 37.5%、14.6%，前者差异显著，后者差异不显著。“三定”栽培、免耕摆栽、传统栽培杂草单株干重均显著高于不施肥处理，增幅分别为66.7%、100.0%、45.5%。不同栽培方式下杂草株高为23～42 cm，高低顺序是:免耕摆栽＞“三定”栽培＞不施肥处理＞传统栽培(表2)。

表2 不同栽培处理下杂草的生长特点(2011年)Table 2 Growth characteristic of weed under different cultivation patterns(2011)

2.1.2 杂草养分含量及其吸收量

(1)杂草含氮量及氮吸收量。由表3可以看出，杂草含氮量均一致以“三定”栽培(13.67～14.70 g/kg)和免耕摆栽(14.10～14.71 g/kg)高于传统栽培，增幅分别为0.7% ～14.1%、1.4% ～15.1%。不同栽培方式对冬闲期稻田杂草氮吸收量有显著影响，呈免耕摆栽＞“三定”栽培＞传统栽培趋势，其中免耕摆栽氮吸收量为4.97～7.49 g/m2，比传统栽培增加2.73～4.70 g/m2，差异显著;“三定”栽培氮吸收量为2.76～3.78 g/m2，比传统栽培增加了0.68～0.81 g/m2，但差异不显著。此外，由表3还可以看出，除2011年外，均以不施肥处理杂草含氮量及氮吸收量最低。

(2)杂草含磷量及磷吸收量。由表3可知，3年均一致以免耕摆栽杂草含磷量最高，平均为3.76 g/kg(3.30～4.01 g/kg)，与“三定”栽培和传统栽培相比，分别增加6.0%和10.0%。不同栽培方式对冬闲期稻田杂草磷吸收量影响显著，其中以免耕摆栽杂草磷吸收量最高，为1.34～1.72 g/m2，与“三定”栽培和传统栽培相比，分别增加0.61～0.91 g/m2、0.81～1.07 g/m2。除了2010年杂草含磷量外，“三定”栽培杂草含磷量(3.15～3.83 g/kg)和磷吸收量(0.73～0.94 g/m2)均高于传统栽培，增幅分别为4.0% ～7.3%、23.7% ～37.7%。此外，由表3还可以看出，除2009年传统栽培磷含量外，另2年均以不施肥处理的杂草含磷量和磷吸收量最低。

(3)杂草含钾量及钾吸收量。由表3可知，不同栽培方式杂草含钾量均呈免耕摆栽＞“三定”栽培＞传统栽培的规律，其中免耕摆栽(13.67～18.00 g/kg)比“三定”栽培和传统栽培分别增加9.5% ～23.0%、24.4% ～27.5%，差异显著。不同栽培方式对冬闲期稻田杂草钾吸收量有显著影响，3年均一致以免耕摆栽最高，为4.94～7.32 g/m，与“三定”栽培和传统栽培相比，分别增加2.44～3.94 g/m2、3.16 ～4.90 g/m2，差异显著(表 3)。“三定”栽培杂草的含钾量(12.48～14.63 g/kg)和钾吸收量(2.48～3.76 g/m)均高于传统栽培，增幅分别为3.6% ～16.2%、23.7% ～40.9%。由表3还可以看出，3年均以不施肥处理杂草含钾量及钾吸收量最低。

表3 不同栽培处理下杂草养分含量及吸收量Table 3 Nutrient of content and its uptake amount of weed under different treatments

2.2 栽培方式对土壤理化特性的影响

2.2.1 土壤容重

由表4可知，栽培方式对土壤不同层次的容重有显著影响。其中0～5 cm以免耕摆栽的容重最低，为1.12 g/m3，与“三定”栽培、传统栽培、不施肥处理相比，分别降低7.1%、5.4%、5.4%。而5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm的土壤容重则相反，以免耕摆栽最大，分别为 1.27 g/m3、1.36 g/m3、1.43 g/m3，比翻耕处理(“三定”栽培、传统栽培、不施肥处理)分别平均增加了2.4%、8.8%、9.1%。0～20 cm土层内，“三定”栽培、传统栽培、不施肥处理各土层间容重差异不显著，但其容重随土层深度增加呈增加趋势。

表4 不同栽培处理下稻田各土层土壤容重(2011年)(g/m3)Table 4 Bulk density of the soil under different cultivation patterns(2011)(g/m3)

2.2.2 土壤养分含量

(1)碱解氮。不同栽培方式对土壤碱解氮有显著影响(表5)。0～5 cm土层碱解氮为139.14～192.77 mg/kg，高低顺序是:免耕摆栽＞“三定”栽培＞传统栽培＞不施肥处理，其中免耕摆栽比“三定”栽培、传统栽培、不施肥处理分别增加26.0%、36.8%、38.5%;5～20 cm土层均以免耕摆栽最低。0～20 cm内，“三定”栽培各土层碱解氮均高于传统栽培，分别增加8.6%、9.3%、8.9%。此外，由表5还可以看出，除免耕摆栽5～10 cm、10～20 cm土层碱解氮含量外，0～20 cm土层均一致以不施肥处理最低。

(2)有效磷。由表5可知，0～5 cm土层土壤有效磷为50.92～60.87 mg/kg，呈“三定”栽培＞免耕摆栽＞传统栽培＞不施肥处理的规律，说明双季稻生产中施磷后，土壤有效磷含量提高，尤其是土壤表层(0～5 cm)。除不施肥处理外，0～20 cm土壤有效磷含量均随土层深度而降低，其中以免耕摆栽的下降幅度最大。5～20 cm土层分别以“三定”栽培有效磷含量最高，为59.39 mg/kg、57.04 mg/kg，与传统栽培相比，分别增加15.9%、11.9%。免耕摆栽5～20 cm土层有效磷均低于传统栽培，但差异不显著。

(3)速效钾。由表5可知，施肥处理(“三定”栽培、免耕摆栽和传统栽培)0～5 cm土层速效钾均显著高于不施肥处理，分别增加了53.6%、47.7%、45.0%;施肥处理间(“三定”栽培、免耕摆栽和传统栽培)0～5 cm土层速效钾差异不显著，其中以“三定”栽培和免耕摆栽速效钾较高，分别53.94 mg/kg和51.88 mg/kg，与传统栽培相比，分别增加6.0%、1.9%。5～10 cm土层，以传统栽培处理速效钾较高，为33.14 mg/kg，比“三定”栽培、免耕摆栽、不施肥处理分别增加9.9%、9.7%、13.0%。10～20 cm土层，“三定”栽培处理速效钾均显著高于免耕摆栽和传统栽培，增幅分别为12.6%、9.7%。

表5 不同栽培处理下土壤化学性状(2011年)(mg/kg)Table 5 Chemical characteristics of the soil under different cultivation patterns(2011)(mg/kg)

3 讨论与结论

不同栽培方式导致土壤养分发生变化，改变了杂草生存的外部环境，进而使杂草生长发育受到影响。本试验中，3年的杂草生物量均呈:免耕摆栽＞“三定”栽培＞传统栽培、不施肥处理的规律。不同栽培方式对双季稻田冬闲期杂草单株干重影响显著，呈免耕摆栽＞“三定”栽培＞传统栽培＞不施肥的变化趋势。“三定”栽培单位面积杂草密度高于传统栽培，进一步分析其土壤理化性质可知，“三定”栽培土壤容重没有差异，优势主要体现在土壤速效养分上。相关分析表明，杂草单位面积密度与表层土壤碱解氮呈显著直线相关(r=0.561*)，与有效磷、速效钾不相关。然而，不施肥处理单位面积杂草密度均高于“三定”栽培和传统栽培，这可能与在均衡施肥下，稻田土壤杂草种子库密度降低有关，这与冯伟等［10］的研究结果基本一致。免耕摆栽单位面积杂草密度均显著高于“三定”栽培、传统栽培、不施肥处理，除了与其表层土壤容重及速效养分有关外，可能还与免耕对土壤中杂草种子库人为干扰较少，其物理状况、微生物活动更接近自然条件，且在土壤中的分布亦未被打乱，更有利于越冬休眠、萌发和长期保持活力有关［18～20］。双季稻田连续免耕后有利于休闲期杂草的生长，增加土壤有机质含量，但要注意因杂草生长过多，对水稻的栽插和产量有可能造成不利影响［21，22］。

不同栽培方式对冬闲期稻田杂草氮、磷、钾养分含量及其吸收量有显著影响。本研究表明“三定”栽培、免耕摆栽杂草养分含量及吸收量较高，这可能与双季稻生产中前氮后移，增加了冬闲期稻田土壤养分(0～5 cm土层速效养分)含量，促进杂草生长。本研究还表明，“三定”栽培杂草养分含量与免耕摆栽差异不显著，但其养分积累量却显著低于免耕摆栽，这可能与“三定”栽培水稻生产当季肥料利用率较高，土壤中氮残留量相对较少有关［16］。

与传统栽培相比，免耕摆栽和“三定”栽培显著提高了稻田休闲期杂草生物量及氮、磷、钾养分积累量。同时，次年杂草还田后经微生物分解，其吸收的养分又被重新释放，培肥了土壤地力，改善了土壤环境［15］，对南方双季稻田冬闲期土壤养分的生物保持和物质循环具有重要意义。

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