秸秆还田方式对水稻产量及养分吸收的影响

张磊++戴志刚++鲁明星++李小坤++任涛++丛日环

摘要：在湖北省京山縣、崇阳县开展秸秆还田方式对水稻（Oryza stativa L.）产量和养分吸收的影响试验，分析了不同秸秆还田方式（秸秆不还田、整秆覆盖还田、粉碎覆盖还田、整秆翻压还田与粉碎翻压还田）对水稻产量及养分吸收利用的影响。结果表明，2个试验点不同秸秆还田方式条件下稻谷产量分别为8 441～9 177 kg/hm2和13 125～13 910 kg/hm2。与对照（秸秆不还田）相比，京山县和崇阳县试验点秸秆还田可分别提高水稻产量3.85%～12.91%和1.51%～7.58%；其中秸秆粉碎翻压还田处理的稻谷的增产幅度在2个试验点均为最高，分别增产1 050和980 kg/hm2。秸秆还田也在一定程度上增加了水稻的养分积累量，秸秆翻压还田的水稻地上部养分累积量整体上高于秸秆覆盖还田。从经济收益角度来看，与对照相比，粉碎翻压还田在2个点平均增加收益分别为1 918元/hm2和1 932元/hm2。此外，几种秸秆还田方式对土壤钾素的亏缺均有较大的缓解作用。

关键词：秸秆还田方式；水稻（Oryza stativa L.）；产量；养分累积；养分表观平衡

中图分类号：S511；S147.5 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）01-0051-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.01.014

Effects of Straw Returning on Rice Yield and Nutrient Uptake

ZHANG Lei1，2，DAI Zhi-gang3，LU Ming-xing3，LI Xiao-kun1，2，REN Tao1，2，CONG Ri-huan1，2

（1.College of Resources and Environment，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China；

2.Key Laboratory of Arable Land Conservation （Middle and Lower Reaches of Yangtze River），Ministry of Agriculture，Wuhan 430070，China；

3.Soil and Fertilizer Station of Hubei Province，Wuhan 430070，China）

Abstract： Different straw returning methods（i.e.，no straw returning， mulching with whole straw，mulching with crushing straw， plough to the field with whole straw，and plough to the field with crushing straw） were taken to study straw returning effects on rice yield and nutrient uptake in the two counties（Jingshan and Chongyang，Hubei province）. The results showed that rice yield were 8 441～9 177 kg/hm2 and 13 125～13 970 kg/hm2 with straw returning in Jingshan and Chongyang， respectively. And compared with no straw returning control，yield increased rates of straw returning treatments were 3.85%～12.91% and 1.51%～7.58%，respectively. Treatment of plough to the field with crushing straw had the highest rice yield，with the yield increment of 1 050 kg/hm2 and 980 kg/hm2. The straw returning could increase the total nutrient accumulation of rice to some extent.Nutrient accumulation of rice were generally higher in the treatment with straw plough than the treatments with straw mulching.However，nutrient accumulation showed little difference between whole straw or crushing straw. For the economic profit，treatment of plough to the field with crushing straw averagely increased by 1 918 and 1 932 Yuan/hm2 compared with the control. In addition，soil potassium deficiency could be relieved with straw incorporation.

Key words： straw returning methods； rice（Oryza stativa L.）； yield； nutrient accumulation； nutrient apparent balance

湖北省是中国的粮食大省之一，为国家粮食安全做出了较大的贡献。然而随之相伴的是大量副产物秸秆。据测算，湖北省年产秸秆3 000多万吨，大量秸秆被付之一炬，严重污染空气，加重土壤板结，危及公共安全[1]，如何破解秸秆综合利用的坚冰是困扰农业生产的重要问题[2]。秸秆还田是提高秸秆利用最简单、有效的途径。秸秆还田不仅能为农田提供作物必需的养分，提高植株地上部养分吸收，固定碳、氮，维持和提高土壤肥力，改善土壤结构和理化性质，同时也减少了化学肥料的施用和秸秆焚烧造成的空气污染[3-7]，是化肥减量的重要技术措施之一。江汉平原地区进行秸秆还田能明显提高水稻（Oryza stativa L.）和小麦产量，尤其是与化肥配合施用可以明显提高作物产量[8]。前人对不同秸秆还田方式秸秆自身腐解特征、土壤养分、水热情况、土壤呼吸等方面均作了大量研究，有研究发现水稻常规栽培模式下秸秆翻压还田养分释放速率大于秸秆覆盖还田[9]。李继福[2]发现秸秆翻压还田方式显著降低了土壤容重，同时提高了土壤孔隙度和含水量。李炜等[10]发现秸秆行间掩埋与秸秆覆盖相比显著促进了土壤呼吸作用。苏伟[11]研究发现，秸秆粉碎还田在秸秆养分释放速率、增产潜力以及土壤相关养分含量均优于整秆还田。前人的研究焦点主要集中在单一的秸秆翻压与秸秆覆盖还田方式或者秸秆整秆与秸秆粉碎还田方式对作物产量及土壤养分影响方面，而关于这几种秸秆还田方式相互结合对作物产量及养分吸收的影响却鲜见报道。而且在目前实际生产中，秸秆还田还存在很多技术问题影响了秸秆还田效果与应用进程。本研究以湖北省水稻种植区几种不同轮作模式为研究背景，系统地研究了秸秆翻压还田与覆盖还田、整秆还田与粉碎还田对水稻产量及养分吸收利用的影响，以期能够进一步推进秸秆还田技术研究，为秸秆还田技术的优化和水稻的增产提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2013年分别在湖北省京山县（北纬30°56′02″，东经113°14′48″）、崇阳县（北纬29°16′33″，东经114°00′49″）试验点进行。其中，京山县试验点前茬作物为小麦，崇阳县试验点前茬作物为水稻。京山县、崇阳县当季还田秸秆分别使用小麦秸秆和水稻秸秆，其养分含量见表1。供试水稻品种为当地主推品种。供试肥料为尿素（含N 47%）、过磷酸钙（含P2O5 12%）、氯化钾（含K2O 60%）。

1.2 试验设计

试验共设5个处理，分别为：①秸秆不还田（CK）；②秸秆整秆覆盖还田（M+S）；③秸秆粉碎覆盖还田（M+CS）；④秸秆整秆翻压还田（P+S）；⑤秸秆粉碎翻压还田（P+CS）。所有处理均施用等量化肥，其中氮肥（纯氮）施用量为165 kg/hm2，基肥与穗肥比例为7∶3；磷、钾肥（纯养分）施用量分别为26和50 kg/hm2，均作为基肥一次性施用。秸秆还田量均为6 000 kg/hm2。粉碎还田处理的秸秆用粉碎机粉碎成10 cm左右的小段。对照处理的小区常规整地，秸秆翻压还田处理的小区整地前将秸秆均匀覆在小区表面，用翻耕机将秸秆翻压至土壤中。秸秆覆盖还田处理的小区在翻地后将秸秆均匀覆盖在小区表面。为保证试验的统一，各试验点在整地前将前茬秸秆全部移走，再按处理准确还田。

各处理设置3次重复，小区面积为50 m2。处理间用宽30 cm、高30 cm的土埂隔开，上覆盖薄膜，防止串水串肥。同时整个试验区外围用土埂围起，与保护行隔离，有独立的灌/排水沟，防止保护区肥水串进试验各小区。其他生产管理措施均采用当地常规管理方法。

1.3 样品采集及养分含量测定方法

土壤样品于前茬作物收获后基肥施用前采集，以整个田块为采样单元均匀布点15个，取0～20 cm耕作层土壤，实验室风干磨细后分别过0.90和0.15 mm筛供土壤理化性质测试分析用。土壤基本理化性质按常规法测定[12]，具体为pH按照水土比2.5∶1，电位法测定；有机质用外加热-重铬酸钾容量法测定；全氮用半微量凯氏定氮法测定，标准酸滴定；速效磷用0.5 mol/L的NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾用1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法测定。

水稻成熟期收获前在所有试验小区取植株样，每小区取6蔸水稻地上部植株，网袋悬挂风干脱粒后分别统计茎秆、子粒的生物量，各部分样品于60 ℃烘干后磨细过0.45 mm筛用于养分含量测定。采用H2SO4-H2O2联合消煮，流动注射分析仪（瑞典FIAstar5000）测定全氮和全磷含量，火焰光度法测定全钾含量[12]。

1.4 经济效益计算和数据统计分析

2013年湖北省稻谷政府最低收购价为2.7元/kg，秸秆覆盖在地表的人工成本为300元/hm2，秸秆粉碎成本为300元/hm2。各处理氮、磷、钾肥料投入量相同，只考虑秸秆的增产效应，肥料成本不做计算。本研究涉及的经济效益数据均根据以上价格进行计算。

养分平衡计算采用表观平衡法，即养分投入量与养分支出量的差值，正值表示盈余，负值表示亏缺。养分投入仅包括施肥和秸秆还田带入的养分，养分支出仅包括作物收获而带出的养分。

所有试验数据均采用Origin9.0和SPSS软件进行制图和统计分析，最小差异显著法（LSD）检验试验数据的差异显著性水平（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田方式对水稻稻谷产量和秸秆产量的影响

秸秆还田条件下通过氮肥调控可以提高水稻产量[13]。不同秸秆还田模式的水稻产量见图1。由图1可见，各试验点秸秆还田处理的稻谷和秸秆产量均高于对照。在京山县试验点中，与对照相比，4个秸秆还田处理M+S、M+CS、P+S、P+CS平均增产313、743、454、1 049 kg/hm2，平均增产率达到3.85%～12.91%；從秸秆还田方式上来看，与对照相比，除M+S处理与对照差异不显著外，其他处理与对照差异均达显著水平，其中P+CS处理产量（9 177 kg/hm2）高于其他处理（产量范围为8 127～8 871 kg/hm2）。崇阳县试验点水稻产量整体处于较高水平，对照处理水稻产量达到12 930 kg/hm2；4个处理中除M+S处理外，其他处理与对照相比差异显著。秸秆粉碎与否对稻谷产量的影响较小，但秸秆粉碎还田产量优于秸秆整秆还田；各秸秆还田处理产量范围为 13 125～13 910 kg/hm2。其中P+CS处理与CK、M+S、M+CS处理的产量达到显著水平。与对照相比，4种秸秆还田处理平均增产率达到1.51%～7.58%。2个试验点各处理秸秆生物量差异与稻谷产量有相似的规律。与对照相比，京山县试验点各秸秆还田处理秸秆生物量平均增加869～1 703 kg/hm2，增产率达到10.04%～19.67%；2个粉碎还田处理与对照相比达到显著水平，而各秸秆还田处理之间差异不显著。崇阳县试验点各秸秆还田处理秸秆生物量比对照平均增加507～1 390 kg/hm2，平均增产率分别为4.95%～13.57%；除M+S处理外，其他处理秸秆生物量与对照相比差异均达到显著水平。2个试验点产量整体表现出秸秆翻压还田方式优于秸秆覆盖还田方式，秸秆粉碎还田方式优于秸秆整秆还田方式的趋势。以上两地秸秆粉碎翻压还田方式对水稻增产效果最好。

2.2 秸秆还田方式对水稻各部位养分含量的影响

植株养分含量是评价水稻生长状况和营养品质的主要因素[14]。还田秸秆不仅含有大量的钾素，还有大量的有机氮和有机磷，进行秸秆还田也会影响水稻各部位氮、磷和钾养分含量[1]。从图2可以看出，京山县试验点各处理子粒氮含量为0.71%～0.78%，磷含量为0.16%～0.24%；崇阳县各处理子粒氮含量为0.93%～1.06%，磷含量为0.18%～0.23%。2个试验点子粒钾含量均表现出随着产量升高而降低的趋势，且均以P+CS处理钾含量最低，分别为0.21%和0.22%。京山县试验点各处理茎秆氮含量为0.49%～0.55%，磷含量为0.05%～0.06%，钾含量为2.45%～2.74%；崇阳县试验点各处理茎秆氮含量为0.53%～0.66%，磷含量为0.05%～0.10%，钾含量为2.01%～2.52%。总体来看，崇阳县试验点植株养分含量略高于京山县试验点。

2.3 秸秆还田方式对水稻地上部养分累积量的影响

水稻对氮磷钾的累积量关系到其生长发育状况和产量形成[15]。由表2可见，京山县试验点中，与对照相比，秸秆翻压还田的2个处理的氮、磷养分累积量的增加均达到显著水平，氮素累积量最高的是P+CS处理，达到126.22 kg/hm2，磷素累积量最高的是P+S处理，达到了28.98 kg/hm2；而各处理钾素累积量与对照相比差异不显著。崇阳试验点中，P+S处理的氮素累积量最高，为210.45 kg/hm2，与对照相比差异显著；而磷素累积量则以P+CS处理最高，平均为43.61 kg/hm2；钾素累积量最高的是M+CS处理，平均为328.40 kg/hm2。整体来看，秸秆还田对水稻地上部氮素吸收有一定的促进作用，对水稻地上部磷、钾素的吸收却有差异，在土壤速效磷、速效钾含量较低的地区对水稻磷、钾素吸收有一定的促进作用，而在土壤速效磷、速效钾含量较高的地区对水稻地上部磷、钾素吸收的促进作用不明显。

2.4 秸秆还田方式对水稻经济效益的影响

与对照相比，除M+S处理与对照收益相当外，其他处理均不同程度提高了水稻的经济效益（表3）。其中P+CS处理的产值在2个试验点增幅均最高，产值分别达到了24 777元/hm2和37 465元/hm2。不同秸秆还田方式的成本有较大差异，其中M+S由于用工支出较少因而成本相对较低，而其他还田方式由于用工支出增加导致总成本相应提高。扣除用工成本后2个试验点依然是P+CS处理的利润最高，比CK纯收益分别增加1 918元/hm2和1 932元/hm2。秸秆粉碎翻压可有效地利用上季作物遗留下来的大量秸秆，同时还可以加速秸秆的腐解，提高土壤中的养分含量，减少秸秆覆盖对作物苗期生长的影响，综合效益也最好。

2.5 秸秆还田方式对农田养分表观平衡的影响

不同秸秆还田方式条件下对京山县试验点和崇阳县试验点农田养分平衡的影响如表4所示。从表4可以看出，京山县试验点各处理的氮素和磷素均出现盈余，其中M+S处理的氮素和磷素盈余量最多，分别为74 kg/hm2和9 kg/hm2，与对照相比，氮素盈余量和磷素盈余量分别提高了15.6%、50.0%。各处理的钾素均出现一定程度的亏缺，但是4个秸秆还田处理与对照相比亏缺较少。崇阳县试验点的CK、P+S处理均出现氮素亏缺，分别亏缺29和12 kg/hm2，其他处理的氮素均达到盈余或者持平；而磷素的亏缺出现在CK和P+CS处理，分别亏缺5和6 kg/hm2，其他处理达到轻微盈余，崇阳试验点氮素和磷素整体养分平衡状况差异较小；各处理的钾素亏缺较大，其中CK处理的钾素亏缺最大，亏缺达218 kg/hm2。

3 结论

不同的秸秆还田方式会影响作物产量和养分吸收。本试验的结果表明，各秸秆还田处理增加水稻产量188～1 049 kg/hm2，秸秆翻压还田方式在增产效果上优于覆盖还田方式，粉碎还田方式增产效果优于整秆还田方式。同样的，秸秆翻压还田的水稻地上部养分累积量整体上高于秸秆覆盖还田。但是，整秆还田模式与粉碎还田模式对水稻各部分养分累积量的影响并未表现出显著的差异。从经济收益角度来看，两个试验点秸秆粉碎翻压还田处理分别比对照增加收益1 918和1 932元/hm2。此外，几种秸秆还田方式对于土壤钾素的亏缺均有较大地缓解作用。

致谢：试验布置和开展过程中受到了参与本次项目的京山县和崇阳县两地土壤肥料工作站工作人员的大力支持和帮助，在此表示感谢。

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