有机、绿色与常规栽培对水稻产量、品质及土壤肥力的影响

刘 洋，张玉烛，柏连阳，李巳夫，方宝华，朱国奇

（1.湖南省水稻研究所，湖南 长沙 410125；2.湖南杂交水稻研究中心，湖南 长沙410125；3.湖南省农业科学院，湖南 长沙 410125；4.湖南省植物保护研究所，湖南 长沙 410125）

有机栽培模式是基于一定的有机农业生产标准，不使用化学合成的农药、化肥、生长调节剂等物质，遵循自然规律采用可持续发展的农业技术以维持稳定的农业生产体系的农业生产方式。绿色栽培模式以农业措施为主，通过选择抗病品种，非化学种子处理，培育壮苗，利用灯光、色彩、天敌诱杀害虫，机械和人工除草等措施，在特殊情况下，需要农药时也应选用中等毒性植物农药、动物源农药和微生物农药的一种栽培方式。在有机和绿色栽培模式发展迅速的同时，大家对“有机和绿色食品品质是否更好，采用这些栽培方式是否能改良土壤、提高土壤肥力”表示了浓厚的兴趣。以罗代尔研究所为代表的许多研究机构已经进行了一系列长期的定位试验，取得了较多成果[1-4]。国内也有周泽江等[5]、杨东鹏[6]、陆东等[7]率先进行了相关研究。但总的来说，我国有机、绿色和传统栽培模式的对比研究尚处于起步阶段，尤其是田间试验数据严重不足。国外的研究也集中在旱地作物如小麦[8]，大豆[1]，玉米[9]，番茄[2]和马铃薯[10]等品种上。笔者的研究目的是通过田间试验，对比分析有机、绿色和常规栽培对水稻产量、品质和土壤肥力的影响，为科学合理地评估水稻不同栽培方式的经济和生态环境效益提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点及材料

试验在湖南省长沙县果园镇新明村肖家坳进行，试验地是典型的双季稻区，该地区从2008～2013年通过土地流转连续定点种植有机水稻6.7 hm2、绿色水稻20 hm2，常规水稻为周边农户耕种。供试地土壤为浅红黄泥，土壤肥力均匀，田面耕耙平整，早稻品种选用湘早籼45号，晚稻品种选用玉针香。供试有机肥为通过有机认证的商品有机肥，有机质含量为46%，总养分（N+P2O5+K2O）为6.4%，pH值为7.0。

1.2 田间试验设计

采取田间定位试验，设计了4个处理，分别为4 a有机、2 a有机、绿色和常规栽培，每个处理重复4次，每个小区实际栽培面积为667 m2。

有机栽培施用商品有机肥，施用量为500 kg/667m2，不使用化学合成的农药、化肥、生长调节剂等；病虫草害防治方面：依靠栽培措施控制水稻纹枯病、利用赤眼蜂防治螟虫、通过稻田养蛙防治稻飞虱、使用幼虫灯诱杀飞蛾、人工除草。绿色栽培施用复合肥做基肥，30 kg/667m2，追肥分别为尿素（7.5 kg/667m2）和钾肥（5 kg/667m2），病虫草害防治大体跟有机栽培一致，使用了一些生物制剂如井冈霉素、稻瘟净等。常规栽培根据当地生产习惯使用化肥和化学农药。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 理论产量测定 水稻成熟后，每小区量取21行，测量行距；量取21株，测定株距，计算单位面积（1 m2）穴数；按顺序选取20穴，计算每穴穗数，推算单位面积（667 m2）有效穗数；每小区对角线5点取样，每点2株水稻，编号后用尼龙网袋带回室内，自然晾干后考种，分别测定其每株有效穗数、穗粒数、结实率和千粒重。理论产量（kg）=有效穗（穗/667m2）×穗粒数（粒）×结实率（%）×千粒重（g）×10-6×85%。

1.3.2 土壤测定项目与方法 根据文献[11-12]，速效氮、速效钾、速效磷、有机质和pH值分别采用碱解扩散法、乙酸铵浸提火焰光度法、碳酸氢钠浸提法、重铬酸钾容量法—外加热法和电位法测定。

1.3.3 稻米农残及氨基酸检测 各分析样品用四分法分样，每个处理称取50 g种子，用73-2型稻谷出糙机去壳，选取正常成熟及米皮完整的糙米，在40℃烘箱中烘48 h，使其水分含量基本一致，用高速粉碎机粉碎后过60目筛，分品种装人小磨口瓶中，存放在有硅胶的干燥器中密封保存，以便后续的氨基酸及农残测定，氨基酸和农残测定由湖南省食品测试分析中心完成。

1.4 数据分析

采用Excel 2003和DPS 7.05软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同栽培模式对水稻理论产量的影响

水稻产量受有效穗数、穗粒数、结实率、千粒重等因素影响。从表1可以看出，有效穗方面，早稻和晚稻都是4 a有机栽培最低，分别为18.20万和19.6万穗，其中4 a有机栽培早稻有效穗比常规栽培减少13.7%，晚稻有效穗比常规栽培减少11.3%；穗粒数方面，4 a有机、2 a有机和绿色栽培的早稻和晚稻分别比常规栽培多9.70%、2.61%、7.82%和6.37%、2.19%、4.49%；结实率方面，4 a有机栽培早稻的结实率最高（78.70%），以绿色栽培的最低（72.90%），而晚稻结实率以常规栽培的最高（70.90%），以绿色栽培最低（仅62.90%）；千粒重方面，4个处理间差异不大；理论产量方面，早稻产量以2 a有机栽培最低、绿色栽培次之，4 a有机栽培的产量与常规栽培水平相近，其中4 a有机、2 a有机和绿色栽培的产量分别比常规栽培低3.00%、8.02%和7.49%；晚稻产量以2 a有机栽培最低、4 a有机栽培略低于绿色栽培，常规栽培理论产量最高，4 a有机、2 a有机和绿色栽培的产量分别比常规栽培低4.45%、9.07%、3.34%。

2.2 不同栽培模式对稻田土壤理化性质的影响

表1 4种栽培模式下水稻产量构成因素及理论产量的比较

土壤速效氮、速效磷、速效钾含量反映当季作物可利用的氮磷钾含量。由表2可知，有机栽培模式比常规和绿色栽培模式的速效氮、磷、钾含量均高，其中年份越长的有机栽培土壤中速效氮、磷、钾的含量越高，其中4 a有机栽培的速效氮、速效磷和速效钾含量分别比常规栽培高出37.2、3.27和23.00 mg/kg。长期施用有机肥后，各处理土壤有机质变化幅度有差异，4 a有机和2 a有机栽培的土壤有机质含量均高于绿色和常规栽培，其中4 a有机栽培有机质含量最高，比常规栽培高出0.57%。4 a有机栽培土壤pH值7.0呈中性，其他3个处理土壤pH值均偏酸性且差异不大。

表2 4种栽培模式下土壤理化性质的比较

2.3 不同栽培模式对稻米氨基酸含量的影响

如图1所示，4中栽培模式下出产的稻米必需氨基酸和非必需氨基酸种类基本齐全，其氨基酸总量分别以常规栽培最高，为7.72 g/100g，以2 a有机栽培最低，为6.52 g/100g，相差1.20 g/100g。4 a有机、2 a有机、绿色和常规栽培的稻米中必需氨基酸分别占总氨基酸的35.66%、35.89%、35.82%和35.36%，差异较小。从稻米的氨基酸组成来看，含量较高的氨基酸有谷氨酸（Glu）、天冬氨酸（Asp）、亮氨酸（Leu）和精氨酸（Arg），含量较低的是半胱氨酸（Cys）。这个结果与目前稻米中氮基酸含量分析结果基本一致，且每种氨基酸含量均以4 a有机和常规栽培＞2 a有机和绿色栽培。从以上数据来看，不同栽培模式对必需氨基酸占比含量影响较小，对总氨基酸含量有一定影响，4种栽培模式生产的稻米氨基酸含量由高到低排列依次为常规栽培＞4 a有机＞绿色栽培＞2 a有机，其中4 a有机和常规栽培的差异较小。

图1 4种栽培模式下稻米氨基酸含量的比较

3 结论与讨论

选用了3种不同的栽培模式，主要是有机、绿色和常规栽培，其中有机栽培按年份分成了4 a有机和2 a有机，共4个处理进行试验，主要讨论了不同栽培模式对水稻产量、土壤养分和稻米氨基酸含量的影响。结果表明，不论是在早稻还是晚稻，4 a有机栽培模式的产量均高于2 a有机栽培模式，而早稻产量4 a有机栽培与常规栽培的相近，但从整体来看，有机和绿色栽培的产量与常规栽培之间还存在差距。有机种植产量的下降是制约有机农业发展的重要因素，应加强相关机理的研究，找出产量受限因素，为提高有机农作物产量提供理论依据，特别是从土壤养分供应和有害生物防治的有效性方面深入开展有关研究。

试验结果显示，有机栽培能够显著提高土壤肥力，为植物提供更良好的生长环境，4中栽培模式下土壤养分含量从高到低排列依次为4 a有机栽培＞2 a有机栽培＞绿色栽培＞常规栽培，这与大多数的研究结果一致。4种栽培方式下的土壤pH值，基本处于水稻的适生范围内，其中4 a有机栽培下土壤的pH值为中性，其他3个处理呈酸性。有研究表明，长期偏施氨态氮肥容易导致土壤酸化[13-14]，该研究的结果也支持这种观点，其中2 a有机栽培由于施用有机肥年份较短土壤中可能残存了一些氨态氮肥，因此土壤pH值仍呈酸性。由此可见，施肥是导致不同栽培方式土壤pH值变化的主要原因，有机栽培通过施用有机肥维持了良好的土壤酸碱度，避免了土壤酸化。

研究还比较了不同栽培模式下稻米氨基酸含量的差异，结果显示，不同栽培模式对于稻米氨基酸含量的影响不显著，4 a有机和常规栽培的稻米氨基酸总含量趋同，几种栽培模式之间必需氨基酸占总氨基酸百分含量的差异较小。但是，该试验只研究了4 a之内的有机栽培情况，对于多年有机栽培是否对稻米氨基酸含量有影响尚需进一步定点跟踪研究。

该试验还检测了湖南省常用的10种农药（氯虫苯甲酰胺、克百威、吡虫啉、多菌灵、苯醚甲环唑、阿维菌素、速灭威、敌敌畏、甲胺磷和氯氰菊酯）在稻米中的残留量，结论是均未检测出农药残留。从食用角度出发，研究着重分析了稻米中的农药残留，结合相关文献了解到由于去壳糙米中农药残留比稻壳和稻秆要低很多[15]，因此未检出农药残留也在情理之中。但农药残留很可能富集在植株的叶片和根部还有土壤环境中，有可能导致土壤微生物多样性下降、非靶标昆虫和水生生物受影响以及有害生物的抗药性上升等一系列问题。

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