连续翻耕秸秆粉碎还田土壤物理性状及水稻产量

2017-09-03孙国峰陈留根刘红江张岳芳盛婧郑建初

中国稻米 2017年4期

孙国峰陈留根，2*刘红江张岳芳盛婧郑建初

（1江苏省农业科学院循环农业研究中心，南京210014；2江苏省现代作物生产协同创新中心，南京210095；第一作者：sgf515@163.com；*通讯作者：chenliugen@sina.com）

孙国峰1陈留根1，2*刘红江1张岳芳1盛婧1郑建初1

通过连续5年田间定位试验，研究了翻耕秸秆粉碎还田对稻麦两熟农田土壤物理性状、水稻产量及其构成因素的影响。结果表明，水稻收获时，翻耕秸秆粉碎还田处理能够有效降低耕层土壤容重、紧实度和土壤中固相部分所占比例，增加耕层土壤毛管孔隙度和土壤中气相部分所占比例。就水稻产量而言，翻耕秸秆粉碎还田处理较秸秆不还田处理有不同程度的提高，5年平均增产428 kg/hm2，增幅为4.50%，主要是通过增加有效穗数和穗粒数来提高水稻产量。总之，本试验条件下，翻耕秸秆粉碎还田措施有利于改善耕层土壤物理结构，提高水稻产量。

稻麦轮作；容重；紧实度；毛管孔隙度；三相比；水稻产量

农作物秸秆是地球上第一大可再生资源。我国作物秸秆资源相当丰富，2005年全国作物秸秆总量就已经达到8.42亿t，并随着农业综合生产能力的提高而呈不断增长之势[1]。其中，稻麦秸秆产生量达3.5亿t以上，约占世界稻麦秸秆总量的37%[2]。秸秆中含有大量碳、氮、磷、钾以及多种微量营养元素，合理还田是秸秆处理的重要途径，既可避免秸秆焚烧带来的环境污染风险，还可改善土壤肥力[3]、增加作物产量[4-5]，对促进现代可持续农业和循环农业发展具有重要作用。目前，秸秆还田是江苏稻麦两熟农田大力推广的农业技术措施。关于稻麦秸秆还田研究多集中在耕作方式、秸秆还田量、土壤肥力、有机碳、酶活性与产量[3-8]，以及温室气体排放[9-11]等方面。而系统研究连续多年翻耕秸秆粉碎还田对稻麦两熟制农田土壤物理性状影响的报道较少。为此，本试验以稻麦两熟制农田为研究对象，旨在探讨翻耕秸秆粉碎还田对耕层土壤物理性状、水稻产量及其构成因素的影响，为稻麦两熟制农田秸秆还田技术推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2010年11月至2015年10月，在江苏省农业科学院六合试验基地（32°29′N，118°36′E，海拔18 m）进行。该区属北亚热带季风湿润气候区，气候温和、四季分明，年平均温度15.3℃，年平均降雨量970 mm，年日照时数2 200 h，年平均无霜期215 d。该区主要为稻麦两熟制。

试验田土壤类型属黄棕壤发育的马肝土，耕层土壤质地为重壤土。试验前耕层（0～20 cm）土壤容重1.38 g/cm3，有机质12.1 g/kg，全氮0.91 g/kg，全磷0.55 g/kg，速效钾105.6 mg/kg，pH值6.4（水土比2.5∶1）。

1.2 试验设计

采用随机区组设计，连续5年均设置3个处理：①不施肥（CK）；②翻耕秸秆不还田（MP，田间作业顺序如下：水稻收获→清除稻草→撒施基肥→翻耕→旋耕→条播小麦→撒施追肥→小麦收获→清除麦秸→翻耕→灌水泡田→撒施基肥→耙田→人工插秧→撒施分蘖肥→搁田→撒施穗肥→水稻收获）；③翻耕秸秆粉碎还田（MPS，田间作业顺序如下：水稻收获→稻草粉碎还田→撒施基肥→翻耕→旋耕→条播小麦→撒施追肥→小麦收获→麦秸粉碎还田→翻耕→灌水泡田→撒施基肥→耙田→人工插秧→撒施分蘖肥→搁田→撒施穗肥→水稻收获）。各处理3次重复，小区面积4 m×5 m。以宁麦16和南粳44为供试材料。耕作方式为周年翻耕，耕深18～20 cm。施肥量：麦季施纯N 225 kg/hm2，稻季施纯N 300 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O为1∶0.5∶0.5。麦季氮肥基肥、穗肥比例为6∶4，磷钾肥于耕作前作基肥一次性撒施；稻季氮肥基肥、分蘖肥、穗肥比例为4∶2∶4，磷肥于耕作前作基肥一次性撒施，钾肥作基肥和穗肥2次施用（各为50%）。其他田间管理措施同一般高产大田。

图1 翻耕秸秆粉碎还田对土壤容重的影响

图2 翻耕秸秆粉碎还田对土壤紧实度的影响

1.3 样品采集与分析

土壤容重：采用环刀法，即用体积为100 cm3（高5 cm，直径5.04 cm）的环刀，在2015年水稻收获时，采集0～10 cm和10～20 cm原状土样，重复3次，密封带回实验室，先擦净环刀外的泥土，然后烘干（105℃±2℃，24 h），在密闭烘箱中冷却后称重（M1），最后洗去环刀内壁土壤，晾干后称重（M0）。土壤容重Pb（g/cm3）=（M1-M0）/V。

土壤毛管孔隙度：采用测定土壤毛管水方法。

土壤紧实度：在2015年水稻收获时，采用SC900土壤紧实度仪进行现场测定。

水稻产量及其构成因素：各处理分别收割3 m2的水稻，重复3次，测定实际产量；每小区选择1 m2调查单位面积穗数、穗粒数、千粒重，用来测定水稻的理论产量。

图3 翻耕秸秆粉碎还田对土壤毛管孔隙度的影响

图4 翻耕秸秆粉碎还田对土壤固液气三相比的影响

1.4 数据分析

采用Excell 2016和SPSS17.0软件进行数据处理，处理间多重比较采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 翻耕秸秆粉碎还田对土壤物理性状的影响

如图1和图2所示，翻耕条件下，秸秆粉碎还田能够有效降低耕层土壤容重和紧实度。即翻耕秸秆粉碎还田处理0～10 cm和10～20 cm土壤容重较翻耕秸秆不还田处理分别降低了2.3%和6.3%；而翻耕秸秆粉碎还田处理0～15 cm土壤紧实度均有不同程度的下降，降低幅度达35～259 Pa，占5.1%～32.3%。如图3所示，翻耕条件下，秸秆粉碎还田能够有效增加耕层土壤毛管孔隙度，尤其10～20 cm土壤毛管孔隙度提高幅度较大，达6.4%。如图4所示，翻耕条件下，秸秆粉碎还田主要降低了耕层土壤中固相部分所占比例，其中0～10 cm和10～20 cm土壤中分别减少了1.1%和3.1%；提高了耕层土壤中气相部分所占比例，其中0～10 cm和10～20 cm分别增加了1.2%和2.9%；而秸秆粉碎还田对耕层土壤中液相部分所占比例的影响相对较小。综上所述，翻耕条件下，秸秆粉碎还田措施有利于改善耕层土壤物理结构。

表1 翻耕秸秆粉碎还田对水稻产量的影响（kg/hm）2

表2 2015年水稻理论产量及其构成因素

2.2 翻耕秸秆粉碎还田对水稻产量及其构成因素的影响

从表1可见，2011-2015年翻耕秸秆粉碎还田处理平均产量达9 955 kg/hm2，较翻耕秸秆不还田处理增加了428 kg/hm2，显著高于不施肥处理，增加了5 756 kg/hm2。除2012年外，翻耕秸秆粉碎还田处理水稻产量较秸秆不还田处理均有不同程度的提高，增产93～1 153 kg/hm2，增幅为0.81%～15.9%。综上所述，翻耕条件下，秸秆粉碎还田有利于提高水稻产量。

如表2所示，在翻耕条件下，秸秆粉碎还田处理水稻理论产量较秸秆不还田处理提高了8.8%；翻耕秸秆粉碎还田较秸秆不还田处理显著增加了有效穗数和空壳率，显著降低了千粒重，而穗粒数也有所增加，但未达到显著水平。可见，翻耕秸秆粉碎还田处理主要是通过增加有效穗数和穗粒数来提高水稻理论产量。

3 结论

本试验结果表明，在翻耕条件下，秸秆粉碎还田处理能够有效降低耕层土壤容重、紧实度和土壤中固相部分所占比例，增加耕层土壤毛管孔隙度和土壤中气相部分所占比例，改善耕层土壤物理结构。就水稻产量而言，翻耕秸秆粉碎还田较秸秆不还田处理有不同程度的提高，5年平均增产428 kg/hm2，增幅为4.50%，主要是通过增加有效穗数和穗粒数来提高产量。

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Effects of Consecutive Moldboard Plowing with Straw Chopping and Returning to Field on Soil Physical Properties and Yield of Rice

SUN Guofeng1,CHEN Liugen1,2*,LIU Hongjiang1,ZHANG Yuefang1,SHENG Jing1,ZHENG Jianchu1
（1Circular Agriculture Research Center,Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Nanjing 210014,China;2Jiangsu Collaborative Innovation Center for Modern Crop Production,Nanjing 210095,China;1st author:sgf515@163.com;*Corresponding author:chenliugen@sina.com）

Field experiments for five consecutive years were conducted to investigate the effects of moldboard plowing with straw chopping and returning to field on soil physical properties,grain yield and its component factors in the rice-wheat rotation system.The results showed that moldboard plowing with straw returning（MPS）could reduce the soil bulk density,compactness and the proportion of solid phase,and which could increase soil capillary porosity and the proportion of liquid phase in the arable soil layer compared with moldboard plowing without straw（MP）at rice harvest.Moreover，the average rice yield of five years test of MPS treatment was increased by 428 kg/hm2compared with MP treatment.The increase of yield was due to the increase of effective spike number per plant and grain number per spike.In all,under this experimental condition,the moldboard plowing with straw returning improved soil physical structure of arable layer,and increased rice yield.

rice-wheat rotation;bulk density;compactness;capillary porosity;three-phase ratio;grain yield

S152.5；S157.4；S511

1006-8082（2017）04-0099-04

2017－06－25

农业部公益性行业（农业）科研专项（201503118-07）