三熟制模式下冬季作物对早稻返青缓苗期植株生长的抑制作用
2019-12-14李天元梁和韦善清陈念平江立庚杜芳芳孔飞扬赵泉
李天元 梁和 韦善清 陈念平 江立庚 杜芳芳 孔飞扬 赵泉
摘 要 设置3种稻田三熟制模式与“冬闲+早稻+晚稻”模式对比，研究了冬季作物对早稻返青缓苗期植株生长的影响。结果表明：三熟制模式下水稻返青期推迟2～3 d、缓苗期推迟1～3 d，期间水稻株高、叶龄、叶绿素含量（SPAD）、根茎叶干物质下降;在移栽至缓苗期内，三熟制模式下水稻植株根冠比比对照的小;移栽至返青期，三熟制模式下水稻生长速率均比对照处理低，在返青至缓苗期表现则相反。本研究结果表明，三熟制模式下冬季作物明显抑制了早稻返青缓苗期植株生长，其抑制作用在水稻返青后变小。
关键词 稻田三熟制;水稻;返青;缓苗中图分类号 S511 文献标识码 A
Inhibitory Effect of Winter Crops on Growth of Early Rice at Returning Green Stage and Slow Seedling Stage under Triple Cropping System
LI Tianyuan1， LIANG He1， WEI Shanqing1， CHEN Nianping1， JIANG Ligeng1，2*， DU Fangfang1，KONG Feiyang1， ZHAO Quan1
1. Key Laboratory of Crop Cultivation and Farming Science， Guangxi University， Nanning， Guangxi 530000， China; 2. Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops， Hunan Agricultural University， Changsha， Hunan 410128， China
Abstract A field experiment was conducted to study the effects of winter crops on the growth of early rice at returning green stage and slow seedling stage by comparing three-cropping systems in rice field with the “winter fallow+Early rice+Late rice” system control. The returning green period and slow seedling stage of rice were prolonged about two to three days and one to three days， respectively. And the plant height， leaf age， chlorophyll content and dry matter of rhizome and leaves decreased during the two periods under the triple cropping system. The root-shoot ratio of rice under the triple cropping system was smaller than that of the control during the period from transplanting to slow seedling stage. The growth rate of rice under the triple cropping system was lower than that of the control during transplanting to returning green stage， while it was opposite during returning green stage to slow seedling stage. The conclusion is that winter crops significantly inhibits the plant growth of early rice under the triple cropping system at returning green stage and slow seedling stage， and the inhibiting effect becomes smaller after rice plants return to green.
Keywords triple cropping system; rice; returning green; slow seedling
DOI10.3969/j.issn.1000-2561.2019.10.018
多熟種植是指在一年内在同一块农田中种植2种或2种以上农作物的作物种植方式，一般包括复种和间混套作两部分内容。随着现代农业的发展，多熟种植已由单纯的农作物间的种植方式，向着农作物种植与多种生物间的种植方式（包括植物、动物和微生物）种养结合组成的复合多熟种植方向发展[1]。多熟制种植可以提高耕地的复种指数，充分利用土地和周年温光资源，缓解作物争地矛盾，增加土地作物产出种类和产量，具有良好的经济效益和社会生态效益[2]。多熟种植能提高经济效益与农产品品质，提升生态环境，减少生物灾害，改良农田土壤，保障粮食安全与社会稳定[3]。
稻田三熟制是多熟制种植制度的一种。稻田三熟制廣泛分布于中国南方稻区。其中“双季稻+冬季作物”的三熟制模式主要分布于长江中下游稻区和华南稻区[4]。稻田三熟制由于种植时间比二熟制多出一个季度，其周年增产效果更加显著。一般来说，三熟比两熟可增产30%～50%，有的可增产50%～80%，甚至更高[5]。
随着社会经济的发展和人口的增加，在建设用地和生态、环境保护等多种原因下，中国耕地面积在持续减少，特别是南方地区耕地面积减少得相对厉害[6]。黄国勤[7]指出，南方稻田耕地面积减少，特别是南方稻田其耕地面积中良田面积的减少远远高于北方。随着社会的发展，南方稻田出现了许多不利于农业可持续发展的问题：复种指数下降，熟制降低，三熟制变为二熟制， 或二熟制变为一熟制;冬季农业薄弱，一是冬闲田面积大，南方冬季稻田中，只有约1/3真正得到利用，其余60%～70%均为撂荒、休闲;长期复种连作，三熟制复种形式单一，长期以“绿肥+双季稻”为主，土壤板结，土壤“缺素”，有毒有害物质积累，农田病、虫、草危害逐年严重;养地环节、措施、次数和强度都在减弱，不利于南方稻田耕作的可持续发展。丁明军等[8]研究发现，中国耕地复种指数从南到北逐渐增加，其中种植制度上43.48%的耕地实行一年一熟，56.39%的耕地实行一年两熟，仅有0.13%的耕地实行一年三熟。南方地区安徽中部，四川的成都平原，江西的鄱阳湖平原，湖南的北部和南部以及广西的中部复种指数显著降低。
水稻返青期是指水稻移栽至水稻开始返青的时间段，一般有5～7 d时间，这段时间内水稻植株一般都会由青转黄，然后再由黄转绿。秧苗素质、水、肥、天气均是影响返青期的关键因素。返青期的长短影响到水稻整个生长时期的时间，甚至影响水稻的产量[9-10]。水稻缓苗期是指水稻移栽至水稻开始发生分蘖的时间段。可见，水稻返青缓苗期是水稻移栽后开始逐渐适应环境并转而开始正常生长发育的开始时期，期间水稻生长的差异对以后水稻的生长和最后产量的影响不容忽视。
“双季稻+冬种作物”的稻田三熟制模式充分利用各作物不同的光温习性，有效安排耕作制度，使稻田能够尽可能地高效利用周年的温、光和空间资源，解决作物之间的争地矛盾。冬种作物之后，冬季作物的秸秆还田，深刻改变以后稻田土壤的理化性状，对后面两季水稻的生长产生重大的影响。李小波等[11]研究发现，在冬种马铃薯收获后的田块种植早、晚双季稻，当施肥量比农民习惯施肥量减少20%时，不会降低水稻产量、品质和种植效益及肥料利用率。
因此，研究冬季作物还田之后，不同稻田三熟制模式早稻移栽之后水稻返青、缓苗期的生长特点，对把握不同三熟制模式早、晚季水稻后续生育时期水稻生长规律和周年温光利用的情况具有重要的意义。
1 材料与方法
1.1材料
本试验为2015年开始的定点试验，地点位于广西大学农学院校内试验田，本研究涉及的时间段为2017年早季水稻。试验田土壤理化性状如下：pH 5.64，有机质37.1 g/kg，速效氮156.73 mg/kg，有效磷112.54 mg/kg，速效钾79.42 mg/kg。
冬种绿肥品种是“余江大叶”，油菜品种是“F13-2”，马铃薯品种是“荷兰薯15号”。早、晚季水稻品种是“桂两优二号”。
1.2方法
1.2.1 试验设计 试验共4个处理：冬闲+早稻+晚稻（对照），绿肥+早稻+晚稻，油菜+早稻+晚稻，马铃薯+早稻+晚稻。随机区组试验设计，3次重复。
于2015年冬季进行第一次冬季作物种植，2016年11月12日进行第二次冬季作物的播种，并于2017年2月收获和翻压冬种作物。其中，绿肥全部翻压还田，油菜于开花期翻压还田，马铃薯在收获块茎后将茎秆和覆盖稻草全部翻压还田。翻压还田后放水腐熟秸秆一个月以上，然后耕耙稻田和移栽早季水稻。3月10日播种早稻，4月10日移栽。移栽株距10 cm、行距30 cm，1穴1苗。
早稻施肥方案是：270 kg N/hm2，按基肥∶分蘖肥∶穗肥=5∶3∶2施用;135 kg P2O5/hm2，全部做基肥;180 kg K2O/hm2，按基肥∶穗肥=5∶5施用。
1.2.2 调查内容与方法 返青期：指水稻移栽至返青的天数。移栽后每天早上到田间随机观察10穴，植株心叶叶尖有吐水现象的即为返青。
缓苗期：指水稻移栽至开始发生分蘖的天数。每小区定点20穴、移栽后每3 d调查一次分蘖发生情况。
株高：每小区定点20穴，用直尺直接测量植株基部至最顶部叶片叶尖的高度。移栽后每2 d调查一次，直到所有处理水稻开始分蘖。
叶龄：每小区定点10穴，移栽后每3 d调查一次。
叶片SPAD值：SPAD值是指通过叶绿素仪测定得到的叶片叶绿素的相对含量值。移栽后每2 d调查一次，每次随机取样8穴，取全部叶片用叶绿素仪（SPAD-502Plus）测量叶片中部SPAD值。干物质重：移栽后每2 d调查一次，每次随机取样8穴，将根和茎叶分开、装袋、烘干至恒重后称重。干物质增长速率为前后二次调查干物质差值与时间的比值。
1.3 数据处理
利用Excel 2010软件和SPSS软件进行数据处理。
2 结果与分析
2.1三熟制模式对早稻返青、缓苗期的影响
由表1可知，冬季作物使第二年早稻的返青期和缓苗期推迟。其中，“绿肥+早稻+晚稻”模式下早稻返青期推迟了2 d，缓苗期推迟了1 d;“油菜+早稻+晚稻”模式下早稻返青期推迟了2 d，缓苗期推迟了2 d;“马铃薯+早稻+晚稻”模式下早稻返青期推迟了3 d，缓苗期推迟了3 d。
2.2三熟制模式对早稻返青缓苗期植株生长的影响
从图1可知，冬种作物处理水稻返青缓苗期株高、叶龄、叶片SPAD、根系干重、茎叶干重和植株干重总体上表现为：“冬闲+早稻+晚稻”>“绿肥+早稻+晚稻”>“油菜+早稻+晚稻”>“马铃薯+早稻+晚稻”。其中，“马铃薯+早稻+晚稻” 处理水稻在移栽之后的第4天叶片SPAD值比移栽时的还小;“冬闲+早稻+晚稻”的根系干重明显大于其他处理。
2.3三熟制模式对早稻植株根冠比的影响
从图2可知，三熟制模式早稻的根冠比比对照的小，说明稻田三熟制模式下冬季作物秸秆还田抑制了早稻根系的生长。
2.4三熟制模式对早稻返青期前、后水稻生长速率的影响
从图3可知，冬季作物对株高增长速率、根系干重积累速率、茎叶干重积累速率和植株干重积累速率的影响在返青期前、后的表现相反。在移栽至返青期，所有冬季作物处理水稻株高增长速率、根系干重积累速率、茎叶干重积累速率和植株干重积累速率小于对照（冬闲处理）;相反，在返青至缓苗期，所有冬季作物处理水稻株高增长速率、根系干重积累速率、茎叶干重积累速率和植株干重积累速率大于对照（冬闲处理）。
3 讨论
3.1三熟制模式下冬季作物對早稻返青缓苗期具有抑制作用
本研究发现，冬季作物还田推迟早稻返青期和缓苗期，且随着还田作物的生物量的增加，其抑制作用的强度也随着增大。“马铃薯+早稻+晚稻”处理还田生物量最大，其抑制作用也最明显。刘祥臣等[12]研究也发现，随着紫云英翻压量增加，水稻返青期植株成苗率、百株鲜重、叶龄、分蘖、株高等各项指标均呈降低趋势。
研究还发现，冬季作物还田抑制水稻的生长在返青期后慢慢减弱。这和前人的研究结果基本一致。韦叶娜等[13]研究发现，油菜秸秆还田条件下水稻根系及分蘖于移栽后19 d快速生长。王红妮等[14]研究发现，油菜秸秆还田条件下水稻移栽27 d后还田抑制影响显著降低。
冬季作物秸秆还田对根系生长的抑制作用比地上部更明显。研究表明，在早稻返青缓苗期，三熟制模式下水稻根冠比普遍变小。前人研究表明，油菜秸秆还田条件下水稻根系总量和根系活力显著降低[13-14]。杜康等[15]研究发现，小麦秸秆还田条件下，水稻幼苗根系活力显著下降。徐国伟等[16]研究发现，随着秸秆还田量的增加，直播稻苗期生长发育速度及根系活性随之降低。
3.2三熟制模式下冬季作物抑制早稻返青缓苗期植株生长的原因
冬种作物还田对早稻返青缓苗期植株生长的抑制作用可能与作物秸秆还田后产生的有机酸和土壤有效氮、有效磷含量下降有关。稻草还田短期内土壤有机酸积累明显增加，显著降低了土壤pH和氧化还原电位（Eh），抑制了水稻根系生长，进而抑制了水稻分蘖的发生、降低了水稻叶片SPAD值和光合速率[17-19]。郝建华等[20]研究发现，麦秸还田处理降低了土壤pH和氧化还原电位（Eh），导致拔节前水稻茎蘖数、叶面积指数和干物质积累量变小。
由于作物秸秆的C/N和C/P大于微生物分解有机体的最佳值，因此秸秆分解过程中微生物需要从土壤中吸收有效氮和有效磷，导致了土壤中有效氮和有效磷减少[21-25]。因此土壤中可供作物利用的有效氮和有效磷相对不足，水稻生长缓慢。
3.3施用化学肥料和干湿交替水分管理可以减轻冬季作物秸秆还田对水稻生长的抑制作用
施用化学肥料一方面提高了土壤溶液中有效氮的水平，缓解秸秆腐解过程中微生物与作物争夺氮、磷的矛盾;另一方面有利于减少有机酸积累，降低有机酸的毒害程度[18， 26]。闫超[27]研究表明，在基肥和追肥时增施一定量的氮肥和磷肥，能使土壤溶液中速效氮和速效磷的含量达到秸秆不还田处理的水平。在秸秆还田条件下配合施用基蘖氮肥，可以明显改善水稻的前期生长，有助于提高水稻幼苗根系活力、叶片SPAD值和光合速率，促进水稻幼苗生长、干物质积累以及矿质营养元素的吸收[15， 17]。
干湿交替的水分管理，可降低秸秆还田土壤中的有机酸含量，缓解秸秆还田对水稻生长的抑制作用。彭娜等[19]研究还表明，在干湿交替的水分管理下，乙酸的积累量降低。张武益等[28]研究发现，干湿交替灌溉能够有效缓解秸秆还田条件下土壤pH降低、还原性有毒物质累积的负面影响。张凤翔等[29]研究发现，轻度降低土壤水分、增加施氮量能促进水稻根系快速生长。杜康[30]研究发现，与淹水处理相比，露田处理水稻幼苗的生长抑制作用可以得到一定程度的缓解。
4 结论
稻田三熟制模式冬季作物还田对早稻返青期、缓苗期水稻生长有明显的抑制作用，表现在早稻返青、缓苗慢，返青期、缓苗期推迟，水稻株高、叶龄、叶片SPAD值和干物质积累都变小。而且随着还田作物生物量的增加抑制作用递增。抑制作用是首先抑制水稻根系生长，进而影响水稻植株生长。抑制作用随着冬季作物还田时间的推进、水稻生育时期的进行而慢慢减弱。
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