秸秆还田对水稻产量及土壤理化性质的影响

廖荣华，吴文科，曾文进，关 心，胡文武

(1.湖南农业大学机电工程学院，湖南 长沙 410128；2.湖南省农机事务中心，湖南 长沙 410015)

秸秆还田是一种将不适宜直接作饲料的秸秆(玉米秸秆、水稻秸秆等)直接或堆积腐熟后施入土壤中的方法[1]。 研究证实，农作物秸秆中富含大量的氮、磷、钾和中微量元素，是有机碳源的重要来源之一[2]，将秸秆直接还田有利于农业可再生资源的利用和农田土壤改良等。大量实验证实，秸秆还田能够改善土壤的理化性质，提高土壤肥力，有利于农作物发育，对农作物多产有积极影响[3-4]。秸秆还田有利于提高氮素的有效性，调节田面水和渗透水的氮磷浓度，提高肥料的利用率[5-6]。但有研究认为，秸秆还田会对土壤环境造成一定的不良影响，如土壤还原性物质含量显著增加，土壤中氧含量显著降低等，对水稻产生毒害作用，从而影响了水稻在返青期的生长[7]。 也有研究表明覆盖还田会产生低温效应，造成作物生育期的延迟，而且这种低温效应与覆盖还田的秸秆量正相关[8]。因此，如何优化作物秸秆利用方式，缓解秸秆还田对作物生长和生态环境的负面影响，对保障我国粮食安全和提高土壤质量具有重要意义[9]。

双季稻种植模式是中国南方稻区重要的农业生产模式，因此秸秆资源丰富且相对集中。然而，针对南方双季稻区秸秆还田的最佳比例目前并不明确。为此，本课题组通过双季稻同一耕作方式条件下设置不同还田比重，旨在研究不同秸秆还田量对水稻生长发育、产量及对土壤理化性质的影响，为实现南方双季稻区秸秆合理利用、水稻高产和提高农田土壤质量提供科学依据。

1 材料与试验方法

1.1 试供材料

试供土壤采集于湖南省娄底涟源市龙塘镇云河新村张家组，总面积约 10亩。试供秸秆为南方双季稻(早稻品种为T优15，晚稻为玉针香)，试供作物为南方双季稻。

1.2 技术方案

长期施肥试验中对晚稻进行秸秆还田处理，共设置五组试验，分别为全量还田，3/4量还田，1/2量还田，1/4量还田，无还田(CK)。晚稻成熟收获期进行土壤采集，每丘田采取五点取样法取样，即从田块四角的两条对角线的交驻点，以及交驻点到四个角的中间点五点进行取样。采用重铬酸钾氧化法测定土壤有机质含量；pH值的测量采用复合电极法；采用硫酸消煮—凯氏定氨法测定土壤中全氮的含量。用Microsoft Excel、Matlab R2017b进行数据整理与分析(试验报告由湖南省分析测试中心提供)。

2 结果

2.1 不同秸秆还田量对晚稻产量的影响

如表1所示， 2017年，秸秆还田组与CK相比较，还田量为1/4时，水稻产量高于CK，其他组别均低于 CK，说明本实验中秸秆还田的优势没有在第一年明显体现。2018年，秸秆还田为100%时，水稻产量与CK大致相等，其他组别均高于CK，增幅为2.58%～6.73%，说明秸秆还田的优势开始逐渐体现。随着秸秆还田年限的增加，秸秆还田的优势进一步提高，至2019年，秸秆还田组别较CK的产量增幅为2.5%～15.03%。说明秸秆还田有利于提高土壤质量，且对土壤质量的提升作用随还田年限的增加而不断累积，充足的养分为水稻的生长发育及水稻产量提供了保障。

表1 不同秸秆还田量对晚稻产量的影响 单位：kg／亩(约667m2)

不同秸秆还田量对于水稻产量的促进作用存在差异，水稻产量的增长不会随着还田量的增加而一直增加。钱凤魅等[10]认为不同秸秆还田量处理有利于水土保持，且秸秆的施用剂量对于增加产量而言不是越多越好。徐蒋来等[11]提出提升土壤有机质和养分改善效果最好的主要集中于50%和75%还田量。游来勇等[12]通过实验表明当水稻增产时，会出现增产幅度随着秸秆还田量的增加而减少的现象。穆心愿等[13]通过研究证明，不同秸秆还田量下土壤氮素的利用率存在显著差异，不同氮效率的作物品种产量出现不同响应也会造成产量不同。赵长坤等[14]通过研究表明，秸秆还田在一定程度上影响了水稻前期根系的生长，就总体而言秸秆还田处理能提高水稻产量。

由此可见，在保持一定的施肥处理的条件下，不同比重的还田量对产量的影响有差异，最佳还田量还需要根据具体土壤环境及作物的需要来进一步确定。本研究表明，不同比例的秸秆还田均有利于提高水稻产量。

2.2 不同秸秆还田量对土壤有机质和全氮含量的影响

如图1所示， 2017年，秸秆还田组别的有机质含量显著高于 CK，与 CK相比，其含量提高9.53%～12.7%。在2018年，1/4还田组及半还田组的有机质含量较对照组有一定的减少，减少幅度为4.24%～5.8%；3/4还田组及全还田组较对照组有一定的增加，增加幅度为1.27%～2.4%。在2019年，还田组较对照组均提高，增幅为0.84%～7.16%。秸秆还田显著促进了有机质的积累，但随着还田年限的增加，其变化幅度呈先上升后平缓趋势，总体而言，不同秸秆还田量对于增加土壤有机质含量有积极影响。

图1 不同秸秆还田量对土壤有机质含量的影响

如图2所示，在2017—2018年，除了2017年的1/4还田组，其他还田组均较对照组有一定的提高，增加幅度为2.31%～22%。在2019年，1/4还田组及全还田组的全氮含量较对照组有一定减少，减少幅度为 3.28%～5.47%;半还田组及 3/4还田组的全氮含量较对照组有一定增加，增加幅度为8.39%～15.3%。

图2 不同秸秆还田量对土壤全氮含量的影响

2.4 不同秸秆还田量对土壤pH值的影响

如图3所示，在还田试验进行期间，各个组别在2017—2018年pH值呈下降趋势，之后趋向于平缓。有研究指出，不同秸秆添加量及不同有机质含量土壤对秸秆中氨的转化效率不同，进而影响 pH值[16]。有实验证明：秸秆还田能在一定程度上抑制土壤pH值的下降[17]。结果表明，不同秸秆还田量对土壤pH值的影响不同，但秸秆还田对于土壤的pH值有一定的调节作用。

图3 不同秸秆还田量对土壤pH值的影响

3 结论

通过开展3年的长期定位试验，对湖南省娄底涟源市土壤进行了检测分析，研究发现较对照组，不同秸秆还田量处理对于提高土壤有机质含量，全氮含量有积极作用，且能增加水稻产量，维持土壤的pH值稳定。由此可见，合适比例的秸秆还田能够在一定程度上改善土壤理化性质，促进水稻增收，有利于实现秸秆与土壤之间的循环利用[18]。在我国秸秆还田是一项值得大力推广的培肥地力的农业措施，能够促进农民增收，提高耕地质量，从而向实现农业的可持续发展。

研究发现，不同比例还田处理对于土壤理化性质、水稻产量的影响存在差异，推测结果差异与还田年限有关。在不同水稻品种和土壤基本条件下的最佳还田方式还有待研究，谨为后续研究提供一定理论依据。