嘉兴市长期秸秆还田水稻产量和土壤肥力的调查

鲁晨妮，陈菊根，程旺大，沈亚强，曹奎荣，张红梅，王保君，陈贵*

(1.嘉兴市农业科学研究院，浙江 嘉兴 314016；2.嘉兴市秀洲区王江泾新桥生态农场，浙江 嘉兴 314016)

农作物秸秆是一种宝贵的生物碳库，含有氮、磷、钾和多种中微量元素，是物质和养分的载体[1]。加快农作物秸秆的综合利用，不但节约资源，减少农业面源污染，而且能促进农村节能减排，实现农业可持续发展。

为加快推进农作物秸秆综合利用，进一步促进现代生态循环农业发展，嘉兴市于2016年出台了《嘉兴市秸秆露天禁烧和综合利用条例》和《嘉兴市秸秆还田技术规程》，力求从法律上保障农作物秸秆综合利用的顺利实施[2-3]。嘉兴市年产农作物秸秆180万t，水稻和大小麦秸秆占90%左右[4]。秸秆资源的利用途径主要为用作还田肥料、蘑菇基料、固化成型燃料、饲料和家庭燃料等[5]。其中，秸秆还田约占总量的59.6%，包括秸秆留茬还田20%～25%和秸秆机械切碎还田35%，秸秆还田肥料化利用是秸秆资源化利用最有效的途径之一[5]。

研究[6-7]表明，秸秆还田的水稻产量和土壤有机质、全氮、速效钾含量、土壤pH均高于常规施肥。秸秆还田肥料化利用不仅能归还作物生长期吸收的养分，提高土壤肥力，还能够减少化学肥料的投入和面源污染的发生[8]。我们通过种植大户基地调查、监测，依托嘉兴市秀洲区和南湖区长期实施秸秆还田的种粮大户或合作社，以秸秆长期还田对水稻生长和土壤肥力的影响为研究重点，旨在为促进嘉兴市秸秆长期还田可持续发展提出建议和对策。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

嘉兴市地处浙江省北部，属典型的亚热带季风气候区，年均气温15～16 ℃，年降水量1 194 mm，平均相对湿度 80%～85%，年均辐射量 462 kJ·cm-2。土壤类型为长三角地区典型的水稻土青紫泥。

1.2 调查与采样

本次调查区为嘉兴市南湖区和秀洲区4个种粮大户基地，分别位于秀洲区的王江泾镇、油车港镇、新塍镇和南湖区的余新镇。各调查点信息如表1所示，其中：王江泾镇调查点水稻种植类型为常规粳稻和籼粳杂交稻，种植品种分别为绍粳18和甬优1540；油车港镇、新塍镇和余新镇调查点的水稻为籼粳杂交稻，种植品种分别为甬优7872、甬优362和甬优1540，稻-麦轮作种植。施肥方式以及田间管理按照大户种植水稻常规管理。各调查点秸秆还田量为每年9.0～16.8 t·hm-2，还田年限4～6 a。

表1 调查种植大户基地的基本信息

水稻收获时采集水稻植株样品和土壤样品，按调查点种植面积设计若干采样点，均匀分布。土壤样品室内自然风干，用木棍碾压，去除植物残体、石块等侵入体和新生体。充分混匀后经四分法取舍，研磨过筛，装入样品瓶备用。

1.3 样品分析测定

水稻样品测定植株氮含量，采用H2SO4-H2O2消解、凯氏定氮法测定。土壤样品测定土壤肥力指标和土壤微生物指标。土壤容重采用环刀法，土壤全氮采取H2SO4混合催化剂消解-凯氏定氮法测定，有机质采用重铬酸钾容量法，有效磷采取碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定，速效钾采取醋酸铵浸提-火焰光度法测定，碱解氮采用碱解扩散法，土壤微生物总DNA提取采用PowerSoil DNA Isolation Kit 土壤DNA提取试剂盒(Mobio 12888)，荧光定量PCR酶采用SYBR Green Premix Ex Taq II(RR820A，宝日医生物技术有限公司)。

2 结果与分析

2.1 水稻产量和氮吸收累积特性

表2可见，油车港镇调查点秸秆还田时间最长，所种植的甬优7872产量高于其他调查点，为12.08 t·hm-2。在4个调查点中，秀洲区王江泾镇调查点和南湖区余新镇调查点种植的籼粳杂交稻品种为甬优1540，其产量分别为11.85和11.70 t·hm-2。

表2 各调查点的水稻产量和氮吸收累积

不同种植基地杂交稻谷草比为0.43～0.56，其中，秸秆还田年限5、6 a的新塍镇和油车港镇调查点水稻谷草比并列第一，说明连续秸秆还田可以增加水稻谷草比，提高水稻光合转化效率。

各调查点杂交稻地上部氮积累量为118.50～140.70 kg·hm-2，平均氮积累量为126.86 kg·hm-2。其中：油车港镇调查点水稻地上部氮积累量最高；王江泾镇调查点常规稻地上部氮积累量最低，仅为92.25 kg·hm-2。比较发现，杂交稻地上部氮积累量比常规稻高28.5%～52.5%，平均高37.5%。分析地上部氮积累数据发现，余新镇调查点水稻叶秆氮积累量最高，达47.55 kg·hm-2，油车港镇调查点水稻的穗氮积累量最高，达96.45 kg·hm-2，比杂交稻穗的氮平均积累量高13.3%。由数据分析发现，地上部氮积累量的差异主要由穗的氮积累量差异造成，其中，王江泾镇常规粳稻含量穗氮积累量仅为油车港镇杂交稻的55.7%。结合以上分析可知，长期秸秆还田条件下，还田时间影响水稻氮积累，其积累的差异主要体现在穗的氮积累上，即还田时间越长水稻穗积累的氮素含量越高。

2.2 土壤肥力状况

图1分析可知，各调查点耕层土壤容重均较低，为0.84～1.07 g·cm-3，平均为0.94 g·cm-3，随秸秆还田年限增加，土壤容重降低。其中，油车港镇调查点秸秆还田时间最长，其土壤容重最低，为0.84 g·cm-3，这可能是由于长期大量秸秆还田，输入农田的秸秆腐化增加了土壤的孔隙度与微生物的丰度，使土壤变得疏松，容重降低。

图1 各调查点秸秆还田下的土壤容重

各调查点土壤全氮含量在2.0～3.2 g·kg-1，平均值为2.6 g·kg-1，其中还田年限最长的油车港镇点最高。有机质含量为26.7～53.2 g·kg-1，平均为37.6 g·kg-1，还田年限为5和6 a的调查点有机质含量高于还田4 a的调查点。有效磷含量在26.2～77.6 mg·kg-1，平均含量为42.6 mg·kg-1，随还田年限增加有效磷含量呈现增长趋势，种植基地秸秆长期不还田地块土壤的有效磷含量为10 mg·kg-1左右，仅为长期秸秆还田有效磷平均水平的1/4左右。土壤速效钾含量在115.7～157.6 mg·kg-1，平均含量为133.7 mg·kg-1，还田最长时间的调查点比其他调查点高2.3%～36.6%，平均高于其他调查点24.9%。土壤碱解氮含量为150.1～259.5 mg·kg-1，平均含量为193.5 mg·kg-1，其中油车港镇调查点比其他调查点高24.5%～73.0%(表3)。

综合分析发现，秸秆还田时间越长，土壤全氮、有效磷、速效钾和碱解氮含量越高，而有机质和pH没有表现出与秸秆还田的相关性。

2.3 土壤微生物状况

土壤微生物主要包括细菌、真菌和放线菌等，可以促进土壤有机质的形成，是土壤生态系统中养分转化和能量循环的动力。由表4可见，土壤中细菌和放线菌数量随秸秆还田年限增加而增加。油车港镇秸秆还田调查点土壤中细菌数量最多，比其他调查点高21.1%～140.4%，同时，也是放线菌数量最高的调查点，放线菌数量比其他调查点高20.5%～124.3%。分析真菌数量发现，南湖区余新镇的真菌数量最高，而还田年限相同的新塍镇真菌数量最少，这可能与土壤本底的真菌数量差异有关，同时也说明，还田过程投入的真菌数量差异较大，与还田年限没有显著的相关性。

表4 各调查点的土壤微生物含量

3 小结与讨论

本研究通过对长期秸秆还田水稻与土壤的调查和检测，统计分析了长期秸秆还田下水稻产量和土壤养分情况。此前有学者[9]研究报道，秸秆还田有助于水稻氮素和干物质向穗部积累，本研究植株氮素含量和谷草比揭示，秸秆还田年限对水稻氮素积累和干物质积累有一定影响，秸秆还田时间久的调查点氮素和干物质更多地积累在穗部。

对秸秆还田土壤的调查和分析发现，耕层土壤的容重降低，这可能是秸秆改善了土壤的物理结构，使土壤变得疏松多孔。同时发现，秸秆还田时间越长，土壤全氮、有效磷、速效钾和碱解氮含量越高，而有机质和pH没有表现出与秸秆还田的相关性，这可能一方面受到秸秆还田返还物质和稻季养分吸收两者共同影响；另一方面也与各调查点土壤的特性相关。 本研究的不足之处是基于调查的结果，对于各个调查点试验前的基础数据采集不够，此外调查点的样本数量少，所覆盖秸秆还田的年份较少，在比较时存在一定的局限性。总体可以证明，嘉兴市秸秆还田政策的推行有助于水稻土壤的改良，具体实施技术值得进一步试验和研究。