稻草覆盖与化肥减量对山药生长、土壤温度和湿度的影响

周 洁，田贵生，游秋香，邢烈火，莫菁华，金育红

（武穴市耕地质量保护与肥料管理局，湖北 武穴 435400）

耕地是农业的基础，全面提高耕地综合生产能力的关键取决于耕地的数量和质量，只有土壤达到优质且健康的状态，才能确保农作物生育期所需营养物质的均衡供应［1］，秸秆还田已成为当前农业生产中的一项重要措施，秸秆还田可促进农业节水、节成本、增产、增效，在杜绝了秸秆焚烧所造成的大气污染的同时还有增肥增产作用，秸秆还田有利于土壤营养成分的自身调节，改善土壤肥力，相应减少了化肥使用量［2］，因此，在环保和农业可持续发展中应受到重视。农业生产的过程也是一个能量转换的过程。作物在生长过程中要不断消耗能量，也需要不断补充能量，不断调节土壤中水、肥、气、热的含量。大量研究表明，秸秆还田除能提供养分和提高土壤有机质外，还具有保温保墒的作用，对提高农田水分利用效率及增加作物产量均有明显的效果［3-5］，此外，秸秆中含有大量的新鲜有机物料，在归还农田之后，经过一段时间的腐解作用，就可以转化成有机质和速效养分，既能增加土壤有机质，又能改良土壤结构，但若方法不当，也会导致土壤病菌增加，作物病害加重及缺苗（僵苗）等不良现象［6］。因此采取合理的秸秆还田措施，才能起到良好的还田效果。以上研究多从单一方面关注秸秆还田对作物产量或土壤理化性状的影响，然而从稻草覆盖与化肥减量试验来看，秸秆还田促进化肥减量对作物生长和土壤理化性质的研究仍十分不足。本研究选择严重缺磷和缺钾的土壤开展稻草覆盖与化肥减量对山药生长、土壤温度和湿度田间试验研究，拟分析当前提升耕地质量保护、促进化肥减量增效下，秸秆还田对土壤理化性质、化肥减量效果以及山药生长变化的影响，探讨稻草覆盖与化肥减量对山药生长、土壤温度及湿度的效果，以期为武穴市耕地质量保护提升、促进化肥减量增效提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年在湖北省武穴市余川镇芦河村（30°06′12″N，115°43′03″E）进行，供试土壤为花岗片麻岩发育的水稻土。供试田块前茬作物为水稻，质地为沙壤土。耕层（0～20 cm）土壤基础理化性质：pH 5.0，有机质29.6 g/kg，全氮1.5 g/kg，有效磷4.7 mg/kg，速效钾46.0 mg/kg，缓效钾196 mg/kg，供试土壤有效磷与速效钾严重缺乏。根据武穴市气象局观测数据分析，试验期间（山药生育期内）的降水总天数为42 d，占山药生育期天数的18%，降雨量为496 mm，占全年降雨量的36%，相较于往年为高温、少雨的干旱年份。试验期间的日平均温度最高为32.6℃，最低为19.7℃。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，主处理为稻草覆盖量，依次分别为0、2 000、4 000、6 000 kg/hm2，稻草在山药萌发之后按设计量均匀覆盖，整个生育期不再翻动；副处理为常规施肥和常规施肥减量15%。常规施肥氮肥（N）、磷肥（P2O5）和钾肥（K2O）用量分别为450、450和450 kg/hm2，供试肥料为含量45%（15-15-15）

的硫酸钾型复合肥；常规施肥减量15%是指在常规施肥的基础上总养分减量15%，作基肥一次性施用。供试佛手山药为当地农户自留种，采用点播方式播种，播种量为11.25万株/hm2，于2019年3月25日起垄播种，4月25日开沟埋施基肥，11月15日收获测产，小区面积为20 m2（10 m×2 m），随机区组排列，3次重复，其他田间管理同当地农户常规管理。

1.3 测试项目及方法

1.3.1 土壤样品采集与测定 试验开展前，采集0～20 cm耕层土壤，风干磨碎过筛，按照实验室常规方法测定土壤pH、有机质、全氮、有效磷、速效钾含量［7］。

1.3.2 土壤温度与含水量测定 在2019年6月8日、7月8日和8月8日分别用曲管地温表观测0～5 cm的土壤温度，观测时间为每日高温时段14：00。在2019年6月8日、7月8日和8月8日，分别采集0～5 cm耕层土壤，按照实验室常规方法测定土壤含水量［7］。

1.3.3 植物样品采集与测定 佛手山药收获前，分别在各小区选择有代表性的1 m2（1 m×1 m）样方，取全部植株样品，然后用清水洗净后将其分成山药和藤蔓两个部分装入样品袋，置于60℃烘箱中烘干至恒重，计算其生物量。

1.3.4 产量构成因子调查与测产 佛手山药收获前，分别在各小区选择有代表性的1 m2（1 m×1 m）样方植株，调查佛手山药种植密度、每株薯块数和单薯重。待佛手山药块茎膨大成熟后，各小区单收单打并记录产量。

1.4 数据统计

试验数据利用Excel 2010软件进行处理，采用SPSS20.0软件进行数据的统计分析。

2 结果与分析

2.1 稻草覆盖与化肥减量对佛手山药产量的影响

由表1可知，与稻草不还田相比，在常规施肥和常规施肥减量15%条件下，稻草覆盖还田均可提高佛手山药产量，分别增加1 070～3 490 kg/hm2和1 630～6 685 kg/hm2，增幅分别为3.1%～13.1%和5.3%～21.9%，均在稻草覆盖量为6 000 kg/hm2时佛手山药产量达到最高，分别达38 675、37 255 kg/hm2。在稻草覆盖还田量相同条件下，常规施肥减量15%后佛手山药产量有所下降，与常规施肥相比，化肥减量15%的佛手山药产量减少1 420～3 615 kg/hm2，减幅为3.7%～10.6%，在稻草覆盖还田量为0和2 000 kg/hm2时，常规施肥减量15%佛手山药减产达显著水平，分别减产3 055、3 615 kg/hm2，当稻草覆盖量超过4 000 kg/hm2时，化肥减量15%佛手山药减产不显著。可见，当稻草覆盖还田量超过4 000 kg/hm2时，佛手山药化肥减量15%是可行的。

表1 稻草覆盖与化肥减量对佛手山药产量的影响

2.2 稻草覆盖与化肥减量对佛手山药产量构成因子的影响

由表2可知，稻草覆盖还田显著提高了佛手山药的单薯重，与稻草不还田相比，在常规施肥和常规施肥减量15%条件下，稻草覆盖还田均可提高佛手山药的单薯重，分别增加2～8 g和2～10 g。在稻草覆盖还田量相同条件下，常规施肥减量15%后佛手山药每株薯块数和单薯重均有所减少，与常规施肥相比，化肥减量15%的佛手山药每株薯块数减少了0.1～0.2块/株，单薯重减少2～5 g。可见，稻草覆盖还田具有增加佛手山药单薯重的作用，化肥减量后佛手山药每株薯块数和单薯重明显减少，从而导致减产。

2.3 稻草覆盖与化肥减量对佛手山药生物量的影响

由表3可知，稻草覆盖还田显著提高了佛手山药的生物量，与稻草不还田相比，在常规施肥和常规施肥减量15%条件下，稻草覆盖还田均可提高佛手山药的生物量，分别增加450～1 780 kg/hm2和631～2 598 kg/hm2。在稻草覆盖还田量相同条件下，常规施肥减量15%后佛手山药藤蔓干重和山药干重均有所减少，与常规施肥相比，化肥减量15%的佛手山药藤蔓干重减少了157～410 kg/hm2，山药干重减少393～958 kg/hm2。可见，稻草覆盖还田具有增加佛手山药生物量的作用，化肥减量15%后佛手山药藤蔓干重和山药干重明显减少，从而导致生物量整体减少。

2.4 稻草覆盖与化肥减量对土壤温度的影响

由表4可知，稻草覆盖还田对6月8日、7月8日和8月8日高温时段（14：00）0～5 cm土壤温度有明显的调节作用，主要表现为覆盖量越高调节作用越明显。与稻草不还田相比，在常规施肥和常规施肥减量15%条件下，稻草覆盖还田均可明显降低土壤温度，分别平均降低1.5～2.4℃和1.3～2.5℃。而在稻草覆盖还田量相同条件下，常规施肥减量15%后高温时段0～5 cm土壤温度均无显著差异。可见，稻草覆盖还田可改变土壤温度，而化肥减量15%对此并无影响。

表4 稻草覆盖与化肥减量对高温时段0～5 cm土壤温度的影响

2.5 稻草覆盖与化肥减量对土壤含水量的影响

由表5可知，与稻草不还田相比，在常规施肥和常规施肥减量15%条件下，稻草覆盖还田均可提高土壤含水量，且随着稻草覆盖还田量的增加，土壤含水量有上升趋势。常规施肥和常规施肥减量15%处理均在稻草覆盖还田量为6 000 kg/hm2时土壤含水量最高，3次测定的平均值分别比对照提高了3.4、3.1个百分点，均达到显著差异。说明稻草覆盖可以有效地减少土壤水分蒸发，提高土壤的蓄水保墒能力。但随着不同取样时间的推移，稻草覆盖保持土壤水分的能力有逐渐减弱的趋势。6月8日取样时，常规施肥和常规施肥减量15%处理在稻草覆盖还田量6 000 kg/hm2时土壤含水量分别比对照处理高5.0、4.9个百分点，而在8月8日取样时，2个处理的土壤含水量仅分别比对照高2.2、1.8个百分点。而在稻草覆盖还田量相同条件下，常规施肥减量15%的土壤含水量则无明显差异。可见，稻草覆盖还田可以明显改善土壤水分条件，而化肥减量则对此并无影响。

表5 稻草覆盖与化肥减量对土壤含水量的影响

3 小结与讨论

田间试验条件下，稻草覆盖还田的山药产量和生物量均显著高于对照，可能由于稻草覆盖的降温保墒效应，而当稻草覆盖量较小（0～2 000 kg/hm2）时，化肥减量15%的山药产量和生物量均显著低于常规施肥，但随着稻草覆盖量的增加，减产幅度逐渐变小，说明稻草覆盖还田对化肥减量有一定的补偿效应，可以替减部分化肥。本试验以稻草覆盖量6 000 kg/hm2和化肥减量15%的山药产量和生物量最高，在生产中考虑山药轻简化栽培省工节本的要求，应当推荐前季稻草全量还田，即7 500 kg/hm2的稻草覆盖量。

农田秸秆覆盖可在土壤和大气间形成热与水的屏障层，使土壤与大气间的热量及水分交换趋于缓和［8］，起到保温保水的作用，本研究结果与以上结论相一致。从土壤温度状况来看，随着稻草覆盖还田量的增加，表层土壤温度在高温时段的降温更为明显；从土壤水分状况来看，随着稻草覆盖还田量的增加，表层土壤含水量逐渐提高，说明稻草覆盖还田有保持土壤水分、抑制无效蒸发（藤蔓间）的作用。但随着取样时间的推移此种效用有逐渐被削弱的趋势，其原因可能与山药生长，叶面积指数不断增加，农田覆盖度提高，导致藤蔓间蒸发受到削弱有关，这与苏伟等［9］在油菜上的研究结果相一致。

从以上分析可以看出，虽然秸秆覆盖技术在中国已广泛应用，但不论从实践上还是理论上都有许多问题值得深入探讨。稻草覆盖其实是利弊共存，2019年是高温少雨的干旱年份，在山药膨大期稻草覆盖为山药生长创造了比较适宜的温度和水分环境，从而促进了山药的干物质积累；但如果是正常年份或者是寡照多雨的年份，稻草覆盖就有可能造成土壤湿度过大，山药病害暴发，山药商品率则大大降低。因此，生产中必须尽量规避不利效应，发挥有益效应，才能使稻草覆盖对山药的增产潜力得到最大化的发挥。

稻草覆盖还田不仅可以提高山药的产量与生物量，还可以起到改善土壤水分条件、调节土壤温度的作用。当稻草覆盖还田量较低（0～2 000 kg/hm2）时，常规施肥减量15%的山药减产严重；当稻草覆盖还田量超过4 000 kg/hm2时，常规施肥减量15%的山药减产不明显。可见，当稻草覆盖还田量超过4 000 kg/hm2时，常规施肥减量15%是可行的。