长期定位试验不同耕作方式与秸秆还田对水稻产量和稻米品质的影响

周文涛 毛燕 唐志伟 吴建军 许定义 傅志强*

（1湖南农业大学 农学院/农业农村部华中地区作物栽培科学观测实验站，长沙410128；2湖南省华容县农业农村局，湖南 华容436000；第一作者：1250171795＠qq.com；*通讯作者：zqf_cis＠126.com）

随着人口增多以及人们生活水平的提高，水稻高产优质且对环境友好是粮食生产的目标。秸秆还田、耕作方式是影响水稻产量以及稻米品质的重要因子。秸秆还田可以避免秸秆焚烧造成的环境危害，并且水稻秸秆富含养分，是一种多功能利用的可再生资源。秸秆还田可以增加土壤耕层的有机物，提高土壤养分含量，促进水稻生长，从而提高水稻产量[1-4]。有研究表明，秸秆还田较不还田能明显提高水稻产量，还能显著提高稻米中的铁、锌含量[5]；秸秆还田能明显改善稻米外观和加工品质，提高出糙率、精米率，降低垩白度和垩白粒率[6-8]；长期秸秆还田能够增加稻米的外观品质和营养品质[9]。不同耕作方式会对水稻产量和品质产生不同影响[10-15]。有研究发现，秸秆还田与耕作方式的互作会使稻米垩白、整精米率、稻米蛋白质含量及糊化温度高于常规耕作方式[16]。刘世平等[17]也发现，翻耕移栽加秸秆还田能够提高稻米整精米率，降低垩白粒率和垩白度。本文通过长期定位试验，研究了翻耕、旋耕、免耕及秸秆还田对水稻产量和品质的影响，为水稻优质、高产、高效栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地点位于浏阳市沿溪镇湖南农业大学教学实习基地（113°49′52.35″E，28°18′16.13″N），该地多年平均气温17.5℃，1月平均气温5.4℃，7月平均气温28.7℃。本试验自2017年开始进行长期定位研究，2019年供试品种：早稻为常规稻中嘉早17，晚稻为杂交稻泰优390。

1.2 试验设计

试验采用裂区试验设计，以秸秆是否还田为主区，耕作方式为副区。主区设秸秆全量还田（S1）与不还田（S0）2个水平，耕作方式设T1（早稻翻耕+晚稻翻耕）、T2（早稻旋耕+晚稻翻耕）、T3（早稻旋耕+晚稻旋耕）、T4（早稻旋耕+晚稻免耕）、T5（早稻免耕+晚稻免耕）5个处理。大区试验，不设重复，设10个大区，每个大区面积为105 m2（15 m×7 m）。旋耕采用旋耕机深入土层5～10 cm，翻耕深入土层20～30 cm。早稻还田冬季作物为紫云英。早稻紫云英还田量为5.58 t/hm2，稻草还田量为16.23 t/hm2。

1.3 试验方法

早稻机插秧，常规稻每丛4株，杂交稻每丛2株，株行距14 cm×21 cm；晚稻采用手插秧，株行距15 cm×20 cm。早稻施肥量为氮肥（折算为纯N）120 kg/hm2、磷肥（P2O5）60 kg/hm2、钾肥（K2O）120 kg/hm2；晚稻施肥量为氮肥（折算为纯N）150 kg/hm2、磷肥（P2O5）90 kg/hm2、钾肥（K2O）120 kg/hm2。肥料运筹比例：80%作基肥，20%在移栽后7～10 d施入。早稻于4月5日播种，4月25日插秧，7月22日收获；晚稻于6月20日播种，7月28日插秧，10月27日收获。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 考种与测产

水稻成熟时在各大区选3个点，各点取1 m2水稻用于产量测定（以每1 m2株数确定取样株数）。

1.4.2 外观品质

选取样品100粒，用种子外观品质分析仪进行稻米垩白度和垩白粒率等指标的测定。测定方法参照GB/T17891-1999《优质稻谷》。

1.4.3 加工品质

参照GB/T17891-1999《优质稻谷》测定。从去除泥沙杂质的稻谷样品中，称取试样3份，每份100 g。用出糙机脱壳出糙，糙米称重，再计算得出糙米率。从测定糙米率得到的糙米中，称取试样，精米碾磨，筛理，称重，计算出精米率。将上述实验中的精米样品放在孔径2 mm的筛内，筛理1 min。从筛面上留下的精米中拣出整粒精米，称重量，计算整精米率。选取样品100粒，用种子外观品质分析仪测定外观品质。

1.4.4 蒸煮品质

用种子粘度分析仪测定种子糊化温度、峰值粘度、崩解值及消减值等。

1.5 数据处理

用Excel 2010进行数据处理，用SPSS 23.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田和耕作方式对早稻产量的影响

由图1可知，早稻产量秸秆还田处理高于不还田处理。在秸秆还田条件下，不同耕作方式产量大小表现为T2＞T1＞T5＞T3＞T4，T2处理显著高于其他处理，较其他处理高1.1～3.1 t/hm2；在秸秆不还田的条件下，不同耕作方式处理中，T3处理产量最高，与T1处理产量差异不显著，但显著高于T2、T4、T5处理，分别高34%、31%、31%。早稻在T1处理条件下，不管秸秆还田还是不还田，产量均表现出较高水平，分别达7.2 t/hm2和6.6 t/hm2。

图1 秸秆还田与耕作方式对早稻产量的影响

2.2 秸秆还田和耕作方式对晚稻产量的影响

从图2可见，晚稻产量秸秆还田处理与不还田处理差异不明显。在秸秆还田条件下，不同耕作方式产量表现为T3＞T1＞T2＞T4＞T5，T3产量为9.5 t/hm2，显著高于其他处理，T1、T2、T4处理间产量差异不显著，但均显著高于T5处理；秸秆不还田条件下，T2处理的产量为9.9 t/hm2，显著高于其他处理，较T4、T3、T1处理分别高1.8 t/hm2、1.8 t/hm2、2.6 t/hm2，T5处理产量较低。晚稻在T5处理条件下，不管秸秆还田还是不还田，其产量均表现为较低水平。

图2 秸秆还田与耕作方式对晚稻产量的影响

2.3 周年秸秆还田和耕作方式对水稻产量的影响

从图3可见，秸秆还田处理与不还田处理间周年产量差异不显著。S1T2处理产量最高，达15.8 t/hm2，S0T5处理产量最低，为11.6 t/hm2，两者相差36%。秸秆还田条件下，T1、T2、T3处理间产量差异不显著，但显著高于T4、T5处理；秸秆不还田条件下，T1、T2、T3处理间产量差异不显著，但均显著高于T5处理，T2、T3处理还显著高于T4处理。T1、T2、T3的耕作方式由翻耕、旋耕组合，而T4、T5的耕作方式均含有免耕。可见，翻耕、旋耕相对于免耕耕作方式对水稻产量有显著提高作用。

图3 秸秆还田与耕作方式对周年产量的影响

2.4 双季稻秸秆还田和耕作方式对稻米品质的影响

由表1可知，早稻在秸秆还田条件下，不同耕作方式稻米外观品质（垩白粒率、垩白度）没有显著差异，加工品质（糙米率、精米率、整精米率）以T5处理最好，糙米率较最低的T1处理高23%；秸秆不还田条件下，不同耕作方式稻米外观品质具有显著差异，垩白粒率以T3处理最高，垩白度以T2处理最高，加工品质以T1处理最好，糙米率较最低的T2处理高22%。秸秆还田对早稻垩白粒率的影响显著（F=149.39**），对垩白度以及加工品质的影响不显著；耕作方式对早稻外观品质、糙米率的影响显著，对精米率、整精米率的影响不显著；秸秆还田与耕作方式互作对稻米外观品质的影响显著，对加工品质的影响不显著。

表1 耕作方式与秸秆还田对稻米外观、加工品质的影响 （单位：%）

从表1可见，在秸秆还田条件下，不同耕作方式间的晚稻米垩白粒率、垩白度、整精米率差异不显著。其中，垩白粒率和垩白度以T1处理最低，表现最好；糙米率和精米率均以T5处理最高，整精米率以T2处理最高。在秸秆不还田条件下，不同耕作方式间的垩白粒率、垩白度以T4处理最高，以T3处理最低；糙米率和精米率均以T3处理最高，整精米率以T2处理最高。秸秆还田对早稻垩白粒率、糙米率的影响显著。耕作方式对晚稻稻米品质的影响不显著；秸秆还田与耕作方式互作对晚稻米的垩白粒率影响显著，对加工品质和垩白度影响不显著。

2.5 秸秆还田和耕作方式对RVA谱特征的影响

由表2可知，耕作方式、秸秆还田与耕作方式互作均对早稻淀粉RVA谱有显著影响，而秸秆还田仅对热浆粘度、消减值有显著影响；不同耕作方式、秸秆还田与否对晚稻淀粉RVA谱特性均无显著影响，秸秆还田与耕作方式互作仅对消减值有显著影响。早稻秸秆还田条件下，T2处理峰值粘度、热浆粘度和最终粘度比其他处理高，T1处理的消减值较其他处理低，比T5处理低23%；秸秆不还田条件下，T4处理的峰值粘度、热浆粘度和最终粘度比其他处理高，T5处理的消减值比其他处理低，比T4处理低86%。晚稻秸秆还田条件下，T1处理的峰值粘度最高、T5处理的消减值、最终粘度最低；秸秆不还田条件下，T2处理峰值粘度最高、消减值最低。可见，“早稻旋耕+晚稻翻耕”处理比其他处理峰值粘度、崩解值较高，而消减值较低，食味最优。

表2 耕作方式与秸秆还田对稻米RVA谱特性的影响 （单位：cP）

3 讨论与结论

3.1 不同耕作方式与秸秆还田对水稻产量的影响

诸多研究表明，秸秆还田处理水稻产量明显高于不还田处理[18]，同时随着还田年限的增加，产量增幅提高[19]。不同秸秆还田量试验发现，无论是半量、全量还田，对水稻产量均有所提高[20]。本研究也表明，双季稻秸秆还田处理的产量高于不还田处理。这可能是因为在长期定位试验下，秸秆还田能够补充土壤养分，促进水稻积累营养物质，从而推动籽粒转运速率，使水稻获得高产。与邹清祺等[21]研究结果不同，本研究不管是在秸秆还田还是不还田条件下，不同耕作方式对水稻产量影响显著，并且旋耕处理下的早稻、晚稻及周年产量均高于其他耕作方式，免耕处理的产量最低。原因在于旋耕与翻耕相对于免耕处理更有利于秸秆深入土层还田，增加土壤有机质，从而改善土壤结构和肥力水平，而长期免耕易生杂草，多病害，不利于水稻生长，从而降低水稻产量。

由于免耕处理产量常常处于较低水平，而秸秆还田较不还田具有明显增产作用[22-23]。因此，水稻生产常采取秸秆还田与耕作措施结合的模式。本研究将双季稻旋耕、翻耕、免耕模式进行组合，发现相较于早晚稻均免耕的处理，“早稻旋耕+晚稻免耕”可以显著提高产量。这进一步说明，早稻旋耕方式可以联动晚稻免耕方式，从而提高水稻周年产量。翻耕处理的增产效果较旋耕低，但高于免耕处理，秸秆还田与不还田条件下，翻耕处理的周年产量均处于中间水平，但“早稻旋耕+晚稻翻耕”处理的产量最高。原因在于秸秆全量还田后，主要集中在土壤表层，旋耕耕层为5～10 cm，翻耕耕层为20～30 cm，旋耕方式下，水稻生育前期容易发生争氮效应，而翻耕可以缓解水稻生育前期的争氮效应，且养分释放缓慢，可以为水稻生育后期提供充足养分，因此S1T2即“秸秆还田+早稻旋耕+晚稻翻耕”处理，不仅可以高效利用秸秆资源，而且增产效果最为明显。

3.2 不同耕作方式与秸秆还田对稻米品质的影响

有研究表明，秸秆还田能增加水稻的整精米率[15]。本研究结果与之相似，秸秆还田较不还田能够增加晚稻稻米的糙米率、精米率和整精米率。不同的耕作方式下，早晚稻稻米外观品质没有明显差异，但加工品质差异明显，秸秆还田条件下，免耕处理的稻米加工品质均高于其他耕作方式，与王子阳等[24]研究结果相同；秸秆不还田情况下，翻耕、旋耕处理稻米加工品质高于免耕，其原因可能是免耕方式导致土层板结、耕层变浅，长期秸秆不还田，土壤养分含量变少，不利于水稻植株稳定生长，使稻米糙米率降低。秸秆还田与耕作方式互作对稻米糙米率、精米率、整精米率无显著影响，而对稻米垩白粒率影响显著。总体而言，S1T5即“秸秆还田+早晚稻均免耕”处理下稻米加工品质最佳。

研究表明，秸秆还田可以提高稻米的营养品质[25-27]。本研究表明，秸秆还田、耕作方式以及秸秆还田与耕作方式互作与早稻的营养品质（RVA谱特性）具有显著相关性，而与晚稻没有明显相关关系。免耕条件下，秸秆还田较不还田能够明显提高稻米的营养品质，这可能是因为免耕+秸秆还田可以促进碳循环酶活性与转化酶活性[28]，从而在一定程度上改善稻米的蒸煮食味品质[29]，而旋耕、翻耕方式下没有明显的一致结论。本研究发现，T2（早稻旋耕+晚稻翻耕）在早稻秸秆还田与晚稻秸秆不还田的情况下，较其他耕作方式，稻米的峰值粘度、热浆粘度、崩解值、最终粘度值要高，消减值较低。晚稻在秸秆还田条件下，不同耕作方式的RVA谱特性没有明显差异。淀粉RVA谱特性是稻米食味的重要指标，稻米淀粉峰值粘度和崩解值越高、消减值越低说明食味越好。因此，S1T2处理（早稻旋耕+晚稻翻耕+秸秆还田）相比于其他处理稻米蒸煮食味最优。