油稻轮作周年秸秆还田对作物产量的影响

陈艳芳，高冰可，王少先，王萍，曹国军，吴少华，夏文建，彭春凤，陈国徽*

(1.九江农业科学院，江西 九江 332000； 2.江西省农业科学院 土壤肥料与资源环境研究所，江西 南昌 330200)

长江流域作为我国水稻和油菜的主要生产区域，油稻轮作的种植模式较为普遍[1]。每逢两季作物收获季节，会产生大量秸秆，绝大多数都被堆积废弃或者焚烧处理，不仅浪费了秸秆资源，还会造成严重的环境污染[2]。因此，合理地利用秸秆，实现资源有效循环利用是目前研究的重点方向[3]，而作物秸秆还田再利用是解决该问题的便捷途径之一。随着农业现代化水平的提高，水稻、油菜机械化相关配套技术愈加成熟，现代油稻轮作种植模式下作物秸秆还田方便、快速、节约成本的优点更加突显出来。

前人关于秸秆还田的研究主要在作物秸秆还田与肥料运筹或结合不同耕作方式对作物产量、品质、生态及对土壤改良方面的影响[4-6]，且研究对象多为单季作物，年限短[7-8]，对两季作物秸秆均全量还田且进行多年连续油稻轮作秸秆还田试验研究少见。本研究从油稻轮作模式的生产实际出发，重点研究连续多年秸秆还田下对两季作物生长及其产量的影响，研究结果为油稻轮作区秸秆还田提高作物周年产量和经济效益、实现节本增效，提供数据支撑和理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料

供试水稻品种为丰两优香1号，油菜品种为浔油9号。

1.2 方法

1.2.1 处理设计

试验于2016—2020年连续4 a在江西省九江农业科学院实验基地中低产田进行。采用随机区组设计，设4个处理：油稻两季秸秆均不还田(CK)，油稻两季秸秆均还田(TA)，水稻秸秆还田、油菜秸秆不还田(TS)，水稻秸秆不还田、油菜秸秆还田(TY)，其中秸秆还田量为全量还田，还田方式采用粉碎翻压还田。重复3次，小区面积30 m2，四周设1 m以上保护行。

1.2.2 油稻轮作模式

油菜每年9月上旬播种育苗，10月中旬移栽，密度每小区240株，即每公顷80 000株，5月上旬收获；水稻每年5月中旬播种育秧，6月中旬移栽，密度为每小区1 080株，即每公顷360 000株，9月底收获。油菜常规施肥量N∶P2O5∶K2O为1∶0.4∶0.6，N肥施用量为150 kg·hm-2，磷、钾肥做基肥一次性施入，氮肥基追比为6∶2∶2，追施时间分别为11月上旬、12月下旬；水稻常规施肥N∶P2O5∶K2O为1∶0.4∶0.7，氮肥施用量为180 kg·hm-2，磷、钾肥做基肥一次性施入，氮肥基追比为6∶2∶2，追施时间分别为7月中旬、8月中旬。试验各个处理肥水管理保持一致，并进行日常田间管理。

1.2.3 成熟期取样考种、测产

成熟期各小区选取1 m2，将植株连根挖起、洗净，从中选出代表性植株10株进行考种。水稻考查株高、有效穗、每穗粒数、千粒重等指标；油菜考查株高、一级有效分枝数、单株有效角果数、每角粒数等指标。每个小区单独采收测产。

1.2.4 数据处理

数据用Excel统计，SPSS软件进行方差分析，采用最小显著法(LSD)检验试验结果的差异显著性水平(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 对油菜产量及其构成因子的影响

2.1.1 经济性状

由表1可以看出，TA、TS、TY处理油菜的株高随年份增长呈上升趋势，对照基本无显著变化，2018—2019年3个处理的株高均高于对照，其中在2019年TS处理的株高显著高于对照，3个处理间差异不显著。各处理一级有效分枝数随年份增长先减少后逐渐增加，TS、TY处理与对照相比无显著差异，TA处理2016年、2018年、2019年的一级有效分枝数显著高于对照。分枝部位随年份增长显著上升，并显著高于对照，且TY处理显著高于TA、TS处理。TA、TS、TY处理的单株有效角果数随年份增长显著增加，2018年后均显著高于对照，TA处理又显著高于其他2个处理，最高值为359.1个。各处理每果粒数、千粒重的变化趋势基本与单株有效角果数一致，TS处理的每果粒数高于TA、TY处理，到2018年达到显著性差异；TS、TY处理的千粒重高于TA处理，但3个处理间差异不显著。结果表明，周年秸秆还田处理使油菜的各项经济性状指标均有不同程度的提高，且随年限增加作用更显著；不同秸秆还田方式影响的指标存在差异，其中TA处理的有效分枝数、单株有效角果数显著增加，TS处理对每果粒数的影响更显著，而TY处理的分枝部位显著提高。

表1 不同处理对油菜经济性状的影响

2.1.2 产量

由图1可知，对照、TA处理油菜产量随年份增长先有所下降后增加，TS、TY处理呈上升趋势，2017—2019年3个处理的产量均高于对照，2019年TA、TS处理与对照达到显著差异，最高产量2 734 kg·hm-2出现在TS处理，其产量始终高于TA、TY处理，但3个处理间显著不差异。结果说明，秸秆还田可以显著提高油菜的产量，TS处理效果最佳，其次是TA处理。

同年份柱上无相同小写字母表示组间在5%水平上差异显著，图2同。图1 不同处理对油菜产量的影响

2.2 对水稻产量及其构成因子的影响

2.2.1 生物性状

由表2可知，各处理水稻的株高随年份增长呈略下降趋势，处理间均无显著性差异。有效穗随年份增长逐渐增加，2017—2019年TA、TS、TY 3个处理的有效穗均高于对照，其中TY处理2018、2019年的有效穗显著高于对照，3个处理间差异不显著。各处理的穗长、穗总粒数整体差异不显著；对照、TA处理的穗实粒数随年份的增长先下降后上升，TY处理呈上升趋势，TS处理相对稳定，2017—2019年TS、TY处理的穗总粒数均高于对照，TY处理又高于TS处理，且到2019年TY处理的穗总粒数显著高于其他处理。不同处理的结实率大体随年份增长呈上升趋势，相比对照，TA处理的结实率偏低，TS处理的结实率则偏高，但均未达到显著差异。TS处理的千粒重随年份增长逐渐增加，其他3个处理变化不大，其中TY处理的千粒重显著高于对照，到2018、2019年TS处理的千粒重与TY处理达到同一水平。结果表明，周年秸秆还田处理不同程度地增加了水稻植株的有效穗、穗总粒数、千粒重，提高了植株结实率，年数增长各项指标增加越显著；TY处理的影响则比TA、TS处理显著。

2.2.2 产量

从图2可以看出，各处理的水稻产量随年份增长而增加；2017—2019年，3个处理的产量均高于对照，TY处理又高于TA、TS处理，但各处理间无显著性差异，其中2018年TY处理达到最高产量值7 915 kg·hm-2，显著高于对照。结果说明，秸秆还田可以提高水稻的产量，TY处理效果更佳，但由于试验年数有限、天气变化等因素，各处理对水稻产量的影响并不显著。

图2 不同处理对水稻产量的影响

2.3 油稻轮作秸秆还田周年产量

由表3可以看出，TA、TS、TY处理的周年产量随年份的增长均呈上升趋势，并高于对照。其中TS、TY处理在2018年就显著高于对照，TA处理在2019年才与对照达到显著性差异，但3个处理间差异不显著，峰值为TY处理2019年周年产量为10 524 kg·hm-2。说明单季作物秸秆还田的产量提升比双季作物秸秆还田更快。连续4 a的秸秆还田试验结果表明，3个处理的周年平均产量均高于对照，TS处理的平均周年产量最高达到9 890 kg·hm-2，其次为TY处理和TA处理。

表3 油稻轮作秸秆还田周年产量分析

3 小结与讨论

本试验结果与前人的研究结果[7,9-11]基本一致。本研究表明，周年秸秆还田处理使油菜的各项经济性状指标均有不同程度的提高，但不同秸秆还田方式影响的指标存在差异，其中TA处理的一级有效分枝数、单株有效角果数显著增加，TS处理对每果粒数的影响更显著，而TY处理的分枝部位显著提高，但TS处理对油菜的产量提升效果最佳；经研究发现，周年秸秆还田不同程度地提高了水稻植株的有效穗、穗总粒数、千粒重，提高了植株结实率，随年数的增长作用越显著，进而使产量得到提升，其中TY处理的效果更佳。连续4 a的周年秸秆还田试验结果表明，单季作物秸秆还田的产量提升比双季作物秸秆还田更快，TS处理的平均周年产量最高，达到9 890 kg·hm-2，其次为TY处理和TA处理。

在本试验中，油菜季TS处理(水稻秸秆还田、油菜秸秆不还田)对产量提升效果最佳，而水稻季则是TY处理(水稻秸秆不还田、油菜秸秆还田)，说明单季作物(水稻/油菜)秸秆还田后有利于当年下茬作物(油菜/水稻)的生长与产量形成，到次年后对同季作物生长的影响减弱，可能与秸秆腐解特性有关，前期快、后期慢[9]，释放出的各类养分大部分已经被当年下茬作物吸收利用，次年可利用的少。TA处理的油菜产量最开始有下滑趋势，且整体周年产量增产效果较单季作物秸秆还田处理差，可能因油稻双季秸秆还田量多，年限短，腐解程度低，周围土壤环境对油菜植株生长产生相对不利的影响，具体原因需进一步开展长期定位试验进行验证。