秸秆还田对水稻产量、土壤养分及经济效益的影响

李国成

（安徽省安庆市宿松县河塌乡农技站，安徽安庆 246512）

水稻（Oryza sativa L）为世界上最重要的三大粮食作物之一，全球约有50%以上的人以大米为主食[1]。近年来，为了追求高产，大量投入化肥成为主要的增产方式，然而过量施肥、偏施氮肥等不合理的施肥措施导致肥料利用率低下、土壤环境恶化，引发一系列农田生态环境污染问题，不仅增加生产成本，还导致水稻产量和品质下降[2]。

秸秆是农作物收获后的副产品，作物收获后，秸秆处理成为农田管理的重要问题之一[3]。受到国家政策的引导，高效利用秸秆技术不断完善和创新，其中秸秆还田是秸秆利用最为快捷、生态效益最好的方式。作为一种保护性耕作，秸秆还田能够提高土壤保水保肥性能，改善土壤孔隙结构和理化性质，从而间接达到增产的目的[4]，秸秆还田还有利于稳定农业生态平衡，因此秸秆还田研究也在不断深入[5]。孟祥宇等[6]研究表明，秸秆还田配施氮肥对土壤容重和孔隙度有显著影响，可改善土壤通气状况，提高土壤养分含量，增加水稻生物产量。李录久等[7]研究了秸秆还田量对水稻产量和土壤养分的影响，结果表明，秸秆还田对水稻生长具有良好的促进作用，中等秸秆还田量配施秸秆腐熟剂水稻增产作用更明显。秸秆还田配施氮肥作为一种有效的土壤快速培肥方式，已经在全国其他地区广泛应用，但受气候条件和土壤肥力等因素的影响，秸秆还田对作物生长的影响存在区域性差异，秸秆还田应兼顾作物产量和生态效益，结合环境区域特征，针对性进行秸秆还田，这对稳定作物产量和减少面源污染具有重要意义[8]。因此，本试验探索秸秆还田对水稻产量、土壤养分及经济效益的影响，以期为该地区秸秆还田和水稻高产提供理论参考。

1 试验方法

1.1 试验地概况

试验于2020年在安徽省宿松县进行，该地属北亚热带湿润气候区，年平均气温16.6℃，年平均日照时数2023.7h，年平均降水量1307.2mm，无霜期254d，呈现为四季分明、日照充足、热量丰富、雨量充沛、无霜期长。供试土壤为褐土，耕层土壤基础肥力为有机质11.26g/kg、速效氮23.54mg/kg、有效磷25.17mg/kg、速效钾163.22mg/kg。

1.2 试验材料

试验水稻品种为深两优1813，全生育期138.3d，株高113.6cm，生长势强，叶鞘绿色，稃尖秆黄色，短顶芒，每穗总粒数197.5粒，结实率81.2%，千粒重25.3g。试验所用氮、磷、钾肥分别为尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O512%）和氯化钾（K2O 60%）。高活性秸秆腐熟剂枯草芽孢杆菌，有效活菌数≥20亿个g-1，使用量 30kg/hm2，由山东君德生物科技有限公司生产。

1.3 试验设计

试验采用完全随机设计，以常规施肥无秸秆还田为对照（CK），设置秸秆还田+常规施肥（T1），秸秆还田+优化施肥（T2），秸秆促腐还田+常规施肥（T3），秸秆促腐还田+优化施肥（T4）。常规施肥为施氮（N）180kg/hm2、磷（P2O5）90kg/hm2和钾（K2O）120kg/hm2，氮肥30%在分蘖期追施，其余均作基肥。秸秆还田方式为上茬小麦全量旋耕还田，秸秆促腐还田为秸秆添加腐熟剂全量旋耕还田，优化施肥为氮肥以底肥∶分蘖肥∶穗肥为6∶3∶1，钾肥以底肥：穗肥为6∶4；磷肥作为底肥一次性施入。试验小区为面积30m2，用水泥堆砌田埂，在小区一侧修筑径流收集池，底部开设一个控制阀出水口。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 干物质积累量的测定

分别在水稻的分蘖期、孕穗期、齐穗期和成熟期，将水稻地上部取下，清洗干净表面的泥土，105℃下杀青30min，然后在80℃下烘干至恒重。

1.4.2 水稻产量的测定

在水稻成熟期，每个小区随机连续选取5穴水稻，带回实验室，进行室内考种。将测产区的水稻全部收获，脱粒测产，计算公顷产量。

1.4.3 土壤物理特性的测定

每个样地用1 0 0 c m3体积的环刀挖剖面法取0-20cm土样，将环刀及环刀样品一同装在环刀盒内，带回实验室测定土壤物理指标。测定土壤容重和总孔隙度。采用pH计法测定土壤pH值。

1.4.4 土壤养分的测定

在水稻成熟期，采用5点取样法，每个小区进行土壤样品采集，将5点混合土样带回，风干后粉碎过60目筛，按照处理标记，将土壤样品装入封口袋中，参考土壤农化分析测定土壤养分，土壤有机质测定采用外加热法，速效氮采用扩散法测定，速效磷采用钼锑抗比色法，速效钾测定采用火焰光度计法。

1.4.5 经济效益的计算

水稻收获后得到产量，测定经济效益，稻谷价格按照2.2元/kg计算，整理统计基肥、追肥、机械、农药、种子、人工等投入，计算生产投入和收益，并计算产投比。

1.5 数据分析

试验数据采用Excel 2013数据处理软件进行初步分析和图表制作，采用SPSS 19.0统计软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田对水稻干物质积累量的影响

由表1可知，秸秆还田显著提高水稻各生育期的干物质积累量，随着生育进程的推进，干物质积累量呈逐渐增加的趋势，其中在分蘖期表现为T4＞T2＞T3＞T1＞CK，T1处理和CK没有显著差异，其他处理均显著高于CK，T2、T3和T4处理分别比CK高出9.49%、7.21%和11.99%。在孕穗期，表现为T4＞T2＞T3＞T1＞CK，T1处理和CK没有显著差异，其他处理均显著高于CK，T2、T3和T4处理分别比CK高出5.93%、3.09%和12.93%。在齐穗期，表现为T4＞T2＞T3＞T1＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2、T3和T4处理分别比CK高7.91%、12.07%、9.51%和16.48%。在成熟期，T1处理和CK没有显著差异，T2、T3和T4处理分别比CK高4.10%、3.11%和9.51%。

表1 秸秆还田下水稻干物质积累量（g）

2.2 秸秆还田对水稻产量的影响

由表2可知，秸秆还田显著提高水稻产量和产量构成因素，其中有效穗数表现为T4＞T2＞T3＞T1＞CK，T1处理和CK没有显著差异，其他处理均显著高于CK，T2、T3和T4处理分别比CK高出4.13%、3.14%和6.11%。穗粒数表现为T4＞T2＞T3＞T1＞CK，处理间差异均显著，T1、T2、T3和T4处理分别比CK高出3.86%、17.26%、8.33%和22.62%。各处理千粒重和CK没有显著差异。结实率变化趋势和有效穗数相似，T1处理和CK没有显著差异，其他处理均显著高于CK，T2、T3和T4处理分别比CK高出2.49%、1.79%和2.77%。T2和T4处理间没有显著差异。产量表现为T4＞T2＞T3＞T1＞CK，T1处理和CK没有显著差异，其他处理均显著高于CK，T1、T2、T3和T4处理分别比CK高出2.82%、13.92%、8.38%和19.20%。

表2 秸秆还田下水稻产量及产量构成因素

2.3 秸秆还田对水稻田土壤物理性状的影响

由表3可知，秸秆还田显著降低土壤容重，增加土壤孔隙度。其中土壤容重表现为CK＞T3＞T1＞T2＞T4，各处理均显著低于CK，T1、T2、T3和T4处理分别比CK低4.48%、7.46%、3.73%和8.21%，T1和T3处理、T2和T4处理没有显著差异。孔隙度表现为T4＞T2＞T3＞T1＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2、T3和T4处理分别比CK高出4.84%、8.01%、5.23%和9.15%，T1和T3处理、T2和T4处理没有显著差异。各处理pH值和CK没有显著差异。

表3 秸秆还田下土壤容重、孔隙度和pH值

2.4 秸秆还田对水稻田土壤养分的影响

土壤养分状况能够反映土壤养分结构和土壤肥力的高低。由表4可知，秸秆还田显著影响水稻田土壤养分，其中有机质含量表现为T4＞T3＞T2＞T1＞CK，各处理间差异均显著，均显著高于CK，T1、T2、T3和T4处理分别比CK高出6.05%、8.89%、11.13%和16.21%。速效氮含量表现为T4＞T2＞T3＞T1＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2、T3和T4处理分别比CK高出15.02%、28.57%、26.87%和38.03%，T2和T3处理间没有显著差异。速效磷含量表现为T4＞T3＞T2＞T1＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2、T3和T4处理分别比CK高出4.82%、3.81%、10.66%和27.60%，T1和T2处理间没有显著差异。速效钾含量除了T1处理外，均显著高于CK，T2、T3和T4分别比CK高出9.55%、8.95%和19.65%。

表4 秸秆还田下水稻田土壤养分

2.5 秸秆还田下水稻经济效益分析

由表5可知，秸秆还田能够增加水稻总产值和收益，其中总产值表现为T4＞T2＞T3＞T1＞CK，T1处理和CK没有显著差异，其他处理均显著高于CK，T1、T2、T3和T4处理分别比CK高出2.82%、13.92%、8.38%和19.20%。收益表现为T4＞T2＞T3＞T1＞CK，T1处理和CK没有显著差异，其他处理均显著高于CK，T2、T3和T4处理分别比CK高出20.56%、9.18%和27.49%。产投比表现为T4＞T2＞T3＞T1＞CK，T4处理产投比最大。

表5 秸秆还田下水稻经济效益分析

3 讨论

干物质积累量和作物产量有着密切的关系[9]，研究表明，秸秆还田能够改善土壤理化结构，增强土壤保墒能力，减少地面蒸发，协调水、肥、气、热关系，提高土壤水分利用率，进而促进作物生长，加快作物的生育进程，显著提高作物种植效益[10]。本研究结果表明，秸秆还田能够显著提高水稻各生育时期的干物质积累量，秸秆促腐还田+优化施肥的干物质积累量最高，一方面由于促腐还田提高了秸秆腐解效率，有效改善土壤微生物特性，提升秸秆还田的肥力效应[11]，且能够为土壤微生物生长和繁殖提供物质能源和生长环境，增加土壤微生物数量[12]。另一方面，优化施肥能够提高肥料的利用率。

有研究表明，秸秆还田能够在一定程度上提高作物产量[13]，王国骄等[14]研究表明，秸秆还田处理显著增加了水稻成熟期叶、茎和鞘的干重及占总干重比例，增加水稻产量。党昆等[15]研究表明，60%的秸秆还田量与地膜覆盖相结合更能有效地培肥土壤，提高水稻产量。本研究表明，秸秆还田处理显著提高水稻有效穗数、穗粒数和产量，产量表现依次是秸秆促腐还田+优化施肥、秸秆还田+优化施肥、秸秆促腐还田+常规施肥、秸秆还田+常规施肥，说明秸秆还田具有增加水稻产量的作用，

秸秆还田改善土壤养分结构和土壤孔隙度，为根系生长创造疏松的条件，因此有利于根系下扎，能够实现高产型根系的构建，协同了地上部的生长，为地上部的形态建成、物质积累和分配提供物质基础，从而形成了高效的冠层群体，有效提高了水稻产量。本研究中，秸秆促腐还田+优化施肥的产量最高，一方面由于促腐还田有利于秸秆在土壤中的分解，能够增加土壤微生物数量，另一方面，优化施肥能够保证后期养分的充足供应，从而提高水稻产量。

土壤是植物生长的主要环境，土壤理化性质直接影响作物生长状况[16]，秸秆还田能够直接补充土壤有机物料，增加土壤孔隙度，有利于土壤动物、微生物的生长和繁殖，从而提高土壤养分[17]。有研究表明，秸秆还田后，土壤容重降低，总孔隙率增加[18]。本研究结果表明，秸秆还田显著提高土壤的有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量，主要由于秸秆还田间接增强了土壤C、N元素及速效养分的累积。随着秸秆的腐解，养分释放，进入土壤以后会有所释放，从而提高土壤养分。因此，生物炭可作为肥料的缓释载体，延缓肥料养分的释放，降低肥料养分的损失，提高肥料养分利用率。

4 结论

以常规施肥无秸秆还田为对照，设置4种秸秆还田方式，研究了水稻产量及产量构成因素、土壤物理性状和养分含量、经济效益的变化特征。结果表明，秸秆促腐还田+优化施肥处理的效果最好：土壤容重最低、孔隙度最高、养分含量最高，经济效益最好，是适合当地的秸秆还田方式。