冬作物秸稈還田對雙季稻產量和土壤肥力的影響

龍 莉，楊旭初，熊 斌，段 晶，屠乃美*，程艷紅，朱青輝

（1湖南農業大學農學院，長沙410128；2永州市茶葉研究所，湖南永州425028）

以高產、優質為目標的多熟制適合中國國情，遍布南北的多熟種植是中國農業的重要內容［1］。南方地區屬亞熱帶季風氣候，水熱資源良好，有利于多熟制農業的發展［2，3］。但目前存在耕地撂荒、熟制縮減、模式單一、地力衰退、生產力下降等現象，因此，加速土壤培肥，提高耕地質量，具有重要意義。

關于南方雙季稻田多熟制增產潛力及培肥，前人已開展了大量研究。其主要措施之一就是通過改冬閑為冬種（綠肥），改善土壤理化性狀，提高土壤肥力。高菊生等人［4］在湘南地區開展了雙季稻區多熟制復種定位試驗，研究結果表明，油菜、紫云英、黑麥草3種綠肥作物長期冬種還田，早晚稻均呈現一定程度的增產，土壤肥力提高，且紫云英—雙季稻復種效果最佳。葉桃林等［5］研究表明：長期紫云英—雙季稻復種能夠較好地增加水稻的有效穗數和粒數，從而增加水稻產量。而王丹英等［6］研究發現，油菜作綠肥還田優勢多，成本低，是稻田生物培肥新方式，能以較低的生產成本取得同樣的水稻增產效果。長期冬作物—雙季稻復種顯著提高了稻田土壤有機質含量，不同冬作物提升土壤有機質的效果為紫云英＞黑麥草＞油菜［7］。

目前，對稻田多熟制中單一作物的營養特性和土壤質量變化已有較多研究成果［8～11］，但基于全程機械化生產的研究較少。機械化是現代農業發展的必然趨勢，該方面的研究對于多熟制的合理布局、全年養分高效利用和土壤質量改良提升至關重要。因此，筆者開展了基于全程機械化生產的雙季稻主要復種制試驗，研究不同種植模式下冬季作物秸稈還田對水稻產量和土壤肥力的影響，以期為南方雙季稻田生產力提升和土壤培肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于湖南省醴陵市泗汾農場，屬亞熱帶季風濕潤氣候區，年平均氣溫18.6℃，年降水量1547.5 mm，年日照時數1757.8 h，＞10℃有效積溫3511.1℃。供試土壤為潴育型水稻土，試驗前土壤理化性質如表1。

表1 供試土壤理化性質

1.2 試驗設計

供試水稻品種：早稻為中早39，晚稻為 H優518。

于2016～2017年進行主要復種制的定位試驗。供試的復種方式為：A.紫云英—雙季稻；B.黑麥草—雙季稻；C.油菜—雙季稻；D.馬鈴薯—雙季稻；E.冬閑—雙季稻（對照）。采用大區試驗，每個處理大區面積200 m2，各處理之間做埂隔離。除馬鈴薯播種與收獲之外，其余處理的田間管理環節均采用機械化作業。

1.3 施肥與田間管理

早、晚稻插植規格均為12 cm×25 cm，即3.3×105蔸／公頃。根據冬季作物秸稈養分含量和還田量，對各處理補充施用化肥，以確保早稻總施肥量均勻一致：N 157.5 kg／hm2、P2O545 kg／hm2和 K2O 112.5 kg／hm2；晚稻總施肥量為：N 180 kg／hm2、P2O545 kg／hm2和 K2O 112.5 kg／hm2?；省锰Y肥∶穗肥＝5∶3∶2，分別在移栽后7 d和分蘗末期追施蘗肥和穗肥?；蕿閺秃戏?，N∶P∶K比例為15∶15∶15；蘗肥和穗肥為尿素，含N 46%。2016年，早稻于3月23日播種，4月22日移栽；晚稻于6月27日播種，7月25日移栽。2017年，早稻于3月21日播種，4月26日移栽；晚稻于6月23日播種，7月20日移栽。

1.4 測定項目與方法

（1）土壤養分含量測定。采用5點取樣法，分別于早稻和晚稻成熟期取0～20 cm耕層土壤，風干過篩后用于理化分析。測定方法參照文獻［12］。

（2）水稻產量及產量構成。成熟期每小區隨機選取3個樣點（重復），每點調查連續100穴水稻有效穗數，計算單穴有效穗數，然后按平均有效穗數取樣5穴，帶回實驗室考查產量構成因素，計算理論產量。各個區隨機實收3個點，每點1 m2，分收分曬，按13.5%的含水量折算實際產量。

1.5 數據統計

數據采用SPSS17.0進行方差分析，Duncan法進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 冬季作物秸稈還田對雙季稻產量及其構成因素的影響

從表2可知，2016和2017年各處理早稻產量均表現為D＞B＞C＞A＞E，馬鈴薯—雙季稻處理（D）比油菜—雙季稻（A）、黑麥草—雙季稻（C）和冬閑—雙季稻處理（E）分別高 11.5%、8.7%、12.1%和 7.3%、5.7%、8.7%，均達顯著差異。2016年各處理晚稻產量為A＞C＞B＞E＞D，油菜—雙季稻處理（A）比紫云英—雙季稻（B）、馬鈴薯—雙季稻（D）和冬閑－雙季稻處理（E）分別高13.7%、14.2%、13.8%，均達顯著差異；2017年各處理晚稻產量為C＞D＞A＞B＞E，黑麥草—雙季稻處理（C）比油菜—雙季稻（A）、紫云英—雙季稻（B）和冬閑—雙季稻處理（E）分別高 4.1%、5.4%、7.0%，均達顯著差異。

2年4季的平均產量大小順序為D＞B＞C＞A＞E，馬鈴薯—雙季稻（D）、紫云英—雙季稻（B）、黑麥草—雙季稻（C）和油菜—雙季稻處理（A）平均產量比冬閑對照（E）高 6.69%、6.50%、4.76%、4.44%。增產的主要原因是提高了水稻有效穗數和穗粒數，千粒重和結實率差異不大（表3）。

表2 不同處理水稻產量比較 t／hm2

表3 不同處理的水稻產量構成因素比較

2.2 冬季作物秸稈還田對雙季稻田土壤肥力的影響

土壤堿解氮含量，試驗第二年各處理間的差異大于第一年。紫云英—雙季稻（B）一直高于冬閑—雙季稻（E），其他處理間的規律不明顯。從4季平均值來看，B＞A＞C＞E＞D，B處理最高，為140.3 mg／kg，A處理次之，為 136.2 mg／kg，D處理最低，為128.3 mg／kg（圖1－a）。

土壤有效磷含量，油菜—雙季稻（A）、黑麥草—雙季稻（C）和馬鈴薯—雙季稻（D）在試驗的每一季均顯著低于冬閑—雙季稻（E）（p＜0.05），紫云英—雙季稻（B）在試驗的每一季均低于冬閑—雙季稻（E），其中在第1季、第3季和第4季達顯著差異（p＜0.05）。從4季平均值來看，E＞B＞C＞A＞D，E處 理 最 高，為 66.7 mg／kg，B 處 理 次 之，為48.2 mg／kg，D處理最低，為44.1 mg／kg（圖1－b）。

土壤速效鉀含量，各處理間每一季差異較大，從4季平均值來看，C＞E＞D＞A＞B，C處理最高，為36.8 mg／kg，E處理次之，為 34.3 mg／kg，B處理最低，為29.4 mg／kg（圖1－c）。

土壤有機質含量，油菜—雙季稻（A）和馬鈴薯—雙季稻（D）在前2季低于冬閑—雙季稻（E），在后2季則高于冬閑—雙季稻（E）。紫云英—雙季稻（B）和黑麥草—雙季稻（C）在前3季均低于冬閑—雙季稻（E），在第4季高于冬閑—雙季稻（E）。從4季平均值來看，A＞D＞E＞B＞C，A處理最高，為27.1 g／kg，D處理次之，為 26.7 g／kg，C處理最低，為25.2 g／kg（圖1－d）。

土壤pH值，油菜—雙季稻（A）、紫云英—雙季稻（B）、黑麥草—雙季稻（C）和馬鈴薯—雙季稻（D）處理在4季均低于冬閑—雙季稻（E），其中黑麥草—雙季稻（C）pH值在4季均顯著低于冬閑—雙季稻（E）（p＜0.05），下降了0.13～0.38個單位。從4季平均值來看，E＞A＞D＞B＞C，E處理最高，為5.50，A處理次之，為5.42，C處理最低，為5.25（圖1－e）。

圖1 雙季稻田土壤肥力變化情況

為了直觀地評價并比較不同處理的土壤肥力，取2年4季的平均值，以對照處理為“1”，將上述5個土壤指標數據進行標準化處理［13］，結果如圖2。從圖2可以看出：各處理間養分差異主要體現在有效磷和速效鉀2個指標上，其余3個指標差異不大。4種冬季作物秸稈還田，土壤pH值和有效磷含量均小于冬閑對照，其中有效磷含量降幅最顯著。從土壤培肥效果來看，與冬閑相比，稻田堿解氮含量增幅大小順序為紫云英＞油菜＞黑麥草，增幅分別為4.41%、1.39%、1.36%；有機質含量增幅大小順序為油菜＞馬鈴薯，增幅分別為3.0%、1.2%；速效鉀含量增加的只有黑麥草秸稈還田處理，增幅為7.4%。

圖2 各處理養分標準化雷達圖

3 結論與討論

研究結果表明，與冬閑對照相比，紫云英、油菜、黑麥草和馬鈴薯4種冬季作物秸稈還田，均能增加雙季稻產量，但增產效果略有差異，增產多少依次為：馬鈴薯＞紫云英＞黑麥草＞油菜，增幅分別為6.69%、6.50%、4.76%、4.44%。高菊生等人［14］通過研究綠肥—雙季稻輪作27年的數據，發現水稻增產效果由大到小依次為：紫云英＞油菜＞黑麥草。本研究結果與其略有不同，原因可能是以下兩個方面造成的：一是早稻總養分施入情況不同，存在養分效應差異；二是本試驗年限短，受田間管理、氣候等因素影響年際波動較大，有待長期試驗進一步驗證。

冬季綠肥作物秸稈還田，有利于改善土壤性狀，提高土壤肥力［15～17］。本研究表明，冬季覆蓋作物秸稈還田，土壤pH值和有效磷含量均低于冬閑對照，其中有效磷含量降幅最顯著。冬季作物秸稈還田腐解需氧量增加，還原物質增多［18］，導致pH值下降，而土壤有效磷含量下降的原因有待后續進一步試驗研究。

水稻增產是群體質量協調發展的結果［19～21］，本研究結果表明，冬季作物秸稈還田主要是提高了水稻有效穗數和穗粒數而實現增產，這與周春火等人［22～24］的研究結果一致。