秸稈還田和地膜覆蓋對稻區(qū)土壤理化性質(zhì)及水稻產(chǎn)量的影響

　　摘 要:為了探討秸稈還田與地膜覆蓋對東北稻區(qū)土壤改良及水稻增產(chǎn)的效果，選用吉粳 88 作為試驗材料，在覆膜移栽(F)和不覆膜(F0)移栽 2 種栽培模式下設(shè) 5 組秸稈還田量梯度 0%、20%、40%、60%、100%(S0、S1、S2、S3、S4)探究秸稈還田和地膜覆蓋對稻區(qū)土壤理化性質(zhì)及其水稻產(chǎn)量的影響。結(jié)果顯示，在相同秸稈還田量下，覆膜處理土壤容重、pH 值均低于不覆膜處理，覆膜處理土壤全氮、有機質(zhì)(除 S0 處理)、堿解氮、速效磷、速效鉀的含量均高于不覆膜處理;且無論覆膜與否，隨著秸稈還田量的增加，土壤容重、 pH 值均呈先降低再增加的趨勢，土壤全氮、有機質(zhì)(除 S0 處理)、堿解氮、速效磷、速效鉀的含量均呈先增加再降低的趨勢。在相同秸稈還田量處理下，與不覆膜相比，地膜覆蓋處理提高了籽粒產(chǎn)量;且隨還田量的增加，籽粒產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢。綜上，60% 的秸稈還田量與地膜覆蓋相結(jié)合更能有效的培肥土壤，提高水稻產(chǎn)量。

　　本文源自黨昆; 陳偉; 張洪淇; 王祥涵; 艾佳鑫; 王映凱; 鄭浣彤; 王曉航; 耿艷秋; 金峰; 郭麗穎; 邵璽文， 東北農(nóng)業(yè)科學 發(fā)表時間：2021-05-06《東北農(nóng)業(yè)科學》(原：吉林農(nóng)業(yè)科學)(雙月刊)創(chuàng)刊于1960年，是吉林省農(nóng)業(yè)科學院、中國農(nóng)業(yè)科技東北創(chuàng)新中心主辦的綜合性農(nóng)業(yè)科學技術(shù)刊物。主要刊登作物育種、耕作栽培、植物保護、土壤肥料、畜牧獸醫(yī)、果樹園藝等專業(yè)的科學論著、試驗研究報告、推廣技術(shù)、農(nóng)業(yè)科研動態(tài)及國外農(nóng)業(yè)考察報告等。

　　關(guān)鍵詞：水稻;秸稈還田;地膜覆蓋;土壤理化性質(zhì);產(chǎn)量

　　1 前 言

　　水稻是我國主要的糧食作物之一，隨水稻種植面積增加，秸稈量逐年積累。人們?yōu)榱颂幚硭窘斩挘罅康姆贌斩挘粌H對環(huán)境造成了很大的污染，而且對可再生資源也是一種浪費[1]。因秸稈還田能夠提高土壤養(yǎng)分、改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境[2]，秸稈還田越來越受人們的重視。然而秸稈還田也存在局限性，秸稈還田量和溫度均能夠影響秸稈還田的培肥效果。研究表明，C/N 過高會導致微生物與作物產(chǎn)生爭氮 [3];除此之外，雖然秸稈有機養(yǎng)分豐富，大量還田會導致較難分解的物質(zhì)積累如木質(zhì)素和纖維素，從而導致地塊板結(jié)，降低水稻產(chǎn)量[4];另外，對于北方稻作區(qū)以及溫度較低的山區(qū)冷浸田，低溫限制了土壤微生物的活性，降低秸稈的腐解效率，同時影響土壤養(yǎng)分的分解與轉(zhuǎn)化，從而導致秸稈還田的培肥效果降低。

　　地膜覆蓋是一種農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)，農(nóng)用地膜覆蓋技術(shù)的應(yīng)用與推廣是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的重要標志。因其還具有保溫保水，抑制雜草等作用，有利于作物的生長[5]。對山區(qū)冷浸田和受低溫限制的北方稻作區(qū)水稻，地膜覆蓋有著重要的作用[6]。近幾年來，隨著地膜覆蓋技術(shù)的推進，我國不同程度地開展了覆蓋條件下下土壤理化性質(zhì)的變化、以及對產(chǎn)量形成的影響等一系列科研工作，并取得了良好的成果[7]。

　　秸稈還田與地膜覆蓋二者都對作物的生長環(huán)境提供有利的條件。前期研究發(fā)現(xiàn)地膜覆蓋與秸稈還田結(jié)合應(yīng)用能夠提高稻區(qū)土壤溫度，促進水稻的生長發(fā)育，提高水稻產(chǎn)量[8]。為了進一步探討秸稈還田和地膜覆蓋對稻區(qū)土壤理化性質(zhì)及其水稻產(chǎn)量的影響，本試驗以吉粳 88 作為試驗材料，研究地膜覆蓋與秸稈還田相結(jié)合對稻區(qū)土壤容重、pH 值、以及土壤全氮、有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、以速效鉀含量及其產(chǎn)量的影響，以期為稻田秸稈還田與地膜覆蓋相結(jié)合的栽培方式的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

　　2 材料與方法

　　2.1 試驗材料

　　本試驗選用吉林省中晚熟粳型常規(guī)超級稻品種吉粳 88，生育 141 d～143 d，需≥10 ℃ 積溫 2900～3100 ℃·d。試驗采用的秸稈還田量由 1:1.1 谷草比折算，秸稈還田全量為 8000 kg/hm2。

　　2.2 試驗地點

　　本試驗于 2017—2018 年在吉林農(nóng)業(yè)大學水稻試驗田進行，試驗田的氣候條件及土壤環(huán)境如表 1 所述。

　　2.3 試驗設(shè)計

　　本試驗在覆膜(F)和不覆膜(F0)兩種栽培體系下設(shè)置 5 組秸稈還田量梯度 0%(S0)、 20%(S1)、40%(S2)、60%(S3)和 100%(S4)。本試驗設(shè) 3 次重復，共計 30 個小區(qū)，試驗小區(qū)面積為 15 m2 (長為 5 cm,寬為 3 cm)，本試驗于 4 月 10 日—4 月 13 日播種，選用 2 kg 吉粳 88 稻種進行旱育苗方式育秧，育秧期間與常規(guī)育秧管理方式相同，5 月 22 日—5 月 24 日進行移栽插秧。人工將秸稈(5 cm～7 cm 長度)均勻施入小區(qū)內(nèi)，將其與耕層土壤混勻，保證秸稈還田深度為 0 cm～20 cm。本試驗選用黑色降解膜，以做畦開溝的方式覆膜。常規(guī)水稻栽培中，移栽至水稻收獲(9 月 28 日—9 月 30 日)前 2 周，田間保持 2～ 3 cm 水層。各小區(qū)(肥料均一次性施入，不追肥)純氮素用量為 220 kg/hm2， 純磷 P2O5 為 50 kg/hm2，純鉀 K2O 為 75 kg/hm2。

　　2.4 采樣

　　在水稻成熟期采取五點取樣法取每個小區(qū) 0 cm～20 cm 土壤樣品，陰涼干燥 3 個月后，進行手工磨樣，分別過 20 目、100 目篩，過篩之后分類編號，等待指標的測定。

　　2.5 測定方法

　　容重-測定采用環(huán)刀法[9]，pH-測定采用電極法[10]，全氮-測定采用凱氏定氮法[11]，有機質(zhì)含量-測定采用重鉻酸鉀氧化法[12]，堿解氮-測定采用堿解擴散法[13]，速效磷-測定采用鉬銻抗比色法[14]，速效鉀-測定采用火焰光度法[15]。

　　2.6 測產(chǎn)與考種

　　成熟期于每小區(qū)選取具有代表性的 5 穴植株(長勢均勻)進行考種，收取 2 m2 植株測產(chǎn)。

　　2.7 數(shù)據(jù)分析

　　本文以 2017 年和 2018 年兩年的數(shù)據(jù)采用軟件 Microsoft 和 DPS 分析處理。

　　3 結(jié)果與分析

　　3.1 秸稈還田與地膜覆蓋對土壤容重、pH 值的影響

　　由圖 1 知，2017 和 2018 年結(jié)果顯示，在相同秸稈還田量下，覆膜處理土壤容重均低于不覆膜處理，且隨著秸稈還田量的增加，土壤容重呈現(xiàn)先降低再增高的趨勢。無論覆膜與否，2017 年在 S2 處理下達到最小值，2018 年在 S3 處理下有最小值。2017 年，S2 處理較其他處理降低了 3.0%～10.4%;2018 年，S3 處理較其他處理降低了 5.2%～12.7%。

　　由圖 2 知，2017—2018 年土壤 pH 值顯示，在相同秸稈還田量下，覆膜處理土壤 pH 值均低于不覆膜處理，且隨著秸稈還田量的增加，土壤 pH 呈現(xiàn)先降低再增高的趨勢。無論覆膜與否，2017 年在 S2 處理下達到最小值，2018 年在 S3 處理下有最小值。2017 年 S2 處理 pH 值較其他處理處理降低了 1.2%～5.3%。2018 年，S3 處理較其他處理降低了 0.2%～5.6%。

　　3.2 秸稈還田與地膜覆蓋對土壤養(yǎng)分含量的影響

　　由表 2 知，地膜覆蓋和秸稈還田相結(jié)合能夠顯著的影響土壤堿解氮、速效磷含量。在相同秸稈還田量下，覆膜處理土壤全氮、有機質(zhì)(除 S0 處理)、堿解氮、速效磷、速效鉀的含量均高于不覆膜處理，且無論覆膜與否，隨著秸稈還田量的增加，均呈現(xiàn)增加再降低的趨勢。2017 年和 2018 年分別在 FS2 和 FS3 處理下達到最大值。全氮含量結(jié)果顯示：2017 年在覆膜情況下，S2、S3 處理土壤全氮均顯著高于 S0、S1、S4 處理，S2 高于 S3，但無顯著差異。2018 年無論覆膜與否，S3 均顯著高于其他處理。有機質(zhì)含量結(jié)果顯示：2017 年在覆膜情況下，S0 處理有機質(zhì)顯著低于其他處理，S1、S2、S3、S4 處理間均無顯著性差異。 2018 年無論覆膜與否，S3 處理有機質(zhì)均顯著高于 S0、S1、S2、S4 處理。堿解氮含量結(jié)果顯示：2017 和2018 年S2 和S3 處理顯著高于其他還田量處理 0.5%～11.6%和4.0%～21.2%。 2017 年 FS2 高于 F0S2，但差異不顯著;2018 年 FS3 顯著高于 F0S3。速效磷含量結(jié)果顯示：無論覆膜與否，2017 和 2018 年 S2 和 S3 處理顯著高于其他還田量處理 13.77 mg/kg～39.57 mg/kg 和 13.65 mg/kg～33.13 mg/kg。2017 年 FS2 顯著高于 F0S2;2018 年 FS3 高于 F0S3，但差異不顯著。速效鉀含量結(jié)果顯示：覆膜條件下， 2017 年，不同還田量表現(xiàn)為： S2>S3>S1>S4>S0，S1、S2、S3、S4 間無顯著性差異，但均顯著高于 S0;2018 年不同還田量表現(xiàn)為：S3>S2>S4>S1>S0，S1、S2、S3、S4 間無顯著性。

　　3.3 秸稈還田與地膜覆蓋對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

　　由表 3 知，地膜覆蓋和秸稈還田顯著影響產(chǎn)量。在相同秸稈還田量處理下，覆膜處理籽粒產(chǎn)量高于不覆膜處理;隨著秸稈還田量的增加，產(chǎn)量呈先增加后減小的趨勢。在覆膜條件下，2017 和 2018 年分別在 S2、S3 處理有最高值 11.93 t/hm2和 12.9 t/hm2。不同處理產(chǎn)量構(gòu)成因素則表現(xiàn)為，秸稈還田處理顯著的影響著有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重。地膜覆蓋處理對穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重的影響不顯著，而顯著提高有效穗數(shù)。無論是否覆膜，有效穗數(shù)和穗粒數(shù)均隨秸稈量的增加呈現(xiàn)而先增加后降低趨勢。在 2017 年，無論覆膜與否，有效穗數(shù) S2 處理均達到最高，顯著高于 S0;穗粒數(shù) S3 處理均顯著高于其他處理;結(jié)實率均在 S1 處理下有最高值，且顯著高于其他處理;千粒重在 S4 有最大值，顯著高于 S0。在 2018 年，無論覆膜與否，水稻穗粒數(shù)、有效穗數(shù)、結(jié)實率均在 S3 處理下有最大值，均顯著高于 S0;千粒重各處理間無顯著差異。

　　4 討 論

　　4.1 秸稈還田與地膜覆蓋對土壤容重、pH 的影響

　　土壤容重的高低能夠顯示出土壤結(jié)構(gòu)的好壞以及礦物質(zhì)含量的多少，農(nóng)業(yè)土壤 1.2～ 1.4 g/cm3之間表示土壤結(jié)構(gòu)好而礦物質(zhì)多[16]。研究表明，秸稈還田能夠改善了土壤團粒結(jié)構(gòu)，增加了土壤孔隙度，使得土壤疏松，提高土壤透氣性并益于好氧型微生物的活動和繁殖，從而降低土壤容重[17]。本研究表明，秸稈還田與地膜覆蓋相結(jié)合能夠降低土壤容重。無論覆膜與否，隨著秸稈還田量的增加，土壤容重表現(xiàn)出先降低后增加的趨勢，但仍然低于無秸稈還田處理，其中 FS3(覆膜-60%的還田量)下更能有效地降低土壤容重。分析其可能原因是地膜覆蓋與秸稈還田相結(jié)合，提高了土壤溫度，活躍了土壤微生物，促進了秸稈的腐解，從而降低了土壤容重[18]。但秸稈還田量過大導致部分秸稈不能夠完全腐解，影響土壤容重的降低 [19]。

　　土壤 pH 值是影響土壤肥力的重要因素之一，不但影響作物根系及微生物的活性，而且影響土壤養(yǎng)分的有效性[20]。前人研究表明，覆膜處理可以加快土壤中有機質(zhì)的分解，使土壤中的 CO2的濃度增加，降低氧氣濃度，氧化還原電位下降[3] ,除此之外，地膜覆蓋可以升高水溫，使根系分泌大量的有機酸，從而引起土壤 pH 降低[21]。本試驗結(jié)果顯示在相同秸稈還田量下，覆膜處理土壤 pH 值均低于不覆膜處理。但在不同還田量之間土壤 pH 的變化不同，可能是由于秸稈在腐解過程中，增加了土壤有機質(zhì)的含量，從而增加 CO2的釋放量;秸稈全量還田可能限制了土壤微生物的活性，導致秸稈的分解減緩，減緩了有機酸的生成，從而影響了土壤 pH 值的降低程度。

　　4.2 秸稈還田與地膜覆蓋對土壤養(yǎng)分含量的影響

　　有機質(zhì)和全氮是土壤的重要組分，是植物的養(yǎng)分來源和土壤微生物生命活動的能量來源 [22]。本試驗結(jié)果顯示，無秸稈還田情況下，覆膜處理土壤有機質(zhì)、全氮含量低于不覆膜處理，但秸稈還田與地膜覆蓋相結(jié)合能夠提高土壤有機質(zhì)、全氮的含量。前人研究表明覆膜的保溫保水作用改善了土壤結(jié)構(gòu)，增加了微生物活性，促進了土壤養(yǎng)分的分解[23]， 加大了有機物礦化速率，從而降低了土壤的有機質(zhì)和全氮的含量[24];但由于有機質(zhì)具有穩(wěn)定性，所以這種降低是緩慢的。秸稈還田向土壤中輸送新鮮豐富的礦質(zhì)營養(yǎng)和有機物質(zhì)，從而增加土壤有機質(zhì)、全氮的含量[25]。地膜覆蓋促進了秸稈的腐解，彌補單一的地膜覆蓋造成的土壤肥力的降低，達到了有效的培肥效果[26]。

　　水稻秸稈中含有十分豐富的氮、磷、鉀等多種營養(yǎng)元素，秸稈的分解使土壤堿解氮、速效磷以及速效鉀的含量增加[27]，前人研究表明，經(jīng)過 5 年在 0 cm～20 cm 的耕作層內(nèi)進行稻草還田研究，速效氮、速效磷、速效鉀都有很大程度的提高[28]。本試驗研究表明，秸稈還田與地膜覆蓋能夠提高土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量，原因可能是，地膜覆蓋和秸稈還田相結(jié)合,促進了秸稈的腐解，從而提高了土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量[29]。但是秸稈全量還田也會降低秸稈還田培肥效果，原因可能為秸稈腐解所釋放的養(yǎng)分不足以彌補自身腐解所消耗的養(yǎng)分[8]。另外，2017 研究結(jié)果顯示，在 40%的還田量下，秸稈還田與地膜覆蓋對土壤有機質(zhì)和全氮的提高表現(xiàn)最優(yōu)，2018 年則是 60%的還田量與地膜覆蓋地相結(jié)合，更能有效的提高土壤堿解氮速效磷以及速效鉀的含量。這表明，隨著秸稈還田年限的增加，稻區(qū)土壤的有機質(zhì)、全氮等養(yǎng)分積累，微生物活性增強，增強了腐解秸稈的能力，從而使秸稈還田量有效的增加[30]。

　　4.3 秸稈還田與地膜覆蓋對水稻產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

　　土壤養(yǎng)分含量對作物產(chǎn)量具有顯著影響[31]。前人研究表明，秸稈還田與地膜覆蓋相結(jié)合能夠改善土壤環(huán)境，協(xié)調(diào)土壤水肥供需關(guān)系，優(yōu)化作物產(chǎn)量構(gòu)成因子[32]。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，地膜覆蓋與適量的秸稈還田量相結(jié)合有利于水稻產(chǎn)量的增加。一方面可能由于地膜覆蓋與適量的秸稈還田相結(jié)合能夠降低土壤容重以及 pH 值，提高土壤養(yǎng)分含量，有利于根系的生長和對養(yǎng)分的吸收，有利于源的儲存，從而提高水稻的產(chǎn)量[33];另一方面地膜覆蓋與適量秸稈還田相結(jié)合能夠增加土壤溫度，增加了干物質(zhì)的積累，從而有利于水稻產(chǎn)量的提高[34]。

　　5 結(jié) 論

　　60%的秸稈還田量和地膜覆蓋相結(jié)合應(yīng)用能夠更有效的降低稻區(qū)土壤容重、pH 值，增加土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀等養(yǎng)分含量，提高水稻的產(chǎn)量。