稻-油輪作下長期秸稈還田與施肥對作物產量和土壤理化性狀的影響

劉禹池, 曾祥忠, 馮文強, 秦魚生, 王昌全, 涂仕華, 3*, 陳道全

(1 四川省農業科學院土壤肥料研究所, 四川成都 610066; 2 四川農業大學資源環境學院, 四川成都 611130; 3 國際植物營養研究所成都代表處, 四川成都 610066; 4 廣漢市農技中心， 四川廣漢 618000)

水稻和油菜是四川的兩大主要糧、 油作物，水稻-油菜輪作模式遍及四川全省。每到收獲季節，這兩種作物都會產生大量難以處置的秸稈，導致農民隨地焚燒，帶來嚴重的空氣污染問題。因此，研究尋找秸稈的合理利用途徑，杜絕焚燒，變廢為寶，成為政府關心和農業科研人員面臨的主要生產問題之一，對秸稈資源的循環利用、 利用有機廢棄物料替代或部分替代化肥資源和保護生態環境具有重要意義。

秸稈還田是農業利用秸稈的常見方式之一，主要有翻埋還田和覆蓋還田。由于翻埋還田前期(40 d內)存在土壤微生物奪氮現象[1-2]，因此在環境條件許可的情況下作物秸稈一般多采用覆蓋還田。稻草還田能改善土壤有效養分供應能力，促進水稻根系生長和對養分的吸收，具有一定的增產作用[3-10]，高量稻草的增產效果優于低量稻草[11]。此外，秸稈還田還能改善土壤的養分供應狀況[5, 12-14]，增加土壤溫度與含水量[7]，降低土壤容重[13, 15]，增加土壤孔隙度[14]和水穩性團聚體(≥0.25 mm)數量[16-17]。同樣，高量秸稈還田的效果優于低量。然而，以往的這些研究大多為水稻-小麥、 水稻-水稻或旱作試驗，在水稻-油菜輪作模式下開展長期秸稈覆蓋定位試驗研究鮮見報道。油菜(BrassicanapusL.)屬于直根系十字花科油料作物，與小麥之間存在諸多差異，包括礦質養分的需求量和吸收規律[18]，根系分泌物和同化根系分泌物的微生物群落[19]，生物量和籽粒產量(通常只有小麥的一半或更低)，秸稈養分含量和腐解規律[20]，這些差異必然影響其后作的施肥、 生長、 產量以及土壤理化性狀。因此，本文旨在研究成都平原水稻-油菜輪作模式下，連續免耕秸稈還田與不同用量化肥配合施用對作物產量和土壤肥力變化的影響，為長期秸稈覆蓋還田加免耕條件下的農田作物高產施肥和土壤培肥提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與土壤

試驗地點位于四川省廣漢市西高鄉，主要輪作方式為水稻-小麥(油菜)。土壤為灰棕沖積水稻土，試驗前的基礎土樣采集于0—20 cm土層，試驗中的土樣采集于0—5 cm、 5—15 cm和15—30 cm土層。供試基礎土樣pH 5.5、 有機質31.3 g/kg、 全氮2 g/kg、 堿解氮189.8 mg/kg、 速效磷12.6 mg/kg、 速效鉀73.9 mg/kg、 緩效鉀162.7 mg/kg、 容重1.2 g/cm3。

1.2 試驗設計

表1 油菜稈還田下水稻季的試驗方案 (kg/hm2)

表2 稻稈還田下油菜季試驗方案 (kg/hm2)

1.3 測定項目與方法

本研究的土壤樣品于2010年水稻、 油菜收割后次日采集于0—5、 5—15和15—30 cm土層。除15—30 cm土壤樣品僅用于測定化學指標外，另外兩個土層還測定了土壤容重(環刀法), 風干土樣測定了團聚體(干篩法和濕篩法)、 全氮(半微量開氏法)、 全磷(NaOH熔融—分光光度計法)、 全鉀(NaOH熔融—火焰光度計法)、 堿解氮(堿解擴散法)、 速效磷(碳酸氫鈉—鉬銻抗比色法)、 速效鉀(醋酸銨浸提—火焰光度計法)和有機質(重鉻酸鉀容量法)[21]。

試驗數據采用DPS分析統計軟件中的單因素LSD多重比較分析功能對數據進行差異顯著性統計分析，并用Excel進行基礎運算。

2 結果與討論

2.1 長期施肥和秸稈還田對作物產量的影響

表3 20052011年水稻-油菜輪作施肥量水稻產量 (kg/hm2)

本試驗結果對秸稈還田條件下水稻-油菜輪作的養分管理具有指導意義，油菜季必須施用磷肥，才能保證油菜的持續高產；而在水稻季，則可以不施磷肥，不施或少施鉀肥，同樣可以保證水稻持續高產。

表4 20062012年水稻-油菜輪作施肥量對油菜產量的影響 (kg/hm2)

2.2 長期施肥與秸稈還田對有機質含量以及土壤養分含量的影響

圖1 秸稈還田對土壤養分的影響Fig.1 Effects of straw mulching on amount of soil nutrients

總之，稻草還田配施氮、 磷和鉀肥不但能維持水稻持續高產，而且能增加土壤有機質和速效氮、 磷、 鉀養分[14, 30-31]。

2.3 長期施肥與秸稈還田對土壤物理性狀的影響

表5 水稻-油菜輪作施肥對土壤容重和總孔隙度的影響

3 結論

表6 水稻-油菜輪作施肥對0—15 cm土中>0.25 mm團聚體的影響

在免耕秸稈還田條件下，土壤有機質存在明顯的表聚現象，即主要累積在0—5 cm土層，而對以下層次的土壤有機質影響很小。增加氮、 磷肥能促進0—5 cm土層有機質累積，減少鉀肥用量則降低土壤有機質累積。與土壤有機質相似，土壤速效氮、 磷、 鉀養分也存在顯著的表聚現象，其累積量與肥料施用量相關。因此，減磷處理的土壤速效磷含量最低，減鉀處理的土壤速效鉀為次低，最低為無秸稈覆蓋的化肥處理。長期秸稈覆蓋還田能顯著降低0—5 cm土層容重，但增加下土層的容重；而對空隙度的影響正好相反；對0—5 cm土層的非水穩性團聚體影響相對較小，而對水穩性團聚體影響則非常顯著。表明長期秸稈覆蓋還田對表土層物理性狀改善的作用與效果。

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