油菜秸稈翻埋還田對水稻秧苗生長及土壤性狀的影響

黃 晶， 王學春， 王紅妮， 任品安， 陶詩順

(西南科技大學生命科學與工程學院，四川 綿陽 621010)

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油菜秸稈翻埋還田對水稻秧苗生長及土壤性狀的影響

黃 晶， 王學春*， 王紅妮， 任品安， 陶詩順

(西南科技大學生命科學與工程學院，四川 綿陽 621010)

油菜秸稈翻埋還田引起后茬水稻僵苗的原因亟待明確。本研究通過大田試驗分析了油菜秸稈翻埋還田(RI)、覆蓋還田(RM)以及不還田(RR)處理下移栽秧苗生長發育情況及其與土壤水溶液pH、電導率與溶氧量變化的關系。結果表明：①RI降低了移栽水稻生長前期分蘗數、鮮重與干物質重，僵苗現象明顯；②水稻移栽至曬田初期，RI相較于RM與RR處理，降低了土壤水溶液pH與溶氧量，增高了電導率；③不同處理間水稻有效穗數、穗粒數、千粒重及產量沒有顯著性差異。油菜秸稈翻埋還田下土壤pH、電導率和溶氧量的變化可能是引起水稻僵苗的重要原因，但對水稻產量及其構成因素沒有顯著影響。

水稻僵苗；pH；電導率；溶氧量

油菜、水稻復種是四川盆地兩熟制稻區重要的種植模式。隨著油菜產量與播種面積的增加，油-稻兩熟制的秸稈數量顯著增加，其利用問題成為研究的熱點。長期以來，農戶為搶農時，在油菜收獲后習慣性焚燒秸稈，既造成嚴重的空氣污染又是極大的資源浪費。秸稈還田是秸稈綜合管理的重要途徑，其對于資源高效利用、減少環境污染以及土壤改良等方面有積極的作用[1]。近年來，隨著農業機械化水平的提高，油菜秸稈碎桿直接翻埋還田技術由于其便于機械操作、省工省時的特點，易被農戶接受。然而，油菜秸稈全量翻埋還田容易引發水稻前期生長發育不良，僵苗現象嚴重。該問題的存在，一定程度上影響了秸稈翻埋還田技術的應用推廣。因此，明確油菜秸稈全量翻埋還田造成水稻僵苗的原因具有重要意義。

pH、電導率與溶氧量是土壤重要屬性，與養分供給、微生物活性及作物生長發育等密切相關[2-4]。秸稈還田措施能夠改變土壤pH、電導率與溶氧量等性狀進而影響作物生長[5-7]，而基于以上內容分析秸稈還田對水稻僵苗現象影響的研究鮮有報道。另外，以往研究主要集中于小麥秸稈還田對水稻生長的影響及其因素分析[8-9]，而關于兩熟制稻區油菜秸稈還田對后茬水稻影響的研究比較匱乏。本研究以油菜秸稈覆蓋還田及秸稈不還田為對照，對油菜秸稈翻埋還田下水稻秧苗生長及土壤水溶液pH、電導率與溶氧量變化規律進行研究，并分析秧苗生長與土壤性狀變化的關系，以期為油菜秸稈科學還田以及制定合理的水稻栽培措施提供理論依據。

表1 試驗地0～20 cm土壤主要理化性狀

1 材料與方法

1.1 試驗地簡介

試驗于2015年4-9月在西南科技大學農場(104.7°E，31.5°N；海拔582 m)進行，該地區氣候屬于亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫約16.3 ℃，年平均降水量為963.2 mm，年日照時數約1298.1 h，年無霜期約272 d。試驗田前茬作物為油菜，試驗前0～20 cm土壤主要理化性狀見表1。

1.2 試驗設計

試驗設置油菜秸稈翻埋還田(Residue incorporation，RI)，并以油菜秸稈覆蓋還田(Residue mulch，RM)與油菜秸稈不還田(Residue remove，RR)作對照，每個處理3次重復，隨機區組排列，小區面積15 m2。前茬油菜收獲后，將RM與RR處理的秸稈移出田塊，然后用微耕機對所有處理試驗田進行耕作，其中，RI處理的油菜秸稈隨著耕作返還到土壤，翻埋深度約15～20 cm；RM處理則在水稻栽插后的第3天(6月3日)，將之前移出的秸稈覆蓋于田面水稻行間。秸稈還田量折合450 kg/667m2。試驗種植的水稻品種為宜香2115，于4月17日采用旱地育秧，5月31日選取大小均勻的秧苗進行移栽。移栽時采用寬窄行栽插，寬行45 cm，窄行25 cm，株距17 cm。小區靠道路邊設置保護行，各小區之間采用防水隔板隔離，以防滲水滲肥。各個小區施用1.8 kg復合肥(折合1200 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=19∶10∶6)，其中，50 %作為基肥施用，其余50 %作為分蘗肥施用。從水稻移栽到6月25日，保持田面2～3 cm 水層，6月26日開始曬田，其他田間管理按農戶常規水平進行。

1.3 樣品采集與測定

水稻移栽12 d后(6月12日)每小區固定10株水稻進行分蘗數統計，每7 d統計1次，至7月10日結束；并分別于6月16日、6月23日、6月30日以及7月7日，在每小區隨機選取6株水稻植株進行地上部分鮮重與干重測定。在水稻成熟收獲時，每小區取10株進行考種并計算理論產量，同時，每小區取1 m2水稻測定實際產量。

于水稻移栽當天(5月31日)開始到曬田初期(6月28日)，每7 d取1次土壤水溶液進行測定，曬田中期取1次(7月12日)。具體方法為：將土壤取樣器(長46 cm，直徑 3.5 cm)埋入0～20 cm土層，用手持正負氣壓泵抽真空，3～5 h后將取樣器中土壤水溶液倒入燒杯中，立即采用便攜式數字化多參數分析儀(型號：HQ30d；生產商：美國哈希)測定pH、電導率與溶氧量。

1.4 數據分析

采用SPSS 17.0軟件對試驗數據進行統計分析，各指標不同處理間的統計差異采用Duncan法進行，使用Sigmaplot 12.0進行作圖。

2 結果與分析

2.1 油菜秸稈不同處理方式下水稻秧苗生長情況

從水稻秧苗移栽10 d后到曬田開始以前，油菜秸稈翻埋還田處理下的秧苗僵苗現象比較明顯，曬田以后逐漸得到緩解。總體上看，不同秸稈還田方式下水稻分蘗數隨著生育進程的推移逐漸增多，在曬田初期基本達到穩定(圖1A)。在水稻整個分蘗過程中，整體表現為秸稈不還田處理(RR)下分蘗數最多，但其與秸稈覆蓋處理下(RM)的分蘗數未達到顯著差異；秸稈翻埋處理(RI)的分蘗數在曬田初期(7月3日)及其以前均顯著低于RR與RM處理(P<0.05)，但到曬田中期(7月10日)各處理間分蘗數無顯著差異。秧苗移栽后生長前期單株鮮重和干重變化趨勢基本一致(圖1B、C)；RR與RM處理各個調查時期單株鮮重與干重均沒有顯著差異，但RI處理的鮮重與干重在6月16日、6月23日均顯著低于RR處理(P<0.05)，在6月23日顯著低于RM(P<0.05)；曬田期的兩次調查，各處理間鮮重與干重均無顯著性差異，但RI處理的鮮重與干重在7月7日均高于RM與RR處理。

2.2 油菜秸稈不同處理方式下土壤性狀變化情況

水稻移栽至曬田初期，油菜秸稈翻埋還田(RI)、覆蓋還田(RM)以及不還田(RR)處理下土壤水溶液pH總體呈逐漸下降的趨勢，曬田中期略有升高(圖2A)；不同處理間土壤水溶液pH表現為RR>RM>RI，且在秧苗移栽后2周以內RI處理的pH顯著低于RR(P<0.05)。土壤水溶液電導率的變化趨勢則與pH變化情況相反，表現為秧苗移栽至曬田初期各處理整體呈上升趨勢，曬田中期下降(圖2B)；不同處理間土壤水溶液電導率表現為RI>RM>RR，且在秧苗移栽后2周以內RI處理的電導率顯著高于RR與RM(P<0.05)。土壤水溶液溶氧量的變化趨勢與pH類似，表現為秧苗移栽至曬田初期逐漸降低，各處理土壤水溶液溶氧量總體表現為RR>RM>RI(移栽時除外)，且在秧苗移栽后兩周以內，RI處理顯著低于RR(P<0.05)(圖2C)；而曬田中期，各處理土壤水溶液溶氧量均上升，其中秸稈翻埋還田處理(RI)土壤水溶液pH值上升幅度較大，不同處理間表現為RI>RM>RR，但差異未達到顯著值。

RR為秸稈不還田處理，RM為秸稈覆蓋還田處理，RI為秸稈翻埋還田處理；圖中小寫字母為不同處理間顯著差異水平(P<0.05)，下同RR is residue remove, RM is residue mulch and RI is residue incorporation. The lower-case letters indicate the significance at P<0.05 level. The same as below圖1 油菜秸稈不同處理方式下水稻分蘗數(A)、植株鮮重(B)與干重(C)變化Fig.1 Dynamic of tiller number (A), fresh weight (B) and dry weight (C) of rice under different residue management

圖2 油菜秸稈不同處理方式下稻田土壤水溶液pH(A)、電導率(B)及溶氧量(C)變化Fig.2 Dynamic of soil water pH (A), electrical conductivity (B) and dissolved oxygen (C) under different residue management

2.3 油菜秸稈不同處理方式下水稻產量及其構成因素分析

分析水稻產量及其構成(表2)可以看出，不同處理間水稻的有效穗數、千粒重均以油菜秸稈翻埋處理(RI)處理最高，但未與油菜秸稈覆蓋還田(RM)及秸稈不還田處理(RR)形成顯著差異；穗粒數以RM處理最高，不同處理間亦沒有顯著性差異；各處理間水稻理論產量和實際產量均以RR最高，分別為9701.5和9309.5 kg/hm2，但各處理間沒有顯著差異。

表2 油菜秸稈不同處理方式下水稻產量及其構成因素

3 討 論

秸稈還田導致水稻僵苗的現象廣泛存在[9]。前人研究表明，秸稈還田后水稻僵苗主要發生在移栽后10～20 d，主要表現為根系生長緩慢，返青、分蘗遲緩，分蘗少、植株長勢弱[10]。本研究結果表明油菜秸稈翻埋還田后，水稻秧苗僵苗現象主要發生在秧苗移栽后10 d到曬田開始以前；油菜秸稈翻埋還田顯著降低了水稻分蘗數、植株鮮重及干重。這些結論與前人研究較為一致。

已有文獻關于秸稈還田對土壤pH的影響結論不一，有研究認為秸稈還田會導致土壤pH降低[5]，但也有報道表明添加秸稈殘茬能在一定程度上改善酸化土壤[11]。秸稈還田對土壤pH值的影響主要取決于秸稈類型以及土壤特性，因此不同研究得出不同結果[12]。本研究結果顯示，從水稻移栽到曬田初期，油菜秸稈還田與不還田處理都降低了土壤水溶液pH，特別是油菜秸稈翻埋還田處理pH下降幅度較大，在秧苗移栽兩周內與秸稈不還田處理的pH差異達到顯著。這可能是由于稻田處于淹水狀態，土壤中有機質厭氧分解而產生大量有機酸，造成土壤水溶液pH值下降；而油菜秸稈翻埋還田處理能將秸稈充分混合到土壤中，秸稈快速腐解能向土壤釋放更多的有機酸，造成土壤水溶液pH值下降幅度更大。前人研究表明土壤中有機酸的積累會對水稻秧苗生長發育產生不利影響[13-14]。同時，土壤pH變化能直接影響土壤中養分的有效性及微生物的活性[2]，這也可能是油菜秸稈翻埋還田導致水稻僵苗的原因。此外，土壤pH還能夠影響土壤中亞鐵、亞錳、氫氧化物及其硫化物的溶解度，進而影響各種還原性物質的數量，而還原性物質會對水稻產生一定的毒害作用，從而影響水稻生長[15]。總之，油菜秸稈翻埋還田可能導致土壤中有機酸的積累，進而造成土壤水溶液pH值降低幅度較大；有機酸本身可能會對水稻秧苗產生毒害作用，而pH值的降低可能進一步通過影響土壤養分的有效性、微生物的活性以及還原性物質的積累而間接造成水稻僵苗。

土壤電導率是土壤重要屬性之一，包含了土壤養分與理化特性的豐富信息，是反應土壤質地、含水量、鹽分、有機碳含量等土壤狀況的重要指標[3]。本研究結果表明，從秧苗移栽到曬田初期，油菜秸稈還田與不還田處理條件下，土壤水溶液電導率總體呈上升趨勢；但油菜秸稈翻埋還田條件下土壤水溶液電導率高于秸稈覆蓋與秸稈不還田處理。這可能是由于油菜秸稈翻埋還田下，秸稈與土壤充分接觸，秸稈快速腐解過程中向土壤水溶液釋放更多的鹽分。本研究結論與前人研究結果較為一致[6, 16]。土壤電導率與作物生長發育狀況有一定的相關性[3]，電導率過低或過高均會抑制作物生長[17]。本研究中油菜秸稈翻埋還田下土壤水溶液電導率升高可能與水稻僵苗有一定關系，但其閾值范圍與作用機理還需進一步研究。

水稻根系的生長及根系功能的發揮均為消耗能量的過程，需要大量的氧氣。稻田土壤根際溶氧量與土壤氧化還原電位、pH值、微生物活性及營養有效性等密切相關[4]。本研究結果顯示，從秧苗移栽到曬田初期，油菜秸稈還田與不還田處理，土壤水溶液溶氧量均呈下降趨勢；但油菜秸稈翻埋還田處理條件下土壤水溶液溶氧量下降幅度更大。這可能是相較于油菜秸稈覆蓋還田與秸稈不還田處理，秸稈翻埋使與土壤充分接觸的有機物增加，有機物快速腐解過程中消耗了更多的氧氣。曬田期間，油菜秸稈翻埋還田處理的溶氧量高于秸稈不還田與秸稈覆蓋處理，這可能是由于秸稈翻埋還田改變了土壤的物理結構[18-19]，曬田期間的無水狀態下土壤通氣性更好，土壤水溶液溶氧量快速回升。長時間的低氧環境會引起土壤還原性有毒物質的積累，毒害作物根系，影響作物生長[7]。油菜秸稈翻埋還田條件下土壤水溶液溶氧量的降低可能是引起水稻僵苗的又一重要因素。

綜上所述，油菜秸稈翻埋還田條件下，土壤水溶液pH、電導率及溶氧量的變化可能是引起水稻僵苗的重要原因。然而，盡管油菜秸稈翻埋還田影響了水稻前期生長，但其并未顯著降低產量。一般認為，秸稈全量翻埋還田前期抑制水稻生長，而中后期促進其生長，產量的增減則是前后期生長情況綜合平衡的結果[8]。本研究不同處理在曬田期間水稻植株分蘗、鮮重與干重均無顯著性差異，表明水稻僵苗得到緩解，這可能是水稻最終產量未受顯著影響的主要原因。

4 結 論

油菜秸稈翻埋還田后，水稻秧苗僵苗現象主要發生在秧苗移栽后10 d到曬田開始以前，秧苗分蘗數、植株鮮重及干重較秸稈覆蓋與秸稈不還田處理均降低。水稻移栽至曬田初期，油菜秸稈翻埋還田與油菜秸稈覆蓋還田以及秸稈不還田相比較，降低了土壤水溶液pH與溶氧量同時增高了電導率；特別是秧苗移栽后2周之內，油菜秸稈翻埋還田條件下土壤水溶液pH、溶氧量及電導率與秸稈不還田處理均達到了顯著水平。不同處理間水稻有效穗數、穗粒數、千粒重及產量沒有顯著性差異。油菜秸稈翻埋還田下土壤H、電導率和溶氧量的變化可能是引起水稻僵苗的重要原因，但對水稻產量及其構成因素沒有顯著影響。

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(責任編輯 李 潔)

Effect of Rape Residue Incorporation on Rice Seedling Growth and Soil Properties

HUANG Jing, WANG Xue-chun*，WANG Hong-ni, REN Pin-an, TAO Shi-shun

(School of Life Science and Engineering, Southwest University of Science and Technology, Sichuan Mianyang 621010, China)

This study aims to explore the factors which stunt the growth of rice seedlings after rape residue incorporation to paddies. Based on field experiment, the agronomic traits of rice seedlings after transplant and soil properties (pH, electrical conductivity and dissolved oxygen) under rape residue incorporation were assessed and compared with those under residue mulch (RM) and residue remove (RR). The relationship between the agronomic traits of rice seedlings and soil properties also has been analyzed. Results showed that:(i)Residue incorporation (RI) negatively affected tiller number, fresh weight and dry weight of rice seedlings compared to that under residue remove (RR) and residue mulch (RM);(ii)From the date of rice transplant to the early period of field drying, RI lowered soil pH and dissolved oxygen but increased electrical conductivity;(iii)There is no significant difference for effective panicle number, grain number per panicle, 1000-grain weight and yield under different residue management. The results indicated that the change of soil properties may have important contribution to the adverse impact of rape residue incorporation on rice seedlings, but it did not show significant reduction on grain yield.

Stunty rice seedlings; pH; Electrical conductivity; Dissolved oxygen

1001-4829(2016)08-1908-05

10.16213/j.cnki.scjas.2016.08.028

2016-01-15

國家“十二五”科技支撐計劃重大項目“國家糧食豐產科技工程”(2013BAD07B13)；綿陽市科技局項目(2015NZ0083)；西南科技大學博士基金(14zx7158)

黃 晶(1987-)，女，四川西充人，講師，博士，主要從事作物高產高效栽培與農田生態健康研究，E-mail: huangjing@cau.edu.cn，Tel: 0816-6089529,*為通訊作者，E-mail: xuechunwang@swust.edu.cn。

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