秸稈還田方式對水稻產量及養分吸收的影響

張磊++戴志剛++魯明星++李小坤++任濤++叢日環

摘要：在湖北省京山縣、崇陽縣開展秸稈還田方式對水稻（Oryza stativa L.）產量和養分吸收的影響試驗，分析了不同秸稈還田方式（秸稈不還田、整稈覆蓋還田、粉碎覆蓋還田、整稈翻壓還田與粉碎翻壓還田）對水稻產量及養分吸收利用的影響。結果表明，2個試驗點不同秸稈還田方式條件下稻谷產量分別為8 441～9 177 kg/hm2和13 125～13 910 kg/hm2。與對照（秸稈不還田）相比，京山縣和崇陽縣試驗點秸稈還田可分別提高水稻產量3.85%～12.91%和1.51%～7.58%；其中秸稈粉碎翻壓還田處理的稻谷的增產幅度在2個試驗點均為最高，分別增產1 050和980 kg/hm2。秸稈還田也在一定程度上增加了水稻的養分積累量，秸稈翻壓還田的水稻地上部養分累積量整體上高于秸稈覆蓋還田。從經濟收益角度來看，與對照相比，粉碎翻壓還田在2個點平均增加收益分別為1 918元/hm2和1 932元/hm2。此外，幾種秸稈還田方式對土壤鉀素的虧缺均有較大的緩解作用。

關鍵詞：秸稈還田方式；水稻（Oryza stativa L.）；產量；養分累積；養分表觀平衡

中圖分類號：S511；S147.5 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）01-0051-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.01.014

Effects of Straw Returning on Rice Yield and Nutrient Uptake

ZHANG Lei1，2，DAI Zhi-gang3，LU Ming-xing3，LI Xiao-kun1，2，REN Tao1，2，CONG Ri-huan1，2

（1.College of Resources and Environment，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China；

2.Key Laboratory of Arable Land Conservation （Middle and Lower Reaches of Yangtze River），Ministry of Agriculture，Wuhan 430070，China；

3.Soil and Fertilizer Station of Hubei Province，Wuhan 430070，China）

Abstract： Different straw returning methods（i.e.，no straw returning， mulching with whole straw，mulching with crushing straw， plough to the field with whole straw，and plough to the field with crushing straw） were taken to study straw returning effects on rice yield and nutrient uptake in the two counties（Jingshan and Chongyang，Hubei province）. The results showed that rice yield were 8 441～9 177 kg/hm2 and 13 125～13 970 kg/hm2 with straw returning in Jingshan and Chongyang， respectively. And compared with no straw returning control，yield increased rates of straw returning treatments were 3.85%～12.91% and 1.51%～7.58%，respectively. Treatment of plough to the field with crushing straw had the highest rice yield，with the yield increment of 1 050 kg/hm2 and 980 kg/hm2. The straw returning could increase the total nutrient accumulation of rice to some extent.Nutrient accumulation of rice were generally higher in the treatment with straw plough than the treatments with straw mulching.However，nutrient accumulation showed little difference between whole straw or crushing straw. For the economic profit，treatment of plough to the field with crushing straw averagely increased by 1 918 and 1 932 Yuan/hm2 compared with the control. In addition，soil potassium deficiency could be relieved with straw incorporation.

Key words： straw returning methods； rice（Oryza stativa L.）； yield； nutrient accumulation； nutrient apparent balance

湖北省是中國的糧食大省之一，為國家糧食安全做出了較大的貢獻。然而隨之相伴的是大量副產物秸稈。據測算，湖北省年產秸稈3 000多萬噸，大量秸稈被付之一炬，嚴重污染空氣，加重土壤板結，危及公共安全[1]，如何破解秸稈綜合利用的堅冰是困擾農業生產的重要問題[2]。秸稈還田是提高秸稈利用最簡單、有效的途徑。秸稈還田不僅能為農田提供作物必需的養分，提高植株地上部養分吸收，固定碳、氮，維持和提高土壤肥力，改善土壤結構和理化性質，同時也減少了化學肥料的施用和秸稈焚燒造成的空氣污染[3-7]，是化肥減量的重要技術措施之一。江漢平原地區進行秸稈還田能明顯提高水稻（Oryza stativa L.）和小麥產量，尤其是與化肥配合施用可以明顯提高作物產量[8]。前人對不同秸稈還田方式秸稈自身腐解特征、土壤養分、水熱情況、土壤呼吸等方面均作了大量研究，有研究發現水稻常規栽培模式下秸稈翻壓還田養分釋放速率大于秸稈覆蓋還田[9]。李繼福[2]發現秸稈翻壓還田方式顯著降低了土壤容重，同時提高了土壤孔隙度和含水量。李煒等[10]發現秸稈行間掩埋與秸稈覆蓋相比顯著促進了土壤呼吸作用。蘇偉[11]研究發現，秸稈粉碎還田在秸稈養分釋放速率、增產潛力以及土壤相關養分含量均優于整稈還田。前人的研究焦點主要集中在單一的秸稈翻壓與秸稈覆蓋還田方式或者秸稈整稈與秸稈粉碎還田方式對作物產量及土壤養分影響方面，而關于這幾種秸稈還田方式相互結合對作物產量及養分吸收的影響卻鮮見報道。而且在目前實際生產中，秸稈還田還存在很多技術問題影響了秸稈還田效果與應用進程。本研究以湖北省水稻種植區幾種不同輪作模式為研究背景，系統地研究了秸稈翻壓還田與覆蓋還田、整稈還田與粉碎還田對水稻產量及養分吸收利用的影響，以期能夠進一步推進秸稈還田技術研究，為秸稈還田技術的優化和水稻的增產提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2013年分別在湖北省京山縣（北緯30°56′02″，東經113°14′48″）、崇陽縣（北緯29°16′33″，東經114°00′49″）試驗點進行。其中，京山縣試驗點前茬作物為小麥，崇陽縣試驗點前茬作物為水稻。京山縣、崇陽縣當季還田秸稈分別使用小麥秸稈和水稻秸稈，其養分含量見表1。供試水稻品種為當地主推品種。供試肥料為尿素（含N 47%）、過磷酸鈣（含P2O5 12%）、氯化鉀（含K2O 60%）。

1.2 試驗設計

試驗共設5個處理，分別為：①秸稈不還田（CK）；②秸稈整稈覆蓋還田（M+S）；③秸稈粉碎覆蓋還田（M+CS）；④秸稈整稈翻壓還田（P+S）；⑤秸稈粉碎翻壓還田（P+CS）。所有處理均施用等量化肥，其中氮肥（純氮）施用量為165 kg/hm2，基肥與穗肥比例為7∶3；磷、鉀肥（純養分）施用量分別為26和50 kg/hm2，均作為基肥一次性施用。秸稈還田量均為6 000 kg/hm2。粉碎還田處理的秸稈用粉碎機粉碎成10 cm左右的小段。對照處理的小區常規整地，秸稈翻壓還田處理的小區整地前將秸稈均勻覆在小區表面，用翻耕機將秸稈翻壓至土壤中。秸稈覆蓋還田處理的小區在翻地后將秸稈均勻覆蓋在小區表面。為保證試驗的統一，各試驗點在整地前將前茬秸稈全部移走，再按處理準確還田。

各處理設置3次重復，小區面積為50 m2。處理間用寬30 cm、高30 cm的土埂隔開，上覆蓋薄膜，防止串水串肥。同時整個試驗區外圍用土埂圍起，與保護行隔離，有獨立的灌/排水溝，防止保護區肥水串進試驗各小區。其他生產管理措施均采用當地常規管理方法。

1.3 樣品采集及養分含量測定方法

土壤樣品于前茬作物收獲后基肥施用前采集，以整個田塊為采樣單元均勻布點15個，取0～20 cm耕作層土壤，實驗室風干磨細后分別過0.90和0.15 mm篩供土壤理化性質測試分析用。土壤基本理化性質按常規法測定[12]，具體為pH按照水土比2.5∶1，電位法測定；有機質用外加熱-重鉻酸鉀容量法測定；全氮用半微量凱氏定氮法測定，標準酸滴定；速效磷用0.5 mol/L的NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀用1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法測定。

水稻成熟期收獲前在所有試驗小區取植株樣，每小區取6蔸水稻地上部植株，網袋懸掛風干脫粒后分別統計莖稈、子粒的生物量，各部分樣品于60 ℃烘干后磨細過0.45 mm篩用于養分含量測定。采用H2SO4-H2O2聯合消煮，流動注射分析儀（瑞典FIAstar5000）測定全氮和全磷含量，火焰光度法測定全鉀含量[12]。

1.4 經濟效益計算和數據統計分析

2013年湖北省稻谷政府最低收購價為2.7元/kg，秸稈覆蓋在地表的人工成本為300元/hm2，秸稈粉碎成本為300元/hm2。各處理氮、磷、鉀肥料投入量相同，只考慮秸稈的增產效應，肥料成本不做計算。本研究涉及的經濟效益數據均根據以上價格進行計算。

養分平衡計算采用表觀平衡法，即養分投入量與養分支出量的差值，正值表示盈余，負值表示虧缺。養分投入僅包括施肥和秸稈還田帶入的養分，養分支出僅包括作物收獲而帶出的養分。

所有試驗數據均采用Origin9.0和SPSS軟件進行制圖和統計分析，最小差異顯著法（LSD）檢驗試驗數據的差異顯著性水平（P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 秸稈還田方式對水稻稻谷產量和秸稈產量的影響

秸稈還田條件下通過氮肥調控可以提高水稻產量[13]。不同秸稈還田模式的水稻產量見圖1。由圖1可見，各試驗點秸稈還田處理的稻谷和秸稈產量均高于對照。在京山縣試驗點中，與對照相比，4個秸稈還田處理M+S、M+CS、P+S、P+CS平均增產313、743、454、1 049 kg/hm2，平均增產率達到3.85%～12.91%；從秸稈還田方式上來看，與對照相比，除M+S處理與對照差異不顯著外，其他處理與對照差異均達顯著水平，其中P+CS處理產量（9 177 kg/hm2）高于其他處理（產量范圍為8 127～8 871 kg/hm2）。崇陽縣試驗點水稻產量整體處于較高水平，對照處理水稻產量達到12 930 kg/hm2；4個處理中除M+S處理外，其他處理與對照相比差異顯著。秸稈粉碎與否對稻谷產量的影響較小，但秸稈粉碎還田產量優于秸稈整稈還田；各秸稈還田處理產量范圍為 13 125～13 910 kg/hm2。其中P+CS處理與CK、M+S、M+CS處理的產量達到顯著水平。與對照相比，4種秸稈還田處理平均增產率達到1.51%～7.58%。2個試驗點各處理秸稈生物量差異與稻谷產量有相似的規律。與對照相比，京山縣試驗點各秸稈還田處理秸稈生物量平均增加869～1 703 kg/hm2，增產率達到10.04%～19.67%；2個粉碎還田處理與對照相比達到顯著水平，而各秸稈還田處理之間差異不顯著。崇陽縣試驗點各秸稈還田處理秸稈生物量比對照平均增加507～1 390 kg/hm2，平均增產率分別為4.95%～13.57%；除M+S處理外，其他處理秸稈生物量與對照相比差異均達到顯著水平。2個試驗點產量整體表現出秸稈翻壓還田方式優于秸稈覆蓋還田方式，秸稈粉碎還田方式優于秸稈整稈還田方式的趨勢。以上兩地秸稈粉碎翻壓還田方式對水稻增產效果最好。

2.2 秸稈還田方式對水稻各部位養分含量的影響

植株養分含量是評價水稻生長狀況和營養品質的主要因素[14]。還田秸稈不僅含有大量的鉀素，還有大量的有機氮和有機磷，進行秸稈還田也會影響水稻各部位氮、磷和鉀養分含量[1]。從圖2可以看出，京山縣試驗點各處理子粒氮含量為0.71%～0.78%，磷含量為0.16%～0.24%；崇陽縣各處理子粒氮含量為0.93%～1.06%，磷含量為0.18%～0.23%。2個試驗點子粒鉀含量均表現出隨著產量升高而降低的趨勢，且均以P+CS處理鉀含量最低，分別為0.21%和0.22%。京山縣試驗點各處理莖稈氮含量為0.49%～0.55%，磷含量為0.05%～0.06%，鉀含量為2.45%～2.74%；崇陽縣試驗點各處理莖稈氮含量為0.53%～0.66%，磷含量為0.05%～0.10%，鉀含量為2.01%～2.52%。總體來看，崇陽縣試驗點植株養分含量略高于京山縣試驗點。

2.3 秸稈還田方式對水稻地上部養分累積量的影響

水稻對氮磷鉀的累積量關系到其生長發育狀況和產量形成[15]。由表2可見，京山縣試驗點中，與對照相比，秸稈翻壓還田的2個處理的氮、磷養分累積量的增加均達到顯著水平，氮素累積量最高的是P+CS處理，達到126.22 kg/hm2，磷素累積量最高的是P+S處理，達到了28.98 kg/hm2；而各處理鉀素累積量與對照相比差異不顯著。崇陽試驗點中，P+S處理的氮素累積量最高，為210.45 kg/hm2，與對照相比差異顯著；而磷素累積量則以P+CS處理最高，平均為43.61 kg/hm2；鉀素累積量最高的是M+CS處理，平均為328.40 kg/hm2。整體來看，秸稈還田對水稻地上部氮素吸收有一定的促進作用，對水稻地上部磷、鉀素的吸收卻有差異，在土壤速效磷、速效鉀含量較低的地區對水稻磷、鉀素吸收有一定的促進作用，而在土壤速效磷、速效鉀含量較高的地區對水稻地上部磷、鉀素吸收的促進作用不明顯。

2.4 秸稈還田方式對水稻經濟效益的影響

與對照相比，除M+S處理與對照收益相當外，其他處理均不同程度提高了水稻的經濟效益（表3）。其中P+CS處理的產值在2個試驗點增幅均最高，產值分別達到了24 777元/hm2和37 465元/hm2。不同秸稈還田方式的成本有較大差異，其中M+S由于用工支出較少因而成本相對較低，而其他還田方式由于用工支出增加導致總成本相應提高。扣除用工成本后2個試驗點依然是P+CS處理的利潤最高，比CK純收益分別增加1 918元/hm2和1 932元/hm2。秸稈粉碎翻壓可有效地利用上季作物遺留下來的大量秸稈，同時還可以加速秸稈的腐解，提高土壤中的養分含量，減少秸稈覆蓋對作物苗期生長的影響，綜合效益也最好。

2.5 秸稈還田方式對農田養分表觀平衡的影響

不同秸稈還田方式條件下對京山縣試驗點和崇陽縣試驗點農田養分平衡的影響如表4所示。從表4可以看出，京山縣試驗點各處理的氮素和磷素均出現盈余，其中M+S處理的氮素和磷素盈余量最多，分別為74 kg/hm2和9 kg/hm2，與對照相比，氮素盈余量和磷素盈余量分別提高了15.6%、50.0%。各處理的鉀素均出現一定程度的虧缺，但是4個秸稈還田處理與對照相比虧缺較少。崇陽縣試驗點的CK、P+S處理均出現氮素虧缺，分別虧缺29和12 kg/hm2，其他處理的氮素均達到盈余或者持平；而磷素的虧缺出現在CK和P+CS處理，分別虧缺5和6 kg/hm2，其他處理達到輕微盈余，崇陽試驗點氮素和磷素整體養分平衡狀況差異較小；各處理的鉀素虧缺較大，其中CK處理的鉀素虧缺最大，虧缺達218 kg/hm2。

3 結論

不同的秸稈還田方式會影響作物產量和養分吸收。本試驗的結果表明，各秸稈還田處理增加水稻產量188～1 049 kg/hm2，秸稈翻壓還田方式在增產效果上優于覆蓋還田方式，粉碎還田方式增產效果優于整稈還田方式。同樣的，秸稈翻壓還田的水稻地上部養分累積量整體上高于秸稈覆蓋還田。但是，整稈還田模式與粉碎還田模式對水稻各部分養分累積量的影響并未表現出顯著的差異。從經濟收益角度來看，兩個試驗點秸稈粉碎翻壓還田處理分別比對照增加收益1 918和1 932元/hm2。此外，幾種秸稈還田方式對于土壤鉀素的虧缺均有較大地緩解作用。

致謝：試驗布置和開展過程中受到了參與本次項目的京山縣和崇陽縣兩地土壤肥料工作站工作人員的大力支持和幫助，在此表示感謝。

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