秸稈還田與化肥配施對油菜-水稻產量構成因素及經濟效益的影響

吳玉紅，陳 浩，郝興順*，田霄鴻，崔月貞，張春輝

(1.漢中市農業科學研究所，陜西 漢中 723000；2.西北農林科技大學 資源環境學院，陜西 楊凌 721000)

【研究意義】隨著農業生產集約化程度的不斷提高，化肥用量日益增長，廄肥、綠肥等有機肥投入嚴重不足，秸稈已成為重要的有機肥源[1-2]。秸稈還田是化肥減量及有機養分替代的主要技術[3]，是構建生態農業的重要舉措[4]。漢中盆地是優質秈稻的適宜生態區，是陜西省水稻主產區，面積和總產占到全省70 %以上，此外漢中油菜花海已成為陜西省鄉村旅游著名品牌[5]，水稻和油菜種植對本地區農民增收具有重要作用。稻-油輪作是漢中盆地主要種植制度,但水稻和油菜生產中有機肥投入嚴重不足，同時隨著農村勞動力的轉移，油菜水稻機械化收獲呈逐年上升趨勢，秸稈還田成為必然選擇，因此，探明稻-油輪作體系中秸稈還田效應，最大限度地發揮秸稈還田綜合效益成為漢中地區當前迫切需要解決的問題。【前人研究進展】稻草還田顯著影響水稻有效穗數[6]，稻-麥輪作體系中長期秸稈還田能夠增加穗數和穗粒數[7]。施肥是影響油菜分枝數、角果數、籽粒產量[8]和水稻有效穗、穗粒數及產量的重要農藝措施[9]。秸稈還田和氮磷鉀肥配施利于構建油菜良好的產量構成因子[10]。當前針對小麥-玉米、水稻-小麥、水稻-油菜輪作體系秸稈還田對土壤理化性質、作物產量影響的研究較多[11-13]，而針對陜西南部水稻-油菜輪作系統中秸稈還田與化肥配施對作物產量構成因素及經濟效益研究較為缺乏。【本研究切入點】本文進行了秸稈還田基礎上減少化肥施用量的可行性分析，開展了秸稈還田和化肥配施對稻油輪作作物產量構成因素、產量及經濟效益影響研究。【擬解決的關鍵問題】旨在探索適宜漢中盆地稻-油輪作體系中提高產量、增加效益、生態環保的技術模式，以期為秸稈還田與化肥協同配施技術的推廣應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于陜西省勉縣漢中市農業科學研究所試驗示范站(33°09' 38"N，106°54' 56" E)，海拔約600 m，屬易濕潤區，無霜期260 d，年均氣溫14 ℃左右，年均降水量800～1000 mm，≥10 ℃年積溫為4 480 ℃。供試土壤類型為黃褐土型潴育性水稻土。試驗前土壤基本理化性質為pH 5.19，有機質含量18.8 g/kg，全氮含量1.25 g/kg，速效磷含量35.3 mg/kg，速效鉀含量78.9 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗于2015-2017年期間進行，始于2015年10月，實行油菜-水稻輪作。油菜季和水稻季均設置5個處理：① 秸稈不還田+常規施肥(SN+NPK)；② 秸稈常規還田+常規施肥(S+NPK)；③ 秸稈促腐還田+常規施肥(SD+NPK)；④ 秸稈促腐還田+化肥減量15 %(SD+85 %NPK)；⑤ 秸稈促腐還田+化肥減量30 %(SD+70 %NPK)。水稻、油菜肥料均使用尿素(46 %)、洋豐復合肥(14-16-15)、氯化鉀(60 %)。秸稈腐熟劑施用山東君德牌高活性秸稈腐熟劑(枯草芽孢稈菌，有效活菌數≥20億/g，使用量30 kg/hm2)。秸稈還田方式及田間操作見表1。試驗小區面積0.12 hm2，東西長80 m，南北寬15 m，每個處理0.36 hm2。為便于機械化作業，采用大區試驗設計，隨機排列，每個處理重復3次，3個小區順序排列。

油菜栽培及田間管理措施：供試品種豐油737，分別于2015年10月1日播種，2016年5月20日收獲，2016年10月1日播種，2017年5月22日收獲，油菜常規施肥N 165 kg/hm2、P2O599 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2，Na2B4O7·10H2O 15 kg/hm2，化肥減量處理為NPK同時減少相應的比例。所有處理中氮肥70 %做底肥，30 %做追肥，磷鉀肥及硼肥均做基肥。

水稻栽培及田間管理措施：供試水稻品種為中秈稻黃華占，2016年于4月10日育秧，5月30日機械插秧，9月23日收獲。2017年于4月10日育秧，6月1日機械插秧，9月25日收獲。水稻常規施肥量為N 180 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 92.5 kg/hm2。化肥減量處理為NPK同時減少相應的比例。所有處理中氮肥分移栽前基施、移栽后5 d追施、移栽后10 d追施，比例為6∶2∶2，磷鉀肥一次基施。

1.3 項目測定與方法

1.3.1 作物測產 水稻、油菜測產：每個處理按“S”形選取5個5 m×5 m的樣方，單收脫粒后曬干稱量測產。

1.3.2 油菜考種 2016 和2017年油菜成熟期從每個處理每個重復選擇5點，每點選擇生長正常、無病害、無機械損傷的 10 個樣株，分別調查株高、分枝部位、一次分枝數、分枝部位、主花序角數、主花序角果數 、分枝角數、角果長度、每角粒數、千粒重。

1.3.3 水稻考種 2016 和2017年水稻成熟期從每個處理每個重復選擇5點，每點選擇生長正常、無病害、無機械損傷的 10 穴樣株，調查有效穗、穗粒數、空粒數、千粒重。

表1 油菜、水稻秸稈還田方式及田間操作

1.4 數據處理

采用Excel 2003軟件處理數據和繪圖，采用DPS 7.05統計分析軟件對數據進行方差分析及差異顯著性檢驗(LSD法，P=0.05)。

2 結果與分析

2.1 秸稈還田和化肥配施對油菜、水稻產量構成因素及產量的影響

2.1.1 秸稈還田和化肥配施對油菜產量構成因素及產量的影響 由表2可知，年份對油菜株高、分枝部位、一次分枝數、主花序長度、每角粒數的影響顯著。秸稈還田和化肥配施處理對株高、分枝部位、主花序長度、角果長度的影響達到極顯著水平，對一次分枝數、主花序角數的影響達到顯著水平。年份、秸稈還田處理二者交互效應除對株高、一次分枝數及千粒重的影響不顯著，對其他因素的影響達顯著或是極顯著水平。與SN+NPK相比，S+NPK、SD+NPK、SD+85 %NPK、SD+70 %NPK處理2016、2017年油菜產量的增幅分別為19.91 %、13.27 %、-4.27 %、-13.68 %和9.77 %、24.00 %、1.77 %、0 %，可見隨著秸稈還田年限增加對油菜產量的增產作用在逐漸加強，因化肥減量引起的減產效應在逐漸減弱。從產量構成因素分析，2016年秸稈還田與常規化肥配施增產主要是增加了主花序角數、分枝角數和角粒數，秸稈還田與化肥減量配施油菜籽粒產量降低主要是分枝角數和千粒重顯著降低。2017年秸稈還田與常規化肥配施油菜籽粒增產主要是增加了每角粒數，秸稈還田與化肥減量配施油菜籽粒產量降低主要是每角粒數和千粒重顯著降低。說明化肥減量對油菜千粒重影響較大。化肥減量后油菜株高顯著降低、分枝部位下降，影響個體生長發育。

表2 不同處理對油菜產量構成因素和產量的影響

續表2 Continued table 2

2.1.2 秸稈還田和化肥配施對水稻產量構成因素及產量的影響 由表3可知，年份對水稻每穗粒數、結實率影響及產量顯著，對有效穗和千粒重影響不顯著。秸稈還田與化肥配施處理對水稻產量構成因素和產量影響顯著，二者交互效應僅對水稻產量影響顯著，而對產量構成因素影響不顯著。與SN+NPK相比，S+NPK、SD+NPK、SD+85 %NPK、SD+70 %NPK處理2016、2017年水稻產量的增幅分別為2.46 %、9.67 %、-1.47 %、-3.67 %和0.61 %、3.03 %、-6.66 %、-10.06 %。從產量構成因素分析，2016和2017年趨勢基本一致，秸稈還田與常規化肥配施水稻增產主要是提高了結實率、有效穗，秸稈還田與化肥減量配施水稻籽粒產量降低主要是每穗粒數、結實率、有效穗、千粒重均顯著降低。說明化肥減量對水稻產量構成因素影響較大。

表3 不同處理對水稻產量構成因素和產量的影響

表4 稻油輪作體系下不同處理對周年經濟效益的影響

2.2 稻油輪作體系下秸稈還田和化肥配施對周年經濟效益的影響

從表4可以看出，與秸稈不還田相比，S+NPK、SD+NPK、SD+85 %NPK、SD+70 %NPK處理周年產值和周年經濟效益2年平均增幅分別為7.43 %、8.47 %、-4.22 %、-9.17 %和24.02 %、23.91 %、5.06 %、-0.57 %。秸稈還田與常規化肥配施增加了產值和效益，效益增幅高達23.91 %以上。秸稈還田與化肥減量15 %配施雖然產值下降，但是降低了化肥投入成本、節約了秸稈移除的勞動力成本，周年經濟效益兩年平均增幅5.06 %。本試驗條件下油菜和水稻兩季作物秸稈全量常規還田配施常量化肥經濟效益最佳，較兩季不還田周年經濟效益兩年平均每公頃增加5394.26元。油菜、水稻全量促腐還田與化肥減量15 %配施雖然對作物產量有影響但可以降低環境污染風險，節約成本，增加經濟效益。SD+85 %NPK處理周年經濟效益2年平均每公頃較S+NPK增收1032.15元。

3 討 論

當前我國油菜生產機械化程度低，勞動力成本高，成為制約油菜持續發展的瓶頸[14]。但機械收獲要求油菜成熟期株高矮、分枝少[15]。本試驗條件下秸稈還田與常規化肥配施處理促進了油菜生長和一次分枝數，而秸稈還田與化肥減量處理則降低了油菜株高和一次分枝數。施肥是維持和提高作物產量的重要措施，不同作物對肥料的響應差異較大[16]，王偉妮等[17]研究表明油菜的肥料貢獻率為 56.2 %，水稻為 29.6 %，油菜產量受肥料影響大于水稻。本研究中，與常規施肥秸稈不還田相比，S+NPK、SD+NPK、SD+85 %NPK、SD+70 %NPK處理兩年油菜產量和水稻產量增幅分別為14.82 %、18.63 %、-1.25 %、-6.84 %和1.54 %、6.35 %、-4.07 %、-6.86 %，可見在秸稈還田與常規化肥配施時，油菜產量增幅顯著高于水稻，且秸稈還田與化肥減量配施，油菜和水稻產量均表現為下降，且隨著化肥減量比例的增加，產量降幅增大，說明化肥減量減產的負效應大于秸稈還田增產的正效應。可能因為常規施肥條件下更有利于秸稈腐解促進其養分的釋放，化肥減量條件下秸稈腐解過程中易和作物競爭養分，致使養分供應不足。兩種作物相比，化肥減量條件下，油菜產量降幅小于水稻，可能是因為作物對肥料響應差異以及秸稈在不同條件下腐解差異所至，秸稈還田化肥減量條件下水稻對減肥的響應較油菜敏感，導致水稻減產幅度大于油菜。

秸稈還田方式和秸稈還田可以替代的化肥減量比例對作物產量的影響在不同種植體系中差異較大。黃容等[18]研究表明，西南丘陵山區紫色土水稻-兒菜輪作體系中秸稈全量覆蓋還田與化肥減量10 %對水稻的增產效果最佳，而秸稈全量覆蓋還田與化肥減量30 %對兒菜增產效果最佳。李碩[19]研究表明關中地區麥玉輪作體系中雙季秸稈全量旋耕直接還田與氮肥減量15 %對作物籽粒產量影響不顯著。殷堯翥等[20]研究表明稻油輪作下油菜秸稈堆腐還田較直接還田對水稻產量及其構成因素影響更顯著。本試驗中兩季作物秸稈促腐還田與化肥減量15 %配施，減產幅度較小。本試驗中水稻和油菜對化肥減量的響應存在差異，因此今后應探索秸稈還田條件下適宜本地區水稻和油菜化肥減量的比例。因此，秸稈還田條件下化肥減量技術應同時考慮不同作物對肥料的響應及秸稈養分替代量等因素確定化肥減量比例。

農民經濟效益最大化不僅受作物產量的影響，還與生產成本及其效率高低密切相關，其中勞動力、肥料投入是糧食生產中主要的投入要素[21]，隨著農村勞動力短缺現象普遍，勞動力成本成為影響農業種植效益的主要因素之一。農業現代化是未來農業發展的必然趨勢，農業機械化則是實現農業現代化的重要前提，在提高農業生產效率和節約成本方面具有重要作用[22]。本試驗中秸稈不還田處理移除秸稈的人工成本是秸稈還田處理中機械秸稈粉碎費用的6.67倍。肥料投入成本方面，SD+85 %NPK和SD+70 %NPK處理較常規化肥處理分別降低624.23和1248.46元/hm2。S+NPK、SD+NPK、SD+85 %NPK和SD+70 %NPK處理較常規化肥處理成本分別節約2550.00、3000.00、3174.23、3798.47元/hm2，凈收益分別增加5394.26、5308.79、1032.15和-271.82元/hm2。

4 結 論

秸稈還田和化肥減量措施協同應用節約成本優勢明顯，秸稈還田與常規化肥配施增效顯著。稻油輪作體系中兩季作物秸稈全量促腐還田與常規化肥配施增產和增效顯著，秸稈促腐還田與化肥減量15 %節約成本優勢明顯，既可以維持作物穩產，提高經濟效益，又可以降低環境污染風險，是一種適宜該區域生態農業發展的綠色生產模式。