秸稈還田對水稻產量及土壤理化性質的影響

廖榮華，吳文科，曾文進，關 心，胡文武

(1.湖南農業大學機電工程學院，湖南 長沙 410128；2.湖南省農機事務中心，湖南 長沙 410015)

秸稈還田是一種將不適宜直接作飼料的秸稈(玉米秸稈、水稻秸稈等)直接或堆積腐熟后施入土壤中的方法[1]。 研究證實，農作物秸稈中富含大量的氮、磷、鉀和中微量元素，是有機碳源的重要來源之一[2]，將秸稈直接還田有利于農業可再生資源的利用和農田土壤改良等。大量實驗證實，秸稈還田能夠改善土壤的理化性質，提高土壤肥力，有利于農作物發育，對農作物多產有積極影響[3-4]。秸稈還田有利于提高氮素的有效性，調節田面水和滲透水的氮磷濃度，提高肥料的利用率[5-6]。但有研究認為，秸稈還田會對土壤環境造成一定的不良影響，如土壤還原性物質含量顯著增加，土壤中氧含量顯著降低等，對水稻產生毒害作用，從而影響了水稻在返青期的生長[7]。 也有研究表明覆蓋還田會產生低溫效應，造成作物生育期的延遲，而且這種低溫效應與覆蓋還田的秸稈量正相關[8]。因此，如何優化作物秸稈利用方式，緩解秸稈還田對作物生長和生態環境的負面影響，對保障我國糧食安全和提高土壤質量具有重要意義[9]。

雙季稻種植模式是中國南方稻區重要的農業生產模式，因此秸稈資源豐富且相對集中。然而，針對南方雙季稻區秸稈還田的最佳比例目前并不明確。為此，本課題組通過雙季稻同一耕作方式條件下設置不同還田比重，旨在研究不同秸稈還田量對水稻生長發育、產量及對土壤理化性質的影響，為實現南方雙季稻區秸稈合理利用、水稻高產和提高農田土壤質量提供科學依據。

1 材料與試驗方法

1.1 試供材料

試供土壤采集于湖南省婁底漣源市龍塘鎮云河新村張家組，總面積約 10畝。試供秸稈為南方雙季稻(早稻品種為T優15，晚稻為玉針香)，試供作物為南方雙季稻。

1.2 技術方案

長期施肥試驗中對晚稻進行秸稈還田處理，共設置五組試驗，分別為全量還田，3/4量還田，1/2量還田，1/4量還田，無還田(CK)。晚稻成熟收獲期進行土壤采集，每丘田采取五點取樣法取樣，即從田塊四角的兩條對角線的交駐點，以及交駐點到四個角的中間點五點進行取樣。采用重鉻酸鉀氧化法測定土壤有機質含量；pH值的測量采用復合電極法；采用硫酸消煮—凱氏定氨法測定土壤中全氮的含量。用Microsoft Excel、Matlab R2017b進行數據整理與分析(試驗報告由湖南省分析測試中心提供)。

2 結果

2.1 不同秸稈還田量對晚稻產量的影響

如表1所示， 2017年，秸稈還田組與CK相比較，還田量為1/4時，水稻產量高于CK，其他組別均低于 CK，說明本實驗中秸稈還田的優勢沒有在第一年明顯體現。2018年，秸稈還田為100%時，水稻產量與CK大致相等，其他組別均高于CK，增幅為2.58%～6.73%，說明秸稈還田的優勢開始逐漸體現。隨著秸稈還田年限的增加，秸稈還田的優勢進一步提高，至2019年，秸稈還田組別較CK的產量增幅為2.5%～15.03%。說明秸稈還田有利于提高土壤質量，且對土壤質量的提升作用隨還田年限的增加而不斷累積，充足的養分為水稻的生長發育及水稻產量提供了保障。

表1 不同秸稈還田量對晚稻產量的影響 單位：kg／畝(約667m2)

不同秸稈還田量對于水稻產量的促進作用存在差異，水稻產量的增長不會隨著還田量的增加而一直增加。錢鳳魅等[10]認為不同秸稈還田量處理有利于水土保持，且秸稈的施用劑量對于增加產量而言不是越多越好。徐蔣來等[11]提出提升土壤有機質和養分改善效果最好的主要集中于50%和75%還田量。游來勇等[12]通過實驗表明當水稻增產時，會出現增產幅度隨著秸稈還田量的增加而減少的現象。穆心愿等[13]通過研究證明，不同秸稈還田量下土壤氮素的利用率存在顯著差異，不同氮效率的作物品種產量出現不同響應也會造成產量不同。趙長坤等[14]通過研究表明，秸稈還田在一定程度上影響了水稻前期根系的生長，就總體而言秸稈還田處理能提高水稻產量。

由此可見，在保持一定的施肥處理的條件下，不同比重的還田量對產量的影響有差異，最佳還田量還需要根據具體土壤環境及作物的需要來進一步確定。本研究表明，不同比例的秸稈還田均有利于提高水稻產量。

2.2 不同秸稈還田量對土壤有機質和全氮含量的影響

如圖1所示， 2017年，秸稈還田組別的有機質含量顯著高于 CK，與 CK相比，其含量提高9.53%～12.7%。在2018年，1/4還田組及半還田組的有機質含量較對照組有一定的減少，減少幅度為4.24%～5.8%；3/4還田組及全還田組較對照組有一定的增加，增加幅度為1.27%～2.4%。在2019年，還田組較對照組均提高，增幅為0.84%～7.16%。秸稈還田顯著促進了有機質的積累，但隨著還田年限的增加，其變化幅度呈先上升后平緩趨勢，總體而言，不同秸稈還田量對于增加土壤有機質含量有積極影響。

圖1 不同秸稈還田量對土壤有機質含量的影響

如圖2所示，在2017—2018年，除了2017年的1/4還田組，其他還田組均較對照組有一定的提高，增加幅度為2.31%～22%。在2019年，1/4還田組及全還田組的全氮含量較對照組有一定減少，減少幅度為 3.28%～5.47%;半還田組及 3/4還田組的全氮含量較對照組有一定增加，增加幅度為8.39%～15.3%。

圖2 不同秸稈還田量對土壤全氮含量的影響

2.4 不同秸稈還田量對土壤pH值的影響

如圖3所示，在還田試驗進行期間，各個組別在2017—2018年pH值呈下降趨勢，之后趨向于平緩。有研究指出，不同秸稈添加量及不同有機質含量土壤對秸稈中氨的轉化效率不同，進而影響 pH值[16]。有實驗證明：秸稈還田能在一定程度上抑制土壤pH值的下降[17]。結果表明，不同秸稈還田量對土壤pH值的影響不同，但秸稈還田對于土壤的pH值有一定的調節作用。

圖3 不同秸稈還田量對土壤pH值的影響

3 結論

通過開展3年的長期定位試驗，對湖南省婁底漣源市土壤進行了檢測分析，研究發現較對照組，不同秸稈還田量處理對于提高土壤有機質含量，全氮含量有積極作用，且能增加水稻產量，維持土壤的pH值穩定。由此可見，合適比例的秸稈還田能夠在一定程度上改善土壤理化性質，促進水稻增收，有利于實現秸稈與土壤之間的循環利用[18]。在我國秸稈還田是一項值得大力推廣的培肥地力的農業措施，能夠促進農民增收，提高耕地質量，從而向實現農業的可持續發展。

研究發現，不同比例還田處理對于土壤理化性質、水稻產量的影響存在差異，推測結果差異與還田年限有關。在不同水稻品種和土壤基本條件下的最佳還田方式還有待研究，謹為后續研究提供一定理論依據。