長期秸稈還田與耕作方式對水稻產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

王子陽 陳婉華 袁偉 周正萍 劉世平

（揚州大學/江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省作物栽培生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 揚州225009；第一作者：1106118343@qq.com；*通訊作者：spliu@yzu.edu.cn）

一直以來，我國的糧食產(chǎn)量都保持在較高的水平，其中水稻產(chǎn)量占到了近1/3，但化肥農(nóng)藥過度使用、水土流失等問題依舊突出[1]。免耕是一種對環(huán)境友好、對土壤結(jié)構(gòu)破壞較小的耕作方式[2]，同時具有輕簡方便、省工節(jié)本的優(yōu)點[3]。我國秸稈資源十分豐富，2017年我國可利用的秸稈總量為8.27億t，玉米、水稻、小麥三大糧食作物秸稈占全國秸稈資源總量的84.8%[4-5]。由于農(nóng)村勞動力資源十分緊缺，農(nóng)民為節(jié)約工時，對于農(nóng)作物收獲時所產(chǎn)生的秸稈往往一燒了之[6]。2019年“中央一號文件“提出，要推進秸稈資源化利用。秸稈還田是目前處理秸稈的主要方式之一。還田秸稈腐解后會產(chǎn)生大量的氮、磷、鉀、中微量元素和有機物質(zhì)[7-9]。秸稈還田還能提高0～10 cm土層的有機碳和腐殖質(zhì)含量[10]，從而提高土壤肥力水平，對作物生長有一定促進作用。合理利用秸稈資源將進一步減少我國化肥用量，實現(xiàn)化肥、農(nóng)藥零增長的目標。秸稈還田是近年來的研究熱點，研究成果較多，但多集中在秸稈還田對土壤培肥、理化性質(zhì)及秸稈還田量與還田方式等方面，對水稻生長發(fā)育、產(chǎn)量、品質(zhì)等方面的研究也不少，但秸稈還田結(jié)合不同耕作方式，且有10年以上的定位研究較少。本試驗在稻麥兩熟區(qū)長期秸稈還田和耕作方式定位試驗的基礎(chǔ)上，于2018—2019年進行了秸稈還田與不同耕作方式對水稻產(chǎn)量及品質(zhì)的影響研究，為稻麥兩熟區(qū)秸稈還田和水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗于2018—2019年在揚州大學試驗田（32°39′N，119°42′E）進行。該試驗田稻麥兩熟，于2001年開始有關(guān)不同耕作方法與秸稈還田的定位試驗。該地區(qū)屬亞熱帶濕潤氣候區(qū)，年平均溫度13.2℃～16.0℃，降雨量800～1200 mm，日照時數(shù)2 000～2 600 h，無霜期220～240 d。試驗田土壤為砂壤土，試驗初土壤有機質(zhì)含量14.66 g/kg、堿解氮87.9 mg/kg、速效磷30.8 mg/kg、速效鉀75.5 mg/kg。前茬作物小麥，試驗采用的水稻品種為南粳9108。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)6個處理：NTS，連續(xù)免耕+秸稈覆蓋還田，播種方式為直播，稻麥兩季秸稈還田量均為4 500 kg/hm2；RNT1，麥季翻耕，稻季免耕直播，兩季秸稈還田量均為3 000 kg/hm2；RNT2，麥季免耕，稻季翻耕移栽，兩季秸稈還田量均為3 000 kg/hm2；CTS，翻耕+秸稈還田，移栽，兩季秸稈還田量均為4 500 kg/hm2；MTS，少耕+秸稈減量還田，兩季秸稈還田量均為3 000 kg/hm2；CT，對照，兩季均為翻耕，秸稈不還田。

小區(qū)面積50 m2，每個處理設(shè)置3次重復，各小區(qū)隨機排列，小區(qū)間用田埂隔開。移栽處理水稻5月25日開始育秧，6月15日進行移栽，采用直播的NTS、RNT1處理于6月5日播種。試驗田每hm2施尿素245 kg、過磷酸鈣600 kg、氯化鉀120 kg作基肥，試驗過程中施尿素245 kg作追肥。

表1 長期秸稈還田與耕作方式對水稻上3葉葉綠素含量（SPAD值）的影響

1.3 測定項目及方法

1.3.1 葉片SPAD值

在水稻抽穗期和抽穗后20 d用SPAD-502型葉綠素儀測定上3葉（功能葉）的相對葉綠素含量，每個小區(qū)隨機選定10株。

1.3.2 產(chǎn)量構(gòu)成因子

在水稻成熟期進行割方測定實際產(chǎn)量，同時調(diào)查單位面積穗數(shù)，取樣測定每穗實粒數(shù)，曬干后測定千粒重，計算理論產(chǎn)量。

1.3.3 稻米品質(zhì)測定與評價

水稻收獲曬干放置3個月后測定稻米的糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度、蛋白質(zhì)含量等指標。采用澳大利亞New Scientific公司的Super 3型快速粘度分析儀測定峰值粘度、熱漿黏度、崩解值、最終黏度、消減值等淀粉糊化特性（RVA）指標，并用配套的TCW分析軟件進行分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進行處理，采用SPSS 16.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗（LSD法，α=0.05）。2年試驗結(jié)果趨勢基本一致，本文主要以2018年數(shù)據(jù)作分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 長期秸稈還田與耕作方式對水稻上3葉SPAD值的影響

從表1可以看出，在抽穗期至抽穗后20 d，各處理上3葉的SPAD值差異不顯著。但總體上看，NTS和CTS處理的上3葉SPAD值要高于對照（CT），尤其是劍葉，在抽穗20 d后，免耕和翻耕秸稈還田處理SPAD值依然保持在一個較高的水平。說明秸稈還田能使水稻在抽穗期維持較高的氮素供應(yīng)，減緩了功能葉片的衰老。與CT相比，NTS和CTS處理提高了水稻后期葉片的光合能力，滿足了水稻在抽穗期的營養(yǎng)需求。

2.2 長期秸稈還田與耕作方式對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

從表2可見，2年水稻的實際產(chǎn)量都是NTS處理最低，MTS處理最高，CTS和MTS顯著高于CT，免耕處理低于翻耕處理。NTS處理產(chǎn)量比CT低10.9%～11.8%，CTS處理產(chǎn)量比CT增加6.9%～14.8%。另外，稻季翻耕的RNT2處理的實際產(chǎn)量高于稻季免耕的RNT1處理，免耕直播水稻平均減產(chǎn)4.8%。

表2 長期秸稈還田與耕作方式對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.3 長期秸稈還田與耕作方式對稻米品質(zhì)的影響

2.3.1 長期秸稈還田與耕作方式對稻米加工品質(zhì)的影響

從表3可見，免耕直播秸稈還田處理稻米的加工品質(zhì)有所改善。RNT1與NTS處理的糙米率及精米率要高于CT處理及CTS處理，且NTS處理最高，總體來看，免耕直播處理的糙米率及精米率比翻耕處理均有所提高。在整精米率方面，CTS與MTS處理顯著高于其他處理，其中，CTS處理比CT提高18.1%，翻耕和少耕秸稈還田提高了整精米率。

表3 長期秸稈還田與耕作方式對水稻加工品質(zhì)的影響

2.3.2 長期秸稈還田與耕作方式對稻米蒸煮食味品質(zhì)和外觀品質(zhì)的影響

由表4可以看出，除MTS處理外，其他處理的蛋白質(zhì)含量均比CT有所上升，但差異不顯著，其中NTS處理比CT提高了5.9%。NTS處理的堊白粒率顯著低于其他處理，但其堊白大小要顯著高于其他處理。MTS與CTS處理的堊白粒率、堊白大小及堊白度都顯著低于CT。另外，除MTS處理外，其他處理的膠稠度顯著低于CT，NTS處理的膠稠度為各處理最低。

表4 長期秸稈還田與耕作方式對水稻外觀品質(zhì)和蒸煮食味品質(zhì)的影響

表5 長期秸稈還田與耕作方式對稻米RVA譜特征值的影響

2.3.3 不同處理對稻米RVA譜特征值的影響

淀粉糊化特性反應(yīng)了稻米品質(zhì)的優(yōu)劣。由表5可知，RNT1與NTS處理的峰值黏度低于翻耕處理，熱漿黏度也低于除CTS外的其他翻耕處理，RNT1與NTS處理的崩解值低于翻耕處理，消減值高于翻耕處理，說明免耕直播水稻有使稻米食味品質(zhì)變劣的趨勢。RNT2、CTS與MTS處理的崩解值高于CT，消減值低于CT，“翻耕+秸稈還田”使稻米食味品質(zhì)得到改善。

3 結(jié)論與討論

保護性耕作方式能有效提高水稻產(chǎn)量[11-12]。嚴奉君等[13]研究結(jié)果顯示，在不同肥力水平下，與不進行秸稈覆蓋的處理相比，采用秸稈覆蓋的處理，其水稻產(chǎn)量與有效穗數(shù)均顯著提高。袁玲等[11]進行了長達10年的長期定位試驗，其研究結(jié)論顯示，秸稈還田提高了水稻的有效穗數(shù)、每穗實粒數(shù)、千粒重及實際產(chǎn)量。陳新紅等[14]研究表明，當秸稈還田量在6 000 kg/hm2時，2個不同水稻品種的產(chǎn)量較不還田處理分別提高了3.1%和11.8%，每穗粒數(shù)相比于秸稈不還田處理顯著增加，分別提高了12.4%和16.1%。本研究也顯示，相比于秸稈不還田處理，4 500 kg/hm2麥秸稈還田處理實際產(chǎn)量增加14.8%，有效穗數(shù)與實粒數(shù)顯著提高，但千粒重有所下降。同時，本研究也發(fā)現(xiàn)，同樣的秸稈還田條件下，不同耕作方式之間也有差異，采用免耕直播的處理，產(chǎn)量要低于翻耕處理，且差異顯著。另外，“連續(xù)免耕+秸稈還田”處理（NTS）的實際產(chǎn)量要顯著低于其他處理，比對照（CT）低11.8%。這與李朝蘇等研究結(jié)果相似[15]。另外，從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，“連續(xù)免耕+秸稈還田”處理（NTS）的實粒數(shù)顯著低于其他處理，這可能是由于免耕條件下，土壤較硬，影響了直播水稻根系的下扎，加上前季作物的殘茬及秸稈附于土壤表面，對于水稻生長來說條件不如翻耕處理。另外，秸稈和殘茬腐解前期爭氮現(xiàn)象明顯，導致前期水稻的氮素水平較低，影響了水稻的生長，從而減少了穎花量，導致實粒數(shù)下降。

關(guān)于連續(xù)免耕與秸稈還田對稻米品質(zhì)影響，本研究發(fā)現(xiàn)，相比于秸稈不還田處理，秸稈還田處理提高了水稻的糙米率、精米率和整精米率，降低了堊白粒率。另外，“免耕+秸稈還田”處理（NTS）比“翻耕+秸稈還田”處理（CTS）顯著增加了糙米率及精米率，同時顯著降低了堊白粒率，但整精米率卻有所下降，堊白大小及堊白度也有一定程度增加。這可能是由于“免耕+秸稈還田”處理的葉片葉綠素含量較高，光合能力強，同時由于免耕直播處理的水稻穗粒數(shù)低于其他處理，能較好的滿足源庫需求，堊白大小和堊白度的增加可能是整精米率下降的一個原因。薛亞光等[16]研究結(jié)果也顯示，秸稈還田能增加水稻的整精米率，但對糙米率和精米率影響并不顯著，另外，與麥秸稈不還田的對照相比，麥秸稈還田顯著降低了稻米的堊白粒率和堊白度，稻米的加工品質(zhì)得到改善。季紅娟等[17]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田在一定程度上改善了稻米的蒸煮食味品質(zhì)，秸稈還田處理的RVA圖譜中的崩解值比秸稈不還田處理有所增大、消減值減小，與本研究的結(jié)果基本相同。因此，本研究認為，免耕直播水稻稻米加工品質(zhì)有所改善，但有使稻米蒸煮食味品質(zhì)變劣的趨勢。

對于秸稈還田能改善稻米品質(zhì)的原因，也有研究者認為是土壤中某些酶的活性對其品質(zhì)影響較大，其中，蛋白酶和磷酸酶與稻米品質(zhì)顯著相關(guān)，而秸稈還田能顯著提高土壤中的蛋白酶與磷酸酶活性[18]。

綜上，根據(jù)我們的研究，長期秸稈還田能夠提高水稻產(chǎn)量、改善稻米品質(zhì)，但不同的耕作方式之間卻有所差異，長期免耕+秸稈還田會造成水稻產(chǎn)量減產(chǎn)，某些品質(zhì)指標變劣，其原因還需更全面、多角度的去分析論證。