嘉興市長(zhǎng)期秸稈還田水稻產(chǎn)量和土壤肥力的調(diào)查

魯晨妮，陳菊根，程旺大，沈亞強(qiáng)，曹奎榮，張紅梅，王保君，陳貴*

(1.嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 嘉興 314016；2.嘉興市秀洲區(qū)王江涇新橋生態(tài)農(nóng)場(chǎng)，浙江 嘉興 314016)

農(nóng)作物秸稈是一種寶貴的生物碳庫(kù)，含有氮、磷、鉀和多種中微量元素，是物質(zhì)和養(yǎng)分的載體[1]。加快農(nóng)作物秸稈的綜合利用，不但節(jié)約資源，減少農(nóng)業(yè)面源污染，而且能促進(jìn)農(nóng)村節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

為加快推進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用，進(jìn)一步促進(jìn)現(xiàn)代生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展，嘉興市于2016年出臺(tái)了《嘉興市秸稈露天禁燒和綜合利用條例》和《嘉興市秸稈還田技術(shù)規(guī)程》，力求從法律上保障農(nóng)作物秸稈綜合利用的順利實(shí)施[2-3]。嘉興市年產(chǎn)農(nóng)作物秸稈180萬(wàn)t，水稻和大小麥秸稈占90%左右[4]。秸稈資源的利用途徑主要為用作還田肥料、蘑菇基料、固化成型燃料、飼料和家庭燃料等[5]。其中，秸稈還田約占總量的59.6%，包括秸稈留茬還田20%～25%和秸稈機(jī)械切碎還田35%，秸稈還田肥料化利用是秸稈資源化利用最有效的途徑之一[5]。

研究[6-7]表明，秸稈還田的水稻產(chǎn)量和土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀含量、土壤pH均高于常規(guī)施肥。秸稈還田肥料化利用不僅能歸還作物生長(zhǎng)期吸收的養(yǎng)分，提高土壤肥力，還能夠減少化學(xué)肥料的投入和面源污染的發(fā)生[8]。我們通過(guò)種植大戶基地調(diào)查、監(jiān)測(cè)，依托嘉興市秀洲區(qū)和南湖區(qū)長(zhǎng)期實(shí)施秸稈還田的種糧大戶或合作社，以秸稈長(zhǎng)期還田對(duì)水稻生長(zhǎng)和土壤肥力的影響為研究重點(diǎn)，旨在為促進(jìn)嘉興市秸稈長(zhǎng)期還田可持續(xù)發(fā)展提出建議和對(duì)策。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

嘉興市地處浙江省北部，屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫15～16 ℃，年降水量1 194 mm，平均相對(duì)濕度 80%～85%，年均輻射量 462 kJ·cm-2。土壤類(lèi)型為長(zhǎng)三角地區(qū)典型的水稻土青紫泥。

1.2 調(diào)查與采樣

本次調(diào)查區(qū)為嘉興市南湖區(qū)和秀洲區(qū)4個(gè)種糧大戶基地，分別位于秀洲區(qū)的王江涇鎮(zhèn)、油車(chē)港鎮(zhèn)、新塍鎮(zhèn)和南湖區(qū)的余新鎮(zhèn)。各調(diào)查點(diǎn)信息如表1所示，其中：王江涇鎮(zhèn)調(diào)查點(diǎn)水稻種植類(lèi)型為常規(guī)粳稻和秈粳雜交稻，種植品種分別為紹粳18和甬優(yōu)1540；油車(chē)港鎮(zhèn)、新塍鎮(zhèn)和余新鎮(zhèn)調(diào)查點(diǎn)的水稻為秈粳雜交稻，種植品種分別為甬優(yōu)7872、甬優(yōu)362和甬優(yōu)1540，稻-麥輪作種植。施肥方式以及田間管理按照大戶種植水稻常規(guī)管理。各調(diào)查點(diǎn)秸稈還田量為每年9.0～16.8 t·hm-2，還田年限4～6 a。

表1 調(diào)查種植大戶基地的基本信息

水稻收獲時(shí)采集水稻植株樣品和土壤樣品，按調(diào)查點(diǎn)種植面積設(shè)計(jì)若干采樣點(diǎn)，均勻分布。土壤樣品室內(nèi)自然風(fēng)干，用木棍碾壓，去除植物殘?bào)w、石塊等侵入體和新生體。充分混勻后經(jīng)四分法取舍，研磨過(guò)篩，裝入樣品瓶備用。

1.3 樣品分析測(cè)定

水稻樣品測(cè)定植株氮含量，采用H2SO4-H2O2消解、凱氏定氮法測(cè)定。土壤樣品測(cè)定土壤肥力指標(biāo)和土壤微生物指標(biāo)。土壤容重采用環(huán)刀法，土壤全氮采取H2SO4混合催化劑消解-凱氏定氮法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法，有效磷采取碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀采取醋酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，土壤微生物總DNA提取采用PowerSoil DNA Isolation Kit 土壤DNA提取試劑盒(Mobio 12888)，熒光定量PCR酶采用SYBR Green Premix Ex Taq II(RR820A，寶日醫(yī)生物技術(shù)有限公司)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻產(chǎn)量和氮吸收累積特性

表2可見(jiàn)，油車(chē)港鎮(zhèn)調(diào)查點(diǎn)秸稈還田時(shí)間最長(zhǎng)，所種植的甬優(yōu)7872產(chǎn)量高于其他調(diào)查點(diǎn)，為12.08 t·hm-2。在4個(gè)調(diào)查點(diǎn)中，秀洲區(qū)王江涇鎮(zhèn)調(diào)查點(diǎn)和南湖區(qū)余新鎮(zhèn)調(diào)查點(diǎn)種植的秈粳雜交稻品種為甬優(yōu)1540，其產(chǎn)量分別為11.85和11.70 t·hm-2。

表2 各調(diào)查點(diǎn)的水稻產(chǎn)量和氮吸收累積

不同種植基地雜交稻谷草比為0.43～0.56，其中，秸稈還田年限5、6 a的新塍鎮(zhèn)和油車(chē)港鎮(zhèn)調(diào)查點(diǎn)水稻谷草比并列第一，說(shuō)明連續(xù)秸稈還田可以增加水稻谷草比，提高水稻光合轉(zhuǎn)化效率。

各調(diào)查點(diǎn)雜交稻地上部氮積累量為118.50～140.70 kg·hm-2，平均氮積累量為126.86 kg·hm-2。其中：油車(chē)港鎮(zhèn)調(diào)查點(diǎn)水稻地上部氮積累量最高；王江涇鎮(zhèn)調(diào)查點(diǎn)常規(guī)稻地上部氮積累量最低，僅為92.25 kg·hm-2。比較發(fā)現(xiàn)，雜交稻地上部氮積累量比常規(guī)稻高28.5%～52.5%，平均高37.5%。分析地上部氮積累數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，余新鎮(zhèn)調(diào)查點(diǎn)水稻葉稈氮積累量最高，達(dá)47.55 kg·hm-2，油車(chē)港鎮(zhèn)調(diào)查點(diǎn)水稻的穗氮積累量最高，達(dá)96.45 kg·hm-2，比雜交稻穗的氮平均積累量高13.3%。由數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，地上部氮積累量的差異主要由穗的氮積累量差異造成，其中，王江涇鎮(zhèn)常規(guī)粳稻含量穗氮積累量?jī)H為油車(chē)港鎮(zhèn)雜交稻的55.7%。結(jié)合以上分析可知，長(zhǎng)期秸稈還田條件下，還田時(shí)間影響水稻氮積累，其積累的差異主要體現(xiàn)在穗的氮積累上，即還田時(shí)間越長(zhǎng)水稻穗積累的氮素含量越高。

2.2 土壤肥力狀況

圖1分析可知，各調(diào)查點(diǎn)耕層土壤容重均較低，為0.84～1.07 g·cm-3，平均為0.94 g·cm-3，隨秸稈還田年限增加，土壤容重降低。其中，油車(chē)港鎮(zhèn)調(diào)查點(diǎn)秸稈還田時(shí)間最長(zhǎng)，其土壤容重最低，為0.84 g·cm-3，這可能是由于長(zhǎng)期大量秸稈還田，輸入農(nóng)田的秸稈腐化增加了土壤的孔隙度與微生物的豐度，使土壤變得疏松，容重降低。

圖1 各調(diào)查點(diǎn)秸稈還田下的土壤容重

各調(diào)查點(diǎn)土壤全氮含量在2.0～3.2 g·kg-1，平均值為2.6 g·kg-1，其中還田年限最長(zhǎng)的油車(chē)港鎮(zhèn)點(diǎn)最高。有機(jī)質(zhì)含量為26.7～53.2 g·kg-1，平均為37.6 g·kg-1，還田年限為5和6 a的調(diào)查點(diǎn)有機(jī)質(zhì)含量高于還田4 a的調(diào)查點(diǎn)。有效磷含量在26.2～77.6 mg·kg-1，平均含量為42.6 mg·kg-1，隨還田年限增加有效磷含量呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，種植基地秸稈長(zhǎng)期不還田地塊土壤的有效磷含量為10 mg·kg-1左右，僅為長(zhǎng)期秸稈還田有效磷平均水平的1/4左右。土壤速效鉀含量在115.7～157.6 mg·kg-1，平均含量為133.7 mg·kg-1，還田最長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)查點(diǎn)比其他調(diào)查點(diǎn)高2.3%～36.6%，平均高于其他調(diào)查點(diǎn)24.9%。土壤堿解氮含量為150.1～259.5 mg·kg-1，平均含量為193.5 mg·kg-1，其中油車(chē)港鎮(zhèn)調(diào)查點(diǎn)比其他調(diào)查點(diǎn)高24.5%～73.0%(表3)。

綜合分析發(fā)現(xiàn)，秸稈還田時(shí)間越長(zhǎng)，土壤全氮、有效磷、速效鉀和堿解氮含量越高，而有機(jī)質(zhì)和pH沒(méi)有表現(xiàn)出與秸稈還田的相關(guān)性。

2.3 土壤微生物狀況

土壤微生物主要包括細(xì)菌、真菌和放線菌等，可以促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的形成，是土壤生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和能量循環(huán)的動(dòng)力。由表4可見(jiàn)，土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量隨秸稈還田年限增加而增加。油車(chē)港鎮(zhèn)秸稈還田調(diào)查點(diǎn)土壤中細(xì)菌數(shù)量最多，比其他調(diào)查點(diǎn)高21.1%～140.4%，同時(shí)，也是放線菌數(shù)量最高的調(diào)查點(diǎn)，放線菌數(shù)量比其他調(diào)查點(diǎn)高20.5%～124.3%。分析真菌數(shù)量發(fā)現(xiàn)，南湖區(qū)余新鎮(zhèn)的真菌數(shù)量最高，而還田年限相同的新塍鎮(zhèn)真菌數(shù)量最少，這可能與土壤本底的真菌數(shù)量差異有關(guān)，同時(shí)也說(shuō)明，還田過(guò)程投入的真菌數(shù)量差異較大，與還田年限沒(méi)有顯著的相關(guān)性。

表4 各調(diào)查點(diǎn)的土壤微生物含量

3 小結(jié)與討論

本研究通過(guò)對(duì)長(zhǎng)期秸稈還田水稻與土壤的調(diào)查和檢測(cè)，統(tǒng)計(jì)分析了長(zhǎng)期秸稈還田下水稻產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分情況。此前有學(xué)者[9]研究報(bào)道，秸稈還田有助于水稻氮素和干物質(zhì)向穗部積累，本研究植株氮素含量和谷草比揭示，秸稈還田年限對(duì)水稻氮素積累和干物質(zhì)積累有一定影響，秸稈還田時(shí)間久的調(diào)查點(diǎn)氮素和干物質(zhì)更多地積累在穗部。

對(duì)秸稈還田土壤的調(diào)查和分析發(fā)現(xiàn)，耕層土壤的容重降低，這可能是秸稈改善了土壤的物理結(jié)構(gòu)，使土壤變得疏松多孔。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，秸稈還田時(shí)間越長(zhǎng)，土壤全氮、有效磷、速效鉀和堿解氮含量越高，而有機(jī)質(zhì)和pH沒(méi)有表現(xiàn)出與秸稈還田的相關(guān)性，這可能一方面受到秸稈還田返還物質(zhì)和稻季養(yǎng)分吸收兩者共同影響；另一方面也與各調(diào)查點(diǎn)土壤的特性相關(guān)。 本研究的不足之處是基于調(diào)查的結(jié)果，對(duì)于各個(gè)調(diào)查點(diǎn)試驗(yàn)前的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集不夠，此外調(diào)查點(diǎn)的樣本數(shù)量少，所覆蓋秸稈還田的年份較少，在比較時(shí)存在一定的局限性?？傮w可以證明，嘉興市秸稈還田政策的推行有助于水稻土壤的改良，具體實(shí)施技術(shù)值得進(jìn)一步試驗(yàn)和研究。