長期定位試驗不同耕作方式與秸稈還田對水稻產量和稻米品質的影響

周文濤 毛燕 唐志偉 吳建軍 許定義 傅志強*

（1湖南農業大學 農學院/農業農村部華中地區作物栽培科學觀測實驗站，長沙410128；2湖南省華容縣農業農村局，湖南 華容436000；第一作者：1250171795＠qq.com；*通訊作者：zqf_cis＠126.com）

隨著人口增多以及人們生活水平的提高，水稻高產優質且對環境友好是糧食生產的目標。秸稈還田、耕作方式是影響水稻產量以及稻米品質的重要因子。秸稈還田可以避免秸稈焚燒造成的環境危害，并且水稻秸稈富含養分，是一種多功能利用的可再生資源。秸稈還田可以增加土壤耕層的有機物，提高土壤養分含量，促進水稻生長，從而提高水稻產量[1-4]。有研究表明，秸稈還田較不還田能明顯提高水稻產量，還能顯著提高稻米中的鐵、鋅含量[5]；秸稈還田能明顯改善稻米外觀和加工品質，提高出糙率、精米率，降低堊白度和堊白粒率[6-8]；長期秸稈還田能夠增加稻米的外觀品質和營養品質[9]。不同耕作方式會對水稻產量和品質產生不同影響[10-15]。有研究發現，秸稈還田與耕作方式的互作會使稻米堊白、整精米率、稻米蛋白質含量及糊化溫度高于常規耕作方式[16]。劉世平等[17]也發現，翻耕移栽加秸稈還田能夠提高稻米整精米率，降低堊白粒率和堊白度。本文通過長期定位試驗，研究了翻耕、旋耕、免耕及秸稈還田對水稻產量和品質的影響，為水稻優質、高產、高效栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地點位于瀏陽市沿溪鎮湖南農業大學教學實習基地（113°49′52.35″E，28°18′16.13″N），該地多年平均氣溫17.5℃，1月平均氣溫5.4℃，7月平均氣溫28.7℃。本試驗自2017年開始進行長期定位研究，2019年供試品種：早稻為常規稻中嘉早17，晚稻為雜交稻泰優390。

1.2 試驗設計

試驗采用裂區試驗設計，以秸稈是否還田為主區，耕作方式為副區。主區設秸稈全量還田（S1）與不還田（S0）2個水平，耕作方式設T1（早稻翻耕+晚稻翻耕）、T2（早稻旋耕+晚稻翻耕）、T3（早稻旋耕+晚稻旋耕）、T4（早稻旋耕+晚稻免耕）、T5（早稻免耕+晚稻免耕）5個處理。大區試驗，不設重復，設10個大區，每個大區面積為105 m2（15 m×7 m）。旋耕采用旋耕機深入土層5～10 cm，翻耕深入土層20～30 cm。早稻還田冬季作物為紫云英。早稻紫云英還田量為5.58 t/hm2，稻草還田量為16.23 t/hm2。

1.3 試驗方法

早稻機插秧，常規稻每叢4株，雜交稻每叢2株，株行距14 cm×21 cm；晚稻采用手插秧，株行距15 cm×20 cm。早稻施肥量為氮肥（折算為純N）120 kg/hm2、磷肥（P2O5）60 kg/hm2、鉀肥（K2O）120 kg/hm2；晚稻施肥量為氮肥（折算為純N）150 kg/hm2、磷肥（P2O5）90 kg/hm2、鉀肥（K2O）120 kg/hm2。肥料運籌比例：80%作基肥，20%在移栽后7～10 d施入。早稻于4月5日播種，4月25日插秧，7月22日收獲；晚稻于6月20日播種，7月28日插秧，10月27日收獲。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 考種與測產

水稻成熟時在各大區選3個點，各點取1 m2水稻用于產量測定（以每1 m2株數確定取樣株數）。

1.4.2 外觀品質

選取樣品100粒，用種子外觀品質分析儀進行稻米堊白度和堊白粒率等指標的測定。測定方法參照GB/T17891-1999《優質稻谷》。

1.4.3 加工品質

參照GB/T17891-1999《優質稻谷》測定。從去除泥沙雜質的稻谷樣品中，稱取試樣3份，每份100 g。用出糙機脫殼出糙，糙米稱重，再計算得出糙米率。從測定糙米率得到的糙米中，稱取試樣，精米碾磨，篩理，稱重，計算出精米率。將上述實驗中的精米樣品放在孔徑2 mm的篩內，篩理1 min。從篩面上留下的精米中揀出整粒精米，稱重量，計算整精米率。選取樣品100粒，用種子外觀品質分析儀測定外觀品質。

1.4.4 蒸煮品質

用種子粘度分析儀測定種子糊化溫度、峰值粘度、崩解值及消減值等。

1.5 數據處理

用Excel 2010進行數據處理，用SPSS 23.0進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 秸稈還田和耕作方式對早稻產量的影響

由圖1可知，早稻產量秸稈還田處理高于不還田處理。在秸稈還田條件下，不同耕作方式產量大小表現為T2＞T1＞T5＞T3＞T4，T2處理顯著高于其他處理，較其他處理高1.1～3.1 t/hm2；在秸稈不還田的條件下，不同耕作方式處理中，T3處理產量最高，與T1處理產量差異不顯著，但顯著高于T2、T4、T5處理，分別高34%、31%、31%。早稻在T1處理條件下，不管秸稈還田還是不還田，產量均表現出較高水平，分別達7.2 t/hm2和6.6 t/hm2。

圖1 秸稈還田與耕作方式對早稻產量的影響

2.2 秸稈還田和耕作方式對晚稻產量的影響

從圖2可見，晚稻產量秸稈還田處理與不還田處理差異不明顯。在秸稈還田條件下，不同耕作方式產量表現為T3＞T1＞T2＞T4＞T5，T3產量為9.5 t/hm2，顯著高于其他處理，T1、T2、T4處理間產量差異不顯著，但均顯著高于T5處理；秸稈不還田條件下，T2處理的產量為9.9 t/hm2，顯著高于其他處理，較T4、T3、T1處理分別高1.8 t/hm2、1.8 t/hm2、2.6 t/hm2，T5處理產量較低。晚稻在T5處理條件下，不管秸稈還田還是不還田，其產量均表現為較低水平。

圖2 秸稈還田與耕作方式對晚稻產量的影響

2.3 周年秸稈還田和耕作方式對水稻產量的影響

從圖3可見，秸稈還田處理與不還田處理間周年產量差異不顯著。S1T2處理產量最高，達15.8 t/hm2，S0T5處理產量最低，為11.6 t/hm2，兩者相差36%。秸稈還田條件下，T1、T2、T3處理間產量差異不顯著，但顯著高于T4、T5處理；秸稈不還田條件下，T1、T2、T3處理間產量差異不顯著，但均顯著高于T5處理，T2、T3處理還顯著高于T4處理。T1、T2、T3的耕作方式由翻耕、旋耕組合，而T4、T5的耕作方式均含有免耕。可見，翻耕、旋耕相對于免耕耕作方式對水稻產量有顯著提高作用。

圖3 秸稈還田與耕作方式對周年產量的影響

2.4 雙季稻秸稈還田和耕作方式對稻米品質的影響

由表1可知，早稻在秸稈還田條件下，不同耕作方式稻米外觀品質（堊白粒率、堊白度）沒有顯著差異，加工品質（糙米率、精米率、整精米率）以T5處理最好，糙米率較最低的T1處理高23%；秸稈不還田條件下，不同耕作方式稻米外觀品質具有顯著差異，堊白粒率以T3處理最高，堊白度以T2處理最高，加工品質以T1處理最好，糙米率較最低的T2處理高22%。秸稈還田對早稻堊白粒率的影響顯著（F=149.39**），對堊白度以及加工品質的影響不顯著；耕作方式對早稻外觀品質、糙米率的影響顯著，對精米率、整精米率的影響不顯著；秸稈還田與耕作方式互作對稻米外觀品質的影響顯著，對加工品質的影響不顯著。

表1 耕作方式與秸稈還田對稻米外觀、加工品質的影響 （單位：%）

從表1可見，在秸稈還田條件下，不同耕作方式間的晚稻米堊白粒率、堊白度、整精米率差異不顯著。其中，堊白粒率和堊白度以T1處理最低，表現最好；糙米率和精米率均以T5處理最高，整精米率以T2處理最高。在秸稈不還田條件下，不同耕作方式間的堊白粒率、堊白度以T4處理最高，以T3處理最低；糙米率和精米率均以T3處理最高，整精米率以T2處理最高。秸稈還田對早稻堊白粒率、糙米率的影響顯著。耕作方式對晚稻稻米品質的影響不顯著；秸稈還田與耕作方式互作對晚稻米的堊白粒率影響顯著，對加工品質和堊白度影響不顯著。

2.5 秸稈還田和耕作方式對RVA譜特征的影響

由表2可知，耕作方式、秸稈還田與耕作方式互作均對早稻淀粉RVA譜有顯著影響，而秸稈還田僅對熱漿粘度、消減值有顯著影響；不同耕作方式、秸稈還田與否對晚稻淀粉RVA譜特性均無顯著影響，秸稈還田與耕作方式互作僅對消減值有顯著影響。早稻秸稈還田條件下，T2處理峰值粘度、熱漿粘度和最終粘度比其他處理高，T1處理的消減值較其他處理低，比T5處理低23%；秸稈不還田條件下，T4處理的峰值粘度、熱漿粘度和最終粘度比其他處理高，T5處理的消減值比其他處理低，比T4處理低86%。晚稻秸稈還田條件下，T1處理的峰值粘度最高、T5處理的消減值、最終粘度最低；秸稈不還田條件下，T2處理峰值粘度最高、消減值最低。可見，“早稻旋耕+晚稻翻耕”處理比其他處理峰值粘度、崩解值較高，而消減值較低，食味最優。

表2 耕作方式與秸稈還田對稻米RVA譜特性的影響 （單位：cP）

3 討論與結論

3.1 不同耕作方式與秸稈還田對水稻產量的影響

諸多研究表明，秸稈還田處理水稻產量明顯高于不還田處理[18]，同時隨著還田年限的增加，產量增幅提高[19]。不同秸稈還田量試驗發現，無論是半量、全量還田，對水稻產量均有所提高[20]。本研究也表明，雙季稻秸稈還田處理的產量高于不還田處理。這可能是因為在長期定位試驗下，秸稈還田能夠補充土壤養分，促進水稻積累營養物質，從而推動籽粒轉運速率，使水稻獲得高產。與鄒清祺等[21]研究結果不同，本研究不管是在秸稈還田還是不還田條件下，不同耕作方式對水稻產量影響顯著，并且旋耕處理下的早稻、晚稻及周年產量均高于其他耕作方式，免耕處理的產量最低。原因在于旋耕與翻耕相對于免耕處理更有利于秸稈深入土層還田，增加土壤有機質，從而改善土壤結構和肥力水平，而長期免耕易生雜草，多病害，不利于水稻生長，從而降低水稻產量。

由于免耕處理產量常常處于較低水平，而秸稈還田較不還田具有明顯增產作用[22-23]。因此，水稻生產常采取秸稈還田與耕作措施結合的模式。本研究將雙季稻旋耕、翻耕、免耕模式進行組合，發現相較于早晚稻均免耕的處理，“早稻旋耕+晚稻免耕”可以顯著提高產量。這進一步說明，早稻旋耕方式可以聯動晚稻免耕方式，從而提高水稻周年產量。翻耕處理的增產效果較旋耕低，但高于免耕處理，秸稈還田與不還田條件下，翻耕處理的周年產量均處于中間水平，但“早稻旋耕+晚稻翻耕”處理的產量最高。原因在于秸稈全量還田后，主要集中在土壤表層，旋耕耕層為5～10 cm，翻耕耕層為20～30 cm，旋耕方式下，水稻生育前期容易發生爭氮效應，而翻耕可以緩解水稻生育前期的爭氮效應，且養分釋放緩慢，可以為水稻生育后期提供充足養分，因此S1T2即“秸稈還田+早稻旋耕+晚稻翻耕”處理，不僅可以高效利用秸稈資源，而且增產效果最為明顯。

3.2 不同耕作方式與秸稈還田對稻米品質的影響

有研究表明，秸稈還田能增加水稻的整精米率[15]。本研究結果與之相似，秸稈還田較不還田能夠增加晚稻稻米的糙米率、精米率和整精米率。不同的耕作方式下，早晚稻稻米外觀品質沒有明顯差異，但加工品質差異明顯，秸稈還田條件下，免耕處理的稻米加工品質均高于其他耕作方式，與王子陽等[24]研究結果相同；秸稈不還田情況下，翻耕、旋耕處理稻米加工品質高于免耕，其原因可能是免耕方式導致土層板結、耕層變淺，長期秸稈不還田，土壤養分含量變少，不利于水稻植株穩定生長，使稻米糙米率降低。秸稈還田與耕作方式互作對稻米糙米率、精米率、整精米率無顯著影響，而對稻米堊白粒率影響顯著。總體而言，S1T5即“秸稈還田+早晚稻均免耕”處理下稻米加工品質最佳。

研究表明，秸稈還田可以提高稻米的營養品質[25-27]。本研究表明，秸稈還田、耕作方式以及秸稈還田與耕作方式互作與早稻的營養品質（RVA譜特性）具有顯著相關性，而與晚稻沒有明顯相關關系。免耕條件下，秸稈還田較不還田能夠明顯提高稻米的營養品質，這可能是因為免耕+秸稈還田可以促進碳循環酶活性與轉化酶活性[28]，從而在一定程度上改善稻米的蒸煮食味品質[29]，而旋耕、翻耕方式下沒有明顯的一致結論。本研究發現，T2（早稻旋耕+晚稻翻耕）在早稻秸稈還田與晚稻秸稈不還田的情況下，較其他耕作方式，稻米的峰值粘度、熱漿粘度、崩解值、最終粘度值要高，消減值較低。晚稻在秸稈還田條件下，不同耕作方式的RVA譜特性沒有明顯差異。淀粉RVA譜特性是稻米食味的重要指標，稻米淀粉峰值粘度和崩解值越高、消減值越低說明食味越好。因此，S1T2處理（早稻旋耕+晚稻翻耕+秸稈還田）相比于其他處理稻米蒸煮食味最優。