稻麥周年不同秸稈還田方式對水稻產量及品質的影響

吳晶晶 張斯梅 顧東祥 顧克軍

（江蘇省農業科學院，南京210014；第一作者:jjwu＠jaas.ac.cn；*通訊作者:gkjjaas＠163.com）

近年來，隨著育種、耕作及農業機械化等農業生產技術的不斷進步，水稻、小麥和玉米等作物產量穩步增長[1]，秸稈數量也隨之遞增。2016年，我國農作物秸稈總產量高達81 565.30萬t，其中水稻、小麥、玉米秸稈量所占比例達77.78%[2]。農作物秸稈還田是解決我國當前作物秸稈不當處理所引起的環境問題和資源浪費問題的重要途徑之一。研究表明，不同條件下秸稈還田對土壤環境、微生物群落、作物生長等均有不同程度的影響，從而最終作用于農作物產量和品質[3-5]。李繼福等[7]在江漢平原的研究顯示，麥秸全量還田能提高水稻產量5.0%。HUANG等[8]通過Meta分析2013年以前112篇文章中的數據得出，在中國作物秸稈還田能夠顯著增加水稻產量，增幅為5.2%。

大田秸稈還田通常需以耕作方式為依托，通過大型農機器具來實現。生產上作物秸稈直接還田方式主要包括免耕覆蓋還田、旋耕還田、耕翻還田3種。在東北玉米連作區以秸稈深翻還田處理產量最高，比對照和覆蓋還田分別增產5.3%和10.0%，且在產量構成中，收獲穗數不同是各處理間產量差異的主要因素[9]。在湖北稻麥輪作區，秸稈粉碎翻壓還田處理水稻產量和養分積累量高于秸稈覆蓋還田[10]。秸稈還田方式的不同主要表現為還田深度的不同，一般深翻處理是將秸稈翻至20～30 cm土層，旋耕還田深度為10～15 cm。江蘇稻麥輪作區的稻麥兩季作物，哪種還田方式較優？季節循環過程中，哪種還田模式最好？單季還還是雙季還？是近年來一直困擾農民的突出問題。本文以淮北稻麥輪作區為背景，研究討論了稻麥周年不同秸稈還田方式與模式對水稻季產量及品質的影響，以期為稻麥輪作區因地制宜實施秸稈合理還田提供依據。

1 材料與方法

試驗于2019年和2020年在江蘇省泗洪縣石集鎮基地（118°27′E，33°37′N）進行。該基地屬暖溫帶季風氣候，年均氣溫14.6℃，年均降水量893.9 mm，年均日照總時數2 326.7 h；土壤無污染，0～10 cm土層含全氮1.45 mg/kg、速效磷35.04 mg/kg、速效鉀83.4 mg/kg。

1.1 供試材料與試驗設計

供試品種為優香粳。試驗設置2個主處理，旋耕（rotary tillage，R）與耕翻（plowing,P）；4個副處理，分別為雙季秸稈均不還田（no straw returning,N），雙季秸稈均全量還田（straw returning in double seasons,D），稻季秸稈還田（rice straw returning,R），麥季秸稈還田（wheat straw returning,W）。共8個大區處理：旋耕+不還（RN），旋耕+雙還（RD），旋耕+稻還（RR），旋耕+麥還（RW），耕翻+不還（PN），耕翻+雙還（PD），耕翻+稻還（PR），耕翻+麥還（PW）。每個大區占地667 m2。周年肥料用量為：麥季總氮16 kg/667 m2，稻季總氮18 kg/667 m2，氮磷鉀比例1∶0.5∶0.5（復合肥+尿素）。水稻基蘗肥∶穗粒肥=6∶4，小麥基肥∶追肥=5∶5，其他按照大田正常管理方式進行。旋耕和耕翻由大型機械進行，旋耕深度10～12 cm，耕翻深度25 cm左右。

1.2 測定項目及方法

水稻成熟期每處理取9個點，按照1 m×1 m樣方取穗子，計數每m2穗數，曬干脫粒后計算實際產量。每個大區取3株考種，考查穗長、穗質量、穗粒數、結實率、千粒重等。風干稻谷置于室溫下3個月后進行加工，測定稻米品質。精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度和堿消值按照GB/T17891-1999和NY 147-88方法測定，蛋白質含量、直鏈淀粉含量、膠稠度用米飯食味儀（佐竹，日本）測定。RVA譜采用谷物黏度儀（Perten，瑞典）測定。

1.3 數據處理

采用Excel 2013和SPSS 16.0軟件進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同秸稈還田方式與模式下水稻產量的差異

2019年定位試驗結果（圖1）顯示，在周年不同秸稈還田方式與模式處理下，水稻的產量在主處理旋耕和耕翻間沒有達到顯著差異，在4個副處理間的差異也沒有達到顯著水平。但是由圖1可看出，在旋耕處理下，各副處理的產量較為均衡，而在耕翻處理下，不同還田模式間差異顯著。PD處理產量最高，而PN處理產量最低。說明在耕翻方式下，與不還相比，雙還處理顯著提高了水稻產量。2020年的產量數據（圖1）顯示，旋耕主處理下，還田模式間沒有顯著差異，而在耕翻處理下，各還田模式間的差異較為顯著。其中，不還處理水稻產量最低，稻還處理產量最高。

2.2 不同還田方式與模式下水稻產量構成分析

從表1可見，2019年水稻產量在還田方式與模式間沒有顯著差異。2019年定位試驗結果顯示，周年不同秸稈還田方式與模式處理下，水稻產量在主處理和副處理間沒有顯著差異，還田方式與模式間也不存在互作。但如表1所示，在有效穗數、單穗質量、穗長、每穗粒數以及一次枝梗數、二次枝梗數間，存在還田方式與模式間的互作，同樣，千粒重在還田方式與模式間也存在互作。

與2019年相比，2020年水稻產量在還田方式與模式間表現互作。有效穗數在主副處理間存在互作，以旋耕處理下不還田處理有效穗數最多（圖2），達410.38×104/hm2，稻還田處理最少，僅365.00×104/hm2；而在耕翻處理下，不還田與稻還田處理的有效穗數分別為372.25×104/hm2和415.13×104/hm2，與旋耕處理下的趨勢相反。單穗質量在還田方式與模式間存在互作，且在還田模式間有極顯著差異，秸稈不還田處理單穗質量最小。穗長與穗粒數在方式與模式間同樣存在互作，在不同模式間差異顯著，耕翻下以稻還田最大。一次枝梗數在方式與模式間存在互作，在還田模式間存在顯著差異，其中不還田模式下最低。二次枝梗數在主副處理間存在互作，耕翻下以稻還田處理最高。結實率在還田方式間存在極顯著差異，耕翻處理的結實率為96.45%，顯著高于旋耕處理（94.96%）（表1）。

圖2 2020年不同秸稈還田方式與模式下水稻有效穗數

表1 不同秸稈還田方式與模式下水稻產量構成

2.3 不同還田方式與模式下稻米品質分析

從表2、表3可知，2019年稻米品質的各個參數在還田方式與還田模式間沒有顯著差異。堊白度和RVA參數的冷膠黏度在還田方式與模式間存在互作關系。而在2020年，同樣的試驗，則在一些參數上表現出差異。RD處理稻米透明度顯著低于其他處理。堿消值在不同還田模式間差異顯著，稻還田處理最低。直鏈淀粉含量在不同還田模式間存在顯著差異，稻還田處理和麥還田處理明顯高于不還田處理，還田方式與模式間存在互作。堊白粒率在還田方式間有顯著差異，旋耕處理（2.33%）顯著高于耕翻處理（1.25%）。

表2 不同秸稈還田方式與模式下水稻加工及外觀品質

淀粉糊化特性反映了稻米品質的優劣。RVA值中的多數參數在還田模式間有顯著或極顯著差異。崩解值在還田方式與模式間存在互作，且還田模式間存在極顯著差異，耕翻下麥還＞不還＞稻還和雙還。峰值黏度在還田模式間存在極顯著差異，麥還田處理最小。回冷值在主副處理間存在互作，且不同還田模式間存在顯著差異。冷膠黏度在還田方式、還田模式間均存在顯著差異，且主副處理間有互作，耕翻下麥還田處理最小，為178.67。熱漿黏度在方式與模式間有互作，且在還田模式間也存在極顯著差異，表現為雙還、稻還＞不還＞麥還。

3 討論

前人對秸稈還田對下茬水稻產量的影響有過大量的報道[11-13]。ZHAO等[12]認為，秸稈還田能提高水稻產量4.00%～8.00%。解文孝等[13]指出，不同土壤背景下，秸稈還田處理水稻產量提高2.20%～4.45%。本試驗中，就水稻產量而言，綜合2019年和2020年的結果可見，在旋耕處理下，還田模式間沒有顯著差異，而耕翻處理下各還田模式間差異顯著。2年的數據顯示，PN處理水稻產量最低，說明旋耕條件下，秸稈還田的增產效應不顯著，而在耕翻條件下，秸稈還田效應較為顯著。產量構成分析表明，2019年除結實率外，其他各項在秸稈還田方式與模式間均存在互作，達到顯著或極顯著水平；2020年與2019年相比，在互作的同時，單穗質量、穗長、每穗粒數、一次枝梗數、二次枝梗數等在還田模式間表現顯著或極顯著差異。2020年結實率在還田方式間表現極顯著差異，耕翻條件下結實率明顯高于旋耕。定位試驗從2018年開始進行，而秸稈還田效應是一個長期積累的過程，2020年與2019年相比，還田模式間的差異凸顯出來，可能是效應積累的結果。

自然環境如溫度、光照，栽培管理如施肥、水分管理、栽插密度等對稻米品質均有影響。秸稈還田對稻米品質的影響也有不少報道。王子陽等[14]指出，免耕+秸稈還田和翻耕+秸稈還田在一定程度上改善了稻米的加工品質、外觀品質及蒸煮食味品質。解文孝等[13]報道，秸稈全量還田顯著增加了稻米膠稠度和米飯食味值，但降低了鹽堿土和砂壤土背景下稻米的堊白粒率和堊白度。在稻麥輪作區，以還田方式與模式裂區處理的方式研究水稻品質的變化還較少。我們同時對2年的稻米品質做了檢測，2019年稻米品質中，透明度在不同還田模式間存在極顯著差異，堊白度和冷膠黏度在還田方式與模式間存在互作。其他指標在不同處理間沒有顯著差異。而2020年不同處理間，堊白粒率、堿消值、直鏈淀粉含量、透明度以及RVA值間均存在顯著或極顯著差異。尤其是RVA值的各項指標在不同還田模式間均存在顯著或極顯著差異。說明還田模式的不同可能會影響稻米的食味品質。耕翻條件下直鏈淀粉含量，稻還田、麥還田明顯高于不還田，說明秸稈還田在一定程度上增加了直鏈淀粉含量，使得米飯不至過于軟黏。RVA數據顯示，旋耕不還田和耕翻麥還田處理數值最優。耕翻條件下堊白粒率明顯優于旋耕。