稻麥周年不同秸稈還田方式對水稻產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

吳晶晶 張斯梅 顧東祥 顧克軍

（江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)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(nóng)業(yè)機(jī)械化等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，水稻、小麥和玉米等作物產(chǎn)量穩(wěn)步增長[1]，秸稈數(shù)量也隨之遞增。2016年，我國農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)量高達(dá)81 565.30萬t，其中水稻、小麥、玉米秸稈量所占比例達(dá)77.78%[2]。農(nóng)作物秸稈還田是解決我國當(dāng)前作物秸稈不當(dāng)處理所引起的環(huán)境問題和資源浪費(fèi)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(huán)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(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)[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(chǎn)量5.0%。HUANG等[8]通過Meta分析2013年以前112篇文章中的數(shù)據(jù)得出，在中國作物秸稈還田能夠顯著增加水稻產(chǎn)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(nóng)機(jī)器具來實現(xiàn)。生產(chǎn)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(qū)以秸稈深翻還田處理產(chǎn)量最高，比對照和覆蓋還田分別增產(chǎn)5.3%和10.0%，且在產(chǎn)量構(gòu)成中，收獲穗數(shù)不同是各處理間產(chǎn)量差異的主要因素[9]。在湖北稻麥輪作區(qū)，秸稈粉碎翻壓還田處理水稻產(chǎn)量和養(yǎng)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(xiàn)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(qū)的稻麥兩季作物，哪種還田方式較優(yōu)？季節(jié)循環(huán)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(nóng)民的突出問題。本文以淮北稻麥輪作區(qū)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(chǎn)量及品質(zhì)的影響，以期為稻麥輪作區(qū)因地制宜實施秸稈合理還田提供依據(jù)。

1 材料與方法

試驗于2019年和2020年在江蘇省泗洪縣石集鎮(zhèn)基地（118°27′E，33°37′N）進(jìn)行。該基地屬暖溫帶季風(fēng)氣候，年均氣溫14.6℃，年均降水量893.9 mm，年均日照總時數(shù)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(shè)計

供試品種為優(yōu)香粳。試驗設(shè)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(qū)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(qū)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(fù)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(jìn)行。旋耕和耕翻由大型機(jī)械進(jìn)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(shù)每m2穗數(shù)，曬干脫粒后計算實際產(chǎn)量。每個大區(qū)取3株考種，考查穗長、穗質(zhì)量、穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重等。風(fēng)干稻谷置于室溫下3個月后進(jìn)行加工，測定稻米品質(zhì)。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(zhì)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(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013和SPSS 16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秸稈還田方式與模式下水稻產(chǎn)量的差異

2019年定位試驗結(jié)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(chǎn)量在主處理旋耕和耕翻間沒有達(dá)到顯著差異，在4個副處理間的差異也沒有達(dá)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(chǎn)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(chǎn)量最高，而PN處理產(chǎn)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(chǎn)量。2020年的產(chǎn)量數(shù)據(jù)（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(chǎn)量最低，稻還處理產(chǎn)量最高。

2.2 不同還田方式與模式下水稻產(chǎn)量構(gòu)成分析

從表1可見，2019年水稻產(chǎn)量在還田方式與模式間沒有顯著差異。2019年定位試驗結(jié)果顯示，周年不同秸稈還田方式與模式處理下，水稻產(chǎn)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(shù)、單穗質(zhì)量、穗長、每穗粒數(shù)以及一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)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(chǎn)量在還田方式與模式間表現(xiàn)互作。有效穗數(shù)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(shù)最多（圖2），達(dá)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(shù)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(zhì)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(zhì)量最小。穗長與穗粒數(shù)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(shù)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(shù)在主副處理間存在互作，耕翻下以稻還田處理最高。結(jié)實率在還田方式間存在極顯著差異，耕翻處理的結(jié)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(shù)

表1 不同秸稈還田方式與模式下水稻產(chǎn)量構(gòu)成

2.3 不同還田方式與模式下稻米品質(zhì)分析

從表2、表3可知，2019年稻米品質(zhì)的各個參數(shù)在還田方式與還田模式間沒有顯著差異。堊白度和RVA參數(shù)的冷膠黏度在還田方式與模式間存在互作關(guān)系。而在2020年，同樣的試驗，則在一些參數(shù)上表現(xiàn)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(zhì)

淀粉糊化特性反映了稻米品質(zhì)的優(yōu)劣。RVA值中的多數(shù)參數(shù)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(xiàn)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(chǎn)量的影響有過大量的報道[11-13]。ZHAO等[12]認(rèn)為，秸稈還田能提高水稻產(chǎn)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(chǎn)量提高2.20%～4.45%。本試驗中，就水稻產(chǎn)量而言，綜合2019年和2020年的結(jié)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(shù)據(jù)顯示，PN處理水稻產(chǎn)量最低，說明旋耕條件下，秸稈還田的增產(chǎn)效應(yīng)不顯著，而在耕翻條件下，秸稈還田效應(yīng)較為顯著。產(chǎn)量構(gòu)成分析表明，2019年除結(jié)實率外，其他各項在秸稈還田方式與模式間均存在互作，達(dá)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(zhì)量、穗長、每穗粒數(shù)、一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)等在還田模式間表現(xiàn)顯著或極顯著差異。2020年結(jié)實率在還田方式間表現(xiàn)極顯著差異，耕翻條件下結(jié)實率明顯高于旋耕。定位試驗從2018年開始進(jìn)行，而秸稈還田效應(yīng)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(yīng)積累的結(jié)果。

自然環(huán)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(zhì)均有影響。秸稈還田對稻米品質(zhì)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(zhì)、外觀品質(zhì)及蒸煮食味品質(zhì)。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(qū)，以還田方式與模式裂區(qū)處理的方式研究水稻品質(zhì)的變化還較少。我們同時對2年的稻米品質(zhì)做了檢測，2019年稻米品質(zhì)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(biāo)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(biāo)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(zhì)。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(shù)據(jù)顯示，旋耕不還田和耕翻麥還田處理數(shù)值最優(yōu)。耕翻條件下堊白粒率明顯優(yōu)于旋耕。