耕作方式對土壤無機氮和再生稻生長的影響

孔 盼，楊 鎮，姜碩琛，侯 俊，朱建強

（長江大學農學院，湖北 荊州 434025）

再生稻是在水稻收獲第一季后，開發頭季腋芽再次生長收獲的一季水稻［1］。在種植一季稻熱量有余、種植雙季稻熱量又不足的地區及雙季稻區只種一季中稻的稻田發展再生稻，是提高復種指數、增加稻田單位面積稻谷產量和經濟收入的有效措施之一［2］。在我國南方稻區，再生稻被認為是提高復種指數和增加稻谷單產比較效益的有效措施［3］。雖然研究表明早稻-再生稻模式較水旱兩熟或雙季稻模式，提高了稻田產出效益，然而再生稻單產較低（我國平均單產1600～2200 kg/hm2），在一定程度上影響其推廣和產業化［3-4］。較低的再生稻產量除與水稻自身特性有關外，再生稻稻田土壤肥力與耕作技術也是重要的制約因素［4-5］。國內［3-4，6］、國外［2，7-12］現有研究多圍繞再生稻的形態、生理、生態探討相關栽培技術，對不同耕作方式下再生稻稻田的土壤無機氮及水稻生長的研究并不多。然而，再生稻稻田不同于一般雙季稻稻田耕作，早稻耕作插秧后再生稻不需耕作，在這種“一種兩收”的特殊農作制度下，耕作方式對土壤肥力有何影響，特別是其中無機氮動態如何，對需氮量大的再生稻施肥管理十分重要，是值得研究的科學問題。因此，本研究在調查江漢平原再生稻稻田耕作方式的基礎上，根據冬前是否翻耕和水稻插秧前旋耕情況，在田間管理完全一致的條件下，通過4種耕作方式的田間試驗，分析了再生稻稻田土壤無機氮動態變化和水稻生長狀況，為再生稻稻田土壤培肥提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在湖北省荊州市金穗家庭農場（30°23′46.68″ N，112°29′7.71″ E）的大田中進行。試驗所在地位于江漢平原腹地，屬于北亞熱帶季風氣候，年降水量1100～1300 mm，太陽年輻射總量435.3～460.4 kJ/cm2，年日照時數1800～2000h，年平均氣溫15.9～16.6℃，≥10℃的年積溫5000～5350℃，年無霜期242～263 d。4～10月降水量占全年的80%，太陽輻射量占全年的75%，≥10℃的積溫為全年的80%，具有水熱同步和與農業生產季節一致的良好氣候條件，適宜多種農作物的生長發育。2018和2019年試驗期間降水和氣溫見圖1。土壤為湖泊成因的偏粘性潴育型水稻土，耕作層（0～20 cm）土壤基本性狀為：土壤pH值6.27，有機質22.31 g/kg、全氮1.26 g/kg、全磷0.51 g/kg、全鉀9.51 g/kg、堿解氮78.61 mg/kg、有效磷20.75 mg/kg、速效鉀95.51 mg/kg。試驗地常年輪作模式為早稻-再生稻-冬閑田。

圖1 試驗期間降水量和平均氣溫

1.2 試驗設計

根據冬前是否翻耕和水稻插秧前旋耕次數，設4種耕作方式：翻耕1次旋耕1次（T1）、翻耕1次旋耕2次（T2）、不翻耕旋耕2次（T3）、不翻耕旋耕3次（T4），每個處理3次重復，共計12個小區，小區面積為240 m2。冬前進行翻耕，耕深25 cm；春季栽種水稻前旋耕，耕深15 cm。2018和2019年耕種和田間管理完全相同。

供試水稻品種為豐兩優香1號，在早稻收獲時留高樁萌生腋芽發育成再生稻，早稻-再生稻全生育期為215 d。早稻采用育秧、機插、移栽模式，于每年3月24日播種，4月21日移栽，株行距為16 cm×30 cm，每穴種植2株，8月13日收獲早稻，留40 cm稻樁為再生稻生長創造條件。試驗田按常規田間管理，早稻和再生稻均采用機收，秸稈均粉碎還田。

試驗用氮肥為普通尿素（N 46%）、復合肥（N-P2O5-K2O百分含量為22-9-15），全生育期施用化肥總量為N 281.2 kg/hm2、P2O536 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2。早稻移栽前（4月16日）施400 kg/hm2復合肥作基肥，6月20日施入分蘗肥（150 kg/hm2尿素），8月3日（早稻收獲前10 d）施尿素120 kg/hm2作為再生稻促芽肥，8月18日（早稻收獲后第5 d）施150 kg/hm2尿素作為再生稻提苗肥。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤無機氮采集與測定

分別于早稻的分蘗期、拔節期、孕穗期、灌漿期、成熟期和再生稻的齊穗期、灌漿期和成熟期，在每小區用土鉆按五點法隨機采取田間0～20 cm土層土壤樣品，土樣混勻后帶回實驗室，用2 mol/L KCl浸提土壤，采用Alliance-Futura II連續流動分析儀測定銨態氮和硝態氮含量。同時采用烘干法測定土壤含水量。

1.3.2 生物量測定

分別于早稻的分蘗期、拔節期、孕穗期、齊穗期、灌漿期、成熟期和再生稻的齊穗期、灌漿期、成熟期取具有代表性植株地上部分，按莖、葉及穗部分開收集，隨后將各部分在105℃下殺青30 min，接著于80℃烘干至恒重，測定各部分的干物質重。

1.3.3 產量及其構成因素。

分別于2季水稻成熟后，在每小區選定3 m2實收計產。成熟期調查有效穗數，每小區按其平均數取代表性植株5穴進行考種，主要考察每穗粒數、結實率、千粒重。

1.4 有關指標計算

氮肥偏生產力（PFPN）按下式計算。

其中，PFPN——氮肥偏生產力，kg/kg；

YN——施氮區稻谷產量，kg/hm2；

F——施氮量，kg/hm2。

1.5 數據處理

采用Excel 2007進行數據處理，用DPS 7.5進行方差分析，并用多重比較（LSD法）進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 耕作方式對再生稻稻田土壤無機氮的影響

不同耕作方式下，水稻不同生育期再生稻稻田土壤中銨態氮、硝態氮含量見圖2。可以看出，無論是早稻還是再生稻，土壤中的銨態氮和硝態氮均隨著水稻生育進程呈下降趨勢，并且翻耕與旋耕結合下土壤中上述2種形態的氮均高于僅旋耕的處理，同一生育期內各處理的土壤銨態氮和硝態氮含量大小均為T2＞T1＞T4＞T3的趨勢。對2年試驗結果進行統計分析發現，不同耕作方式下耕層土壤銨態氮在早稻、再生稻不同生育期的差異有時顯著、有時不顯著，從早稻拔節期到灌漿期T2與T3、T4之間的差異均達到顯著水平（P＜0.05），在再生稻生育期各處理一般不顯著；在翻耕次數相同的條件下，增加旋耕次數不會引起土壤硝態氮發生顯著變化，這可能與稻田長期處于淹水還原狀態有關。研究結果表明，在翻耕次數相同的條件下增加旋耕次數可在一定程度上提高土壤中銨態氮和硝態氮的含量，在旋耕次數相同的條件下，冬前是否翻耕對頭季稻土壤中的銨態氮含量有明顯影響，本試驗條件下冬前翻耕1次、水稻栽種前旋耕2次的效果最佳。

圖2 耕作方式對土壤銨態氮和硝態氮變化的影響

2.2 耕作方式對水稻地上部干物質積累的影響

根據田間調查取樣與室內分析，表1給出了2018和2019年早稻-再生稻各生育期在不同耕作方式下的地上部干物質重。由表1可以看出，耕作方式對部分時期水稻干物質重有顯著影響，同一生育期不同處理間干物質大小順序為T2＞T1＞T4＞T3，2年表現一致。從各處理之間的差異來看，2018年僅在再生稻成熟期T2與T3、T4之間的差異顯著（P＜0.05）；除了早稻孕穗期，在2019年T2與T3、T4在各生育期的干物質重差異達到顯著水平（P＜0.05）。在耕作方式上，增加旋耕次數有利植株生長和增加干物質重；T2與T3相比，在水稻栽種前進行同樣旋耕的條件下，冬前翻耕有利于植株生長和增加干物質重。上述試驗結果表明，適當的翻耕和旋耕均對水稻生長的發育有利。從2年試驗結果看，冬前翻耕、水稻栽種前旋耕2次（即T2）效果最好。

表1 耕作方式對水稻地上部干物質積累的影響 （t/hm2）

2.3 耕作方式對再生稻產量及其構成因素、氮肥偏生產力的影響

不同耕作方式下水稻早稻和再生稻的產量及其構成因素、氮肥偏生產力見表2。綜合不同耕作方式的2年試驗結果，從產量大小和氮肥偏生產力來看，均表現為T2＞T1＞T4＞T3。試驗結果表明，在生產效果上翻耕與旋耕結合優于單一旋耕，翻耕次數相同時適當增加旋耕可促進作物生長、提高作物產量。從耕作方式對早稻和再生稻產量的影響來看，T2與T3、T4相比，早稻產量均差異顯著，而再生稻產量均無顯著差異。從目前僅有的2年試驗結果來看，耕作方式對早稻-再生稻產量的影響主要在早稻，關鍵是T2能顯著增加穗粒數。

表2 耕作方式對再生稻產量和產量構成因素及氮肥偏生產力的影響

3 討論

3.1 耕作方式對再生稻土壤無機氮的影響

相關研究表明，施入土壤中的氮大部分經過脲酶和硝化微生物作用轉化為銨態氮和硝態氮，是作物吸收利用的主要方式［13］。趙誠齋等［14］認為，細土的土壤轉化成銨態氮的量最高，土塊大于1 cm銨態氮的產生受到嚴重抑制，說明土塊大小影響土壤銨態氮的含量。李富程等［15］研究說明，在一定范圍內，隨著耕作深度的不斷增加，土壤凈位移量顯著增大，可幫助增厚和改善耕層土壤。本研究表明，耕作方式對土壤硝態氮和銨態氮含量有一定影響，表現為T2＞T1＞T4＞T3，即翻耕與旋耕結合下土壤無機氮含量明顯高于僅作旋耕的處理。其可能的原因有3個：一是與旋耕相比，翻耕與旋耕結合既增加了耕層深度又使土粒破碎均勻，并使土壤緊實度降低［16］、表面積增大，有利于土壤固持養分［17］；二是翻耕與旋耕結合下，秸稈的埋藏較深且與土壤混合比較均勻，使更多的秸稈存留在土壤中，增加了土壤中的氮含量，提高了土壤對銨根離子的吸附能力［18-19］；三是翻耕與旋耕結合改善了土壤通氣狀況［20］，可增加土壤微生物量和提高土壤微生物的活性［21］，能改變土壤有機氮和無機氮的轉化，具有調節土壤微生物碳氮供應的功能［22-23］，進而提高土壤碳氮含量，增強土壤微生物氮素固持能力［24］。綜上所述，冬前翻耕1次、水稻栽種前旋耕2次的處理（T2），其土壤中的無機氮含量最高，這種翻耕與旋耕結合既保證了較深的耕作層，又使土塊碎化細小，為基肥與土壤均勻摻混和肥料中的氮素轉化創造了條件。

3.2 耕作方式對再生稻干物質累積量及產量的影響

耕作對于土壤是一個非常重要的環節，這方面已有較多研究。代貴金等［25］研究發現，翻耕可增加土壤總孔隙度和土壤通氣性，提高土壤中好氣性微生物的活動能力，加速有機物腐殖化過程，改善土壤環境，有利于培肥土壤，便于根系吸收緩效養分和速效養分，促進水稻生長發育和增加干物質積累。張大偉等［26］研究顯示，長年翻耕會使土壤疏松、容重降低，在秸稈還田的情況下容重降低更多，對水稻的生長更為有利。旋耕的耕深偏淺，長期使用這種耕作方法會使土壤犁底層變淺，導致通透性變差，滲水困難，不利于水稻植株的生長［27］，從而影響水稻的干物質重。

作物不同器官的干物質積累與其生長發育關系密切，作物的干物質積累量是其產量的物質基礎［28］。本研究2年定位試驗結果表明，翻耕與旋耕結合的干物質累積量大于旋耕，以冬前翻耕1次、水稻栽種前旋耕2次的處理（T2）干物質積累量最高，其次是冬前翻耕1次、水稻栽種前旋耕1次的處理（T1），僅在水稻栽種前旋耕2次的處理（T3）最低。可能是翻耕與旋耕結合改良了土層間有機質的分布，能顯著提高土壤的蓄水保肥能力，降低土壤容重與緊實度，改善土壤結構，促進孔隙形成，從而促進作物根系生長、吸收營養元素，提高作物干物質積累量及產量［29-31］。有研究認為，抽穗后的干物質生產量與稻谷產量呈顯著至極顯著正相關，抽穗后干物質積累量高對水稻高產更重要［32-33］。本研究表明，各處理干物質累積量和產量均呈現T2＞T1＞T4＞T3的趨勢，各處理產量隨干物質累積量的增加而增加，此結果與前人研究一致［28］。翻耕與旋耕結合處理下，本研究得出早稻和再生稻的有效穗數、每穗粒數、結實率和千粒重及產量均大于旋耕處理，這與黃佑崗等［34］、唐海明等［35］、谷子寒等［36］在雙季稻上的相關研究結果類似。可能是翻耕與旋耕結合有利于改善土壤結構和根系的生長環境，促進了植株地下和地上部分的生長，增強了植株光合產物的制造與積累量，從而有利于增加干物質積累，為水稻高產提供了物質保障［33］。

4 結論

耕作方式影響土壤無機氮含量和干物質累積量及早稻-再生稻的產量。通過連續2年田間試驗結果分析，可得出如下結論：

（1）從土壤無機氮供應、保證水稻生長對養分的需求看，4種耕作方式下土壤無機氮含量呈T2＞T1＞T4＞T3的基本趨勢，反映了翻耕與旋耕結合好于僅旋耕的耕作方式，以T2最佳。

（2）從4種耕作方式的效果來看，翻耕與旋耕結合（T1、T2）好于僅旋耕的耕作方式（T3、T4）；在翻耕次數相同的前提下，增加旋耕會取得較好的效果，表現為T2＞T1、T4＞T3。

（3）在促進作物生長并取得較高產量上，4種耕作方式呈現T2＞T1＞T4＞T3的趨勢，其中以T2最優，建議在生產實踐中采用該耕作方式。

致謝：文中水文氣象數據由湖北省荊州農業氣象試驗站提供，在此僅表謝忱。