秸秆还田对稻田土壤培肥和水稻产量的影响

杨 力，刘洪进，李长亚，周 艳，王文彬，金 鑫

(盐城市粮油作物技术指导站，江苏 盐城 224002)

秸秆还田是农业生产过程中的一项重要技术措施。研究表明，秸秆还田后改变了土壤状况、营养成分和微生物群落，对土壤pH值、有机质含量、N、P、K含量有重要影响[1-2]。秸秆还田对水稻的生长发育作用明显，前期抑制水稻生长，中后期由于作物秸秆腐解过程中陆续释放出大量的碳、氮、磷、钾等营养元素为作物所利用，促进水稻生长，增产作用显著[3]。土壤酸碱度(pH值)不但直接影响根和微生物的活性，又直接影响土壤中各种养料的有效性[4-5]。秸秆还田后在水稻田中厌氧微生物分解，产生酸化产物，所以秸秆还田后水稻田里的 pH值是一个变化的过程[6]。秸秆中除有较多的有机质外还含有一定数量的N、P、K以及各种微量元素，在秸秆腐解过程中被陆续释放出来为作物所利用[7]。众多研究表明，秸秆还田可以明显增加土壤中有机质、氮、速效磷和速效钾的含量[8]，因而秸秆还田对土壤地力影响的研究，越来越受到人们的重视。本试验研究了秸秆还田对稻田土壤养分和水稻产量的影响，旨在为大面积水稻生产中秸秆还田提供理论指导。

1 材料与方法

试验于2011-2012年在盐城市农业科技(稻麦)综合展示基地同一块田中进行，2011年11月种植小麦，2012年5月种植水稻，土壤为发育于潟湖相母质的水稻土。2011年种植水稻前测定，土壤0～20 cm有机质含量21.54 g·kg-1、全氮0.86 g·kg-1、速效氮70.6 mg·kg-1、速效磷14.2 mg·kg-1、速效钾86.7 mg·kg-1。2012年5月20日播种育秧，6月25日移栽，11月4日成熟。大田期施用尿素650 kg·hm-2、过磷酸钙880 kg·hm-2、氯化钾400 kg·hm-2，氮肥运筹比例基肥40%、分蘖肥20%、促花肥20%、保花肥20%，磷钾肥运筹比例基肥50%、促花肥50%，基肥结合耕地施，分蘖肥移栽后5 d施，促花肥倒4叶期施，保花肥倒2叶期施。大田水分管理，分蘖期浅水层，拔节后间歇灌溉。其他栽培管理与当地大面积生产相同。小麦季品种选用扬麦16，播种量为225 kg·hm-2，撒播。根据当地农民习惯进行肥料管理，大田期每公顷施45%复合肥，450 kg作基肥，尿素75 kg作分蘖肥，尿素187.5 kg作拔节肥。

1.1 试验设计

供试水稻品种为武运粳23，由江苏水稻研究所育成并提供。设4个处理：全年还田(水稻秸秆全量还田+小麦秸秆全量还田)(A)；当季还田(水稻秸秆不还田+小麦秸秆全量还田)(B)；对照(水稻秸秆不还田+小麦秸秆不还田)(C)；D、隔季还田(水稻秸秆全量还田+小麦秸秆不还田)(D)，小区面积31.5 m2(7 m×4.5 m)，3次重复，随机区组排列。

1.2 测定内容与方法

试验田于2011年进行定位试验前测定一次基础地力，在试验开展后的稻麦关键生育时期(拔节、抽穗和成熟期)用“x”法随机进行5点取样，取各处理0～20 cm耕层土样。土壤样品经风干、充分混合后，四分法留取适量样品进行粉碎；凯氏半微量定氮法测土壤全氮含量；用钼酸铵—偏钒酸铵法测定土壤全磷含量；用火焰光度法测定全钾含量；用重铬酸钾-外加热法测定土壤有机质含量。

试验田在施基肥前和稻麦于关键生育时期(拔节、抽穗和成熟期)和7月5日-8月7日每7 d测定速效氮、磷、钾。用“x”法随机进行5点取样，取各处理0～20 cm耕层新鲜土样用于测定。用AA3连续性流动分析仪测定土壤速效氮；用NH4Ac浸提—火焰光度计法测定土壤速效钾的含量；NaHCO3法测定土壤速效磷的含量。

于水稻移栽后0～42 d每7 d测定各小区耕层土壤pH值(15～20 cm)。pH值用上海仪达公司有限公司生产的PHS-3型号的酸度仪测定。

成熟期各小区取5穴考查每穗粒数、结实率和千粒重，各小区去边行实收计产。

1.3 数据分析

试验数据采用SPSS软件进行统计分折，并采用新复极差法进行平均数的显著性检验。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田对稻田土壤培肥的影响

由表1可以看出，经过两季的种植，相对试验前，拔节和抽穗期各还田处理土壤有机质含量均低于对照，成熟期A(全年还田)、B(当季还田)和D(隔季还田)处理提高了土壤有机质含量，提高值分别为4.6%、0.7%和0.1%。由此可见，秸秆还田可以增加土壤有机质含量，而且增加幅度与还田的季数有关系。土壤全氮含量是评价土壤氮素肥力的重要指标，表1显示，全年还田(A)和当季还田(B)更有利于土壤中全氮含量的增加，增加幅度达到20.3%～23.5%。土壤中P2O5和K2O的变化趋势基本一致(表1)，经过2季的种植，土壤中P2O5和K2O含量都有一定的下降，秸秆还田处理可以缓解下降幅度，其降低P2O5和K2O含量下降幅度的顺序为A(全年还田)>B(当季还田)>D(隔季还田)>C(不还田)，作用大小受还田季数影响。

表1 不同处理对土壤培肥的影响Table 1 Soil nutrient content under different treatments g·kg-1

2.2 秸秆还田对稻田土壤中速效养分含量的影响

表2 不同处理对土壤中速效养分含量的影响Table 2 Soil available nutrient content under different treatments mg·kg-1

表3 不同处理对稻季土壤速效含量的影响Table 3 Content of K and available P in soil under different treatments mg·kg-1

2.3 秸秆还田对稻田土壤pH值的影响

土壤pH值决定了土壤酸碱状况，土壤酸碱性是土壤重要的化学性质，直接影响土壤中各种养分的有效性。由图1可以看出，水稻移栽后各处理土壤pH值呈现下降的趋势，在28 d时有一个最低值，其后由于间歇灌溉，降低土壤中酸性物质积累，致使土壤pH值上升，在42 d时基本恢复到原有水平。其中21 d和28 d时，A和B处理较对照分别低2.6%、7.4%和7.1%、8.8%，这可能是受到稻田水的酸碱影响，还可能是与土壤中有机质分解产生的有机酸有关。隔季还田处理土壤pH值与对照基本保持一致，说明隔季还田对稻田土壤pH值没有明显影响。

图1 不同处理土壤pH值变化情况Fig.1 The pH of soil under different treatments

2.4 秸秆还田对水稻产量的影响

表4列出了各处理的产量及其构成因素，各处理产量较对照(C)均有提高，其中全年还田处理(A)较C高9.9%，增产最显著。产量构成因素方面，各处理穗粒数较对照提高4.2%～10.7%，结实率较对照略有下降。穗数方面，当季还田处理(A)最低，比对照低3.1%，全年季还田和隔季还田处理较C有高有低。综合来看，与对照相比，全年还田处理显著增加了穗粒数，同时保持较高的穗数和千粒重，增产显著；当季还田处理虽然拥有较高的穗粒数，但同时降低了穗数，增产不明显。

表4 不同处理对水稻产量及其构成因子的影响Table 4 The rice yield and its components under different treatments

3 结 语

关于秸秆还田对水稻产量的影响已有相关报道，但结果不尽一致。余延丰等[9]认为在稻麦两熟制地区，作物秸秆和化肥配合施用可以显著提高下季作物产量；徐国伟等[10]、卢萍等[11]认为秸秆还田会使水稻产量提高2%以上；而张海林等[12]则认为短期内(2～3 a)水稻会减产。本研究发现，隔季还田、当季还田和全年还田处理分别提高水稻产量3.0%、5.6%和9.9%，全年还田增产效果最为显著，支持了秸秆还田有利于提高水稻产量的观点。秸秆还田使水稻增产的主要原因是全年秸秆还田虽然降低了水稻穗数，但显著增大了库容，如穗粒数和千粒重。

对于秸秆还田对土壤肥力的影响，前人已经做了大量的研究，杨敏芳等[13]和杨长明等[14]研究发现秸秆还田可提高土壤酶活性从而提高土壤供肥能力，与化肥混合施用效果会更好。詹其厚等[15]和刘世平等[16]认为，秸秆还田增加了土壤中的各种养分含量。土壤酸碱度(pH值)直接影响土壤中各种养料的有效性，本试验发现,秸秆还田处理降低了土壤pH值，增强了土壤酸度。对土壤养分分析发现，经过一年的种植，秸秆还田处理能显著提高土壤有机质含量、土壤全氮含量，土壤中的P2O5和K2O含量都有一定的下降，秸秆还田处理可以缓解下降幅度。速效钾和速效磷可以直接被水稻吸收利用，秸秆还田与无机化肥配合施用，可以增加土壤中一些养分的有效性[17]，秸秆还田处理的土壤中速效钾和速效磷的含量有增加的趋势，增加的大小顺序为A(全年还田)>B(当季还田)>D(隔季还田)>C(不还田)。原因可能是秸秆还田保护了土壤中可溶性钾，提高了钾的有效性；同时促进了土壤中微生物的生长，在分解养分物质的过程中微生物保护了土壤中的速效磷。正是秸秆还田的优良培肥效果才促进了水稻产量的提高，验证了前人的观点。

[1] 江永红.秸秆还田对农田生态系统及作物生长的影响[J].土壤通报,2001,32(5):209-213

[2] 张国志，徐琪.长期秸秆覆盖免耕对土壤某些理化性质及玉米产量的影响[J].土壤学报，1998,35(3):384-390

[3] 詹其厚，张效朴，袁朝良.秸秆还田改良砂姜黑土的效果及其机理研究[J].安徽农业大学学报,2002,29(1):53-59

[4] 曾木祥，张玉杰.秸秆还田对农田生态环境的影响[J].农业环境与发展,1997(1):1-7

[5] Cohen A,Zoetemeyer R J,Deursen A,et al.Anaerobic Digestion of Glucose with Separated Acid Production and Methane Formation[J].Water Research,1979,13:571-580

[6] Horiuchi J,Shimizu T,Kobayashi M.Selective Production of Organic Acids in Anaerobic Acid Reactor by pH Control[J].Bioresource Technology,2002,82:209-213

[7] Cicerone R J,Delwiche C C,Tyler S C.Methane Emissions from California Rice Paddies with Varied Treatments [J].Global Biogeochemical Cycles,1992(6):233-248

[8] Wassmann R,Shangguan X T.Spatial and Seasonal Distribution of Organic Amendments Affecting Methane Emission from Chinese Rice Fields[J].Biology and Fertility of Soils,1996,22:191-195

[9] 余延丰，熊桂云，张继铭，等.秸秆还田对作物产量和土壤肥力的影响[J].湖北农业科学，2008,47(2):69-171

[10] 卢萍，杨林章，单王华，等.绿肥和秸秆还田对稻田土壤供氮能力及产量的影响[J].土壤通报,2007,38(1):39-42

[11] 徐国伟，吴长付，刘辉，等.秸秆还田及氮肥管理技术对水稻产量的影响[J].作物学报，2007,33(2):284-291

[12] 张海林，秦耀东，米文珊.耕作措施对土壤物理性状的影响[J].土壤,2003(2):140-144

[13] 杨敏芳，朱利群，卞新民，等.耕作措施与秸秆还田对稻麦两熟制农田土壤养分、微生物生物量及酶活性的影响[J].水土保持学报,2013,27(2):272-281

[14] 杨长明，杨林章.有机-无机肥配施对水稻剑叶光合特性的影响[J].生态学杂志,2003,22(1):1-4

[15] 詹其厚，段建南，贾宁凤，等.长期施肥对黄土丘陵区土壤理化性质的影响[J].水土保持学报,2006,20(4):82-89

[16] 刘世平，聂新涛，张洪程，等.稻麦两熟条件下不同土壤耕作方式与秸秆还田效用分析[J].农业工程学报,2006,22(1):48-51

[17] 梁东丽，李小平，谷洁，等.陕西省主要土壤养分有效性的研究[J].西北农业大学学报,2000,28(1):37-42