不同耕作方式对机插双季水稻产量的影响

汤 军，黄 山，谭雪明，石庆华，潘晓华

(江西农业大学 双季稻现代化生产协同创新中心/作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室/江西省作物生理生态与遗传育种重点实验室，江西 南昌 330045)

土壤耕作是人类最古老的农艺措施之一。合理的土壤耕作方式能够改善土壤的物理(水、热和气动态及土壤结构)、化学(有机质矿化及养分有效性)和生物学(土壤微生物和动物的活性)性状，促进根系生长和提高作物产量［1-3］。而且，耕作措施还能够调控其他的农田生态系统服务功能，如土壤有机碳固定、水分和养分保持等，从而影响整个农田生态系统的可持续发展［2，4］。

我国实行家庭联产承包责任制以来，农业机械化水平得到了快速提高，但农机小型化趋势明显，特别是土壤耕作机械［5］。长期连续采用小型机械耕作导致我国农田的耕层普遍浅化、土壤紧实，严重阻碍了作物根系的生长和产量的提高，同时弱化了土壤的蓄水保肥能力，容易导致水土流失［6-7］。研究表明，适时加大土壤耕作的深度，例如翻耕和深松，能显著改善土壤结构、增加土壤贮水量、促进根系生长和提升作物产量［7-9］。但目前有关深耕的研究主要集中在北方旱地土壤，这可能是因为旱地作物生产受土壤水分的限制较大，而且耕层浅化问题更为严重。有关稻田土壤耕作的研究则主要集中在免耕的效应上，对翻耕的研究较少，特别是在机械插秧的条件下则更少［1，10-11］。而水稻机插秧，特别是双季稻，是制约我国农业机械化水平提高的瓶颈之一。2012，全国耕种收综合机械化水平达到57%，而水稻机械种植水平仅为30%［12］。因此，明确机插条件下不同土壤耕作方式对双季水稻生产的影响对推进水稻的全程机械化生产具有重要意义。本研究的目的即是在机插秧条件下，探明不同土壤耕作方式(旋耕和翻耕)对双季水稻产量的影响。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

田间试验于2012 年和2013 年在江西省南昌县广福村进行，供试土壤为潴育潮砂泥田。耕层厚度为13～15 cm。试验前耕层土壤的基本理化性质为:土壤有机碳15.4 g/kg、总氮1.7 g/kg、速效磷34.6 mg/kg、速效钾78.3 mg/kg、pH 5.2。

试验地的种植制度为双季水稻-冬闲。设置两种土壤耕作方式:深翻耕和浅旋耕。深翻耕处理使用大型拖拉机(福田雷沃M654，山东潍坊)牵引传统的五铧犁进行翻耕，作业深度为20～25 cm;浅旋耕采用当地农户普遍使用的江西赣发农机制造有限公司生产的DF-151 型手扶拖拉机进行旋耕，深度为13～15 cm。由于是耕作试验，为便于机械作业，本研究采用大区对比方式，每个处理面积为1 300 m2，取样时将每个大区等分为3 个取样小区，形成大区内重复。

除耕作方式不同外，其他措施保持一致。具体施肥方案:每季水稻施纯氮150 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 135 kg/hm2。氮肥按m(基肥)∶m(分蘖肥)∶m(穗肥)=5∶2∶3 施用;磷肥做基肥一次性施用;钾肥按m(基肥)∶m(穗肥)=7∶3 施用。水稻采用联合收割机收获后，稻草全量还田。采用东洋PF-455S 型插秧机进行双季机插秧，株行距为13 cm×30 cm。供试的早、晚稻品种(组合)分别为中嘉早17 号和五丰优T025。采用硬盘湿润育秧，早稻每667 m2播种量为4 kg，晚稻为2.5 kg，每667 m230 片秧盘。耕作后土壤沉实2 d 后进行机插。2012 年和2013 年早稻分别于3 月24 日和3 月26 日播种，4 月20 日和4 月21 日机插，7 月10 日和7 月11 日收获;晚稻于6 月25 日和6 月30 日播种，7 月18 日和7 月19 日机插，10 月26 日和10 月21 日收获。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 叶绿素含量及光合速率 抽穗后每5～7 d 用叶绿素仪(SPAD-502，日本)测定剑叶的叶绿素含量(以SPAD 值表示)。视天气状况，抽穗后每10 d 左右测定1 次剑叶的净光合速率(CI-340 光合测定系统，美国)。

1.2.2 干物质及氮素含量 于抽穗期和成熟期按平均茎蘖数每小区5 点取样，每点取样1 穴，将茎鞘、叶片、穗分开置于烘箱中105 ℃杀青30 min，然后80 ℃烘干至恒质量。采用全自动凯氏定氮仪(FOSS-2300，美国)测定植株的氮素含量。

1.2.3 根系分布 于成熟期地上部植株取样的同时，每穴稻株以基部为中心，挖取长20 cm，宽15 cm，深20 cm 的土柱，自上而下将土柱分成0～10 cm 和10～20 cm 两层分别装入网袋，用流水冲洗干净后烘干称质量。

1.2.4 考种测产 成熟期每小区调查100 穴有效穗，按平均数法5 点取样，每点1 穴，考察穗粒结构。每个小区实割10 m2植株后脱粒测定实际产量。

1.2.5 数据分析 统计分析采用SPSS 18.0 软件进行，于P＜0.05 水平上进行统计显著性检验。2012年和2013 年两年结果的趋势基本一致。因此文中除产量及其构成外，其他数据以2012 年的为主。

2 结果与分析

2.1 生物量、产量及其构成

2012 年早稻，翻耕处理在抽穗期和成熟期的地上部生物量均有大于旋耕处理的趋势，但统计分析不显著，晚稻既无显著差异亦无明显的趋势(图1)。与生物量趋势一致，2012 年早稻季，翻耕处理水稻产量及产量构成各因子有高于旋耕处理的趋势，但均未达到显著差异，晚稻既无显著差异也无明显的趋势(表1)。2013 年不同耕作方式对早稻和晚稻的产量及其构成均无显著影响，也未表现出明显的趋势。

图1 不同耕作方式对水稻地上部生物量的影响Fig.1 Effect of different tillage regimes on aboveground biomass

表1 不同耕作方式对水稻产量及其构成的影响Tab.1 Effect of different tillage regimes on rice yield and yield components

2.2 剑叶SPAD 值及光合速率

不同耕作方式对抽穗后剑叶SPAD 值具有显著影响(图2)。除抽穗当天无显著差异外，早稻翻耕处理剑叶SPAD 值一直显著低于旋耕处理。与早稻趋势一致，晚稻翻耕处理剑叶SPAD 值一直低于旋耕处理，但统计分析未达到显著水平。不同耕作方式对抽穗后剑叶净光合速率无显著影响，亦无明显的趋势(图3)。

图2 不同耕作方式对抽穗后剑叶SPAD 值的影响Fig.2 Effect of different tillage regimes on the SPAD value of flag leaves

图3 不同耕作方式对抽穗后剑叶净光合速率的影响Fig.3 Effect of different tillage regimes on the net photosynthesis of flag leaves

图4 不同耕作方式对水稻根系生物量的影响Fig.4 Effect of different tillage regimes on root biomass

2.3 根系分布

不同耕作方式对水稻根系的生长及分布具有显著影响(图4)。与旋耕处理相比，翻耕有提高早稻和晚稻上层根系(0～10 cm)重量的趋势，但均未达到显著差异。翻耕处理晚稻下层根系(10～20 cm)的质量显著高于旋耕处理，早稻也接近达到显著性差异水平(P=0.056)。翻耕处理显著提高了水稻下层根系所占的比例。与旋耕相比，早稻翻耕处理水稻下层根系所占的比例从14.4%提高到26.6%，晚稻从8.0%提高到11.8%。

2.4 氮素含量

总体上，不同耕作方式对水稻植株的氮素含量无显著影响(图5)。但是，2012 年翻耕处理的早稻在抽穗期地上部各器官的氮素浓度均低于旋耕处理，特别是叶和穗中的氮素浓度，二者之间接近达到显著性差异水平(P=0.084 和P=0.072)，其他时期则无明显趋势。

图5 不同耕作方式对水稻植株氮素含量的影响Fig.5 Effect of different tillage regimes on the nitrogen content of rice plants

3 讨论

本试验表明，与小型农户普遍采用的浅旋耕方式相比，深翻耕对机插秧条件下双季水稻产量并无显著影响，说明水田土壤翻耕的效应可能与旱地存在明显差异。因为大量在旱地作物上的试验结果显示，适时加大土壤耕作的深度能显著提高土壤的蓄水能力、降低土壤容重与紧实度、改善土壤结构，从而促进作物根系生长和提高作物产量［6-8］。水田和旱地差异的原因可能是，一方面，与旱地作物不同，水稻生长一般不受水分条件的制约;另一方面，水田耕整地往往是带水作业，田间观测也表明，即使是农户模式中的小型旋耕机在捣浆的过程中也能达到一定的深度(15 cm 左右)。因此，笔者推测水田土壤耕层浅化问题可能不如旱地般严重，但目前缺少区域尺度的调查数据支撑。目前有关稻田土壤翻耕效应的研究结果也不一致。姚秀娟对比了翻耕与旋耕作业对东北单季水稻生产的影响，发现翻耕处理第1 年的水稻产量甚至低于旋耕处理，第2 和第3 年则基本持平［13］。刘金花等［14］对双季稻的研究表明，与深翻耕相比，浅旋耕处理增加了水稻生长前期的分蘖数和单株干质量，但降低了水稻生长后期叶面积指数，并降低了成穗率，从而导致水稻产量下降。因此，翻耕对水稻产量的效应可能随气候和土壤条件(特别是试验地的耕层土壤状况)的变化而变化。

与旱地作物表现相同的是，翻耕显著促进了水稻根系的生长，特别是下层的根系［8］。但是，由于水稻大部分的根系集中在上层土壤(本研究平均达到85%)，虽然翻耕显著提高了水稻下层根系的质量及比例，但这种对根系生长的促进作用并未带来产量的增加。本研究表明，与旋耕相比，翻耕降低了抽穗后剑叶的SPAD 值，但并未影响叶片的净光合速率，主要是因为各处理在抽穗期的剑叶SPAD 值已经很高，均在39 以上，特别是早稻，抽穗后20 d，剑叶SPAD 值依然高于40，说明氮素供应较为充足，不会制约叶片的光合作用［15］。另外，2012 年早稻翻耕处理叶片较低的SPAD 值以及地上部器官较低的氮素浓度表明，在耕作方式转变的初期，土壤翻耕可能会降低水稻的氮素吸收，也可能是深翻耕打破了犁底层，加剧了氮素的渗漏损失［16］。需要指出的是，在实际生产中，由于机械翻耕的成本较高，一般很少进行连续多季的深翻耕作业。从本研究来看，如果稻田的耕层浅化和土壤紧实问题不太严重，可能并不需要土壤翻耕。目前农户普遍采用的小型旋耕机械即可满足水稻生长的要求。而对土壤耕层较浅的田块，建立合理的轮耕制度可能是更为经济和可持续的耕作措施［17］。

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