稻麦套播下秸秆机械还田对作物生长及土壤养分的影响

2020-06-24沈伟棋邵建均宁国云傅庆林刘琛彭桂福

安徽农学通报 2020年11期

沈伟棋邵建均宁国云傅庆林刘琛彭桂福

摘要：秸秆直接还田是秸秆肥料化利用的有效途径之一。针对长兴县稻麦套播下秸秆直接还田现状，开展了不同秸秆量机械粉碎还田对农田作物生长和土壤养分影响的定点监测。结果表明，麦稻轮作秸秆机械粉碎直接还田，能增加土壤有机质，降低土壤容重，改善土壤理化性状，提高土壤养分，对土壤中全钾含量的提高作用尤为明显;水稻秸秆适量（10t·hm-2左右）覆盖还田，能增加小麦产量，而超量（15t·hm-2以上）覆盖还田，会减少小麦低节位分蘖，导致小麦减产;稻麦2季不同秸秆量还田，均增加了水稻产量，小麦秸秆适量（9.34t·hm-2左右）还田增产更加明显。但是，秸秆覆盖还田也为病虫害提供有利的越冬场所，从而加重了小麦与水稻病虫害的危害程度。

关键词：稻麦套播;秸秆还田;作物生长;土壤养分;病虫害

中图分类号 S511文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）11-0112-06

Effects of Straw Mechanical Return Under Interplanted Wheat in Paddy Field on Crop Growth and Soil Nutrients

Shen Weiqi1 et al.

（1Changxing Agricultural Machinery Technical Management Station， Changxing 313100， China）

Abstract： The direct return of straw to the field is one of the effective ways of straw fertilizer utilization. In view of the current situation of straw returning directly under interplanted wheat in paddy in Changxing County， the fixed-point monitoring was carried out on the effects of direct mechanical crushing of different straw capacity on crop growth and soil nutrients. The results indicated that straw mechanical crushing of wheat and rice directly returned to the field under wheat and rice rotation could increase soil organic matter content， reduce soil bulk density， improve soil physical and chemical properties， enhance soil nutrients， especially increase the total potassium content in the soil; Rice straw mulching with appropriate amount （about 10t·hm-2） could increase wheat yield， while over mulching with excessive amount （more than 15t·hm-2） could reduce low-node tiller of wheat， resulting in wheat yield reduction; The yield of rice increased with different straw amount returned to the field in two seasons of rice and wheat， and the yield increased more obviously when the wheat straw amount was returned to the field properly （9.34t·hm-2） in two seasons. However， straw mulching could provide favorable overwintering grounds for diseases and pests， thus aggravating the occurrence of diseases and pests in wheat and rice.

Key words： Interplanted wheat in paddy; Straw returning; Crop growth; Soil nutrients; Diseases and insect pests

秸稈直接还田既是秸秆肥料化利用的主要途径之一[1-3]，也是补充土壤有机质与钾素的重要途径。高产条件下秸秆的生产量也随之大量增加，可以作为农田养分来源。近年来，稻麦机械化收获发展很快，机械收获后，将大量的秸秆留在田里。农民为了省工和方便，往往会采用焚烧的方法，这种做法既浪费了资源，又污染了环境。秸秆还田既能解决田间露天焚烧秸秆带来的大气污染和危害问题，又可以改良土壤，培肥地力，促进农业增产、农民增收[4-5]。因此，有必要探讨机械收获秸秆还田的适合方式。

随着稻麦高产品种的推广应用，生育期延长，稻麦轮作季节相对比较紧张，播种季节延迟而影响稻麦产量。稻麦套播能有效缓解季节紧张的矛盾，达到稻麦双丰收的目的。但稻麦套播下作物秸秆机械粉碎覆盖还田过程中仍存在收割后秸秆切碎长度不达标、还田操作不规范等引起的还田质量差等问题，加上超级稻的推广应用，秸秆还田量大幅度提高，增加了耕作难度，甚至影响后茬作物的生长和产量[6-8]。因此，研究合适的秸秆还田量对秸秆还田具有重要的意义。

针对长兴县当前稻麦套播水稻秸秆机械粉碎覆盖还田作业技术应用状况和农艺要求，为了探索稻麦秸秆不同还田量对土壤养分和作物生长的影响，开展了稻麦套播不同秸秆还田量和还田方式研究，以期为稻麦套播下秸秆还田提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况试验设在长兴县虹星桥镇后羊村，属亚热带海洋性季风气候，四季分明，光照充足，气候温和，降水充沛，雨热同季，温光协调。年平均气温15.6℃，年均降水量1309mm，年平均雨日144d，年均日照时数1810.3h。作物种植为1年2熟的稻麦轮作，供试水稻品种为浙粳100，小麦品种为宁麦13，自2014年开始实施秸秆还田，2018～2019年开展不同秸秆还田量的定位试验。供试土壤类型为黄心半青紫泥，土壤pH5.33、有机质27.69g/kg，全氮1.82g/kg，有效磷6.87mg/kg和速效钾38.50mg/kg。

1.2 试验设计设稻麦留茬秸秆不还田和秸秆还田2种方式，设5个秸秆还田用量处理，4次重复，共20个小区，每小区面积166.7m2，随机排列。处理1：RRWR（稻麦留茬量2.83t·hm-2而秸秆不还田，其中水稻、小麦收割后留茬量分别为1.87和0.96t·hm-2）;处理2：RSSWSS（稻麦秸秆超量还田量20.95t·hm-2，其中水稻秸秆超量粉碎覆盖还田15.55t·hm-2和小麦秸秆超量粉碎翻耕还田5.40t·hm-2）;处理3：RRWSS（稻留茬麦秆超量还田量9.34t·hm-2，其中水稻收割后留茬1.99t·hm-2而秸秆不还田和小麦秸秆超量粉碎翻耕还田7.35t·hm-2）;处理4：RSSWR（稻秆超量麦留茬还田量19.68t·hm-2，其中水稻秸秆超量粉碎覆盖还田18.86t·hm-2和小麦收割后留茬0.82t·hm-2而秸秆不还田）;处理5：RSWS（稻麦秆常量还田量14.96t·hm-2，其中水稻秸秆常量粉碎覆盖还田10.41t·hm-2和小麦秸秆常量粉碎翻耕还田4.55t·hm-2）。

2018年水稻收割前2d（11月5日）套播麦种，播种量225kg·hm-2。11月7日，采用全喂入收割机收割水稻，水稻秸秆粉碎直接均匀覆盖在已套播小麦种子的田面上，收割留茬15cm，秸秆粉碎长度15cm;11月20日，施肥并开沟覆土，垄宽150cm，沟宽20cm，沟深15cm;施复合肥（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15）300kg·hm-2 +尿素150kg·hm-2;2019年1月23日化学除草，施69g·L-1骠马水乳剂750mL·hm-2+50%异丙隆可湿性粉剂2250g·hm-2+10%苯磺隆可湿性粉剂300g·hm-2，2月23日施尿素225kg·hm-2;4月11日、4月20日防治2次赤霉病和蚜虫，施40%戊唑·咪鲜胺水乳剂450mL·hm-2+20%啶虫脒可湿性粉剂300g·hm-2;5月25日收割小麦。2019年5月25日小麦收获后小麦秸秆粉碎直接均匀覆盖在田面上，收割留茬15cm，秸秆粉碎长度15cm;6月10日翻耕土地，翻耕深度20cm;6月15日施底肥后整田，施水稻专用肥（N∶P2O5∶K2O=22∶8∶12）375kg·hm-2;6月16日进行杂草封杀;6月18日机插秧苗，机插规格25cm×18cm;7月12日施拔节孕穗肥，施尿素225kg·hm-2;7月18日化学除草，施10%恶唑酰草胺乳油1800mL·hm-2+10%氰氟草酯乳油2250mL·hm-2;8月2日施穗肥，施尿素150kg·hm-2+氯化钾150kg·hm-2;8月18日、9月10日病虫防治2次，第1次施20%氯虫苯甲酰胺悬浮剂150mL·hm-2+75%肟菌·戊唑醇水分散剂225mL·hm-2+70%三环唑可湿性粉剂750g·hm-2，第2次施20%春雷霉素可湿性粉剂750g·hm-2+50%吡蚜酮可湿性粉剂225g·hm-2;11月23日收割。

1.3 取樣与调查土壤取样：在试验田小麦播种植前、小麦收获后和水稻收获后分别采集土壤样品，每小区采用对角线5点法进行土壤和植株（包括果实）样品采集，土壤采集0～20cm、20～30cm 2层样品，开展土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、容重、pH值等测定。小麦、水稻的生长动态观察与取样：每小区固定小麦0.25m2、水稻秧苗10丛，调查基本苗、最高苗和有效穗，观察分蘖、成穗等生长动态。小麦收获前各处理采用对角线5点法取样20株，水稻收割前各处理随机取样5丛，考查株高、穗长、穗粒结构、千粒重及谷草比等，估算各处理秸秆量，测定植株全氮、全磷、全钾等指标化验。小麦、水稻主要病虫发生情况调查：在病害发生稳定期和虫害发生高峰期，每个区块开展小麦、水稻主要病虫发生情况调查。小麦赤霉病、水稻稻曲病、穗颈瘟采用平行跳跃法每小区调查200穗，纹枯病、稻飞虱、稻纵卷叶螟和螟虫采用对角线5点法每小区调查20丛。

1.4 测定方法土壤有机质按照中华人民共和国农业行业标准NY/t 1121.6-2006测定，土壤全氮按照中华人民共和国国家环境保护标准HJ 717-2014凯氏法测定，土壤有效磷、速效钾和pH分别按照中华人民共和国农业行业标准NY/t 1121.7-2014、NY/t 889-2004和NY/t 1121.2-2006测定;植株和籽粒样品按照中华人民共和国农业行业标准NY/t 2017-2011，用硫酸-过氧化氢消煮、全自动定氮仪测氮、分光光度法测磷、火焰原子吸收分光光度法测钾;土壤容重采用环刀法测定[9]。

1.5 农田土壤养分的表观盈亏分析农田土壤养分输入包括施肥、种子、降水和灌溉等，农田土壤养分支出包括作物的吸收和挥发、淋失，而本试验中施肥、水分和其他农业管理措施一致，假设农田养分通过降水和灌溉的输入与淋失的支出相等，以及生物固氮与气态氮损失相等，农田土壤养分的表观盈亏量和表观平衡率计算分别为：

农田土壤养分的表观盈亏量=养分输入量-养分支出量;

农田土壤养分的实际平衡率（%）=（养分输入量-养分支出量）/養分支出量×100

1.6 数据分析利用Statistica10.0统计软件对结果采用单因素方差分析进行显著分析，采用最小显著差异法进行处理间的多重比较。

2 结果与分析

2.1 作物产量

2.1.1 小麦由表1可知，稻田套播小麦，水稻收获后秸秆粉碎覆盖还田的后茬小麦出苗均匀度较差，分蘖率、有效穗均低于水稻留茬而秸秆不还田处理，其中水稻秸秆超量覆盖还田处理小麦分蘖率显著（P<0.05）低于水稻留茬而秸秆不还田处理，水稻秸秆还田量为10.41、15.55、18.86t·hm-2时，分蘖率分别降低14.20%、18.72%和19.98%，水稻秸秆还田量越大，则小麦分蘖率降低越多;水稻秸秆常量还田处理小麦植株均高于水稻留茬而秸秆不还田处理，但水稻秸秆超量还田小麦穗长反而缩短;水稻秸秆还田处理的成穗率、实粒数、千粒重高于水稻留茬而秸秆不还田处理，其中水稻秸秆常量还田增加幅度最大，分别增加2.87%、21.73%和1.44%。水稻秸秆常量还田处理的小麦实割产量为4023kg·hm-2，比水稻留茬而秸秆不还田处理的3804kg·hm-2增产5.76%，而水稻秸秆超量还田处理的小麦实割产量为2973kg·hm-2和3203kg·hm-2，分别下降21.85%、15.81%。

2.1.2 水稻由表2可知，小麦收获后秸秆采用粉碎翻耕方式直接还田，后茬水稻采用育苗机插，秸秆还田处理的分蘖率、成穗率和结实率均有下降趋势，而株高、穗长、实粒数和千粒重均有增加趋势。稻麦2季秸秆还田量为9.35、14.96、19.68和20.95t·hm-2时，分蘖率分别下降3.49%、4.24%、1.82%和5.19%，成穗率分别下降2.70%、2.18%、6.16%和7.42%，结实率分别下降1.12%、1.78%、1.42%和2.37%;实粒数分别增加9.20%、6.44%、6.79%和7.58%，千粒重分别增加0.93%、0.93%、1.22%和0.47%。据实割测产，以水稻留茬小麦秸秆超量还田处理水稻产量最高，达到9904.5kg·hm-2，2季留茬而秸秆不还田处理的水稻产量9634.5kg·hm-2为最低，稻麦2季秸秆还田量为9.35、14.96、19.68和20.95t·hm-2时，分别增产2.80%、1.21%、1.26%、1.00%。

2.2 土壤养分表观盈余状况由表3可知，稻麦留茬处理氮、磷、钾输入量分别为506.08、85.71和236.28kg·hm-2，其中留茬还入量分别为11.95、1.03和62.15kg·hm-2;稻麦秸秆超量还田处理氮、磷、钾输入量分别为590.05、91.55和663.49kg·hm-2，其中秸秆还入量分别为95.92、6.87和489.36kg·hm-2，稻留茬麦秆超量处理氮、磷、钾输入量分别为550.03、87.50和349.90kg·hm-2，其中秸秆还入量分别为55.90、2.82和175.77kg·hm-2，稻秆超量麦留茬处理氮、磷、钾输入量分别为564.18、92.69和624.57kg·hm-2，其中秸秆还入量分别为70.05、8.01和450.44kg·hm-2，稻麦秆常量处理氮、磷、钾输入量分别为547.40、90.42和488.07kg·hm-2，其中秸秆还入量分别为53.24、4.19和313.91kg·hm-2。但是，通过作物籽粒收获和秸秆移走的氮、磷、钾量：稻麦留茬处理分别为146.00、26.97和294.47kg·hm-2，稻麦秆超量处理区分别为104.86、33.04和34.25kg·hm-2，稻留茬麦秆超量处理分别为154.18、37.25和224.00kg·hm-2，稻秆超量麦留茬处理分别为130.76、35.71和82.48kg·hm-2，稻麦秆常量处理分别为112.12、37.85和37.68kg·hm-2。

除稻麦留茬处理土壤钾表观亏损而土壤氮、磷处于盈余状态外（表3），其他处理土壤氮、磷和钾养分均有盈余。稻麦留茬处理土壤氮和磷表观盈余量分别为360.08和58.74kg·hm-2，钾亏损量58.74kg·hm-2，而土壤氮、磷和钾的实际平衡率分别为246.6、217.8和-19.8%;稻麦秆超量处理土壤氮、磷和钾的表观盈余量分别为485.19、58.51和629.24kg·hm-2，而土壤氮、磷和钾的实际平衡率分别为462.7、177.1和1837.2%;稻留茬麦秆超量处理土壤氮、磷和钾的表观盈余量分别395.85、50.25和125.90kg·hm-2，而土壤氮、磷和钾的表观平衡率分别为256.7、134.9和56.2%;稻秆超量麦留茬处理土壤氮、磷和钾的表观盈余量分别433.42、56.98和542.09kg·hm-2，而土壤氮、磷和钾的实际平衡率分别为331.5、159.6和657.2%;稻麦秆常量处理土壤氮、磷和钾的表观盈余量分别435.28、52.57和450.39kg·hm-2，而土壤氮、磷和钾的实际平衡率分别为388.2、138.9和1195.3%。

2.3 土壤养分在耕作层（0～20cm），秸秆还田处理稻季后土壤有机质含量均呈增加趋势（表4），并且稻麦两季秸秆还田处理增加更显著（P<0.05），而各处理的土壤容重和pH值差异均不显著。土壤全氮含量在小麦生产季后均呈增加趋势，但小麦留茬而秸秆不还田处理在水稻生产季后下降，小麦秸秆还田处理在水稻生产季后呈增加趋势。土壤有效磷含量在稻麦留茬而秸秆不还田处理小麦生产季后降低，而在秸秆还田处理有显著增加（P<0.05）;但在水稻生产季后均增加。土壤速效钾含量除稻麦两季秸秆超量还田处理稻麦季后均显著（P<0.05）增加外，其他处理在小麦生产季后有显著增加，在水稻生产季后均差异不显著。

由表5可知，在耕下层（20～30cm），秸秆还田与留茬而秸秆不还田各处理土壤有机质含量均呈增加趋势，但土壤pH均呈下降趋势。土壤全氮含量除留茬而秸稈不还田处理在水稻生产季后降低外，其他各处理均呈增加趋势。各处理土壤有效磷含量在小麦生产季后均降低，并都在水稻生产季后增加;而土壤速效钾含量均呈增加趋势，且增加幅度较大。

2.4 病虫害由表6可知，水稻留茬而小麦秸秆超量还田处理和稻麦2季留茬而秸秆不还田处理的小麦赤霉病穗病率分别为4.00%和4.25%，稻麦2季秸秆常量还田处理的小麦赤霉病穗病率为5.50%，水稻秸秆超量还田而小麦留茬处理和稻麦2季秸秆超量还田处理的小麦赤霉病穗病率分别为8.25%和9.75%，秸秆还田对小麦赤霉病的发生有加重趋势，并随着秸秆还田量的增加而穗病率增加，秸秆超量还田显著重于秸秆不还田处理。稻麦2季留茬而秸秆不还田处理的水稻纹枯病情指数为1.27，稻曲病病情指数为0.08，稻麦秸秆2季秸秆常量还田处理的水稻纹枯病情指数为1.43，稻曲病病情指数为0.09，水稻留茬而小麦秸秆超量还田处理、水稻秸秆超量还田而小麦留茬秸秆不还田处理和稻麦2季秸秆超量还田处理的水稻纹枯病情指数分别为1.22、1.76和1.96，稻曲病病情指数分别为0.14、0.11和0.15，秸秆还田对水稻纹枯病和稻曲病也有加重发生的趋势，2季秸秆还田的纹枯病显著重于水稻留茬而秸秆不还田处理，但稻曲病差异不显著;并且水稻纹枯病的发生随着上茬小麦的秸秆还田量增加而显著增加，稻曲病的发生也有随2季秸秆还田量增加而有增加趋势。

3 结论与讨论

秸秆还田是合理利用生物质资源和促进农业可持续发展的一种有效方式。通过秸秆还田可有效地促进土壤有机质积累，增加土壤微生物数量与活性，提高耕层土壤养分含量，维持土壤养分平衡，改善农田生产环境，提高土壤肥力，增加作物产量。

秸秆还田能培肥地力，促进作物生长，提高作物产量[10-12]。但是，秸秆还田量不当，会影响农作物根系的生长发育，直接降低作物产量[13]。本试验结果表明，与水稻留茬而秸秆不还田处理相比，水稻秸秆常量还田（10t·hm-2左右）促进小麦增产，与前人的研究结果类似[14-15]，这是因为水稻秸秆常量还田提高了小麦的成穗率、实粒数和千粒重，从而增加小麦的产量[16]。但是，试验发现水稻秸秆超量还田（秸秆还田量15t·hm-2以上）降低小麦产量，这是由于水稻秸秆覆盖还田减少了小麦的低节位分蘖，有效穗不足，从而导致小麦产量下降。秸秆还田（9.34t·hm-2）增加水稻产量，而秸秆还田超过9.34t·hm-2，随着秸秆还田量的增加，水稻增产幅度下降，这是因为适量的麦秆还田提高了土壤的养分，有效促进水稻成穗率、实粒数和千粒重的增加[16];而超量的秸秆还田，减少了水稻分蘖率、有效穗和千粒重，从而降低水稻产量。杨佩珍等研究也发现麦秆翻耕还田对水稻有显著的增产作用[14]。但是，钟杭等研究认为麦秆翻耕还田对水稻没有显著的增产作用[15]。

从农田生态系统物质循环看，农田土壤养分收支平衡状况是评价施肥模式是否合理、农业生产是否可持续的一项重要指标。本试验结果表明，秸秆还田土壤氮、磷的实际平衡率均在130%以上，钾的实际盈余率在50%以上，但稻麦留茬而秸秆不还田土壤氮、磷的实际盈余率在200%以上，钾亏损达19.8%。如果考虑到稻麦轮作制秸秆还田农田土壤的氮、磷和钾流失量分别为28.2、1.1和13.9kg·hm-2·a-1 [17]，秸秆还田土壤氮、磷和钾素的实际盈余率将进一步降低。相似的研究[18]也表明，杭嘉湖地区稻麦轮作制稻麦留茬而秸秆不还田（施化肥）土壤氮、磷盈余率在50%以上，钾素亏缺率在40%以上，而秸秆还田土壤氮、磷和钾素盈余率均在30%以上。在江苏兴化的稻麦两熟调查[19]表明，氮、磷皆有大量盈余，而钾素皆严重亏缺。因此，秸秆还田是维持土壤养分平衡的较好途径，既利用了有机肥料资源，又减少了化肥的投入量，有利于提高土壤肥力和作物产量。

秸秆还田是稻田土壤培肥地力的重要方式之一。秸秆还田可提高土壤有机质含量，改善土壤物理性质，降低土壤容重，疏松土壤，提高土壤渗透性，增加土壤含水量，土壤总氮含量变化与土壤有机质变化相似[20]。本试验结果表明，稻麦2季秸秆还田后，土壤中的有机质、全氮、有效磷和速效钾含量均有所提高，并表现出随着秸秆还田量的增加而增加的趋势，秸秆还田对土壤耕作层（0～20cm）和耕下层（20～30cm）的影响基本一致，与钟杭等、杨佩珍等的研究结果相似。这是因为连续的秸秆直接还田显著地改善土壤理化性状的作用，提高土壤肥力，维持土壤微生物的活性，从而改善了农田生态环境[21—23]。

秸秆还田为病虫提供了越冬场所，增加了冬后菌（虫）源基数，从而加重了小麦、水稻病虫的发生程度[24～28]。而孙秀娟[29]研究表明，稻秸秆覆盖还田及浅层掩埋还田会加重病虫的害发生程度，但秸秆深耕还田可降低病虫害发生。本试验结果表明，秸秆还田对小麦赤霉病、水稻纹枯病和稻曲病均有加重发生的趋势，可能是秸秆还田没有做到深耕翻埋，而秸秆覆盖或浅层掩埋没有杀死病菌（虫），因而容易加重病虫害发生。秸秆还田对稻瘟病、稻飞虱、稻纵卷叶螟等病虫害发生的影响有待进一步研究。

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