劉禹池, 曾祥忠, 馮文強(qiáng), 秦魚生, 王昌全, 涂仕華, 3*, 陳道全

(1 四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所, 四川成都 610066; 2 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 四川成都 611130; 3 國(guó)際植物營(yíng)養(yǎng)研究所成都代表處, 四川成都 610066; 4 廣漢市農(nóng)技中心， 四川廣漢 618000)

水稻和油菜是四川的兩大主要糧、 油作物，水稻-油菜輪作模式遍及四川全省。每到收獲季節(jié)，這兩種作物都會(huì)產(chǎn)生大量難以處置的秸稈，導(dǎo)致農(nóng)民隨地焚燒，帶來嚴(yán)重的空氣污染問題。因此，研究尋找秸稈的合理利用途徑，杜絕焚燒，變廢為寶，成為政府關(guān)心和農(nóng)業(yè)科研人員面臨的主要生產(chǎn)問題之一，對(duì)秸稈資源的循環(huán)利用、 利用有機(jī)廢棄物料替代或部分替代化肥資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

秸稈還田是農(nóng)業(yè)利用秸稈的常見方式之一，主要有翻埋還田和覆蓋還田。由于翻埋還田前期(40 d內(nèi))存在土壤微生物奪氮現(xiàn)象[1-2]，因此在環(huán)境條件許可的情況下作物秸稈一般多采用覆蓋還田。稻草還田能改善土壤有效養(yǎng)分供應(yīng)能力，促進(jìn)水稻根系生長(zhǎng)和對(duì)養(yǎng)分的吸收，具有一定的增產(chǎn)作用[3-10]，高量稻草的增產(chǎn)效果優(yōu)于低量稻草[11]。此外，秸稈還田還能改善土壤的養(yǎng)分供應(yīng)狀況[5, 12-14]，增加土壤溫度與含水量[7]，降低土壤容重[13, 15]，增加土壤孔隙度[14]和水穩(wěn)性團(tuán)聚體(≥0.25 mm)數(shù)量[16-17]。同樣，高量秸稈還田的效果優(yōu)于低量。然而，以往的這些研究大多為水稻-小麥、 水稻-水稻或旱作試驗(yàn)，在水稻-油菜輪作模式下開展長(zhǎng)期秸稈覆蓋定位試驗(yàn)研究鮮見報(bào)道。油菜(BrassicanapusL.)屬于直根系十字花科油料作物，與小麥之間存在諸多差異，包括礦質(zhì)養(yǎng)分的需求量和吸收規(guī)律[18]，根系分泌物和同化根系分泌物的微生物群落[19]，生物量和籽粒產(chǎn)量(通常只有小麥的一半或更低)，秸稈養(yǎng)分含量和腐解規(guī)律[20]，這些差異必然影響其后作的施肥、 生長(zhǎng)、 產(chǎn)量以及土壤理化性狀。因此，本文旨在研究成都平原水稻-油菜輪作模式下，連續(xù)免耕秸稈還田與不同用量化肥配合施用對(duì)作物產(chǎn)量和土壤肥力變化的影響，為長(zhǎng)期秸稈覆蓋還田加免耕條件下的農(nóng)田作物高產(chǎn)施肥和土壤培肥提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與土壤

試驗(yàn)地點(diǎn)位于四川省廣漢市西高鄉(xiāng)，主要輪作方式為水稻-小麥(油菜)。土壤為灰棕沖積水稻土，試驗(yàn)前的基礎(chǔ)土樣采集于0—20 cm土層，試驗(yàn)中的土樣采集于0—5 cm、 5—15 cm和15—30 cm土層。供試基礎(chǔ)土樣pH 5.5、 有機(jī)質(zhì)31.3 g/kg、 全氮2 g/kg、 堿解氮189.8 mg/kg、 速效磷12.6 mg/kg、 速效鉀73.9 mg/kg、 緩效鉀162.7 mg/kg、 容重1.2 g/cm3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表1 油菜稈還田下水稻季的試驗(yàn)方案 (kg/hm2)

表2 稻稈還田下油菜季試驗(yàn)方案 (kg/hm2)

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

本研究的土壤樣品于2010年水稻、 油菜收割后次日采集于0—5、 5—15和15—30 cm土層。除15—30 cm土壤樣品僅用于測(cè)定化學(xué)指標(biāo)外，另外兩個(gè)土層還測(cè)定了土壤容重(環(huán)刀法), 風(fēng)干土樣測(cè)定了團(tuán)聚體(干篩法和濕篩法)、 全氮(半微量開氏法)、 全磷(NaOH熔融—分光光度計(jì)法)、 全鉀(NaOH熔融—火焰光度計(jì)法)、 堿解氮(堿解擴(kuò)散法)、 速效磷(碳酸氫鈉—鉬銻抗比色法)、 速效鉀(醋酸銨浸提—火焰光度計(jì)法)和有機(jī)質(zhì)(重鉻酸鉀容量法)[21]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS分析統(tǒng)計(jì)軟件中的單因素LSD多重比較分析功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性統(tǒng)計(jì)分析，并用Excel進(jìn)行基礎(chǔ)運(yùn)算。

2 結(jié)果與討論

2.1 長(zhǎng)期施肥和秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量的影響

表3 20052011年水稻-油菜輪作施肥量水稻產(chǎn)量 (kg/hm2)

本試驗(yàn)結(jié)果對(duì)秸稈還田條件下水稻-油菜輪作的養(yǎng)分管理具有指導(dǎo)意義，油菜季必須施用磷肥，才能保證油菜的持續(xù)高產(chǎn)；而在水稻季，則可以不施磷肥，不施或少施鉀肥，同樣可以保證水稻持續(xù)高產(chǎn)。

表4 20062012年水稻-油菜輪作施肥量對(duì)油菜產(chǎn)量的影響 (kg/hm2)

2.2 長(zhǎng)期施肥與秸稈還田對(duì)有機(jī)質(zhì)含量以及土壤養(yǎng)分含量的影響

圖1 秸稈還田對(duì)土壤養(yǎng)分的影響Fig.1 Effects of straw mulching on amount of soil nutrients

總之，稻草還田配施氮、 磷和鉀肥不但能維持水稻持續(xù)高產(chǎn)，而且能增加土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮、 磷、 鉀養(yǎng)分[14, 30-31]。

2.3 長(zhǎng)期施肥與秸稈還田對(duì)土壤物理性狀的影響

表5 水稻-油菜輪作施肥對(duì)土壤容重和總孔隙度的影響

3 結(jié)論

表6 水稻-油菜輪作施肥對(duì)0—15 cm土中>0.25 mm團(tuán)聚體的影響

在免耕秸稈還田條件下，土壤有機(jī)質(zhì)存在明顯的表聚現(xiàn)象，即主要累積在0—5 cm土層，而對(duì)以下層次的土壤有機(jī)質(zhì)影響很小。增加氮、 磷肥能促進(jìn)0—5 cm土層有機(jī)質(zhì)累積，減少鉀肥用量則降低土壤有機(jī)質(zhì)累積。與土壤有機(jī)質(zhì)相似，土壤速效氮、 磷、 鉀養(yǎng)分也存在顯著的表聚現(xiàn)象，其累積量與肥料施用量相關(guān)。因此，減磷處理的土壤速效磷含量最低，減鉀處理的土壤速效鉀為次低，最低為無秸稈覆蓋的化肥處理。長(zhǎng)期秸稈覆蓋還田能顯著降低0—5 cm土層容重，但增加下土層的容重；而對(duì)空隙度的影響正好相反；對(duì)0—5 cm土層的非水穩(wěn)性團(tuán)聚體影響相對(duì)較小，而對(duì)水穩(wěn)性團(tuán)聚體影響則非常顯著。表明長(zhǎng)期秸稈覆蓋還田對(duì)表土層物理性狀改善的作用與效果。

參考文獻(xiàn):

[1] Yadvinder-Singh, Bijay-Singh, Ladha J Ketal. Effects of residue decomposition on productivity and soil fertility in rice-wheat rotation[J]. Soil Science Society of American Journal, 2004, 68:854-864.

[2] 李逢雨, 孫錫發(fā), 馮文強(qiáng), 等. 不同還田方式下稻草的腐解速率及養(yǎng)分釋放規(guī)律研究[J]. 山地學(xué)報(bào), 2006, 24:92-97.

Li F Y, Sun X F, Feng W Qetal. Study on decomposition rates and nutrient release patterns of rice straw under different returning methods[J]. Journal of Mountain Science, 2006, 24:92-97.

[3] 黃婭琳. 稻草還田對(duì)水稻的增產(chǎn)效應(yīng)及對(duì)土壤肥力的影響[J]. 土壤肥料, 1997, 2:18-20.

Huang Y L. Effects of returning rice straw to field on rice yields and soil fertility[J]. Soil and Fertilizer, 1997, 2:18-20.

[4] 陳敏， 胡雄偉， 魯霞飛， 等. 不同耕作方式下稻草還田的土壤肥力與產(chǎn)量效應(yīng)研究[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 23:48-50, 53.

Chen M, Hu X W, Lu X Fetal. Soil fertility and yield effects of rice straw returning under different cultivation methods[J]. Hunan Agricultural Science, 2010, 23:48-50, 53.

[5] 陳德章. 稻草還田對(duì)土壤理化性質(zhì)及產(chǎn)量的影響[J]. 土壤肥料, 2000, (5):24-27.

Chen D Z. Effects of returning rice straw to field on soil physio-chemical properties and rice yields[J]. Soil and Fertilizer, 2000, (5):24-27.

[6] 譚德水, 金繼運(yùn), 黃紹文. 長(zhǎng)期施鉀與秸稈還田對(duì)西北地區(qū)不同種植制度下作物產(chǎn)量及土壤鉀素的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2008, 14(5) :886- 893.

Tan D S, Jin J Y, Huang S W. Effect of long-term K fertilizer application and returning wheat straw to soil on crop yield and soil K under different planting systems in northwestern China[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2008, 14(5):886-893.

[7] 蘇偉, 魯劍巍, 周廣生, 等. 稻草還田對(duì)油菜生長(zhǎng)、 土壤溫度及濕度的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2011, 17(2):366-373.

Su W, Lu J W, Zhou G Setal. Influence of straw-returning on rapeseed (BrassicanapusL.) growth, soil temperature and moisture[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2011, 17(2):366-373.

[8] Ogbodo E N. Effect of crop residue on soil chemical properties and rice yield on an Ultisol at Abakaliki, southeastern Nigeria[J]. World Journal of Agricultural Science, 2011, 7 (1):13-18.

[9] 胡宏祥, 程燕, 馬友華, 等. 油菜秸稈還田腐解變化特征及其培肥土壤的作用[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2012, 20(3):297-302.

Hu H X, Cheng Y, Ma Y Hetal. Decomposition characteristics of returned rapeseed straw in soil and effects on soil fertility[J]. China Journal of Eco-Agriculture, 2012, 20(3):297-302.

[10] Huang S, Zeng Y J, Wu J Fetal. Effect of crop residue retention on rice yield in China:A meta-analysis[J]. Field Crops Research, 2013, 154:188-194.

[11] 秦華東, 張玉, 徐世宏, 等. 稻草還田對(duì)免耕水稻根系生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響[J]. 雜交水稻， 2011， 26(4):65-67.

Qin H D, Zhang Y, Xu S Hetal. Effects of straw incorporation on root growth and grain yield of rice under no-tillage[J]. Hybrid Rice, 2011, 26(4):65-67.

[12] 陳尚洪, 朱鐘麟, 劉定輝, 等. 秸稈還田和免耕對(duì)土壤養(yǎng)分及碳庫(kù)管理指數(shù)的影響研究[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2008, 14(4) :806-809.

Chen S H, Zhu Z L, Liu D Hetal. Influence of straw mulching with no-till on soil nutrients and carbon pool management index[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2008, 14(4):806-809.

[13] 武際, 郭熙盛, 魯劍巍, 等. 水旱輪作制下連續(xù)秸稈覆蓋對(duì)土壤理化性質(zhì)和作物產(chǎn)量的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2012, 18(3):587-594.

Wu J, Guo X S, Lu J Wetal. Effects of continuous straw mulching on soil physical and chemical properties and crop yields in paddy-upland rotation system[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012, 18(3):587-594.

[14] 曾研華， 吳建富， 潘曉華， 等. 稻草原位還田對(duì)雙季稻田土壤理化與生物學(xué)性狀的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2013, 27(3):150-155.

Zeng Y H, Wu J F, Pan X Hetal. Effects of rice straw incorporation on soil physical, chemical and biological properties in double cropping paddy fields[J]. Journal of Soil Water Conservation, 2013, 27(3):150-155.

[15] 姚珍, 黃國(guó)勤, 張兆飛, 等. 稻田保護(hù)性耕作研究:Ⅲ. 秸稈覆蓋還田的土壤生態(tài)效應(yīng)[J]. 耕作與栽培, 2006, 6:1-10.

Yao Z, Huang G Q, Zhang Z Fetal. Research on conservation cultivation of paddy fields:Ⅲ. Impact of crop residue returning to fields on soil ecology[J]. Tillage and Cultivation, 2006, 6:1-10.

[16] 牛新勝, 馬永良, 牛靈安, 等.玉米秸稈覆蓋冬小麥免耕播種對(duì)土壤理化性狀的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào), 2007, 22:158-163.

Niu X S, Ma Y L, Niu L Aetal. Effects of corn stalk mulching on soil physio-chemical properties of no-till winter wheat field[J]. Acta Agricultrea and Boreali-Sinica, 2007, 22:158-163.

[17] 周萍, 潘根興.長(zhǎng)期不同施肥對(duì)黃泥土水穩(wěn)性團(tuán)聚體顆粒態(tài)有機(jī)碳的影響[J]. 土壤通報(bào), 2007, 38(2):257-260.

Zhou P, Pan G X. Effect of different long- term fertilization treatments on particulate organic carbon in water- stable aggregates of a paddy soil[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2007, 38(2):257-260.

[18] Noack S R, McLaughlin M J, Smernik R Jetal. Phosphorus speciation in plant parts of wheat and canola is affected by phosphorus supply[J]. Plant and Soil, 2014， 378：125-137.

[19] Haichar F Z, Marol C, Berge Oetal. Plant host habitat and root exudates shape soil bacterial community structure[J]. The ISME Journal, 2008, (2):1221-1230.

[20] 李逢雨, 孫錫發(fā), 馮文強(qiáng), 等. 麥稈、 油菜稈還田腐解及養(yǎng)分釋放規(guī)律研究[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)和肥料學(xué)報(bào), 2009, 15 (2):374-380.

Li F Y, Sun X F, Feng W Qetal. Nutrient release patterns and decomposing rates of wheat and rapeseed straw[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2009, 15 (2):374-380.

[21] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析(第三版)[M]. 北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 2005.

Bao S D. Soil agrochemical analysis (3rd Ed.) [M]. Beijing:China Agriculture Press, 2005.

[22] 王玄德， 石孝均， 宋光煜. 長(zhǎng)期稻草還田對(duì)紫色水稻土肥力和生產(chǎn)力的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2005, 11(3):302-307.

Wang X D, Shi X J, Song G Y. Effects of long-term rice straw returning on the fertility and productivity of purplish paddy soil[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2005, 11(3):302-307.

[23] Ponnamperuma F N. The chemistry of submerged soils[J]. Advance in Agronomy, 1972, 24:29-96.

[24] Havlin J L, Beaton J D, Tisdale S Letal. Soil fertility and fertilizers:an introduction to nutrient management(7th Ed.) [M]. New Jersey:Pearson Prentice Hall, 2005.

[25] Stumm W, Morgan J J. Aquatic chemistry[M]. New York:Wiley (Interscience), 1970.

[26] Patrick Wm H Jr, Jugsujinda A. Redox and ph chemistry and nutrient uptake by rice in flooded oxisols of sitiung area of sumatra, indonesia[R]. Louisiana,US:Louisiana State University,1986.1-50.

[27] Slaton N A, DeLong R E, Emerson Metal. Canola response to nitrogen, sulfur, phosphorus, and potassium fertilization in Arkansas[A]. Slaton N A, Wayne E. Sabbe arkansas soil fertility studies-AAES research series 569[C]. Fayetteville, US:University of Arkansas, 2009. 46-50.

[28] 孫克剛, 王亞莉, 鹿智江, 等. 油菜氮磷鉀元素的需肥規(guī)律和施肥研究[J]. 土壤肥料, 2002, 4:35-37.

Sun K G, Wang Y L, Lu Z Jetal. Study on nutritional character of rape and potassium fertilizer application effect[J]. Soil and Fertilizer, 2002, 4:35-37.

[29] 鄒小云, 陳倫林, 李書宇, 等. 氮、 磷、 鉀、 硼肥施用對(duì)甘藍(lán)型雜交油菜產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 44(5):917-924.

Zou X Y, Chen L L, Li S Yetal. Effect of nitrogen, phosphorus, potassium, and boron fertilizers on yield and profit of hybrid rapeseed (BrassicanapusL.)[J]. Scientia Agricultrea Sinica, 2011, 44(5):917-924.

[30] 廖育林， 鄭圣先， 聶軍， 等. 長(zhǎng)期施用化肥和稻草對(duì)紅壤水稻土肥力和生產(chǎn)力持續(xù)性的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 42(10):3541-3550.

Liao Y L, Zheng S X, Nie Jetal. Effects of long-term application of fertilizer and rice straw on soil fertility and sustainability of a reddish paddy soil productivity[J]. Scientia Agricultrea Sinica, 2009, 42(10):3541-3550.

[31] Onelio F, Llanes E, Garcia-Tellechea Jetal. Agricultural residues increase rice yield and soil fertility in suburban agriculture in Cuba[EB/OL]. http://www.tropentag.de/2013/abstracts/links/Eichler-Loebermann_uWLHBh7A.php, 2013.

[32] 勞秀榮, 吳子一, 高燕春. 長(zhǎng)期秸稈還田改土培肥效應(yīng)的研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2002, 18(2):49-52.

Lao X R, Wu Z Y, Gao Y C. Effect of long-term returning straw to soil on soil fertility[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2002, 18(2):49-52.

[33] 程科, 李軍, 毛紅玲, 等. 不同輪耕模式對(duì)黃土高原旱作麥田土壤物理性狀的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 46(18):3800-3808.

Cheng K, Li J, Mao H Letal. Effects of different rotational tillage patterns on soil physical properties in rainfed wheat fields of the Loess Plateau[J]. Scientia Agricultrea Sinica, 2013, 46(18):3800-3808.

[34] 朱鐘麟， 舒麗， 劉定輝, 等. 秸稈還田和免耕對(duì)水稻土微形態(tài)特征的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境, 2008, 17(2):682-687.

Zhu Z L, Shu L, Liu D Hetal. Effect of straw mulching and no tillage to paddy soils on micro-morphology features[J]. Ecology & Environment, 2008, 17(2):682-687.

[35] 張鵬, 賈志寬, 王維, 等. 秸稈還田對(duì)寧南半干旱地區(qū)土壤團(tuán)聚體特征的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 45 (8):1513-1520.

Zhang P, Jia Z K, Wang Wetal. Effects of straw returning on characteristics of soil aggregates in semi-arid areas of southern Ningxia of China[J]. Scientia Agricultrea Sinica, 2012, 45(8):1513-1520.