黃國勤, 楊濱娟, 王淑彬, 黃小洋, 張兆飛, 姚 珍, 黃祿星, 趙其國

1 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)科學(xué)研究中心, 南昌 330045 2 中國科學(xué)院南京土壤研究所, 南京 210008

稻田實(shí)行保護(hù)性耕作對(duì)水稻產(chǎn)量、土壤理化及生物學(xué)性狀的影響

黃國勤1,*, 楊濱娟1, 王淑彬1, 黃小洋1, 張兆飛1, 姚 珍1, 黃祿星1, 趙其國2

1 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)科學(xué)研究中心, 南昌 330045 2 中國科學(xué)院南京土壤研究所, 南京 210008

在江西雙季稻田進(jìn)行長期田間定位試驗(yàn)，分析了多年保護(hù)性耕作對(duì)水稻產(chǎn)量、土壤理化性狀及生物學(xué)性狀的影響。連續(xù)8a稻田保護(hù)性耕作處理的平均產(chǎn)量高于傳統(tǒng)耕作4.46%—8.79%，各處理的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率均高于對(duì)照，而各處理間穗長和千粒重差異不顯著。實(shí)行稻田保護(hù)性耕作處理的土壤容重低于傳統(tǒng)耕作3.6%—5.6%，而總孔隙度和毛管孔隙度分別高出傳統(tǒng)耕作1.6%—17.4%、2.4%—16.7%。與傳統(tǒng)耕作相比，連續(xù)8a保護(hù)性耕作顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)(2.9%—10.0%)、有效磷(4.8%—31.6%)、速效鉀(9.7%—25.7%)。在 2005年免耕+插秧的土壤真菌數(shù)量最多，顯著高于對(duì)照處理51.6%，免耕+拋秧在2008年達(dá)到最大，顯著高于對(duì)照處理54.1%。2012年免耕+拋秧、免耕+插秧顯著高于對(duì)照126.1%、121.1%；另外，各處理間過氧化氫酶、脲酶活性均差異不顯著。8a間土壤轉(zhuǎn)化酶活性變化范圍在0.292—0.451 mg/g之間，其中2005—2007、2012年均是免耕+拋秧達(dá)到最大，與對(duì)照相比，增加范圍為72.7%—137.7%，且差異顯著(P<0.05)。因此，實(shí)行稻田保護(hù)性耕作是適合江南丘陵區(qū)雙季稻區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效模式之一，其中免耕+拋秧和免耕+插秧兩種方式效果最為顯著。

長期定位試驗(yàn); 保護(hù)性耕作; 水稻產(chǎn)量; 土壤性狀; 稻田

可持續(xù)農(nóng)業(yè)已成為世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢，保護(hù)性耕作是可持續(xù)農(nóng)業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)[1]。保護(hù)性耕作是以減輕水土流失和保護(hù)土壤與環(huán)境為主要目標(biāo)，采用保護(hù)性種植制度和配套栽培技術(shù)形成的一套完整的農(nóng)田保護(hù)性耕作技術(shù)體系，如免耕栽培技術(shù)、秸稈殘茬利用技術(shù)和綠色覆蓋技術(shù)。王昌全[2]等連續(xù)8 a不同免耕方式的試驗(yàn)結(jié)果表明，與翻耕相比，免耕在第1年產(chǎn)量基本持平，第2年免耕產(chǎn)量即開始增加，并隨著免耕時(shí)間的增加而日趨明顯。李繼明[3]等26 a長期施用綠肥定位試驗(yàn)結(jié)果表明，綠肥與化肥長期配合施用26 a水稻平均產(chǎn)量增產(chǎn)64.5%，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和全磷均有所積累，積累的量與有機(jī)肥種類有關(guān)。高菊生[4]等連續(xù)30 a雙季稻綠肥輪作定位試驗(yàn)表明，種植綠肥作物對(duì)提高水稻產(chǎn)量、增加土壤有機(jī)質(zhì)和提高土壤有機(jī)質(zhì)活性具有重要意義。余曉鶴[5]研究結(jié)果顯示，在免耕條件下，表層(0—5 cm)土壤的全N、NH4-N明顯增加，5—15 cm則迅速下降，在土壤層次中發(fā)生明顯差異。目前關(guān)于不同耕作方式對(duì)作物產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的研究較多，但對(duì)于綜合探討長期保護(hù)性耕作體系下水稻產(chǎn)量、土壤理化性狀、生物學(xué)性狀的年際變化以及各成分之間相關(guān)性的報(bào)道較少。通過研究不同耕作方式下水稻產(chǎn)量的變化趨勢、土壤各理化性狀及土壤生物活性的變化特征，探討稻田長期實(shí)行保護(hù)性耕作在水稻產(chǎn)量和稻田土壤肥力等方面的優(yōu)勢效應(yīng)，為合理調(diào)整和大力推廣稻田保護(hù)性耕作技術(shù)提供理論支持和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本概況

于2005—2012年在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)科技園實(shí)驗(yàn)田進(jìn)行雙季稻定位試驗(yàn)，試驗(yàn)基地年平均太陽總輻射量為4.79×1013J/hm2，年平均日照時(shí)數(shù)為1 852 h，年日均溫≥0℃的積溫達(dá)6 450℃，無霜期約272 d，年均溫為17.6℃，年降水量1 624 mm。供試土壤發(fā)育于第四紀(jì)的紅黏土，為亞熱帶典型紅壤分布區(qū)。試驗(yàn)前供試土壤基本性質(zhì)(0—20 cm)：pH5.40，有機(jī)質(zhì)26.32 g/kg，全氮1.42 g/kg，有效磷 4.73 mg/kg，速效鉀 34.05 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理：(1)傳統(tǒng)耕作+插秧(對(duì)照，CT+P)，即按傳統(tǒng)方法耕田；(2)保護(hù)性耕作處理：傳統(tǒng)耕作+拋秧(CT+T)，即按傳統(tǒng)方法耕田、整平后進(jìn)行拋秧；(3)保護(hù)性耕作處理：免耕+插秧(NT+P)，即不進(jìn)行翻耕，插秧前用除草劑滅茬；(4)保護(hù)性耕作處理：免耕+拋秧(NT+T)，即不進(jìn)行翻耕，拋秧前用除草劑滅茬，共4個(gè)處理。每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，共12個(gè)小區(qū)，每小區(qū)面積33 m2(11 m×3 m)，小區(qū)間用高30 cm的水泥田埂隔開，獨(dú)立排灌。每年各處理水稻品種不同，2005—2006年早稻品種為株兩優(yōu)02，晚稻為中優(yōu)253；2007—2009年早稻品種為金優(yōu)213，晚稻為金優(yōu)284；2010年早稻品種為金優(yōu)1176，晚稻中優(yōu)161；2011—2012年早稻品種為淦鑫203，晚稻為新香優(yōu)96。早稻在每年的4月中下旬移栽，7月中旬收獲，晚稻在7月下旬移栽，10月下旬收獲。各處理栽插密度為29.4×104蔸/hm2(移栽行株距為20×17 cm，每蔸2—3株)。早、晚稻所用化肥為尿素(N46%)，鈣鎂磷肥(P2O512%)，氯化鉀(K2O60%)，周年N、P2O5、K2O用量為150、90、120 kg/hm2。氮肥早稻按基肥∶分蘗肥∶穗肥=6∶3∶1施用，晚稻按基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶3∶2施用。磷肥全部作基肥，一次性施入，鉀肥按分蘗肥∶穗肥=7∶3施用?；试诓逖砬耙惶焓┫?，分蘗肥在水稻移栽后5—7 d時(shí)施用，穗肥在主莖幼穗長1—2 cm時(shí)施用。其它田間管理措施同一般大田栽培。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 水稻考種與測產(chǎn)

于水稻成熟期，在各小區(qū)普查50蔸作為有效穗計(jì)算的依據(jù)，然后用平均數(shù)法在各小區(qū)中隨機(jī)選取有代表性的水稻植株5蔸，作為考種材料，清水漂洗去除空、秕粒曬干后用1/100分析天平測千粒重。并于成熟期用1/10天平測每小區(qū)實(shí)際產(chǎn)量(干重)。

1.3.2 土壤理化性狀的測定

于晚稻收獲后采集0—20 cm土樣(五點(diǎn)法)進(jìn)行分析。土壤物理性狀：土壤容重、土壤總孔隙度、毛管孔隙度采用環(huán)刀法測定，土壤總孔隙度=1-土壤容重/2.65，毛管孔隙度(%)=[(吸水后全筒土重-全筒烘干土重)/總體積]×100；土壤吸濕水采用烘干法。土壤化學(xué)性狀：土壤pH采用pH計(jì)測定，土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀法-濃硫酸外加熱法測定，全氮采用半微量開氏定氮法，有效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法。

1.3.3 土壤微生物數(shù)量及活度測定

于每年晚稻成熟期10月底采集土樣，每小區(qū)5點(diǎn)取樣并混勻?yàn)橐粋€(gè)樣品，置陰涼處風(fēng)干后過1 mm篩，并置于4℃冰箱中保存。細(xì)菌、真菌、放線菌計(jì)數(shù)采用平板稀釋涂布法。細(xì)菌培養(yǎng)用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌用馬丁氏培養(yǎng)基，放線菌用高氏1號(hào)培養(yǎng)基。具體測定方法參考文獻(xiàn)[6]。土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定，脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定，轉(zhuǎn)化酶采用3, 5-二硝基水楊酸比色法[7]。土壤過氧化氫酶活性以單位土重的0.05 mol/L高錳酸鉀毫克數(shù)表示，脲酶活性以24 h后1 g土壤中NH3-N的毫克數(shù)表示，轉(zhuǎn)化酶活性以24 h后1 g土壤中葡萄糖的毫克數(shù)表示。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Microsoft Excel 2010處理數(shù)據(jù)，用SPSS13.0系統(tǒng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，用LSD(least significant difference test)進(jìn)行樣本平均數(shù)的差異顯著性比較，用主成分分析(PCA)、Pearson相關(guān)系數(shù)和逐步線性回歸進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻田保護(hù)性耕作對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

圖1 稻田保護(hù)性耕作的水稻產(chǎn)量分析 Fig.1 Analysis of yield among conservative tillage treatmentsCT+P: 傳統(tǒng)耕作+插秧 Conventional tillage + transplanting; CT+T: 傳統(tǒng)耕作+拋秧 Conservation tillage + throwing; NT+P: 免耕+插秧 No-tillage + transplanting; NT+T: 免耕+拋秧 No tillage + throwing

稻田保護(hù)性耕作顯著提高了水稻產(chǎn)量(圖1)?？傮w上看，2005—2012年連續(xù)8a保護(hù)性耕作各處理(CT+T、NT+P、NT+T)的平均產(chǎn)量均高于對(duì)照(CK，傳統(tǒng)耕作)，增加范圍為4.5%—8.8%。另外，除了2010年NT+P處理產(chǎn)量達(dá)到最高以外，其它年份均是NT+T處理最高，與對(duì)照相比增產(chǎn)幅度為7.7%—11.4%。隨著試驗(yàn)?zāi)攴莸耐七M(jìn)，各處理水稻產(chǎn)量的差異也發(fā)生了明顯的變化，均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，但各處理增加幅度略有不同，其中處理NT+P的增產(chǎn)幅度最大，為28.9%。這說明長期實(shí)行保護(hù)性耕作能夠提高水稻產(chǎn)量，增加經(jīng)濟(jì)收益。

由表1可以看出，連續(xù)8a保護(hù)性耕作各處理的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率均高于對(duì)照(CK)，而各處理間穗長和千粒重差異不顯著。8a間保護(hù)性耕作處理(均值，下同)的有效穗數(shù)顯著高于對(duì)照3.0%—11.6%(P<0.05)，2005—2008年以NT+T處理最大，高出其它處理2.3%—14.9%；NT+P處理在2009、2010、2012年達(dá)到最大，2011年則是CT+T處理最大，說明稻田保護(hù)性耕作總體上能促進(jìn)水稻形成有效穗，從而影響產(chǎn)量。每穗粒數(shù)方面，與對(duì)照相比，8a間保護(hù)性耕作處理增加幅度為2.3%—8.2%，但僅在2006—2008、2010年與對(duì)照差異顯著(P<0.05)，2006—2008年表現(xiàn)為NT+T>NT+P>CT+T>CT+P；2010年表現(xiàn)為NT+T>CT+T>NT+P>CT+P。結(jié)實(shí)率方面，2005、2008年均是處理NT+T顯著高于對(duì)照(P<0.05)，增加幅度分別3.4%、3.6%，2010年則是處理NT+T顯著高于對(duì)照。

表1 稻田保護(hù)性耕作處理的水稻產(chǎn)量構(gòu)成分析Table 1 Analysis of yield components among conservative tillage treatments

表中數(shù)據(jù)為平均值；同列不同的小寫字母表示不同處理同一年份差異達(dá)5%顯著水平(P<0.05)

2.2 稻田保護(hù)性耕作對(duì)土壤理化性狀的影響

從表2可以看出，連續(xù)8a實(shí)行稻田保護(hù)性耕作各處理的土壤容重均低于對(duì)照(CK)，而總孔隙度和毛管孔隙度均高于對(duì)照，這有利于土壤中水、肥、氣、熱的流通和貯存，有利于水稻根系的穿插和水稻的生長發(fā)育。土壤容重方面，8a間低于對(duì)照3.6%—5.6%，而總孔隙度的增加幅度為1.6%—17.4%，毛管孔隙度為2.4%—16.7%。因此，采用保護(hù)性耕作能起到調(diào)控土壤物理性質(zhì)的作用。另外，整體來看，隨著試驗(yàn)時(shí)間的延長，各處理稻田表層土壤的容重有逐漸提高的趨勢，較2005年增加0.16 g/cm3，增加幅度為14.6%，而稻田表層土壤的總孔隙度和毛管孔隙度有所降低，較2005年降低幅度分別為19.1%和18.7%。由此可見，長期耕作后容易導(dǎo)致土壤板結(jié)，需要及時(shí)翻耕土壤，增加土壤中養(yǎng)分的積累。

表2 稻田保護(hù)性耕作對(duì)土壤理化性狀的影響Table 2 The influence of conservational tillage on soil physical and chemical properties

表中數(shù)據(jù)為平均值；同列不同的小寫字母表示不同處理同一年份差異達(dá)5%顯著水平(P<0.05); OM：有機(jī)質(zhì)Organic matter(g/kg)；TN：全氮Total nitrogen(g/kg)；AP：有效磷Available phosphorus(mg/kg)；AK：速效鉀Available potassium(mg/kg)；SB：土壤容重Soil bulk(g/cm3)；TP：總孔隙度Total porosity/%；CP：毛管孔隙度Capillary porosity/%

另外由表2可知，與對(duì)照相比，連續(xù)8a稻田保護(hù)性耕作處理提高了土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀含量，其中土壤pH、全氮差異不顯著。連續(xù)8a保護(hù)性耕作處理土壤有機(jī)質(zhì)均高于對(duì)照，增加范圍2.9%—10.0%，其中2005—2010年均是NT+T處理最大，高于其它處理5.0%—10.1%，NT+P處理在2011—2012年達(dá)到最大，高于其它處理10.3%、3.7%。8a間保護(hù)性耕作處理土壤有效磷含量均高于對(duì)照，提高幅度為4.8%—31.6%，這說明保護(hù)性耕作能促進(jìn)有效磷的提高，有利于改變土壤中的速效養(yǎng)分，使土壤的形狀朝有利于水稻生長的方向改善。與對(duì)照相比，連續(xù)8a保護(hù)性耕作處理的速效鉀含量增加了9.70%—25.67%，且除了2008年NT+P處理達(dá)到最大以外，其余年份均是NT+T效果最好，高于其它處理10.0%—23.2%。

2.3 稻田保護(hù)性耕作對(duì)土壤生物學(xué)性狀的影響

由表3可以看出，土壤真菌方面在 2005年處理NT+P處理數(shù)量最多，與對(duì)照相比增加了51.6%，且差異顯著(P<0.05)，CT+T處理在2008年達(dá)到最大，顯著高于對(duì)照處理54.1%。2005—2011年連續(xù)7a間各處理的硝化細(xì)菌數(shù)量差異不顯著，僅在2012年處理NT+T、NT+P顯著高于對(duì)照126.1%、121.1%，增加幅度較大，但各處理間細(xì)菌、放線菌均差異不顯著。另外由表3還可以看出，各處理間過氧化氫酶、脲酶活性均差異不顯著。8a間土壤轉(zhuǎn)化酶活性變化范圍在0.292—0.451 mg/g之間，其中2005—2007、2012年均是處理NT+T達(dá)到最大，與對(duì)照相比，分別依次增加了105.2%、82.6%、137.7%、72.7%，且差異顯著(P<0.05)。

2.4 水稻產(chǎn)量、土壤理化性狀、生物學(xué)性狀的相關(guān)性

水稻產(chǎn)量、產(chǎn)量各構(gòu)成要素與土壤理化性狀、生物學(xué)性狀相關(guān)性分析(表4)可以看出，水稻產(chǎn)量與土壤容重、pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、硝化細(xì)菌呈極顯著相關(guān)(P<0.01)，與總孔隙度、毛管孔隙度、速效鉀、放線菌顯著相關(guān)(P<0.05)，而與有效磷、細(xì)菌、真菌、過氧化氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶相關(guān)不顯著(P>0.05)。在產(chǎn)量構(gòu)成要素中，穗長與真菌、過氧化氫酶極顯著相關(guān)；有效穗數(shù)與土壤容重顯著負(fù)相關(guān)，與總孔隙度、毛管孔隙度極顯著相關(guān)，與pH、全氮、硝化細(xì)菌顯著相關(guān)；每穗粒數(shù)與土壤容重顯著負(fù)相關(guān)，與pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、放線菌極顯著相關(guān)，與總孔隙度、毛管孔隙度、細(xì)菌、硝化細(xì)菌顯著相關(guān)；結(jié)實(shí)率與與土壤容重呈極顯著負(fù)相關(guān)，與pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、硝化細(xì)菌極顯著相關(guān)，與總孔隙度、毛管孔隙度、速效鉀、真菌、放線菌顯著相關(guān)；千粒重與土壤容重顯著負(fù)相關(guān)，與總孔隙度、毛管孔隙度、有效磷、硝化細(xì)菌顯著相關(guān)。綜上，通過采取一定的農(nóng)田管理措施提高土壤理化性狀、生物學(xué)性狀，能夠促進(jìn)水稻生長發(fā)育、增加水稻產(chǎn)量，而保護(hù)性耕作對(duì)于有效提高土壤養(yǎng)分和增加土壤活性方面發(fā)揮著重要的作用。

表3 稻田保護(hù)性耕作對(duì)土壤微生物數(shù)量和酶活性的影響Table 3 Effects of paddy field conservation tillage on abundance of soil microorganisms and enzyme activities

表中數(shù)據(jù)為平均值；同列不同的小寫字母表示不同處理同一年份差異達(dá)5%顯著水平(P<0.05)

表4 水稻產(chǎn)量、產(chǎn)量各構(gòu)成因素與土壤性狀之間的相關(guān)性Table 4 Correlation matrix between rice yield, its components and soil properties

*為顯著相關(guān)(P<0.05), **為極顯著相關(guān)(P<0.01); RY水稻產(chǎn)量: Rice yield; EL穗長: Ear length; EP有效穗數(shù): Effective panicles; NP每穗粒數(shù): Grain number per panicle; SR結(jié)實(shí)率: Seed-setting rate; GW千粒重: 1000-grain weight; SB土壤容重: Soil bulk; TP總孔隙度: Total porosity; CP毛管孔隙度: Capillary porosity; OM有機(jī)質(zhì): organic matter; TN全氮: Total nitrogen; AP有效磷: Available phosphorus; AK速效鉀: Available potassium; BA細(xì)菌: Bacteria; FU真菌: Fungi; AC放線菌: Actinomycetes; NB硝化細(xì)菌: Nitrifying bacteria; CA過氧化氫酶: Catalase activities; UA脲酶: Urease activities; IA轉(zhuǎn)化酶: Invertase activities

3 討論

3.1 多年稻田保護(hù)性耕作體系下的土壤性質(zhì)變化

土壤氮、磷、鉀元素是表征土壤肥力(健康)的重要指標(biāo)，在提供作物生長所需的養(yǎng)分、改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤保水保肥性能以及緩沖性能等方面發(fā)揮著重要作用[8- 9]。徐陽春[10]等連續(xù)14 a的水旱輪作免耕試驗(yàn)表明，長期免耕和施肥造成土壤養(yǎng)分的表層富集，0—5 cm土層有機(jī)碳、全氮、速效氮含量顯著增加，而5—10 cm和10—20 cm土層則明顯低于傳統(tǒng)耕作。這是因?yàn)榈咎锩飧寥罌]有經(jīng)過人為的干擾松動(dòng)，肥料施在土壤表層，難于下滲到亞表層和底土層，因而有利于土壤養(yǎng)分在表土層富集[11- 12]。本研究結(jié)果也表明，與傳統(tǒng)耕作相比，連續(xù)8a稻田保護(hù)性耕作處理提高了土壤有機(jī)質(zhì)(2.9%—10.0%)、有效磷(4.8%—31.6%)、速效鉀(9.7%—25.7%)，且以免耕+拋秧和免耕+插秧效果最為顯著。姚珍[8]等研究表明，與傳統(tǒng)耕作相比，秸稈覆蓋可使土壤總孔隙度增加0.3%—2.0%，容重降低0.02—0.06 g/cm3。本研究與上述結(jié)果一致，實(shí)行稻田保護(hù)性耕作土壤容重低于傳統(tǒng)耕作3.6%—5.6%，而總孔隙度和毛管孔隙度分別高出傳統(tǒng)耕作1.6%—17.4%、2.4%—16.7%。而吳建富[13]等研究表明，稻田免耕(l a)，有利于改善土壤物理性狀，隨著免耕時(shí)間(2 a)的延長，稻田表層土壤容重開始增加，非毛管孔隙度較翻耕處理下降18.7%—23.3%；免耕3 a，稻田土壤容重較翻耕增加更明顯，增幅達(dá)8.10%。說明稻田免耕2 a后土壤開始板結(jié)，本研究結(jié)果也表明隨著試驗(yàn)時(shí)間的延長，稻田表層土壤容重較2005年增加了14.6%，總孔隙度和毛管孔隙度降低了19.1%和18.7%?？傮w上，多年稻田保護(hù)性耕作有利于改變土壤中的速效養(yǎng)分，促進(jìn)土壤中養(yǎng)分的積累和吸收，使土壤朝有利于水稻生長的方向改善。

土壤微生物推動(dòng)著土壤的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動(dòng)，它可以代表土壤中物質(zhì)代謝的旺盛程度，是土壤肥力的一個(gè)重要指標(biāo)[14- 15]。保護(hù)性耕作可以增加土壤某些微生物數(shù)量和活性。殷士學(xué)[16]經(jīng)過7 a的試驗(yàn)結(jié)果顯示，砂壤土上免耕土壤中的微生物數(shù)量明顯高于傳統(tǒng)耕作。李華興[17]等研究結(jié)果表明免耕土壤中的放線菌和真菌數(shù)量減少，而細(xì)菌數(shù)量增加，酶活性增強(qiáng)。張星杰等[18- 19]研究發(fā)現(xiàn)在全生育期保護(hù)性耕作處理土壤微生物細(xì)菌、放線菌、真菌和纖維素分解菌數(shù)量分別比傳統(tǒng)耕作提高41.9%、470.1%、67.9%和65.7%。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，2012年處理免耕+拋秧、免耕+插秧的硝化細(xì)菌數(shù)量顯著高于對(duì)照126.1%、121.1%，增加幅度較大，但各處理間細(xì)菌、放線菌均差異不顯著。另外2005—2007、2012年土壤轉(zhuǎn)化酶活性均是處理免耕+拋秧達(dá)到最大，顯著高于對(duì)照72.7%—137.7%，但各處理在過氧化氫酶、脲酶活性均差異不顯著。因此，免耕后水稻根茬豐富的有機(jī)質(zhì)含量可以促使細(xì)菌和真菌大量繁殖，能夠有效促進(jìn)土壤中營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化，有利于水稻的吸收和生長[20]。

3.2 產(chǎn)量與土壤性質(zhì)關(guān)系

水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)受品種遺傳因素影響,也與土壤肥力、氣溫等環(huán)境條件關(guān)系密切。王秋菊[21]通過探討土壤性狀影響水稻稻米產(chǎn)量及品質(zhì)指標(biāo)形成的機(jī)理，結(jié)果表明水稻產(chǎn)量因土壤肥力水平不同而差異顯著。水稻產(chǎn)量與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而與土壤有效磷、速效鉀含量相關(guān)關(guān)系不顯著。劉淑霞等[22]分析不同耕作施肥措施下土壤速效養(yǎng)分和作物產(chǎn)量的變化規(guī)律及其相互關(guān)系，表明速效鉀的含量對(duì)作物產(chǎn)量的影響相對(duì)較大，而土壤中堿解氮的含量對(duì)作物產(chǎn)量的影響相對(duì)較小。本研究結(jié)果表明，水稻產(chǎn)量與土壤容重、pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、硝化細(xì)菌呈極顯著相關(guān)，與總孔隙度、毛管孔隙度、速效鉀、放線菌顯著相關(guān)(P<0.05)，而與有效磷、細(xì)菌、真菌、過氧化氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶相關(guān)不顯著。

隨著我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，省工、省力、輕簡、環(huán)境友好型技術(shù)越來越受到歡迎和重視，“中央一號(hào)”文件連續(xù)多年將保護(hù)性耕作技術(shù)列為重要的可持續(xù)技術(shù)加以推廣[23]，基于保護(hù)性耕作對(duì)作物產(chǎn)量及土壤肥力狀況和微生物的積極效益，長期稻田保護(hù)性耕作是適合江南丘陵區(qū)雙季稻區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效模式之一，其中免耕+拋秧和免耕+插秧兩種方式效果最為顯著。但南方部分地區(qū)耕地規(guī)模小，機(jī)械化水平低，且作物產(chǎn)量高，秸稈量大，保護(hù)性耕作秸稈處理技術(shù)難度較大，上述原因?qū)е卤Ｗo(hù)性耕作難以大范圍推廣與應(yīng)用。

4 結(jié)論

(1)在本試驗(yàn)條件下稻田保護(hù)性耕作顯著提高了水稻產(chǎn)量，8a間保護(hù)性耕作處理的平均產(chǎn)量高于傳統(tǒng)耕作4.5%—8.8%，各處理的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率均高于對(duì)照，而穗長和千粒重差異不顯著。

(2)連續(xù)8a實(shí)行稻田保護(hù)性耕作處理的土壤容重低于傳統(tǒng)耕作3.6%—5.6%，而總孔隙度和毛管孔隙度分別高出傳統(tǒng)耕作1.6%—17.4%、2.4%—16.7%。與傳統(tǒng)耕作相比，連續(xù)8a保護(hù)性耕作處理提高了土壤有機(jī)質(zhì)(2.9%—10.0%)、有效磷(4.8%—31.6%)、速效鉀(9.7%—25.7%)。

(3)在 2005年免耕+插秧的土壤真菌數(shù)量最多，顯著高于對(duì)照處理51.6%，免耕+拋秧在2008年達(dá)到最大，顯著高于對(duì)照處理54.1%。2012年免耕+拋秧、免耕+插秧顯著高于對(duì)照126.1%、121.1%。8a間土壤轉(zhuǎn)化酶活性變化范圍在0.292—0.451 mg/g之間，其中2005—2007、2012年均是免耕+拋秧達(dá)到最大，顯著高于對(duì)照處理72.7%—137.7%。

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Effects of 8 years of conservational tillage on rice yield and soil physical, chemical and biological properties

HUANG Guoqin1,*, YANG Binjuan1, WANG Shubin1, HUANG Xiaoyang1, ZHANG Zhaofei1, YAO Zhen1, HUANG Luxing1, ZHAO Qiguo2

1ResearchCenteronEcologicalScience,JiangxiAgriculturalUniversity,Nanchang330045,China2InstituteofSoilScience,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China

Conservation tillage is a key technology in the trend towards sustainable agriculture. The main targets of conservation tillage are to reduce soil erosion and protect the soil and the environment. Conservation tillage can be complemented by the use of a range of other cultivation techniques, including no-till cultivation techniques, the use of straw stubble technology and green covering technology. There are a number of current studies reporting on the effects of different tillage methods on crop yield and soil nutrients. There have been fewer comparisons of the effects of long-term application of conservation tillage on rice yield, soil physical, chemical and biological properties and interannual variability. Through research on trends in rice yield, soil physical and chemical properties and variation of soil biological activity under different tillage methods, this study explores the advantages of long-term application of conservation tillage on rice yield and soil fertility in paddy fields. It provides theoretical support and a sound scientific basis for the rationalization and vigorous promotion of conservation tillage technology in paddy fields. We have comprehensively studied the effects of long-term application of conservation tillage on rice yield, soil fertility and biological activity. The study site is located in the southern hilly region in Jiangxi Province, China. The double-cropping experiment was conducted in a paddy field at Jiangxi Agricultural University between 2005 and 2012. The test comprised a total of four treatments: (1) conventional tillage + transplanting (CT + P), the traditional farming method; (2) conservation tillage treatment: conservation tillage + throwing (CT + T), the traditional method of plowing and throwing seedlings after flattening; (3) conservation tillage treatment: no-tillage + transplanting (NT + P), no tillage, with the herbicide applied to stubble before transplanting; (4) conservation tillage treatment: no tillage + throwing (NT + T), no tillage, with the herbicide applied to stubble before throwing. The results indicate that with conservational tillage, rice yield was significantly higher (4.5%—8.8%) than with conventional tillage. Yield components were also higher with conservation tillage than conventional tillage, but the differences in ear length and grain weight among all treatments were not significant. Implementation of conservation tillage decreased soil bulk density by 3.6%—5.6%, increased total porosity by 1.6%—17.4% and increased capillary porosity by 2.4%—16.7% when compared with conventional tillage. Significant increases in soil organic matter (2.9%—10.0%), available phosphorus (4.8%—31.6%) and available potassium (9.7%—25.7%) were also obtained under long-term conservation tillage treatments when compared with conventional tillage. The abundance of fungi in the no-tillage + planting treatments was significantly higher (51.6%) than in conventional tillage in 2005, while the abundance of fungi in the no-tillage + throwing treatments was significantly higher (54.1%) than in conventional tillage in 2008. The differences in the abundance of nitrifying bacteria among all treatments were not significant between 2005 and 2011. The abundance of nitrifying bacteria in the no-tillage + throwing and the no-tillage + planting treatments were significantly higher (126.1% and 121.1%, respectively) than conventional tillage in 2012. No significant differences were obtained for catalase or urease activity among all treatments. Invertase activity varied between 0.292 and 0.451 mg/g during the 8 years sampled. Invertase activity was significantly higher in the no-tillage + throwing treatments (72.7%—137.7%) than in conventional tillage for the years 2005—2007 and in 2012. The implementation of conservation tillage was an effective model for sustainable development of agriculture and was suitable for the southern hilly region. The no-tillage + throwing and no-tillage + planting treatments generated the most significant effects.

long-term field experiment; conservational tillage; rice yield; soil properties; paddy field

國家科技支撐計(jì)劃課題(2007BAD89B18- 03, 2012BAD14B14- 01)

2014- 01- 15;

日期:2014- 09- 01

10.5846/stxb201401150114

*通訊作者Corresponding author.E-mail: hgqjxnc@sina.com

黃國勤, 楊濱娟, 王淑彬, 黃小洋, 張兆飛, 姚珍, 黃祿星, 趙其國.稻田實(shí)行保護(hù)性耕作對(duì)水稻產(chǎn)量、土壤理化及生物學(xué)性狀的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(4):1225- 1234.

Huang G Q, Yang B J, Wang S B, Huang X Y, Zhang Z F, Yao Z, Huang L X, Zhao Q G.Effects of 8 years of conservational tillage on rice yield and soil physical, chemical and biological properties.Acta Ecologica Sinica,2015,35(4):1225- 1234.