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（1江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院循環(huán)農(nóng)業(yè)研究中心，南京210014；2江蘇省現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，南京210095；第一作者：sgf515@163.com；*通訊作者：chenliugen@sina.com）

連續(xù)翻耕秸稈粉碎還田土壤物理性狀及水稻產(chǎn)量

孫國峰1陳留根1，2*劉紅江1張?jiān)婪?盛婧1鄭建初1

（1江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院循環(huán)農(nóng)業(yè)研究中心，南京210014；2江蘇省現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，南京210095；第一作者：sgf515@163.com；*通訊作者：chenliugen@sina.com）

通過連續(xù)5年田間定位試驗(yàn)，研究了翻耕秸稈粉碎還田對稻麥兩熟農(nóng)田土壤物理性狀、水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響。結(jié)果表明，水稻收獲時(shí)，翻耕秸稈粉碎還田處理能夠有效降低耕層土壤容重、緊實(shí)度和土壤中固相部分所占比例，增加耕層土壤毛管孔隙度和土壤中氣相部分所占比例。就水稻產(chǎn)量而言，翻耕秸稈粉碎還田處理較秸稈不還田處理有不同程度的提高，5年平均增產(chǎn)428 kg/hm2，增幅為4.50%，主要是通過增加有效穗數(shù)和穗粒數(shù)來提高水稻產(chǎn)量?？傊?，本試驗(yàn)條件下，翻耕秸稈粉碎還田措施有利于改善耕層土壤物理結(jié)構(gòu)，提高水稻產(chǎn)量。

稻麥輪作；容重；緊實(shí)度；毛管孔隙度；三相比；水稻產(chǎn)量

農(nóng)作物秸稈是地球上第一大可再生資源。我國作物秸稈資源相當(dāng)豐富，2005年全國作物秸稈總量就已經(jīng)達(dá)到8.42億t，并隨著農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的提高而呈不斷增長之勢[1]。其中，稻麥秸稈產(chǎn)生量達(dá)3.5億t以上，約占世界稻麥秸稈總量的37%[2]。秸稈中含有大量碳、氮、磷、鉀以及多種微量營養(yǎng)元素，合理還田是秸稈處理的重要途徑，既可避免秸稈焚燒帶來的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，還可改善土壤肥力[3]、增加作物產(chǎn)量[4-5]，對促進(jìn)現(xiàn)代可持續(xù)農(nóng)業(yè)和循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要作用。目前，秸稈還田是江蘇稻麥兩熟農(nóng)田大力推廣的農(nóng)業(yè)技術(shù)措施。關(guān)于稻麥秸稈還田研究多集中在耕作方式、秸稈還田量、土壤肥力、有機(jī)碳、酶活性與產(chǎn)量[3-8]，以及溫室氣體排放[9-11]等方面。而系統(tǒng)研究連續(xù)多年翻耕秸稈粉碎還田對稻麥兩熟制農(nóng)田土壤物理性狀影響的報(bào)道較少。為此，本試驗(yàn)以稻麥兩熟制農(nóng)田為研究對象，旨在探討翻耕秸稈粉碎還田對耕層土壤物理性狀、水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響，為稻麥兩熟制農(nóng)田秸稈還田技術(shù)推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2010年11月至2015年10月，在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合試驗(yàn)基地（32°29′N，118°36′E，海拔18 m）進(jìn)行。該區(qū)屬北亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，氣候溫和、四季分明，年平均溫度15.3℃，年平均降雨量970 mm，年日照時(shí)數(shù)2 200 h，年平均無霜期215 d。該區(qū)主要為稻麥兩熟制。

試驗(yàn)田土壤類型屬黃棕壤發(fā)育的馬肝土，耕層土壤質(zhì)地為重壤土。試驗(yàn)前耕層（0～20 cm）土壤容重1.38 g/cm3，有機(jī)質(zhì)12.1 g/kg，全氮0.91 g/kg，全磷0.55 g/kg，速效鉀105.6 mg/kg，pH值6.4（水土比2.5∶1）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，連續(xù)5年均設(shè)置3個(gè)處理：①不施肥（CK）；②翻耕秸稈不還田（MP，田間作業(yè)順序如下：水稻收獲→清除稻草→撒施基肥→翻耕→旋耕→條播小麥→撒施追肥→小麥?zhǔn)斋@→清除麥秸→翻耕→灌水泡田→撒施基肥→耙田→人工插秧→撒施分蘗肥→擱田→撒施穗肥→水稻收獲）；③翻耕秸稈粉碎還田（MPS，田間作業(yè)順序如下：水稻收獲→稻草粉碎還田→撒施基肥→翻耕→旋耕→條播小麥→撒施追肥→小麥?zhǔn)斋@→麥秸粉碎還田→翻耕→灌水泡田→撒施基肥→耙田→人工插秧→撒施分蘗肥→擱田→撒施穗肥→水稻收獲）。各處理3次重復(fù)，小區(qū)面積4 m×5 m。以寧麥16和南粳44為供試材料。耕作方式為周年翻耕，耕深18～20 cm。施肥量：麥季施純N 225 kg/hm2，稻季施純N 300 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O為1∶0.5∶0.5。麥季氮肥基肥、穗肥比例為6∶4，磷鉀肥于耕作前作基肥一次性撒施；稻季氮肥基肥、分蘗肥、穗肥比例為4∶2∶4，磷肥于耕作前作基肥一次性撒施，鉀肥作基肥和穗肥2次施用（各為50%）。其他田間管理措施同一般高產(chǎn)大田。

圖1 翻耕秸稈粉碎還田對土壤容重的影響

圖2 翻耕秸稈粉碎還田對土壤緊實(shí)度的影響

1.3 樣品采集與分析

土壤容重：采用環(huán)刀法，即用體積為100 cm3（高5 cm，直徑5.04 cm）的環(huán)刀，在2015年水稻收獲時(shí)，采集0～10 cm和10～20 cm原狀土樣，重復(fù)3次，密封帶回實(shí)驗(yàn)室，先擦凈環(huán)刀外的泥土，然后烘干（105℃±2℃，24 h），在密閉烘箱中冷卻后稱重（M1），最后洗去環(huán)刀內(nèi)壁土壤，晾干后稱重（M0）。土壤容重Pb（g/cm3）=（M1-M0）/V。

土壤毛管孔隙度：采用測定土壤毛管水方法。

土壤緊實(shí)度：在2015年水稻收獲時(shí)，采用SC900土壤緊實(shí)度儀進(jìn)行現(xiàn)場測定。

水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素：各處理分別收割3 m2的水稻，重復(fù)3次，測定實(shí)際產(chǎn)量；每小區(qū)選擇1 m2調(diào)查單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重，用來測定水稻的理論產(chǎn)量。

圖3 翻耕秸稈粉碎還田對土壤毛管孔隙度的影響

圖4 翻耕秸稈粉碎還田對土壤固液氣三相比的影響

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excell 2016和SPSS17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理間多重比較采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 翻耕秸稈粉碎還田對土壤物理性狀的影響

如圖1和圖2所示，翻耕條件下，秸稈粉碎還田能夠有效降低耕層土壤容重和緊實(shí)度。即翻耕秸稈粉碎還田處理0～10 cm和10～20 cm土壤容重較翻耕秸稈不還田處理分別降低了2.3%和6.3%；而翻耕秸稈粉碎還田處理0～15 cm土壤緊實(shí)度均有不同程度的下降，降低幅度達(dá)35～259 Pa，占5.1%～32.3%。如圖3所示，翻耕條件下，秸稈粉碎還田能夠有效增加耕層土壤毛管孔隙度，尤其10～20 cm土壤毛管孔隙度提高幅度較大，達(dá)6.4%。如圖4所示，翻耕條件下，秸稈粉碎還田主要降低了耕層土壤中固相部分所占比例，其中0～10 cm和10～20 cm土壤中分別減少了1.1%和3.1%；提高了耕層土壤中氣相部分所占比例，其中0～10 cm和10～20 cm分別增加了1.2%和2.9%；而秸稈粉碎還田對耕層土壤中液相部分所占比例的影響相對較小。綜上所述，翻耕條件下，秸稈粉碎還田措施有利于改善耕層土壤物理結(jié)構(gòu)。

表1 翻耕秸稈粉碎還田對水稻產(chǎn)量的影響 （kg/hm）2

表2 2015年水稻理論產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

2.2 翻耕秸稈粉碎還田對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

從表1可見，2011-2015年翻耕秸稈粉碎還田處理平均產(chǎn)量達(dá)9 955 kg/hm2，較翻耕秸稈不還田處理增加了428 kg/hm2，顯著高于不施肥處理，增加了5 756 kg/hm2。除2012年外，翻耕秸稈粉碎還田處理水稻產(chǎn)量較秸稈不還田處理均有不同程度的提高，增產(chǎn)93～1 153 kg/hm2，增幅為0.81%～15.9%。綜上所述，翻耕條件下，秸稈粉碎還田有利于提高水稻產(chǎn)量。

如表2所示，在翻耕條件下，秸稈粉碎還田處理水稻理論產(chǎn)量較秸稈不還田處理提高了8.8%；翻耕秸稈粉碎還田較秸稈不還田處理顯著增加了有效穗數(shù)和空殼率，顯著降低了千粒重，而穗粒數(shù)也有所增加，但未達(dá)到顯著水平?？梢?，翻耕秸稈粉碎還田處理主要是通過增加有效穗數(shù)和穗粒數(shù)來提高水稻理論產(chǎn)量。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，在翻耕條件下，秸稈粉碎還田處理能夠有效降低耕層土壤容重、緊實(shí)度和土壤中固相部分所占比例，增加耕層土壤毛管孔隙度和土壤中氣相部分所占比例，改善耕層土壤物理結(jié)構(gòu)。就水稻產(chǎn)量而言，翻耕秸稈粉碎還田較秸稈不還田處理有不同程度的提高，5年平均增產(chǎn)428 kg/hm2，增幅為4.50%，主要是通過增加有效穗數(shù)和穗粒數(shù)來提高產(chǎn)量。

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Effects of Consecutive Moldboard Plowing with Straw Chopping and Returning to Field on Soil Physical Properties and Yield of Rice

SUN Guofeng1,CHEN Liugen1,2*,LIU Hongjiang1,ZHANG Yuefang1,SHENG Jing1,ZHENG Jianchu1
（1Circular Agriculture Research Center,Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Nanjing 210014,China;2Jiangsu Collaborative Innovation Center for Modern Crop Production,Nanjing 210095,China;1st author:sgf515@163.com;*Corresponding author:chenliugen@sina.com）

Field experiments for five consecutive years were conducted to investigate the effects of moldboard plowing with straw chopping and returning to field on soil physical properties,grain yield and its component factors in the rice-wheat rotation system.The results showed that moldboard plowing with straw returning（MPS）could reduce the soil bulk density,compactness and the proportion of solid phase,and which could increase soil capillary porosity and the proportion of liquid phase in the arable soil layer compared with moldboard plowing without straw（MP）at rice harvest.Moreover，the average rice yield of five years test of MPS treatment was increased by 428 kg/hm2compared with MP treatment.The increase of yield was due to the increase of effective spike number per plant and grain number per spike.In all,under this experimental condition,the moldboard plowing with straw returning improved soil physical structure of arable layer,and increased rice yield.

rice-wheat rotation;bulk density;compactness;capillary porosity;three-phase ratio;grain yield

S152.5；S157.4；S511

A

1006-8082（2017）04-0099-04

2017－06－25

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201503118-07）