吳建富，曾研華，趙新帆，范呈根，潘曉華，石慶華

?

耕作方式對雙季機插水稻產(chǎn)量和土壤理化性質(zhì)的影響

吳建富1,2，曾研華1，趙新帆1,2，范呈根1,2，潘曉華1，石慶華1

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點實驗室，江西 南昌 330045；2.江西省鄱陽湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點實驗室，江西 南昌 330045)

2011—2015年，分別以中嘉早17和五豐優(yōu)T025為早、晚稻材料，在大田定位試驗條件下，比較傳統(tǒng)翻耕(CT)、機械旋耕(RT)對雙季機插水稻產(chǎn)量、根系、土層分布和土壤容重、總孔隙度、非毛管孔隙度、田間持水量、土壤養(yǎng)分的影響。結(jié)果表明：處理CT和RT早、晚稻季產(chǎn)量、年均產(chǎn)量和年度間產(chǎn)量變異系數(shù)差異均不明顯，處理CT早、晚稻根系的干質(zhì)量顯著高于處理RT，增幅分別為7.0%～22.8%和4.0%～15.1%(<0.05)；早、晚稻處理CT土層0～10 cm、>10～20 cm的根系干質(zhì)量均大于處理RT；處理CT土層0～10 cm的土壤容重、總孔隙度和通氣孔隙度與RT的差異均不顯著，而處理CT土層>10～20 cm的土壤容重顯著低于處理RT的，降幅為6.5%～8.9%(<0.05)；處理CT的總孔隙度和通氣孔隙度顯著高于處理RT的，增幅分別為6.7%～8.8%和6.2%～8.1%(<0.05)；處理CT土層0～10 cm和>10～20 cm的田間持水量顯著高于處理RT，增幅分別為5.4%和13.4% (<0.05)；2個處理土層0～10 cm土壤有機質(zhì)、全氮含量差異不明顯，但處理CT土層>10～20 cm土壤有機質(zhì)和全氮含量均顯著高于處理RT，增幅分別為8.9%～9.2%和9.0%～15.2%(<0.05)；土壤有效氮、磷、鉀含量的變化趨勢與有機質(zhì)含量變化相似。

雙季稻；耕作方式；機插；產(chǎn)量；土壤理化性質(zhì)

稻田耕作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)。不同的耕作方式對土壤的擾動強度和作用強度不同，因而對土壤理化與生物性狀影響不一，進而影響作物生長發(fā)育和產(chǎn)量。前人研究[1–5]表明，合理的土壤耕作方式能夠改善土壤的理化和生物學(xué)性狀，促進作物生長發(fā)育并提高產(chǎn)量。隨著農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移和農(nóng)業(yè)機械化的快速發(fā)展，小型機械耕作已成為當(dāng)前作物生產(chǎn)上普遍采用的土壤耕作方式。有研究[6–7]表明，連續(xù)采用小型機械耕作易導(dǎo)致農(nóng)田耕作層變淺、土壤緊實，嚴(yán)重阻礙了作物根系的生長和產(chǎn)量的提高。但也有研究指出，旋耕處理第1年的水稻產(chǎn)量高于翻耕處理，第2年和第3年的產(chǎn)量則基本持平[8]，連續(xù)2年旋耕，早、晚稻的產(chǎn)量與翻耕處理相比差異不顯著[9]，土壤質(zhì)量表現(xiàn)為旋耕處理好于翻耕處理[10]。前人關(guān)于耕作方式對水稻產(chǎn)量和土壤理化性質(zhì)影響的研究已有很多報道，但因試驗周期、研究對象和栽培方式等不同，研究結(jié)果也并非完全一致。本研究通過5年(2011—2015年)大田定位試驗，系統(tǒng)比較了傳統(tǒng)翻耕(牛耕)和機械旋耕2種不同的耕作方式對雙季機插水稻根系的生長與分布、產(chǎn)量和不同層次土壤理化性質(zhì)的影響，旨在為南方稻區(qū)土壤合理耕作和水稻高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1　材料與方法

1.1　材料

供試早、晚稻品種分別為中嘉早17和五豐優(yōu)T025。供試土壤為第四紀(jì)紅黏土發(fā)育的水稻土。試驗前田塊為冬閑，耕作層土壤基本理化性質(zhì)如下：有機質(zhì)含量為34.16 g/kg，全氮含量為1.67 g/kg，堿解氮含量為126.00 mg/kg，速效鉀含量為117.90 mg/kg，有效磷含量為24.34 mg/kg，pH值為5.50。

1.2　試驗設(shè)計

2011—2015年，在江西省進賢縣溫圳鎮(zhèn)楊溪村江西農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻試驗基地進行田間定位試驗。設(shè)2個處理：傳統(tǒng)翻耕(CT)，即用牛翻耕田，一犁一耙，牛耕層深度為16～18 cm；機械旋耕(RT)，采用江西農(nóng)戶普遍使用的DF–121 型手扶拖拉機進行旋耕，旋耕深度為13～15 cm。為便于機械作業(yè)，本研究采用大區(qū)對比方式，每個處理面積為1 360 m2，取樣時將每個大區(qū)等分為 3 個取樣小區(qū)，形成大區(qū)內(nèi)重復(fù)。本研究除耕作方式不同外，其他管理措施保持一致。各處理氮、磷、鉀養(yǎng)分相等，早、晚稻施純N量均為150 kg/hm2，N、P2O5和K2O的質(zhì)量比為1∶0.45∶0.9。氮肥按照基肥、分蘗肥、穗肥質(zhì)量比5∶2∶3施用，鉀肥按照分蘗肥、穗肥質(zhì)量比7∶3施用；磷肥一次性作基肥施用；化肥用尿素、鈣鎂磷肥和氯化鉀。水稻采用聯(lián)合收割機收獲后稻草全部移出稻田，土壤耕作耙平后沉實 2 天后，采用東洋PF–455S 型插秧機進行機插，栽插密度為13.3 cm×30.0 cm。采用塑盤育秧，早稻于3月23—25日播種，4月17—19日移栽，7月12—16日收獲；晚稻6月25—30日播種，7月22—27日移栽，10月26—28日收獲。

1.3　測定指標(biāo)與方法

2012—2014年，于早、晚稻成熟期每處理調(diào)查100蔸有效穗，各選取穗數(shù)相同的稻株5 蔸，采用土柱法(取樣直徑20 cm )，按0～10 cm、＞10～20 cm土層用鐵鍬挖取水稻根系，測定根系干質(zhì)量。2013—2014年，于晚稻成熟期每處理按5點法分別采取0～10 cm、＞10～20 cm 土層土壤樣品，供土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量測定。土壤養(yǎng)分均按常規(guī)分析法測定[11]。2014—2015年，于晚稻收割前1 天，采用環(huán)刀法[12]測定耕作層0～10 cm和＞10～20 cm土壤容重、總孔隙度、非毛管孔隙度和田間持水量。成熟期，每小區(qū)調(diào)查100 穴有效穗，按平均數(shù)法 5 點取樣，每點 1 穴，考察穗粒結(jié)構(gòu)。每個小區(qū)實割 200蔸水稻后脫粒測定實際產(chǎn)量。

1.4　數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2007和DPS 7.05軟件進行統(tǒng)計分析；利用Duncan新復(fù)極差法(LSR)進行顯著性檢驗。

2　結(jié)果與分析

2.1　不同耕作方式對雙季機插稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

5年定位試驗結(jié)果(表1)表明，無論是早稻還是晚稻，處理CT、RT的季產(chǎn)量、年產(chǎn)量和年均產(chǎn)量雖有一定的差異，但處理間差異均不顯著。處理CT年度間產(chǎn)量的變異系數(shù)小于處理RT，但差異不明顯。產(chǎn)量構(gòu)成因素中，早、晚稻CT與RT處理的差異性均不顯著(表2)，說明中長期連續(xù)機械旋耕與傳統(tǒng)翻耕對雙季機插稻的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均無顯著影響，但傳統(tǒng)翻耕有利于雙季機插稻穩(wěn)產(chǎn)。

表1　不同耕作方式下雙季機插水稻的產(chǎn)量

表2　不同耕作方式對機插稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

數(shù)據(jù)為5年平均值。

2.2　不同耕作方式對雙季機插水稻根系干質(zhì)量及其剖面分布的影響

表3表明，處理CT早、晚稻根系的總干質(zhì)量大于RT，增幅分別為7.0%～22.8%和4.0%～15.1%，差異顯著。處理CT根系在土壤剖面0～10 cm、＞10～20 cm的分布均大于處理RT，處理CT 0～10 cm土層的根系干質(zhì)量顯著高于處理RT。說明旋耕不利于水稻根系生長及向深層土壤伸展。

表3　不同耕作方式下水稻根系的干質(zhì)量

同一列中不同字母表示同一年份、同一季別中不同處理間差異達到顯著水平(＜0.05)。

2.3　不同耕作方式對土壤肥力的影響

2.3.1對土壤物理性質(zhì)的影響

由表4可以看出，不同耕作方式下土壤容重、總孔隙度和通氣孔隙度2年的變化趨勢基本一致。處理CT耕作層0～10 cm的土壤容重、總孔隙度和通氣孔隙度與處理RT差異均不顯著；而處理CT土層＞10～20 cm的土壤容重顯著低于處理RT，降幅為6.5%～8.9%；處理CT總孔隙度和通氣孔隙度顯著高于處理RT的，增幅分別為6.7%～8.8%和6.2%～8.1%。各處理耕作層0～10 cm的土壤容重顯著低于＞10～20 cm土層，而總孔隙度和通氣孔隙度則相反。說明連續(xù)旋耕明顯增加了耕作層以下土壤的緊實度，降低了土壤的通氣性。相同處理不同深度土層的田間持水量差異顯著；處理CT 0～10 m和＞10～20 cm土層的田間持水量均大于處理RT，增幅分別為5.4%和13.4%，且差異顯著，說明稻田連續(xù)旋耕易降低土壤的持水能力。

表4　不同耕作方式下土壤的容重和田間持水量

不同字母表示同一年份不同處理之間差異達顯著水平(＜0.05)。

2.3.2對土壤養(yǎng)分的影響

連續(xù)2年對土壤養(yǎng)分測定結(jié)果(表5)顯示，不同耕作方式對土壤養(yǎng)分含量及其在土層中的分布有很大的影響。土層0～10 cm的土壤有機質(zhì)和全氮含量，處理CT和RT間的差異不顯著，而土層＞10～20 cm的土壤有機質(zhì)和全氮含量，處理CT的均顯著高于處理RT，增幅分別為8.9%～9.2%和9.0%～15.2%。土層0～10 cm土壤有機質(zhì)和全氮含量均顯著高于土層＞10～20 cm，處理CT增幅分別為31.3%～39.6%和40.9%～54.3%；而處理RT增幅分別為19.2%～39.4%和39.4%～54.3%。不同土層土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量的變化趨勢與有機質(zhì)、全氮含量的變化相似。說明連續(xù)旋耕不利于土層＞10～20 cm土壤養(yǎng)分的積累。

表5　不同耕作方式下土壤的養(yǎng)分含量

不同字母表示同一年份不同處理間差異達顯著水平(＜0.05)。

3　結(jié)論與討論

耕作方式對水稻產(chǎn)量的影響程度與耕作年限[13]、水稻栽插方式[9,14]、施肥結(jié)構(gòu)[15–16]等因素密切相關(guān)。湯文光等[17]研究指出，耕作措施主要影響0～10 cm 耕層土壤性狀，翻耕和旋耕均提高了稻田土壤養(yǎng)分含量；湯軍等[9]通過2年試驗發(fā)現(xiàn)，稻田旋耕與翻耕處理對機插早、晚稻產(chǎn)量的影響不明顯；徐尚起等[10]通過連續(xù)５年定位試驗研究耕作方式對雙季稻產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)翻耕處理的產(chǎn)量高于旋耕處理。朱利群等[16]研究表明，耕作方式對水稻產(chǎn)量的影響還與秸稈是否還田等因素有關(guān)。本研究結(jié)果表明，在雙季機插條件下，傳統(tǒng)翻耕和機械旋耕對早、晚稻季產(chǎn)量和年均產(chǎn)量的影響不顯著，而年度間產(chǎn)量變異系數(shù)呈機械旋耕大于傳統(tǒng)翻耕的趨勢，說明傳統(tǒng)翻耕有利于雙季機插水稻穩(wěn)產(chǎn)。姚秀娟[8]研究認為，稻田長期旋耕會破壞土壤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致通透性變差，不利于水稻生長。本研究結(jié)果表明，連續(xù)旋耕明顯增加了耕作層以下土壤的緊實度，降低了土壤的通氣性和土壤的持水能力。整個生育時期，傳統(tǒng)翻耕的早、晚稻的根系總干質(zhì)量顯著高于機械翻耕，增幅分別為7.0%～22.8%和4.0%～15.1%。根系在土壤剖面0～10、>10～20 cm的分布均呈CT大于RT的趨勢。處理CT土層>10～20 cm土壤有機質(zhì)和全氮含量均顯著高于處理RT，增幅分別為8.9%～9.2%和9.0%～15.2%。土壤有效氮磷鉀養(yǎng)分的變化趨勢與有機質(zhì)變化趨勢一致，連續(xù)旋耕不利于土層10～20 cm土壤養(yǎng)分的積累。

[1] 呂巨智，程偉東，鐘昌松，等．不同耕作方式對土壤物理性狀及玉米產(chǎn)量的影響[J]．中國農(nóng)學(xué)通報，2014，30(30)： 38–43.

[2] 谷子寒，王元元，帥澤宇，等．土壤耕作方式對水稻產(chǎn)量形成特性的影響初探[J]．作物研究，2017，31(2)： 103–109．DOI：10.16848/j.cnki.issn.1001–5280. 2017.02.01.

[3] HUANG M，ZOU Y，JIANG P，et a1.Effect of tillage on soil and crop properties of wet–seeded flooded rice[J]. Field Crops Research ，2012 ，129 ：28–38．DOI：10.1016/ j.fcr.2012.01.013.

[4] ROGER–ESTRAD J，ANGER C，BERTRAND M，et al. Tillage and soil ecology：partners for sustainable agriculture[J]. Soil and Tillage Research ，2010，111(1)：33–40．DOI：10.1016/j.still.2010.08.010.

[5] 黃國勤，楊濱娟，王淑彬，等．稻田實行保護性耕作對水稻產(chǎn)量、土壤理化及生物學(xué)性狀的影響[J]．生態(tài)學(xué)報，2015，35(4)： 1225–1234．DOI：10.5846/stxb20140 1150114.

[6] 石彥琴，高旺盛，陳源泉，等．耕層厚度對華北高產(chǎn)灌溉農(nóng)田土壤有機碳儲量的影響[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2010，26(11)： 85–90．DOI：10.3969/j.issn.1002–6819. 2010.11.015.

[7] 閆驚濤，康永亮，田志浩．土壤耕作深度對旱地冬小麥生長和水分利用的影響[J]．河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，40(10)： 81–83．DOI：10.3969/j.issn.1004–3268.2011. 10.023.

[8] 姚秀娟．翻耕與旋耕作業(yè)對水稻生產(chǎn)的影響[J]．現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2007(7)：27–28．DOI:10.3969/j.issn.1001–0254. 2007.07.030.

[9] 湯軍，黃山，譚雪明，等．不同耕作方式對機插雙季水稻產(chǎn)量的影響[J]．江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2014，36(5)： 996–1001．DOI：10.3969/j.issn.1000–2286.2014. 05.012.

[10] 徐尚起，張明園，孫國峰，等．應(yīng)用耕作指數(shù)評價耕作措施對雙季稻田土壤質(zhì)量的影響[J]．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，44(19)：3999–4006．DOI：10.3864/j.issn.0578– 1752.2011.19.009.

[11] 史瑞和.土壤農(nóng)化分析[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1981.

[12] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

[13] 吳建富，潘曉華，王璐，等．雙季拋栽條件下連續(xù)免耕對水稻產(chǎn)量和土壤肥力的影響[J]．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，43(15)： 3159–3167．DOI：10.3864/j.issn.0578– 1752.2010.15.013.

[14] 馮躍華，鄒應(yīng)斌，ROLAND J B，等．不同耕作方式對雜交水稻根系特性及產(chǎn)量的影響[J]．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，39(4)：693–701．DOI：10.3321/j.issn：0578–1752. 2006.04.007.

[15] 張建軍，王勇，樊廷錄，等．耕作方式與施肥對隴東旱塬冬小麥–春玉米輪作農(nóng)田土壤理化性質(zhì)及產(chǎn)量的影響[J]．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2013，24(4)： 1001–1008.

[16] 朱利群，張大偉，卞新民．連續(xù)秸稈還田與耕作方式輪換對稻麥輪作田土壤理化性狀變化及水稻產(chǎn)量構(gòu)成的影響[J]．土壤通報，2011，42(1)： 81–85.

[17] 湯文光，肖小平，唐海明，等．長期不同耕作與秸稈還田對土壤養(yǎng)分庫容及重金屬Cd的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2015，26(1)： 168–176.

責(zé)任編輯：尹小紅

英文編輯：梁和

Effects of tillage methods on yield of double cropping rice with machine–transplanted and soil physical-chemical properties

WU Jianfu1,2, ZENG Yanhua1, ZHAO Xinfan1,2, FAN Chenggen1,2, PAN Xiaohua1, SHI Qinghua1

(1.Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Genetic Breeding, Ministry of Education, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China; 2.Ecology Key Laboratory of Poyang Lake Watershed Agricultural Resource and Ecology in Jiangxi Province, Nanchang 330045, China)

Localized experiments were conducted in paddy field with double cropping system during 2011–2015 to study the effects of conventional tillage(CT) and rotary tillage(RT) on yield，root dry weight and distribution, and the soil fertility indexes, such as density, porosity, field capacity and nutrient were simultaneously determined in this study. Results showed that there were no significant difference on the coefficient of variation of the season yield, average year yield and inter–year yield between CT and RT. The root total dry weights of early and late rice of CT were 7.0%– 22.8% and 4.0%–15.1% (<0.05) higher than those of RT, respectively; the root dry weight in the layer of 0–10 cm and >10–20 cm of CT was greater than that of RT; the soil density and porosity in the layer of 0–10 cm were not significant different between CT and RT, while the soil density of CT in the layer of >10–20 cm was 6.5%–8.9%(<0.05)lower than that of RT; the aeration porosity and total porosity of CT were 6.7%–8.8% and 6.2%–8.1% (<0.05) higher than those of RT, respectively; the field capacities in the layer of 0–10 cm and >10–20 cm of CT were 5.4% and 13.4% (<0.05) higher than those of RT, respectively; the soil organic matter and total N in the layer of 0–10 cm were not significant different between CT and RT, while the contents of soil organic matter and total N in the layer of >10–20 cm of CT were 8.9%–9.2% and 9.0%–15.2% (<0.05) higher than those of RT, respectively; the change trends of contents of soil alkaline hydrology N，available P and available K were similar to organic matter.

double cropping rice; tillage method; machine–transplanted; grain yield; soil physical and chemical properties

S511.4+2

A

1007-1032(2017)06-0581-05

2017–04–12

2017–10–21

國家自然科學(xué)基金資助項目(31660596，31460540)；國家“十二五”科技支撐計劃項目(2013BAD07B12)；國家科技支撐計劃循環(huán)農(nóng)業(yè)科技工程項目(2012BAD14B14)

吳建富(1967—)，男，江西新干人，博士，教授，主要從事土壤肥料與作物養(yǎng)分管理及高產(chǎn)栽培技術(shù)研究，wjf6711@126.com

投稿網(wǎng)址：http://xb.hunau.edu.cn