肖小軍，余跑蘭，鄭偉，肖國(guó)濱，李亞貞，肖富良，黃天寶，陳明，韓德鵬，呂偉生

（江西省紅壤研究所／江西省紅壤耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室／農(nóng)業(yè)農(nóng)村部江西耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，南昌 330046）

紅壤是我國(guó)南方分布最廣的土壤類型，基本涵蓋了長(zhǎng)江流域冬油菜—水稻輪作區(qū)，而該區(qū)域油菜和水稻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在我國(guó)糧油生產(chǎn)中居重要地位［1］。由于其復(fù)雜而特殊的發(fā)育和形成過程，紅壤一般具有酸、黏、板、瘦的特點(diǎn)，而傳統(tǒng)的多熟制種植模式化肥用量較高、作物帶走的鹽基離子較多，進(jìn)一步加劇了紅壤稻田酸化，導(dǎo)致作物增產(chǎn)乏力［2-4］。近年來，隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展和禁燒秸稈政策的實(shí)行，秸稈切碎直接全量還田已成趨勢(shì)［5］。通過秸稈還田，可優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，歸還土壤養(yǎng)分和增強(qiáng)微生物活性［6］。相比冬閑模式，稻油輪作秸稈還田量大，充分利用冬油菜秸稈的培肥節(jié)肥效應(yīng)對(duì)緩解集約化種植導(dǎo)致的不利影響具有重要意義。

增施石灰可提高土壤pH值與鈣鹽含量，降低土壤鋁毒和溫室氣體排放，是改良土壤酸化和提高作物產(chǎn)量的傳統(tǒng)而有效的措施之一［7-9］。合理施用石灰能夠增強(qiáng)土壤緩沖能力，促進(jìn)作物根系生長(zhǎng)及對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用［10］，同時(shí)還能夠提高土壤微生物數(shù)量和活性，促進(jìn)有機(jī)物料的礦化［8］。研究表明，長(zhǎng)期秸稈還田能夠顯著改善土壤肥力、提高水稻產(chǎn)量［11］；但由于秸稈碳氮比（C／N）較高，直接還田后在短期內(nèi)會(huì)引起微生物對(duì)土壤氮素的固定，不利于水稻前期生長(zhǎng)，因此短期內(nèi)秸稈還田對(duì)水稻的增產(chǎn)效果并不明顯［8，12，13］。冬閑條件下晚稻秸稈的腐解礦化充分，秸稈還田并不會(huì)導(dǎo)致第二年早稻分蘗期的氮素固定，反而有利于早生快發(fā)［8，13］。但如果冬季種植油菜，油菜秸稈還田到早稻栽插間隔短，加之氣溫逐漸升高，秸稈還田后早稻前期分蘗則往往受到抑制［14］。單純施用石灰雖能有效緩解土壤酸化脅迫，但在培肥酸性土壤方面的作用有限［15］；而秸稈還田雖培肥效應(yīng)顯著，卻不能從根本上改良土壤酸化［16，17］。以往的研究側(cè)重分析石灰或秸稈還田的單獨(dú)效應(yīng)，往往忽略了二者的交互作用［8，15］。已有研究表明［13，18］，水稻秸稈還田配施石灰可協(xié)同實(shí)現(xiàn)水稻增產(chǎn)、土壤酸化改良和地力提升。為了明確在酸性紅壤稻田冬種油菜且秸稈還田時(shí)配施石灰是否可在發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)的同時(shí)相互彌補(bǔ)不足，協(xié)同促進(jìn)下季早稻生產(chǎn)，在典型的酸性紅壤雙季稻田開展了施用石灰和油菜秸稈還田雙因素小區(qū)試驗(yàn)，分析二者對(duì)早稻產(chǎn)量形成和土壤性狀的短期效應(yīng)，為紅壤改良和水稻增產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

試驗(yàn)于2018年早稻季在江西省紅壤研究所進(jìn)賢試驗(yàn)基地（116°20′24″E，28°15′30″N）進(jìn)行。該區(qū)域?qū)俚湫偷膩啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候，氣候溫和，雨量充沛。本試驗(yàn)季的溫光條件總體利于油菜和早稻生長(zhǎng)，逐日氣溫和日照時(shí)數(shù)見圖1。試驗(yàn)地前茬是早熟冬油菜陽光131，土壤母質(zhì)為第四紀(jì)紅色粘土，為亞熱帶典型紅壤分布區(qū)。試驗(yàn)前耕層0～20 cm土壤pH 5.2，含有機(jī)質(zhì)20.4 g／kg、總氮1.5 g／kg、堿解氮98.9 mg／kg、有效磷18.6 mg／kg、速效鉀108.7 mg／kg。

圖1 試驗(yàn)季逐日氣溫和日照時(shí)數(shù)Fig.1 Daily air temperature and sunshine duration during early rice season

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置石灰、秸稈還田2個(gè)因素，共4個(gè)處理，分別為：（1）CK，秸稈不還田+不施石灰；（2）L，秸稈不還田+施石灰；（3）S，秸稈全量還田+不施石灰；（4）LS，秸稈全量還田+施石灰。每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)規(guī)格為6 m×8 m。前茬油菜于4月28日機(jī)械收獲，秸稈粉碎原位還田，菜籽產(chǎn)量和秸稈還田量約為1 800 kg／hm2和5 000 kg／hm2。石灰以相對(duì)溫和的CaCO3為材料，在耕地前按1 500 kg／hm2的用量均勻施入相應(yīng)小區(qū)。試驗(yàn)所用肥料為尿素、鈣鎂磷肥和氯化鉀，其中氮肥（N）用量為150 kg／hm2，按基肥∶蘗肥∶穗肥為6∶2∶2施用；磷肥（P2O5）一次性基施75 kg／hm2，鉀肥（K2O）90 kg／hm2，按基肥和穗肥5∶5施用。供試品種為常規(guī)秈型超級(jí)稻中嘉早17，4月2日播種，5月1號(hào)移栽，7月17日成熟測(cè)產(chǎn)。采用塑盤泥漿育秧和人工移栽，栽插規(guī)格為25 cm×14 cm，每穴5根基本苗。其他田間管理按一般高產(chǎn)栽培技術(shù)規(guī)程進(jìn)行。

1.3 樣品采集及指標(biāo)測(cè)定方法

（1）莖蘗動(dòng)態(tài)。移栽當(dāng)天，每個(gè)小區(qū)定苗30穴，每3 d調(diào)查1次分蘗數(shù)，直到無效分蘗消亡和有效分蘗成穗。

（2）產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成。成熟期按平均莖蘗法每小區(qū)隨機(jī)取6穴植株（小區(qū)邊行不?。?，考查每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量等產(chǎn)量構(gòu)成因素。每個(gè)小區(qū)采取人工單獨(dú)收獲籽粒（共200穴，小區(qū)邊行除外），晾干后稱重。

（3）地上部干物質(zhì)積累量。將上述樣本按莖稈、葉、穗分開，于105℃殺青30 min，再于75℃烘干至恒重，冷卻至室溫后稱重。

（4）養(yǎng)分吸收量。地上部烘干并稱重之后，用萬能粉碎機(jī)將植株各部位粉碎，過0.25 mm篩，經(jīng)H2SO4—H2O2聯(lián)合消煮，用凱氏定氮儀FOSS 2300測(cè)定含氮量，用鉬銻抗比色法測(cè)定全磷含量，用火焰光度計(jì)測(cè)定全鉀含量。根據(jù)各部位干物質(zhì)量和養(yǎng)分含量計(jì)算地上部養(yǎng)分吸收總量。

（5）土壤pH及速效養(yǎng)分。分別在分蘗期（5月20日）、抽穗期（6月18日）和成熟期（7月17日）按5點(diǎn)取樣法采集0～20 cm耕層土壤，自然風(fēng)干后磨碎過篩，參照文獻(xiàn)［19］方法測(cè)定土壤pH值以及堿解氮、有效磷和速效鉀含量。

1.4 相關(guān)指標(biāo)計(jì)算方法

分蘗增長(zhǎng)率（×104／hm2·d）＝（高峰苗數(shù)-基本苗數(shù)）／從移栽到分蘗高峰的天數(shù)

分蘗下降率（×104／hm2·d）＝（高峰苗數(shù)-最終穗數(shù)）／分蘗高峰到分蘗穩(wěn)定的天數(shù)

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與制圖；采用DPS 7.05軟件進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

施用石灰和油菜秸稈還田分別極顯著和顯著提高了早稻產(chǎn)量，并且二者具有顯著的互作效應(yīng)（表1）。在秸稈還田條件下，配施石灰使早稻增產(chǎn)11.4%；而在秸稈不還田條件下，增幅僅為6.3%。相比CK處理，油菜秸稈還田并配施石灰（LS）顯著提高早稻產(chǎn)量13.1%。在產(chǎn)量構(gòu)成上，施用石灰顯著提高了早稻的有效穗數(shù)與每穗粒數(shù)，最終極顯著提高了總穎花數(shù)，但對(duì)結(jié)實(shí)率及千粒質(zhì)量的影響不顯著。油菜秸稈還田也顯著提高了早稻的每穗粒數(shù)和總穎花數(shù)，而對(duì)有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量無顯著影響。施用石灰和油菜秸稈還田對(duì)早稻有效穗數(shù)和總穎花數(shù)均有顯著的互作效應(yīng)，因此二者協(xié)同促進(jìn)了早稻增產(chǎn)。

表1 各處理早稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素比較Table 1 Comparison of yield and yield components of early rice in different treatments

2.2 分蘗成穗特性

由表2可知，施用石灰顯著提高了早稻分蘗增長(zhǎng)率、高峰苗數(shù)和成穗率，對(duì)分蘗下降率無顯著影響。油菜秸稈還田對(duì)各項(xiàng)分蘗成穗特性指標(biāo)均無顯著影響，但與石灰配施對(duì)分蘗增長(zhǎng)率和高峰苗數(shù)存在顯著的互作效應(yīng)。與油菜秸稈還田處理（S）相比，油菜秸稈還田并配施石灰處理（LS）早稻分蘗增長(zhǎng)率、分蘗高峰苗數(shù)和成穗率分別提高了4.8%、6.9%和4.7%。

表2 各處理的早稻分蘗成穗情況Table 2 Tillering and panicle formation characteristics of early rice in different treatments

2.3 干物質(zhì)積累

各處理干物質(zhì)積累結(jié)果與產(chǎn)量結(jié)果一致（表3），施用石灰和油菜秸稈還田分別極顯著和顯著提高了早稻地上部干物質(zhì)積累量，且二者具有顯著的互作效應(yīng)。秸稈還田并配施石灰處理地上部干物質(zhì)積累量提高了11.6%；而秸稈不還田時(shí)，增幅僅為6.4%。相比CK處理，油菜秸稈還田并配施石灰處理（LS）顯著提高了地上部干物質(zhì)積累量14.1%。

表3 各處理早稻地上部干物質(zhì)積累量Table 3 Aboveground dry matter accumulation of early rice in different treatments

2.4 養(yǎng)分吸收

表4結(jié)果顯示，施石灰處理顯著提高了早稻地上部氮素吸收，但對(duì)磷素和鉀素吸收無顯著影響。秸稈還田處理顯極著提高了早稻對(duì)氮素和鉀素的吸收，同時(shí)也顯著提高了對(duì)磷素的吸收。從互作效應(yīng)來看，二者僅對(duì)氮素吸收具有顯著協(xié)同促進(jìn)作用。各處理氮素吸收量為L(zhǎng)S＞L＞S＞CK，與CK處理相比，各處理氮素吸收的增幅為4.5%～17.4%。

表4 各處理的早稻地上部養(yǎng)分吸收情況Table 4 Effects of rapeseed straw returning with lime on N，P，K uptake of early rice kg·hm-2

2.5 土壤p H及速效養(yǎng)分

由表5可知，無論秸稈還田與否，施用石灰顯著提高了各時(shí)期土壤pH值和分蘗期及抽穗期土壤堿解氮含量，但有降低土壤有效磷含量的趨勢(shì)，而對(duì)土壤速效鉀含量的影響不顯著。除分蘗期外，秸稈還田處理顯著提高了中后期土壤堿解氮含量。此外，秸稈還田還極顯著提高了各時(shí)期土壤有效磷與速效鉀含量，但對(duì)土壤pH值無顯著影響。在石灰和秸稈還田互作效應(yīng)方面，僅見二者在分蘗期對(duì)土壤堿解氮有顯著的正互作效應(yīng)，而對(duì)有效磷有顯著的負(fù)互作效應(yīng)。

表5 各處理的早稻土壤p H及速效養(yǎng)分含量Table 5 Effects of rapeseed straw returning with lime on soil p H and available nutrients of early rice

3 討論

眾多研究表明，在冬閑條件下秸稈還田能夠顯著提高翌年早稻產(chǎn)量，但短期內(nèi)對(duì)晚稻無顯著的增產(chǎn)效果［13，20，21］。因?yàn)殡p季稻系統(tǒng)近半年的冬閑期有利于晚稻秸稈的腐解礦化，晚稻秸稈還田不會(huì)導(dǎo)致早稻前期氮素固定和分蘗抑制［8，22］；而早稻秸稈還田離晚稻移栽間隔時(shí)間短，加之氣溫較高，大量高C／N秸稈的迅速腐解導(dǎo)致微生物對(duì)土壤氮素的固定，從而抑制晚稻分蘗期的生長(zhǎng)［12，21］。本研究中不施石灰時(shí)油菜秸稈還田對(duì)早稻并無顯著增產(chǎn)效應(yīng)，與前人結(jié)果不同?？赡苁且?yàn)樵诙N油菜條件下，油菜秸稈還田到早稻栽插間隔時(shí)間更短，加之氣溫逐步升高，全量高C／N的油菜秸稈快速腐解造成微生物對(duì)土壤氮的固定，從而表現(xiàn)出減蘗降穗效應(yīng)［14］。雖然油菜秸稈還田有降低早稻有效穗數(shù)的趨勢(shì)，但其歸還了大量養(yǎng)分，土壤微生物在前期固定的氮素隨后也被逐漸釋放，促進(jìn)了中后期群體生長(zhǎng)［8，23］。此外，稻田肥力的差異以及水稻品種的特征差異也可能是導(dǎo)致秸稈還田對(duì)水稻產(chǎn)量效應(yīng)不盡一致的原因［13］。有研究表明，秸稈還田在低肥力條件下對(duì)土壤肥力的提升效果更明顯，更有利于提高水稻產(chǎn)量［24］。

廖萍等［13］研究表明，施石灰和稻草還田對(duì)早稻產(chǎn)量表現(xiàn)出的正向互作效應(yīng)主要是因?yàn)槎邊f(xié)同促進(jìn)了地上部的氮素吸收，但二者對(duì)各產(chǎn)量構(gòu)成因子均無顯著的互作效應(yīng)，而對(duì)晚稻的正向互作效應(yīng)主要是因?yàn)槭┦遗c秸稈還田對(duì)有效穗數(shù)及氮素吸收均存在顯著的協(xié)同促進(jìn)作用。本研究發(fā)現(xiàn)，在酸性紅壤稻田施用石灰能夠顯著促進(jìn)早稻高產(chǎn)，并且與油菜秸稈還田存在顯著的協(xié)同促進(jìn)效應(yīng)。秸稈還田并配施石灰能顯著促進(jìn)水稻對(duì)氮素的吸收，主要是因?yàn)槭┦绎@著提高了土壤pH值，能夠中和秸稈腐解時(shí)產(chǎn)生的有機(jī)酸及高濃度碳酸，減少土壤中的還原性物質(zhì)［18］；同時(shí)能提高土壤C、N代謝相關(guān)酶活性，促進(jìn)有機(jī)凋零物及土壤有機(jī)質(zhì)的礦化，緩解秸稈直接還田對(duì)土壤堿解氮的固定，進(jìn)而促進(jìn)水稻早生快發(fā)和對(duì)氮素的吸收［8，10］。本研究中，在油菜秸稈還田條件下，施石灰使早稻產(chǎn)量及氮素吸收量分別提高了11.42%和17.38%。這與廖萍等［13］關(guān)于雙季稻系統(tǒng)的研究中的早稻季增幅相近，但卻遠(yuǎn)低于晚稻季的增幅。筆者推測(cè)主要原因有：（1）本試驗(yàn)的石灰施用量更低，還未充分發(fā)揮石灰的作用［7］；（2）油菜秸稈比水稻秸稈更容易腐解［25］，且油菜季后期脫落的葉片已將大量的養(yǎng)分歸還至土壤［23］；（3）早稻季前期溫度更低，油菜秸稈腐解相對(duì)更為溫和［11］。與氮素養(yǎng)分不同，石灰的施用有降低土壤有效磷含量的趨勢(shì)，特別是在前期；且石灰與油菜秸稈還田對(duì)中后期土壤有效磷、速效鉀以及成熟期磷素和鉀素吸收均無顯著互作效應(yīng)。這可能是由于施石灰后，前期土壤pH迅速升高，導(dǎo)致磷素發(fā)生沉淀效應(yīng)［26］，而秸稈中鉀素含量較高且主要以離子形態(tài)存在，能在短時(shí)間內(nèi)充分釋放，受石灰的影響較小［25］。

已有研究發(fā)現(xiàn)，隨著試驗(yàn)周期的延長(zhǎng)，石灰改良的酸化土壤又會(huì)出現(xiàn)反酸現(xiàn)象，導(dǎo)致其改良土壤酸化并促進(jìn)有機(jī)物料礦化的效果不斷下降［13］。此外，冬種油菜且秸稈還田雖能顯著增加養(yǎng)分歸還量，但對(duì)下茬水稻產(chǎn)量和土壤肥力的影響還受秸稈腐解程度、養(yǎng)分有效性及輪作周期等諸多因素的影響［27］。然而，本研究?jī)H關(guān)注了油菜秸稈還田配施石灰對(duì)紅壤稻田早稻產(chǎn)量及土壤特性的短期效應(yīng)，其持續(xù)效應(yīng)及石灰的適宜施用量及頻率還有待于進(jìn)一步探究。

4 結(jié)論

在本試驗(yàn)條件下，施用石灰和油菜秸稈還田能夠協(xié)同促進(jìn)早稻增產(chǎn)，主要是因?yàn)槎邊f(xié)同能快速改良土壤酸化并增加耕層速效養(yǎng)分，促進(jìn)了早稻分蘗成穗、地上部養(yǎng)分吸收及干物質(zhì)積累量，并同步提高了有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)。因此，在酸性紅壤稻田，油菜秸稈還田配施石灰可改良土壤，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)早稻增產(chǎn)，但其長(zhǎng)期效應(yīng)還有待于進(jìn)一步研究。