秸稈還田和地膜覆蓋對稻區土壤理化性質及水稻產量的影響

　　摘 要:為了探討秸稈還田與地膜覆蓋對東北稻區土壤改良及水稻增產的效果，選用吉粳 88 作為試驗材料，在覆膜移栽(F)和不覆膜(F0)移栽 2 種栽培模式下設 5 組秸稈還田量梯度 0%、20%、40%、60%、100%(S0、S1、S2、S3、S4)探究秸稈還田和地膜覆蓋對稻區土壤理化性質及其水稻產量的影響。結果顯示，在相同秸稈還田量下，覆膜處理土壤容重、pH 值均低于不覆膜處理，覆膜處理土壤全氮、有機質(除 S0 處理)、堿解氮、速效磷、速效鉀的含量均高于不覆膜處理;且無論覆膜與否，隨著秸稈還田量的增加，土壤容重、 pH 值均呈先降低再增加的趨勢，土壤全氮、有機質(除 S0 處理)、堿解氮、速效磷、速效鉀的含量均呈先增加再降低的趨勢。在相同秸稈還田量處理下，與不覆膜相比，地膜覆蓋處理提高了籽粒產量;且隨還田量的增加，籽粒產量呈先增加后降低的趨勢。綜上，60% 的秸稈還田量與地膜覆蓋相結合更能有效的培肥土壤，提高水稻產量。

　　本文源自黨昆; 陳偉; 張洪淇; 王祥涵; 艾佳鑫; 王映凱; 鄭浣彤; 王曉航; 耿艷秋; 金峰; 郭麗穎; 邵璽文， 東北農業科學 發表時間：2021-05-06《東北農業科學》(原：吉林農業科學)(雙月刊)創刊于1960年，是吉林省農業科學院、中國農業科技東北創新中心主辦的綜合性農業科學技術刊物。主要刊登作物育種、耕作栽培、植物保護、土壤肥料、畜牧獸醫、果樹園藝等專業的科學論著、試驗研究報告、推廣技術、農業科研動態及國外農業考察報告等。

　　關鍵詞：水稻;秸稈還田;地膜覆蓋;土壤理化性質;產量

　　1 前 言

　　水稻是我國主要的糧食作物之一，隨水稻種植面積增加，秸稈量逐年積累。人們為了處理水稻秸稈，大量的焚燒秸稈，不僅對環境造成了很大的污染，而且對可再生資源也是一種浪費[1]。因秸稈還田能夠提高土壤養分、改善農田生態環境[2]，秸稈還田越來越受人們的重視。然而秸稈還田也存在局限性，秸稈還田量和溫度均能夠影響秸稈還田的培肥效果。研究表明，C/N 過高會導致微生物與作物產生爭氮 [3];除此之外，雖然秸稈有機養分豐富，大量還田會導致較難分解的物質積累如木質素和纖維素，從而導致地塊板結，降低水稻產量[4];另外，對于北方稻作區以及溫度較低的山區冷浸田，低溫限制了土壤微生物的活性，降低秸稈的腐解效率，同時影響土壤養分的分解與轉化，從而導致秸稈還田的培肥效果降低。

　　地膜覆蓋是一種農業栽培技術，農用地膜覆蓋技術的應用與推廣是傳統農業轉變的重要標志。因其還具有保溫保水，抑制雜草等作用，有利于作物的生長[5]。對山區冷浸田和受低溫限制的北方稻作區水稻，地膜覆蓋有著重要的作用[6]。近幾年來，隨著地膜覆蓋技術的推進，我國不同程度地開展了覆蓋條件下下土壤理化性質的變化、以及對產量形成的影響等一系列科研工作，并取得了良好的成果[7]。

　　秸稈還田與地膜覆蓋二者都對作物的生長環境提供有利的條件。前期研究發現地膜覆蓋與秸稈還田結合應用能夠提高稻區土壤溫度，促進水稻的生長發育，提高水稻產量[8]。為了進一步探討秸稈還田和地膜覆蓋對稻區土壤理化性質及其水稻產量的影響，本試驗以吉粳 88 作為試驗材料，研究地膜覆蓋與秸稈還田相結合對稻區土壤容重、pH 值、以及土壤全氮、有機質、堿解氮、速效磷、以速效鉀含量及其產量的影響，以期為稻田秸稈還田與地膜覆蓋相結合的栽培方式的應用提供理論依據。

　　2 材料與方法

　　2.1 試驗材料

　　本試驗選用吉林省中晚熟粳型常規超級稻品種吉粳 88，生育 141 d～143 d，需≥10 ℃ 積溫 2900～3100 ℃·d。試驗采用的秸稈還田量由 1:1.1 谷草比折算，秸稈還田全量為 8000 kg/hm2。

　　2.2 試驗地點

　　本試驗于 2017—2018 年在吉林農業大學水稻試驗田進行，試驗田的氣候條件及土壤環境如表 1 所述。

　　2.3 試驗設計

　　本試驗在覆膜(F)和不覆膜(F0)兩種栽培體系下設置 5 組秸稈還田量梯度 0%(S0)、 20%(S1)、40%(S2)、60%(S3)和 100%(S4)。本試驗設 3 次重復，共計 30 個小區，試驗小區面積為 15 m2 (長為 5 cm,寬為 3 cm)，本試驗于 4 月 10 日—4 月 13 日播種，選用 2 kg 吉粳 88 稻種進行旱育苗方式育秧，育秧期間與常規育秧管理方式相同，5 月 22 日—5 月 24 日進行移栽插秧。人工將秸稈(5 cm～7 cm 長度)均勻施入小區內，將其與耕層土壤混勻，保證秸稈還田深度為 0 cm～20 cm。本試驗選用黑色降解膜，以做畦開溝的方式覆膜。常規水稻栽培中，移栽至水稻收獲(9 月 28 日—9 月 30 日)前 2 周，田間保持 2～ 3 cm 水層。各小區(肥料均一次性施入，不追肥)純氮素用量為 220 kg/hm2， 純磷 P2O5 為 50 kg/hm2，純鉀 K2O 為 75 kg/hm2。

　　2.4 采樣

　　在水稻成熟期采取五點取樣法取每個小區 0 cm～20 cm 土壤樣品，陰涼干燥 3 個月后，進行手工磨樣，分別過 20 目、100 目篩，過篩之后分類編號，等待指標的測定。

　　2.5 測定方法

　　容重-測定采用環刀法[9]，pH-測定采用電極法[10]，全氮-測定采用凱氏定氮法[11]，有機質含量-測定采用重鉻酸鉀氧化法[12]，堿解氮-測定采用堿解擴散法[13]，速效磷-測定采用鉬銻抗比色法[14]，速效鉀-測定采用火焰光度法[15]。

　　2.6 測產與考種

　　成熟期于每小區選取具有代表性的 5 穴植株(長勢均勻)進行考種，收取 2 m2 植株測產。

　　2.7 數據分析

　　本文以 2017 年和 2018 年兩年的數據采用軟件 Microsoft 和 DPS 分析處理。

　　3 結果與分析

　　3.1 秸稈還田與地膜覆蓋對土壤容重、pH 值的影響

　　由圖 1 知，2017 和 2018 年結果顯示，在相同秸稈還田量下，覆膜處理土壤容重均低于不覆膜處理，且隨著秸稈還田量的增加，土壤容重呈現先降低再增高的趨勢。無論覆膜與否，2017 年在 S2 處理下達到最小值，2018 年在 S3 處理下有最小值。2017 年，S2 處理較其他處理降低了 3.0%～10.4%;2018 年，S3 處理較其他處理降低了 5.2%～12.7%。

　　由圖 2 知，2017—2018 年土壤 pH 值顯示，在相同秸稈還田量下，覆膜處理土壤 pH 值均低于不覆膜處理，且隨著秸稈還田量的增加，土壤 pH 呈現先降低再增高的趨勢。無論覆膜與否，2017 年在 S2 處理下達到最小值，2018 年在 S3 處理下有最小值。2017 年 S2 處理 pH 值較其他處理處理降低了 1.2%～5.3%。2018 年，S3 處理較其他處理降低了 0.2%～5.6%。

　　3.2 秸稈還田與地膜覆蓋對土壤養分含量的影響

　　由表 2 知，地膜覆蓋和秸稈還田相結合能夠顯著的影響土壤堿解氮、速效磷含量。在相同秸稈還田量下，覆膜處理土壤全氮、有機質(除 S0 處理)、堿解氮、速效磷、速效鉀的含量均高于不覆膜處理，且無論覆膜與否，隨著秸稈還田量的增加，均呈現增加再降低的趨勢。2017 年和 2018 年分別在 FS2 和 FS3 處理下達到最大值。全氮含量結果顯示：2017 年在覆膜情況下，S2、S3 處理土壤全氮均顯著高于 S0、S1、S4 處理，S2 高于 S3，但無顯著差異。2018 年無論覆膜與否，S3 均顯著高于其他處理。有機質含量結果顯示：2017 年在覆膜情況下，S0 處理有機質顯著低于其他處理，S1、S2、S3、S4 處理間均無顯著性差異。 2018 年無論覆膜與否，S3 處理有機質均顯著高于 S0、S1、S2、S4 處理。堿解氮含量結果顯示：2017 和2018 年S2 和S3 處理顯著高于其他還田量處理 0.5%～11.6%和4.0%～21.2%。 2017 年 FS2 高于 F0S2，但差異不顯著;2018 年 FS3 顯著高于 F0S3。速效磷含量結果顯示：無論覆膜與否，2017 和 2018 年 S2 和 S3 處理顯著高于其他還田量處理 13.77 mg/kg～39.57 mg/kg 和 13.65 mg/kg～33.13 mg/kg。2017 年 FS2 顯著高于 F0S2;2018 年 FS3 高于 F0S3，但差異不顯著。速效鉀含量結果顯示：覆膜條件下， 2017 年，不同還田量表現為： S2>S3>S1>S4>S0，S1、S2、S3、S4 間無顯著性差異，但均顯著高于 S0;2018 年不同還田量表現為：S3>S2>S4>S1>S0，S1、S2、S3、S4 間無顯著性。

　　3.3 秸稈還田與地膜覆蓋對水稻產量及產量構成因素的影響

　　由表 3 知，地膜覆蓋和秸稈還田顯著影響產量。在相同秸稈還田量處理下，覆膜處理籽粒產量高于不覆膜處理;隨著秸稈還田量的增加，產量呈先增加后減小的趨勢。在覆膜條件下，2017 和 2018 年分別在 S2、S3 處理有最高值 11.93 t/hm2和 12.9 t/hm2。不同處理產量構成因素則表現為，秸稈還田處理顯著的影響著有效穗數、穗粒數、結實率和千粒重。地膜覆蓋處理對穗粒數、結實率和千粒重的影響不顯著，而顯著提高有效穗數。無論是否覆膜，有效穗數和穗粒數均隨秸稈量的增加呈現而先增加后降低趨勢。在 2017 年，無論覆膜與否，有效穗數 S2 處理均達到最高，顯著高于 S0;穗粒數 S3 處理均顯著高于其他處理;結實率均在 S1 處理下有最高值，且顯著高于其他處理;千粒重在 S4 有最大值，顯著高于 S0。在 2018 年，無論覆膜與否，水稻穗粒數、有效穗數、結實率均在 S3 處理下有最大值，均顯著高于 S0;千粒重各處理間無顯著差異。

　　4 討 論

　　4.1 秸稈還田與地膜覆蓋對土壤容重、pH 的影響

　　土壤容重的高低能夠顯示出土壤結構的好壞以及礦物質含量的多少，農業土壤 1.2～ 1.4 g/cm3之間表示土壤結構好而礦物質多[16]。研究表明，秸稈還田能夠改善了土壤團粒結構，增加了土壤孔隙度，使得土壤疏松，提高土壤透氣性并益于好氧型微生物的活動和繁殖，從而降低土壤容重[17]。本研究表明，秸稈還田與地膜覆蓋相結合能夠降低土壤容重。無論覆膜與否，隨著秸稈還田量的增加，土壤容重表現出先降低后增加的趨勢，但仍然低于無秸稈還田處理，其中 FS3(覆膜-60%的還田量)下更能有效地降低土壤容重。分析其可能原因是地膜覆蓋與秸稈還田相結合，提高了土壤溫度，活躍了土壤微生物，促進了秸稈的腐解，從而降低了土壤容重[18]。但秸稈還田量過大導致部分秸稈不能夠完全腐解，影響土壤容重的降低 [19]。

　　土壤 pH 值是影響土壤肥力的重要因素之一，不但影響作物根系及微生物的活性，而且影響土壤養分的有效性[20]。前人研究表明，覆膜處理可以加快土壤中有機質的分解，使土壤中的 CO2的濃度增加，降低氧氣濃度，氧化還原電位下降[3] ,除此之外，地膜覆蓋可以升高水溫，使根系分泌大量的有機酸，從而引起土壤 pH 降低[21]。本試驗結果顯示在相同秸稈還田量下，覆膜處理土壤 pH 值均低于不覆膜處理。但在不同還田量之間土壤 pH 的變化不同，可能是由于秸稈在腐解過程中，增加了土壤有機質的含量，從而增加 CO2的釋放量;秸稈全量還田可能限制了土壤微生物的活性，導致秸稈的分解減緩，減緩了有機酸的生成，從而影響了土壤 pH 值的降低程度。

　　4.2 秸稈還田與地膜覆蓋對土壤養分含量的影響

　　有機質和全氮是土壤的重要組分，是植物的養分來源和土壤微生物生命活動的能量來源 [22]。本試驗結果顯示，無秸稈還田情況下，覆膜處理土壤有機質、全氮含量低于不覆膜處理，但秸稈還田與地膜覆蓋相結合能夠提高土壤有機質、全氮的含量。前人研究表明覆膜的保溫保水作用改善了土壤結構，增加了微生物活性，促進了土壤養分的分解[23]， 加大了有機物礦化速率，從而降低了土壤的有機質和全氮的含量[24];但由于有機質具有穩定性，所以這種降低是緩慢的。秸稈還田向土壤中輸送新鮮豐富的礦質營養和有機物質，從而增加土壤有機質、全氮的含量[25]。地膜覆蓋促進了秸稈的腐解，彌補單一的地膜覆蓋造成的土壤肥力的降低，達到了有效的培肥效果[26]。

　　水稻秸稈中含有十分豐富的氮、磷、鉀等多種營養元素，秸稈的分解使土壤堿解氮、速效磷以及速效鉀的含量增加[27]，前人研究表明，經過 5 年在 0 cm～20 cm 的耕作層內進行稻草還田研究，速效氮、速效磷、速效鉀都有很大程度的提高[28]。本試驗研究表明，秸稈還田與地膜覆蓋能夠提高土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量，原因可能是，地膜覆蓋和秸稈還田相結合,促進了秸稈的腐解，從而提高了土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量[29]。但是秸稈全量還田也會降低秸稈還田培肥效果，原因可能為秸稈腐解所釋放的養分不足以彌補自身腐解所消耗的養分[8]。另外，2017 研究結果顯示，在 40%的還田量下，秸稈還田與地膜覆蓋對土壤有機質和全氮的提高表現最優，2018 年則是 60%的還田量與地膜覆蓋地相結合，更能有效的提高土壤堿解氮速效磷以及速效鉀的含量。這表明，隨著秸稈還田年限的增加，稻區土壤的有機質、全氮等養分積累，微生物活性增強，增強了腐解秸稈的能力，從而使秸稈還田量有效的增加[30]。

　　4.3 秸稈還田與地膜覆蓋對水稻產量及其產量構成因素的影響

　　土壤養分含量對作物產量具有顯著影響[31]。前人研究表明，秸稈還田與地膜覆蓋相結合能夠改善土壤環境，協調土壤水肥供需關系，優化作物產量構成因子[32]。本試驗研究發現，地膜覆蓋與適量的秸稈還田量相結合有利于水稻產量的增加。一方面可能由于地膜覆蓋與適量的秸稈還田相結合能夠降低土壤容重以及 pH 值，提高土壤養分含量，有利于根系的生長和對養分的吸收，有利于源的儲存，從而提高水稻的產量[33];另一方面地膜覆蓋與適量秸稈還田相結合能夠增加土壤溫度，增加了干物質的積累，從而有利于水稻產量的提高[34]。

　　5 結 論

　　60%的秸稈還田量和地膜覆蓋相結合應用能夠更有效的降低稻區土壤容重、pH 值，增加土壤有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀等養分含量，提高水稻的產量。