稻-油輪作下長期秸稈還田與施肥對作物產(chǎn)量和土壤理化性狀的影響

劉禹池, 曾祥忠, 馮文強, 秦魚生, 王昌全, 涂仕華, 3*, 陳道全

(1 四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所, 四川成都 610066; 2 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 四川成都 611130; 3 國際植物營養(yǎng)研究所成都代表處, 四川成都 610066; 4 廣漢市農(nóng)技中心， 四川廣漢 618000)

水稻和油菜是四川的兩大主要糧、 油作物，水稻-油菜輪作模式遍及四川全省。每到收獲季節(jié)，這兩種作物都會產(chǎn)生大量難以處置的秸稈，導(dǎo)致農(nóng)民隨地焚燒，帶來嚴重的空氣污染問題。因此，研究尋找秸稈的合理利用途徑，杜絕焚燒，變廢為寶，成為政府關(guān)心和農(nóng)業(yè)科研人員面臨的主要生產(chǎn)問題之一，對秸稈資源的循環(huán)利用、 利用有機廢棄物料替代或部分替代化肥資源和保護生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

秸稈還田是農(nóng)業(yè)利用秸稈的常見方式之一，主要有翻埋還田和覆蓋還田。由于翻埋還田前期(40 d內(nèi))存在土壤微生物奪氮現(xiàn)象[1-2]，因此在環(huán)境條件許可的情況下作物秸稈一般多采用覆蓋還田。稻草還田能改善土壤有效養(yǎng)分供應(yīng)能力，促進水稻根系生長和對養(yǎng)分的吸收，具有一定的增產(chǎn)作用[3-10]，高量稻草的增產(chǎn)效果優(yōu)于低量稻草[11]。此外，秸稈還田還能改善土壤的養(yǎng)分供應(yīng)狀況[5, 12-14]，增加土壤溫度與含水量[7]，降低土壤容重[13, 15]，增加土壤孔隙度[14]和水穩(wěn)性團聚體(≥0.25 mm)數(shù)量[16-17]。同樣，高量秸稈還田的效果優(yōu)于低量。然而，以往的這些研究大多為水稻-小麥、 水稻-水稻或旱作試驗，在水稻-油菜輪作模式下開展長期秸稈覆蓋定位試驗研究鮮見報道。油菜(BrassicanapusL.)屬于直根系十字花科油料作物，與小麥之間存在諸多差異，包括礦質(zhì)養(yǎng)分的需求量和吸收規(guī)律[18]，根系分泌物和同化根系分泌物的微生物群落[19]，生物量和籽粒產(chǎn)量(通常只有小麥的一半或更低)，秸稈養(yǎng)分含量和腐解規(guī)律[20]，這些差異必然影響其后作的施肥、 生長、 產(chǎn)量以及土壤理化性狀。因此，本文旨在研究成都平原水稻-油菜輪作模式下，連續(xù)免耕秸稈還田與不同用量化肥配合施用對作物產(chǎn)量和土壤肥力變化的影響，為長期秸稈覆蓋還田加免耕條件下的農(nóng)田作物高產(chǎn)施肥和土壤培肥提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與土壤

試驗地點位于四川省廣漢市西高鄉(xiāng)，主要輪作方式為水稻-小麥(油菜)。土壤為灰棕沖積水稻土，試驗前的基礎(chǔ)土樣采集于0—20 cm土層，試驗中的土樣采集于0—5 cm、 5—15 cm和15—30 cm土層。供試基礎(chǔ)土樣pH 5.5、 有機質(zhì)31.3 g/kg、 全氮2 g/kg、 堿解氮189.8 mg/kg、 速效磷12.6 mg/kg、 速效鉀73.9 mg/kg、 緩效鉀162.7 mg/kg、 容重1.2 g/cm3。

1.2 試驗設(shè)計

表1 油菜稈還田下水稻季的試驗方案 (kg/hm2)

表2 稻稈還田下油菜季試驗方案 (kg/hm2)

1.3 測定項目與方法

本研究的土壤樣品于2010年水稻、 油菜收割后次日采集于0—5、 5—15和15—30 cm土層。除15—30 cm土壤樣品僅用于測定化學(xué)指標外，另外兩個土層還測定了土壤容重(環(huán)刀法), 風(fēng)干土樣測定了團聚體(干篩法和濕篩法)、 全氮(半微量開氏法)、 全磷(NaOH熔融—分光光度計法)、 全鉀(NaOH熔融—火焰光度計法)、 堿解氮(堿解擴散法)、 速效磷(碳酸氫鈉—鉬銻抗比色法)、 速效鉀(醋酸銨浸提—火焰光度計法)和有機質(zhì)(重鉻酸鉀容量法)[21]。

試驗數(shù)據(jù)采用DPS分析統(tǒng)計軟件中的單因素LSD多重比較分析功能對數(shù)據(jù)進行差異顯著性統(tǒng)計分析，并用Excel進行基礎(chǔ)運算。

2 結(jié)果與討論

2.1 長期施肥和秸稈還田對作物產(chǎn)量的影響

表3 20052011年水稻-油菜輪作施肥量水稻產(chǎn)量 (kg/hm2)

本試驗結(jié)果對秸稈還田條件下水稻-油菜輪作的養(yǎng)分管理具有指導(dǎo)意義，油菜季必須施用磷肥，才能保證油菜的持續(xù)高產(chǎn)；而在水稻季，則可以不施磷肥，不施或少施鉀肥，同樣可以保證水稻持續(xù)高產(chǎn)。

表4 20062012年水稻-油菜輪作施肥量對油菜產(chǎn)量的影響 (kg/hm2)

2.2 長期施肥與秸稈還田對有機質(zhì)含量以及土壤養(yǎng)分含量的影響

圖1 秸稈還田對土壤養(yǎng)分的影響Fig.1 Effects of straw mulching on amount of soil nutrients

總之，稻草還田配施氮、 磷和鉀肥不但能維持水稻持續(xù)高產(chǎn)，而且能增加土壤有機質(zhì)和速效氮、 磷、 鉀養(yǎng)分[14, 30-31]。

2.3 長期施肥與秸稈還田對土壤物理性狀的影響

表5 水稻-油菜輪作施肥對土壤容重和總孔隙度的影響

3 結(jié)論

表6 水稻-油菜輪作施肥對0—15 cm土中>0.25 mm團聚體的影響

在免耕秸稈還田條件下，土壤有機質(zhì)存在明顯的表聚現(xiàn)象，即主要累積在0—5 cm土層，而對以下層次的土壤有機質(zhì)影響很小。增加氮、 磷肥能促進0—5 cm土層有機質(zhì)累積，減少鉀肥用量則降低土壤有機質(zhì)累積。與土壤有機質(zhì)相似，土壤速效氮、 磷、 鉀養(yǎng)分也存在顯著的表聚現(xiàn)象，其累積量與肥料施用量相關(guān)。因此，減磷處理的土壤速效磷含量最低，減鉀處理的土壤速效鉀為次低，最低為無秸稈覆蓋的化肥處理。長期秸稈覆蓋還田能顯著降低0—5 cm土層容重，但增加下土層的容重；而對空隙度的影響正好相反；對0—5 cm土層的非水穩(wěn)性團聚體影響相對較小，而對水穩(wěn)性團聚體影響則非常顯著。表明長期秸稈覆蓋還田對表土層物理性狀改善的作用與效果。

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