有機、綠色與常規栽培對水稻產量、品質及土壤肥力的影響

劉 洋，張玉燭，柏連陽，李巳夫，方寶華，朱國奇

（1.湖南省水稻研究所，湖南 長沙 410125；2.湖南雜交水稻研究中心，湖南 長沙410125；3.湖南省農業科學院，湖南 長沙 410125；4.湖南省植物保護研究所，湖南 長沙 410125）

有機栽培模式是基于一定的有機農業生產標準，不使用化學合成的農藥、化肥、生長調節劑等物質，遵循自然規律采用可持續發展的農業技術以維持穩定的農業生產體系的農業生產方式。綠色栽培模式以農業措施為主，通過選擇抗病品種，非化學種子處理，培育壯苗，利用燈光、色彩、天敵誘殺害蟲，機械和人工除草等措施，在特殊情況下，需要農藥時也應選用中等毒性植物農藥、動物源農藥和微生物農藥的一種栽培方式。在有機和綠色栽培模式發展迅速的同時，大家對“有機和綠色食品品質是否更好，采用這些栽培方式是否能改良土壤、提高土壤肥力”表示了濃厚的興趣。以羅代爾研究所為代表的許多研究機構已經進行了一系列長期的定位試驗，取得了較多成果[1-4]。國內也有周澤江等[5]、楊東鵬[6]、陸東等[7]率先進行了相關研究。但總的來說，我國有機、綠色和傳統栽培模式的對比研究尚處于起步階段，尤其是田間試驗數據嚴重不足。國外的研究也集中在旱地作物如小麥[8]，大豆[1]，玉米[9]，番茄[2]和馬鈴薯[10]等品種上。筆者的研究目的是通過田間試驗，對比分析有機、綠色和常規栽培對水稻產量、品質和土壤肥力的影響，為科學合理地評估水稻不同栽培方式的經濟和生態環境效益提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

試驗在湖南省長沙縣果園鎮新明村肖家坳進行，試驗地是典型的雙季稻區，該地區從2008～2013年通過土地流轉連續定點種植有機水稻6.7 hm2、綠色水稻20 hm2，常規水稻為周邊農戶耕種。供試地土壤為淺紅黃泥，土壤肥力均勻，田面耕耙平整，早稻品種選用湘早秈45號，晚稻品種選用玉針香。供試有機肥為通過有機認證的商品有機肥，有機質含量為46%，總養分（N+P2O5+K2O）為6.4%，pH值為7.0。

1.2 田間試驗設計

采取田間定位試驗，設計了4個處理，分別為4 a有機、2 a有機、綠色和常規栽培，每個處理重復4次，每個小區實際栽培面積為667 m2。

有機栽培施用商品有機肥，施用量為500 kg/667m2，不使用化學合成的農藥、化肥、生長調節劑等；病蟲草害防治方面：依靠栽培措施控制水稻紋枯病、利用赤眼蜂防治螟蟲、通過稻田養蛙防治稻飛虱、使用幼蟲燈誘殺飛蛾、人工除草。綠色栽培施用復合肥做基肥，30 kg/667m2，追肥分別為尿素（7.5 kg/667m2）和鉀肥（5 kg/667m2），病蟲草害防治大體跟有機栽培一致，使用了一些生物制劑如井岡霉素、稻瘟凈等。常規栽培根據當地生產習慣使用化肥和化學農藥。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 理論產量測定 水稻成熟后，每小區量取21行，測量行距；量取21株，測定株距，計算單位面積（1 m2）穴數；按順序選取20穴，計算每穴穗數，推算單位面積（667 m2）有效穗數；每小區對角線5點取樣，每點2株水稻，編號后用尼龍網袋帶回室內，自然晾干后考種，分別測定其每株有效穗數、穗粒數、結實率和千粒重。理論產量（kg）=有效穗（穗/667m2）×穗粒數（粒）×結實率（%）×千粒重（g）×10-6×85%。

1.3.2 土壤測定項目與方法 根據文獻[11-12]，速效氮、速效鉀、速效磷、有機質和pH值分別采用堿解擴散法、乙酸銨浸提火焰光度法、碳酸氫鈉浸提法、重鉻酸鉀容量法—外加熱法和電位法測定。

1.3.3 稻米農殘及氨基酸檢測 各分析樣品用四分法分樣，每個處理稱取50 g種子，用73-2型稻谷出糙機去殼，選取正常成熟及米皮完整的糙米，在40℃烘箱中烘48 h，使其水分含量基本一致，用高速粉碎機粉碎后過60目篩，分品種裝人小磨口瓶中，存放在有硅膠的干燥器中密封保存，以便后續的氨基酸及農殘測定，氨基酸和農殘測定由湖南省食品測試分析中心完成。

1.4 數據分析

采用Excel 2003和DPS 7.05軟件進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同栽培模式對水稻理論產量的影響

水稻產量受有效穗數、穗粒數、結實率、千粒重等因素影響。從表1可以看出，有效穗方面，早稻和晚稻都是4 a有機栽培最低，分別為18.20萬和19.6萬穗，其中4 a有機栽培早稻有效穗比常規栽培減少13.7%，晚稻有效穗比常規栽培減少11.3%；穗粒數方面，4 a有機、2 a有機和綠色栽培的早稻和晚稻分別比常規栽培多9.70%、2.61%、7.82%和6.37%、2.19%、4.49%；結實率方面，4 a有機栽培早稻的結實率最高（78.70%），以綠色栽培的最低（72.90%），而晚稻結實率以常規栽培的最高（70.90%），以綠色栽培最低（僅62.90%）；千粒重方面，4個處理間差異不大；理論產量方面，早稻產量以2 a有機栽培最低、綠色栽培次之，4 a有機栽培的產量與常規栽培水平相近，其中4 a有機、2 a有機和綠色栽培的產量分別比常規栽培低3.00%、8.02%和7.49%；晚稻產量以2 a有機栽培最低、4 a有機栽培略低于綠色栽培，常規栽培理論產量最高，4 a有機、2 a有機和綠色栽培的產量分別比常規栽培低4.45%、9.07%、3.34%。

2.2 不同栽培模式對稻田土壤理化性質的影響

表1 4種栽培模式下水稻產量構成因素及理論產量的比較

土壤速效氮、速效磷、速效鉀含量反映當季作物可利用的氮磷鉀含量。由表2可知，有機栽培模式比常規和綠色栽培模式的速效氮、磷、鉀含量均高，其中年份越長的有機栽培土壤中速效氮、磷、鉀的含量越高，其中4 a有機栽培的速效氮、速效磷和速效鉀含量分別比常規栽培高出37.2、3.27和23.00 mg/kg。長期施用有機肥后，各處理土壤有機質變化幅度有差異，4 a有機和2 a有機栽培的土壤有機質含量均高于綠色和常規栽培，其中4 a有機栽培有機質含量最高，比常規栽培高出0.57%。4 a有機栽培土壤pH值7.0呈中性，其他3個處理土壤pH值均偏酸性且差異不大。

表2 4種栽培模式下土壤理化性質的比較

2.3 不同栽培模式對稻米氨基酸含量的影響

如圖1所示，4中栽培模式下出產的稻米必需氨基酸和非必需氨基酸種類基本齊全，其氨基酸總量分別以常規栽培最高，為7.72 g/100g，以2 a有機栽培最低，為6.52 g/100g，相差1.20 g/100g。4 a有機、2 a有機、綠色和常規栽培的稻米中必需氨基酸分別占總氨基酸的35.66%、35.89%、35.82%和35.36%，差異較小。從稻米的氨基酸組成來看，含量較高的氨基酸有谷氨酸（Glu）、天冬氨酸（Asp）、亮氨酸（Leu）和精氨酸（Arg），含量較低的是半胱氨酸（Cys）。這個結果與目前稻米中氮基酸含量分析結果基本一致，且每種氨基酸含量均以4 a有機和常規栽培＞2 a有機和綠色栽培。從以上數據來看，不同栽培模式對必需氨基酸占比含量影響較小，對總氨基酸含量有一定影響，4種栽培模式生產的稻米氨基酸含量由高到低排列依次為常規栽培＞4 a有機＞綠色栽培＞2 a有機，其中4 a有機和常規栽培的差異較小。

圖1 4種栽培模式下稻米氨基酸含量的比較

3 結論與討論

選用了3種不同的栽培模式，主要是有機、綠色和常規栽培，其中有機栽培按年份分成了4 a有機和2 a有機，共4個處理進行試驗，主要討論了不同栽培模式對水稻產量、土壤養分和稻米氨基酸含量的影響。結果表明，不論是在早稻還是晚稻，4 a有機栽培模式的產量均高于2 a有機栽培模式，而早稻產量4 a有機栽培與常規栽培的相近，但從整體來看，有機和綠色栽培的產量與常規栽培之間還存在差距。有機種植產量的下降是制約有機農業發展的重要因素，應加強相關機理的研究，找出產量受限因素，為提高有機農作物產量提供理論依據，特別是從土壤養分供應和有害生物防治的有效性方面深入開展有關研究。

試驗結果顯示，有機栽培能夠顯著提高土壤肥力，為植物提供更良好的生長環境，4中栽培模式下土壤養分含量從高到低排列依次為4 a有機栽培＞2 a有機栽培＞綠色栽培＞常規栽培，這與大多數的研究結果一致。4種栽培方式下的土壤pH值，基本處于水稻的適生范圍內，其中4 a有機栽培下土壤的pH值為中性，其他3個處理呈酸性。有研究表明，長期偏施氨態氮肥容易導致土壤酸化[13-14]，該研究的結果也支持這種觀點，其中2 a有機栽培由于施用有機肥年份較短土壤中可能殘存了一些氨態氮肥，因此土壤pH值仍呈酸性。由此可見，施肥是導致不同栽培方式土壤pH值變化的主要原因，有機栽培通過施用有機肥維持了良好的土壤酸堿度，避免了土壤酸化。

研究還比較了不同栽培模式下稻米氨基酸含量的差異，結果顯示，不同栽培模式對于稻米氨基酸含量的影響不顯著，4 a有機和常規栽培的稻米氨基酸總含量趨同，幾種栽培模式之間必需氨基酸占總氨基酸百分含量的差異較小。但是，該試驗只研究了4 a之內的有機栽培情況，對于多年有機栽培是否對稻米氨基酸含量有影響尚需進一步定點跟蹤研究。

該試驗還檢測了湖南省常用的10種農藥（氯蟲苯甲酰胺、克百威、吡蟲啉、多菌靈、苯醚甲環唑、阿維菌素、速滅威、敵敵畏、甲胺磷和氯氰菊酯）在稻米中的殘留量，結論是均未檢測出農藥殘留。從食用角度出發，研究著重分析了稻米中的農藥殘留，結合相關文獻了解到由于去殼糙米中農藥殘留比稻殼和稻稈要低很多[15]，因此未檢出農藥殘留也在情理之中。但農藥殘留很可能富集在植株的葉片和根部還有土壤環境中，有可能導致土壤微生物多樣性下降、非靶標昆蟲和水生生物受影響以及有害生物的抗藥性上升等一系列問題。

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