連續翻耕秸稈粉碎還田土壤物理性狀及水稻產量

孫國峰陳留根，2*劉紅江張岳芳盛婧鄭建初

（1江蘇省農業科學院循環農業研究中心，南京210014；2江蘇省現代作物生產協同創新中心，南京210095；第一作者：sgf515@163.com；*通訊作者：chenliugen@sina.com）

連續翻耕秸稈粉碎還田土壤物理性狀及水稻產量

孫國峰1陳留根1，2*劉紅江1張岳芳1盛婧1鄭建初1

（1江蘇省農業科學院循環農業研究中心，南京210014；2江蘇省現代作物生產協同創新中心，南京210095；第一作者：sgf515@163.com；*通訊作者：chenliugen@sina.com）

通過連續5年田間定位試驗，研究了翻耕秸稈粉碎還田對稻麥兩熟農田土壤物理性狀、水稻產量及其構成因素的影響。結果表明，水稻收獲時，翻耕秸稈粉碎還田處理能夠有效降低耕層土壤容重、緊實度和土壤中固相部分所占比例，增加耕層土壤毛管孔隙度和土壤中氣相部分所占比例。就水稻產量而言，翻耕秸稈粉碎還田處理較秸稈不還田處理有不同程度的提高，5年平均增產428 kg/hm2，增幅為4.50%，主要是通過增加有效穗數和穗粒數來提高水稻產量。總之，本試驗條件下，翻耕秸稈粉碎還田措施有利于改善耕層土壤物理結構，提高水稻產量。

稻麥輪作；容重；緊實度；毛管孔隙度；三相比；水稻產量

農作物秸稈是地球上第一大可再生資源。我國作物秸稈資源相當豐富，2005年全國作物秸稈總量就已經達到8.42億t，并隨著農業綜合生產能力的提高而呈不斷增長之勢[1]。其中，稻麥秸稈產生量達3.5億t以上，約占世界稻麥秸稈總量的37%[2]。秸稈中含有大量碳、氮、磷、鉀以及多種微量營養元素，合理還田是秸稈處理的重要途徑，既可避免秸稈焚燒帶來的環境污染風險，還可改善土壤肥力[3]、增加作物產量[4-5]，對促進現代可持續農業和循環農業發展具有重要作用。目前，秸稈還田是江蘇稻麥兩熟農田大力推廣的農業技術措施。關于稻麥秸稈還田研究多集中在耕作方式、秸稈還田量、土壤肥力、有機碳、酶活性與產量[3-8]，以及溫室氣體排放[9-11]等方面。而系統研究連續多年翻耕秸稈粉碎還田對稻麥兩熟制農田土壤物理性狀影響的報道較少。為此，本試驗以稻麥兩熟制農田為研究對象，旨在探討翻耕秸稈粉碎還田對耕層土壤物理性狀、水稻產量及其構成因素的影響，為稻麥兩熟制農田秸稈還田技術推廣應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2010年11月至2015年10月，在江蘇省農業科學院六合試驗基地（32°29′N，118°36′E，海拔18 m）進行。該區屬北亞熱帶季風濕潤氣候區，氣候溫和、四季分明，年平均溫度15.3℃，年平均降雨量970 mm，年日照時數2 200 h，年平均無霜期215 d。該區主要為稻麥兩熟制。

試驗田土壤類型屬黃棕壤發育的馬肝土，耕層土壤質地為重壤土。試驗前耕層（0～20 cm）土壤容重1.38 g/cm3，有機質12.1 g/kg，全氮0.91 g/kg，全磷0.55 g/kg，速效鉀105.6 mg/kg，pH值6.4（水土比2.5∶1）。

1.2 試驗設計

采用隨機區組設計，連續5年均設置3個處理：①不施肥（CK）；②翻耕秸稈不還田（MP，田間作業順序如下：水稻收獲→清除稻草→撒施基肥→翻耕→旋耕→條播小麥→撒施追肥→小麥收獲→清除麥秸→翻耕→灌水泡田→撒施基肥→耙田→人工插秧→撒施分蘗肥→擱田→撒施穗肥→水稻收獲）；③翻耕秸稈粉碎還田（MPS，田間作業順序如下：水稻收獲→稻草粉碎還田→撒施基肥→翻耕→旋耕→條播小麥→撒施追肥→小麥收獲→麥秸粉碎還田→翻耕→灌水泡田→撒施基肥→耙田→人工插秧→撒施分蘗肥→擱田→撒施穗肥→水稻收獲）。各處理3次重復，小區面積4 m×5 m。以寧麥16和南粳44為供試材料。耕作方式為周年翻耕，耕深18～20 cm。施肥量：麥季施純N 225 kg/hm2，稻季施純N 300 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O為1∶0.5∶0.5。麥季氮肥基肥、穗肥比例為6∶4，磷鉀肥于耕作前作基肥一次性撒施；稻季氮肥基肥、分蘗肥、穗肥比例為4∶2∶4，磷肥于耕作前作基肥一次性撒施，鉀肥作基肥和穗肥2次施用（各為50%）。其他田間管理措施同一般高產大田。

圖1 翻耕秸稈粉碎還田對土壤容重的影響

圖2 翻耕秸稈粉碎還田對土壤緊實度的影響

1.3 樣品采集與分析

土壤容重：采用環刀法，即用體積為100 cm3（高5 cm，直徑5.04 cm）的環刀，在2015年水稻收獲時，采集0～10 cm和10～20 cm原狀土樣，重復3次，密封帶回實驗室，先擦凈環刀外的泥土，然后烘干（105℃±2℃，24 h），在密閉烘箱中冷卻后稱重（M1），最后洗去環刀內壁土壤，晾干后稱重（M0）。土壤容重Pb（g/cm3）=（M1-M0）/V。

土壤毛管孔隙度：采用測定土壤毛管水方法。

土壤緊實度：在2015年水稻收獲時，采用SC900土壤緊實度儀進行現場測定。

水稻產量及其構成因素：各處理分別收割3 m2的水稻，重復3次，測定實際產量；每小區選擇1 m2調查單位面積穗數、穗粒數、千粒重，用來測定水稻的理論產量。

圖3 翻耕秸稈粉碎還田對土壤毛管孔隙度的影響

圖4 翻耕秸稈粉碎還田對土壤固液氣三相比的影響

1.4 數據分析

采用Excell 2016和SPSS17.0軟件進行數據處理，處理間多重比較采用LSD法。

2 結果與分析

2.1 翻耕秸稈粉碎還田對土壤物理性狀的影響

如圖1和圖2所示，翻耕條件下，秸稈粉碎還田能夠有效降低耕層土壤容重和緊實度。即翻耕秸稈粉碎還田處理0～10 cm和10～20 cm土壤容重較翻耕秸稈不還田處理分別降低了2.3%和6.3%；而翻耕秸稈粉碎還田處理0～15 cm土壤緊實度均有不同程度的下降，降低幅度達35～259 Pa，占5.1%～32.3%。如圖3所示，翻耕條件下，秸稈粉碎還田能夠有效增加耕層土壤毛管孔隙度，尤其10～20 cm土壤毛管孔隙度提高幅度較大，達6.4%。如圖4所示，翻耕條件下，秸稈粉碎還田主要降低了耕層土壤中固相部分所占比例，其中0～10 cm和10～20 cm土壤中分別減少了1.1%和3.1%；提高了耕層土壤中氣相部分所占比例，其中0～10 cm和10～20 cm分別增加了1.2%和2.9%；而秸稈粉碎還田對耕層土壤中液相部分所占比例的影響相對較小。綜上所述，翻耕條件下，秸稈粉碎還田措施有利于改善耕層土壤物理結構。

表1 翻耕秸稈粉碎還田對水稻產量的影響 （kg/hm）2

表2 2015年水稻理論產量及其構成因素

2.2 翻耕秸稈粉碎還田對水稻產量及其構成因素的影響

從表1可見，2011-2015年翻耕秸稈粉碎還田處理平均產量達9 955 kg/hm2，較翻耕秸稈不還田處理增加了428 kg/hm2，顯著高于不施肥處理，增加了5 756 kg/hm2。除2012年外，翻耕秸稈粉碎還田處理水稻產量較秸稈不還田處理均有不同程度的提高，增產93～1 153 kg/hm2，增幅為0.81%～15.9%。綜上所述，翻耕條件下，秸稈粉碎還田有利于提高水稻產量。

如表2所示，在翻耕條件下，秸稈粉碎還田處理水稻理論產量較秸稈不還田處理提高了8.8%；翻耕秸稈粉碎還田較秸稈不還田處理顯著增加了有效穗數和空殼率，顯著降低了千粒重，而穗粒數也有所增加，但未達到顯著水平。可見，翻耕秸稈粉碎還田處理主要是通過增加有效穗數和穗粒數來提高水稻理論產量。

3 結論

本試驗結果表明，在翻耕條件下，秸稈粉碎還田處理能夠有效降低耕層土壤容重、緊實度和土壤中固相部分所占比例，增加耕層土壤毛管孔隙度和土壤中氣相部分所占比例，改善耕層土壤物理結構。就水稻產量而言，翻耕秸稈粉碎還田較秸稈不還田處理有不同程度的提高，5年平均增產428 kg/hm2，增幅為4.50%，主要是通過增加有效穗數和穗粒數來提高產量。

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Effects of Consecutive Moldboard Plowing with Straw Chopping and Returning to Field on Soil Physical Properties and Yield of Rice

SUN Guofeng1,CHEN Liugen1,2*,LIU Hongjiang1,ZHANG Yuefang1,SHENG Jing1,ZHENG Jianchu1
（1Circular Agriculture Research Center,Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Nanjing 210014,China;2Jiangsu Collaborative Innovation Center for Modern Crop Production,Nanjing 210095,China;1st author:sgf515@163.com;*Corresponding author:chenliugen@sina.com）

Field experiments for five consecutive years were conducted to investigate the effects of moldboard plowing with straw chopping and returning to field on soil physical properties,grain yield and its component factors in the rice-wheat rotation system.The results showed that moldboard plowing with straw returning（MPS）could reduce the soil bulk density,compactness and the proportion of solid phase,and which could increase soil capillary porosity and the proportion of liquid phase in the arable soil layer compared with moldboard plowing without straw（MP）at rice harvest.Moreover，the average rice yield of five years test of MPS treatment was increased by 428 kg/hm2compared with MP treatment.The increase of yield was due to the increase of effective spike number per plant and grain number per spike.In all,under this experimental condition,the moldboard plowing with straw returning improved soil physical structure of arable layer,and increased rice yield.

rice-wheat rotation;bulk density;compactness;capillary porosity;three-phase ratio;grain yield

S152.5；S157.4；S511

A

1006-8082（2017）04-0099-04

2017－06－25

農業部公益性行業（農業）科研專項（201503118-07）