麥秸稈高留茬條件下不同秸稈覆蓋量對稻田雜草及水稻產量的影響

付佑勝，劉偉中，張 凱，曹凱歌，趙桂東

(江蘇徐淮地區淮陰農業科學研究所，江蘇 淮安 223001)

【研究意義】江蘇省作為一個經濟發達、城市化水平高、人口密度大、農作物復種指數與單位面積產量高、收種季節矛盾十分突出的省份，秸稈產生量大、有效收集時間短，禁燒工作艱巨性更為突出[1]，如何更好的利用好秸稈是當前農業生產上的一個總要難題。農作物秸稈的高效綜合利用，不僅有助于提高秸稈利用水平、控制環境污染、保護生態環境，而且可增強耕地地力、優化農田生態系統，其中秸稈直接還田已成為秸稈利用的主要途徑之一[2]。其中國內外學者就小麥秸稈還田對水稻生長、產量、品質及土壤肥力等影響的研究結果表明小麥秸稈還田具有提高水稻產量、改善稻米品質、提高土壤肥力、抑制雜草病菌等積極的生態效應[3-4]。有研究表明秸稈還田可通過物理作用和化感作用抑制雜草萌發和生長，降低雜草對作物的競爭[5]。因此利用秸稈還田對雜草的生態抑制探索化學除草劑減量使用具有良好的實用性和可操作性，但秸稈還田條件下能明顯改善土壤養分、土壤物理結構和農田小氣候, 因此, 將對農田雜草群落產生明顯影響[6]。【前人研究進展】農村勞動力的減少使得當前稻田雜草的防除越來越依賴化學除草劑，經常單一使用化學除草藥劑必然導致稻田雜草的抗性產生。多年來江蘇水稻生產上一直使用芐嘧磺隆、吡嘧磺隆、二氯喹啉酸、五氟磺草胺、丁草胺等進行雜草防除；其中的芐嘧磺隆、吡嘧磺隆、五氟磺草胺等均為ALS類抑制劑[7]。據報道(www.weedscience.org, 2018)，截至2018年底抗ALS類的報道超過170例，水稻上就高達51例，其中僅稗草就對10種稻田除草劑產生了抗性,因此開展稻田抗性雜草的治理工作刻不容緩[8]。【本研究切入點】采用合理有效的方法控制水稻田間抗性雜草的種群，隨著公眾和學術界對農田生態環境的日益關注, 國外已經開始采用保持田間一定數量雜草和維持農田生態系統生物多樣性等農藝措施來實現農田休閑期養分保持和系統穩定性提高, 國內也在相關領域開展了大量的研究工作[9]。團隊研究發現當小麥秸稈留茬高度在16～20 cm，粉碎長度在8～10 cm條件下還田覆蓋，具有固定秸稈漂移，且能最大限度覆蓋水稻畦面；由于留茬高度較本地政府要求留茬的6～8 cm要高，稱“高留茬”。【擬解決的關鍵問題】 研究高留茬情況下不同秸稈覆蓋量對水稻產量及稻田雜草的影響，明確高留茬田的秸稈覆蓋量及其對應的小麥產量。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

水稻品種：蘇秀867，江蘇蘇樂種業公司生產，市售；小麥：淮麥33,江蘇天豐種業公司生產，市售。

1.2 試驗設計

試驗田位于江蘇省淮安市海明高效農業種植合作社(33.49.45.86，119.0.25.84，h=18)。小麥于2016年11月17日播種，采用機器帶狀條播、播量25 kg，于2017年6月13日收割，小麥產量7500 kg/hm2；水稻采用干籽直播方式，在小麥收割前1 d按照187.5 kg/hm2人工撒播，一共設5個處理，每個處理4次重復，共20個小區，每個小區60 m2，播種前每個小區先用報紙蓋好一A3大小區域。小麥收割采用Kubota G 688機器，小麥秸稈留茬高度在16～20 cm，田間小麥秸稈粉粹成長度8～10 cm，小麥收割后在報紙覆蓋區域選擇A4大小區域撒播100粒性狀基本一致的稻種以便調查水稻出苗情況。采用人工將秸稈按照1.00、0.75、0.50、0.25、0 kg/m2均勻撒在各個小區畦面上，每個小區間挖一條寬×高為20 cm×20 cm的溝，以便上水。各處理秸稈覆蓋后3 d，上水，待水完全覆蓋畦面即可。在水稻1葉1心后開始正常管理，水稻2葉1心后按照667 m2采用(N∶P∶K=15∶15∶15)復合肥25 kg+46 %尿素15 kg人工撒施，水稻分蘗期46 %尿素20 kg/667m2，孕穗期(N∶P∶K=15∶15∶15)復合肥15 kg/667m2；田間不進行雜草防除(含人工拔除)，病蟲害防治分別按照本地區常規方法進行，于2017年11月17日收割。

1.3 調查方法

不同秸稈覆蓋量對水稻出苗的影響，于上水后的7、15、30、45 d調查A4區域內水稻的出苗情況，計算水稻成苗率，并繪制水稻成苗曲線。

株防效和鮮重防效調查采用定點調查方法，每個小區固定4個1 m×1 m的點，分別于上水后的7、15、30、45 d分別調查雜草發生情況，并記錄禾本雜草和闊葉雜草的數量，45 d同時測雜草鮮重，計算鮮重防效；待稗草抽穗后記錄田間優勢雜草種群。

水稻生長及產量調查，收獲前調查各小區單位面積水稻有效穗數、穗粒數并測定千粒重，計算各小區水稻理論產量，并繪制成產量變化趨勢圖。

1.4 數據分析

數據分析采用Excel和SPSS22.0分析軟件，用Duncan’s 新復極差法對平均數進行多重比較，分析高留茬條件下小麥秸稈覆蓋還田量與小區水稻產量之間的相關性。

2 結果與分析

2.1 不同秸稈覆蓋量對水稻出苗的影響

從高留茬(16～20 cm)不同小麥秸稈覆蓋量下水稻出苗情況(表1)看，麥秸稈覆蓋為0 kg/m2的處理，45 d內水稻成苗率最高為95 %，較麥秸稈覆蓋≥0.50 kg/ m2的3個處理間均存在極顯著性差異，較采用麥秸稈覆蓋量為0.25 kg/m2處理間也存在顯著性差異；田間麥秸稈覆蓋量≥0.50 kg/m2，45 d內水稻成苗率均小于90 %。從各時期不同秸稈覆蓋區域內水稻出苗的變化情況上看，30 d后各秸稈覆蓋區域內的水稻出苗均不再發生變化，至45 d均保持穩定，表明秸稈覆蓋對水稻出苗的影響有一定的時效性。

表1 高留茬(16～20 cm)不同小麥秸稈覆蓋量下水稻出苗情況

注：大小寫字母分別表示P=0.01和0.05，字母不同表示存在顯著或極顯著性差異，下同。

Note：The upper and lower case letters representP=0.01 and 0.05 respectively. There are significant or extremely significant differences between different letters. The same as below.

從高留茬(16～20 cm)不同小麥秸稈覆蓋量下水稻成苗趨勢看(圖1)，當秸稈覆蓋量≤0.25 kg/m2，水稻7～45 d的成苗率均無變化；當秸稈覆蓋量≥0.50 kg/m2，隨著秸稈覆蓋量的增加，除7～15 d水稻成苗率下降外，15 d后所有秸稈覆蓋處理的水稻成苗率均無變化；這表明秸稈覆蓋量對水稻種子的萌發或水稻幼苗的生長具有一定的抑制作用，秸稈覆蓋量的增加影響水稻的出苗量，降低水稻成苗趨勢，隨時間的延長，該影響逐漸減小并最終消失。

2.2 不同秸稈覆蓋量下不同時期雜草的發生情況

麥秸稈高留茬(16～20 cm)下不同秸稈覆蓋量不同時間雜草發生情況(表2)看，7和15 d采用秸稈覆蓋量≥0.25 kg/m2的4個處理，稗草和闊葉草的數量均為0；30 d秸稈覆蓋量為0.25和0.50 kg/m2的處理區稗草開始出現；隨著時間的增加，所有秸稈覆蓋區域內稗草的發生量均增加，至45 d所有秸稈覆蓋≥0.25 kg/m2的4個處理，稗草均已出現；秸稈覆蓋量為≥0.75 kg/m2的2個處理在45 d內均無闊葉草出現，而秸稈覆蓋量為≤0.50 kg/m2的3個處理均有闊葉草出現，且隨著田間秸稈覆蓋量的減少，闊葉草的發生量明顯增加，其中采用秸稈高留茬不覆蓋(0 kg/m2)的處理45 d單位面積闊葉草數量最大為9.5株/m2。

采用秸稈高留茬(16～20 cm)不同秸稈覆蓋量對稻田雜草的防效(表3)來看，各處理45 d對稗草的株防效隨秸稈覆蓋量的增加而增加，其中秸稈覆蓋量1.00 kg/m2處理效果最佳，為93.54 %較覆蓋量≤0.5 kg/m2的2個處理間存在極顯著性差異；采用秸稈覆蓋≥0.75 kg/m2處理對闊葉草防效為100 %，較采用秸稈覆蓋≤0.5 kg/m2的2個處理間存在極顯著性差異；從45 d鮮重防效來看，采用秸稈覆蓋≥0.75 kg/m22個處理機手采用秸稈覆蓋≤0.5 kg/m2的2個處理間僅對稗草的防效上存在極顯著性差異，對闊葉草的防效上并無顯著性差異，僅對覆蓋量為0.25 kg/m2的處理間存在顯著性差異。

圖1 高留茬(16～20 cm)不同小麥秸稈覆蓋量下水稻成苗趨勢Fig.1 Variation of rice seedling emergence under different wheat straw mulching with high stubble

表2 高留茬(16～20 cm)不同小麥秸稈覆蓋量稻田雜草發生量(上水后)

表3 高留茬(16～20 cm)不同小麥秸稈覆蓋量對稻田雜草防效(45 d)

從秸稈高留茬(16～20 cm)不同秸稈覆蓋量各小區內雜草種群的調查結果(表4)看，秸稈高留茬覆蓋區域出現的雜草種群和沒有秸稈覆蓋區域的雜草種群也略有不同，其中秸稈高留茬覆蓋量≥0.25 kg/m2的區域以硬稃稗(EchinochloaglabrescensMunro ex Hook f.)和西來稗(Echinochloacrusgallivar.zelayensis)為主，秸稈高留茬不覆蓋區域稗(Echinochloacrusgalli(L.)Beauv)、西來稗(Echinochloacrusgallivar.zelayensis)和硬稃稗均有出現；對闊葉草種群的調查鑒定看，高留茬秸稈覆蓋區域內的闊葉草主要為耳葉水莧(AmnunniaarenariaA.B.K)，而沒有秸稈覆蓋區域丁香蓼(LudwigiaprostrataRoxb)、水莧菜(AmmanniacoccineaRottb)和多花水莧(AmmanniamultifloraRoxb)為主，且隨著秸稈覆蓋量的減少，丁香蓼的發生比例明顯在增加。

2.3 不同秸稈覆蓋量下水稻產量變化

從高留茬(16～20 cm)條件不同秸稈覆蓋量水稻產量情況(表5)看，秸稈覆蓋量為0.25 kg/m2處理水稻產量最高，秸稈覆蓋量為1 kg/m2處理水稻產量最低，較其他各個處理間水稻產量均存在極顯著性差異。從各處理區水稻的千粒重來看，秸稈覆蓋后水稻千粒重明顯增加，這可能與秸稈腐爛后土壤養分的增加、植物的光合作用等有關。

表4 高留茬(16～20 cm)不同小麥秸稈覆蓋量稻田雜草種群比例 (稗草抽穗后)

表5 高留茬(16～20 cm)不同小麥秸稈覆蓋量下稻田產量

圖2 高留茬(16～20 cm)下不同小麥秸稈覆蓋量下水稻產量變化趨勢Fig.2 Variation trend of rice yield under different wheat straw mulching with high stubble

從高留茬下不同小麥秸稈覆蓋量下水稻產量變化趨勢(圖2)看，秸稈覆蓋量在0～0.25 kg/m2之間，隨著秸稈覆蓋量增加，水稻產量明顯增加；當秸稈覆蓋量在>0.25 kg/m2并<1.00 kg/m2，隨秸稈覆蓋量的增加，水稻產量明顯下降，至秸稈覆蓋量為1.00 kg/m2，水稻產量趨勢上處于穩定。

3 結論與討論

本實驗表明在高留茬(16～20 cm)情況下田間秸稈覆蓋量在一定范圍內(≤0.5 kg/m2)對水稻出苗具有較小的影響，但隨著秸稈覆蓋量增加(>0.5 kg/m2)，水稻出苗明顯下降。這一方面與秸稈覆蓋對光的影響有關，另一方面小麥秸稈具有較強的化感作用[10-12],小麥秸稈浸提液及小麥秸稈腐解液對種子萌發后幼苗的生長有很大影響[13]，而酚酸類物質是麥秸稈中起主要作用的化感物質[14]；在秸稈還田情況下，秸稈腐解過程中酚酸種類下降，水楊酸含量會不斷上升[15-17]，較高濃度的水楊酸也會抑制種子的萌發，隨溫度(15～30 ℃)的增加，抑制水稻種子萌發的水楊酸的濃度也會下降[18-19]，本實驗在6月中旬到7月下旬進行，日均溫度在以及秸稈腐解與前述研究條件完全吻合，可以推斷秸稈腐解過程中水楊酸濃度的變化是影響秸稈高留茬田水稻種子萌發的主要因素之一。

國內相關研究表明水稻秸稈全量覆蓋還田較秸稈不還田以及玉米秸稈還田量為一定條件下對千金子、稗草等均具有較好的控制效果[20-22]。本實驗研究也表明在高留茬(16～20 cm)情況下，隨著秸稈覆蓋量的增加，對田間雜草的抑制作用也明顯增強，但隨著水稻生長，農事操作(排灌、撒肥等)，田間秸稈逐漸腐爛，30 d后對雜草的抑制作用明顯下降，45 d后各個處理均有雜草萌發；這也可能與田間秸稈覆蓋的均勻度，土地平整等因素有一定的相關。同時本實驗也發現在秸稈高留茬(16～20 cm)情況下，秸稈覆蓋量對水稻田間稗草種群和闊葉雜草種群也有一定的影響，西來稗和硬稃稗為本地區抗性稗草優勢種群[23]，從稗草發生量和稗草發生比例來看，秸稈覆蓋對稗草尤其是抗性稗草的防控具有較好效果，但這是否與秸稈腐解物或浸出物[24-25]對水稻的化感作用還是田間種子庫等還需進一步研究。

本實驗研究表明秸稈高留茬(16～20 cm)情況下一定的秸稈覆蓋量能提高水稻千粒重，提高水稻產量；但秸稈覆蓋量過大，水稻的千粒重和水稻產量均會下降，這是否與秸稈覆蓋產生的酚酸以及秸稈降解后土壤有機質含量等的變化從而對水稻早期生長以及中后期營養的積累有關也尚需進一步研究。

根據相關資料按照小麥秸稈/小麥產量理論值約為1.075倍[26]，按照高留茬(16～20 cm)覆蓋，秸稈覆蓋量約為小麥理論產量的0.7倍左右，根據本試驗看，綜合產量、雜草防控以及水稻出苗率表明高留茬條件下秸稈覆蓋量在0.25～0.50 kg/ m2處理最佳，對應小麥產量在221～443 kg/667m2秸稈覆蓋最佳。根據淮安(2013-2017)小麥平均產量368.3～389.0 kg/667m2[27],本實驗表明在淮安區域內采用秸稈高留茬(16～20 cm)，按照粉碎成8～10 cm的秸稈全量還田不僅可有效控制稻田雜草，還具有明顯的增產作用，適合在本地區推廣使用。