稻麥套播下秸稈機械還田對作物生長及土壤養分的影響

沈偉棋 邵建均 寧國云 傅慶林 劉琛 彭桂福

摘 要：秸稈直接還田是秸稈肥料化利用的有效途徑之一。針對長興縣稻麥套播下秸稈直接還田現狀，開展了不同秸稈量機械粉碎還田對農田作物生長和土壤養分影響的定點監測。結果表明，麥稻輪作秸稈機械粉碎直接還田，能增加土壤有機質，降低土壤容重，改善土壤理化性狀，提高土壤養分，對土壤中全鉀含量的提高作用尤為明顯;水稻秸稈適量（10t·hm-2左右）覆蓋還田，能增加小麥產量，而超量（15t·hm-2以上）覆蓋還田，會減少小麥低節位分蘗，導致小麥減產;稻麥2季不同秸稈量還田，均增加了水稻產量，小麥秸稈適量（9.34t·hm-2左右）還田增產更加明顯。但是，秸稈覆蓋還田也為病蟲害提供有利的越冬場所，從而加重了小麥與水稻病蟲害的危害程度。

關鍵詞：稻麥套播;秸稈還田;作物生長;土壤養分;病蟲害

中圖分類號 S511文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2020）11-0112-06

Effects of Straw Mechanical Return Under Interplanted Wheat in Paddy Field on Crop Growth and Soil Nutrients

Shen Weiqi1 et al.

（1Changxing Agricultural Machinery Technical Management Station， Changxing 313100， China）

Abstract： The direct return of straw to the field is one of the effective ways of straw fertilizer utilization. In view of the current situation of straw returning directly under interplanted wheat in paddy in Changxing County， the fixed-point monitoring was carried out on the effects of direct mechanical crushing of different straw capacity on crop growth and soil nutrients. The results indicated that straw mechanical crushing of wheat and rice directly returned to the field under wheat and rice rotation could increase soil organic matter content， reduce soil bulk density， improve soil physical and chemical properties， enhance soil nutrients， especially increase the total potassium content in the soil; Rice straw mulching with appropriate amount （about 10t·hm-2） could increase wheat yield， while over mulching with excessive amount （more than 15t·hm-2） could reduce low-node tiller of wheat， resulting in wheat yield reduction; The yield of rice increased with different straw amount returned to the field in two seasons of rice and wheat， and the yield increased more obviously when the wheat straw amount was returned to the field properly （9.34t·hm-2） in two seasons. However， straw mulching could provide favorable overwintering grounds for diseases and pests， thus aggravating the occurrence of diseases and pests in wheat and rice.

Key words： Interplanted wheat in paddy; Straw returning; Crop growth; Soil nutrients; Diseases and insect pests

秸稈直接還田既是秸稈肥料化利用的主要途徑之一[1-3]，也是補充土壤有機質與鉀素的重要途徑。高產條件下秸稈的生產量也隨之大量增加，可以作為農田養分來源。近年來，稻麥機械化收獲發展很快，機械收獲后，將大量的秸稈留在田里。農民為了省工和方便，往往會采用焚燒的方法，這種做法既浪費了資源，又污染了環境。秸稈還田既能解決田間露天焚燒秸稈帶來的大氣污染和危害問題，又可以改良土壤，培肥地力，促進農業增產、農民增收[4-5]。因此，有必要探討機械收獲秸稈還田的適合方式。

隨著稻麥高產品種的推廣應用，生育期延長，稻麥輪作季節相對比較緊張，播種季節延遲而影響稻麥產量。稻麥套播能有效緩解季節緊張的矛盾，達到稻麥雙豐收的目的。但稻麥套播下作物秸稈機械粉碎覆蓋還田過程中仍存在收割后秸稈切碎長度不達標、還田操作不規范等引起的還田質量差等問題，加上超級稻的推廣應用，秸稈還田量大幅度提高，增加了耕作難度，甚至影響后茬作物的生長和產量[6-8]。因此，研究合適的秸稈還田量對秸稈還田具有重要的意義。

針對長興縣當前稻麥套播水稻秸稈機械粉碎覆蓋還田作業技術應用狀況和農藝要求，為了探索稻麥秸稈不同還田量對土壤養分和作物生長的影響，開展了稻麥套播不同秸稈還田量和還田方式研究，以期為稻麥套播下秸稈還田提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況 試驗設在長興縣虹星橋鎮后羊村，屬亞熱帶海洋性季風氣候，四季分明，光照充足，氣候溫和，降水充沛，雨熱同季，溫光協調。年平均氣溫15.6℃，年均降水量1309mm，年平均雨日144d，年均日照時數1810.3h。作物種植為1年2熟的稻麥輪作，供試水稻品種為浙粳100，小麥品種為寧麥13，自2014年開始實施秸稈還田，2018～2019年開展不同秸稈還田量的定位試驗。供試土壤類型為黃心半青紫泥，土壤pH5.33、有機質27.69g/kg，全氮1.82g/kg，有效磷6.87mg/kg和速效鉀38.50mg/kg。

1.2 試驗設計 設稻麥留茬秸稈不還田和秸稈還田2種方式，設5個秸稈還田用量處理，4次重復，共20個小區，每小區面積166.7m2，隨機排列。處理1：RRWR（稻麥留茬量2.83t·hm-2而秸稈不還田，其中水稻、小麥收割后留茬量分別為1.87和0.96t·hm-2）;處理2：RSSWSS（稻麥秸稈超量還田量20.95t·hm-2，其中水稻秸稈超量粉碎覆蓋還田15.55t·hm-2和小麥秸稈超量粉碎翻耕還田5.40t·hm-2）;處理3：RRWSS（稻留茬麥稈超量還田量9.34t·hm-2，其中水稻收割后留茬1.99t·hm-2而秸稈不還田和小麥秸稈超量粉碎翻耕還田7.35t·hm-2）;處理4：RSSWR（稻稈超量麥留茬還田量19.68t·hm-2，其中水稻秸稈超量粉碎覆蓋還田18.86t·hm-2和小麥收割后留茬0.82t·hm-2而秸稈不還田）;處理5：RSWS（稻麥稈常量還田量14.96t·hm-2，其中水稻秸稈常量粉碎覆蓋還田10.41t·hm-2和小麥秸稈常量粉碎翻耕還田4.55t·hm-2）。

2018年水稻收割前2d（11月5日）套播麥種，播種量225kg·hm-2。11月7日，采用全喂入收割機收割水稻，水稻秸稈粉碎直接均勻覆蓋在已套播小麥種子的田面上，收割留茬15cm，秸稈粉碎長度15cm;11月20日，施肥并開溝覆土，壟寬150cm，溝寬20cm，溝深15cm;施復合肥（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15）300kg·hm-2 +尿素150kg·hm-2;2019年1月23日化學除草，施69g·L-1驃馬水乳劑750mL·hm-2+50%異丙隆可濕性粉劑2250g·hm-2+10%苯磺隆可濕性粉劑300g·hm-2，2月23日施尿素225kg·hm-2;4月11日、4月20日防治2次赤霉病和蚜蟲，施40%戊唑·咪鮮胺水乳劑450mL·hm-2+20%啶蟲脒可濕性粉劑300g·hm-2;5月25日收割小麥。2019年5月25日小麥收獲后小麥秸稈粉碎直接均勻覆蓋在田面上，收割留茬15cm，秸稈粉碎長度15cm;6月10日翻耕土地，翻耕深度20cm;6月15日施底肥后整田，施水稻專用肥（N∶P2O5∶K2O=22∶8∶12）375kg·hm-2;6月16日進行雜草封殺;6月18日機插秧苗，機插規格25cm×18cm;7月12日施拔節孕穗肥，施尿素225kg·hm-2;7月18日化學除草，施10%惡唑酰草胺乳油1800mL·hm-2+10%氰氟草酯乳油2250mL·hm-2;8月2日施穗肥，施尿素150kg·hm-2+氯化鉀150kg·hm-2;8月18日、9月10日病蟲防治2次，第1次施20%氯蟲苯甲酰胺懸浮劑150mL·hm-2+75%肟菌·戊唑醇水分散劑225mL·hm-2+70%三環唑可濕性粉劑750g·hm-2，第2次施20%春雷霉素可濕性粉劑750g·hm-2+50%吡蚜酮可濕性粉劑225g·hm-2;11月23日收割。

1.3 取樣與調查 土壤取樣：在試驗田小麥播種植前、小麥收獲后和水稻收獲后分別采集土壤樣品，每小區采用對角線5點法進行土壤和植株（包括果實）樣品采集，土壤采集0～20cm、20～30cm 2層樣品，開展土壤有機質、全氮、有效磷、速效鉀、容重、pH值等測定。小麥、水稻的生長動態觀察與取樣：每小區固定小麥0.25m2、水稻秧苗10叢，調查基本苗、最高苗和有效穗，觀察分蘗、成穗等生長動態。小麥收獲前各處理采用對角線5點法取樣20株，水稻收割前各處理隨機取樣5叢，考查株高、穗長、穗粒結構、千粒重及谷草比等，估算各處理秸稈量，測定植株全氮、全磷、全鉀等指標化驗。小麥、水稻主要病蟲發生情況調查：在病害發生穩定期和蟲害發生高峰期，每個區塊開展小麥、水稻主要病蟲發生情況調查。小麥赤霉病、水稻稻曲病、穗頸瘟采用平行跳躍法每小區調查200穗，紋枯病、稻飛虱、稻縱卷葉螟和螟蟲采用對角線5點法每小區調查20叢。

1.4 測定方法 土壤有機質按照中華人民共和國農業行業標準NY/t 1121.6-2006測定，土壤全氮按照中華人民共和國國家環境保護標準HJ 717-2014凱氏法測定，土壤有效磷、速效鉀和pH分別按照中華人民共和國農業行業標準NY/t 1121.7-2014、NY/t 889-2004和NY/t 1121.2-2006測定;植株和籽粒樣品按照中華人民共和國農業行業標準NY/t 2017-2011，用硫酸-過氧化氫消煮、全自動定氮儀測氮、分光光度法測磷、火焰原子吸收分光光度法測鉀;土壤容重采用環刀法測定[9]。

1.5 農田土壤養分的表觀盈虧分析 農田土壤養分輸入包括施肥、種子、降水和灌溉等，農田土壤養分支出包括作物的吸收和揮發、淋失，而本試驗中施肥、水分和其他農業管理措施一致，假設農田養分通過降水和灌溉的輸入與淋失的支出相等，以及生物固氮與氣態氮損失相等，農田土壤養分的表觀盈虧量和表觀平衡率計算分別為：

農田土壤養分的表觀盈虧量=養分輸入量-養分支出量;

農田土壤養分的實際平衡率（%）=（養分輸入量-養分支出量）/養分支出量×100

1.6 數據分析 利用Statistica10.0統計軟件對結果采用單因素方差分析進行顯著分析，采用最小顯著差異法進行處理間的多重比較。

2 結果與分析

2.1 作物產量

2.1.1 小麥 由表1可知，稻田套播小麥，水稻收獲后秸稈粉碎覆蓋還田的后茬小麥出苗均勻度較差，分蘗率、有效穗均低于水稻留茬而秸稈不還田處理，其中水稻秸稈超量覆蓋還田處理小麥分蘗率顯著（P<0.05）低于水稻留茬而秸稈不還田處理，水稻秸稈還田量為10.41、15.55、18.86t·hm-2時，分蘗率分別降低14.20%、18.72%和19.98%，水稻秸稈還田量越大，則小麥分蘗率降低越多;水稻秸稈常量還田處理小麥植株均高于水稻留茬而秸稈不還田處理，但水稻秸稈超量還田小麥穗長反而縮短;水稻秸稈還田處理的成穗率、實粒數、千粒重高于水稻留茬而秸稈不還田處理，其中水稻秸稈常量還田增加幅度最大，分別增加2.87%、21.73%和1.44%。水稻秸稈常量還田處理的小麥實割產量為4023kg·hm-2，比水稻留茬而秸稈不還田處理的3804kg·hm-2增產5.76%，而水稻秸稈超量還田處理的小麥實割產量為2973kg·hm-2和3203kg·hm-2，分別下降21.85%、15.81%。

2.1.2 水稻 由表2可知，小麥收獲后秸稈采用粉碎翻耕方式直接還田，后茬水稻采用育苗機插，秸稈還田處理的分蘗率、成穗率和結實率均有下降趨勢，而株高、穗長、實粒數和千粒重均有增加趨勢。稻麥2季秸稈還田量為9.35、14.96、19.68和20.95t·hm-2時，分蘗率分別下降3.49%、4.24%、1.82%和5.19%，成穗率分別下降2.70%、2.18%、6.16%和7.42%，結實率分別下降1.12%、1.78%、1.42%和2.37%;實粒數分別增加9.20%、6.44%、6.79%和7.58%，千粒重分別增加0.93%、0.93%、1.22%和0.47%。據實割測產，以水稻留茬小麥秸稈超量還田處理水稻產量最高，達到9904.5kg·hm-2，2季留茬而秸稈不還田處理的水稻產量9634.5kg·hm-2為最低，稻麥2季秸稈還田量為9.35、14.96、19.68和20.95t·hm-2時，分別增產2.80%、1.21%、1.26%、1.00%。

2.2 土壤養分表觀盈余狀況 由表3可知，稻麥留茬處理氮、磷、鉀輸入量分別為506.08、85.71和236.28kg·hm-2，其中留茬還入量分別為11.95、1.03和62.15kg·hm-2;稻麥秸稈超量還田處理氮、磷、鉀輸入量分別為590.05、91.55和663.49kg·hm-2，其中秸稈還入量分別為95.92、6.87和489.36kg·hm-2，稻留茬麥稈超量處理氮、磷、鉀輸入量分別為550.03、87.50和349.90kg·hm-2，其中秸稈還入量分別為55.90、2.82和175.77kg·hm-2，稻稈超量麥留茬處理氮、磷、鉀輸入量分別為564.18、92.69和624.57kg·hm-2，其中秸稈還入量分別為70.05、8.01和450.44kg·hm-2，稻麥稈常量處理氮、磷、鉀輸入量分別為547.40、90.42和488.07kg·hm-2，其中秸稈還入量分別為53.24、4.19和313.91kg·hm-2。但是，通過作物籽粒收獲和秸稈移走的氮、磷、鉀量：稻麥留茬處理分別為146.00、26.97和294.47kg·hm-2，稻麥稈超量處理區分別為104.86、33.04和34.25kg·hm-2，稻留茬麥稈超量處理分別為154.18、37.25和224.00kg·hm-2，稻稈超量麥留茬處理分別為130.76、35.71和82.48kg·hm-2，稻麥稈常量處理分別為112.12、37.85和37.68kg·hm-2。

除稻麥留茬處理土壤鉀表觀虧損而土壤氮、磷處于盈余狀態外（表3），其他處理土壤氮、磷和鉀養分均有盈余。稻麥留茬處理土壤氮和磷表觀盈余量分別為360.08和58.74kg·hm-2，鉀虧損量58.74kg·hm-2，而土壤氮、磷和鉀的實際平衡率分別為246.6、217.8和-19.8%;稻麥稈超量處理土壤氮、磷和鉀的表觀盈余量分別為485.19、58.51和629.24kg·hm-2，而土壤氮、磷和鉀的實際平衡率分別為462.7、177.1和1837.2%;稻留茬麥稈超量處理土壤氮、磷和鉀的表觀盈余量分別395.85、50.25和125.90kg·hm-2，而土壤氮、磷和鉀的表觀平衡率分別為256.7、134.9和56.2%;稻稈超量麥留茬處理土壤氮、磷和鉀的表觀盈余量分別433.42、56.98和542.09kg·hm-2，而土壤氮、磷和鉀的實際平衡率分別為331.5、159.6和657.2%;稻麥稈常量處理土壤氮、磷和鉀的表觀盈余量分別435.28、52.57和450.39kg·hm-2，而土壤氮、磷和鉀的實際平衡率分別為388.2、138.9和1195.3%。

2.3 土壤養分 在耕作層（0～20cm），秸稈還田處理稻季后土壤有機質含量均呈增加趨勢（表4），并且稻麥兩季秸稈還田處理增加更顯著（P<0.05），而各處理的土壤容重和pH值差異均不顯著。土壤全氮含量在小麥生產季后均呈增加趨勢，但小麥留茬而秸稈不還田處理在水稻生產季后下降，小麥秸稈還田處理在水稻生產季后呈增加趨勢。土壤有效磷含量在稻麥留茬而秸稈不還田處理小麥生產季后降低，而在秸稈還田處理有顯著增加（P<0.05）;但在水稻生產季后均增加。土壤速效鉀含量除稻麥兩季秸稈超量還田處理稻麥季后均顯著（P<0.05）增加外，其他處理在小麥生產季后有顯著增加，在水稻生產季后均差異不顯著。

由表5可知，在耕下層（20～30cm），秸稈還田與留茬而秸稈不還田各處理土壤有機質含量均呈增加趨勢，但土壤pH均呈下降趨勢。土壤全氮含量除留茬而秸稈不還田處理在水稻生產季后降低外，其他各處理均呈增加趨勢。各處理土壤有效磷含量在小麥生產季后均降低，并都在水稻生產季后增加;而土壤速效鉀含量均呈增加趨勢，且增加幅度較大。

2.4 病蟲害 由表6可知，水稻留茬而小麥秸稈超量還田處理和稻麥2季留茬而秸稈不還田處理的小麥赤霉病穗病率分別為4.00%和4.25%，稻麥2季秸稈常量還田處理的小麥赤霉病穗病率為5.50%，水稻秸稈超量還田而小麥留茬處理和稻麥2季秸稈超量還田處理的小麥赤霉病穗病率分別為8.25%和9.75%，秸稈還田對小麥赤霉病的發生有加重趨勢，并隨著秸稈還田量的增加而穗病率增加，秸稈超量還田顯著重于秸稈不還田處理。稻麥2季留茬而秸稈不還田處理的水稻紋枯病情指數為1.27，稻曲病病情指數為0.08，稻麥秸稈2季秸稈常量還田處理的水稻紋枯病情指數為1.43，稻曲病病情指數為0.09，水稻留茬而小麥秸稈超量還田處理、水稻秸稈超量還田而小麥留茬秸稈不還田處理和稻麥2季秸稈超量還田處理的水稻紋枯病情指數分別為1.22、1.76和1.96，稻曲病病情指數分別為0.14、0.11和0.15，秸稈還田對水稻紋枯病和稻曲病也有加重發生的趨勢，2季秸稈還田的紋枯病顯著重于水稻留茬而秸稈不還田處理，但稻曲病差異不顯著;并且水稻紋枯病的發生隨著上茬小麥的秸稈還田量增加而顯著增加，稻曲病的發生也有隨2季秸稈還田量增加而有增加趨勢。

3 結論與討論

秸稈還田是合理利用生物質資源和促進農業可持續發展的一種有效方式。通過秸稈還田可有效地促進土壤有機質積累，增加土壤微生物數量與活性，提高耕層土壤養分含量，維持土壤養分平衡，改善農田生產環境，提高土壤肥力，增加作物產量。

秸稈還田能培肥地力，促進作物生長，提高作物產量[10-12]。但是，秸稈還田量不當，會影響農作物根系的生長發育，直接降低作物產量[13]。本試驗結果表明，與水稻留茬而秸稈不還田處理相比，水稻秸稈常量還田（10t·hm-2左右）促進小麥增產，與前人的研究結果類似[14-15]，這是因為水稻秸稈常量還田提高了小麥的成穗率、實粒數和千粒重，從而增加小麥的產量[16]。但是，試驗發現水稻秸稈超量還田（秸稈還田量15t·hm-2以上）降低小麥產量，這是由于水稻秸稈覆蓋還田減少了小麥的低節位分蘗，有效穗不足，從而導致小麥產量下降。秸稈還田（9.34t·hm-2）增加水稻產量，而秸稈還田超過9.34t·hm-2，隨著秸稈還田量的增加，水稻增產幅度下降，這是因為適量的麥稈還田提高了土壤的養分，有效促進水稻成穗率、實粒數和千粒重的增加[16];而超量的秸稈還田，減少了水稻分蘗率、有效穗和千粒重，從而降低水稻產量。楊佩珍等研究也發現麥稈翻耕還田對水稻有顯著的增產作用[14]。但是，鐘杭等研究認為麥稈翻耕還田對水稻沒有顯著的增產作用[15]。

從農田生態系統物質循環看，農田土壤養分收支平衡狀況是評價施肥模式是否合理、農業生產是否可持續的一項重要指標。本試驗結果表明，秸稈還田土壤氮、磷的實際平衡率均在130%以上，鉀的實際盈余率在50%以上，但稻麥留茬而秸稈不還田土壤氮、磷的實際盈余率在200%以上，鉀虧損達19.8%。如果考慮到稻麥輪作制秸稈還田農田土壤的氮、磷和鉀流失量分別為28.2、1.1和13.9kg·hm-2·a-1 [17]，秸稈還田土壤氮、磷和鉀素的實際盈余率將進一步降低。相似的研究[18]也表明，杭嘉湖地區稻麥輪作制稻麥留茬而秸稈不還田（施化肥）土壤氮、磷盈余率在50%以上，鉀素虧缺率在40%以上，而秸稈還田土壤氮、磷和鉀素盈余率均在30%以上。在江蘇興化的稻麥兩熟調查[19]表明，氮、磷皆有大量盈余，而鉀素皆嚴重虧缺。因此，秸稈還田是維持土壤養分平衡的較好途徑，既利用了有機肥料資源，又減少了化肥的投入量，有利于提高土壤肥力和作物產量。

秸稈還田是稻田土壤培肥地力的重要方式之一。秸稈還田可提高土壤有機質含量，改善土壤物理性質，降低土壤容重，疏松土壤，提高土壤滲透性，增加土壤含水量，土壤總氮含量變化與土壤有機質變化相似[20]。本試驗結果表明，稻麥2季秸稈還田后，土壤中的有機質、全氮、有效磷和速效鉀含量均有所提高，并表現出隨著秸稈還田量的增加而增加的趨勢，秸稈還田對土壤耕作層（0～20cm）和耕下層（20～30cm）的影響基本一致，與鐘杭等、楊佩珍等的研究結果相似。這是因為連續的秸稈直接還田顯著地改善土壤理化性狀的作用，提高土壤肥力，維持土壤微生物的活性，從而改善了農田生態環境[21—23]。

秸稈還田為病蟲提供了越冬場所，增加了冬后菌（蟲）源基數，從而加重了小麥、水稻病蟲的發生程度[24～28]。而孫秀娟[29]研究表明，稻秸稈覆蓋還田及淺層掩埋還田會加重病蟲的害發生程度，但秸稈深耕還田可降低病蟲害發生。本試驗結果表明，秸稈還田對小麥赤霉病、水稻紋枯病和稻曲病均有加重發生的趨勢，可能是秸稈還田沒有做到深耕翻埋，而秸稈覆蓋或淺層掩埋沒有殺死病菌（蟲），因而容易加重病蟲害發生。秸稈還田對稻瘟病、稻飛虱、稻縱卷葉螟等病蟲害發生的影響有待進一步研究。

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（責編：張宏民）

基金項目：浙江省“三農六方”科技協作項目CTZB-F180706LWZ-SNY1（1）。

作者簡介：沈偉棋（1980—），男，浙江長興人，工程師，從事農業與機械技術的研究和推廣工作。 *通訊作者? 收稿日期：2020-04-28