嘉興市長期秸稈還田水稻產量和土壤肥力的調查

魯晨妮，陳菊根，程旺大，沈亞強，曹奎榮，張紅梅，王保君，陳貴*

(1.嘉興市農業科學研究院，浙江 嘉興 314016；2.嘉興市秀洲區王江涇新橋生態農場，浙江 嘉興 314016)

農作物秸稈是一種寶貴的生物碳庫，含有氮、磷、鉀和多種中微量元素，是物質和養分的載體[1]。加快農作物秸稈的綜合利用，不但節約資源，減少農業面源污染，而且能促進農村節能減排，實現農業可持續發展。

為加快推進農作物秸稈綜合利用，進一步促進現代生態循環農業發展，嘉興市于2016年出臺了《嘉興市秸稈露天禁燒和綜合利用條例》和《嘉興市秸稈還田技術規程》，力求從法律上保障農作物秸稈綜合利用的順利實施[2-3]。嘉興市年產農作物秸稈180萬t，水稻和大小麥秸稈占90%左右[4]。秸稈資源的利用途徑主要為用作還田肥料、蘑菇基料、固化成型燃料、飼料和家庭燃料等[5]。其中，秸稈還田約占總量的59.6%，包括秸稈留茬還田20%～25%和秸稈機械切碎還田35%，秸稈還田肥料化利用是秸稈資源化利用最有效的途徑之一[5]。

研究[6-7]表明，秸稈還田的水稻產量和土壤有機質、全氮、速效鉀含量、土壤pH均高于常規施肥。秸稈還田肥料化利用不僅能歸還作物生長期吸收的養分，提高土壤肥力，還能夠減少化學肥料的投入和面源污染的發生[8]。我們通過種植大戶基地調查、監測，依托嘉興市秀洲區和南湖區長期實施秸稈還田的種糧大戶或合作社，以秸稈長期還田對水稻生長和土壤肥力的影響為研究重點，旨在為促進嘉興市秸稈長期還田可持續發展提出建議和對策。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

嘉興市地處浙江省北部，屬典型的亞熱帶季風氣候區，年均氣溫15～16 ℃，年降水量1 194 mm，平均相對濕度 80%～85%，年均輻射量 462 kJ·cm-2。土壤類型為長三角地區典型的水稻土青紫泥。

1.2 調查與采樣

本次調查區為嘉興市南湖區和秀洲區4個種糧大戶基地，分別位于秀洲區的王江涇鎮、油車港鎮、新塍鎮和南湖區的余新鎮。各調查點信息如表1所示，其中：王江涇鎮調查點水稻種植類型為常規粳稻和秈粳雜交稻，種植品種分別為紹粳18和甬優1540；油車港鎮、新塍鎮和余新鎮調查點的水稻為秈粳雜交稻，種植品種分別為甬優7872、甬優362和甬優1540，稻-麥輪作種植。施肥方式以及田間管理按照大戶種植水稻常規管理。各調查點秸稈還田量為每年9.0～16.8 t·hm-2，還田年限4～6 a。

表1 調查種植大戶基地的基本信息

水稻收獲時采集水稻植株樣品和土壤樣品，按調查點種植面積設計若干采樣點，均勻分布。土壤樣品室內自然風干，用木棍碾壓，去除植物殘體、石塊等侵入體和新生體。充分混勻后經四分法取舍，研磨過篩，裝入樣品瓶備用。

1.3 樣品分析測定

水稻樣品測定植株氮含量，采用H2SO4-H2O2消解、凱氏定氮法測定。土壤樣品測定土壤肥力指標和土壤微生物指標。土壤容重采用環刀法，土壤全氮采取H2SO4混合催化劑消解-凱氏定氮法測定，有機質采用重鉻酸鉀容量法，有效磷采取碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀采取醋酸銨浸提-火焰光度法測定，堿解氮采用堿解擴散法，土壤微生物總DNA提取采用PowerSoil DNA Isolation Kit 土壤DNA提取試劑盒(Mobio 12888)，熒光定量PCR酶采用SYBR Green Premix Ex Taq II(RR820A，寶日醫生物技術有限公司)。

2 結果與分析

2.1 水稻產量和氮吸收累積特性

表2可見，油車港鎮調查點秸稈還田時間最長，所種植的甬優7872產量高于其他調查點，為12.08 t·hm-2。在4個調查點中，秀洲區王江涇鎮調查點和南湖區余新鎮調查點種植的秈粳雜交稻品種為甬優1540，其產量分別為11.85和11.70 t·hm-2。

表2 各調查點的水稻產量和氮吸收累積

不同種植基地雜交稻谷草比為0.43～0.56，其中，秸稈還田年限5、6 a的新塍鎮和油車港鎮調查點水稻谷草比并列第一，說明連續秸稈還田可以增加水稻谷草比，提高水稻光合轉化效率。

各調查點雜交稻地上部氮積累量為118.50～140.70 kg·hm-2，平均氮積累量為126.86 kg·hm-2。其中：油車港鎮調查點水稻地上部氮積累量最高；王江涇鎮調查點常規稻地上部氮積累量最低，僅為92.25 kg·hm-2。比較發現，雜交稻地上部氮積累量比常規稻高28.5%～52.5%，平均高37.5%。分析地上部氮積累數據發現，余新鎮調查點水稻葉稈氮積累量最高，達47.55 kg·hm-2，油車港鎮調查點水稻的穗氮積累量最高，達96.45 kg·hm-2，比雜交稻穗的氮平均積累量高13.3%。由數據分析發現，地上部氮積累量的差異主要由穗的氮積累量差異造成，其中，王江涇鎮常規粳稻含量穗氮積累量僅為油車港鎮雜交稻的55.7%。結合以上分析可知，長期秸稈還田條件下，還田時間影響水稻氮積累，其積累的差異主要體現在穗的氮積累上，即還田時間越長水稻穗積累的氮素含量越高。

2.2 土壤肥力狀況

圖1分析可知，各調查點耕層土壤容重均較低，為0.84～1.07 g·cm-3，平均為0.94 g·cm-3，隨秸稈還田年限增加，土壤容重降低。其中，油車港鎮調查點秸稈還田時間最長，其土壤容重最低，為0.84 g·cm-3，這可能是由于長期大量秸稈還田，輸入農田的秸稈腐化增加了土壤的孔隙度與微生物的豐度，使土壤變得疏松，容重降低。

圖1 各調查點秸稈還田下的土壤容重

各調查點土壤全氮含量在2.0～3.2 g·kg-1，平均值為2.6 g·kg-1，其中還田年限最長的油車港鎮點最高。有機質含量為26.7～53.2 g·kg-1，平均為37.6 g·kg-1，還田年限為5和6 a的調查點有機質含量高于還田4 a的調查點。有效磷含量在26.2～77.6 mg·kg-1，平均含量為42.6 mg·kg-1，隨還田年限增加有效磷含量呈現增長趨勢，種植基地秸稈長期不還田地塊土壤的有效磷含量為10 mg·kg-1左右，僅為長期秸稈還田有效磷平均水平的1/4左右。土壤速效鉀含量在115.7～157.6 mg·kg-1，平均含量為133.7 mg·kg-1，還田最長時間的調查點比其他調查點高2.3%～36.6%，平均高于其他調查點24.9%。土壤堿解氮含量為150.1～259.5 mg·kg-1，平均含量為193.5 mg·kg-1，其中油車港鎮調查點比其他調查點高24.5%～73.0%(表3)。

綜合分析發現，秸稈還田時間越長，土壤全氮、有效磷、速效鉀和堿解氮含量越高，而有機質和pH沒有表現出與秸稈還田的相關性。

2.3 土壤微生物狀況

土壤微生物主要包括細菌、真菌和放線菌等，可以促進土壤有機質的形成，是土壤生態系統中養分轉化和能量循環的動力。由表4可見，土壤中細菌和放線菌數量隨秸稈還田年限增加而增加。油車港鎮秸稈還田調查點土壤中細菌數量最多，比其他調查點高21.1%～140.4%，同時，也是放線菌數量最高的調查點，放線菌數量比其他調查點高20.5%～124.3%。分析真菌數量發現，南湖區余新鎮的真菌數量最高，而還田年限相同的新塍鎮真菌數量最少，這可能與土壤本底的真菌數量差異有關，同時也說明，還田過程投入的真菌數量差異較大，與還田年限沒有顯著的相關性。

表4 各調查點的土壤微生物含量

3 小結與討論

本研究通過對長期秸稈還田水稻與土壤的調查和檢測，統計分析了長期秸稈還田下水稻產量和土壤養分情況。此前有學者[9]研究報道，秸稈還田有助于水稻氮素和干物質向穗部積累，本研究植株氮素含量和谷草比揭示，秸稈還田年限對水稻氮素積累和干物質積累有一定影響，秸稈還田時間久的調查點氮素和干物質更多地積累在穗部。

對秸稈還田土壤的調查和分析發現，耕層土壤的容重降低，這可能是秸稈改善了土壤的物理結構，使土壤變得疏松多孔。同時發現，秸稈還田時間越長，土壤全氮、有效磷、速效鉀和堿解氮含量越高，而有機質和pH沒有表現出與秸稈還田的相關性，這可能一方面受到秸稈還田返還物質和稻季養分吸收兩者共同影響；另一方面也與各調查點土壤的特性相關。 本研究的不足之處是基于調查的結果，對于各個調查點試驗前的基礎數據采集不夠，此外調查點的樣本數量少，所覆蓋秸稈還田的年份較少，在比較時存在一定的局限性。總體可以證明，嘉興市秸稈還田政策的推行有助于水稻土壤的改良，具體實施技術值得進一步試驗和研究。