稻草覆蓋與化肥減量對山藥生長、土壤溫度和濕度的影響

周 潔，田貴生，游秋香，邢烈火，莫菁華，金育紅

（武穴市耕地質量保護與肥料管理局，湖北 武穴 435400）

耕地是農業的基礎，全面提高耕地綜合生產能力的關鍵取決于耕地的數量和質量，只有土壤達到優質且健康的狀態，才能確保農作物生育期所需營養物質的均衡供應［1］，秸稈還田已成為當前農業生產中的一項重要措施，秸稈還田可促進農業節水、節成本、增產、增效，在杜絕了秸稈焚燒所造成的大氣污染的同時還有增肥增產作用，秸稈還田有利于土壤營養成分的自身調節，改善土壤肥力，相應減少了化肥使用量［2］，因此，在環保和農業可持續發展中應受到重視。農業生產的過程也是一個能量轉換的過程。作物在生長過程中要不斷消耗能量，也需要不斷補充能量，不斷調節土壤中水、肥、氣、熱的含量。大量研究表明，秸稈還田除能提供養分和提高土壤有機質外，還具有保溫保墑的作用，對提高農田水分利用效率及增加作物產量均有明顯的效果［3-5］，此外，秸稈中含有大量的新鮮有機物料，在歸還農田之后，經過一段時間的腐解作用，就可以轉化成有機質和速效養分，既能增加土壤有機質，又能改良土壤結構，但若方法不當，也會導致土壤病菌增加，作物病害加重及缺苗（僵苗）等不良現象［6］。因此采取合理的秸稈還田措施，才能起到良好的還田效果。以上研究多從單一方面關注秸稈還田對作物產量或土壤理化性狀的影響，然而從稻草覆蓋與化肥減量試驗來看，秸稈還田促進化肥減量對作物生長和土壤理化性質的研究仍十分不足。本研究選擇嚴重缺磷和缺鉀的土壤開展稻草覆蓋與化肥減量對山藥生長、土壤溫度和濕度田間試驗研究，擬分析當前提升耕地質量保護、促進化肥減量增效下，秸稈還田對土壤理化性質、化肥減量效果以及山藥生長變化的影響，探討稻草覆蓋與化肥減量對山藥生長、土壤溫度及濕度的效果，以期為武穴市耕地質量保護提升、促進化肥減量增效提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年在湖北省武穴市余川鎮蘆河村（30°06′12″N，115°43′03″E）進行，供試土壤為花崗片麻巖發育的水稻土。供試田塊前茬作物為水稻，質地為沙壤土。耕層（0～20 cm）土壤基礎理化性質：pH 5.0，有機質29.6 g/kg，全氮1.5 g/kg，有效磷4.7 mg/kg，速效鉀46.0 mg/kg，緩效鉀196 mg/kg，供試土壤有效磷與速效鉀嚴重缺乏。根據武穴市氣象局觀測數據分析，試驗期間（山藥生育期內）的降水總天數為42 d，占山藥生育期天數的18%，降雨量為496 mm，占全年降雨量的36%，相較于往年為高溫、少雨的干旱年份。試驗期間的日平均溫度最高為32.6℃，最低為19.7℃。

1.2 試驗設計

試驗采用裂區設計，主處理為稻草覆蓋量，依次分別為0、2 000、4 000、6 000 kg/hm2，稻草在山藥萌發之后按設計量均勻覆蓋，整個生育期不再翻動；副處理為常規施肥和常規施肥減量15%。常規施肥氮肥（N）、磷肥（P2O5）和鉀肥（K2O）用量分別為450、450和450 kg/hm2，供試肥料為含量45%（15-15-15）

的硫酸鉀型復合肥；常規施肥減量15%是指在常規施肥的基礎上總養分減量15%，作基肥一次性施用。供試佛手山藥為當地農戶自留種，采用點播方式播種，播種量為11.25萬株/hm2，于2019年3月25日起壟播種，4月25日開溝埋施基肥，11月15日收獲測產，小區面積為20 m2（10 m×2 m），隨機區組排列，3次重復，其他田間管理同當地農戶常規管理。

1.3 測試項目及方法

1.3.1 土壤樣品采集與測定 試驗開展前，采集0～20 cm耕層土壤，風干磨碎過篩，按照實驗室常規方法測定土壤pH、有機質、全氮、有效磷、速效鉀含量［7］。

1.3.2 土壤溫度與含水量測定 在2019年6月8日、7月8日和8月8日分別用曲管地溫表觀測0～5 cm的土壤溫度，觀測時間為每日高溫時段14：00。在2019年6月8日、7月8日和8月8日，分別采集0～5 cm耕層土壤，按照實驗室常規方法測定土壤含水量［7］。

1.3.3 植物樣品采集與測定 佛手山藥收獲前，分別在各小區選擇有代表性的1 m2（1 m×1 m）樣方，取全部植株樣品，然后用清水洗凈后將其分成山藥和藤蔓兩個部分裝入樣品袋，置于60℃烘箱中烘干至恒重，計算其生物量。

1.3.4 產量構成因子調查與測產 佛手山藥收獲前，分別在各小區選擇有代表性的1 m2（1 m×1 m）樣方植株，調查佛手山藥種植密度、每株薯塊數和單薯重。待佛手山藥塊莖膨大成熟后，各小區單收單打并記錄產量。

1.4 數據統計

試驗數據利用Excel 2010軟件進行處理，采用SPSS20.0軟件進行數據的統計分析。

2 結果與分析

2.1 稻草覆蓋與化肥減量對佛手山藥產量的影響

由表1可知，與稻草不還田相比，在常規施肥和常規施肥減量15%條件下，稻草覆蓋還田均可提高佛手山藥產量，分別增加1 070～3 490 kg/hm2和1 630～6 685 kg/hm2，增幅分別為3.1%～13.1%和5.3%～21.9%，均在稻草覆蓋量為6 000 kg/hm2時佛手山藥產量達到最高，分別達38 675、37 255 kg/hm2。在稻草覆蓋還田量相同條件下，常規施肥減量15%后佛手山藥產量有所下降，與常規施肥相比，化肥減量15%的佛手山藥產量減少1 420～3 615 kg/hm2，減幅為3.7%～10.6%，在稻草覆蓋還田量為0和2 000 kg/hm2時，常規施肥減量15%佛手山藥減產達顯著水平，分別減產3 055、3 615 kg/hm2，當稻草覆蓋量超過4 000 kg/hm2時，化肥減量15%佛手山藥減產不顯著。可見，當稻草覆蓋還田量超過4 000 kg/hm2時，佛手山藥化肥減量15%是可行的。

表1 稻草覆蓋與化肥減量對佛手山藥產量的影響

2.2 稻草覆蓋與化肥減量對佛手山藥產量構成因子的影響

由表2可知，稻草覆蓋還田顯著提高了佛手山藥的單薯重，與稻草不還田相比，在常規施肥和常規施肥減量15%條件下，稻草覆蓋還田均可提高佛手山藥的單薯重，分別增加2～8 g和2～10 g。在稻草覆蓋還田量相同條件下，常規施肥減量15%后佛手山藥每株薯塊數和單薯重均有所減少，與常規施肥相比，化肥減量15%的佛手山藥每株薯塊數減少了0.1～0.2塊/株，單薯重減少2～5 g。可見，稻草覆蓋還田具有增加佛手山藥單薯重的作用，化肥減量后佛手山藥每株薯塊數和單薯重明顯減少，從而導致減產。

2.3 稻草覆蓋與化肥減量對佛手山藥生物量的影響

由表3可知，稻草覆蓋還田顯著提高了佛手山藥的生物量，與稻草不還田相比，在常規施肥和常規施肥減量15%條件下，稻草覆蓋還田均可提高佛手山藥的生物量，分別增加450～1 780 kg/hm2和631～2 598 kg/hm2。在稻草覆蓋還田量相同條件下，常規施肥減量15%后佛手山藥藤蔓干重和山藥干重均有所減少，與常規施肥相比，化肥減量15%的佛手山藥藤蔓干重減少了157～410 kg/hm2，山藥干重減少393～958 kg/hm2。可見，稻草覆蓋還田具有增加佛手山藥生物量的作用，化肥減量15%后佛手山藥藤蔓干重和山藥干重明顯減少，從而導致生物量整體減少。

2.4 稻草覆蓋與化肥減量對土壤溫度的影響

由表4可知，稻草覆蓋還田對6月8日、7月8日和8月8日高溫時段（14：00）0～5 cm土壤溫度有明顯的調節作用，主要表現為覆蓋量越高調節作用越明顯。與稻草不還田相比，在常規施肥和常規施肥減量15%條件下，稻草覆蓋還田均可明顯降低土壤溫度，分別平均降低1.5～2.4℃和1.3～2.5℃。而在稻草覆蓋還田量相同條件下，常規施肥減量15%后高溫時段0～5 cm土壤溫度均無顯著差異。可見，稻草覆蓋還田可改變土壤溫度，而化肥減量15%對此并無影響。

表4 稻草覆蓋與化肥減量對高溫時段0～5 cm土壤溫度的影響

2.5 稻草覆蓋與化肥減量對土壤含水量的影響

由表5可知，與稻草不還田相比，在常規施肥和常規施肥減量15%條件下，稻草覆蓋還田均可提高土壤含水量，且隨著稻草覆蓋還田量的增加，土壤含水量有上升趨勢。常規施肥和常規施肥減量15%處理均在稻草覆蓋還田量為6 000 kg/hm2時土壤含水量最高，3次測定的平均值分別比對照提高了3.4、3.1個百分點，均達到顯著差異。說明稻草覆蓋可以有效地減少土壤水分蒸發，提高土壤的蓄水保墑能力。但隨著不同取樣時間的推移，稻草覆蓋保持土壤水分的能力有逐漸減弱的趨勢。6月8日取樣時，常規施肥和常規施肥減量15%處理在稻草覆蓋還田量6 000 kg/hm2時土壤含水量分別比對照處理高5.0、4.9個百分點，而在8月8日取樣時，2個處理的土壤含水量僅分別比對照高2.2、1.8個百分點。而在稻草覆蓋還田量相同條件下，常規施肥減量15%的土壤含水量則無明顯差異。可見，稻草覆蓋還田可以明顯改善土壤水分條件，而化肥減量則對此并無影響。

表5 稻草覆蓋與化肥減量對土壤含水量的影響

3 小結與討論

田間試驗條件下，稻草覆蓋還田的山藥產量和生物量均顯著高于對照，可能由于稻草覆蓋的降溫保墑效應，而當稻草覆蓋量較小（0～2 000 kg/hm2）時，化肥減量15%的山藥產量和生物量均顯著低于常規施肥，但隨著稻草覆蓋量的增加，減產幅度逐漸變小，說明稻草覆蓋還田對化肥減量有一定的補償效應，可以替減部分化肥。本試驗以稻草覆蓋量6 000 kg/hm2和化肥減量15%的山藥產量和生物量最高，在生產中考慮山藥輕簡化栽培省工節本的要求，應當推薦前季稻草全量還田，即7 500 kg/hm2的稻草覆蓋量。

農田秸稈覆蓋可在土壤和大氣間形成熱與水的屏障層，使土壤與大氣間的熱量及水分交換趨于緩和［8］，起到保溫保水的作用，本研究結果與以上結論相一致。從土壤溫度狀況來看，隨著稻草覆蓋還田量的增加，表層土壤溫度在高溫時段的降溫更為明顯；從土壤水分狀況來看，隨著稻草覆蓋還田量的增加，表層土壤含水量逐漸提高，說明稻草覆蓋還田有保持土壤水分、抑制無效蒸發（藤蔓間）的作用。但隨著取樣時間的推移此種效用有逐漸被削弱的趨勢，其原因可能與山藥生長，葉面積指數不斷增加，農田覆蓋度提高，導致藤蔓間蒸發受到削弱有關，這與蘇偉等［9］在油菜上的研究結果相一致。

從以上分析可以看出，雖然秸稈覆蓋技術在中國已廣泛應用，但不論從實踐上還是理論上都有許多問題值得深入探討。稻草覆蓋其實是利弊共存，2019年是高溫少雨的干旱年份，在山藥膨大期稻草覆蓋為山藥生長創造了比較適宜的溫度和水分環境，從而促進了山藥的干物質積累；但如果是正常年份或者是寡照多雨的年份，稻草覆蓋就有可能造成土壤濕度過大，山藥病害暴發，山藥商品率則大大降低。因此，生產中必須盡量規避不利效應，發揮有益效應，才能使稻草覆蓋對山藥的增產潛力得到最大化的發揮。

稻草覆蓋還田不僅可以提高山藥的產量與生物量，還可以起到改善土壤水分條件、調節土壤溫度的作用。當稻草覆蓋還田量較低（0～2 000 kg/hm2）時，常規施肥減量15%的山藥減產嚴重；當稻草覆蓋還田量超過4 000 kg/hm2時，常規施肥減量15%的山藥減產不明顯。可見，當稻草覆蓋還田量超過4 000 kg/hm2時，常規施肥減量15%是可行的。