連續(xù)翻耕秸稈粉碎還田土壤物理性狀及水稻產(chǎn)量

連續(xù)翻耕秸稈粉碎還田土壤物理性狀及水稻產(chǎn)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(nóng)業(yè)科學院循環(huán)農(nóng)業(yè)研究中心 南京 210014 2江蘇省現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心 南京 210095 第一作者 sgf515 通訊作者 chenliugen 農(nóng)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(jīng)達到 8 42 億 t 并隨著農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的提高而 呈不斷增長之勢 1 其中 稻麥秸稈產(chǎn)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(yǎng)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(huán)境污染 風險 還可改善土壤肥力 3 增加作物產(chǎn)量 4 5 對促進現(xiàn) 代可持續(xù)農(nóng)業(yè)和循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要作用 目前 秸 稈還田是江蘇稻麥兩熟農(nóng)田大力推廣的農(nóng)業(yè)技術(shù)措 施 關(guān)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(chǎn)量 3 8 以及溫室氣 體排放 9 11 等方面 而系統(tǒng)研究連續(xù)多年翻耕秸稈粉碎 還田對稻麥兩熟制農(nóng)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(nóng)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(chǎn) 量及其構(gòu)成因素的影響 為稻麥兩熟制農(nóng)田秸稈還田 技術(shù)推廣應(yīng)用提供科學依據(jù) 1材料與方法 1 1試驗區(qū)概況 試驗于 2010 年 11 月至 2015 年 10 月 在江蘇省 農(nóng)業(yè)科學院六合試驗基地 32 29 N 118 36 E 海拔 18 m 進行 該區(qū)屬北亞熱帶季風濕潤氣候區(qū) 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(shù) 2 200 h 年平均無霜期 215 d 該區(qū)主要為 稻麥兩熟制 試驗田土壤類型屬黃棕壤發(fā)育的馬肝土 耕層土 壤質(zhì)地為重壤土 試驗前耕層 0 20 cm 土壤容重 1 38 g cm3 有機質(zhì) 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(shè)計 采用隨機區(qū)組設(shè)計 連續(xù) 5 年均設(shè)置 3 個處理 不施肥 CK 翻耕秸稈不還田 MP 田間作業(yè)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 翻耕秸稈粉碎還 田 MPS 田間作業(yè)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(qū)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(chǎn)大田 摘要 通過連續(xù) 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(nóng)田土壤物理性狀 水稻產(chǎn)量及其構(gòu) 成因素的影響 結(jié)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(chǎn)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(chǎn) 428 kg hm2 增幅為 4 50 主要是通過增加有效穗數(shù)和穗粒數(shù)來提 高水稻產(chǎn)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(jié)構(gòu) 提高水稻產(chǎn)量 關(guān)鍵詞 稻麥輪作 容重 緊實度 毛管孔隙度 三相比 水稻產(chǎn)量 中圖分類號 S152 5 S157 4 S511文獻標識碼 A文章編號 1006 8082 2017 04 0099 04 專論與研究 收稿日期 2017 06 25 基金項目 農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè) 農(nóng)業(yè) 科研專項 201503118 07 DOI 10 3969 j issn 1006 8082 2017 04 0192017 23 4 99 101 99 圖 3 翻耕秸稈粉碎還田對土壤毛管孔隙度的影響 土壤毛管孔隙度 MPMPS a aa b 55 50 45 40 35 30 土壤層次 0 10 cm10 20 cm 土壤緊實度 Pa 圖 1 翻耕秸稈粉碎還田對土壤容重的影響 圖中誤差線為標準誤 相同土壤層次不同小寫字母表示在 0 05 水平 差異顯著 下同 圖 2 翻耕秸稈粉碎還田對土壤緊實度的影響 孫國峰等 連續(xù)翻耕秸稈粉碎還田土壤物理性狀及水稻產(chǎn)量 1 3樣品采集與分析 土壤容重 采用環(huán)刀法 即用體積為 100 cm3 高 5 cm 直徑 5 04 cm 的環(huán)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(huán)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(huán)刀 內(nèi)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(xiàn)場測定 水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 各處理分別收割 3 m2的 水稻 重復 3 次 測定實際產(chǎn)量 每小區(qū)選擇 1 m2調(diào)查 單位面積穗數(shù) 穗粒數(shù) 千粒重 用來測定水稻的理論 產(chǎn)量 1 4數(shù)據(jù)分析 采用 Excell 2016 和 SPSS17 0 軟件進行數(shù)據(jù)處理 處理間多重比較采用 LSD 法 2結(jié)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 土壤容重 g cm3 a a a a MPMPS 土壤層次 1 5 1 4 1 3 1 2 1 1 1 0 0 9 0 8 0 10 cm10 20 cm 土壤深度 cm 0 5 10 15 20 25 MP MPS 0200400600800100012001400 土壤固液氣三相比 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 cm10 20 cm0 10 cm10 20 cm MPMPS 圖 4 翻耕秸稈粉碎還田對土壤固液氣三相比的影響 固液氣 2017 23 4 99 101 100 表 2 2015 年水稻理論產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 處理 CK MP MPS 有效穗數(shù) 萬 hm2 138 9 3 1 c 324 2 17 7 b 378 2 12 1 a 穗粒數(shù) 粒 119 6 6 8 b 154 9 8 1 a 166 5 3 2 a 空殼率 3 2 0 9 b 2 9 0 4 b 8 5 0 1 a 千粒重 g 29 8 0 7 a 30 2 0 1 a 27 7 0 4 b 理論產(chǎn)量 kg hm2 4 793 264 b 14 630 500 a 15 926 541 a 表 1 翻耕秸稈粉碎還田對水稻產(chǎn)量的影響 處理 CK MP MPS 2011 年 6 650 208 b 9 905 189 a 10 555 338 a 2012 年 3 467 109 b 9 505 437 a 9 127 334 a 2013 年 3 185 162 b 9 501 250 a 10 127 250 a 2014 年 3 858 249 c 7 242 165 b 8 395 326 a 2015 年 3 837 348 b 11 479 368 a 11 572 194 a 5 年均值 4 199 215 b 9 527 282 a 9 955 288 a 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在 0 05 水平差異顯著 下同 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(jié)構(gòu) 2 2翻耕秸稈粉碎還田對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)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(chǎn)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(chǎn)量 較秸稈不還田處理均有不同程度的提高 增產(chǎn) 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(chǎn)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(chǎn)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(shù)和空 殼率 顯著降低了千粒重 而穗粒數(shù)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(shù)和穗粒數(shù)來提高水稻理論產(chǎn)量 3結(jié)論 本試驗結(jié)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(jié)構(gòu) 就水稻產(chǎn)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(chǎn) 428 kg hm2 增幅為 4 50 主 要是通過增加有效穗數(shù)和穗粒數(shù)來提高產(chǎn)量 參考文獻 1 畢于運 高春雨 王亞靜 等 中國秸稈資源數(shù)量估算 J 農(nóng)業(yè)工 程學報 2009 25 12 211 217 2 李成芳 寇志奎 張枝盛 等 秸稈還田對免耕稻田溫室氣體排放 及土壤有機碳固定的影響 J 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報 2011 30 11 2 362 2 367 3 劉世平 陳后慶 聶新濤 等 稻麥兩熟制不同耕作方式與秸稈還 田土壤肥力的綜合評價 J 農(nóng)業(yè)工程學報 2008 24 5 51 56 4 何七勇 呂衛(wèi)光 鄭憲清 等 不同機械耕作方式對稻田秸稈還田 土壤理化性狀及產(chǎn)量的影響 J 上海農(nóng)業(yè)學報 201531 5 66 69 5 孫國峰 鄭建初 陳留根 等 豬糞沼液使用后土壤理化性狀及水 稻產(chǎn)量初步研究 J 中國稻米 2013 19 4 74 76 79 6 胡乃娟 韓新忠 楊敏芳 等 秸稈還田對稻麥輪作農(nóng)田活性有機 碳組分含量 酶活性及產(chǎn)量的短期效應(yīng) J 植物營養(yǎng)與肥料學 報 2015 21 2 371 377 7 楊敏芳 朱利群 韓新忠 等 不同土壤耕作措施與秸稈還田對稻 麥兩熟制農(nóng)田土壤活性有機碳組分的短期影響 J 應(yīng)用生態(tài)學 報 2013 24 5 1 387 1 393 8 張翰林 鄭憲清 何七勇 等 不同秸稈還田年限對稻麥輪作土壤 團聚體和有機碳的影響 J 水土保持學報 2016 30 4 216 220 9 張岳芳 鄭建初 陳留根 等 麥秸還田與土壤耕作對稻季 CH4和 N2O 排放的影響 J 生態(tài)環(huán)境學報 2009 18 6 2 334 2 338 10 王海候 沈明星 陸長嬰 等 不同秸稈還田模式對稻麥兩熟農(nóng)田 稻季甲烷和氧化亞氮排放的影響 J 江蘇農(nóng)業(yè)學報 2014 30 4 758 763 11 Zhang Y F Sheng J Wang Z C et al Nitrous oxide and methane e missions from a Chinese wheat rice cropping system under different tillage practices during the wheat growing season J Soil Tillage Res 2015 146 261 269 孫國峰等 連續(xù)翻耕秸稈粉碎還田土壤物理性狀及水稻產(chǎn)量 kg hm2 2017 23 4 99 101 下轉(zhuǎn)第 106 頁 101 Effects of Nitrogen Application Rate on Yield and Grain Quality of Super Hybrid Rice JIANG Peng LIU Mao QIN Jian XIONG Hong XU Fuxian Rice and Sorghum Research Institute Sichuan Academy of Agricultural Sciences Key Laboratory of Southwest Rice Biology and Genetic Breeding Ministry of Agriculture Deyang Sichuan 618000 China 1st author jiangyipeng137 Corresponding author xu6501 Abstract A field experiment was conducted to study the effects of nitrogen application rate on yield and grain quality of super hybrid rice Deyou4727 ordinary hybrid rice Chuanyou 6203 and conventional rice Wushansimiao in Deyang City Sichuan Province in 2016 The three cultivars were grown under four N treatments 0 120 165 and 210 kg hm2N named N0 N120 N165and N210 The results showed that the yield of super hybrid rice was increased with the increasing of N application rate at first and then decreased the treatment N165produced the maximum yield The yields of ordinary hybrid and conventional rice were increased with the nitrogen ap plication rate increasing the treatment N210recorded the maximum yield and had no significant difference with treatment N165 The brown rice rate head rice rate and protein content were increased with the nitrogen application rate increasing The chalky rice rate and chalkiness degree response to nitrogen application rate varied with cultivars Nitrogen application rate had no significant effects on gel consistency and amylase content except for gel consistency of ordinary hybrid rice The difference in yield and grain quality among the cultivars were significant The yield of super hybrid rice was increased by 8 0 compared with ordinary hybrid rice and conven tional rice The higher yield is due to higher grain weight The brown rice rate chalky rice rate chalkiness degree and gel consistency of super hybrid rice were significantly higher than those of conventional rice but had lower amylase content and protein content The head rice rate of super hybrid rice was significantly higher than that of ordinary hybrid rice but slightly lower than that of convention al rice Considering the yield and grain quality the optimum nitrogen application rate of 165 kg hm2was proposed for super hybrid rice Deyou 4727 in Chengdu Plain Key words nitrogen application rate super hybrid rice grain yield quality 10 陶進 錢希旸 劇成欣 等 不同年代秈稻品種的米質(zhì)及其對氮肥 的響應(yīng) J 作物學報 2016 42 9 1 352 1 362 11 金軍 徐大勇 蔡一霞 等 施氮量對主要米質(zhì)性狀及 RVA 譜特 征參數(shù)的影響 J 作物學報 2004 30 2 154 158 12 Cassman K G Dobermann A Wallers D T et al Meeting cereal de mand while protecting natural resources and improving environmen tal quality J Annu Rev Environ Resour 2003 28 315 358 13 Peng S B Buresh R J Huang J L et al Improving nitrogen fertiliza tion in rice by site specific N management a review J Agron Sus tain Dev 2010 30 649 656 14 Peng S B Tang Q Y Zou Y B Current status and challenges of rice production in China J Plant Product Sci 2009 12 3 8 15 張軍 張洪程 段詳茂 等 地力與施氮量對超級稻產(chǎn)量 品質(zhì)及 氮肥利用率的影響 J 作物學報 2011 37 11 2 020 2 029 16 謝黎紅 葉定池 胡培松 等 氮肥用量和施用方式對水稻 甬優(yōu) 6 號 產(chǎn)量和品質(zhì)的影響 J 植物營養(yǎng)與肥料學報 2011 17 4 789 794 17 王翠玲 魏中華 劉晴 等 不同施氮處理對不同類型粳稻產(chǎn)量與 品質(zhì)的影響 J 中國稻米 2015 21 1 72 75 18 張洪程 王秀芹 戴其根 等 施氮量對雜交稻兩優(yōu)培九產(chǎn)量 品 質(zhì)及吸氮特性的影響 J 中國農(nóng)業(yè)科學 2003 36 7 800 806 19 金正勛 秋太權(quán) 孫艷麗 等 氮肥對稻米堊白及蒸煮食味品質(zhì)特 性的影響 J 植物營養(yǎng)與肥料學報 2001 7 1 31 35 20 楊聯(lián)松 白一松 張培江 等 谷粒性狀與稻米品質(zhì)相關(guān)性研究 J 雜交水稻 2001 16 4 48 54 蔣鵬等 施氮量對超級雜交稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的影響 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 2 Jiangsu Collaborative Innovation Center for Modern Crop Production Nanjing 210095 China 1st author sgf515 Corresponding author chenliugen Abstract Field experiments for five consecutive years were conducted to investigate