油菜秸秆翻埋还田对水稻秧苗生长及土壤性状的影响

黄 晶， 王学春， 王红妮， 任品安， 陶诗顺

(西南科技大学生命科学与工程学院，四川 绵阳 621010)



油菜秸秆翻埋还田对水稻秧苗生长及土壤性状的影响

黄 晶， 王学春*， 王红妮， 任品安， 陶诗顺

(西南科技大学生命科学与工程学院，四川 绵阳 621010)

油菜秸秆翻埋还田引起后茬水稻僵苗的原因亟待明确。本研究通过大田试验分析了油菜秸秆翻埋还田(RI)、覆盖还田(RM)以及不还田(RR)处理下移栽秧苗生长发育情况及其与土壤水溶液pH、电导率与溶氧量变化的关系。结果表明：①RI降低了移栽水稻生长前期分蘖数、鲜重与干物质重，僵苗现象明显；②水稻移栽至晒田初期，RI相较于RM与RR处理，降低了土壤水溶液pH与溶氧量，增高了电导率；③不同处理间水稻有效穗数、穗粒数、千粒重及产量没有显著性差异。油菜秸秆翻埋还田下土壤pH、电导率和溶氧量的变化可能是引起水稻僵苗的重要原因，但对水稻产量及其构成因素没有显著影响。

水稻僵苗；pH；电导率；溶氧量

油菜、水稻复种是四川盆地两熟制稻区重要的种植模式。随着油菜产量与播种面积的增加，油-稻两熟制的秸秆数量显著增加，其利用问题成为研究的热点。长期以来，农户为抢农时，在油菜收获后习惯性焚烧秸秆，既造成严重的空气污染又是极大的资源浪费。秸秆还田是秸秆综合管理的重要途径，其对于资源高效利用、减少环境污染以及土壤改良等方面有积极的作用[1]。近年来，随着农业机械化水平的提高，油菜秸秆碎杆直接翻埋还田技术由于其便于机械操作、省工省时的特点，易被农户接受。然而，油菜秸秆全量翻埋还田容易引发水稻前期生长发育不良，僵苗现象严重。该问题的存在，一定程度上影响了秸秆翻埋还田技术的应用推广。因此，明确油菜秸秆全量翻埋还田造成水稻僵苗的原因具有重要意义。

pH、电导率与溶氧量是土壤重要属性，与养分供给、微生物活性及作物生长发育等密切相关[2-4]。秸秆还田措施能够改变土壤pH、电导率与溶氧量等性状进而影响作物生长[5-7]，而基于以上内容分析秸秆还田对水稻僵苗现象影响的研究鲜有报道。另外，以往研究主要集中于小麦秸秆还田对水稻生长的影响及其因素分析[8-9]，而关于两熟制稻区油菜秸秆还田对后茬水稻影响的研究比较匮乏。本研究以油菜秸秆覆盖还田及秸秆不还田为对照，对油菜秸秆翻埋还田下水稻秧苗生长及土壤水溶液pH、电导率与溶氧量变化规律进行研究，并分析秧苗生长与土壤性状变化的关系，以期为油菜秸秆科学还田以及制定合理的水稻栽培措施提供理论依据。

表1 试验地0～20 cm土壤主要理化性状

1 材料与方法

1.1 试验地简介

试验于2015年4-9月在西南科技大学农场(104.7°E，31.5°N；海拔582 m)进行，该地区气候属于亚热带季风性湿润气候，年平均气温约16.3 ℃，年平均降水量为963.2 mm，年日照时数约1298.1 h，年无霜期约272 d。试验田前茬作物为油菜，试验前0～20 cm土壤主要理化性状见表1。

1.2 试验设计

试验设置油菜秸秆翻埋还田(Residue incorporation，RI)，并以油菜秸秆覆盖还田(Residue mulch，RM)与油菜秸秆不还田(Residue remove，RR)作对照，每个处理3次重复，随机区组排列，小区面积15 m2。前茬油菜收获后，将RM与RR处理的秸秆移出田块，然后用微耕机对所有处理试验田进行耕作，其中，RI处理的油菜秸秆随着耕作返还到土壤，翻埋深度约15～20 cm；RM处理则在水稻栽插后的第3天(6月3日)，将之前移出的秸秆覆盖于田面水稻行间。秸秆还田量折合450 kg/667m2。试验种植的水稻品种为宜香2115，于4月17日采用旱地育秧，5月31日选取大小均匀的秧苗进行移栽。移栽时采用宽窄行栽插，宽行45 cm，窄行25 cm，株距17 cm。小区靠道路边设置保护行，各小区之间采用防水隔板隔离，以防渗水渗肥。各个小区施用1.8 kg复合肥(折合1200 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=19∶10∶6)，其中，50 %作为基肥施用，其余50 %作为分蘖肥施用。从水稻移栽到6月25日，保持田面2～3 cm 水层，6月26日开始晒田，其他田间管理按农户常规水平进行。

1.3 样品采集与测定

水稻移栽12 d后(6月12日)每小区固定10株水稻进行分蘖数统计，每7 d统计1次，至7月10日结束；并分别于6月16日、6月23日、6月30日以及7月7日，在每小区随机选取6株水稻植株进行地上部分鲜重与干重测定。在水稻成熟收获时，每小区取10株进行考种并计算理论产量，同时，每小区取1 m2水稻测定实际产量。

于水稻移栽当天(5月31日)开始到晒田初期(6月28日)，每7 d取1次土壤水溶液进行测定，晒田中期取1次(7月12日)。具体方法为：将土壤取样器(长46 cm，直径 3.5 cm)埋入0～20 cm土层，用手持正负气压泵抽真空，3～5 h后将取样器中土壤水溶液倒入烧杯中，立即采用便携式数字化多参数分析仪(型号：HQ30d；生产商：美国哈希)测定pH、电导率与溶氧量。

1.4 数据分析

采用SPSS 17.0软件对试验数据进行统计分析，各指标不同处理间的统计差异采用Duncan法进行，使用Sigmaplot 12.0进行作图。

2 结果与分析

2.1 油菜秸秆不同处理方式下水稻秧苗生长情况

从水稻秧苗移栽10 d后到晒田开始以前，油菜秸秆翻埋还田处理下的秧苗僵苗现象比较明显，晒田以后逐渐得到缓解。总体上看，不同秸秆还田方式下水稻分蘖数随着生育进程的推移逐渐增多，在晒田初期基本达到稳定(图1A)。在水稻整个分蘖过程中，整体表现为秸秆不还田处理(RR)下分蘖数最多，但其与秸秆覆盖处理下(RM)的分蘖数未达到显著差异；秸秆翻埋处理(RI)的分蘖数在晒田初期(7月3日)及其以前均显著低于RR与RM处理(P<0.05)，但到晒田中期(7月10日)各处理间分蘖数无显著差异。秧苗移栽后生长前期单株鲜重和干重变化趋势基本一致(图1B、C)；RR与RM处理各个调查时期单株鲜重与干重均没有显著差异，但RI处理的鲜重与干重在6月16日、6月23日均显著低于RR处理(P<0.05)，在6月23日显著低于RM(P<0.05)；晒田期的两次调查，各处理间鲜重与干重均无显著性差异，但RI处理的鲜重与干重在7月7日均高于RM与RR处理。

2.2 油菜秸秆不同处理方式下土壤性状变化情况

水稻移栽至晒田初期，油菜秸秆翻埋还田(RI)、覆盖还田(RM)以及不还田(RR)处理下土壤水溶液pH总体呈逐渐下降的趋势，晒田中期略有升高(图2A)；不同处理间土壤水溶液pH表现为RR>RM>RI，且在秧苗移栽后2周以内RI处理的pH显著低于RR(P<0.05)。土壤水溶液电导率的变化趋势则与pH变化情况相反，表现为秧苗移栽至晒田初期各处理整体呈上升趋势，晒田中期下降(图2B)；不同处理间土壤水溶液电导率表现为RI>RM>RR，且在秧苗移栽后2周以内RI处理的电导率显著高于RR与RM(P<0.05)。土壤水溶液溶氧量的变化趋势与pH类似，表现为秧苗移栽至晒田初期逐渐降低，各处理土壤水溶液溶氧量总体表现为RR>RM>RI(移栽时除外)，且在秧苗移栽后两周以内，RI处理显著低于RR(P<0.05)(图2C)；而晒田中期，各处理土壤水溶液溶氧量均上升，其中秸秆翻埋还田处理(RI)土壤水溶液pH值上升幅度较大，不同处理间表现为RI>RM>RR，但差异未达到显著值。

RR为秸秆不还田处理，RM为秸秆覆盖还田处理，RI为秸秆翻埋还田处理；图中小写字母为不同处理间显著差异水平(P<0.05)，下同RR is residue remove, RM is residue mulch and RI is residue incorporation. The lower-case letters indicate the significance at P<0.05 level. The same as below图1 油菜秸秆不同处理方式下水稻分蘖数(A)、植株鲜重(B)与干重(C)变化Fig.1 Dynamic of tiller number (A), fresh weight (B) and dry weight (C) of rice under different residue management

图2 油菜秸秆不同处理方式下稻田土壤水溶液pH(A)、电导率(B)及溶氧量(C)变化Fig.2 Dynamic of soil water pH (A), electrical conductivity (B) and dissolved oxygen (C) under different residue management

2.3 油菜秸秆不同处理方式下水稻产量及其构成因素分析

分析水稻产量及其构成(表2)可以看出，不同处理间水稻的有效穗数、千粒重均以油菜秸秆翻埋处理(RI)处理最高，但未与油菜秸秆覆盖还田(RM)及秸秆不还田处理(RR)形成显著差异；穗粒数以RM处理最高，不同处理间亦没有显著性差异；各处理间水稻理论产量和实际产量均以RR最高，分别为9701.5和9309.5 kg/hm2，但各处理间没有显著差异。

表2 油菜秸秆不同处理方式下水稻产量及其构成因素

3 讨 论

秸秆还田导致水稻僵苗的现象广泛存在[9]。前人研究表明，秸秆还田后水稻僵苗主要发生在移栽后10～20 d，主要表现为根系生长缓慢，返青、分蘖迟缓，分蘖少、植株长势弱[10]。本研究结果表明油菜秸秆翻埋还田后，水稻秧苗僵苗现象主要发生在秧苗移栽后10 d到晒田开始以前；油菜秸秆翻埋还田显著降低了水稻分蘖数、植株鲜重及干重。这些结论与前人研究较为一致。

已有文献关于秸秆还田对土壤pH的影响结论不一，有研究认为秸秆还田会导致土壤pH降低[5]，但也有报道表明添加秸秆残茬能在一定程度上改善酸化土壤[11]。秸秆还田对土壤pH值的影响主要取决于秸秆类型以及土壤特性，因此不同研究得出不同结果[12]。本研究结果显示，从水稻移栽到晒田初期，油菜秸秆还田与不还田处理都降低了土壤水溶液pH，特别是油菜秸秆翻埋还田处理pH下降幅度较大，在秧苗移栽两周内与秸秆不还田处理的pH差异达到显著。这可能是由于稻田处于淹水状态，土壤中有机质厌氧分解而产生大量有机酸，造成土壤水溶液pH值下降；而油菜秸秆翻埋还田处理能将秸秆充分混合到土壤中，秸秆快速腐解能向土壤释放更多的有机酸，造成土壤水溶液pH值下降幅度更大。前人研究表明土壤中有机酸的积累会对水稻秧苗生长发育产生不利影响[13-14]。同时，土壤pH变化能直接影响土壤中养分的有效性及微生物的活性[2]，这也可能是油菜秸秆翻埋还田导致水稻僵苗的原因。此外，土壤pH还能够影响土壤中亚铁、亚锰、氢氧化物及其硫化物的溶解度，进而影响各种还原性物质的数量，而还原性物质会对水稻产生一定的毒害作用，从而影响水稻生长[15]。总之，油菜秸秆翻埋还田可能导致土壤中有机酸的积累，进而造成土壤水溶液pH值降低幅度较大；有机酸本身可能会对水稻秧苗产生毒害作用，而pH值的降低可能进一步通过影响土壤养分的有效性、微生物的活性以及还原性物质的积累而间接造成水稻僵苗。

土壤电导率是土壤重要属性之一，包含了土壤养分与理化特性的丰富信息，是反应土壤质地、含水量、盐分、有机碳含量等土壤状况的重要指标[3]。本研究结果表明，从秧苗移栽到晒田初期，油菜秸秆还田与不还田处理条件下，土壤水溶液电导率总体呈上升趋势；但油菜秸秆翻埋还田条件下土壤水溶液电导率高于秸秆覆盖与秸秆不还田处理。这可能是由于油菜秸秆翻埋还田下，秸秆与土壤充分接触，秸秆快速腐解过程中向土壤水溶液释放更多的盐分。本研究结论与前人研究结果较为一致[6, 16]。土壤电导率与作物生长发育状况有一定的相关性[3]，电导率过低或过高均会抑制作物生长[17]。本研究中油菜秸秆翻埋还田下土壤水溶液电导率升高可能与水稻僵苗有一定关系，但其阈值范围与作用机理还需进一步研究。

水稻根系的生长及根系功能的发挥均为消耗能量的过程，需要大量的氧气。稻田土壤根际溶氧量与土壤氧化还原电位、pH值、微生物活性及营养有效性等密切相关[4]。本研究结果显示，从秧苗移栽到晒田初期，油菜秸秆还田与不还田处理，土壤水溶液溶氧量均呈下降趋势；但油菜秸秆翻埋还田处理条件下土壤水溶液溶氧量下降幅度更大。这可能是相较于油菜秸秆覆盖还田与秸秆不还田处理，秸秆翻埋使与土壤充分接触的有机物增加，有机物快速腐解过程中消耗了更多的氧气。晒田期间，油菜秸秆翻埋还田处理的溶氧量高于秸秆不还田与秸秆覆盖处理，这可能是由于秸秆翻埋还田改变了土壤的物理结构[18-19]，晒田期间的无水状态下土壤通气性更好，土壤水溶液溶氧量快速回升。长时间的低氧环境会引起土壤还原性有毒物质的积累，毒害作物根系，影响作物生长[7]。油菜秸秆翻埋还田条件下土壤水溶液溶氧量的降低可能是引起水稻僵苗的又一重要因素。

综上所述，油菜秸秆翻埋还田条件下，土壤水溶液pH、电导率及溶氧量的变化可能是引起水稻僵苗的重要原因。然而，尽管油菜秸秆翻埋还田影响了水稻前期生长，但其并未显著降低产量。一般认为，秸秆全量翻埋还田前期抑制水稻生长，而中后期促进其生长，产量的增减则是前后期生长情况综合平衡的结果[8]。本研究不同处理在晒田期间水稻植株分蘖、鲜重与干重均无显著性差异，表明水稻僵苗得到缓解，这可能是水稻最终产量未受显著影响的主要原因。

4 结 论

油菜秸秆翻埋还田后，水稻秧苗僵苗现象主要发生在秧苗移栽后10 d到晒田开始以前，秧苗分蘖数、植株鲜重及干重较秸秆覆盖与秸秆不还田处理均降低。水稻移栽至晒田初期，油菜秸秆翻埋还田与油菜秸秆覆盖还田以及秸秆不还田相比较，降低了土壤水溶液pH与溶氧量同时增高了电导率；特别是秧苗移栽后2周之内，油菜秸秆翻埋还田条件下土壤水溶液pH、溶氧量及电导率与秸秆不还田处理均达到了显著水平。不同处理间水稻有效穗数、穗粒数、千粒重及产量没有显著性差异。油菜秸秆翻埋还田下土壤H、电导率和溶氧量的变化可能是引起水稻僵苗的重要原因，但对水稻产量及其构成因素没有显著影响。

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(责任编辑 李 洁)

Effect of Rape Residue Incorporation on Rice Seedling Growth and Soil Properties

HUANG Jing, WANG Xue-chun*，WANG Hong-ni, REN Pin-an, TAO Shi-shun

(School of Life Science and Engineering, Southwest University of Science and Technology, Sichuan Mianyang 621010, China)

This study aims to explore the factors which stunt the growth of rice seedlings after rape residue incorporation to paddies. Based on field experiment, the agronomic traits of rice seedlings after transplant and soil properties (pH, electrical conductivity and dissolved oxygen) under rape residue incorporation were assessed and compared with those under residue mulch (RM) and residue remove (RR). The relationship between the agronomic traits of rice seedlings and soil properties also has been analyzed. Results showed that:(i)Residue incorporation (RI) negatively affected tiller number, fresh weight and dry weight of rice seedlings compared to that under residue remove (RR) and residue mulch (RM);(ii)From the date of rice transplant to the early period of field drying, RI lowered soil pH and dissolved oxygen but increased electrical conductivity;(iii)There is no significant difference for effective panicle number, grain number per panicle, 1000-grain weight and yield under different residue management. The results indicated that the change of soil properties may have important contribution to the adverse impact of rape residue incorporation on rice seedlings, but it did not show significant reduction on grain yield.

Stunty rice seedlings; pH; Electrical conductivity; Dissolved oxygen

1001-4829(2016)08-1908-05

10.16213/j.cnki.scjas.2016.08.028

2016-01-15

国家“十二五”科技支撑计划重大项目“国家粮食丰产科技工程”(2013BAD07B13)；绵阳市科技局项目(2015NZ0083)；西南科技大学博士基金(14zx7158)

黄 晶(1987-)，女，四川西充人，讲师，博士，主要从事作物高产高效栽培与农田生态健康研究，E-mail: huangjing@cau.edu.cn，Tel: 0816-6089529,*为通讯作者，E-mail: xuechunwang@swust.edu.cn。

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