耕作方式对双季机插水稻产量和土壤理化性质的影响

吴建富，曾研华，赵新帆，范呈根，潘晓华，石庆华



耕作方式对双季机插水稻产量和土壤理化性质的影响

吴建富1,2，曾研华1，赵新帆1,2，范呈根1,2，潘晓华1，石庆华1

(1.江西农业大学作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室，江西 南昌 330045；2.江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室，江西 南昌 330045)

2011—2015年，分别以中嘉早17和五丰优T025为早、晚稻材料，在大田定位试验条件下，比较传统翻耕(CT)、机械旋耕(RT)对双季机插水稻产量、根系、土层分布和土壤容重、总孔隙度、非毛管孔隙度、田间持水量、土壤养分的影响。结果表明：处理CT和RT早、晚稻季产量、年均产量和年度间产量变异系数差异均不明显，处理CT早、晚稻根系的干质量显著高于处理RT，增幅分别为7.0%～22.8%和4.0%～15.1%(<0.05)；早、晚稻处理CT土层0～10 cm、>10～20 cm的根系干质量均大于处理RT；处理CT土层0～10 cm的土壤容重、总孔隙度和通气孔隙度与RT的差异均不显著，而处理CT土层>10～20 cm的土壤容重显著低于处理RT的，降幅为6.5%～8.9%(<0.05)；处理CT的总孔隙度和通气孔隙度显著高于处理RT的，增幅分别为6.7%～8.8%和6.2%～8.1%(<0.05)；处理CT土层0～10 cm和>10～20 cm的田间持水量显著高于处理RT，增幅分别为5.4%和13.4% (<0.05)；2个处理土层0～10 cm土壤有机质、全氮含量差异不明显，但处理CT土层>10～20 cm土壤有机质和全氮含量均显著高于处理RT，增幅分别为8.9%～9.2%和9.0%～15.2%(<0.05)；土壤有效氮、磷、钾含量的变化趋势与有机质含量变化相似。

双季稻；耕作方式；机插；产量；土壤理化性质

稻田耕作是农业生产的一个重要环节。不同的耕作方式对土壤的扰动强度和作用强度不同，因而对土壤理化与生物性状影响不一，进而影响作物生长发育和产量。前人研究[1–5]表明，合理的土壤耕作方式能够改善土壤的理化和生物学性状，促进作物生长发育并提高产量。随着农村劳动力转移和农业机械化的快速发展，小型机械耕作已成为当前作物生产上普遍采用的土壤耕作方式。有研究[6–7]表明，连续采用小型机械耕作易导致农田耕作层变浅、土壤紧实，严重阻碍了作物根系的生长和产量的提高。但也有研究指出，旋耕处理第1年的水稻产量高于翻耕处理，第2年和第3年的产量则基本持平[8]，连续2年旋耕，早、晚稻的产量与翻耕处理相比差异不显著[9]，土壤质量表现为旋耕处理好于翻耕处理[10]。前人关于耕作方式对水稻产量和土壤理化性质影响的研究已有很多报道，但因试验周期、研究对象和栽培方式等不同，研究结果也并非完全一致。本研究通过5年(2011—2015年)大田定位试验，系统比较了传统翻耕(牛耕)和机械旋耕2种不同的耕作方式对双季机插水稻根系的生长与分布、产量和不同层次土壤理化性质的影响，旨在为南方稻区土壤合理耕作和水稻高产栽培提供理论依据和技术指导。

1　材料与方法

1.1　材料

供试早、晚稻品种分别为中嘉早17和五丰优T025。供试土壤为第四纪红黏土发育的水稻土。试验前田块为冬闲，耕作层土壤基本理化性质如下：有机质含量为34.16 g/kg，全氮含量为1.67 g/kg，碱解氮含量为126.00 mg/kg，速效钾含量为117.90 mg/kg，有效磷含量为24.34 mg/kg，pH值为5.50。

1.2　试验设计

2011—2015年，在江西省进贤县温圳镇杨溪村江西农业大学水稻试验基地进行田间定位试验。设2个处理：传统翻耕(CT)，即用牛翻耕田，一犁一耙，牛耕层深度为16～18 cm；机械旋耕(RT)，采用江西农户普遍使用的DF–121 型手扶拖拉机进行旋耕，旋耕深度为13～15 cm。为便于机械作业，本研究采用大区对比方式，每个处理面积为1 360 m2，取样时将每个大区等分为 3 个取样小区，形成大区内重复。本研究除耕作方式不同外，其他管理措施保持一致。各处理氮、磷、钾养分相等，早、晚稻施纯N量均为150 kg/hm2，N、P2O5和K2O的质量比为1∶0.45∶0.9。氮肥按照基肥、分蘖肥、穗肥质量比5∶2∶3施用，钾肥按照分蘖肥、穗肥质量比7∶3施用；磷肥一次性作基肥施用；化肥用尿素、钙镁磷肥和氯化钾。水稻采用联合收割机收获后稻草全部移出稻田，土壤耕作耙平后沉实 2 天后，采用东洋PF–455S 型插秧机进行机插，栽插密度为13.3 cm×30.0 cm。采用塑盘育秧，早稻于3月23—25日播种，4月17—19日移栽，7月12—16日收获；晚稻6月25—30日播种，7月22—27日移栽，10月26—28日收获。

1.3　测定指标与方法

2012—2014年，于早、晚稻成熟期每处理调查100蔸有效穗，各选取穗数相同的稻株5 蔸，采用土柱法(取样直径20 cm )，按0～10 cm、＞10～20 cm土层用铁锹挖取水稻根系，测定根系干质量。2013—2014年，于晚稻成熟期每处理按5点法分别采取0～10 cm、＞10～20 cm 土层土壤样品，供土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量测定。土壤养分均按常规分析法测定[11]。2014—2015年，于晚稻收割前1 天，采用环刀法[12]测定耕作层0～10 cm和＞10～20 cm土壤容重、总孔隙度、非毛管孔隙度和田间持水量。成熟期，每小区调查100 穴有效穗，按平均数法 5 点取样，每点 1 穴，考察穗粒结构。每个小区实割 200蔸水稻后脱粒测定实际产量。

1.4　数据处理

数据采用Excel 2007和DPS 7.05软件进行统计分析；利用Duncan新复极差法(LSR)进行显著性检验。

2　结果与分析

2.1　不同耕作方式对双季机插稻产量及其构成因素的影响

5年定位试验结果(表1)表明，无论是早稻还是晚稻，处理CT、RT的季产量、年产量和年均产量虽有一定的差异，但处理间差异均不显著。处理CT年度间产量的变异系数小于处理RT，但差异不明显。产量构成因素中，早、晚稻CT与RT处理的差异性均不显著(表2)，说明中长期连续机械旋耕与传统翻耕对双季机插稻的产量及其构成因素均无显著影响，但传统翻耕有利于双季机插稻稳产。

表1　不同耕作方式下双季机插水稻的产量

表2　不同耕作方式对机插稻产量构成因素的影响

数据为5年平均值。

2.2　不同耕作方式对双季机插水稻根系干质量及其剖面分布的影响

表3表明，处理CT早、晚稻根系的总干质量大于RT，增幅分别为7.0%～22.8%和4.0%～15.1%，差异显著。处理CT根系在土壤剖面0～10 cm、＞10～20 cm的分布均大于处理RT，处理CT 0～10 cm土层的根系干质量显著高于处理RT。说明旋耕不利于水稻根系生长及向深层土壤伸展。

表3　不同耕作方式下水稻根系的干质量

同一列中不同字母表示同一年份、同一季别中不同处理间差异达到显著水平(＜0.05)。

2.3　不同耕作方式对土壤肥力的影响

2.3.1对土壤物理性质的影响

由表4可以看出，不同耕作方式下土壤容重、总孔隙度和通气孔隙度2年的变化趋势基本一致。处理CT耕作层0～10 cm的土壤容重、总孔隙度和通气孔隙度与处理RT差异均不显著；而处理CT土层＞10～20 cm的土壤容重显著低于处理RT，降幅为6.5%～8.9%；处理CT总孔隙度和通气孔隙度显著高于处理RT的，增幅分别为6.7%～8.8%和6.2%～8.1%。各处理耕作层0～10 cm的土壤容重显著低于＞10～20 cm土层，而总孔隙度和通气孔隙度则相反。说明连续旋耕明显增加了耕作层以下土壤的紧实度，降低了土壤的通气性。相同处理不同深度土层的田间持水量差异显著；处理CT 0～10 m和＞10～20 cm土层的田间持水量均大于处理RT，增幅分别为5.4%和13.4%，且差异显著，说明稻田连续旋耕易降低土壤的持水能力。

表4　不同耕作方式下土壤的容重和田间持水量

不同字母表示同一年份不同处理之间差异达显著水平(＜0.05)。

2.3.2对土壤养分的影响

连续2年对土壤养分测定结果(表5)显示，不同耕作方式对土壤养分含量及其在土层中的分布有很大的影响。土层0～10 cm的土壤有机质和全氮含量，处理CT和RT间的差异不显著，而土层＞10～20 cm的土壤有机质和全氮含量，处理CT的均显著高于处理RT，增幅分别为8.9%～9.2%和9.0%～15.2%。土层0～10 cm土壤有机质和全氮含量均显著高于土层＞10～20 cm，处理CT增幅分别为31.3%～39.6%和40.9%～54.3%；而处理RT增幅分别为19.2%～39.4%和39.4%～54.3%。不同土层土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量的变化趋势与有机质、全氮含量的变化相似。说明连续旋耕不利于土层＞10～20 cm土壤养分的积累。

表5　不同耕作方式下土壤的养分含量

不同字母表示同一年份不同处理间差异达显著水平(＜0.05)。

3　结论与讨论

耕作方式对水稻产量的影响程度与耕作年限[13]、水稻栽插方式[9,14]、施肥结构[15–16]等因素密切相关。汤文光等[17]研究指出，耕作措施主要影响0～10 cm 耕层土壤性状，翻耕和旋耕均提高了稻田土壤养分含量；汤军等[9]通过2年试验发现，稻田旋耕与翻耕处理对机插早、晚稻产量的影响不明显；徐尚起等[10]通过连续５年定位试验研究耕作方式对双季稻产量的影响，发现翻耕处理的产量高于旋耕处理。朱利群等[16]研究表明，耕作方式对水稻产量的影响还与秸秆是否还田等因素有关。本研究结果表明，在双季机插条件下，传统翻耕和机械旋耕对早、晚稻季产量和年均产量的影响不显著，而年度间产量变异系数呈机械旋耕大于传统翻耕的趋势，说明传统翻耕有利于双季机插水稻稳产。姚秀娟[8]研究认为，稻田长期旋耕会破坏土壤结构，导致通透性变差，不利于水稻生长。本研究结果表明，连续旋耕明显增加了耕作层以下土壤的紧实度，降低了土壤的通气性和土壤的持水能力。整个生育时期，传统翻耕的早、晚稻的根系总干质量显著高于机械翻耕，增幅分别为7.0%～22.8%和4.0%～15.1%。根系在土壤剖面0～10、>10～20 cm的分布均呈CT大于RT的趋势。处理CT土层>10～20 cm土壤有机质和全氮含量均显著高于处理RT，增幅分别为8.9%～9.2%和9.0%～15.2%。土壤有效氮磷钾养分的变化趋势与有机质变化趋势一致，连续旋耕不利于土层10～20 cm土壤养分的积累。

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责任编辑：尹小红

英文编辑：梁和

Effects of tillage methods on yield of double cropping rice with machine–transplanted and soil physical-chemical properties

WU Jianfu1,2, ZENG Yanhua1, ZHAO Xinfan1,2, FAN Chenggen1,2, PAN Xiaohua1, SHI Qinghua1

(1.Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Genetic Breeding, Ministry of Education, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China; 2.Ecology Key Laboratory of Poyang Lake Watershed Agricultural Resource and Ecology in Jiangxi Province, Nanchang 330045, China)

Localized experiments were conducted in paddy field with double cropping system during 2011–2015 to study the effects of conventional tillage(CT) and rotary tillage(RT) on yield，root dry weight and distribution, and the soil fertility indexes, such as density, porosity, field capacity and nutrient were simultaneously determined in this study. Results showed that there were no significant difference on the coefficient of variation of the season yield, average year yield and inter–year yield between CT and RT. The root total dry weights of early and late rice of CT were 7.0%– 22.8% and 4.0%–15.1% (<0.05) higher than those of RT, respectively; the root dry weight in the layer of 0–10 cm and >10–20 cm of CT was greater than that of RT; the soil density and porosity in the layer of 0–10 cm were not significant different between CT and RT, while the soil density of CT in the layer of >10–20 cm was 6.5%–8.9%(<0.05)lower than that of RT; the aeration porosity and total porosity of CT were 6.7%–8.8% and 6.2%–8.1% (<0.05) higher than those of RT, respectively; the field capacities in the layer of 0–10 cm and >10–20 cm of CT were 5.4% and 13.4% (<0.05) higher than those of RT, respectively; the soil organic matter and total N in the layer of 0–10 cm were not significant different between CT and RT, while the contents of soil organic matter and total N in the layer of >10–20 cm of CT were 8.9%–9.2% and 9.0%–15.2% (<0.05) higher than those of RT, respectively; the change trends of contents of soil alkaline hydrology N，available P and available K were similar to organic matter.

double cropping rice; tillage method; machine–transplanted; grain yield; soil physical and chemical properties

S511.4+2

A

1007-1032(2017)06-0581-05

2017–04–12

2017–10–21

国家自然科学基金资助项目(31660596，31460540)；国家“十二五”科技支撑计划项目(2013BAD07B12)；国家科技支撑计划循环农业科技工程项目(2012BAD14B14)

吴建富(1967—)，男，江西新干人，博士，教授，主要从事土壤肥料与作物养分管理及高产栽培技术研究，wjf6711@126.com

投稿网址：http://xb.hunau.edu.cn