长期秸秆还田与耕作方式对水稻产量及品质的影响

王子阳 陈婉华 袁伟 周正萍 刘世平

（扬州大学/江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省作物栽培生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心，江苏 扬州225009；第一作者：1106118343@qq.com；*通讯作者：spliu@yzu.edu.cn）

一直以来，我国的粮食产量都保持在较高的水平，其中水稻产量占到了近1/3，但化肥农药过度使用、水土流失等问题依旧突出[1]。免耕是一种对环境友好、对土壤结构破坏较小的耕作方式[2]，同时具有轻简方便、省工节本的优点[3]。我国秸秆资源十分丰富，2017年我国可利用的秸秆总量为8.27亿t，玉米、水稻、小麦三大粮食作物秸秆占全国秸秆资源总量的84.8%[4-5]。由于农村劳动力资源十分紧缺，农民为节约工时，对于农作物收获时所产生的秸秆往往一烧了之[6]。2019年“中央一号文件“提出，要推进秸秆资源化利用。秸秆还田是目前处理秸秆的主要方式之一。还田秸秆腐解后会产生大量的氮、磷、钾、中微量元素和有机物质[7-9]。秸秆还田还能提高0～10 cm土层的有机碳和腐殖质含量[10]，从而提高土壤肥力水平，对作物生长有一定促进作用。合理利用秸秆资源将进一步减少我国化肥用量，实现化肥、农药零增长的目标。秸秆还田是近年来的研究热点，研究成果较多，但多集中在秸秆还田对土壤培肥、理化性质及秸秆还田量与还田方式等方面，对水稻生长发育、产量、品质等方面的研究也不少，但秸秆还田结合不同耕作方式，且有10年以上的定位研究较少。本试验在稻麦两熟区长期秸秆还田和耕作方式定位试验的基础上，于2018—2019年进行了秸秆还田与不同耕作方式对水稻产量及品质的影响研究，为稻麦两熟区秸秆还田和水稻高产优质高效栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验于2018—2019年在扬州大学试验田（32°39′N，119°42′E）进行。该试验田稻麦两熟，于2001年开始有关不同耕作方法与秸秆还田的定位试验。该地区属亚热带湿润气候区，年平均温度13.2℃～16.0℃，降雨量800～1200 mm，日照时数2 000～2 600 h，无霜期220～240 d。试验田土壤为砂壤土，试验初土壤有机质含量14.66 g/kg、碱解氮87.9 mg/kg、速效磷30.8 mg/kg、速效钾75.5 mg/kg。前茬作物小麦，试验采用的水稻品种为南粳9108。

1.2 试验设计

试验共设6个处理：NTS，连续免耕+秸秆覆盖还田，播种方式为直播，稻麦两季秸秆还田量均为4 500 kg/hm2；RNT1，麦季翻耕，稻季免耕直播，两季秸秆还田量均为3 000 kg/hm2；RNT2，麦季免耕，稻季翻耕移栽，两季秸秆还田量均为3 000 kg/hm2；CTS，翻耕+秸秆还田，移栽，两季秸秆还田量均为4 500 kg/hm2；MTS，少耕+秸秆减量还田，两季秸秆还田量均为3 000 kg/hm2；CT，对照，两季均为翻耕，秸秆不还田。

小区面积50 m2，每个处理设置3次重复，各小区随机排列，小区间用田埂隔开。移栽处理水稻5月25日开始育秧，6月15日进行移栽，采用直播的NTS、RNT1处理于6月5日播种。试验田每hm2施尿素245 kg、过磷酸钙600 kg、氯化钾120 kg作基肥，试验过程中施尿素245 kg作追肥。

表1 长期秸秆还田与耕作方式对水稻上3叶叶绿素含量（SPAD值）的影响

1.3 测定项目及方法

1.3.1 叶片SPAD值

在水稻抽穗期和抽穗后20 d用SPAD-502型叶绿素仪测定上3叶（功能叶）的相对叶绿素含量，每个小区随机选定10株。

1.3.2 产量构成因子

在水稻成熟期进行割方测定实际产量，同时调查单位面积穗数，取样测定每穗实粒数，晒干后测定千粒重，计算理论产量。

1.3.3 稻米品质测定与评价

水稻收获晒干放置3个月后测定稻米的糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白度、蛋白质含量等指标。采用澳大利亚New Scientific公司的Super 3型快速粘度分析仪测定峰值粘度、热浆黏度、崩解值、最终黏度、消减值等淀粉糊化特性（RVA）指标，并用配套的TCW分析软件进行分析。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件对数据进行处理，采用SPSS 16.0统计分析软件对数据进行差异显著性检验（LSD法，α=0.05）。2年试验结果趋势基本一致，本文主要以2018年数据作分析。

2 结果与分析

2.1 长期秸秆还田与耕作方式对水稻上3叶SPAD值的影响

从表1可以看出，在抽穗期至抽穗后20 d，各处理上3叶的SPAD值差异不显著。但总体上看，NTS和CTS处理的上3叶SPAD值要高于对照（CT），尤其是剑叶，在抽穗20 d后，免耕和翻耕秸秆还田处理SPAD值依然保持在一个较高的水平。说明秸秆还田能使水稻在抽穗期维持较高的氮素供应，减缓了功能叶片的衰老。与CT相比，NTS和CTS处理提高了水稻后期叶片的光合能力，满足了水稻在抽穗期的营养需求。

2.2 长期秸秆还田与耕作方式对水稻产量及产量构成因子的影响

从表2可见，2年水稻的实际产量都是NTS处理最低，MTS处理最高，CTS和MTS显著高于CT，免耕处理低于翻耕处理。NTS处理产量比CT低10.9%～11.8%，CTS处理产量比CT增加6.9%～14.8%。另外，稻季翻耕的RNT2处理的实际产量高于稻季免耕的RNT1处理，免耕直播水稻平均减产4.8%。

表2 长期秸秆还田与耕作方式对水稻产量及产量构成因素的影响

2.3 长期秸秆还田与耕作方式对稻米品质的影响

2.3.1 长期秸秆还田与耕作方式对稻米加工品质的影响

从表3可见，免耕直播秸秆还田处理稻米的加工品质有所改善。RNT1与NTS处理的糙米率及精米率要高于CT处理及CTS处理，且NTS处理最高，总体来看，免耕直播处理的糙米率及精米率比翻耕处理均有所提高。在整精米率方面，CTS与MTS处理显著高于其他处理，其中，CTS处理比CT提高18.1%，翻耕和少耕秸秆还田提高了整精米率。

表3 长期秸秆还田与耕作方式对水稻加工品质的影响

2.3.2 长期秸秆还田与耕作方式对稻米蒸煮食味品质和外观品质的影响

由表4可以看出，除MTS处理外，其他处理的蛋白质含量均比CT有所上升，但差异不显著，其中NTS处理比CT提高了5.9%。NTS处理的垩白粒率显著低于其他处理，但其垩白大小要显著高于其他处理。MTS与CTS处理的垩白粒率、垩白大小及垩白度都显著低于CT。另外，除MTS处理外，其他处理的胶稠度显著低于CT，NTS处理的胶稠度为各处理最低。

表4 长期秸秆还田与耕作方式对水稻外观品质和蒸煮食味品质的影响

表5 长期秸秆还田与耕作方式对稻米RVA谱特征值的影响

2.3.3 不同处理对稻米RVA谱特征值的影响

淀粉糊化特性反应了稻米品质的优劣。由表5可知，RNT1与NTS处理的峰值黏度低于翻耕处理，热浆黏度也低于除CTS外的其他翻耕处理，RNT1与NTS处理的崩解值低于翻耕处理，消减值高于翻耕处理，说明免耕直播水稻有使稻米食味品质变劣的趋势。RNT2、CTS与MTS处理的崩解值高于CT，消减值低于CT，“翻耕+秸秆还田”使稻米食味品质得到改善。

3 结论与讨论

保护性耕作方式能有效提高水稻产量[11-12]。严奉君等[13]研究结果显示，在不同肥力水平下，与不进行秸秆覆盖的处理相比，采用秸秆覆盖的处理，其水稻产量与有效穗数均显著提高。袁玲等[11]进行了长达10年的长期定位试验，其研究结论显示，秸秆还田提高了水稻的有效穗数、每穗实粒数、千粒重及实际产量。陈新红等[14]研究表明，当秸秆还田量在6 000 kg/hm2时，2个不同水稻品种的产量较不还田处理分别提高了3.1%和11.8%，每穗粒数相比于秸秆不还田处理显著增加，分别提高了12.4%和16.1%。本研究也显示，相比于秸秆不还田处理，4 500 kg/hm2麦秸秆还田处理实际产量增加14.8%，有效穗数与实粒数显著提高，但千粒重有所下降。同时，本研究也发现，同样的秸秆还田条件下，不同耕作方式之间也有差异，采用免耕直播的处理，产量要低于翻耕处理，且差异显著。另外，“连续免耕+秸秆还田”处理（NTS）的实际产量要显著低于其他处理，比对照（CT）低11.8%。这与李朝苏等研究结果相似[15]。另外，从产量构成因素来看，“连续免耕+秸秆还田”处理（NTS）的实粒数显著低于其他处理，这可能是由于免耕条件下，土壤较硬，影响了直播水稻根系的下扎，加上前季作物的残茬及秸秆附于土壤表面，对于水稻生长来说条件不如翻耕处理。另外，秸秆和残茬腐解前期争氮现象明显，导致前期水稻的氮素水平较低，影响了水稻的生长，从而减少了颖花量，导致实粒数下降。

关于连续免耕与秸秆还田对稻米品质影响，本研究发现，相比于秸秆不还田处理，秸秆还田处理提高了水稻的糙米率、精米率和整精米率，降低了垩白粒率。另外，“免耕+秸秆还田”处理（NTS）比“翻耕+秸秆还田”处理（CTS）显著增加了糙米率及精米率，同时显著降低了垩白粒率，但整精米率却有所下降，垩白大小及垩白度也有一定程度增加。这可能是由于“免耕+秸秆还田”处理的叶片叶绿素含量较高，光合能力强，同时由于免耕直播处理的水稻穗粒数低于其他处理，能较好的满足源库需求，垩白大小和垩白度的增加可能是整精米率下降的一个原因。薛亚光等[16]研究结果也显示，秸秆还田能增加水稻的整精米率，但对糙米率和精米率影响并不显著，另外，与麦秸秆不还田的对照相比，麦秸秆还田显著降低了稻米的垩白粒率和垩白度，稻米的加工品质得到改善。季红娟等[17]研究发现，秸秆还田在一定程度上改善了稻米的蒸煮食味品质，秸秆还田处理的RVA图谱中的崩解值比秸秆不还田处理有所增大、消减值减小，与本研究的结果基本相同。因此，本研究认为，免耕直播水稻稻米加工品质有所改善，但有使稻米蒸煮食味品质变劣的趋势。

对于秸秆还田能改善稻米品质的原因，也有研究者认为是土壤中某些酶的活性对其品质影响较大，其中，蛋白酶和磷酸酶与稻米品质显著相关，而秸秆还田能显著提高土壤中的蛋白酶与磷酸酶活性[18]。

综上，根据我们的研究，长期秸秆还田能够提高水稻产量、改善稻米品质，但不同的耕作方式之间却有所差异，长期免耕+秸秆还田会造成水稻产量减产，某些品质指标变劣，其原因还需更全面、多角度的去分析论证。