稻麦周年不同秸秆还田方式对水稻产量及品质的影响

吴晶晶 张斯梅 顾东祥 顾克军

（江苏省农业科学院，南京210014；第一作者:jjwu＠jaas.ac.cn；*通讯作者:gkjjaas＠163.com）

近年来，随着育种、耕作及农业机械化等农业生产技术的不断进步，水稻、小麦和玉米等作物产量稳步增长[1]，秸秆数量也随之递增。2016年，我国农作物秸秆总产量高达81 565.30万t，其中水稻、小麦、玉米秸秆量所占比例达77.78%[2]。农作物秸秆还田是解决我国当前作物秸秆不当处理所引起的环境问题和资源浪费问题的重要途径之一。研究表明，不同条件下秸秆还田对土壤环境、微生物群落、作物生长等均有不同程度的影响，从而最终作用于农作物产量和品质[3-5]。李继福等[7]在江汉平原的研究显示，麦秸全量还田能提高水稻产量5.0%。HUANG等[8]通过Meta分析2013年以前112篇文章中的数据得出，在中国作物秸秆还田能够显著增加水稻产量，增幅为5.2%。

大田秸秆还田通常需以耕作方式为依托，通过大型农机器具来实现。生产上作物秸秆直接还田方式主要包括免耕覆盖还田、旋耕还田、耕翻还田3种。在东北玉米连作区以秸秆深翻还田处理产量最高，比对照和覆盖还田分别增产5.3%和10.0%，且在产量构成中，收获穗数不同是各处理间产量差异的主要因素[9]。在湖北稻麦轮作区，秸秆粉碎翻压还田处理水稻产量和养分积累量高于秸秆覆盖还田[10]。秸秆还田方式的不同主要表现为还田深度的不同，一般深翻处理是将秸秆翻至20～30 cm土层，旋耕还田深度为10～15 cm。江苏稻麦轮作区的稻麦两季作物，哪种还田方式较优？季节循环过程中，哪种还田模式最好？单季还还是双季还？是近年来一直困扰农民的突出问题。本文以淮北稻麦轮作区为背景，研究讨论了稻麦周年不同秸秆还田方式与模式对水稻季产量及品质的影响，以期为稻麦轮作区因地制宜实施秸秆合理还田提供依据。

1 材料与方法

试验于2019年和2020年在江苏省泗洪县石集镇基地（118°27′E，33°37′N）进行。该基地属暖温带季风气候，年均气温14.6℃，年均降水量893.9 mm，年均日照总时数2 326.7 h；土壤无污染，0～10 cm土层含全氮1.45 mg/kg、速效磷35.04 mg/kg、速效钾83.4 mg/kg。

1.1 供试材料与试验设计

供试品种为优香粳。试验设置2个主处理，旋耕（rotary tillage，R）与耕翻（plowing,P）；4个副处理，分别为双季秸秆均不还田（no straw returning,N），双季秸秆均全量还田（straw returning in double seasons,D），稻季秸秆还田（rice straw returning,R），麦季秸秆还田（wheat straw returning,W）。共8个大区处理：旋耕+不还（RN），旋耕+双还（RD），旋耕+稻还（RR），旋耕+麦还（RW），耕翻+不还（PN），耕翻+双还（PD），耕翻+稻还（PR），耕翻+麦还（PW）。每个大区占地667 m2。周年肥料用量为：麦季总氮16 kg/667 m2，稻季总氮18 kg/667 m2，氮磷钾比例1∶0.5∶0.5（复合肥+尿素）。水稻基蘖肥∶穗粒肥=6∶4，小麦基肥∶追肥=5∶5，其他按照大田正常管理方式进行。旋耕和耕翻由大型机械进行，旋耕深度10～12 cm，耕翻深度25 cm左右。

1.2 测定项目及方法

水稻成熟期每处理取9个点，按照1 m×1 m样方取穗子，计数每m2穗数，晒干脱粒后计算实际产量。每个大区取3株考种，考查穗长、穗质量、穗粒数、结实率、千粒重等。风干稻谷置于室温下3个月后进行加工，测定稻米品质。精米率、整精米率、垩白粒率、垩白度和碱消值按照GB/T17891-1999和NY 147-88方法测定，蛋白质含量、直链淀粉含量、胶稠度用米饭食味仪（佐竹，日本）测定。RVA谱采用谷物黏度仪（Perten，瑞典）测定。

1.3 数据处理

采用Excel 2013和SPSS 16.0软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同秸秆还田方式与模式下水稻产量的差异

2019年定位试验结果（图1）显示，在周年不同秸秆还田方式与模式处理下，水稻的产量在主处理旋耕和耕翻间没有达到显著差异，在4个副处理间的差异也没有达到显著水平。但是由图1可看出，在旋耕处理下，各副处理的产量较为均衡，而在耕翻处理下，不同还田模式间差异显著。PD处理产量最高，而PN处理产量最低。说明在耕翻方式下，与不还相比，双还处理显著提高了水稻产量。2020年的产量数据（图1）显示，旋耕主处理下，还田模式间没有显著差异，而在耕翻处理下，各还田模式间的差异较为显著。其中，不还处理水稻产量最低，稻还处理产量最高。

2.2 不同还田方式与模式下水稻产量构成分析

从表1可见，2019年水稻产量在还田方式与模式间没有显著差异。2019年定位试验结果显示，周年不同秸秆还田方式与模式处理下，水稻产量在主处理和副处理间没有显著差异，还田方式与模式间也不存在互作。但如表1所示，在有效穗数、单穗质量、穗长、每穗粒数以及一次枝梗数、二次枝梗数间，存在还田方式与模式间的互作，同样，千粒重在还田方式与模式间也存在互作。

与2019年相比，2020年水稻产量在还田方式与模式间表现互作。有效穗数在主副处理间存在互作，以旋耕处理下不还田处理有效穗数最多（图2），达410.38×104/hm2，稻还田处理最少，仅365.00×104/hm2；而在耕翻处理下，不还田与稻还田处理的有效穗数分别为372.25×104/hm2和415.13×104/hm2，与旋耕处理下的趋势相反。单穗质量在还田方式与模式间存在互作，且在还田模式间有极显著差异，秸秆不还田处理单穗质量最小。穗长与穗粒数在方式与模式间同样存在互作，在不同模式间差异显著，耕翻下以稻还田最大。一次枝梗数在方式与模式间存在互作，在还田模式间存在显著差异，其中不还田模式下最低。二次枝梗数在主副处理间存在互作，耕翻下以稻还田处理最高。结实率在还田方式间存在极显著差异，耕翻处理的结实率为96.45%，显著高于旋耕处理（94.96%）（表1）。

图2 2020年不同秸秆还田方式与模式下水稻有效穗数

表1 不同秸秆还田方式与模式下水稻产量构成

2.3 不同还田方式与模式下稻米品质分析

从表2、表3可知，2019年稻米品质的各个参数在还田方式与还田模式间没有显著差异。垩白度和RVA参数的冷胶黏度在还田方式与模式间存在互作关系。而在2020年，同样的试验，则在一些参数上表现出差异。RD处理稻米透明度显著低于其他处理。碱消值在不同还田模式间差异显著，稻还田处理最低。直链淀粉含量在不同还田模式间存在显著差异，稻还田处理和麦还田处理明显高于不还田处理，还田方式与模式间存在互作。垩白粒率在还田方式间有显著差异，旋耕处理（2.33%）显著高于耕翻处理（1.25%）。

表2 不同秸秆还田方式与模式下水稻加工及外观品质

淀粉糊化特性反映了稻米品质的优劣。RVA值中的多数参数在还田模式间有显著或极显著差异。崩解值在还田方式与模式间存在互作，且还田模式间存在极显著差异，耕翻下麦还＞不还＞稻还和双还。峰值黏度在还田模式间存在极显著差异，麦还田处理最小。回冷值在主副处理间存在互作，且不同还田模式间存在显著差异。冷胶黏度在还田方式、还田模式间均存在显著差异，且主副处理间有互作，耕翻下麦还田处理最小，为178.67。热浆黏度在方式与模式间有互作，且在还田模式间也存在极显著差异，表现为双还、稻还＞不还＞麦还。

3 讨论

前人对秸秆还田对下茬水稻产量的影响有过大量的报道[11-13]。ZHAO等[12]认为，秸秆还田能提高水稻产量4.00%～8.00%。解文孝等[13]指出，不同土壤背景下，秸秆还田处理水稻产量提高2.20%～4.45%。本试验中，就水稻产量而言，综合2019年和2020年的结果可见，在旋耕处理下，还田模式间没有显著差异，而耕翻处理下各还田模式间差异显著。2年的数据显示，PN处理水稻产量最低，说明旋耕条件下，秸秆还田的增产效应不显著，而在耕翻条件下，秸秆还田效应较为显著。产量构成分析表明，2019年除结实率外，其他各项在秸秆还田方式与模式间均存在互作，达到显著或极显著水平；2020年与2019年相比，在互作的同时，单穗质量、穗长、每穗粒数、一次枝梗数、二次枝梗数等在还田模式间表现显著或极显著差异。2020年结实率在还田方式间表现极显著差异，耕翻条件下结实率明显高于旋耕。定位试验从2018年开始进行，而秸秆还田效应是一个长期积累的过程，2020年与2019年相比，还田模式间的差异凸显出来，可能是效应积累的结果。

自然环境如温度、光照，栽培管理如施肥、水分管理、栽插密度等对稻米品质均有影响。秸秆还田对稻米品质的影响也有不少报道。王子阳等[14]指出，免耕+秸秆还田和翻耕+秸秆还田在一定程度上改善了稻米的加工品质、外观品质及蒸煮食味品质。解文孝等[13]报道，秸秆全量还田显著增加了稻米胶稠度和米饭食味值，但降低了盐碱土和砂壤土背景下稻米的垩白粒率和垩白度。在稻麦轮作区，以还田方式与模式裂区处理的方式研究水稻品质的变化还较少。我们同时对2年的稻米品质做了检测，2019年稻米品质中，透明度在不同还田模式间存在极显著差异，垩白度和冷胶黏度在还田方式与模式间存在互作。其他指标在不同处理间没有显著差异。而2020年不同处理间，垩白粒率、碱消值、直链淀粉含量、透明度以及RVA值间均存在显著或极显著差异。尤其是RVA值的各项指标在不同还田模式间均存在显著或极显著差异。说明还田模式的不同可能会影响稻米的食味品质。耕翻条件下直链淀粉含量，稻还田、麦还田明显高于不还田，说明秸秆还田在一定程度上增加了直链淀粉含量，使得米饭不至过于软黏。RVA数据显示，旋耕不还田和耕翻麦还田处理数值最优。耕翻条件下垩白粒率明显优于旋耕。