秸秆还田与减施氮肥对双季稻产量及土壤理化性质的影响

刘金霞 肖朝霞

（海南省农民科技教育培训中心 海南海口 571100）

水稻秸秆含有丰富的有机质和矿物养分，具有重要的应用价值。水稻秸秆还田不仅能减少秸秆焚烧对环境的污染，还能有效提高稻田土壤有机质的含量，降低土壤容重，提高土壤养分含量，实现资源的循环利用[1]。此外，大量的研究表明，秸秆还田可以显著提高水稻的产量，具有明确的实用价值[2]。

氮肥是影响水稻产量的主要营养元素，可以显著影响水稻的实粒数、结实率和穗数等产量构成因素。但盲目增加氮肥的施用量反而会显著降低水稻产量，同时还会造成环境污染、土壤板结，浪费不必要的生产成本。大量试验发现，秸秆还田条件下，合理减施氮肥可以有效改善土壤环境，增加水稻产量[1-4]。因此，结合秸秆还田的资源利用手段，研究合理的氮肥施用量，对实现我国农业的可持续发展具有重要意义。

以海南省文昌市东路镇大坡村水稻田为研究对象，研究秸秆还田条件下，减施氮肥对海南双季稻产量及土壤理化性质的影响，以期为秸秆循环利用和减肥增效等措施的推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试材供试水稻品种为当地主栽品种：早稻为特优128，晚稻为博优225。

1.1.2 样地概况试验于2021 年在海南省文昌市东路镇大坡村农户（110.71′N,19.78′E）同一水稻田内进行，供试土壤容重为1.38 g/cm3，土壤孔隙度46.79%，主要养分含量为有机质22.15 g/kg、全氮 1.12 g/kg、速效氮 110.75 mg/kg、速效磷25.20 mg/kg、速效钾128.39 mg/kg、pH 5.2。肥料选用单质肥料，尿素（含N≥46%，重庆建峰化工股份有限公司生产）、过磷酸钙（含P2O5≥16%，云南云天化国际化工有限公司生产）、氯化钾（含K2O≥60%，青海盐湖工业股份有限公司生产），以掺混肥的形式施入。

1.2 方法

1.2.1 栽培模式早稻和晚稻均按不同施肥模式设置4 个处理，均采用抛秧移栽的方式种植。早稻于1 月上旬开始软盘育秧，2 月上旬抛秧移栽，6 月中旬收获；晚稻于5 月下旬开始软盘育秧，6月下旬抛秧移栽，10 月下旬收获。

1.2.2 试验设计试验分为4 个处理：常规施肥作为对照组（CK）、秸秆还田＋常规施肥减施氮肥10%（T1）、秸秆还田＋常规施肥减施氮肥30%（T2）、秸秆还田＋常规施肥减施氮肥50%（T3），肥料均作为底肥一次性施入。

秸秆还田方式为前茬水稻秸秆直接全量切碎还田。其中早稻还田量5 800 kg/hm2，秸秆养分含量为全氮5.16 g/kg，全磷2.67 g/kg，全钾21.48 g/kg；晚稻还田量4 600 kg/hm2，秸秆养分含量为全氮6.08 g/kg，全磷3.36 g/kg，全钾22.77 g/kg。试验采用随机小区设计，每个处理60 m2（20 m×3 m），重复3 次。各处理施肥措施如表1 所示。

表1 双季稻秸秆还田与减施氮肥试验处理 单位：kg/hm2

1.2.3 项目测定水稻产量：水稻成熟后，每个处理小区随机选取20 株成熟水稻，测定实粒数、千粒重等指标，用方框统计每平米有效穗数，然后计算理论产量，各试验区全部实收测产。

土壤物理性质指标：土壤容重采用环刀法（100 cm3环刀）于早晚稻收获后采集0～20 cm 原状土样，重复3 次，烘干称重。土壤孔隙度根据土壤容重计算得出，土壤容重=（1－土壤容重/土壤密度）×100%，土壤密度值采用2.65 g/cm3。

土壤养分指标：于早晚稻收获后分别采用“五点取样法”采集0～20 cm 土壤样品，去除杂质后于室内自然风干，用研钵研磨并过20 目筛备用。土壤pH 采用电位法。全氮采用浓H2SO4-H2O2消煮－凯氏定氮法，有机质采用重铬酸钾容量法，速效氮采用碱解扩散法，有效磷采用NaHCO3浸提－钼锑抗比色法，速效钾采用NH4OAc 浸提-ASS 法[5]。

1.2.4 数据处理数据采用SPSS 16.0 软件进行统计分析，Excel 2007 软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 不同处理对早稻产量的影响

如表2 所示，秸秆还田结合减施氮肥可以显著影响早稻的产量。T1～T3 早稻实际产量分别为6 458.63、6 187.23 和5 846.49 kg/hm2，分别比传统模式（CK）增产8.04%、3.50%和减产2.21%。

表2 不同处理对早稻产量及产量构成的影响

不同处理对早稻其他产量指标的影响：CK 穗数为265.51 穗/m2，T1～T3 处理分别为266.96、248.27 和244.52 穗/m2；其中T1 高于对照，但差异不显著，T2 和T3 均低于对照，且随着施氮量的减少，穗数呈现下降趋势，并与对照存在显著性差异。CK 实粒数为112.44 个，T1～T3 处理分别为115.42、116.05 和114.31 个，其中T2 最高，各处理间差异不显著。各处理千粒重差异不大，均未达到显著水平。T2 结实率最高，与对照存在显著差异。4 组处理中T1 理论产量最高，实际产量也是T1 最高。

2.2 不同处理对晚稻产量的影响

如表3 所示，秸秆还田结合减施氮肥可以显著影响晚稻的产量。晚稻T1～T3 实际产量分别为5 338.18、5 322.53 和4 596.23 kg/hm2，比传统模式（CK）增产4.17%、3.86%和减产10.31%，其中T1 产量最高，T3 较对照产量显著下降。

表3 不同处理对晚稻产量及产量构成的影响

不同处理对晚稻其他产量指标的影响：CK 穗数为247.12穗/m2，T1～T3处理分别为246.65、242.54和228.57 穗/m2，均低于对照组，其中T3 较对照降低7.51%，存在显著性差异。CK 实粒数为102.36个，T1～T3 处理分别为106.55、105.73 和108.17 个，其中T3 最高，各处理间差异不显著；各处理千粒重差异不大，均未达到显著水平；T3 结实率最高，各处理组均与对照存在显著差异。4 组处理中T1理论产量最高，实际产量也是T1 最高。

2.3 不同处理对水稻田土壤物理性质的影响

如表4 所示，秸秆还田可以显著降低稻田的土壤容重，提高土壤孔隙度。早稻收获后，T1～T3处理组土壤容重分别较对照降低了14.79%、11.97%和9.86%，土壤孔隙度分别较对照提高了17.06%、13.90%和11.35%；晚稻收获后，T1～T3 处理组土壤容重分别较对照降低了13.87%、13.14%和8.76%，土壤孔隙度分别较对照提高了14.80%、14.01%和9.33%。表明连续秸秆还田可以显著改善土壤物理性质。

表4 不同处理对稻田物理性质的影响

2.4 不同处理对水稻田土壤养分含量的影响

由表5 可知，持续性的秸秆还田和减施氮肥可以有效提高稻田的有机质含量，改变土壤的pH，并显著影响稻田土壤的养分含量。

表5 不同处理对稻田土壤养分变化的影响

早稻收获后，CK、T1～T3 处理pH 分别为5.32、5.41、5.46 和5.27，其中T2 处理pH 最高，但各处理间差异不大；秸秆还田能显著提高稻田有机质含量，各处理组有机质含量均高于对照，且有机质含量随着施用氮肥量的减少而降低。早稻收获后，各处理土壤全氮含量表现为T1＞T2＞CK ＞T3，达到显著水平；土壤碱解氮含量也是T1 最高，与其他处理达到差异显著水平，其中T2 处理碱解氮含量低于对照，但差异不显著；土壤有效磷含量为T3 处理最高，与对照相比，差异显著；速效钾含量T1 最高，其次是T3，与对照相比，均差异显著。

晚稻收获后，CK、T1～T3 处理pH 分别为5.27、5.19、5.42 和5.34，其中T2 处理pH 最高，但各处理间差异不大；持续性秸秆还田能显著提高稻田有机质含量，各处理组有机质含量均高于对照，也高于早稻收获后有机质含量，且有机质含量随着施用氮肥量的减少而降低。晚稻收获后，各处理土壤全氮含量表现为T1＞ CK ＞ T2 ＞ T3，其中T2 和T3 全氮含量低于CK，但T2 和CK 差异不显著；土壤碱解氮含量也是T1 最高，与其他处理达到差异显著水平，其中T2 处理碱解氮含量低于对照，但差异不显著；各处理组土壤有效磷含量均显著高于对照，其中T3 处理最高；各处理组土壤速效钾含量均显著高于对照，其中T3处理最高。

3 讨论与结论

3.1 讨论

3.1.1 秸秆还田结合减施氮肥对水稻产量及产量构成因子的影响大量的研究表明，秸秆还田条件下，配合适当的氮肥管理可以达到减肥增产的效果[1-4]。高斯倜等[5]的研究发现，秸秆还田下，适当减施氮肥可以增加水稻的结实率和实粒数，进而影响水稻的产量。袁伟等[6]发现，减少10%的氮肥配合秸秆还田可以增加双季稻的穗数和实粒数，进而增加双季稻的产量。马贤超等[7]的研究发现，减少30%的氮肥配合秸秆还田不影响双季稻的穗数、实粒数和结实率，双季稻产量无明显下降，但秸秆还田下，减少50%的氮肥会显著降低双季稻的产量。本试验结果发现，秸秆还田条件下，减氮10%可以显著提高早稻的结实率，并提高水稻的产量，而对晚稻影响不明显；而减氮30%没有明显降低双季稻的穗数、实粒数和结实率，实际产量高于对照。

3.1.2 秸秆还田结合减施氮肥对水稻田土壤物理性质的影响土壤容重是分析土壤物理性质的主要指标，反映了土壤结构的优劣和土壤矿物含量的丰缺[7]。土壤孔隙度是根据土壤容重计算出来的参考指标。降低土壤容重，能够改善土壤透水透气性，增加土壤孔隙度，优化土壤根际生长环境，从而有利于作物的生长[8-12]。大量的研究表明，秸秆还田可以有效降低土壤容重，增加土壤的孔隙度。孙国峰等[11]研究发现，连续秸秆还田可以有效降低稻田耕地的土壤容重、紧实度和增加土壤毛管的孔隙度。党昆等[12]比较不同秸秆还田量对土壤容重的影响，发现秸秆还田量影响土壤容重，且显著低于不还田土壤。本试验结果表明，秸秆还田可以有效降低土壤容重，且随着施氮量的减少而增加，这可能和秸秆腐熟需要氮肥有关，氮肥不足会影响秸秆的腐熟，进而影响土壤容重[13]。

3.1.3 秸秆还田结合减施氮肥对水稻田土壤养分含量的影响秸秆中含有大量的有机物和矿物元素，根据养分归还学说，秸秆还田可以增加土壤养分含量[14]。此外，秸秆还田会增加土壤有机质含量。

汪军等[15]研究发现，秸秆还田可以显著提高土壤有机质含量，最高可比对照增加13.08%，并显著增加土壤全氮和速效氮磷钾养分的含量。赵子婧等[16]的试验结果也表明，秸秆还田可以显著增加土壤的有机质含量15%～24%，并影响土壤的矿物养分含量。本试验结果发现，秸秆还田可以显著提高土壤的有机质含量。并且有机质含量随着氮肥施用量的减少而降低，这可能和秸秆腐熟分解需要消耗大量的氮肥有关。秸秆中所含磷、钾等元素[17]，还田时可以显著增加稻田土壤速效氮磷钾养分的含量，而减少10%氮肥试验组获得了最好提升土壤养分的结果。

本次研究中T1 全氮和碱解氮含量高于CK，T2 和T3 全氮和碱解氮含量低于CK。而秸秆配施氮肥减氮10%使得土壤全氮和碱解氮含量增加，原因可能在于减氮10%的土壤中碳氮比更适合微生物生长，张丹等[18]和郭瑞华等[19]的研究发现，秸秆进入土壤后经过腐解，外源添加物的进入增强了土壤中微生物活性，微生物的矿化固定过程得以增强，秸秆中的碳氮养分在土壤中得到有效的积累；而减氮比例增加使得土壤中氮素减少，降低了土壤有机质的分解速率，使土壤中碳含量增加而氮含量不足，导致微生物被迫固定土壤中的有效态氮[20]，使得土壤全氮和碱解氮含量减少。

此外，土壤的pH 也是影响土壤肥力的重要指标。有研究表明，秸秆还田会降低土壤pH[21-22]。祁君凤等[17]和高斯倜等[5]的研究发现，秸秆还田对土壤pH 影响不明显。本试验结果显示，双季秸秆还田配合减施氮肥不会显著影响土壤的pH。

3.2 结论

持续性的秸秆还田和减施化肥可以有效提高稻田的有机质含量，提高土壤孔隙度、改变土壤的pH，并显著影响稻田土壤的养分含量。减氮30%没有明显降低双季稻的穗数、实粒数和结实率，实际产量高于对照，但土壤有效氮含量低于对照，而减少10%氮肥产量最高，土壤有效氮含量也高于其他处理。所以在海南文昌，秸秆还田条件下，减少10%氮肥施用，对双季稻具有较好的减肥增产结果。