全 文 :中国农学通报 2010,26(20):299-303
Chinese Agricultural Science Bulletin
基金项目:国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BAD02A04);江西省教育厅项目;江西农业大学博士启动基金。
第一作者简介:王璐,女,1982年出生,内蒙古扎兰屯人,硕士,从事土壤肥料工作。通信地址:021008内蒙古呼伦贝尔市海拉尔区满洲里路12号呼
伦贝尔市农业技术推广服务中心,E-mail:wanglu.3000@163.com。
通讯作者:潘晓华,男,1963年出生,江西分宜人,教授,博士生导师,博士,研究方向为作物高产理论与技术。Tel:0791-3813490,E-mail:xhuapan@
163.com。
收稿日期:2010-03-25,修回日期:2010-05-20。
紫云英和稻草还田免耕抛栽对水稻产量和土壤肥力的影响
王 璐 1,2,吴建富 1,潘晓华 1,石庆华 1,刘宗发 3,胡金和 3
(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/农业部双季稻生理生态与栽培重点开放实验室/
江西省作物生理生态与遗传育种重点实验室,南昌 330045;
2内蒙古呼伦贝尔市农业技术推广服务中心,内蒙古海拉尔 021008;3南昌市农业科学研究所,南昌 330009)
摘 要:研究紫云英和稻草还田免耕抛栽对水稻产量和土壤肥力的影响,为南方稻区免耕抛秧栽培技术
的推广应用提供参考。2007—2008年在连续2年双季稻免耕抛栽定位试验的基础上,以翻耕抛栽处理
为对照,探讨紫云英和稻草还田免耕抛栽对土壤物理性状、养分、土壤酶活性、土壤微生物和水稻产量的
影响。连续免耕2年以后,免耕水稻产量低于翻耕处理,施用有机肥能够提高水稻单位面积的有效穗数
和每穗粒数,从而提高水稻产量;随着稻田免耕时间的延长,土壤物理性状变差,紫云英和稻草还田可以
降低土壤容重,改善土壤孔隙性;免耕稻田的土壤养分在表层土壤富集,紫云英和稻草还田对提高翻耕
处理土壤养分的效果更明显;脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶、过氧化物酶的活性均与土壤全氮含量呈极
显著相关;土壤微生物总量免耕处理小于翻耕处理,免耕土壤细菌的数量增加,而放线菌和真菌的数量
减少,施用有机肥后3大类微生物数量均有所增加。紫云英和稻草还田可以提高水稻产量,降低土壤容
重,改善土壤孔隙性,缓解长期免耕导致的土壤板结,有利于土壤养分含量和土壤酶活性的提高,改善微
生物的生存环境。
关键词:紫云英和稻草还田;免耕抛栽;土壤肥力;水稻产量
中图分类号:S314 文献标志码:S 论文编号:2010-0900
Effects of No-tillage and Cast-transplanting with Milk Vetch and Straw Incorporation
on Rice Yield and Soil Fertility
Wang Lu1,2, Wu Jianfu1, Pan Xiaohua1, Shi Qinghua1, Lu Zongfa3, Hu Jinhe3
(1Key Laboratory of Crop Physiology, ecology and Genetic Breeding, Ministry of Education/Key Laboratory of Crop Physiology,
Ecology and Cultivation of Double Cropping Rice, Ministry of Agriculture/Key Laboratory of Crop Physiology,
Ecology and Genetic Breeding of Jiangxi Province, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045;
2Inner Mongolia Hulunbeir Agricultural Technology Service Center, Hailaer Inner Mongolia 021008;
3Agriculture science institute of Nanchang City, Nanchang 330009)
Abstract: his study was aimed to analyze the no-tillage and cast-transplanting with milk vetch and straw
incorporation on the changes of rice yield and soil fertility and the findings provide a valuable reference for
popularization and application of the technology of no-tillage and cast-transplantation of rice in the south
china paddy rice. A two-year (2007-2008) experiment was conducted in paddy fields under a double rice
cropping system to probe effects of no-tillage and cast-transplanting with milk vetch and straw incorporation
on soil physical properties, soil nutrient, soil enzymes activity, soil microbe and rice yield. The no-tillage
treatment of two years decreased rice yield. Application of organic manure increased the effective panicle and
spikelet per panicle, and improved the rice yield; as the time of no-tillage prolonged, worsened soil physical
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0 引言
随着经济社会的发展,农村对水稻轻简生产技术
的需求越来越高。免耕栽培技术代表了现代土壤耕
作发展的新趋势,长期免耕导致土壤环境的改变,影
响水稻的产量[1-4]。如何提高土壤肥力、增加水稻产量
是农业可持续发展中的一个重要问题。中国稻田免
耕的试验起始于20世纪60年代,半个多世纪来,研究
者关于稻田免耕对作物和土壤肥力的影响作了较多
的报道 [5-8],但其研究结论并不完全一致,这主要是与
研究的土壤类型、轮作制度以及研究阶段有关。在长
期免耕抛栽条件下,施用有机肥对双季水稻产量和土
壤肥力影响的研究报道却很少[9-11]。此研究试图在连
续两年(2005—2006年)定位试验的基础上,探究紫云
英和稻草还田对免耕稻田土壤物理性状、养分、土壤酶
和微生物的变化及对水稻产量的影响,旨在为稻田长
期免耕高产栽培提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验设计
免耕抛秧与翻耕抛秧对比定位试验始于2005年在
南昌市农业科学研究所进行,土壤为冲积性砂壤土,试
前土壤的基本理化性质为:容重1.254 g/cm3,总孔隙度
52.37%,非毛管孔隙度 6.41%,有机质 30.38 g/kg,全N
1.259 g/kg,碱解N 107.45 mg/kg,有效 P 45.05 mg/kg,
速效K 120.4 mg/kg,pH 5.64。2007—2008年在免耕和
翻耕的基础上分设施有机肥和未施有机肥共 4个处
理,即:(1)免耕抛秧(NCT);(2)紫云英还田(早稻)+
稻草还田(晚稻)免耕抛秧(NCTMS);(3)翻耕抛秧
(CCT);(4)紫云英还田(早稻)+稻草还田(晚稻)翻耕
抛秧(CCTMS)。每个处理面积 140 m2。紫云英鲜草
还田量为 22.5 t/hm2,鲜稻草还田量为 1.5 t/hm2。各处
理肥料用量相等,每公顷施肥量为纯N 180 kg、P2O5
90 kg、K2O 180 kg。所用肥料分别为尿素、钙镁磷肥和
氯化钾。氮肥早稻按基肥:分蘖肥:穗肥=6:3:1施用,晚
稻按基肥:分蘖肥:穗肥=5:3:2施用。钾肥按分蘖肥:孕
穗肥=7:3施用,磷肥作基肥一次施用,N、P基肥在抛秧
前一天施下。
抛秧采用434孔塑盘进行旱育秧。不同处理的基
本苗一致,为90×104株hm2。供试水稻品种早、晚稻分
别为‘优Ⅰ98’和‘岳优 360’,抛秧后采用浅水灌溉以
促进立苗,其它管理同一般大田栽培。
1.2 项目指标测定方法
1.2.1 田间取样方法 在水稻成熟期按 0~5 cm、5~
10 cm、10~15 cm取土样测定土壤养分和土壤酶。采
用 5点取样法取 0~5 cm土样测定土壤微生物数量。
用环刀法测定土壤容重。成熟期对整个小区收割测
产,按平均数法取样5蔸考种。
1.2.2 土壤肥力特征测试方法 土壤基本肥力特征的测
定采用自然风干土,其测定方法为:土壤有机质采用重
铬酸钾容量法;土壤全氮采用H2SO4-HCIO4消煮,凯氏
蒸馏法;有效磷采用 0.5 M NaHCO3浸提-钼篮比色法
测定;速效钾用醋酸铵浸提-火焰光度法测定;土壤碱
解氮用碱解扩散法。
1.2.3 土壤酶测试方法 脲酶活性按奈氏比色法,以24 h
后每克土壤中NH3-N的毫克数表示(NH3-N mg/(g·d));
过氧化氢酶活性采用容量法,以 20 min后每克土壤
0.1 N 高锰酸钾的毫升数表示 (0.1 mol/L KMnO4
(g/20min));多酚氧化酶活性采用比色法,其活性以2 h
后 1 g 土壤中的紫色没食子素的毫克数表示
(pyrogallol mg/(g·2h));过氧化物酶:比色法,其活性以
2 h后 1 g土壤中生成的紫色没食子素的毫克数表示
(pyrogallol mg/(g·2h))[12]。
1.2.4 微生物活菌数测定方法 活菌数测定采用新鲜土
样,稀释平板法。细菌测定采用牛肉膏蛋白胨培养基,
38℃培养24 h计数;放线菌采用改良高氏一号培养基,
28~30℃培养 3天计数;真菌采用马丁氏培养基,28~
30℃培养3天计数[13]。
properties. Application of organic manure reduced soil density and improved soil porosity; the no-tillage
treatment helped nutrient enrichment in the surface soil layer. Application of organic manure increased soil
nutrient, particularly conventional tillage; Significant positive correlations were observed of total N with urease,
catalase, polyphenol oxidase and peroxidase activity; Soil analysis showed that the no-tillage field was less
than the control, plowed field in total amount of three groups of soil microbes. However, in no-tillage field, the
amount of soil bacteria increased, while that of soil actinomycosis and fungi reduced. Application of organic
manure increased the number of soil microbes. Application of organic manure improved the rice yield. At the
same time, it reduced soil density and improved soil porosity, and alleviated the soil compaction caused by
long-term no-tillage. It also increased soil nutrient content and soil enzyme activity and improved the
environment for the survival of micro-organisms.
Key words: milk vetch and straw incorporation; no-tillage and cast transplanting; soil fertility; rice yield
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王 璐等:紫云英和稻草还田免耕抛栽对水稻产量和土壤肥力的影响
1.3 统计方法
用Excel和DPS软件处理数据。
2 结果与分析
2.1 施用有机肥对免耕抛栽稻田土壤物理性状的影响
表1可以看出,经过连续2年的免耕,NCT处理的
土壤容重急剧增加,总孔隙度和非毛管孔隙度急剧减
少,与CCT处理相比差异达显著或极显著水平。表明
长期连续免耕会导致土壤物理性状变劣。与NCT处
理相比,NCTMS处理土壤容重下降 0.72%~1.75%,总
孔隙度和非毛管孔隙度分别增加0.79%~1.31%、0.06%
~0.3%。与CCT处理相比,CCTMS处理土壤容重下降
1.57%~1.94%,总孔隙度和非毛管孔隙度分别增加
0.94%~1.26%、0.08%~0.26%。说明不论在何种耕作方
式下,施用有机肥对于疏松土壤、增加通透性、防止土
壤板结都有很好的效果。李新举[14]、石健康等[15]有同
样的研究结论。
2.2 施用有机肥对免耕抛栽稻田土壤生化性状的影响
各处理区土壤养分与土壤酶活性的剖面分布见表
2。总体上,各处理区土壤养分与土壤酶具有较明显的
剖面分布特征,即随着土层深度的增加,土壤养分含量
和酶活性降低。免耕处理在 5~10 cm和 10~15 cm处
养分含量与酶活性的下降幅度大于翻耕处理。这是由
于免耕田排除了人为的扰动,使养分趋于在土壤表层
富集。
2.2.1 施用有机肥对免耕抛栽稻田土壤养分的影响 不
同耕作方式下施用有机肥对土壤养分的积累有不同影
响。由表3可知:NCTMS处理各土层的有机质和速效
钾含量均高于NCT处理,0~15 cm土层平均增幅分别
为 2.57%和 21.62%。而全氮、碱解氮和有效磷含量仅
在 0~5 cm土层处高于NCT处理。CCTMS处理各土
层的有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量均高
于CCT处理,0~15 cm土层平均增幅分别为 10.85%、
表1 施用有机肥对免耕抛栽稻田耕作层土壤物理性质的影响
耕作年份
2007
2008
处理
NCT
CCT
NCTMS
CCTMS
NCT
CCT
NCTMS
CCTMS
容重/(g/cm3)
1.375aA
1.273bB
1.351aA
1.253bB
1.383a
1.287b
1.373a
1.262b
总孔隙度/%
48.58bB
51.94aA
49.37bB
53.20aA
47.33b
51.38a
48.64b
52.32a
非毛管孔隙度/%
1.81b
2.14a
1.87bB
2.40aA
1.85b
2.98a
2.15b
3.06a
处理
NCT
CCT
NCT-
MS
CCT-
MS
土层
/cm
0~5
5~10
10~15
0~5
5~10
10~15
0~5
5~10
10~15
0~5
5~10
10~15
有机质
/(g/kg)
32.60
27.40
25.76
29.56
28.20
25.29
33.20
28.42
26.31
32.56
30.80
28.62
全氮
/(g/kg)
1.708
1.540
1.423
1.594
1.505
1.419
1.790
1.337
1.308
1.738
1.663
1.475
碱解氮
/(mg/kg)
141.23
116.15
106.63
124.69
121.68
94.62
143.90
115.71
107.51
137.34
110.59
109.70
有效磷
/(mg/kg)
36.87
32.49
32.69
44.77
57.79
54.67
42.39
28.59
29.05
59.84
57.97
54.86
速效钾
/(mg/kg)
176.30
152.33
154.93
209.28
178.23
172.90
208.10
194.45
184.65
234.30
199.50
192.17
脲酶
/(mg/(g·d))
5.888
5.368
5.160
5.576
5.255
5.013
5.956
5.389
4.924
5.869
5.328
5.092
过氧化氢酶
/(g/20 min)
2.551
2.233
2.132
2.410
2.154
2.133
2.553
2.091
1.868
2.464
2.316
2.221
多酚氧化酶
/(mg/(g·2h))
0.900
0.709
0.677
0.815
0.720
0.678
1.009
0.882
0.782
0.743
0.704
0.681
过氧化物酶
/(mg/(g·2h)
0.917
0.771
0.757
0.770
0.814
0.773
1.005
0.916
0.913
0.880
0.816
0.759
注:同一年份不同处理之间比较,不同字母表示差异达到5%(小写)或1%(大写)的显著水平,下同。
表2 施用有机肥对免耕抛栽稻田土壤养分和土壤酶的影响
注:表中数据均为2年平均值。
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7.83%、5.66%、11.44%和 11.68%。说明紫云英和稻草
还田对提高翻耕处理土壤养分的效果更显著。其可能
原因是翻耕作业将紫云英和稻草翻埋入土,加速其腐
烂分解的速度,培肥了地力。
2.2.2 施用有机肥对免耕抛栽稻田土壤酶活性的影响
表 2显示,紫云英和稻草还田以后,NCTMS处理 0~
5 cm土层的脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶和过氧化
物酶活性均有所提高,与NCT处理相比,分别提高
1.15%、0.08%、12.11%和 9.60%。CCTMS处理在 0~
5 cm土层除多酚氧化酶略有降低外,脲酶、过氧化氢
酶、和过氧化物酶活性均有所提高,与CCT处理相比,
增幅分别为5.25%、2.24%和14.29%。
2.2.3 土壤酶活性与土壤养分的相关分析 土壤酶活性
代表土壤中活性酶的总量。酶活性的高低与土壤理化
性质有关,尤其与土壤肥力的关系十分密切[16]。许多
研究表明土壤酶与土壤有机C、全N含量有非常好的
相关关系[17-18]。对土壤酶与土壤养分含量的相关分析
结果(表3)表明,脲酶与有机质、全氮、碱解氮、有效磷
呈极显著相关,过氧化氢酶与全氮、有效磷极显著相
关,多酚氧化酶与有机质、全氮、有效磷呈显著或极显
著相关,过氧化物酶与有机质、全氮、碱解氮呈极显著
相关。各种酶与速效钾之间相关性均不显著。
2.2.4 施用有机肥对免耕抛栽稻田土壤微生物数量的
影响 由表4可见,不同处理的土壤微生物数量均为细
菌>放线菌>真菌。这与王英等[19]的研究结果一致。
免耕处理的细菌数量大于翻耕处理,真菌和放线菌则
相反。李华兴[6]有同样结论。综合各微生物类群数量
看,翻耕处理大于免耕处理,这与长期免耕之后土壤的
通气状况变差有关。NCTMS处理的细菌、真菌、放线
菌数量比NCT处理的相对值分别高 12.41%、14.45%
和24.46%。CCTMS处理的细菌、真菌、放线菌数量比
CCT 处 理 的 相 对 值 分 别 高 13.02% 、10.42% 和
28.10%。试验表明,施用有机肥能够显著刺激土壤微
生物的大量繁殖和活度的提高,从而增强土壤物质循
环的生化过程的强度,有利于土壤肥力的提高。与免
耕相比,施用有机肥对增加翻耕处理微生物数量效果
更显著。
2.3 施用有机肥对免耕抛栽水稻产量及其构成因素的
影响
从表 5试验田产量统计分析表明:水稻平均产量
免耕处理低于翻耕处理,且早稻差异达极显著水平。
这与长期免耕土壤物理性状变劣影响水稻生长有关。
单位面积有效穗数免耕处理也低于翻耕处理,早、晚稻
平均少 21.35×104/hm2和 35.54×104/hm2。紫云英和稻
草还田提高了免耕、翻耕水稻单位面积的有效穗数和
每穗粒数,并显著提高了水稻产量。与NCT处理相
比,NCTMS 处理早稻增产 482.28 kg/hm2,增幅为
6.36%;晚稻增产 349.10 kg/hm2,增幅为 5.58%。与
CCT处理相比,CCTMS处理早稻增产 79.43 kg/hm2,
增幅为0.97%;晚稻增产265.78 kg/hm2,增幅为4.08%。
3 讨论
连续免耕2年以后,免耕土壤物理性状变差,主要
表现为土壤容重急剧增加,总孔隙度和非毛管孔隙度
急剧减少。施用有机肥后土壤的孔隙明显增加,容重
相关系数
脲酶
过氧化氢酶
多酚氧化酶
过氧化物酶
有机质
0.44**
0.17
0.24*
0.43**
全N
0.55**
0.43**
0.44**
0.53**
碱解N
0.42**
0.18
0.15
0.36**
有效P
0.53**
0.72**
0.32**
0.11
速效K
0.17
0.23
-0.13
0.07
处理
NCT
CCT
NCTMS
CCTMS
土壤微生物
细菌/(×106cfu/g dry soil)
4.21a
3.94a
4.73a
4.45a
真菌/(×105cfu/g dry soil)
1.92b
3.70a
2.20b
4.08a
放线菌/(×105cfu/g dry soil)
4.66a
6.46a
5.80a
8.28a
微生物总数/(×106cfu/g dry soil)
4.87a
4.95a
5.53a
5.68a
表3 土壤酶活性与土壤养分含量的相关分析
注:*P<0.05, **P<0.01。
表4 施用有机肥对免耕抛栽稻田土壤微生物的影响
注:表中数据均为2年平均值。
·· 302
王 璐等:紫云英和稻草还田免耕抛栽对水稻产量和土壤肥力的影响
变轻。王振忠[20]也认为有机肥对土壤物理性状的改善
具有积极作用,使大孔隙占总孔隙的比例增大,土壤容
重变轻,破碎系数变小,使土壤疏松,通气性改善。
秸秆含纤维素、木质素等富碳物质以及N、P、K等
多种营养元素,还田以后利于更新土壤腐殖质,增加土
壤有机质[21]。秸秆还田配施化肥可以使土壤速效钾大
幅度增加,而钾素对提高稻麦产量和改善品质的影响
极大[22]。由于秸秆腐解主要靠土壤中微生物的作用,
因此翻埋处理秸秆腐解较快而覆盖在表面的最慢[23]。
此研究的结果显示,紫云英和稻草还田以后,免耕处理
和翻耕处理有机质分别增加2.57%、10.85%,速效钾分
别增加21.62%、11.68%。有机肥为土壤微生物的活动
繁殖提供了充足的能源和碳源,紫云英和稻草还田配
合肥料的施用,在刺激土壤微生物大量繁殖和活度提
高的同时,土壤酶的活性也随之增强。
连续免耕 2年以后,免耕水稻产量低于翻耕处
理。紫云英和稻草还田能够提高水稻单位面积的有效
穗数和每穗粒数,从而提高水稻产量。由于秸秆的C/N
值较高,在秸秆还田前期增施一定量的氮肥对促进秸
秆的矿化、发挥秸秆的最大效应是很有好处的[24]。
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季别
早稻
晚稻
处理
NCT
CCT
NCTMS
CCTMS
NCT
CCT
NCTMS
CCTMS
有效穗/(104/hm2)
342.66b
381.90a
381.87a
385.32a
339.57a
370.16a
340.60a
381.09a
每穗粒数
94.80a
95.53a
96.85a
96.96a
98.42a
102.51a
102.61a
100.13a
结实率/%
89.45b
91.79a
92.47a
89.54a
84.25a
83.99a
81.28a
78.96a
千粒重/g
26.52a
26.96a
26.22a
26.72a
26.33a
26.52a
26.62a
26.89a
产量/(kg/hm2)
7583.05bB
8201.55aA
8065.43Bb
8280.98aA
6261.30a
6514.45a
6610.40a
6780.23a
表5 施用有机肥对免耕抛栽水稻产量构成因素的影响
注:表中数据均为2年平均值。
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