水稻種植模式與秸稈還田方式對土壤養分的影響

劉子琪 華利民 王麗麗 何娜 王昌華 唐志強

摘? 要：為探明水稻不同種植模式與還田方式下土壤養分含量的變化。以遼星21號為試驗材料，在大田條件下，比較移栽與直播種植2種模式下秸稈還田、炭化還田和不還田3種方式土壤中有機碳、速效氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷、全鉀含量的差異。研究結果表明，直播種植模式較移栽方式土壤速效磷含量、速效鉀含量和全磷含量增加0.9%、5.4%和7.1%，生物炭還田較不還田處理分別顯著增加土壤有機碳含量、速效鉀含量、全氮含量和全磷含量9.6%、20.1%、5.3%和8.1%。因此，直播種植結合生物炭還田可作為提高農田肥力、改善土壤養分的一項促進北方寒地稻田資源再利用有效措施。

關鍵詞：水稻；種植模式；還田方式；土壤養分

中圖分類號：S158.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A文章編號：1673-6737（2024）01-0022-05

Effects of Rice Planting Methods Pattern and Rice Residue

Inputting Modes on Soil Nutrients

LIU Zi-qi ， HUA Li-min ， WANG Li-li ， HE Na ， WANG Chang-hua ， TANG Zhi-qiang*

（1 Institute of Plant Nutrition and Environmental Resources， Liaoning Academy of Agricultural Sciences，

Shenyang 110161， China;

2 Liaoning Rice Research Institute， Shenyang 110101， China）

Abstract： To investigate the changes of soil nutrient content under different planting patterns and application modes of rice， the contents of organic carbon， available nitrogen， available phosphorus， available potassium， total nitrogen， total phosphorus and total potassium in the soil of straw application， biochar inputting and non-inputting under the field conditions of Liaoxing-21 were compared. The results showed that compared with transplanting， the content of available phosphorus， available potassium and total phosphorus in soil increased by 0.9%， 5.4% and 7.1%， and the content of organic carbon， available potassium， total nitrogen and total phosphorus in soil significantly increased by 9.6%， 20.1%， 5.3% and 8.1%， respectively. Therefore， direct seeding combined with biochar inputting to the field can be an effective measure to improve farmland fertility and soil nutrients to promote the reuse of rice resources in the northern cold region.

Key words： Rice， Planting methods， Inputting modes， Soil nutrients

機械化插秧與機械化旱直播具有輕簡化、規?；?、集約化等優點，具有節本、增效、增加農民收入等特點，是水稻生產主要種植模式[1]。我國糧食產量增加的同時所產生的秸稈數量也在不斷增多，生產上被直接焚燒，造成環境污染，資源浪費[2-3]。因此，如何合理的處理作物秸稈是農業生產面臨的主要問題[4]。前人研究表明，水稻秸稈富含大量的營養元素以及其他微量元素，還田后經過腐解釋放到土壤中的養分能夠被作物生長所利用[5]。秸稈還田能夠增加土壤養分含量、改善土壤通透性和土壤退化問題，極大程度上培肥地力，提高了作物產量[6]。生物炭作為一種新型材料，具有特殊的理化性質和高穩定性[7]，將生物炭施入土壤中能夠改善土壤結構和土壤通透性[8]。生物炭中所含元素可以作為植物生長中養分的來源[9]。生物炭還田能夠增加土壤對氮、磷的吸持能力，提高土壤有機質含量[8]。

在我國東北寒地稻區，種植模式與秸稈還田方式組配研究較少，缺少大田試驗研究數據證明種植模式與秸稈還田方式對土壤養分的影響。本研究擬對種植模式與秸稈還田方式處理條件對土壤養分進行分析，明確兩種種植模式下，秸稈全量還田和秸稈炭化還田下土壤中養分含量的變化規律。探索種植模式與還田方式對土壤肥力的影響，以期為不同種植模式下秸稈還田對土壤養分的影響提供科學依據。

1? 材料與方法

1.1? 試驗土壤基本情況

土壤采自遼寧省沈陽市渾南區汪家鎮石廟子村遼寧省水稻研究所試驗基地0～20 cm耕層土壤。土壤取回風干后測定基本肥力性質：有機質含量為18.10 g/kg，全氮1.18 g/kg，全磷1.41 g/kg，全鉀25.2 g/kg，速效氮106.6 mg/kg，速效磷24.9 mg/kg，速效鉀44.3 mg/kg，pH值為5.6。

1.2? 供試材料

研究使用的品種為遼星21，是遼寧省水稻研究所選育而成，遼寧省主栽品種，常規粳稻，生育期153 d，株高115 cm，株型緊湊，分蘗力中等，主莖15片葉，半散穗型。試驗中水稻秸稈和秸稈炭的基礎理化性質如表1所示。

1.3? 試驗方法

1.3.1? 試驗設計? 試驗采取裂區試驗設計。種植模式為主區（因素A），還田方式為裂區（因素B），田塊間用塑料薄膜包埂隔離。小區面積為60 m2，3次重復。試驗共設6個處理，（1）移栽水稻秸稈還田（A1B1），水稻秸稈還田量為8.25 t /hm2（秸稈全量還田）；（2）移栽水稻生物炭還田（A1B2），秸稈炭化還田量為2.72 t/hm2（相當于秸稈全量炭化后的生物炭量）；（3）移栽種植不還田（A1B3），不施秸稈和生物炭；（4）直播水稻秸稈還田（A2B1），還田量同移栽；（5）直播水稻生物炭還田（A2B2），還田量同移栽；（6）直播種植不還田（A2B3），不施秸稈和生物炭。直播田由插秧田首年改為直播種植，且移栽與直播田均為第一年開始還田，還田后成熟期各處理間產量差異不顯著。秸稈還田具體做法：在水稻種植前將水稻秸稈（水稻秸稈切成5～10 cm左右小段）和生物炭通過人工均勻的撒到試驗小區。然后通過機器先翻耕，再旋耕至土層5～10 cm左右。

1.3.2? 育秧標準與種植規格? 移栽方式：2019年4月15日播種，5月22日移栽。移栽時秧苗葉齡為3.5～4.0葉，栽插行株距為30 cm×16.7 cm，每穴3～4苗。

直播方式：2019年4月27日播種，采用機械化旱條播模式，播種量為550萬粒/hm2，行距為30 cm。

1.3.3? 田間管理? 試驗磷肥作為基肥一次性施入，鉀肥分基肥、拔節期2次等量施入?？偸┑?25 kg/hm2，其中基肥、分蘗肥與穗肥施用比例均為3：3：4。移栽方式下分蘗肥于葉齡指數在60%時一次性施用，穗肥于葉齡指數在80%時一次性施用；直播方式下分蘗肥于3葉1心期施用，穗肥于葉齡指數在80%時一次性施用。水分管理采用淺干濕交替灌溉。

1.4? 測定項目

土壤樣品：在水稻成熟期采用對角線法對每個處理小區采集5點土樣，將五份土樣混合好，并組合成一個樣本。土壤樣本通過2 mm網篩，以去除殘雜和殘根，裝入密封袋，用于測定土壤有機碳、速效氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷和全鉀含量。土壤有機碳，用重鉻酸鉀法測定；土壤速效氮，采用堿解擴散法測定；土壤全氮含量，采用凱氏定氮法；土壤速效磷，采用碳酸氫鈉浸提，鉬銻抗比色法測定；土壤全磷的測定，經過NaOH熔融后，采用鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀，采用火焰光度計法測定；土壤全鉀，采用NaOH熔融—火焰光度計法測定。參照土壤農化分析[10]。

1.5? 數據分析

使用Microsoft Excel 2003進行數據整理，采用SPSS 19.0軟件進行方差分析和多重比較。

2? 結果與分析

2.1? 種植模式下不同還田方式土壤理化性質方差分析

由表2可知，移栽與直播兩種種植模式間土壤有機碳含量差異達到極顯著水平，速效磷、速效鉀和全磷含量差異達到顯著水平。不同還田方式間土壤有機碳、速效氮、速效磷、速效鉀和全磷含量差異達到極顯著水平，土壤全鉀含量差異達到顯著水平。種植模式與還田方式互作間土壤有機碳和速效氮含量差異達到極顯著水平，土壤速效磷、速效鉀、全磷和全鉀含量差異達到顯著水平。說明種植模式與還田方均對土壤養分含量有較大影響（土壤全氮含量除外）。

2.2? 種植模式對土壤養分的影響

由表3可知，與移栽種植模式相比，直播種植模式土壤有機碳含量與土壤全氮含量分別降低了3.2%和2.9%，差異達到顯著水平，而土壤速效磷含量、速效鉀含量和全磷含量增加了0.9%、5.4%和7.1%，差異達到顯著水平。表明直播種植模式土壤速效磷含量、速效鉀含量和全磷含量有所增加，而有機碳含量和全氮含量則降低。

2.3? 還田方式對土壤養分的影響

由表4可知，與不還田處理相比，秸稈還田土壤速效氮含量、速效磷含量和土壤全鉀含量分別增加了8.9%、11.3%和3.0%，差異達到顯著水平，炭化還田土壤有機碳含量、速效鉀含量、全氮含量和全磷含量增加了9.6%、20.1%、5.3%和8.1%，差異達到顯著水平。表明秸稈還田增加土壤速效氮、速效磷和全鉀含量，炭化還田增加有機碳、速效鉀、全氮和全磷含量。

2.4? 種植模式與還田方式互作對土壤養分的影響

由表5可知，移栽種植秸稈還田處理（A1B1）土壤中有機碳含量、速效磷含量和全鉀含量顯著高于對照處理，移栽種植炭化還田處理（A1B2）土壤中速效鉀含量全氮含量顯著高于對照處理，表明在種植模式與還田方式互作的條件下，移栽種植秸稈還田與炭化還田均能提升土壤養分。

3? 討論

水稻種植主要方式是移栽和機械化旱直播。相比于移栽的田間浸泡、耙地和沉降過程[11]，機械化旱直播是水稻栽培的一種簡單方法，其將水稻播種在經過旱旋、平整的旱地上，出苗后至3葉期建立水層[12]。相關研究表明，種植模式可改變田間的耕作系統，因而對土壤中有機質、速效鉀、全氮含量影響較大，而對土壤速效磷含量影響較小[13-14]。直播種植省去水泡地、耙地等過程，土壤水分狀況的反復變化會導致土壤化學性質發生改變，降低土壤養分的有效性。本研究中，與移栽種植模式相比，直播種植模式土壤速效磷含量、速效鉀含量和全磷含量顯著增加，而土壤有機碳含量與土壤全氮含量顯著降低。表明同等種植條件下，因播種方式和前期耕作模式可對土壤中的磷、鉀含量產生較大影響。

作為農業生產大國，我國每年產出大量的秸稈，且隨糧食總產的增加呈增長趨勢[15-17]。相關研究結果表明，秸稈直接還田后可以有效減少土壤有機碳流失，連續多季水稻秸稈還田能使土壤有機質含量增加約為4.4% [18]。這與本試驗中與對照相比秸稈直接還田增加了土壤有機碳含量結果基本一致。董亮等[19]研究表明，不同梯度秸稈施入量對土壤養分影響試驗表明，與不還田處理相比，土壤中水解性氮、磷、鉀含量分別增加了7.8 mg/kg、7.4 mg/kg和14.7 mg/kg。徐蔣來等[20]通過三年定位試驗結果表明，以第三年75%秸稈還田量處理與對照相比，土壤中全氮、速效磷和速效鉀含量均有所增加。本試驗研究結果表明，與對照相比，秸稈直接還田能夠提升土壤中的速效氮、磷、鉀含量和全氮、磷、鉀含量。

生物炭具有含碳量高、物理性質穩定的特性 [21]，能夠提高土壤中速效氮與速效鉀的供應[22]，且其較高的微孔結構和比表面積，能夠提升土壤的保水、保肥能力，將生物炭還田后，肥料的淋溶明顯降低[23]。研究發現，粘質土加入生物炭可明顯減少無機氮的流失[22]。也有研究表明，土壤中添加生物炭可顯著增加土壤中的氮含量 [24]。本試驗研究中炭化還田較其他2種方式能夠有效的提升土壤有機碳、速效鉀含量、全氮含量和全磷的含量。

4? 結論

種植模式與還田方式因水稻生產前期肥水差異和耕作方式變化可改變土壤中養分含量，其中直播種植模式較移栽方式土壤速效磷含量、速效鉀含量和全磷含量增加0.9%、5.4%和7.1%，生物炭還田可較不還田處理分別顯著增加土壤有機碳含量、速效鉀含量、全氮含量和全磷含量9.6%、20.1%、5.3%和8.1%。因此，直播種植結合生物炭還田可作為提高農田肥力、改善土壤養分的一項促進北方寒地稻田資源再利用有效措施。

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基金項目：財政部和農業農村部： 國家現代農業產業體系建設項目（CARS-01-55）; 沈陽市中青年科技創新人才支持計劃項目（RC210489）；中國—俄羅斯水稻聯合育種實驗室（2019LHSYS04）；遼寧省農業重大專項（2022JH1/10200003）。

收稿日期：2023-11-05

作者簡介：劉子琪（1984—），女，碩士，助理研究員，主要從事農業資源高效利用研究工作。

*通訊作者：唐志強（1983—），男，博士，研究員，主要從事水稻育種及配套栽培技術研究。