【摘要】：秸稈與養(yǎng)分的高效利用是多元種植模式下實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展的重要因素。研究多元種植模式下耕作模式與秸稈還田方式對(duì)作物養(yǎng)分吸收規(guī)律、秸稈腐解與養(yǎng)分釋放特征以及土壤養(yǎng)分盈虧,以達(dá)到節(jié)肥增產(chǎn)促優(yōu)以及保障耕地可持續(xù)利用的目的。本研究于2015-2017年分別從水稻品種、還田秸稈種類、耕作模式以及秸稈還田方式4個(gè)方面開(kāi)展研究。2015年選用不同氮效率水稻品種德香4103(氮高效品種)與宜香3724(氮低效水稻品種),分別設(shè)置無(wú)秸稈還田、晚熟油菜秸稈覆蓋、早熟油菜秸稈覆蓋與蒜田水稻秸稈殘余,在水稻季結(jié)束后移除水稻秸稈,分別于對(duì)應(yīng)小麥油菜秸稈覆蓋小區(qū)采用免耕直播方式種植小麥與油菜,無(wú)秸稈覆蓋處理采用撂荒處理。并在2015年基礎(chǔ)上,于2016、2017選用代表性水稻品種雜交稻F優(yōu)498為材料,采用大田連續(xù)定位試驗(yàn)方式,設(shè)置翻耕秸稈翻埋還田(T1)、翻耕秸稈覆蓋還田(T2)與免耕秸稈覆蓋還田(T3),同時(shí)采用盆栽試驗(yàn)設(shè)置翻耕秸稈翻埋還田、翻耕秸稈覆蓋還田處理作為輔助試驗(yàn)。研究小麥、油菜稈還田對(duì)油-稻、麥-稻及撂荒-稻三種種植模式下作物養(yǎng)分吸收規(guī)律、產(chǎn)量及稻米品質(zhì)、秸稈腐解與養(yǎng)分釋放特征以及土壤養(yǎng)分分布與盈虧。主要結(jié)果如下:1多元種植模式下秸稈還田對(duì)作物生長(zhǎng)的影響連續(xù)試驗(yàn)表明,不同耕作模式、還田方式與不同秸稈種類還田在水稻移栽后20、30d對(duì)水稻根系生長(zhǎng)與地上部干物質(zhì)積累具有一定的抑制作用,而在其后各時(shí)期表現(xiàn)為顯著促進(jìn)作用,但秸稈還田對(duì)水稻生長(zhǎng)的抑制及促進(jìn)強(qiáng)度則受耕作模式、還田方式與還田秸稈種類的影響。小麥秸稈翻埋還田在前期會(huì)導(dǎo)致稻田土壤嚴(yán)重板結(jié)硬化,進(jìn)而抑制水稻根系與地上部生長(zhǎng),移栽后20-30d干物質(zhì)積累量相對(duì)無(wú)秸稈還田處理下降17.71%與44.21%,而后期對(duì)水稻生長(zhǎng)的促進(jìn)作用難以彌補(bǔ)前期的抑制,進(jìn)而導(dǎo)致水稻干物質(zhì)降低。油菜秸稈翻埋還田雖在生育前期對(duì)水稻根系及地上部生長(zhǎng)有抑制效應(yīng),但中后期對(duì)水稻生長(zhǎng)的促進(jìn)作用能夠抵消前期抑制作用,進(jìn)而在水稻物質(zhì)及產(chǎn)量方面較無(wú)秸稈處理有略微提高。而翻耕與免耕下秸稈覆蓋還田處理對(duì)水稻生長(zhǎng)抑制效應(yīng)較小,因而秸稈還田對(duì)水稻干物質(zhì)積累均表現(xiàn)為顯著促進(jìn)效應(yīng)。在翻耕模式下小麥秸稈覆蓋還田的促進(jìn)效果最為顯著,而在免耕模式下則以油菜稈覆蓋還田效果最佳。但秸稈翻耕還田均顯著促進(jìn)非稻季作物物質(zhì)積累。2多元種植模式下秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量及構(gòu)成因子的影響本研究表明,小麥秸稈翻耕還田顯著降低了水稻有效穗數(shù),進(jìn)而降低水稻產(chǎn)量,但隨還田年數(shù)的增加,秸稈翻埋還田對(duì)有效穗數(shù)的抑制作用顯著降低,在首年與第二年水稻有效穗分別降低4.65%與0.44%,而產(chǎn)量分別降低2.82%與1.72%。盆栽條件下,第二年麥稈翻埋還田對(duì)水稻產(chǎn)量表現(xiàn)為明顯促進(jìn),大田條件下則第二年年水稻產(chǎn)量下降幅度較前一年明顯降低,油菜秸稈翻埋還田下則表現(xiàn)為顯著促進(jìn)水稻有效穗,進(jìn)而顯著提高稻谷產(chǎn)量。而在翻耕與免耕秸稈覆蓋還田下,小麥秸稈、油菜稈均表現(xiàn)為顯著提高水稻有效穗數(shù)及穗粒數(shù),提高稻谷產(chǎn)量,且隨還田年數(shù)的增加增產(chǎn)幅度逐漸增加,2016年增產(chǎn)幅度為1.25%-7.84%,而在2017年增產(chǎn)幅度達(dá)1.93%-13.42%。在翻耕秸稈覆蓋還田下,麥稈覆蓋處理增產(chǎn)幅度明顯高于油菜稈覆蓋處理,而在免耕秸稈覆蓋下則以油菜稈覆蓋處理最優(yōu)。各處理下在水稻產(chǎn)量的降低時(shí),而非稻季作物產(chǎn)量顯著增加。相關(guān)性分析表明水稻結(jié)實(shí)率、千粒重及產(chǎn)量與移栽后30d、齊穗期以及成熟期水稻總根長(zhǎng)、根體積均呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系(r~2=0.28*-0.76**),而水稻穗粒數(shù)及產(chǎn)量與齊穗期10-20cm與20-25cm土層根干重有顯著的正相關(guān)關(guān)系(r~2=0.47**-0.62**)。秸稈養(yǎng)分釋放與水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子有較好的二次擬合方程。3多元種植模式下秸稈還田對(duì)水稻稻米品質(zhì)的影響秸稈覆蓋還田顯著提高氮高效水稻品種德香4103稻米堊百度與堊白粒率及蛋白質(zhì)含量,降低膠稠度與直鏈淀粉含量,而對(duì)氮低效品種宜香3724稻米堊白度及堊白粒率則明顯降低,但秸稈覆蓋還田對(duì)氮高效水稻品種與氮低效水稻品種稻米均明表現(xiàn)為明顯提高稻米出糙率與整精米率。不同耕作模式下麥稈與油菜稈覆蓋還田處理均顯著提高稻米出糙率、整精米率、膠稠度、整精米率及蛋白質(zhì)含量,顯著降低稻米堊白度及堊白粒率。但在秸稈翻埋還田下,首年小麥秸稈翻耕還田時(shí),顯著提高稻米堊白度及堊白率,在第二年則顯著降低堊白度及堊白粒率;油菜稈則均顯著降低稻米堊白度及堊白粒率,但麥稈與油菜稈還田均顯著提高稻米出糙率、整精米率、膠稠度與整精米率及蛋白質(zhì)含量。綜合比較,在秸稈翻埋還田與免耕秸稈覆蓋還田下以油菜秸稈還田最佳,而翻耕秸稈覆蓋下則以麥稈還田最優(yōu)。相關(guān)性分析表明,稻米出糙率、直鏈淀粉含量、堊白度與堊白粒率與水稻生育前期根系形態(tài)指標(biāo)呈顯著正相關(guān)關(guān)系,與水稻生育中后期根系形態(tài)指標(biāo)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,而稻米膠稠度與蛋白質(zhì)含量與水稻生育前期根系太指標(biāo)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,而與中后期根系形態(tài)指標(biāo)呈正相關(guān)關(guān)系。表明秸稈還田下,秸稈腐解及養(yǎng)分釋放影響水稻根系形態(tài)生長(zhǎng)極其構(gòu)建,進(jìn)而影響水稻庫(kù)源關(guān)系以及水稻根系養(yǎng)分吸收轉(zhuǎn)運(yùn)效率,進(jìn)而影響水稻產(chǎn)量及其稻米品質(zhì)。4多元種植模式下秸稈還田對(duì)作物養(yǎng)分吸收的影響本研究表明,在不同耕作模式、還田方式下小麥與油菜秸稈還田對(duì)水稻氮、磷、鉀總積累量均有明顯的促進(jìn)作用,分別較無(wú)秸稈還田處理提高3.00%-40.31%、4.03%-19.89%與6.88%-31.67%,但麥稈翻埋還田在首年對(duì)水稻氮素與磷素吸收有明顯抑制作用,分布降低8.42%與5.26%。秸稈還田對(duì)水稻各時(shí)期養(yǎng)分吸收有明顯的影響,在氮素吸收方面,在首年與第二年,翻耕秸稈覆蓋還田處理在水稻移栽后20d前對(duì)水稻氮素吸收表現(xiàn)為顯著抑制,在移栽后30d至齊穗期也表現(xiàn)為明顯抑制作用,而在移栽后20-30d和齊穗期至成熟期表現(xiàn)顯著的促進(jìn)效應(yīng),但第三年對(duì)移栽后20-30d表現(xiàn)為抑制作用,在其他各時(shí)期均表現(xiàn)為促進(jìn)。而在磷、鉀吸收方面均表現(xiàn)為,在各耕作模式下秸稈覆蓋還田首年對(duì)水稻移栽后20d前磷、鉀吸收有明顯抑制,而第二年則在移栽后20-30d表現(xiàn)出抑制效應(yīng),但在第三年則均表現(xiàn)為明顯促進(jìn)作用或無(wú)明顯差異。在秸稈翻埋還田下,首年實(shí)施時(shí)在齊穗期前均有明顯的抑制作用,但在其后生育期均表現(xiàn)為明顯促進(jìn),隨著秸稈還田年數(shù)的增加,抑制效應(yīng)明顯減低或消失。而非稻季下,小麥氮素積累顯著高于油菜,而磷、鉀積累則油菜積累量最高。5多元種植模式下秸稈還田對(duì)土壤養(yǎng)分平衡的影響不同耕作模式和秸稈還田方式下,小麥及油菜秸稈還田相對(duì)無(wú)秸稈還田,在各時(shí)期土壤有效氮、有效磷及有效鉀均明顯提高。同時(shí),秸稈翻埋還田下,油菜稈還田對(duì)土壤有效氮層化率顯著降低,而麥稈還田顯著提高。麥稈與油菜稈在非稻季收獲后有效磷層化率顯著提高,其他時(shí)期明顯降低,而對(duì)土壤有效鉀層化率均顯著提高。秸稈覆蓋還田對(duì)土壤有效氮、有效磷與有效鉀層化率表現(xiàn)為顯著提高,且油菜稈覆蓋還田提升幅度較麥稈覆蓋還田處理高。在本施肥條件下,采用麥/油-稻種植模式對(duì)土壤氮素和鉀素造成虧損,對(duì)土壤有效磷素表現(xiàn)為顯著盈余。而土壤養(yǎng)分虧損主要是在水稻季產(chǎn)生,而隨著秸稈還田的持續(xù)各季虧損量逐漸降低。同時(shí),在非稻季采用撂荒處理時(shí),也會(huì)由于雨水的淋洗,造成土壤有效磷、有效鉀及有效氮素的虧缺。對(duì)土壤養(yǎng)分與作物養(yǎng)分積累二次方程擬合表明,非稻季土壤養(yǎng)分與水稻前期生長(zhǎng)養(yǎng)分吸收,以及稻季收獲后土壤養(yǎng)分與非稻季作物養(yǎng)分吸收有較好的擬合度,而秸稈還田養(yǎng)分釋放對(duì)非稻季土壤養(yǎng)分含量具有較好的二次方程擬合度。表明前茬土壤養(yǎng)分殘留能夠顯著的影響后茬作物的養(yǎng)分吸收和積累,且在秸稈還田下秸稈腐解及養(yǎng)分釋放在直接影響作物養(yǎng)分吸收外,還通過(guò)對(duì)土壤養(yǎng)分的變化進(jìn)而間接影響作物養(yǎng)分吸收。6多元種植模式下秸稈還田對(duì)還田秸稈腐解及養(yǎng)分釋放的影響本研究表明,水稻品種間還田秸稈總腐解量與養(yǎng)分釋放量以及各時(shí)期鉀素釋放無(wú)明顯差異,但水稻生長(zhǎng)及養(yǎng)分吸收特征明顯調(diào)節(jié)在各時(shí)期的秸稈腐解量及氮、磷釋放量。翻耕秸稈覆蓋能夠明顯加快小麥秸稈腐解及氮素與磷素釋放。首年實(shí)施秸稈翻埋還田時(shí),明顯減緩小麥秸稈腐解及氮、磷釋放速率,但隨著還田年數(shù)的增加則秸稈翻耕處理養(yǎng)分釋放釋放量及釋放速率明顯提高。而油菜秸稈翻埋還田均明顯加快腐解及氮素與磷素釋放,耕作模式與還田方式對(duì)鉀素釋放無(wú)明顯影響。同時(shí),隨著實(shí)施秸稈還田年數(shù)的增加,耕作模式與秸稈還田方式下秸稈腐解及養(yǎng)分釋放的差異逐漸減小。7多元種植模式下秸稈還田對(duì)氮素去向的影響本試驗(yàn)采用~(15)N示蹤技術(shù)研究結(jié)果表明,秸稈翻耕還田能夠促進(jìn)非稻季作物氮素吸收,減少當(dāng)季施用氮素在土壤中的殘留,但秸稈覆蓋還田處理能夠增加后季水稻對(duì)其的吸收。同時(shí),稻季秸稈還田也能夠起到對(duì)非稻季施用的殘余氮素的吸附與攔截,從而促進(jìn)作物對(duì)氮素的吸收利用。秸稈覆蓋還田處理能夠明顯促進(jìn)水稻對(duì)還田秸稈氮素的吸收利用,在不同耕作模式和還田方式下水稻對(duì)油菜秸稈氮素吸收利用率顯著高于小麥秸稈還田處理,但31.23%-77.22%的還田秸稈釋放氮素殘留于土壤中。在齊穗期還田秸稈氮素在土壤中層化率差較小,但在成熟期秸稈翻埋還田層化率明顯降低,而秸稈覆蓋處理層化率明顯提高。8多元種植模式下秸稈還田對(duì)稻季施用氮素去向的影響本試驗(yàn)采用~(15)N研究結(jié)果表明,秸稈翻埋還田在水稻移栽后20 d對(duì)水稻基肥與蘗肥施用氮肥吸收表現(xiàn)為輕微的抑制效應(yīng),在移栽后30 d則表現(xiàn)為顯著的抑制作用,但在其后各時(shí)期則對(duì)基肥與蘗肥表現(xiàn)為顯著的促進(jìn)作用,而翻耕秸稈覆蓋還田僅在移栽后20-30 d顯著抑制水稻當(dāng)季施用氮肥的吸收。小麥秸稈在免耕覆蓋還田下,在水稻移栽后30 d前對(duì)水稻氮素吸收表現(xiàn)為顯著的抑制,在其后各生育時(shí)期表現(xiàn)為顯著促進(jìn),而油菜秸稈還田在各時(shí)期均表現(xiàn)為顯著促進(jìn)。同時(shí),秸稈還田下還田秸稈也對(duì)部分施用氮素進(jìn)行吸附與攔截,其中31.48%-45.68%施用氮素被水稻吸收,23.58%-38.02%被殘留于土壤中,而1.15%-2.56%的施用氮素被還田秸稈所攔截。翻耕條件下秸稈翻埋與秸稈覆蓋還田均明顯提高基肥與蘗肥在土壤的層化率;而在免耕秸稈覆蓋還田下則明顯降低基肥與蘗肥的層化率。秸稈翻耕還田明顯提高穗肥土壤層化率,但秸稈覆蓋還田明顯降低對(duì)穗肥層化率,其中以小麥秸稈還田處理最低。表明在秸稈還田下,秸稈會(huì)對(duì)部分非稻季與稻季施用氮肥進(jìn)行吸附與攔截,作物以此為媒介對(duì)氮素進(jìn)行吸收利用,但秸稈腐熟均貫穿整個(gè)作物生長(zhǎng)季,且秸稈氮大部分殘留于土壤中而被下一季還田秸稈所利用,因而隨持續(xù)年數(shù)的增加,秸稈還田表現(xiàn)出作物養(yǎng)分吸收與土壤盈虧趨于平衡。
【學(xué)位授予單位】：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S511;S512.1;S565.4
【圖文】：

試驗(yàn)于 2015-2017 年在四川成都溫江四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)（N30°43′ E103°52′）進(jìn)行，試驗(yàn)地點(diǎn)氣象資料見(jiàn)圖 2-1。試驗(yàn)田耕層土壤質(zhì)地為沙壤土。稻季采用寬窄行高產(chǎn)栽培方式（寬行 40cm、窄行 26.7、株距 16.7cm），單株栽插，并在寬行進(jìn)行秸稈覆蓋還田處理，便于秸稈覆蓋還田操作。水稻季在總施 N 量 135 kg/ hm2（研究區(qū)域內(nèi)常規(guī)施氮量為 150 kg/ hm2，作物秸稈含氮量為20-50 kg hm2）水平下，采用基肥：蘗肥：穗肥比為 3:3:4 氮肥運(yùn)籌模式，同時(shí)各秸稈還田模式下均設(shè)置不施氮處理。 蘗肥于移栽后 7 d 施用，穗肥于倒 4 葉期一次性施用。P2O590 kg/ hm2, K2O 135 kg /hm2，全部作基肥施用，3 次重復(fù)。非稻季作物小麥、油菜均采用免耕穴直播，油菜行距 30cm、株距 20cm，小麥行距 20cm、株距 10cm，每穴播種小麥與油菜分別播種 3-6 粒，出苗后小麥與油菜分別留苗 3-5苗與 1-2 苗。非稻季均在總施氮量 48 kg/ hm2（所施化肥為 NPK 復(fù)合肥，N:P:K 為15:15:15）水平下，采用基肥：拔節(jié)/越冬肥：穗/薹肥比為 2:4:4 運(yùn)籌模式。小區(qū)面積為 15.4 m2，小區(qū)間筑�。▽� 40cm），并用塑料薄膜包裹，以防串水串肥。

圖 2-3 耕作模式與秸稈還田對(duì)非稻季物質(zhì)積累的影響(2015-2016)Fig. 2-3 The effect of tillage mode and straw incorporation on dry matter accumulation in non-riceseason in 2016由圖 2-4 可見(jiàn)，在 2017 年，在秸稈產(chǎn)量方面，對(duì)比不同耕作模式，油菜稈產(chǎn)量均顯著高于麥稈產(chǎn)量，麥稈產(chǎn)量 T1>T2>T3，而油菜稈產(chǎn)量 T1>T3>T2。而在籽粒產(chǎn)量方面，油菜籽產(chǎn)量均顯著低于麥籽產(chǎn)量，麥籽產(chǎn)量 T1>T3>T2，而油菜籽產(chǎn)量 T1>T2>T3。圖 2-4 耕作模式與秸稈還田對(duì)非稻季物質(zhì)積累的影響(2017)

圖 2-3 耕作模式與秸稈還田對(duì)非稻季物質(zhì)積累的影響(2015-2016)Fig. 2-3 The effect of tillage mode and straw incorporation on dry matter accumulation in non-riceseason in 2016由圖 2-4 可見(jiàn)，在 2017 年，在秸稈產(chǎn)量方面，對(duì)比不同耕作模式，油菜稈產(chǎn)量均顯著高于麥稈產(chǎn)量，麥稈產(chǎn)量 T1>T2>T3，而油菜稈產(chǎn)量 T1>T3>T2。而在籽粒產(chǎn)量方面，油菜籽產(chǎn)量均顯著低于麥籽產(chǎn)量，麥籽產(chǎn)量 T1>T3>T2，而油菜籽產(chǎn)量 T1>T2>T3。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2796930