皖南稻区紫云英-水稻系统中的稻秸还田效应

【摘要】：绿肥作为我国传统农业的精华,是一种重要的养分供应和土壤培肥方式,在实现作物高产稳产和建立良好农业生态环境方面发挥着极为重要的作用。在我国南方稻区,将豆科绿肥紫云英纳入水稻种植体系是一种高效节肥、增产且可持续的种植模式。在紫云英-水稻轮作体系中,紫云英高产栽培和紫云英-稻秸联合利用是发展绿肥生产和高效利用稻秸资源的重要措施。本文通过设置紫云英盆栽试验研究稻秸不同碳氮配比对紫云英鲜草产量和土壤性状的影响;依托田间定位试验动态取样研究水稻不同生育期产量和养分吸收特征,评估稻紫云英-稻秸联合利用下的土壤培肥和化肥替代效应并探讨其作用机制。主要结果如下:(1)稻秸还田配施氮肥有利于实现紫云英高产并提升土壤肥力。添加稻秸和施用氮肥均显著增加紫云英鲜草产量和地上部氮、磷、钾累积量,相对稻秸处理,氮肥处理对紫云英鲜草产量和养分累积量有更强的正效应,两者配施后的增产效果更显著。稻秸全量还田适当配合施用45～90 kg/hm~2氮肥,更有利于提高紫云英鲜草产量(增产率57.5%～171.2%)和促进养分吸收(氮、磷、钾累积量相较对照分别提升70.5%～141.1%、45.3%～80.8%和102.9%～151.6%)。添加稻秸和施用氮肥显著提高土壤酶活性,其中土壤亮氨酸氨基肽酶活性在不同施氮水平下均随稻秸量的增加先上升后下降,土壤β-葡萄糖苷酶、β-纤维二糖苷酶、β-木糖苷酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶和磷酸酶活性在0、45和135 kg/hm~2氮水平下均以6000kg/hm~2稻秸处理最高,在90 kg/hm~2氮水平下以3000 kg/hm~2稻秸处理最高。土壤速效钾含量和乙酰氨基葡萄糖苷酶活性对紫云英鲜草产量的贡献程度最大,贡献率分别为52.6%和30.0%。(2)紫云英-稻秸联合利用促进水稻增产和养分吸收,并提高氮素利用率。在减施40%氮肥条件下,种植翻压紫云英(MN_(60))及紫云英-稻秸联合利用(MSN_(60))可保持水稻稳产,且种植翻压紫云英对稻谷产量的贡献大于稻秸还田,水稻孕穗期和成熟期地上部氮素累积量在不同处理间的变化规律与产量相似。水稻生育阶段和施肥处理对地上部氮、磷、钾养分累积量有显著影响,其中,氮素累积量受二者交互作用的影响显著。水稻地上部氮、磷、钾养分累积量在分蘖期各处理间差异不显著,孕穗期与成熟期变化趋势相似。在水稻孕穗期和成熟期,MSN_(60)相对N_(60)分别提高水稻地上部氮素累积量84.45%和26.76%,且与常规施氮处理(N_(100))无显著性差异;磷、钾素累积量均以MSN_(60)处理最高,孕穗期和成熟期的磷素累积量较其它施氮处理增幅分别为4.87%～29.92%和6.21%～28.84%,钾素累积量增幅分别为7.74%～37.50%和6.06%～22.85%。同时,紫云英与稻秸联合利用可有效提高水稻氮素贡献率、氮肥利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力。(3)紫云英-稻秸联合利用能够有效培肥稻田土壤。水稻生育期内土壤无机氮和有效磷含量与地上部氮、磷养分累积量变化趋势相似。种植翻压紫云英和紫云英-稻秸联合利用均有效提升土壤地力,其中联合利用对土壤肥力的提高更全面。水稻移栽前和成熟期土壤无机氮含量均以MSN_(60)处理最高,较各施氮处理增幅分别为17.54%～69.05%和1.78%～19.46%。在水稻成熟期,MSN_(60)处理的土壤全氮、有机质含量最高,其中,全氮较N_(60)和SN_(60)处理分别提高7.51%和9.59%,有机质分别提高13.62%和2.61%。此外,紫云英-稻秸联合利用能显著提高土壤碳转化相关酶和酸性磷酸酶活性,降低脲酶活性。(4)在土壤基础肥力性状和酶活性中,土壤全氮含量和脲酶活性是稻谷产量和水稻成熟期地上部氮素养分累积量的主导因子,对稻谷产量的贡献率分别为27.45%和30.03%,对地上部氮素累积量的贡献率分别为24.15%和46.95%。种植翻压紫云英对土壤全氮、速效养分和酶活性有显著正影响,同时对稻谷产量和水稻成熟期地上部养分累积量均有较强正效应。种植翻压紫云英和紫云英-稻秸联合还田处理的土壤肥力指标结果相近,紫云英-稻秸联合还田处理与常规施氮处理的稻谷产量和植株养分累积量结果相近。综上,稻秸还田配施氮肥和紫云英-稻秸联合利用可有效解决稻秸资源化利用难题,其中,紫云英-稻秸联合利用能提高土壤肥力、促进水稻养分吸收,同时可在减肥条件下实现水稻稳产,是实现稻田绿色可持续发展的重要措施。