麦秸还田对水稻产量、品质及环境效应的影响

为了有效解决秸秆露天焚烧和弃置,推进秸秆综合利用,促进资源节约、环境保护和农民增收,本研究通过大田定位试验、土培池微区试验较为系统的研究了麦秸还田对水稻产量、群体质量、稻米品质、氮肥利用和氨挥发、土壤微生物、土壤营养状况、重要生态环境因子的影响,在此基础上系统阐明了秸秆埋深、秸秆还田方式、秸秆还田量、秸秆还田下的氮肥运筹、秸秆还田配施有机肥和无机氮肥对水稻产量、品质、重要生态环境因子的调控效应。主要结果如下: 1、研明了秸秆还田对水稻产量、群体质量和品质的影响及其调控效应 在秸秆埋深、覆盖和焚烧三种方式中,以秸秆埋深还田较佳,在麦秸埋深5cm、10cm和20cm三种深度中,以秸秆埋深5 cm的产量最高、稻米品质较好;在麦秸还田0-9000 kg/hm2范围内,随着秸秆还田量的增加,水稻产量呈现上升趋势,每穗粒数、结实率和千粒重随之增加,而穗数随之逐渐减少,出糙率、精米率、整精米率和蛋白质含量随之提高,垩白粒率和垩白度降低,长宽比和胶稠度增大,直链淀粉含量下降,以秸秆还田6000 kg/hm2时水稻产量结构相对协调,产量也高,品质较好;在麦秸全量还田条件下,对于扬辐粳8号,播量67.5 kg/hm2较为适宜;在秸秆还田条件下,以施纯氮300 kg N/hm2产量最高,稻米外观品质及蒸煮品质改善;在不同氮肥运筹模式中,以基肥∶分蘖肥∶穗肥为4∶2∶4的氮肥运筹处理产量最高,出糙率、精米率和整精米率较高,垩白粒率、垩白度和直链淀粉含量较低,胶稠度增大,品质明显改善;秸秆还田配施无机氮肥和有机肥的处理茎蘖数和高峰苗适宜,叶绿素含量高,LAI适宜,抽穗-成熟期干物质积累多,群体质量较好,产量较高,品质较佳。综合产量、群体质量、品质各指标,以秸秆还田6000 kg/hm2、配施有机肥4500 kg/hm2、氮肥240 kg/hm2时的处理较好。 2、揭示了水稻土微生物对秸秆还田的响应特征 通过大田试验,研究了秸秆还田、施用有机肥和无机氮肥对水稻土微生物影响。在秸秆还田的情况下,增施氮肥(0-330 kg/hm2范围内)可促进秸秆的腐解;秸秆还田、施用有机肥和氮肥中的单一措施均能不同程度地增加水稻土壤细菌、真菌、放线菌的数量;综合运用秸秆还田、施用有机肥和氮肥措施能协同增加土壤微生物数量,提高土壤生物量态氮含量,以秸秆还田量6000 kg/hm2、施用有机肥量4500 kg/hm2、施用氮肥量240 kg/hm2效果较佳。 3、从多方面阐明了秸秆还田对水稻生态环境的效应 (1)氮素利用与稻田氨挥发,秸秆还田对稻田氨挥发有促进作用,氮肥施用显著促进氨挥发。秸秆还田配施无机氮肥和有机肥条件下,秸秆还田处理较未还田处理、配施有机肥处理较未施有机肥处理的氮肥利用率高。 (2)水稻生态环境,秸秆埋没还田和覆盖还田的稻田田面水的pH值比未还田处理有所下降,而秸秆焚烧的pH值有所升高。秸秆还田、有机肥和无机氮肥配施对田面水pH值的影响不大。秸秆还田初期,粘土和砂土的耕层水氧化还原电位提高,之后由于淹时间较长,土壤氧化还原电位值较低。施用无机氮肥可以提高氧化还原电位,秸秆和无机氮肥配施有协同提高氧化还原电位的作用。秸秆埋没还田的田面水溶氧量比未还田的少,而秸秆覆盖和焚烧处理的田面水溶氧量比秸秆埋深还田处理的要高,与未还田相似或略高;仅施用有机肥或者无机氮肥均会导致田面水溶氧量降低;秸秆还田配施无机氮肥,或者秸秆还田配施有机肥和无机氮肥,田面水溶氧量均比秸秆未还田有所减少。水稻生长初期,秸秆还田能显著增加耕层水DOC和IC浓度。施用无机氮肥降低了耕层水中DOC和IC浓度,在秸秆还田的情况下,施用氮肥会抑制DOC和IC的溶出。 (3)水稻土营养和肥力,秸秆还田配合施用氮肥和有机肥,比单纯秸秆还田更能提高土壤有机质含量。相对于秸秆覆盖还田和焚烧还田方式,秸秆埋没还田方式对水稻整个生育期水稻土N、P、K含量的稳定是比较有利的。随着水稻生育期的推进,秸秆还田能缓解粘土和砂土碱解氮、速效磷和速效钾含量的下降。秸秆还田和无机氮肥配施,或者秸秆还田、有机肥和无机氮肥配施有协同提高土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量的作用,能改善养分供应状况,培肥地力。