保护性耕作对土壤质量和水稻生长及产量的影响

为了明确保护性耕作对稻田土壤质量和水稻生长及产量的影响,于2018年和2019年在广西大学农学院科研基地进行大田试验(2008年开始的定位试验)。试验材料为常规水稻品种桂育9号(2018年早晚季和2019年晚季)和杂交品种壮香优白金5(2019年早季),设置免耕(NT)、免耕+稻草覆盖还田(NT-SMR)、常耕+稻草覆盖还田(CT-SMR)、常耕(CT)、常耕+稻草翻压还田(CT-SR)共5个处理。于水稻抽穗期和成熟期测定叶面积指数、干物质积累量、叶绿素含量,成熟期取样测定产量结构和产量。水稻收获后,分层(0-5cm、5-10cm、10-20cm)采集土壤样品,测定土壤基本肥力性状和细菌多样性。主要研究结果如下:1、保护性耕作对水稻生长的影响。与CT处理相比,NT处理的干物质积累量、叶绿素含量均显著提高了4.48%、1.86%;CT-SMR处理的叶面积指数比NT、CT处理分别显著提高了12.59%、8.35%,CT-SMR处理的干物质积累量比NT、CT处理分别显著提高了2.13%、6.70%,NT-SMR处理的叶绿素含量比NT、CT处理分别显著提高了4.13%、6.07%。无论是常耕还是免耕,稻草还田均显著提高叶面积指数、干物质积累量、叶绿素含量。2、保护性耕作对水稻产量的影响。NT处理的水稻产量比CT处理显著提高了5.66%;NT-SMR处理的水稻产量比NT、CT处理分别显著提高了2.73%、8.54%。稻草还田能显著提高水稻产量,且有效穗数和每穗总粒数对水稻产量贡献最大。3、保护性耕作对土壤质量的影响1)土壤有机碳、全氮、碳氮比及速效养分(AN、AP、AK)均随土壤深度增加而降低,即A(0-5cm)>B(5-10cm)>C(10-20cm)。土壤细菌多样性指数、丰富度指数及群落结构也随土壤深度增加而降低。变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门是稻田土壤的三类优势种群,占A、B、C土层总细菌的比例分别为61.26%、59.39%、55.62%,三类优势种群的占比随土壤深度增加而明显下降。2)与CT处理相比,NT处理0-5cm土壤有机碳、全氮、碳氮比、碱解氮、有效磷含量分别显著提高了8.37%、9.79%、2.61%、16.11%、8.68%,NT处理土壤细菌多样性指数提高、OTU数增加,但细菌丰富度指数下降;变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门是免耕稻田和常耕稻田的共同优势种群,NT处理变形菌门占总细菌的比例均高于CT处理,在0-5cm、5-10cm、10-20cm分别提高了7.90%、1.52%、10.58%。3)稻草还田亦能显著改变壤碳氮含量、速效养分、细菌多样性及群落结构。无论是免耕还是常耕,稻草还田能显著提高0-5cm、5-10cm土壤有机碳、全氮、碳氮比、碱解氮、有效磷、速效钾。稻草还田还增加了土壤细菌的多样性和丰富度,在5个试验处理中,土壤细菌多样性指数以NT-SMR处理的最高,土壤细菌丰富度和OTU数以CT-SR处理最高。稻草还田后,0-5cm土壤中的优势菌群中变形菌门和酸杆菌门的占比显著提高。4、保护性耕作下水稻生长、产量与土壤质量间的关系。水稻的叶面积指数、干物质积累量和叶绿素含量均与产量呈显著正相关,产量与土壤有机碳、全氮、碱解氮、有效磷、碳氮比均呈极显著正相关。0-5cm优势菌门里面只有变形菌门与C/N成负相关,5-10cm中只有绿弯菌门与C/N成负相关,10-20cm变形菌门和绿弯菌门均与C/N成负相关;而且在0-5cm上,NT-SMR处理对SOC、TN以及C/N的影响最大,在5-10cm和10-20cm上均表现为CT-SR处理对SOC、TN以及C/N的影响最大。因此,保护性耕作能够促进水稻的生长、提高水稻产量,显著改变土壤肥力、细菌多样性及结构。保护性耕作是实现土壤质量可持续的重要途径。