潘孝晨，唐海明*，肖小平，李 超，湯文光，汪 柯，程凱凱，郭立君

（1湖南省土壤肥料研究所，長沙410125；2湖南大學(xué)研究生院隆平分院，長沙410125）

合理的土壤耕作方式能夠改善土壤的物理（水、熱和氣動態(tài)及土壤結(jié)構(gòu)）、化學(xué)（有機(jī)質(zhì)礦化及養(yǎng)分有效性）和生物學(xué)（土壤微生物多樣性及活性）性狀，提高作物產(chǎn)量和根系生長［1］。一般的土壤耕作措施有少免耕、旋耕、翻耕等，其中翻耕是傳統(tǒng)的土壤耕作方式，耕翻后土壤的結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，可明顯改善土壤的物理性狀，對土壤含水量、總孔隙度、水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量及團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定系數(shù)均有較大影響，有利于促進(jìn)土壤通氣孔隙的形成，改善土壤結(jié)構(gòu)［2］。旋耕一般耕作深度為8～15 cm，可以改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤貯水量、促進(jìn)根系生長，但長期旋耕也會導(dǎo)致土壤穩(wěn)定性降低，營養(yǎng)流失等問題。少免耕可以防止水土流失，節(jié)省人力物力，是一種保護(hù)性耕作措施，但長期少免耕容易引起土壤板結(jié)，耕層變淺［4］。

水稻機(jī)械化生產(chǎn)是穩(wěn)定水稻產(chǎn)量、增加稻農(nóng)收入的重要措施，有利于提高水稻綜合生產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)糧食安全的技術(shù)保障，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢，其中稻田采用機(jī)械操作對整地質(zhì)量的好壞直接影響到水稻移栽質(zhì)量、生長發(fā)育和產(chǎn)量等方面［3］。江澤普等認(rèn)為，免耕直播水稻株高、結(jié)實(shí)率及產(chǎn)量都較高，穗粒數(shù)和千粒重則與常規(guī)插秧相當(dāng)，而免耕拋秧穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重及產(chǎn)量均較低；在土壤理化性狀方面，與常規(guī)插秧比，免耕栽培稻田表層土壤有機(jī)質(zhì)增加［4］。吳建富等認(rèn)為，中長期連續(xù)機(jī)械旋耕與傳統(tǒng)翻耕對雙季機(jī)插稻的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均無顯著影響，但傳統(tǒng)翻耕有利于雙季機(jī)插水稻穩(wěn)產(chǎn)［5］。也有研究認(rèn)為，不同土壤耕作措施下稻田土壤質(zhì)量表現(xiàn)為旋耕處理優(yōu)于翻耕處理［6］。一些學(xué)者認(rèn)為，長期連續(xù)耕作導(dǎo)致農(nóng)田的耕層普遍淺化，土壤緊實(shí)，嚴(yán)重阻礙了作物根系的生長和產(chǎn)量的提高，同時(shí)弱化了土壤的蓄水保肥能力，容易導(dǎo)致水土流失［9，10］。因此，采取科學(xué)合理的機(jī)械耕作方式，有利于保證稻田耕地質(zhì)量，提高水稻移栽質(zhì)量，促進(jìn)水稻生長發(fā)育和提高產(chǎn)量水平。

我國水稻機(jī)械化生產(chǎn)水平較低，對比西方農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平實(shí)力差距依然明顯，特別是我國雙季稻區(qū)水稻種植機(jī)械化發(fā)展尤其緩慢［7，8］，主要原因是農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相融合程度不高，影響了水稻種植機(jī)械化推廣。湖南省是我國重要的雙季稻區(qū)，洞庭湖平原區(qū)又是湖南重要的糧食主產(chǎn)區(qū)。因此，針對上述生產(chǎn)中所存在的主要問題，為了進(jìn)一步提高洞庭湖區(qū)水稻生產(chǎn)的機(jī)械化水平，減緩該區(qū)域雙季稻“雙搶”季節(jié)緊張、勞動力不足等現(xiàn)實(shí)問題，筆者通過2016～2017年開展不同土壤耕作方式結(jié)合泥漿沉實(shí)時(shí)間處理對晚稻植株干物質(zhì)積累及產(chǎn)量影響研究，旨在為該區(qū)域輕型高效、省工節(jié)本、穩(wěn)產(chǎn)增收的土壤耕作技術(shù)提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在洞庭湖平原區(qū)的南縣茅草街鎮(zhèn)新尚村進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤類型為長江沖積物發(fā)育的紫潮泥。試驗(yàn)前耕層（0～20 cm）土壤養(yǎng)分含量：有機(jī)質(zhì)30.8 g/kg、全氮 2.20 g/kg、全磷 1.08 g/kg、全鉀 17.12 g/kg、堿解氮 203.1 mg/kg、有效磷 28.5 mg/kg、速效鉀42.6 mg/kg，pH值7.7。試驗(yàn)地種植模式為冬閑—雙季稻。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及田間管理

試驗(yàn)包括4個(gè)土壤耕作處理：T1.輕型旋耕機(jī)+耕作后沉實(shí)1 d移栽晚稻；T2.輕型旋耕機(jī)+耕作后沉實(shí)2 d移栽晚稻；T3.重型旋耕機(jī)+耕作后沉實(shí)1 d移栽晚稻；T4.重型旋耕機(jī)+耕作后沉實(shí)2 d移栽晚稻。為方便稻田土壤耕作，試驗(yàn)采用大區(qū)試驗(yàn)，不設(shè)重復(fù)，各處理小區(qū)面積為450 m2；輕型和重型旋耕機(jī)的土壤耕作深度分別為8～10 cm和10～15 cm。

2016年晚稻供試品種為‘岳優(yōu)518’。T1和T3處理均于7月22日移栽，T2和T4處理均于7月23日移栽。2017年晚稻供試品種為‘桃優(yōu)香占’，T1和T3處理均于7月18日移栽，T2和T4處理均于7月19日移栽。移栽規(guī)格均為行距26.4 cm，株距13.2 cm。晚稻季共施N 179.91 kg/hm2、P2O544.98 kg/hm2和K2O 119.94 kg/hm2，N和K2O按基肥∶分蘗肥=7∶3的施肥比例進(jìn)行，P2O5于土壤耕作時(shí)作基肥一次性施入。移栽后7～10 d結(jié)合施分蘗肥進(jìn)行田間雜草防除。水分管理采用前期淹水、中期烤田和后期干濕交替的管理模式，其他管理措施同常規(guī)大田生產(chǎn)。

1.3 測定項(xiàng)目和方法

（1）生育期記載。2016和2017年，觀察記載各處理晚稻的移栽期、分蘗盛期、孕穗期、齊穗期、成熟期；計(jì)算各處理晚稻全生育期天數(shù)。

（2）株高、干物質(zhì)、葉片葉綠素和植株養(yǎng)分含量。水稻成熟期于每個(gè)處理小區(qū)中選擇3個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)隨機(jī)選擇5穴水稻，測定植株的株高，計(jì)算其平均值；同時(shí)，采用SPAD-502型葉綠素測定儀測定主莖劍葉的上部、中部和下部3個(gè)點(diǎn)的SPAD值，計(jì)算其平均值。

水稻成熟期每個(gè)處理小區(qū)中各選擇3個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)隨機(jī)挖取5穴水稻，先用清水沖洗干凈，注意避免丟失根量，用濾紙吸干附著水，然后將植株按根、莖、葉和穗部位裝袋，于105℃殺青30 min，80℃烘至恒重，測定干物質(zhì)量，分析比較各處理成熟期水稻植株干物質(zhì)積累量。

（3）產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素。水稻成熟期，每小區(qū)中選擇長勢均勻的3個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)1 m2，計(jì)數(shù)單位面積內(nèi)的有效穗數(shù)；從每小區(qū)中隨機(jī)選取5穴考種，測定每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重等指標(biāo)，計(jì)算其平均值；同時(shí)，測定各小區(qū)的水稻實(shí)際產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行處理，采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻生育期

從表1可知，機(jī)插條件下不同土壤耕作方式和移栽日期對水稻生育期均有一定的影響。2個(gè)年份均以T1處理全生育期最短，分別為101 d和98 d；均以T4全生育期最長，分別為105 d和102 d；T2全生育期分別為102 d和99 d，T3全生育期分別為104 d和101 d。

表1 不同耕作方式及泥漿沉實(shí)時(shí)間處理下機(jī)插晚稻生育期Table 1 Grow th stages of late rice w ith different tillagemethods and mud settling time

2.2 植株株高

由圖1可知，2個(gè)年份各處理晚稻植株的株高順序均表現(xiàn)為T4＞T3＞T2＞T1，其中以T4處理最高，分別為100.5 cm和99.4 cm，其次是T3和T2處理，分別為 100.3、99.9 cm（2016年）和 99.2、98.8 cm（2017年）；各處理間植株株高均無顯著性差異。同時(shí)，同一旋耕機(jī)耕作條件下，T1、T3處理水稻株高低于T2、T4處理，但差異不顯著。

2.3 葉片葉綠素含量

圖1 不同耕作方式及泥漿沉實(shí)時(shí)間處理下機(jī)插晚稻株高Fig.1 Effects of different tillagemethods and mud settling time on plant height of late rice planted by machine

由圖2可知，各處理間晚稻植株的葉綠素含量無顯著性差異，大小順序均表現(xiàn)為T2＞T4＞T3＞T1。2個(gè)年份葉綠素含量均以T2處理最高，葉綠素含量分別為32.97、31.98，其次是T4和T3處理，葉綠素含量分別為 32.43、31.93（2016年）和 31.33、30.83（2017年）；T1葉綠素含量最低分別為 31.30、30.20。同一旋耕機(jī)耕作條件下，T2、T4處理水稻葉片葉綠素含量高于T1、T3處理，但差異不顯著。

2.4 干物質(zhì)積累

由表2可知，不同處理對晚稻植株各部位干物質(zhì)積累具有一定的影響。其中，2個(gè)年份植株的莖、葉干物質(zhì)積累量均以T4處理最高，均顯著高于其他處理；各處理間水稻植株的穗干物質(zhì)積累量均無顯著性差異。地上部分干物質(zhì)積累量均以T4處理最高，均顯著高于T1和T3處理；2016年T4處理的莖、葉和穗干物質(zhì)積累量比T1處理分別增加了865.5、389.25、649.05 kg/hm2，2017年分別增加了867.75、344.25、652.2 kg/hm2。T2處理的地上部分干物質(zhì)積累量均高于T1和T3處理，但無顯著性差異。同時(shí)，同一旋耕機(jī)耕作條件下，T2、T4處理的各部位干物質(zhì)積累均高于T1、T3處理。

圖2 不同耕作方式及泥漿沉實(shí)時(shí)間下機(jī)插晚稻葉綠素含量Fig.2 Effects of different tillage methods and mud settling time on chlorophyll of late rice planted by machine

表2 不同耕作方式及泥漿沉實(shí)時(shí)間下機(jī)插晚稻干物質(zhì)積累量（kg/hm2）Table 2 Effects of different tillagemethods and mud settling time on dry matter accumulation ofmachine-planted late rice

2.5 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

由表3可知，不同處理間晚稻植株的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重均無顯著性差異。2個(gè)年份各處理水稻產(chǎn)量大小順序均表現(xiàn)為T4＞T2＞T3＞T1，其中以 T4處理最高，分別為 7224和7285.5 kg/hm2，其次是T2和T3處理，2016年產(chǎn)量分別為6907.5、6811.5 kg/hm2，2017年產(chǎn)量分別為7089、6852 kg/hm2，T1顯著低于 T4，產(chǎn)量為 6336和6561 kg/hm2。

表3 不同耕作方式及泥漿沉實(shí)時(shí)間下機(jī)插晚稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 3 Effects of different tillagemethods and m ud settling tim e are im portant factors for the yield and yield components of late rice p lanted by machine

2.6 水稻植株莖、葉、穗不同部位N、P、K積累量

由表4可知，2個(gè)年份的晚稻植株中，T4處理莖、葉、穗、地上部分的氮、磷、鉀素積累量均為最高，均顯著高于T3和T1處理，其次是T2和T3處理；2016年T4處理的地上部分氮、磷、鉀素積累量比T3處理分別增加 9.7、2.32、10.3 kg/hm2；2017年 T4處理的地上部分氮、磷、鉀素積累量比T3處理分別增加9.7、2.22、10.3 kg/hm2。T1處理植株中各部位的氮、磷、鉀素積累量均最低且無顯著性差異。T2、T4的 N、P、K積累量高于T1、T3處理。同時(shí)，晚稻地上部分元素積累量中對N的積累量均最多，主要集中在稻穗中，葉片中含量最少；其次是對K的積累量，莖稈中最多，葉片中最少；植株對P的積累量最少，且主要積累在穗中。以T4處理為例，2016年T4處理的地上部分對N的積累量較P、K分別增加了 123.25、34.1 kg/hm2，2017年分別增加了123.96、32.0 kg/hm2。

表4 不同耕作方式及泥漿沉實(shí)時(shí)間下機(jī)插晚稻不同部位N、P、K積累量（kg/hm2）Table 4 Effects of different tillagemethods and mud settling time on N，P，K accumulation in different parts of late rice planted by machine

3 討論

3.1 不同耕作方式及泥漿沉實(shí)時(shí)間對水稻植株干物質(zhì)和養(yǎng)分積累的影響

本試驗(yàn)結(jié)果表明，泥漿沉實(shí)時(shí)間和土壤旋耕深度影響水稻干物質(zhì)積累。耕作后沉實(shí)2 d再移栽（T2、T4）的晚稻各部位干物質(zhì)積累量均高于耕作后沉實(shí)1 d就移栽的處理（T1、T3），其原因是沉實(shí)2 d后移栽處理的水稻（T2、T4）生育期長于沉實(shí)1 d后移栽處理（T1、T3），所以晚稻受到的光、熱、水分及營養(yǎng)均要多于生育期稍短的水稻。有研究認(rèn)為，與手栽相比，機(jī)插和直播生育進(jìn)程延遲，生育期縮短，并呈緯度越高縮短天數(shù)越多的趨勢［16］。劉白銀認(rèn)為不同生育時(shí)期的植株氮、磷、鉀養(yǎng)分含量和累積吸收量均表現(xiàn)為機(jī)耕＞牛耕＞免少耕＞免耕［11］。因?yàn)檩p型旋耕機(jī)耕作深度一般為8～10 cm，較淺的耕翻可能使得土壤中耕作層抬高，根系生長受阻，從而影響了養(yǎng)分的吸收。而重型旋耕機(jī)耕作深度可以達(dá)到15 cm，改良了土層間有機(jī)質(zhì)的分布，降低了水稻根系周圍土壤容重［5］，有利于根的生長和吸收營養(yǎng)元素。所以T4處理高于T2處理的干物質(zhì)積累量，T3處理高于T1處理的干物質(zhì)積累量。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，泥漿沉實(shí)時(shí)間影響水稻植株?duì)I養(yǎng)元素的積累。2個(gè)年份的水稻植株T4處理莖、葉、穗、地上部分的氮、磷、鉀素積累量均為最高，顯著高于T3和T1處理，其次是T2處理和T3處理，T1處理的營養(yǎng)元素積累量最低。耕作后沉實(shí)2 d再移栽處理（T2、T4）的水稻各部位營養(yǎng)元素積累量均高于耕作后沉實(shí)1 d就移栽處理（T1、T3）?？赡苁且?yàn)槌翆?shí)的泥漿促進(jìn)了植株對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和水稻的生長，增加了水稻植株地下部和地上部的干物質(zhì)積累，這里表現(xiàn)為T4處理高于T2處理的營養(yǎng)元素積累量，T3處理高于T1處理的營養(yǎng)元素積累量。

同時(shí)，土壤旋耕深度對植株?duì)I養(yǎng)元素的吸收也有影響，對比輕型旋耕機(jī)處理（T1、T2），采用重型旋耕機(jī)處理（T3、T4）更有利于增加植株地上部的氮素、磷素和鉀素積累量，對水稻的生長、營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用有一定的促進(jìn)作用，進(jìn)而影響植株的養(yǎng)分積累量［5］。

3.2 不同耕作方式及泥漿沉實(shí)時(shí)間對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

作物干物質(zhì)積累量是其產(chǎn)量的物質(zhì)基礎(chǔ)，作物產(chǎn)量的高低與其生產(chǎn)能力及同化物與經(jīng)濟(jì)器官吸收積累營養(yǎng)元素能力密切相關(guān)［18］。有研究表明，水稻產(chǎn)量一般隨生育期延長呈增加的趨勢［14］。馬殿榮等人認(rèn)為，不同栽培方式下水稻產(chǎn)量與干物質(zhì)積累總量呈極顯著正相關(guān)［12］。馮躍華等人認(rèn)為，由于免耕稻具有發(fā)達(dá)的根系特性，免耕稻相對于翻耕稻表現(xiàn)出增產(chǎn)優(yōu)勢［13］。池忠志等人研究認(rèn)為，直播產(chǎn)量最高，機(jī)插次之，手栽最低［17］。唐海明等認(rèn)為，冬季覆蓋作物秸稈還田能為晚稻的生長發(fā)育提供較多的營養(yǎng)物質(zhì)，從而促進(jìn)了晚稻的分蘗和成穗率，提高產(chǎn)量［19］。代家風(fēng)認(rèn)為，翻耕比免耕產(chǎn)量更高，翻耕有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重和水稻干物質(zhì)積累均高于免耕［20］。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤旋耕深度影響晚稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素。本研究發(fā)現(xiàn)，T4處理的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重及產(chǎn)量最高，其次是T3處理和T2處理，T1處理最低。重型旋耕機(jī)10～15 cm的耕作深度比輕型旋耕機(jī)8～10 cm的耕作深度更符合水稻根系平均分布在0～20 cm土層中的實(shí)際，更好地改善了水稻根系周圍土壤的理化性質(zhì)，改善了根系土壤的通氣條件。

同時(shí)，泥漿沉實(shí)時(shí)間也影響水稻產(chǎn)量。泥漿沉降是一個(gè)需要較長時(shí)間的過程，土壤過于稀松，機(jī)插的秧苗由于根系不發(fā)達(dá)，移栽入土深，分蘗節(jié)位升高，不利于秧苗返青和早發(fā)，推遲晚稻分蘗，減少了有效分蘗，影響了水稻的產(chǎn)量［15］；泥漿沉實(shí)2 d后，土壤基本形態(tài)已穩(wěn)定，更適合秧苗穩(wěn)定的生長發(fā)育，穩(wěn)定的生長又可以使水稻吸收更多的營養(yǎng)元素，為其增加有效穗和結(jié)實(shí)率打下堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)，使水稻的產(chǎn)量增加。因此水稻產(chǎn)量表現(xiàn)出T4＞T3、T2＞T1的結(jié)果，最后在旋耕深度和泥漿沉實(shí)時(shí)間共同影響下各處理水稻產(chǎn)量順序表現(xiàn)為T4＞T2＞T3＞T1。

4 結(jié)論

綜上所述，洞庭湖平原區(qū)雙季水稻使用重型旋耕機(jī)結(jié)合泥漿沉實(shí)2 d后再移栽處理的晚稻產(chǎn)量性狀及產(chǎn)量表現(xiàn)最好，其處理的水稻干物質(zhì)積累量和莖、葉、穗、地上部分的氮、磷、鉀素積累量均高于其他各處理，而輕型旋耕機(jī)結(jié)合泥漿沉實(shí)1 d就移栽的水稻各方面表現(xiàn)均較差。