寒地水稻垄作双深耕作栽培模式技术效果的评价

发布时间：2020-09-08

　　摘要:为评价垄作双深耕作栽培模式对土壤部分理化指标和水稻产量及肥料利用效率的影响,在3个试验地点,对垄作双深耕作栽培(简称垄作)和常规平作耕作栽培(简称平作)的产量、干物质生产、根部性状、肥料利用率及土壤容重、团聚体和温度进行了比较研究。结果表明:采用该技术模式,土壤容重下降,土壤温度和团聚体升高是普遍现象。垄作0—5cm和5—10cm土层的容重分别下降10.40%,10.26%,0—10cm和10—20cm土层团聚体分别增加27.85%,14.18%,6月上旬—9月上旬距地表5,10,15cm位置旬平均温度分别升高2.35,0.58,1.12℃。垄作齐穗期干物重和叶面积指数、灌浆期干物重和叶面积指数、各时期根干重方面表现出显著优势。垄作平均增产7.85%,增产幅度为7.92%~9.86%,穗数或穗粒数增加是其增产的主要原因。垄作氮肥贡献率、土壤氮素依存率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力分别较平作提高13.85%,15.46%,20.86%,6.97%。因此,垄作双深耕作栽培模式改善了土壤理化性质,促进根系生长发育,从而使水稻地上部分表现出生长优势,提高了肥料利用率和产量。

　　关键词:寒地水稻;垄作双深;氮肥利用率;产量;干物质积累

　　中国水稻种植面积约3.0×107hm2,产量占到粮食作物总产的40%左右,提供了60%以上人口的主食[1]。黑龙江省水稻全部为粳稻,占中国水稻总面积的15%左右,历来以优质高产而著称,对保障国家粮食安全其重要作用。中国不同地区传统稻田土壤耕作方式虽有不同,但总体框架基本相同,都要经过翻耕(或旋耕、耙耕)、施用基肥、泡田、水整地的过程[2]。这种耕作方式主要存在以下问题:(1)基肥一般直接撒施在土壤表面,泡田后通过水整地过程混入耕层,实现全层施肥[3],其缺点是肥料淋洗、土壤固定、氨挥发和移栽前排水造成的径流损失比较严重,并且肥料溶水过多,水体富营养化,藻类大量繁殖,肥料利用率低[4-5]。(2)为缓解农时紧张,移栽前30~40d即开始灌水泡田,在非生长时段长时间保持水层,造成水资源浪费[6-7]。(3)黑龙江省水稻生产中普遍推广的高速打浆机,虽然作业效率高,起浆效果好,但是长期应用会导致土壤板结、通透性变差,还原性增强,阻碍根系的生长和功能发挥。因此,既可以确保优质、高产、稳产,又能够提高肥料利用率、恢复土壤结构、水资源高效利用的水稻耕作栽培技术成为现阶段的迫切需求。

　　近年在黑龙江垦区大面积推广的侧深施肥技术,虽然解决了肥料高效利用的问题,但是仍然需要搅浆平地,并且用水量与常规生产持平[8-9]。水稻育苗移栽模式下的垄作栽培法主要有垄畦栽培[10]、垄厢栽培[11]、垄作梯式栽培[12]、粉垄耕作[13]等,在提高肥料利用率、节水、恢复土壤结构、提高产量等方面各具不同优势,但存在基肥施用仍为全层施肥或两行以上秧苗共用一条肥带,肥料利用率提高空间有限,起垄施肥或垄上插秧机不配套等全部或部分问题,从而未大面积推广。为此,团队设计了旱整地、旱起垄、垄体分层条状集中施肥、免除水整地、泡田后机械插秧、移栽后湿润管理的“垄作双深”耕作栽培新模式,并为之开发了专用起垄施肥机械。实践应用结果表明,该技术模式表现出水资源利用率和肥料利用率高,改善土壤结构、减少作业环节、缩短作业时间及增产增效的特点。本研究在新华农场、绥滨农场和浓江农场开展试验,从产量、物质生产、土壤部分物理性质和氮肥利用率方面评价该技术模式的应用效果,以期为寒地水稻高产、优质、高效栽培提供技术支撑。

　　1材料与方法

　　1.1试验材料和地点

　　2017年于黑龙江省绥滨农场、浓江农场和新华农场进行试验。参试品种为龙粳31,参试肥料为尿素(N46.4%)、过磷酸钙(P2O543%)和硫酸钾(K2O50%)。4月12日播种,5月23日移栽。供试土壤的养分含量见表1

　　1.2试验设计

　　采用随机区组试验设计,两水平,即垄作双深栽培(简称垄作)和常规平作栽培(简称平作),同时,两种耕作方式分别设置无氮区,3次重复。水稻垄作双深栽培模式的实施过程为:稻田翻耕或旋耕后旱整平,使用“水田旱起垄双侧双深分类施肥机”实施起垄施肥作业。垄体规格为镇压后垄底宽60cm,垄面宽40cm,垄高10cm左右。施肥和镇压作业与起垄作业同步进行。肥料在垄体内分布为一深二浅共3条肥带。深肥带位于垄体中央,距垄面8cm处,两条浅肥带位于垄体两侧,间距离18cm,距垄面3cm。当地常规施肥的基肥和分蘖全部作为基肥随起垄作业施入,移栽后不再施用分蘖肥。移栽前10d左右灌水泡田,水层没过垄面5cm以上,以便封闭除草。封闭除草药剂施用5~7d后开始插秧。采用机械插秧,插秧规格为行距30cm,穴距12cm。插秧后水分管理为除施用除草剂时水层淹没垄面外,其他时间均保持垄沟有水,垄台无水。其他管理措施同常规生产。常规平作插秧前的基本实施过程为:旋耕或翻耕(秋季或春季)、撒施基肥、泡田、水整地、机械插秧。各处理施肥及分配见表2。

　　1.3测定项目及方法

　　1.3.1干物质积累量和叶面积指数于分蘖期、齐穗期和灌浆期,每小区选长势均匀处连续调查20穴茎数,按照平均茎数取样3穴。带回室内,分蘖期分为根系、茎鞘和叶片,齐穗期和灌浆期分为根系、茎鞘、穗和叶片。采用长宽系数法测定叶面积,并计算叶面积指数。

　　分蘖期在长势均匀的地段,按照平均茎数取植株4穴,每穴以植株基部为中心,使用自制根系取样器,取12cm(行向)×30cm(垂直行向)×30cm(深)的土块,放入尼龙网袋,先用高压水枪粗洗,再用电动喷雾器精细冲洗至干净,冲洗过程中尽量保持根系完整。切下根系,采用根系形态扫描仪(MicrotekScanMakeri800)扫描根系形态特征,根系形态分析软件(WinRHIZO_ProV2007d,RegentinstrumentInc.Canada)分析总根长、总根面积、总根体积、平均根系直径、根尖数。各部分分别包装,在烘箱中105℃杀青,85℃烘干至恒重。

　　1.3.2土壤物理性状6月1日—9月15日开始采用ARN-04型多点土壤温度记录仪逐日记录距地表5,10,15,20,30cm位置的温度,计算旬平均温度。水稻收获后采用环刀法[14]测定土壤容重;筛分法[14]测定原状土壤0—10cm,10—20cm土层各级团聚体组成。

　　1.4数据处理

　　数据整理和图表制作采用MicrosoftExcel2003,方差分析采用DPS9.01。

　　2结果与分析

　　2.1产量及其构成因素的比较

　　表3结果表明,新华农场垄作处理穗数显著高于平作,增幅为3.95%,其他试验点穗数差异不显著。绥滨农场和浓江农场垄作穗粒数显著或极显著高于平作,增幅分别为21.22%,13.49%,新华农场垄作和平作差异不显著。相较于平作,垄作栽培结实率呈降低趋势,其中浓江农场垄作结实率较平作降低7.85%,处理间差异达到显著水平。千粒重处理间差异不显著。垄作栽培产量较平作显著或极显著增产,产量增加7.92%~9.86%。

　　2.2干物质量的比较

　　各地点垄作分蘖期干物质积累量均极显著低于平作;齐穗期干物质量均高于平作,但差异不显著;灌浆期干物质积累量均极显著高于平作(图1)。叶面积指数与干物质积累表现出相同的变化趋势,各地点垄作分蘖期叶面积指数均极显著低于平作,齐穗期和灌浆期各处理叶面积指数均极显著高于平作(图2)。

　　2.3根部性状的比较

　　由表4可知,与分蘖期干物质积累量相反,垄作栽培显著促进了水稻根系生长。浓江农场和新华农场垄作的根总长度、根表面积、根体积、根直径和根尖数较平作平均增加110.45%,63.84%,85.45%,66.29%,99.05%,除根体积外,其他指标处理间差异均达到极显著水平。分蘖期根干重处理间差异不显著,而齐穗期和灌浆期垄作根干重极显著高于平作,新华农场齐穗期和灌浆期垄作根干重分别增加77.88%,128.13%,浓江农场分别增加33.98%,70.54%(图3)。垄作分蘖期和齐穗期根冠比显著或极显著高于平作,新华农场分别较平作增加24.45%,43.77%,浓江农场分别较平作增加29.08%,78.81%。新华农场和浓江农场灌浆期根冠比分别高于平作13.02%,45.41%,其中浓江农场处理间差异显著,新华农场处理间差异不显著(图4)。

　　2.4土壤容重、团聚体及温度的比较垄作栽培由于是免除了水整地的过程,旱整地、旱起垄有效地保护了土壤的物理结构,土壤容重下降,团聚体增加。由表5可知,垄作栽培0—5cm和5—10cm土层容重显著或极显著下降,新华农场分别下降9.35%,9.37%,浓江农场分别下降11.45%,11.15%,10—15cm土层土壤容重处理间差异不显著。由表6可知,垄作处理土壤团聚体明显增加。新华农场和浓江农场垄作0—10cm土层团聚体分别增加14.07%,41.63%,其中浓江农场处理间差异达到显著水平;10—20cm土层团聚体分别增加19.47%,8.89%,处理间差异显著。

　　寒地水稻垄作双深耕作栽培模式技术效果的评价相关期刊推荐：《水土保持学报》(双月刊)创刊于1987年，是由中国土壤学会;中国科学院水利部水土保持研究所主办的刊物。本刊主要刊登有关水土保持、土壤侵蚀方面的基础研究和应用研究--水土流失和荒漠化防治，土壤侵蚀(水蚀、风蚀等)过程及模型，水土流失预防监督与管理，流域植被修复与生态环境建设，区域水土保持与农业可持续发展。