灌溉和秸秆还田对水稻产量及土壤氧化还原特性的影响

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秸秆还田存在降低直播稻播种质量和拔节前群体质量的现象,为减轻麦秸还田对水稻生长的负面影响,找到麦秸还田影响直播稻立苗、阻碍其干物质积累的原因,本研究采用模拟实验与田间试验相结合的方法,研究了不同灌溉方式(淹水、干湿交替)和还田方式(混合、覆盖)结合下的秸秆还田效应。主要包括以下3个方面:通过不同浓度秸秆浸提液培养水稻种子和不同灌溉方式与秸秆还田方式结合下的水稻6叶1心期生长模拟实验,研究秸秆还田对水稻发芽、立苗的影响;通过不同灌溉方式和秸秆还田方式结合下的水稻全生育期生长盆栽试验和田间试验,研究秸秆还田对水稻各生长期地上部分生长动态、根系状况和产量的影响;观察上述水稻全生育期试验中水稻不同生长期内土壤的氧化还原性状况,从土壤环境的角度探讨秸秆还田影响水稻生长的原因。主要研究结果如下:  1.不同浓度秸秆浸提液和不同灌溉方式与还田方式对水稻萌发和立苗的影响。  低浓度秸秆浸提液不影响水稻种子正常萌发和生长,高浓度秸秆浸提液显著降低水稻发芽率。当秸秆浸提液浓度低于12.5 g·l-1时,水稻种子可以正常萌发和生长,甚至在低于3.13g·1-1时明显促进芽长伸长;当秸秆浸提液液浓度高于12.5 g·l-1时,水稻种子萌发延迟且发芽率低于30%,种子主根数量、生根数和生根速度显著降低,芽和根的干物质积累量显著减少,随着秸秆浸提液浓度的增加,负面影响逐渐增大。秸秆混合、覆盖、覆土还田均对水稻苗期的立苗、分蘖、株高、根系和地上部干物质积累、叶片生长等均有不同程度的负面影响,沟埋还田(无秸秆还田)下水稻长势最佳。秸秆覆盖还田显著降低水稻的发芽成苗率,两种灌溉方式下秸秆覆盖还田的成苗率均低于60%,秸秆混合还田不仅降低水稻成苗率,还降低根系的伤流量。水稻在6叶1心期时已逐渐出现红锈根,秸秆还田使水稻根系的锈化程度增加,且红锈根多出现在秸秆还田的位置。干湿交替灌溉有利于增加水稻主根的数量,具有较低的根系锈化程度,但淹水灌溉下6叶1心期的水稻具有较多分蘖数和较高的根系活力。  2.不同灌溉方式和秸秆还田方式对水稻产量的影响。  淹水下秸秆还田显著降低水稻株高、干物质积累量和产量,淹水混合还田最不利于水稻生长,干湿交替下秸秆还田对水稻生长的影响较小,干湿交替覆盖还田具有保产甚至增产效应。水稻红锈根出现初期,其分布与秸秆在土壤中的分布一致,秸秆混合还田红锈根分布于土壤旋耕层,而秸秆覆盖还田只分布于0~5 cm的表层;水稻分蘖期至抽穗期淹水灌溉下根系颜色深于干湿交替,且秸秆混合还田根系颜色最深,表明根系衰老严重,根系活力最低,水稻产量随着根系锈化程度的提高而逐渐降低。尽管水稻在营养生长期淹水灌溉下茎秆的干物质积累量高于干湿交替,但水稻抽穗期以后淹水下的干物质积累能力和向穗部的转运能力均显著低于干湿交替,干湿交替灌溉能延缓水稻根系衰老,叶片挺拔直立,株型紧凑,提高了水稻生长后期的群体透光率和光合面积,促进了干物质的积累和转运,从而促进籽粒灌浆,提高水稻产量。  3.不同灌溉方式和秸秆还田方式对土壤还原性和养分的影响  秸秆还田因腐解产生有机酸等物质会降低土壤pH,增加土壤中的还原性物质总量,且土壤中的还原性物质大量累积在秸秆与土壤充分接触的区域,秸秆混合还田在0~20 cm旋耕土层内均有显著高于其他处理的还原性物质含量,而秸秆覆盖还田只在0~5 cm表层土壤中有较高含量;淹水高于干湿交替。秸秆还田显著降低土壤Eh,混合还田低于覆盖还田;淹水灌溉低于干湿交替灌溉,干湿交替灌溉为水稻根系生长提供了良好的土壤环境,土壤Eh值处在-34.2~572.9 mV范围内,而淹水灌溉下土壤Eh一直处在-96.0~84.7 mV的还原性范围内,对水稻根系具有毒害作用,加速根系衰老不利于水稻后期生长。秸秆还田能增加土壤中的有机质和速效钾含量,但显著降低土壤有效磷含量。土壤在淹水灌溉下损失的全氮和有效磷含量显著高于干湿交替灌溉。水稻产量与土壤的氧化还原状况和土壤中的有效磷含量具有显著相关性,土壤中还原性物质越多,越不利于水稻产量。
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