一种水稻秸秆秋季湿耙还田培肥丰产栽培方法

1.本发明涉及一种水稻秸秆秋季湿耙还田培肥丰产栽培方法，属于农业领域。


背景技术：

2.东北地区是我国重要的粳稻主产区，也是我国最为重要的黑土区，更是国家粮食安全的“稳压器”。然而，随着高产需求，过度依赖化肥造成了养分大量流失，而“重无机轻有机”导致了水稻产量、品质以及土壤保育需求之间难以平衡，进而使黑土资源过度消耗、质量逐渐恶化。我国是农业大国，每年水稻收获后，都会产生大量秸秆，作为一种可利用资源，不合理的秸秆处理方式会造成严重的资源浪费和环境污染(张明秋和王金武，2007)，其中秸秆还田是这些资源利用的主要方式之一。科学的秸秆还田方式可以在减少化肥投入的情况下培肥地力，改善土壤环境，增加产量(施波等， 2020)。
3.提高秸秆腐解率是东北地区秸秆还田面对的主要问题。较高的温度和湿度、良好的透气性、丰富的微生物群落结构多样性、适宜的碳氮比和合理的耕作制度等都可以促进腐殖质的形成。但常规的秸秆还田模式如机械收获后直接还田、水稻高根留茬还田、秸秆粉碎后还田、整秆翻埋还田，秸秆过腹还田等(徐庚鸿，2021)都有不足之处。其中，机械收获后直接还田在低温低湿的冬季腐解缓慢，还会为虫卵、草籽、病原生物的越冬场所；高根留茬还田不易彻底翻压，会导致稻茬漂浮在水面，对水稻移栽作业产生不利影响(焦忠恩，2018)；整秆翻埋还田下秸秆与土壤接触不够充分，腐解困难，但就算将秸秆粉碎，由于这种还田方式多在春季进行；而东北地区地处冷凉，相较于南方无霜期短，秸秆有效腐解时间短，此时秸秆还田量过大，土壤中碳含量大大增加，对腐解十分不利，还会加剧土壤微生物与作物争氮，不利于水稻生长，若此时增施氮肥，易导致氮肥施用过量、氮肥利用率低下等问题，不符合当前我国经济效益和生态效益目标；过腹还田好处较多，但许多农户养殖家畜较少或没有精力养殖，且很多地区并没有大型养殖场，因此难以普及。除了上述情况，我国秸秆还田还存在盲目、随意等问题，所以应针对东北地区资源、地理特点和现有问题提出经过科学验证的、适宜当地的、农民能够实施的秸秆还田方式。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决传统水稻秸秆还田方式下当季秸秆腐解慢和难以长期(全量)还田的问题，可有效减少水稻生产中无机氮的投入量，提高氮肥利用率，改善土壤理化性质。
5.本发明提供一种针对北方地区，尤其东北地区的秸秆还田培肥丰产栽培方法。
6.一种水稻秸秆秋季湿耙还田培肥丰产栽培方法，包括下述步骤：
7.步骤1，秋季水稻收割时，将秸秆粉碎，留茬高度≤15cm，秸秆切碎后90％以上秸秆的长度达到7cm～8cm，且抛撒均匀；
8.步骤2，水稻收割后，在耕层土壤上冻前灌水泡田，泡田深度≥5cm，保持水层深度1cm～2cm；
9.步骤3，泡水后耙地前，施用有机物料腐熟剂2kg/亩，同时按每100kg秸秆施纯氮0.5kg～1kg施入氮肥，c/n为25:1～30:1，施撒均匀；
10.步骤4，秋季湿耙，使秸秆与稻田泥浆充分混匀，在充分吸水后，利用土壤未上冻前的有效积温，并经过冬春冻融交替后加速秸秆破碎腐解；
11.步骤5，翌年春季水稻插秧前再次泡田，泡田3d～5d后带水耙地，耙地应达到田面平坦、上糊下松、高低落差≤3cm，搅浆深度12cm～15cm；
12.步骤6，耙地后沉淀3d～5d，使泥水分层再进行春季插秧。
13.本发明所述“水稻秸秆秋季湿耙还田”具体为：水稻秋季机械收获时，用具备秸秆粉碎和抛撒装置的联合收割机将粉碎的秸秆均匀抛撒于田间，在耕层土壤冻结前适时用旋耕机一次或多次带浆湿耙作业，将秸秆和根茬翻旋混埋入泥浆中的一种秸秆还田作业方式。
14.上述技术方案中，步骤1中，在进行水稻收割的同时进行秸秆粉碎抛洒，使秸秆与土壤接触更充分，更利于秸秆腐解。
15.上述技术方案中，步骤2，在秋季进行灌水泡田，提前泡田利于机械作业，也使泥浆和秸秆更易混匀。北方地区，尤其是东北地区，一般从10月下旬开始土壤逐渐冻结，步骤2在收割后，且相应地区上冻前进行灌水泡田，且保证泡田深度≥5cm，保持水层深度1cm～2cm。
16.上述技术方案中，步骤3，施用氮肥和秸秆腐熟剂，调节土壤碳氮比，加快腐解。
17.上述技术方案中，步骤4，秋季湿耙，利用土壤未上冻前的一段时间充分吸水，经过冬春冻融交替后加速秸秆破碎腐解。冬春冻融交替热胀冷缩使秸秆加速断裂，有利于腐解。
18.本发明所述“湿耙”不同于普通带水耙地，本发明所述方法进行湿耙时，土壤上方呈花达水，并无明显水层。
19.上述技术方案中，步骤5，春季泡田耙地，破除板结，平整土地，为插秧做准备，同时混拌未分解有机物使之与土壤充分接触，利用插秧前后的热量资源使之进一步腐解。
20.优选地，所述步骤3中，所用腐熟剂的有效活菌数≥0.50亿/g。
21.进一步地，所述腐熟剂由枯草芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、酿酒酵母、烟曲酶按质量比2:1:1:2组成，有效活菌数大于200亿/g。
22.进一步地，所述腐熟剂由复配菌、麦麸和豆柏组成，有效活菌数大于150亿/g，其中，复配菌由枯草芽孢杆菌、绿色木酶、黑曲霉、酵母菌、乳酸菌按质量比2:3:2:3:3 组成。
23.更进一步地，所述腐熟剂中，复配菌与(麦麸和豆柏总重量)的质量比为1:100，其中，麦麸和豆柏质量比为1:1或7:3。
24.优选地，所述步骤1中，利用具备切碎和秸秆抛洒器装置的联合收割机将秸秆粉碎。
25.优选地，所述步骤4中，用旋耕机或秸秆还田专用耙/搅浆机，配套相应功率拖拉机作用于20cm内的耕层，使秸秆和根茬翻旋混埋入泥浆中混匀，注意确保作业后田角余量少，田间无漏耕，无明显壅土、壅草现象。
26.与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明可以有效的利用作物收获后的秋季有效积温，泡田打浆等一系列操作明显加速了还田秸秆的腐解；被掩埋的草籽虫卵经过冬春冻融交替受到破坏，减轻病虫草害；能有效杜绝春季秸秆还田过程中稻茬漂浮和秸秆打团的情况；能提高农田土壤有机质、全氮、全磷、速效钾含量和土壤c/n 比，降低土壤ph值
和电导率，有效改善稻田土壤的理化特性，且长期适用，使水稻产量稳步增产。
附图说明
27.图1为秸秆质量变化规律；
28.图2为秸秆累计腐解率；
29.图3(a)为10月10日春季还田秸秆腐解情况；(b)为10月10日秋季湿耙还田秸秆腐解情况
30.图4为秸秆腐解情况比较图；
31.图5为秸秆还田对土壤有机碳含量的影响；
32.图6为秸秆还田对土壤全氮含量的影响；
33.图7为秸秆还田对土壤全磷含量的影响；
34.图8为秸秆还田对土壤全钾含量的影响；
35.图9为秸秆还田对土壤速效钾含量的影响；
36.图10为秸秆还田对土壤c/n含量的影响；
37.图11为秸秆还田对土壤ph值含量的影响；
38.图12为2020年秸秆秋季湿耙还田对稻田电导率的影响；
39.图13为秸秆还田对土壤β-葡萄糖苷酶活性的影响；
40.图14为秸秆还田对β-纤维二糖苷酶活性的影响；
41.图15为秸秆还田对土壤β-木糖苷酶活性的影响；
42.图16为秸秆还田对蔗糖酶活性的影响；
43.图17为秸秆还田对土壤多酚氧化酶活性的影响；
44.图18为秸秆还田对脱氢酶活性的影响；
45.图19为秸秆还田对脲酶活性的影响；
46.图20为秸秆还田对土壤碱性磷酸酶活性的影响；
47.图21(a)～(c)为秸秆湿耙还田对水稻不同生育时期土壤细菌物种数量的影响；
48.图22为秸秆未还田(ck)处理土壤细菌种的情况；
49.图23为第1年秸秆秋季湿耙还田处理土壤细菌种的情况；
50.图24为连续2年秸秆秋季湿耙还田处理土壤细菌种的情况；
51.图25为秸秆湿耙还田处理土壤细菌种的相对丰；
52.图26(a)～(c)为秸秆秋季湿耙还田稻田土壤细菌物种水平pca分析；
53.图27(a)～(c)为秸秆秋季湿耙还田稻田土壤细菌物种水平pcoa分析；
具体实施方式
54.下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
55.下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
56.实施例1
57.一种水稻秸秆秋季湿耙还田培肥丰产栽培方法，包括下述步骤：
58.步骤1，秸秆粉碎抛洒均匀，使秸秆与土壤接触更充分，更利于秸秆腐解。
59.水稻收获时，用具备切碎和秸秆抛洒器装置的联合收割机将秸秆粉碎，留茬高度≤15cm，秸秆切碎后长度90％以上达到7cm～8cm，且抛撒均匀，不得有堆积和条状堆积。
60.步骤2，秋季灌水泡田，提前泡田利于机械作业，也使泥浆和秸秆更易混匀。
61.水稻收获后，在耕层土壤上冻前灌水泡田，泡田深度≥5cm，保持水层深度1cm～ 2cm。
62.步骤3，施用氮肥和秸秆腐熟剂，调节土壤碳氮比，加快腐解速率。
63.泡水后耙地前，施用有机物料腐熟剂(所述腐熟剂由枯草芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、酿酒酵母、烟曲酶按质量比2:1:1:2组成，有效活菌数大于200亿/g)2kg/亩，同时按每100kg秸秆施纯氮0.5kg施入氮肥，c/n以25:1为宜，施撒均匀。
64.步骤4，秋季湿耙，使秸秆与稻田泥浆充分混匀，在充分吸水后，利用土壤未上冻前的有效积温，并经过冬春冻融交替后加速秸秆破碎腐解。用旋耕机或秸秆还田专用耙/搅浆机，配套相应功率拖拉机作用于20cm内的耕层，使秸秆和根茬翻旋混埋入泥浆中混匀，注意确保作业后田角余量少，田间无漏耕，无明显壅土、壅草现象。
65.步骤5，春季泡田耙地，破除板结，平整土地，为插秧做准备，同时混拌未分解有机物使之与土壤充分接触，利用插秧前后的热量资源使之进一步腐解。
66.翌年春季水稻插秧前再次泡田，泡田3d～5d后带水耙地，耙地应达到田面平坦、上糊下松、高低落差≤3cm，搅浆深度12cm～15cm。
67.步骤6，沉浆：耙地后沉淀3d～5d，使泥水分层再进行春季插秧。
68.2018-2020年设置秸秆春季还田(s)和秸秆不还田(ck)2个处理；2019年设置秸秆还田与穗肥处理2个因素，秸秆还田处理为秸秆不还田(s0)、秸秆秋季湿耙还田 (s1)，肥料采用尿素，于穗分化开始时施用，设置2个水平，n1为16kg/hm2、n2为 32kg/hm2、2020年设置水稻秸秆秋季湿耙还田和秸秆春季翻耕还田两个处理。供试水稻品种为盐丰47，试验期间田间生产管理均按当地实际生产措施进行，适时进行病虫草害防治。
69.实验结果表明：
70.水稻秸秆秋季湿耙还田处理较春季翻耕还田始终有更高的秸秆腐解率(图1-3)；
71.2018年秸秆春季还田对水稻的穗数和结实率无显著影响，水稻的每穗粒数极显著地降低了13.91％，千粒重却极显著地增加，秸秆还田处理的水稻产量低于对照，但差异不显著。2019年秸秆秋季湿耙还田处理显著增加了水稻穗数，2020年秸秆连续湿耙还田处理的水稻产量中连续2年秸秆秋季湿耙还田(s2)处理水稻实收产量比对照增产5.85％。(表1)
72.2018年秸秆春季还田处理在各生育时期的生物量与对照无显著差别，但ck处理的收获指数显著高于秸秆还田处理，而2019年秸秆秋季湿耙还田处理生物量成熟前持续显著高于对照，且收获指数也更高。2020年连续秸秆湿耙还田处理，在乳熟期之前， s1、s2与ck之间的群体干物重无显著差异，但是在蜡熟期，s2处理的群体生物量显著高于s1和ck。(表2)
73.连续2年秸秆秋季湿耙还田试验表明，叶面积指数在s1处理的拔节期和齐穗期与 ck无显著差异，但显著低于连续2年秸秆还田的s2处理(表3)。在蜡熟期和成熟期均表现为s2处理显著高于对照处理，此时水稻群体叶面积衰减率表现为s1＜s2＜ck，差异显著(表4)。s2处理在各生育阶段水稻群体光合势均显著高于s1和ck处理(表 5)
74.水稻群体生长率在拔节-齐穗期，s2处理显著高于s1和ck。在齐穗-乳熟期表现为s1＞s2＞ck，差异显著。在乳熟-蜡熟期表现为s2＞ck＞s1，差异显著。(表6)
75.水稻群体净同化率在齐穗-乳熟期表现为s1＞s2＞ck，差异显著，在乳熟-蜡熟期， s2处理显著高于ck和s1处理。(表7)
76.与对照相比，土壤有机碳含量在2018年春季翻耕秸秆还田处理，2019年秸秆秋季湿耙还田处理，2020年，连续2年秸秆秋季湿耙还田处理分别显著提高了12.04％， 21.24％和34.76％。(图5)土壤全氮含量则提高了18.09％，11.88％和19.33％(图6)。
77.2020年连续秸秆秋季湿耙还田处理土壤全磷含量表现为s1和s2处理显著高于 ck，与2019年表现的规律一致。(图7)
78.两年秸秆秋季湿耙还田对土壤全钾含量影响都不显著(图8)，但速效钾含量显著增加(图9)
79.2018年秸秆春季还田对土壤c/n影响不显著(图10)。2019年秸秆秋季湿耙还田处理c/n较秸秆不还田处理增加了8.35％，差异显著。2020年连续2年秸秆秋季湿耙还田处理土壤有机碳含量持续升高，较对照增加12.63％，差异显著。
80.水稻秋季秸秆湿耙还田处理能有效降低土壤ph值(图11)，提升稻田电导率(图 12)
81.秸秆秋季湿耙还田有利于土壤微生物活动，促进土壤养分代谢。相比于不还田处理，秸秆秋季湿耙还田处理β-葡萄糖苷酶活性显著增加了17.69％和25.06％(图13)，β-纤维二糖苷酶活性在秸秆还田处理下极显著升高了56.54％和64.53％(图14)，β-木糖苷酶活性显著升高(图15)，土壤蔗糖酶活性显著降低了13.51％和15.15％(图16)，土壤多酚氧化酶活性比秸秆不还田处理升高了31.13％和40.25％，差异极显著(图17)，土壤脱氢酶极显著的增加了32.03％和37.18％(图18)，土壤脲酶显著高于秸秆不还田处理14.94％和14.56％(图19)，秸秆秋季湿耙还田显著提高了土壤磷酸酶的活性(图 20)。
82.两年秸秆秋季湿耙还田s1处理土壤细菌物种数量高于ck和s2(图21)，s2处理物种数目占物种总数目的超过1％的细菌物种数最多，为15个，ck处理最少，为 12个，s1处理为14个(图22-25)通过连续秸秆秋季湿耙还田，显著改变的秸秆还田处理和未还田处理的微生物群落结构(图26-27)，而第1年秸秆还田处理的稻田土壤微生物群落介于连续2年还田处理与未还田处理之间。
83.表1秸秆还田对水稻产量及其构成因素的影响
[0084][0085]
表2秸秆还田对水稻群体干物重的影响(t/hm2)
[0086][0087]
表3连续秸秆秋季湿耙还田对水稻群体叶面积指数的影响(2020年)
[0088][0089]
表4连续秸秆秋季湿耙还田对水稻群体叶面积衰减率的影响(2020年，lai d-1
)
[0090][0091]
表5连续秸秆秋季湿耙还田对水稻群体光合势的影响(2020年，
×
104m
2 d hm-2
)
[0092][0093]
表6连续秸秆秋季湿耙还田对水稻群体生长率的影响(2020年，g m-2
d-1
)
[0094][0095]
表7连续秸秆秋季湿耙还田对水稻群体净同化率的影响(2020年，g m-2
d-1
)
[0096][0097]
实施例2
[0098]
一种水稻秸秆秋季湿耙还田培肥丰产栽培方法，包括下述步骤：
[0099]
步骤1，秸秆粉碎抛洒，使秸秆与土壤接触更充分，更利于秸秆腐解。
[0100]
水稻收获时，用具备切碎和秸秆抛洒器装置的联合收割机将秸秆粉碎，留茬高度≤15cm，秸秆切碎后长度90％以上达到7cm～8cm，且抛撒均匀，不得有堆积和条状堆积。
[0101]
步骤2，秋季灌水泡田，提前泡田利于机械作业，也使泥浆和秸秆更易混匀。
[0102]
水稻收获后，在耕层土壤上冻前灌水泡田，泡田深度≥5cm，保持水层深度1cm～ 2cm。
[0103]
步骤3，施用氮肥和秸秆腐熟剂，调节土壤碳氮比，加快腐解速率。
[0104]
泡水后耙地前，施用有机物料腐熟剂(所述腐熟剂由复配菌、麦麸和豆柏总重量按质量比1:100组成，有效活菌数大于150亿/g，其中，复配菌由枯草芽孢杆菌、绿色木酶、黑曲霉、酵母菌、乳酸菌按质量比2:3:2:3:3组成；麦麸和豆柏质量比为1:1 或7:3)2kg/亩，同时按每100kg秸秆施纯氮0.5kg施入氮肥，c/n以25:1为宜，施撒均匀。
[0105]
步骤4，秋季湿耙，使秸秆与稻田泥浆充分混匀，在充分吸水后，利用土壤未上冻前的有效积温，并经过冬春冻融交替后加速秸秆破碎腐解。
[0106]
用旋耕机或秸秆还田专用耙/搅浆机，配套相应功率拖拉机作用于20cm内的耕层，使秸秆和根茬翻旋混埋入泥浆中混匀，注意确保作业后田角余量少，田间无漏耕，无明显壅土、壅草现象。
[0107]
步骤5，春季泡田耙地，破除板结，平整土地，为插秧做准备，同时混拌未分解有机物使之与土壤充分接触，利用插秧前后的热量资源使之进一步腐解。
[0108]
翌年春季水稻插秧前再次泡田，泡田3d～5d后带水耙地，耙地应达到田面平坦、上糊下松、高低落差≤3cm，搅浆深度12cm～15cm。
[0109]
步骤6，沉浆：耙地后沉淀3d～5d，使泥水分层再进行春季插秧。