土壤耕作是农业生产过程中重要的农艺措施之一，合理的土壤耕作方式有利于改善农田土壤的物理(土壤结构、水、气状况)、化学(有机质、土壤养分)和生物学(土壤微生物和酶)性状，优化作物的生长环境，促进作物的生长发育，达到增产的目的[1-3]。同时，不同的土壤耕作方式还能影响农田生态系统部分理化特性(如土壤有机碳、养分和水分等)，从而影响农田生态系统的可持续发展[2，4]。

近年来，许多学者就不同土壤耕作方式条件下对稻田土壤理化特性、水稻植株生长、生理和生物学特性及水稻产量的影响进行了相关的探索，吴建富等[5]研究结果表明，与旋耕处理相比，翻耕处理降低了10～20 cm的土壤容重，但增加了土壤有机质和主要养分含量。徐尚起等[6]研究认为，免耕有利于改善双季稻田的土壤质量。汤军等[7]研究发现，翻耕处理降低了水稻生育后期剑叶叶绿素含量，对水稻剑叶的净光合速率无明显的影响；不同土壤耕作处理间早、晚稻产量均无显著性差异。全妙华等[8]研究结果表明，与传统耕作相比，垄作的耕作方式提高了水稻植株的生理特性(保护性酶和光合速率)，从而促进了水稻产量。谷子寒等[9]发现，翻耕处理水稻在生育后期具有较大的叶面积、叶片叶绿素含量与净光合速率，翻耕条件下早、晚稻产量均大于旋耕处理。刘金花等[10]研究认为，旋耕处理有利于提高生长前期水稻植株的分蘖数和干物质积累，而植株的叶面积指数和水稻产量均低于其他处理。黄佑岗等[11]研究结果表明，旋耕与翻耕处理对杂交籼稻的生长特性和产量均无明显的影响。徐尚起等[6]通过大田定位试验研究结果表明，与旋耕处理相比，翻耕处理有利于增加双季稻产量。易镇邪等[12]研究认为，土壤翻耕水稻产量高于土壤免耕处理。李华兴等[13]研究结果表明，土壤免耕降低了水稻产量；而陈达刚等[14]研究认为，土壤免耕有利于改善水稻产量经济性状，进而增加产量。朱利群等[15]研究结果表明，水稻产量的高低与土壤耕作方式、秸秆还田等因素密切相关。由于各地所开展研究的土壤类型、试验周期、栽培方式和所在区域气候条件等因素不同，前人开展不同的土壤耕作方式对稻田土壤理化性质、水稻生长发育和产量等方面的研究结果各异。

目前，在中国南方双季稻主产区，不同土壤耕作条件下(翻耕、旋耕和免耕)对双季水稻植株干物质积累与分配及产量影响的研究还少见报道[7，9，16]，特别是在紫云英-双季稻种植模式采取秸秆还田培肥土壤条件下对不同土壤耕作方式试验的系统研究还有待进一步开展。因此，本研究在冬种紫云英秸秆还田种植双季稻的条件下，对水稻不同生育时期各土壤耕作方式间植株生物学特性及产量变化进行系统研究，以明确不同土壤耕作方式下双季水稻产量变化的物质基础，从而为南方双季稻区水稻获得高产稳产，选择适宜的土壤耕作方式提供理论支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

本试验开始于2015年11月，试验田位于湖南省宁乡市回龙铺镇回龙铺村(28°07′ N，112°18′ E)，海拔36.1 m，年均气温为17.2 ℃，年平均降雨量为1 553 mm，年蒸发量为1 354 mm，无霜期为274 d。试验田所在区域为双季稻主产区，周年种植制度为紫云英-双季稻，稻田土壤类型为水稻土，土壤肥力中等；试验前0～20 cm土壤(耕层)的理化指标为：有机质38.04 g/kg、全氮2.14 g/kg、碱解氮192.20 mg/kg、全磷0.82 g/kg、有效磷13.49 mg/kg、全钾13.21 g/kg、速效钾81.91 mg/kg,pH值5.79。

1.2 试验设计及田间管理

本试验设置4个土壤耕作处理：双季水稻翻耕+秸秆还田(CT)：早稻和晚稻移栽前用铧式犁翻地1遍，耕深15～20 cm，再用旋耕机旋地2遍以平整土地，耕深8～10 cm，紫云英和稻草秸秆还田；双季水稻旋耕+秸秆还田(RT)：早稻和晚稻移栽前用旋耕机旋地4遍，耕深8～10 cm，紫云英和稻草秸秆还田；双季水稻免耕+秸秆还田(NT)：不进行整地，早稻和晚稻均采用免耕移栽，紫云英和稻草秸秆还田；双季水稻旋耕+秸秆不还田为对照(RTO)：早稻和晚稻移栽前用旋耕机旋地4遍，耕深8～10 cm，紫云英和稻草秸秆均不还田。每个处理3次重复，随机区组排列，小区面积56.0 m2(7 m×8 m)。秸秆还田处理中，紫云英、早稻和晚稻稻草秸秆还田量分别为22 500.0，2 000.0，2 000.0 kg/hm2，CT和RT处理结合土壤耕作将秸秆翻压还田，NT处理的秸秆覆盖于稻田表面；其中，紫云英在4月上旬进行翻压还田或地表覆盖还田；早稻和晚稻稻草秸秆在水稻移栽前结合土壤耕作翻压还田或地表覆盖还田。

保证早稻季和晚稻季各处理间一致的N、P2O5、K2O施用量(总施用量为化肥与紫云英、早稻、晚稻稻草秸秆养分含量之和)，早稻季各处理总施N、P2O5、K2O量分别为150.0，75.0，120.0 kg/hm2，晚稻季各处理总施N、P2O5、K2O量分别为180.0，75.0，120.0 kg/hm2。早稻和晚稻季，各处理P2O5均在土壤翻耕时作基肥全部施入；N和K2O均按基∶追肥6∶4的比例施用，在土壤翻耕时施用基肥、水稻移栽后7 d施用追肥。2016，2017年田间试验开展阶段，早稻供试品种均为湘早籼45号，4月下旬移栽，7月中旬收获；晚稻供试品种均为湘晚籼13号，7月中、下旬移栽，10月下旬收获。早稻和晚稻均采用人工抛秧移栽，各处理的基本苗数均为1.50×105株/hm2。CT、RT和RTO处理在早、晚稻移栽前均喷洒除草剂(克无踪)1.5 kg/hm2，NT处理早、晚稻在移栽前均喷洒除草剂(克无踪)6.0 kg/hm2，然后移栽水稻。其他田间管理措施均与常规大田生产一致。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 干物质积累量和叶面积指数测定 分别于早稻和晚稻的苗期(移栽后15 d)、分蘖期、孕穗期、齐穗期和成熟期10个主要生育时期进行样品采集，植株干物质积累和叶面积指数的取样和测定均按照徐一兰等[17]的方法进行。

1.3.2 水稻产量和产量构成因素 分别于早稻和晚稻成熟期，按照徐一兰等[17]的方法进行水稻产量构成因素的测定；同时，实打实收测定各个小区水稻实际产量。

1.4 数据统计与分析

本研究数据均用Microsoft Excel 2003软件进行处理，运用SPSS统计软件进行各处理间所测定指标的方差分析。

2 结果与分析

2.1 水稻叶面积指数

图1显示，各处理水稻叶面积指数(LAI)呈抛物线变化趋势，早稻和晚稻分别在齐穗期和孕穗期达最高值，CT、RT和NT处理分别比RTO处理增加1.48，1.29，0.98(2016年)和1.51，1.27，1.09(2017年)；在早稻苗期、分蘖期和孕穗期，不同土壤耕作处理间水稻LAI均呈显著性差异(P<0.05)；齐穗期和成熟期，CT和RT处理均为最高，均显著高于其他处理(P<0.05)；早稻各个主要生育时期，各处理水稻LAI大小顺序表现为CT>RT>NT>RTO，即采取土壤翻耕和旋耕结合秸秆还田的综合措施具有更大的早稻叶面积指数。

晚稻各个主要生育时期，各处理间水稻LAI均呈显著性差异(P<0.05)；苗期-成熟期，LAI均以CT和RT处理最高，均显著高于NT和RTO处理(P<0.05)；晚稻各个主要生育时期，各处理间水稻LAI大小顺序表现为CT>RT>NT>RTO。

2.2 水稻干物质生产特征

2.2.1 水稻群体干质量 早稻各个主要生育时期，植株群体根系干质量大小顺序均表现为CT>RT>NT>RTO(表1)；于齐穗期达最大值，CT、RT和NT处理水稻群体根系干质量分别比RTO处理平均增加325.60，138.98，89.55 kg/hm2；植株群体地上部干质量于成熟期达最高值，CT、RT和NT处理植株群体地上部干质量分别比RTO处理平均增加1 938.00，1 308.15，507.45 kg/hm2。晚稻群体根系干质量大小顺序均表现为CT>RT>NT>RTO；于齐穗期达最大值，CT、RT和NT处理水稻分别比RTO处理平均增加337.44，145.59，89.93 kg/hm2；植株群体地上部干质量于成熟期达最高值，CT、RT和NT处理植株群体地上部干质量分别比RTO处理平均增加2 377.76，1 885.28，933.66 kg/hm2。

早稻各个主要生育时期，CT处理水稻植株的茎和叶群体干质量均为最高，RT和NT处理次之，RTO处理为最低。早稻各个主要生育时期，CT处理茎、叶群体干质量均显著高于RTO处理(P<0.05)；齐穗和成熟期，CT和RT处理穗群体干质量均显著高于RTO处理(P<0.05)；齐穗期，NT处理穗群体干质量与RTO处理均无显著性差异(P>0.05)。在晚稻各个主要生育时期，水稻茎和叶群体干质量均以CT处理水稻最高，均显著高于RTO处理(P<0.05)；孕穗期、齐穗期和成熟期，RT和NT处理水稻茎群体干质量均显著高于RTO处理(P<0.05)；苗期和分蘖期，NT处理水稻茎群体干质量与RTO处理均无显著性差异(P>0.05)；孕穗期、齐穗期和成熟期，CT处理水稻叶群体干质量均为最高值，与RTO处理差异均达显著性水平(P<0.05)；齐穗期和成熟期，CT和RT处理水稻的穗群体干质量均显著高于NT和RTO处理(P<0.05)(表2)。

注：同列内不同小写字母表示显著差异(P<0.05)。表2-4同。

Note：Values followed by different lowercase letters in the same column indicated that the significantly differences at P<0.05. The same as Tab.2-4.

2.2.2 水稻根、茎、叶、穗占植株总干质量的比例及变化 早稻各主要生育时期，均以CT处理的根系干质量占总干质量的比例为最大值；齐穗期和成熟期，各处理根系干质量占总干质量比例的大小顺序均表现为CT>RT>NT>RTO。齐穗期和成熟期，茎的比例均以RTO处理为最高，其大小顺序为RTO>NT>RT>CT。苗期-分蘖期，RTO处理的叶比例均为最高，CT处理均为最低；成熟期，RT和NT处理的叶比例均为最高，CT处理均为最低。穗干质量占植株总干质量比例的大小顺序均表现为RT>CT>NT>RTO。苗期，根的比例为最高值，随着生育期推进呈下降的变化趋势，于成熟期达到最低值，从31.28%～35.08%下降至2.79%～4.17%；茎的比例在孕穗期达到峰值，之后呈下降的变化趋势；叶的比例于分蘖期达到峰值，随着生育期推进呈下降的变化趋势，于成熟期达到最低值，从38.02%～46.65%降到13.22%～13.78%；穗的比例随生育期推进呈增加的变化趋势，成熟期穗的比例为54.51%～56.71%(表3)。

晚稻各主要生育时期，均以CT处理的根系干质量占总干质量的比例为最大值，其大小顺序表现为CT>RT>NT>RTO。苗期和分蘖期，茎的比例均以RTO处理最高。分蘖期-齐穗期，叶比例均以RTO处理最大。成熟期，穗比例以NT处理为最大。苗期-成熟期，根的比例随着生育期推进呈下降的变化趋势，从29.89%～34.18%降到2.70%～3.92%；茎的比例在孕穗期达到峰值；分蘖期-成熟期，叶的比例随着生育期推进呈下降的变化趋势，从38.31%～44.49%降到12.41%～13.28%；齐穗期-成熟期，穗的比例呈增加的变化趋势，成熟期穗的比例为53.86%～56.31%(表3)。

2.3 水稻产量构成因素及产量

表4表明，在2个年份中CT、RT、NT、RTO处理间早稻有效穗、穗粒数和千粒质量均无显著性差异；CT处理早稻的结实率均显著高于RTO处理(P<0.05)，分别比RTO处理增加8.31，8.33百分点，RT和NT处理结实率均高于RTO处理，但均无显著性差异；CT 处理早稻产量为最高，均显著高于RTO处理(P<0.05)；CT、RT和NT处理早稻产量均高于RTO处理，分别比RTO处理增加733.3，534.1，300.5 kg/hm2和731.1，556.9，276.2 kg/hm2。

CT、RT和NT处理晚稻植株的有效穗、穗粒数和千粒质量均高于RTO处理，但与RTO处理均无显著性差异；CT处理晚稻的结实率均显著高于RTO处理(P<0.05)，分别比RTO处理增加2.88，2.87百分点，RT和NT处理结实率均高于RTO处理，但均无显著性差异；CT、RT和NT处理晚稻产量均高于RTO处理，分别比RTO处理增加582.5，399.8，282.9 kg/hm2和717.6，558.9，345.1 kg/hm2；其中以CT处理晚稻产量均为最高，均显著高于RTO处理(P<0.05)。

3 结论与讨论

3.1 不同土壤耕作模式对水稻干物质积累与分配的影响

水稻生物学特性是其产量与品质形成重要的物质基础，影响水稻植株生物学特性的因素较多，其中土壤耕作方式是重要的影响因素之一。刘金花等[10]研究认为，采用土壤旋耕方式有利于提高生长前期水稻植株的分蘖数和干物质积累，但在其生长后期植株LAI和产量均低于其他处理。朱利群等[15]研究表明，耕作方式对水稻产量的影响还与秸秆还田等因素密切相关。本研究表明，与秸秆不还田措施相比，采用秸秆还田(紫云英和稻草秸秆)结合土壤翻耕和旋耕措施均不同程度地提高了水稻植株的根系和地上部群体干质量。其原因可能是采取秸秆还田配施化肥措施，同时结合土壤翻耕和旋耕将秸秆翻压还田，为水稻植株地下和地上部的生长发育提供了营养来源，有利于协调水稻植株个体与群体关系，增加叶片光合面积、形成高光效群体，增加植株各部位器官干物质的积累，最终获得较高的产量。其中在各个不同土壤耕作处理中，与免耕处理相比，土壤旋耕和翻耕处理(RT和CT)均有利于提高水稻植株的根系、地上部(茎、叶、穗)群体干物质积累量，其主要原因是在土壤旋耕、翻耕结合秸秆还田措施条件下，将大量的外源物质翻压还田，降低了耕层土壤容重，增加土壤孔隙度，改善土壤结构、培肥土壤，有利于促进植株生长对土壤养分的吸收利用，从而提高植株干物质积累能力，为水稻获得高产提供了物质来源。免耕处理植株的地下部和地上部群体干物质积累量均低于土壤翻耕和旋耕处理，其原因可能是采取土壤免耕的耕作措施，影响了养分在耕层中的分布，对水稻的生长、土壤养分的吸收利用有一定的影响，降低了植株光合性能和干物质积累，从而影响水稻产量。因此，土壤旋耕、翻耕结合秸秆还田措施条件下水稻能获得高产的原因是由于水稻植株具有较高的物质生产能力和群体干物质积累量。

水稻产量高低与植株干物质积累和分配的关系密切。前人研究表明，高产水稻一般在生育前中期贮藏较多的光合产物，生育后期叶、茎鞘所贮藏的物质能较多地运转到穗部[18]；有研究认为，生育后期植株的干物质积累是水稻产量的主要来源[19]。何军等[20]研究结果表明，在水稻生育后期籽粒干物质积累量高于茎、叶、根。本研究结果表明，早稻和晚稻各个主要生育时期，均以土壤翻耕处理植株根系干质量占总干质量的比例为最大值，对照为最低；早稻和晚稻成熟期，茎的比例分别以对照和土壤旋耕处理为最高；早稻成熟期，叶的比例均以土壤旋耕和免耕处理为最高，晚稻成熟期，均以土壤翻耕和对照处理为最高；穗的比例在早稻和晚稻成熟期分别以土壤旋耕和免耕处理最大。上述结果认为，土壤旋耕和翻耕处理均有利于促进水稻植株的根系生长发育，具有较大的根量、增加了根系干质量占总干质量的比例，能为植株地上部进行生理活动和干物质积累提供强有力的支撑；同时，在水稻生育后期，植株的茎和叶物质比例小、穗部物质比例大，这表明在土壤旋耕和翻耕的耕作措施条件下水稻生育后期叶、茎鞘所贮藏的物质能较多地运转到穗部，水稻植株在不同部位的干物质分配合理，这是水稻获得高产在各部位最佳的物质分配比例，这与何军等[20]研究结果相似。

3.2 不同土壤耕作模式对水稻产量的影响

土壤耕作措施对土壤理化性状和水稻产量及产量构成因素等方面均具有明显的影响，刘金花等[10]研究结果表明，土壤旋耕有利于促进生长前期双季稻单株干物质积累，但降低了生长后期水稻叶面积指数和产量。易镇邪等[12]研究认为，土壤翻耕提高了水稻产量，其产量高于土壤免耕处理。李华兴等[13]研究结果表明，土壤免耕降低了水稻产量；而陈达刚等[14]研究认为，土壤免耕有利于改善水稻产量构成因素，从而有利于增加水稻产量。

本研究结果表明，采用秸秆还田(紫云英和稻草秸秆)结合土壤翻耕和旋耕措施水稻产量均明显高于秸秆不还田措施，其原因可能是采取土壤耕作结合秸秆还田配施化肥措施，一方面有利于改善稻田土壤结构、培肥土壤[21]，另一方面能为水稻生长发育提供相应的缓效和速效养分，有利于促进水稻生长发育和增加植株干物质积累，从而为水稻获得高产奠定了物质基础，这与前人研究结果一致[15]。在本试验条件下，采取土壤翻耕处理水稻产量均为最高，旋耕处理次之，免耕处理最低；其原因可能是采取适时加大土壤耕作的翻耕深度结合秸秆还田措施均有利于降低10～20 cm土壤容重、改善土壤结构，提高土壤的蓄水、保肥能力[1]，促进了水稻下层根系的生长和根系吸收能力[5]，且所施用的外源秸秆物质为植株生长发育和干物质积累提供了均衡养分来源，改善了水稻产量构成因素(如增加有效穗)，从而增加水稻的产量，这与前人研究结果相似[5，9，22]。与土壤翻耕处理相比，采取土壤旋耕的耕作措施，连续旋耕虽增加了耕层上层土壤(0～10 cm)的土壤容重，但降低了耕层下层10～20 cm土壤的通气性、持水能力和土壤结构[5]，不利于养分的积累，对水稻的生长发育、土壤养分的吸收利用有一定的影响，进而影响植株的干物质积累和分配及水稻产量。采取土壤免耕的耕作措施增加了表层土壤(0～5 cm)的养分，降低了5～20 cm耕层土壤养分的积累[6]，对水稻的生长、营养物质的吸收利用和植株干物质积累与分配等方面均有一定的影响，进而影响水稻产量构成因素，降低了水稻有效穗数、穗粒数和千粒质量等，从而降低了水稻产量，这与谷子寒等[9]的研究结果相一致。

物质生产方面，与秸秆不还田处理水稻相比，秸秆还田结合土壤翻耕和旋耕处理水稻个体群体生长协调，水稻植株物质生产能力强，干物质积累多，而且在各器官间的分配合理。早稻和晚稻各个主要生育时期，群体根系和地上部干质量均表现为CT>RT>NT>RTO；水稻的茎、叶群体干质量均以CT处理水稻最高，RT和NT处理水稻次之，RTO处理为最低。早稻和晚稻的齐穗期和成熟期，根系干质量占总干质量的比例大小顺序均表现为CT>RT>NT>RTO；齐穗期和成熟期，茎的比例均以RTO处理为最高，其大小顺序均表现为RTO>NT>RT>CT。苗期-分蘖期，叶比例均以NT和RTO处理最大，CT处理最小；早稻和晚稻成熟期，穗的比例分别以RT和NT处理最大。不同土壤耕作模式对水稻产量具有明显的影响，CT处理早稻和晚稻产量均最高，RTO处理最低，RT和NT处理居二者之间。综合考虑不同土壤耕作模式水稻的干物质积累特征与产量变化情况，在双季稻区三熟制中可采取秸秆还田结合土壤翻耕和旋耕的综合措施有利于改善水稻植株干物质积累与分配特征，获得较高的双季水稻产量，具有良好的经济和社会效益。

在目前农业生产实际中，随着劳动成本等农业生产要素不断提高，从国家未来农业轻简化发展的变化趋势等因素综合考虑，可根据当地实际情况因地制宜地采取稻田土壤旋耕、土壤旋耕和翻耕相结合的合理轮耕模式。

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Effects of Different Soil Tillage Systems on Dry Matter Accumulation and Yield of Rice in Double Cropping Rice Field

TANG Haiming，LI Chao，XIAO Xiaoping，TANG Wenguang，GUO Lijun，CHENG Kaikai, PAN Xiaochen，WANG Ke，SUN Geng

(Hunan Soil and Fertilizer Institute，Changsha 410125，China)

Abstract： In order to explore the characteristics of dry matter accumulation and grain yield of rice under different soil tillage systems in a Chinese milk vetch and double cropping rice system，the dry matter accumulation and grain yield of early rice and late rice were analyzed by using conventional experimental analysis methods from 2016 to 2017. The experiment included four different soil tillage treatments：conventional tillage plus residue incorporation (CT)，rotary tillage plus residue incorporation (RT)，no tillage plus residue retention (NT)，and rotary tillage plus residue removement (RTO). The results showed that in different soil tillage treatments，the leaf area index was CT>RT>NT>RTO at the main growth stages of early rice and late rice. And the dry weights of roots，shoots，stems，leaves and panicles of population were also CT>RT>NT>RTO at the main growth stages of early rice and late rice. Meanwhile，the dry matter weight ratio of root to total plant at the heading stage and maturity stage of early rice and late rice had the trend of CT>RT>NT>RTO. The dry matter weight ratio of stem to total plant in RTO treatment was higher than that of other treatments at the heading stage and maturity stage of early rice and late rice. And the dry matter weight ratio of leaf to total plant in NT and RTO treatments was higher than that of other treatments at the seedling stage and tillering stage of early rice and late rice. In addition，the dry matter weight ratio of panicle to total plant in RT and NT treatments was higher than that of other treatments at maturity stage of early rice and late rice. The grain yield of early rice and late rice in different soil tillage treatments was CT>RT>NT>RTO. Compared with RTO treatment，the grain yields of early rice in CT，RT and NT treatments increased by 733.3，534.1,300.5 kg/ha in 2016 and 731.1，556.9，276.2 kg/ha in 2017，respectively，while the grain yields of late rice in CT，RT and NT treatments increased by 582.5，399.8,282.9 kg/ha in 2016 and 717.6，558.9,345.1 kg/ha in 2017，respectively. The results indicated that the combined application of conventional tillage or rotational tillage with residue incorporation was an effective way for increasing the dry matter accumulation of rice plant and making the dry matter distribution more reasonable，so as to improve the grain yield and yield components of rice.

Key words: Rice; Double cropping rice area; Soil tillage pattern; Straw incorporation; Dry matter; Yield

中图分类号：S511

文献标识码：A

文章编号：1000-7091(2019)03-0137-10

收稿日期：2019-01-03

基金项目：湖南省自然科学基金项目(2017JJ1018)；国家公益性行业(农业)科研专项(201503123)；国家自然科学基金项目(31872851)；国家重点研发计划(2018YFD0301004; 2016YFD0300906)

作者简介：唐海明(1980-)，男，湖南江永人，研究员，博士，硕士生导师，主要从事耕作生态和农作制研究。

doi:10.7668/hbnxb.201751185