連續(xù)翻壓紫云英對福建單季稻產(chǎn)量與化肥氮素吸收、 分配及殘留的影響

王 飛， 林 誠， 林新堅， 何春梅， 李清華， 李 昱, 黃功標 ， 鐘少杰

(1 福建省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所，福建福州 350013;2 福建省農(nóng)田建設與土壤肥料技術總站, 福建福州 350003)

紫云英是我國主要的綠肥作物，在培育土壤、 改善環(huán)境、 提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質、 減少化肥投入等方面發(fā)揮著重要作用[1-2]。福建省地處東南沿海，屬亞熱帶海洋性季風氣候，冬季光熱資源豐富，冬閑田適宜種植紫云英綠肥。每年全省中、 晚稻種植面積約66.7×104hm2，冬閑田面積在20×104hm2，因此發(fā)展冬種紫云英的潛力巨大[3-4]。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展與人民生活水平的提高，當前國家和社會對于耕地質量、 糧食安全、 生態(tài)環(huán)境、 優(yōu)質農(nóng)產(chǎn)品提出了更高的要求，給福建恢復紫云英綠肥種植及利用帶來極大機遇，但因十幾年來在這方面的研究停滯，尤其是在當前的種植制度和土壤肥力水平下對紫云英翻壓回田利用其及對農(nóng)田生產(chǎn)力的影響還缺乏深入地研究。紫云英翻壓后在一定程度上可改善土壤理化性狀，從養(yǎng)分的角度分析，在其后作水稻上減少化肥的用量一方面可能是來自紫云英礦化所提供的養(yǎng)分，另一方面，也可能與翻壓紫云英后化肥尤其是氮肥的利用率提高有關，但哪個占主導因素？其過程尚不明確。為此，本研究從2009年開始，通過連續(xù)4年定位試驗，研究福建單季稻區(qū)翻壓紫云英對后作單季稻生長的影響，并通過原狀土柱模擬及15N示蹤法，研究翻壓紫云英對主作物水稻化肥氮素吸收、 分配與殘留的影響，旨在進一步明確當前肥力條件下連續(xù)翻壓紫云英對農(nóng)田生產(chǎn)力的影響以及紫云英與水稻化肥氮素吸收利用的關系，從而為當前福建單季稻區(qū)紫云英培肥利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗設計

試驗設在農(nóng)業(yè)部福建耕地保育科學觀測實驗站(閩侯縣白沙鎮(zhèn)，東經(jīng)119°04′10″，北緯26°13′31″)。成土母質為低丘紅壤坡積物，土壤類型為滲育型水稻土的黃泥田。試驗前土壤有機質含量24.4 g/kg，全氮1.23 g/kg，全磷0.60 g/kg，全鉀13.3 g/kg，堿解氮 171.6 mg/kg，速效磷13.5 mg/kg、 速效鉀 83.4 mg/kg、 pH 4.78；耕層土壤容重1.41 g/cm3。

于定位試驗的第4年，采用15N-尿素(豐度10%)示蹤法研究水稻植株的氮素吸收及分配情況。在田間定位試驗小區(qū)中，采用PVC管進行原狀土柱模擬。PVC管直徑25 cm，長35 cm，其中壓入田面下20 cm，每小區(qū)埋兩個土柱，共30個土柱，每個土柱中種植兩株水稻。同位素尿素用量根據(jù)PVC口徑大小(0.0491 m2)計算施肥量，每土柱施N 0.663 g，P2O50.265 g，K2O 0.464 g。將同位素尿素、 氯化鉀分別以一定濃度溶解在水中，通過移液管定量移取溶液來控制加入的肥料量，過磷酸鈣直接施用。

1.2 測定項目與方法

分別于分蘗末期、 成熟期各采集1個土柱植株、 土壤樣品，進行氮素分析。植株采集時按地上部與地下部分開(成熟期分莖葉、 子粒和根系)，在105℃下殺青30 min后繼續(xù)在65℃烘干至恒重，樣品粉碎后，過0.5 mm篩，測定總氮含量和15N豐度；土壤采集時將0—20 cm土柱全部傾倒出，混勻，按四分之一法，取1kg土壤樣品，風干，過篩，測定土壤全氮含量和15N豐度。植株及土壤總氮含量用凱式半微量蒸餾法測定。用ZHT-03質譜儀測定15N%豐度，由河北省農(nóng)林科學院遺傳生理研究所測定。

氮素吸收利用計算方法：

植株(或土壤)樣品中的氮含量= W×a

植株各部位(或土壤)來自化肥中的氮= W×a×(b-c)/(b1-c)

化肥氮素殘留率=土壤殘留來自化肥中的氮/化肥施氮量

化肥氮素利用率=植株各部位吸收化肥中的氮素之和/化肥施氮量

式中： W為植株(或土壤)樣品重量；a為含氮量；b為15N豐度；c為對照組天然15N豐度；b1為肥料15N豐度。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 進行處理，利用DPS統(tǒng)計軟件進行方差分析和LSD多重比較[5]。

2 結果與分析

2.1 連續(xù)翻壓紫云英對水稻分蘗期生長的影響

圖1 不同處理對水稻分蘗期分蘗數(shù)和株高的影響(2012)Fig.1 Effect of different treatments on tillering number and plant height at the tillering stage (2012)

2.2 連續(xù)翻壓紫云英對水稻產(chǎn)量的影響

由表1可知，無論是單獨翻壓紫云英，還是紫云英與化肥配施，均明顯提高了稻田的生產(chǎn)力水平。連續(xù)4年的定位試驗結果表明，Z處理的單季稻子粒產(chǎn)量與稻草產(chǎn)量分別較CK增加10.7%與14.1%，而紫云英配合100%的化肥(Z+100%H)，子粒產(chǎn)量與稻草產(chǎn)量分別較100%H增加6.5%與6.2%，均達到顯著差異水平。在翻壓紫云英的條件下，后作單季稻化肥施用減量40%(Z+60%H處理)，其產(chǎn)量與100%H處理基本相當，說明有減肥增效的效果。

表1 連續(xù)翻壓紫云英對水稻產(chǎn)量的影響(kg/hm2)

2.3 翻壓紫云英對分蘗期植株化肥氮素吸收、 分配的影響

2.4 翻壓紫云英對成熟期植株化肥氮素吸收的影響

表2 分蘗期水稻植株不同部位氮含量及化肥氮素利用率

表3 成熟期水稻植株不同部位氮含量及化肥氮素利用率

2.5 翻壓紫云英對后作水稻土壤中15N殘留的影響

3 結論與討論

3.1 福建單季稻區(qū)高產(chǎn)創(chuàng)建與減肥增效模式

表4 翻壓紫云英對水稻生育期耕層土壤化肥N素殘留的影響

對福建稻區(qū)而言，應根據(jù)不同肥力水平、 不同目標需求選擇紫云英綠肥利用模式。高產(chǎn)創(chuàng)建模式適合于當前肥力水平較低但增產(chǎn)潛力較大的中低產(chǎn)田，如福建廣泛分布的黃泥田、 沙漏田或新墾耕地類型，主要以培肥與高產(chǎn)為目標；而減肥增效模式則適合于當前肥力水平較高、 施肥增產(chǎn)潛力有限的高產(chǎn)田，如灰泥田、 烏泥田類型，以保障作物持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)與維持地力，降低面源污染風險為目標。從中也可以看出，在發(fā)展高產(chǎn)、 優(yōu)質、 高效、 生態(tài)、 安全的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)進程中，傳統(tǒng)綠肥仍可發(fā)揮重要的作用。

3.2 翻壓紫云英減肥增效機制

本研究結果表明，福建單季稻區(qū)翻壓紫云英，主作物水稻生育期化肥減施40%仍能維持產(chǎn)量穩(wěn)定。從水稻吸收營養(yǎng)的角度來看，其減肥增效機制一方面是吸收來自紫云英礦化提供給水稻的養(yǎng)分，另一方面，也可能與翻壓紫云英后化肥氮素利用率提高有關。通過原狀土柱模擬表明，翻壓紫云英下，主作物水稻生育期化肥減量與否，對化肥氮素利用率均無顯著影響，即在本試驗條件下，與單施化肥相比，綠肥化肥配施的化肥氮素利用率并無明顯變化，這與以往有機無機肥配施提高氮肥利用率研究結果有所不同。相關研究認為，秸稈還田或施用畜糞有機肥可提高作物的氮肥利用率，其機制包括有機無機配施促進了土壤微生物繁殖，使水稻生育前期固定了較多的礦質氮，在水稻生育中后期，這些氮素被釋放供水稻吸收、 利用等[11-15]，而福建單季稻區(qū)翻壓紫云英下配施化肥對化肥氮素利用率影響不大則可能與種植制度或茬口有關。福建單季稻區(qū)紫云英翻壓時期一般在3月下旬至4月上旬，而插秧時間為6月下旬至7月上旬，中間相隔近3個月，紫云英C/N小，礦化快，待水稻施肥時，紫云英已基本分解殆盡[3]，其紫云英與化肥氮二者難以形成有效的耦合效應，故對化肥氮素的利用率影響已不明顯。為進一步提高主作物單季稻化肥氮素利用率，將紫云英翻壓時間適當延遲或配合秸稈還田以延緩礦化過程值得進一步研究。

另從紫云英提供的養(yǎng)分來看，每年翻壓18000 kg/hm2可提供N 66.6 kg、 P2O519.8 kg，K2O 50.4 kg，而水稻常規(guī)施肥減量40%可分別減少化肥N 54 kg、 P2O521.6 kg，K2O 37.8 kg，即二者磷素基本相當，但紫云英提供的氮、 鉀總養(yǎng)分理論值要高于40%的常規(guī)化肥用量，由于二者產(chǎn)量基本相當，說明翻壓紫云英條件下，一部分紫云英礦化的氮素通過淋溶、 硝化-反硝化以及氨揮發(fā)途徑損失，而其余礦化的養(yǎng)分則有效替代了40%的化肥用量。說明從養(yǎng)分角度，紫云英綠肥翻壓替代40%的化肥水稻產(chǎn)量仍能維持單施100%化肥水平的主要機制之一是紫云英礦化后提供的養(yǎng)分。一些研究也表明，紫云英C/N小，礦化快，尤其在施用外源氮肥的條件下，使土壤中的礦質氮增加，有效補充了土壤養(yǎng)分[16]。當然，連續(xù)翻壓紫云英不僅限于提供礦質養(yǎng)分，同時也增加了土壤有機質，尤其是活性有機質的含量[8]，這一定程度上可改善土壤物理性狀，使稻田水、 肥、 氣、 熱供應更加協(xié)調(diào)，主作物水稻生長環(huán)境得到改善，進而提高了農(nóng)田生產(chǎn)力。

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