南方雙季稻區(qū)冬種綠肥對土壤質量的影響研究進展

侯方舟，屠乃美，何 康，王靖淵，付小紅，楊旭初，張清壯

（湖南農業(yè)大學農學院，長沙　410128）

南方雙季稻區(qū)冬種綠肥對土壤質量的影響研究進展

侯方舟，屠乃美*，何 康，王靖淵，付小紅，楊旭初，張清壯

（湖南農業(yè)大學農學院，長沙410128）

分析了我國南方雙季稻田長期冬閑造成的不良影響，綜述了綠肥冬種及翻壓對土壤物理性狀、化學性狀、有機質含量、土壤酶和微生物量的影響，提出了下一步的研究方向。

稻田；土壤；綠肥；培肥改良

水稻是我國乃至世界重要的糧食作物，全世界有超過50%的人口以稻米為主食［1］。我國南方是水稻的主要生產區(qū)，其種植面積和總產量占到全國的90%以上［2］。但是自20世紀90年代以來，由于糧食生產效益低，農村勞務經(jīng)濟發(fā)展快等種種原因，南方冬閑田面積不斷擴大。據(jù)調查，我國南方秋冬季耕地將近40%處于空閑狀態(tài)，加之長期水稻連續(xù)水作又未翻耕曬垡，不但造成溫、光、水、熱資源的浪費，還導致耕作層板結、有機質下降、理化性狀變差等不良后果［3～7］，從而限制了南方水稻產量的提高。針對地力和作物產量下降的問題，利用冬閑田種植綠肥作物的稻田三熟制是行之有效的途徑。冬季綠肥適應性強，生長較為迅速，是一種很好的、養(yǎng)分完全的優(yōu)質生物肥源［8，9］；綠肥含有機物15%～20%，翻壓還田可促進土壤有機質的礦化分解，促使土壤養(yǎng)分的循環(huán)和轉化［10～14］；豆科綠肥還能進行根瘤固氮，為后茬作物提供氮素營養(yǎng)，還可為土壤提供碳源和養(yǎng)分［9］，在一定程度上可以緩解化肥資源緊張及投入的成本問題［15］。

1　冬種綠肥對土壤的培肥改良效應

1.1冬種綠肥對土壤物理性狀的影響

土壤的物理性質是土壤質量和生產率的重要評價指標。許多研究者發(fā)現(xiàn)，紫云英作為稻田綠肥，培肥效果顯著，能夠改善土壤物理環(huán)境，有效維持和改善土壤孔隙度，顯著降低土壤容重，有利于土壤水穩(wěn)定團聚體的形成，提高土壤團聚體的穩(wěn)定性，增強其透水能力和持水性［16～18］。常新剛等［19］發(fā)現(xiàn)，在2002～2004年的紫云英—早稻—晚稻復種模式中，3年時間，土壤容重共下降4.24%。楊曾平等［8］研究表明，連續(xù)28年種植水稻后冬種綠肥與冬閑之間耕作層土壤容重表現(xiàn)出明顯差異:在都是雙季稻的前提下冬種油菜、紫云英、黑麥草的處理土壤容重比冬閑田分別降低4.0%、3.0%和5.1%；長期冬種綠肥處理的土壤總孔隙度比冬閑田處理增加26.0%～33.4%，毛管孔隙增加0.6%～9.7%，非毛管孔隙比冬閑田增加11～17倍。這表明長期冬種綠肥提高了土壤的孔隙度，使其通透性得到改善；綠肥種植還可以使耕作層（0～15 cm）的水穩(wěn)性團聚體直徑高出0.25～5 mm，提高持水量［20］。研究表明，紫云英生長及還田有助于提高土壤酸堿緩沖性，使偏酸或偏堿的土壤pH值趨于中性，給作物生長營造良好的環(huán)境［21～23］。

1.2冬種綠肥對土壤化學性狀的影響

土壤主要的礦質營養(yǎng)元素包括氮、磷、鉀，是衡量土壤肥力的重要指標。紫云英、苕子等作為豆科綠肥，固氮作用強，莖葉和根腐解可釋放氮素，不但增加土壤養(yǎng)分循環(huán)中的氮素，還可提升有效磷和鉀的含量［24，25］。十字花科綠肥可以通過根系分泌物活化土壤中難溶性鉀，提高土壤鉀的有效性［26］。冬閑種植綠肥使土壤中全效養(yǎng)分（氮、磷、鉀）和速效養(yǎng)分（堿解氮、有效磷、速效鉀）含量都有一定程度的提升［27，28］。曾希柏等［29］研究發(fā)現(xiàn)，在施肥一致的情況下，冬閑—稻—稻種植模式土壤全氮含量下降0.05 g／kg，紫云英—稻—稻種植模式卻上升0.07 g／kg。劉英等［30］研究發(fā)現(xiàn)，冬閑田種植紫云英后，土壤堿解氮普遍高于試驗前，增幅在14.3%～42.9%，有效磷含量是試驗前的1.78倍，速效鉀含量也有所升高。席瑩瑩［31］連續(xù)兩年在冬閑田種植并翻壓豆科綠肥后發(fā)現(xiàn)，土壤全氮含量較冬閑不施肥、冬閑施70%化肥、冬閑施100%化肥處理分別增加了7.9% ～10.4%、0.5% ～3.9%、1.1% ～3.4%，土壤有效磷含量分別是冬閑不施肥、冬閑施70%化肥、冬閑施100%化肥處理的1.2～2.4倍、1.2～2.4倍和0.8～1.6倍，土壤速效鉀分別增加4.0%～16.9%、2.4% ～15.2%和1.3% ～14.0%。楊濱娟等［32］通過8年的定位試驗研究發(fā)現(xiàn)，紫云英—稻—稻種植模式可以使堿解氮增加6.59%～35.35%，黑麥草—稻—稻種植模式可以使土壤有效磷、速效鉀含量分別增加19.25% ～31.05%和16.97%～22.15%。翻壓綠肥也使得土壤中的中微量元素如有效硫、鐵、鋅含量增加，對錳、銅也有良好的響應。這都表明綠肥還田能有效提升土壤肥力［33］。

1.3冬種綠肥對土壤有機質含量的影響

有機質作為土壤的重要組成成分，是衡量土壤肥力的重要指標［34］。Wolf和Snyder指出，若增加1%的土壤有機質，就可增加1.5%容積的田間持水量［35］。也有學者強調土壤有機質的一個最主要的功能就是提供能源促進土壤微生物的活動［36］。并且，有機質的合成分解過程可影響土壤養(yǎng)分元素的有效性，它對土壤有效養(yǎng)分的影響尤為顯著［37，38］。黃國勤等人指出，稻田冬種可以提高土壤有機質的含量［39，40］。有研究發(fā)現(xiàn)［41］，將紫云英進行冬種并翻耕，第一年后，土壤有機質含量增加了0.1 g／kg；種植兩年后，土壤有機質含量比冬閑田處理高出0.95%，差異顯著。王璐等［42］研究發(fā)現(xiàn)，紫云英和稻草還田對提高翻耕土壤養(yǎng)分的效果顯著，各土層土壤有機質平均增幅達10.85%。鄧鐵金等［43］研究發(fā)現(xiàn)，油—稻—稻連作3年，土壤有機質比試驗前高0.66%，紫云英—稻—稻連作3年，土壤有機質含量比試驗前高1.04%，不同綠肥對土壤有機質的積累都有不同程度的提高。

1.4冬種綠肥對土壤酶的影響

土壤酶催化土壤中的一切生物化學反應，對土壤肥力有重要影響［41］。它不僅能反映土壤生物活性的高低，還能表征土壤養(yǎng)分轉化的快慢，在一定程度上反映土壤肥力狀況［44］。綠肥在生長過程中的根系分泌物、凋落物均可增加土壤酶的含量，綠肥還田還導致來自土壤微生物的土壤酶活性發(fā)生改變［45，51］。有研究發(fā)現(xiàn)，土壤中的一些酶如脫氫酶、脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶、蛋白酶、磷酸酶的活性與土壤肥力因素如有機質、全氮、全鉀之間的關系密切，多酚氧化酶、蔗糖酶、磷酸酶和淀粉酶的活性與土壤中有機質、全氮、有效磷相關性達到顯著或極顯著水平，而脲酶活性僅與水解氮顯著相關，與有機質達極顯著負相關［46～48］。周春火等［41］，王伯成等［49］研究發(fā)現(xiàn)，將帶籽紫云英、油菜冬種后翻壓入土可以顯著提高土壤磷酸酶、脲酶、轉化酶、蔗糖酶以及過氧化氫酶的活性，但不同綠肥對不同酶的影響程度不一。王丹英研究表明，油菜屬于直根系，作為綠肥翻壓能夠改善土壤孔隙度，提高酶活性，尤其是酸性磷酸酶和土壤脲酶的活性［50］。楊曾平等［51］的研究表明，長期采用紫云英—稻—稻種植模式可提高土壤轉化酶、脲酶、脫氫酶的活性，效果優(yōu)于黑麥草—稻—稻和油菜—稻—稻種植模式，并且酶活性隨復種時間延長而增加。這和周春火［52］的研究結果一致。萬水霞等［53］在安徽沿江雙季稻區(qū)利用紫云英與化肥長期配施，使得土壤脲酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶活性分別提高10.12% ～100.33%、10.22%～43.23%、0.14% ～7.28%，并且土壤脲酶和酸性磷酸酶與土壤有機質、全氮、堿解氮呈顯著或極顯著正相關，過氧化氫酶與土壤養(yǎng)分之間無明顯相關性。

1.5冬種綠肥對土壤微生物的影響

土壤微生物是土壤有機無機復合體的重要組成部分，其數(shù)量直接影響土壤的生物化學活性及土壤養(yǎng)分的組成與轉化，是土壤肥力的重要指標之一［54］。劉國順等［55］通過長期定位試驗證明，翻壓綠肥可以促進土壤微生物的活動，還可以增加其數(shù)量，并且隨著翻壓年限的增長，微生物數(shù)量逐年升高。大量研究表明，種植翻壓綠肥能夠通過根系分泌物及翻壓改變土壤環(huán)境和為微生物生長繁殖提供碳源及氮源而影響土壤微生物的活性，并且能夠改變微生物的群落組成和功能，增加土壤微生物多樣性，影響微生物與土壤環(huán)境間的相互作用［56～61］。顏志雷等［62］研究發(fā)現(xiàn)，紫云英配施化肥可以使真菌數(shù)量達到8.16×104cfu／g，比單施化肥增長40.2%，土壤放線菌數(shù)量也有顯著提高，細菌較單施化肥的田塊增加138.8%。趙小萌等［63］研究發(fā)現(xiàn)，紫云英鮮草翻壓還田和黑麥草鮮草翻壓還田提高了雙季稻不同生育時期稻田根際土壤中產甲烷古菌群落的豐富度和多樣性指數(shù)。有研究發(fā)現(xiàn)，冬閑田采用紫云英和黑麥草覆蓋相較于冬閑田可以有效提高真菌、放線菌及好氧細菌的數(shù)量［64，65］。

2　研究展望

長期種植綠肥是提高土壤質量的有效措施，冬種綠肥可以降低土壤容重、增加土壤孔隙度，有利于水穩(wěn)性團聚體的形成，提高土壤團聚體穩(wěn)定性，增強透水能力和持水性，提高土壤通透性；提高土壤營養(yǎng)元素含量并增強其有效性；綠肥翻壓后的植物殘體有利于有機質的形成和微生物數(shù)量的提升；冬種綠肥還能有效提高土壤酶的數(shù)量和活性，促進土壤生化反應的進程。綜上，南方雙季稻區(qū)稻田冬種綠肥可以有效改善土壤狀況，提升土壤肥力。這為后季作物營造了良好的生長環(huán)境并為其產質量的提高打下了堅實的基礎。

雖然前人圍繞綠肥還田做了大量的研究，但仍有亟待深入研究之處:

（1）關于不同綠肥種類對土壤影響的系統(tǒng)比較還不夠完全，針對不同生態(tài)條件、土壤類型、不同土壤肥力下的綠肥綜合培肥技術及綜合效應有待進一步深入研究。

（2）綠肥在翻壓前根系分泌物及對土壤的影響以及翻壓后綠肥作物殘體的養(yǎng)分釋放規(guī)律還有待細化研究。

（3）種植及翻壓綠肥勢必會增加一定的勞力和物料投入，目前已有一些地區(qū)拿出專項資金用于綠肥的發(fā)展生產，但是關于綠肥—稻—稻種植模式下的綜合經(jīng)濟效益還有待研究。另外，如何提高綠肥—稻—稻種植模式的綜合效益也值得探索。

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Research Progress in the Effect ofW inter Planting-Green Manure on Double Cropping Rice System of South

HOU Fang-zhou，TU Nai-m ei*，HE Kang，WANG Jing-yuan，F(xiàn)U Xiao-hong，YANG Xu-chu，ZHANG Qing-zhuang
（College of Agronomy，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China）

This paper analyzes the adverse effects of long-term winter-fallowed double cropping paddy field in south of China，and summarizes the effects of fertilizing and ploughing down green manure in winter on soil physical properties，chemical properties，contentof organicmatter，enzyme activity and microbial biomass.It also points out the existing problems in current research and puts forward the research direction in the future.

paddy field；soil；greenmanure；fertilization improvement

S142

A

1001-5280（2015）06-0682-05

10.3969／j.issn.1001-5280.2015.06.27

2015-09-10

侯方舟（1991-）男，河南焦作人，碩士研究生，Email:1284850074＠qq.com。*通信作者:屠乃美，博士生導師，教授，從事作物栽培生理生態(tài)研究，Email:tnm505＠163.com。

公益性行業(yè)（農業(yè)）科研專項（201503123-05）