水稻-綠肥輪作對灘涂土壤肥力的影響

諸海燾

(1.上海市農(nóng)業(yè)科學院生態(tài)環(huán)境保護研究所，上海 201403;2.上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點實驗室，上海 201403;3.農(nóng)業(yè)部上海農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學觀測實驗站，上海 201403)

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水稻-綠肥輪作對灘涂土壤肥力的影響

諸海燾1，2，3

(1.上海市農(nóng)業(yè)科學院生態(tài)環(huán)境保護研究所，上海 201403;2.上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點實驗室，上海 201403;3.農(nóng)業(yè)部上海農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學觀測實驗站，上海 201403)

[目的]提高沿海灘涂土壤肥力，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。[方法]在稻田布置了連續(xù)3年的冬種紫云英、蠶豆翻壓還田，研究水稻-綠肥輪作對灘涂土壤肥力的影響。[結(jié)果]與冬閑處理相比，綠肥還田能增加土壤有機質(zhì)，提高土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量。經(jīng)過3年的稻-綠肥輪作，紫云英對土壤肥力的提升效果優(yōu)于蠶豆，紫云英區(qū)土壤有機質(zhì)和全氮分別提高了16.13%和14.81%。[結(jié)論]稻-紫云英輪作是一種較好的輪作模式。

綠肥；紫云英；蠶豆；土壤肥力

種植豆科綠肥是作物氮素供應的主要途徑之一，隨著化肥特別是氮肥施用量的增加，土壤氮素營養(yǎng)供應轉(zhuǎn)移到氮肥的施用上，但氮肥利用率低，淋失嚴重，對土壤、水體、生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞。長期以來，種植綠肥和糧-綠輪作在糧食生產(chǎn)和提高土壤肥力方面具有重要作用。研究表明，種植綠肥壓青還田能夠使土壤化學及生物學性狀等發(fā)生改變[1]，提高土壤有機質(zhì)含量，保持和改善土壤結(jié)構(gòu)，減少速效養(yǎng)分尤其是氮的損失，減少氮肥施用量[2]；綠肥、秸稈還田可減少稻田氮素氨揮發(fā)和滲漏損失[3-4]；豆科綠肥能進行根瘤固氮，為后茬作物提供氮素營養(yǎng)，提高作物產(chǎn)量[5],在一定程度上可以緩解化肥資源緊張及節(jié)約生產(chǎn)成本。上海地區(qū)為加強農(nóng)田地力建設(shè)出臺了“實施糧田換茬綠肥補貼”政策，以鼓勵農(nóng)戶推廣綠肥種植。筆者研究了綠肥還田對灘涂土壤養(yǎng)分變化的影響，以期為鹽堿土壤改良和利用提供科學依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗材料試驗地點設(shè)在上海崇明東灘上實農(nóng)業(yè)園區(qū)，土壤類型為濱海鹽土，土壤肥力較低，土壤理化性質(zhì)：pH 8.6，有機質(zhì)含量9.8 g/kg,堿解氮20.2 mg/kg,速效磷10.3 mg/kg,速效鉀149.1 mg/kg。

1.2試驗材料綠肥的種植選用紫云英和蠶豆2種豆科植物。

1.3試驗設(shè)計試驗共設(shè)3個區(qū)，即紫云英區(qū)、蠶豆區(qū)、冬季休閑區(qū)，每區(qū)面積66.7 m2。紫云英于每年10月5日播種，播種量為37.5 kg/hm2；蠶豆于10月25日播種，播種量為150.0 kg/hm2。紫云英和蠶豆于4月底全量翻壓還田。

于2013年起連續(xù)進行3年，共計有3茬綠肥，3茬水稻。連續(xù)3年種植綠肥-水稻后，于2015年水稻收后分小區(qū)采集土壤(0～20 cm)樣品，分析土壤有機質(zhì)、全氮等養(yǎng)分指標。

1.4測定項目與方法有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測定；植株樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消煮后，全氮和速效氮含量用蒸餾定氮法測定，全磷含量用釩鉬黃比色法測定，全鉀和速效鉀含量用火焰光度計測定，速效磷含量采用鉬藍比色法測定。

2　結(jié)果與分析

2.1兩種綠肥干物質(zhì)的主要營養(yǎng)元素成分由表1可知，紫云英主要營養(yǎng)成分含量最高，氮、磷、鉀養(yǎng)分總量(N+P2O5+K2O)達到4.41%，其次為水稻秸稈，蠶豆的營養(yǎng)成分含量最低。除養(yǎng)分含量外，碳氮比是影響有機物料在土壤中腐解速率的關(guān)鍵因素，碳氮比高，其有機氮的礦化分解緩慢，分解殘留率也較高；碳氮比低，秸稈中所含有機氮的礦化分解速率便相對較快。紫云英和蠶豆的碳氮比分別為15.76和19.56，水稻秸稈的碳氮比為53.53。這說明兩種綠肥壓青后在土壤中的腐解速度較快。

2.2兩種綠肥還田對土壤有機質(zhì)積累的影響由表2可知，綠肥鮮草翻壓還田均能提高土壤有機質(zhì)含量，稻-紫云英、稻-蠶豆、稻-冬閑3種茬口土壤有機質(zhì)含量分別增加0.15%、0.10%和0.04%，其中稻-紫云英茬口對土壤有機質(zhì)含量的提升效果最好，增加幅度達16.13%。

表1　不同有機物料莖桿的主要營養(yǎng)成分(干重)

表2　不同輪作模式對土壤有機質(zhì)含量的影響

注：3年積累量=有機質(zhì)含量2015-有機質(zhì)含量2013，增加幅度=3年積累量/有機質(zhì)含量2013。

Note:increasing range = Organic matter cotnent2015-organic matter cotnent2013; Increasing range = Three-years accumulation/ organic matter content2013.

2.3兩種綠肥還田對土壤全氮含量積累的影響由表3可知，3種輪作茬口土壤的全氮含量總體呈增加趨勢，其中稻-紫云英3年間全氮的增加幅度最大，達14.81%，其次為稻-蠶豆，為10.00%。

表3　不同輪作模式對土壤全氮含量的影響

注：3年積累量=總氮含量2015-總氮含量2013，增加幅度=3年積累量/總氮含量2013。

Note:increasing range = Total nitrogen content2015- Total nitrogen cotnent2013; Increasing range = Three-years accumulation/ total nitrogen content2013.

2.4兩種綠肥還田對土壤速效養(yǎng)分含量積累的影響由表4可知，不同綠肥品種對土壤氮素的轉(zhuǎn)化效果不同，紫云英還田更有利于土壤氮素的積累，土壤堿解氮含量比CK增加了13.52%。由于土壤中有機質(zhì)的含量增加，土壤中有效磷含量也發(fā)生相應變化，與CK相比，土壤中速效磷含量均有所增加，紫云英和蠶豆還田有效磷含量較CK分別增加了42.66%和25.98%。這是由于綠肥新鮮秸稈翻壓后可提高土壤有機酸含量，有效減少鋁、鐵等礦物對土壤溶液中磷的吸收固定，增加了土壤中磷素的有效性。與冬季休閑田相比，3年綠肥還田后土壤鉀素積累量也有較大提高，蠶豆和紫云英區(qū)速效鉀比對照分別提高了22.07%和8.52%。

表4　不同輪作體系下土壤速效養(yǎng)分的變化情況

注：該數(shù)據(jù)為2015年10月采集土樣的檢測結(jié)果。

Note: Data were the detection results of sampling soils collected in October 2015.

3　結(jié)論與討論

(1)上海地區(qū)要大幅度降低肥料氮就必須打破水稻-小麥、水稻-油菜的耕作模式，實行“減麥增綠”的秋播結(jié)構(gòu)調(diào)整，推廣水稻-綠肥的耕作體系(或做到稻-麥和稻-綠肥2年1次的輪作換茬)，利用生物固氮增加土壤氮素，并通過綠肥的還田促進土壤微生物的活動，從而提高土壤中氮、磷、鉀等養(yǎng)分的有效性，活化土壤自有養(yǎng)分來減少肥料的投入。許建平等[6]研究證明，水稻-綠肥輪作是大幅度降低氮化肥用量的重要途徑,較無綠肥區(qū)的純氮用量減少53.35 kg/hm2。

(2)連年的稻-麥輪作使得土壤肥力逐年下降，夏收季節(jié)矛盾突出。種植綠肥是改良低產(chǎn)土壤的有效途徑之一，以小肥換大肥是評判綠肥品質(zhì)的重要指標，紫云英和蠶豆的氮、磷、鉀養(yǎng)分總量分別為4.41%和3.02%,碳氮比(C/N)分

別為15.76和19.56。與稻草秸稈相比，綠肥鮮草有著適宜的碳氮比，翻壓還田后經(jīng)一定的腐解時間就可礦化分解為無機氮，還田前期也不會發(fā)生與水稻“爭氮”現(xiàn)象，可有效緩解水稻收種階段機械、勞動力和適時播種等矛盾。

(3)秸稈、綠肥等有機物料壓入土壤，在其腐解過程中通過養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化及對土壤養(yǎng)分的活化，可改善土壤養(yǎng)分供應狀況，影響土壤中氮素的供應。不僅如此，綠肥翻壓還能在土壤中積累大量有機質(zhì)，改善土壤物理、化學性狀，有利于水稻根系生長。該研究中連續(xù)3年的綠肥紫云英翻壓，土壤有機質(zhì)和全氮含量分別提高16.13%和14.81%。綠肥還田區(qū)土壤速效氮磷鉀也均有不同程度的增加，表現(xiàn)出了較好的土壤培肥效果，是沿海灘涂低產(chǎn)土壤培肥地力的有效途徑。

(4)綠肥等有機物料的翻壓還田，對提高低產(chǎn)田土壤肥力有顯著的效果。今后需重視綠肥配套的高產(chǎn)栽培技術(shù)，包括適時播種、開溝排水、根瘤菌接種、肥水調(diào)控等，才能達到后期還田肥土的功效。

[1] 高嵩涓，曹衛(wèi)東，白金順，等.長期冬種綠肥改變紅壤稻田土壤微生物生物量特性[J].土壤學報，2015，52(4)：902-908.

[2] 趙冬，顏廷梅，喬俊，等.太湖地區(qū)綠肥還田與無機氮追肥配施的環(huán)境效應分析[J].土壤通報，2013，44(1)：161-167.

[3] 汪軍，王德建，張剛，等.秸稈還田條件下氮肥用量對稻田氮素淋失的影響[J].中國環(huán)境科學，2010,30(12):1650-1657.

[4] 俞巧鋼，葉靜，符建榮，等.不同有機物料還田對稻田氨揮發(fā)和水稻產(chǎn)量的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)科學，2011(4)：908-909,913.

[5] 侯方舟，屠乃美，何康，等.南方雙季稻區(qū)冬種綠肥對土壤質(zhì)量的影響研究進展[J].作物研究，2015，29(6)：682-685.

[6] 許建平，徐瑞國，施振云，等.水稻-綠肥(蠶豆)輪作減少氮化肥用量研究[J].上海農(nóng)業(yè)學報，2004,20(4)：86-89.

Effects of Rice-Green Manure Cropping Rotation on Soil Fertility of Mudflat

ZHU Hai-tao1,2,3

(1. Eco-environment and Plant Protection Institute, Shanghai Academy of Agricultural Science, Shanghai 201403; 2. Shanghai Key Laboratory of Protected Horticultural Technology, Shanghai 201403; 3. Shanghai Scientific Observation and Experimental Station for Agricultural Environment and Land Conservation, Shanghai 201403)

[Objective] To enhance the soil fertility of mudflat and to promote the sustainable development of agriculture. [Method] Three-year field returning of milk vetch and broad bean on soil fertility was arranged in rice field. Effects of rice-green manure cropping rotation on soil fertility of mudflat were researched. [Result] Compared with winter fallow treatment, returning green manure to field enhanced the organic matter in soil, enhanced the contents of soil alkali-hydrolyzable nitrogen, rapidly-available phosphorus and rapidly available potassium. After three-years rice-green manure rotation, milk vetch showed higher enhancement for soil fertility than broad bean. Soil organic matter content and total nitrogen content in milk vetch area enhanced by 16.13% and 14.81%, respectively. [Conclusion] Rice-green manure cropping rotation is a relatively good rotation mode.

Green manure; Milk vetch; Broad bean; Soil fertility

上海市農(nóng)委科技攻關(guān)重點課題(滬農(nóng)科攻字2013第5-9號)。

諸海燾(1980- )，男，浙江湖州人，副研究員，從事土壤改良和養(yǎng)分高效利用研究。

2016-06-20

S 158

A

0517-6611(2016)22-143-02