晉西北山黧豆根茬還田提供土壤氮素的研究

李屹峰，薛志強，馮悅晨，曹衛(wèi)東，張延芳，鄭普山

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學院右玉農(nóng)業(yè)試驗站，山西右玉037200；2.山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西太原030031；3.中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京100081；4.山西省農(nóng)業(yè)科學院，山西太原030031）

晉西北山黧豆根茬還田提供土壤氮素的研究

李屹峰1，薛志強1，馮悅晨2，曹衛(wèi)東3，張延芳4，鄭普山2

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學院右玉農(nóng)業(yè)試驗站，山西右玉037200；2.山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西太原030031；3.中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京100081；4.山西省農(nóng)業(yè)科學院，山西太原030031）

以晉燕18號燕麥為供試作物，在晉西北丘陵區(qū)連續(xù)2 a開展了山黧豆（Lathyrus quinquenervius（Miq.）Litv）茬口減氮大田試驗研究。結(jié)果表明，山黧豆根茬還田可提供給土壤氮素，培肥土壤，提高后作燕麥籽粒產(chǎn)量，每公頃山黧豆根茬可提供給土壤氮13.8 kg；在山黧豆茬口施用80%N比無根茬施用100%N的氮肥偏生產(chǎn)力提高2.72～7.66 kg/kg。在有機肥不能輸入農(nóng)田時，旱地種植綠肥是培肥土壤的重要措施。

山黧豆；綠肥；根茬還田；氮肥偏生產(chǎn)力

綠肥是我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華，其栽培利用歷史悠久，對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到了舉足輕重的作用[1]。種植綠肥能提高土壤有機質(zhì)含量，為后季作物提供速效養(yǎng)分[2-5]，這對解決我國耕地質(zhì)量整體偏低[6-8]、提高糧油作物產(chǎn)量、促進農(nóng)業(yè)發(fā)展起到重要作用。

山西省晉西北丘陵區(qū)氣候冷涼，地廣人稀，土地貧瘠，為典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。一方面，土壤自然肥力不足，另一方面，土壤營養(yǎng)物質(zhì)大量流失，由于經(jīng)濟落后，肥料特別是有機肥投入不足導致用地養(yǎng)地失衡、土壤瘠薄，嚴重制約著糧食產(chǎn)量的提高和品質(zhì)的改善，還造成生態(tài)環(huán)境日益惡劣。就目前農(nóng)業(yè)形勢而言，僅通過發(fā)展畜牧業(yè)迅速提高土壤有機肥的投入、改善耕地質(zhì)量一時難以實現(xiàn)，而大力發(fā)展綠肥生產(chǎn)是山西省干旱丘陵區(qū)土壤培肥的重要途徑之一。山黧豆和箭筈豌豆是20世紀60年代中期引進的綠肥品種，具有抗旱、耐瘠薄、青草產(chǎn)量高、翻壓后肥田效果好等特性，目前仍是晉西北地區(qū)旱薄地輪作馬鈴薯、燕麥、蕎麥等雜糧的主要綠肥品種[9]。自20世紀80年代以來，晉西北山黧豆的種植、利用方式不再是翻壓后輪作雜糧，而是將秸稈作為飼草、根茬還田、籽粒或加工豆面或作為家畜飼料。近年來，種植和翻壓綠肥培肥土壤、提高糧食或經(jīng)濟作物產(chǎn)量及效益、改善生態(tài)環(huán)境的研究已有大量報道[10-16]，但山黧豆根茬還田提供土壤N素、培肥土壤的研究未見報道。

本研究連續(xù)2 a開展了山黧豆茬口減氮試驗，以期為旱地種植山黧豆、根茬還田提供土壤氮素，培肥土壤和提高后作雜糧產(chǎn)量及效益提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試作物為燕麥品種晉燕18號。

1.2 試驗地概況

試驗于2014—2015年在山西省左云縣進行。試驗所選用的山黧豆為當?shù)貍鹘y(tǒng)農(nóng)家種植品種。供試土壤為黃栗性栗鈣土，質(zhì)地為沙壤偏輕壤，其基本理化性質(zhì)為：pH值8.41，有機質(zhì)含量6.54 g/kg，全氮0.032 g/kg，堿解氮5.32 mg/kg，有效磷3.26 mg/kg，速效鉀96.4 mg/kg。

試驗地位于黃土高原北部的山西省左云縣金家溝村，屬典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。海拔1 480 m，屬溫帶半干旱大陸性季風氣候，年平均氣溫5.3℃，無霜期115 d；多年平均降雨量400 mm，且季節(jié)性分布不均，多集中于夏秋季節(jié)，雨熱同季。

1.3 試驗設計

共設8個處理：處理1.無根茬無氮肥（CK）；處理2.無根茬＋100%N；處理3.根茬＋100%N；處理4.根茬＋90%N；處理5.根茬＋80%N；處理6.根茬＋70%N；處理7.根茬＋60%N；處理8.根茬無氮肥。小區(qū)面積4m×3m，重復3次。100%化肥施用量（參考當?shù)剞r(nóng)戶種植燕麥的常規(guī)施肥量）為69kg/hm2N＋45 kg/hm2P2O5（N肥為尿素，含N46.0%；磷肥為顆粒磷肥，含P2O512.0%），各處理區(qū)于播前2 d采用人工開溝施入化肥（各小區(qū)磷肥P2O5施用量均為45 kg/hm2）。播量為150 kg/hm2（其中，無根茬為上一年種植山黧豆時，在同一塊地留出一塊空地并休閑1 a，其田間管理措施與種植山黧豆區(qū)一致）。秋季在各小區(qū)選取5 m2樣方收獲燕麥，風干脫粒后稱量籽粒及秸稈質(zhì)量。

1.4 測定項目及方法

土壤pH值用pH計測定（蒸餾水浸提，水土比為2.5∶1）；有機質(zhì)含量用重鉻酸鉀容量法測定；全氮含量用半微量凱氏定氮法測定；硝態(tài)氮和銨態(tài)氮用2.0 mol/L氯化鉀浸提，流動注射分析儀測定；速效磷含量用0.5 mol/L的碳酸氫鈉浸提，鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量用1 mol/L醋酸銨浸提，火焰光度計測定；植物全氮用H2SO4-H2O2消煮，全自動凱氏定氮儀測定[17]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003和SAS進行統(tǒng)計分析，各處理間的差異顯著性采用Fisher's LSD檢驗（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量對燕麥籽粒和秸稈產(chǎn)量的影響

試驗地屬于雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，由于2014—2015年年際間降雨時期與降雨量的差別，相同的化肥施用量在不同年份所收獲的燕麥籽粒與秸稈產(chǎn)量相差較大，不同化肥施用量均顯著提高了燕麥的籽粒與秸稈產(chǎn)量，山黧豆茬口不施氮肥（處理8）的燕麥籽粒及秸稈量均高于無根茬無化肥區(qū)（處理1）的燕麥籽粒及秸稈量，表明山黧豆根茬還田后根瘤釋放的氮有培肥土壤的效果（表1）。

表1 不同處理對燕麥籽粒、秸稈產(chǎn)量的影響

盡管同一處理2 a間的燕麥籽粒和秸稈產(chǎn)量相差較大，但同一年份山黧豆茬口施用80%N（處理5）的燕麥籽粒和秸稈產(chǎn)量與無根茬施用100%N（處理2）的燕麥籽粒和秸稈產(chǎn)量之間均無顯著差異，說明山黧豆根茬還田后提供給土壤的氮素數(shù)量相當于無根茬施用100%N的20%，即每公頃山黧豆根茬還田后釋放的氮相當于施入土壤13.8 kgN。

2.2 山黧豆茬口施用80%N與無根茬施用100% N這2個處理氮肥偏生產(chǎn)力的比較

肥料偏生產(chǎn)力（PFP）是指施用某一特定肥料下作物產(chǎn)量與施肥量的比值，它是反映當?shù)赝寥阑A養(yǎng)分水平和化肥施用量綜合效應的重要指標。其計算公式如下。

式中，PFP是指肥料偏生產(chǎn)力（kg/kg）；Y是指施用某一特定肥料作物的產(chǎn)量（kg/hm2）；F是指特定肥料純養(yǎng)分（是指N，P2O5和K2O）的投入量（kg/hm2）。

從表2可以看出，2014，2015年山黧豆茬口施用80%N比無根茬施用100%N的氮肥偏生產(chǎn)力分別提高了2.72，7.66 kg/kg。說明山黧豆根茬還田提供了土壤氮素，培肥了土壤和促進了燕麥生長，從而提高了燕麥的籽粒產(chǎn)量。

表2 不同年份根茬＋80%N與無根茬＋100% N這2個處理氮肥偏生產(chǎn)力的比較 kg/kg

3 結(jié)論與討論

晉西北丘陵區(qū)屬于雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，當?shù)氐碾s糧產(chǎn)量始終受降雨時期與降雨量的制約。本研究結(jié)果表明，不同降雨年型之間，相同的化肥施用量所收獲的燕麥籽粒產(chǎn)量變化較大。同一年份山黧豆茬口不施氮肥所收獲的燕麥籽粒產(chǎn)量均高于無根茬無化肥區(qū)，表明山黧豆根茬還田具有培肥土壤的效果。連續(xù)2 a山黧豆茬口施用80%N（處理5）所收獲的燕麥籽粒產(chǎn)量與無根茬施用100%N（處理2）之間無顯著差異，說明山黧豆根茬還田后補充給土壤氮的數(shù)量相當于無根茬施入化肥氮總量的20%，即每公頃山黧豆根茬還田后相當于提供土壤13.8 kgN。

2014，2015年不同降雨年型條件下，山黧豆茬口施用80%N比無根茬施用100%N的氮肥偏生產(chǎn)力分別提高2.72，7.66 kg/kg，說明在晉西北旱地種植綠肥山黧豆，根茬還田后給土壤提供了氮素，促進了燕麥生長，提高了燕麥的籽粒產(chǎn)量和種植效益。本研究結(jié)果與李富翠等[15-16]通過增施綠肥、秸稈還田等措施提高小麥產(chǎn)量的結(jié)果基本上一致，但也存在差別。首先是綠肥類型不同，其次是綠肥種植與利用方式不同，其他已有的研究里，綠肥多為冬閑期或夏播，利用方式也多為就地翻壓或異地翻壓，本研究綠肥為旱地春播綠肥，利用方式為根茬還田。

連續(xù)2a試驗結(jié)果表明，晉西北丘陵區(qū)山黧豆根茬還田提供給土壤的氮相當于施入土壤13.8 kg/hm2的N，分別提高了化肥氮的偏生產(chǎn)力2.72，7.66kg/kg。綜合而言，種植旱地綠肥依然是培肥土壤、提高雜糧種植效益的重要措施。

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Study onLathyrus quinquenervius（Miq.）Litv Stubble in Field Providing Nitrogen for Soil in Northwestern Shanxi

LI Yifeng1，XUE Zhiqiang1，F(xiàn)ENGYuechen2，CAOWeidong3，ZHANGYanfang4，ZHENGPushan2
（1.Youyu Experimental Station，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Youyu 037200，China；2.Institute ofAgricultural Resources and Environment，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China；3.Institute ofAgricultural Resources and Agricultural Regional Planning，Chinese AcademyofAgricultural Sciences，Beijing100081，China；4.Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China）

Taking the Jinyan 18 oats as the test crop,Lathyrus quinquenervius（Miq.）Litv stubble in field decreasing nitrogen in the field experiment were carried out in the northwestern Shanxi for 2 years.The results showed that Lathyrus quinquenervius（Miq.）Litv stubble in field could increase the nitrogen content in soil and oat grain yield,and the number of per hectare Lathyrus quinquenervius. stubble providingnitrogen for soil was 13.8 kg/hm2.Compared with nostubble treatments applied 100%N,nitrogen partial productivityof Lathyrus quinquenervius stubble in field treatments applied 80%N increased 2.72-7.66 kg/kg.In a word,when the organic fertilizer was not be applied,plantinggreen manure in dryland was an important measure toimprove soil fertility.

Lathyrus quinquenervius;green manure;stubble in field;nitrogen partial productivity

S142＋.1

A

1002-2481（2016）08-1158-03

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.08.24

2016-05-20

國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201103005）

李屹峰（1973-），男，山西右玉人，助理研究員，主要從事綠肥示范推廣工作。鄭普山為通信作者。