稻茬種植多花黑麥草對(duì)水稻土土壤肥力的影響

喬偉艷+顧洪如+沈益新

摘要：為了探索多花黑麥草（Lolium multiflorum）—水稻（Oryza sativa）輪作技術(shù)在南方農(nóng)區(qū)的應(yīng)用，對(duì)多花黑麥草—水稻輪作種植下土壤肥力的變化進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：2年輪作種植周期完成后，多花黑麥草—水稻輪作中土壤有機(jī)質(zhì)含量分別增加了 5.31%和9.81%、全氮含量分別增加了 4.83%和7.5%、全磷含量分別增加 1385%和18.94%，全鉀含量分別增加16.96%和21.3%。在南方農(nóng)區(qū)水稻水稻收獲后種植多花黑麥草不僅能為農(nóng)區(qū)養(yǎng)殖業(yè)提供大量飼草，還能改善土壤肥力，增加土壤養(yǎng)分，為后作水稻生長(zhǎng)發(fā)育提供良好的土壤條件。

關(guān)鍵詞：多花黑麥草；水稻；土壤肥力

中圖分類號(hào)： S158；S511.06 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2017）18-0060-04

收稿日期：2016-05-04

基金項(xiàng)目：國(guó)家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（編號(hào)：CARS-35-31）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃（編號(hào)：2011BAD17B02-04）。

作者簡(jiǎn)介：?jiǎn)虃テG（1989—），女，碩士，研究方向?yàn)轱暡菡{(diào)制與加工。E-mail：284202728@qq.com。

通信作者：顧洪如，研究員，研究方向?yàn)槟敛菖c草食動(dòng)物。E-mail：guhongrujs@163.com。 土壤是一個(gè)復(fù)雜的生命體，不同作物的耕作方式對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境影響不同，土壤物理性狀和礦質(zhì)元素、水分的吸收受作物根系的影響不同。輪作種植是一種既能夠充分利用農(nóng)田土地，還能消除一定的農(nóng)田連作障礙的耕作技術(shù)。在我國(guó)南方，輪作主要是在水稻為基礎(chǔ)上結(jié)合其他作物的耕作方式，主要類型包括水稻—小麥、水稻—油菜、水稻—綠肥等，不同的輪作模式對(duì)水稻土的微生態(tài)環(huán)境都有不同程度的影響。在稻草輪作種植下，土壤的物理化學(xué)性狀不同作物2季輪作下相互作用相互影響存在明顯差異[1-3]，并且系統(tǒng)中土壤的干濕2季交替作用能夠一定程度上抑制雜草的孳生[4]，減少作物病蟲害的發(fā)生[5]。

南方農(nóng)區(qū)冬閑田的閑置是目前我國(guó)亟待解決的問(wèn)題。目前，多花黑麥草—水稻輪作的這種水旱輪作方式在我國(guó)廣東、云南等地方已有了一定的應(yīng)用，這種輪作種植方式既能夠?yàn)椴菔臣倚筇峁╋暳?，還能改善稻田土壤狀況，并且已經(jīng)被研究出適宜當(dāng)?shù)赝寥罈l件的種植方式，本試驗(yàn)通過(guò)在江蘇地區(qū)研究多花黑麥草—水稻輪作種植技術(shù)下土壤肥力的變化，以期為這種水旱輪作技術(shù)能解決我國(guó)南方農(nóng)區(qū)冬閑田問(wèn)題提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)土壤 試驗(yàn)于2014年和2015年在南京江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所試驗(yàn)基地溫室內(nèi)（32°03′N、118°46′E）進(jìn)行。試驗(yàn)基地位于長(zhǎng)江中下游地區(qū)，土壤類型為丘陵馬肝土，初始土壤理化性質(zhì)：pH值6.37，容重1.31 g/cm3，有機(jī)質(zhì)、腐殖酸、全磷、全氮、全鉀含量分別為22.6、2.60、1.32、145、5.95 g/kg。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，溫室棚內(nèi)年平均氣溫為21.6 ℃，試驗(yàn)期間2年內(nèi)月平均氣溫見(jiàn)圖1，試驗(yàn)土壤前茬作物為水稻。

1.1.2 試驗(yàn)材料 多花黑麥草品種為勁杰，播種量為 1.5 g/m2，小麥品種為揚(yáng)麥，播種量為4.0～6.0 g/m2，水稻品種為南粳9108，播種量為4.5～6.0 g/m2，播種后覆土2 mm。

1.1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)多花黑麥草—水稻輪作種植和小麥—水稻輪作種植處理區(qū)以及冬閑—水稻連作種植作為對(duì)照區(qū)，試驗(yàn)分別于2013年12月30日和2014年12月10日在中轉(zhuǎn)箱中覆土進(jìn)行播種多花黑麥草和小麥，點(diǎn)播，采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。播前對(duì)前茬為水稻的田進(jìn)行翻耕、耙細(xì)整平后，稱取相同質(zhì)量的冬閑稻田土壤放入中轉(zhuǎn)箱，每箱中土壤30 kg。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)中轉(zhuǎn)箱的面積為 42 cm×32 cm，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，在多花黑麥草和小麥?zhǔn)斋@后，種植水稻，點(diǎn)播，直至水稻收獲，完成輪作種植試驗(yàn)。在同一生境條件下，做好田間管理工作。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 測(cè)定項(xiàng)目 試驗(yàn)于2013年12月26日和2014年12月15日播種前即初始時(shí)期進(jìn)行第1次土壤樣品的采集，分別于2014年5月6日和2015年5月19日，多花黑麥草和小麥?zhǔn)斋@后（即黑麥草收獲期）進(jìn)行第2次采樣，于2014年10月22日和2015年11月3日，對(duì)水稻進(jìn)行收獲后（即水稻收獲期），此時(shí)進(jìn)行第3次土樣的采集，取樣后將樣品進(jìn)行風(fēng)干處理，用于土壤肥力的測(cè)定。

1.2.2 測(cè)定方法 土壤容重測(cè)定采用環(huán)刀法；土壤pH值的測(cè)定采用電位測(cè)定法，根據(jù)南方土壤的特性，水土比采用 2.5 ∶ 1 進(jìn)行pH值的檢測(cè)[6]。土壤腐殖酸采用焦磷酸鈉-氫氧化鈉浸提液提取腐殖質(zhì)，測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化外加熱法[7]；土樣有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定，利用可控溫消解爐加熱樣品反應(yīng)液進(jìn)行土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定，設(shè)置消解爐溫度230 ℃，反應(yīng)液微沸5 min，結(jié)束后溶液無(wú)需轉(zhuǎn)移，直接滴定[8]。采用凱氏定氮法測(cè)定土壤中全氮含量[7]；采用NaOH熔融-火焰光度計(jì)法測(cè)定土壤全鉀含量[7]；全磷的測(cè)定方法采用HClO4-H2SO4消煮法來(lái)分解土壤中的含磷化合物[7]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2013進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的處理，采用SAS 9.1統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，分別對(duì)同一處理不同取樣時(shí)間和不同處理同一取樣時(shí)間進(jìn)行單因素方差分析，并用SATA模塊中的ANOVA程序?qū)δ攴荨⑻幚?、取樣時(shí)間及其互作進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下土壤物理性狀及pH值的變化

試驗(yàn)期間不同處理下土壤容重、田間持水量以及土壤pH值的差異變化見(jiàn)表1。

2年試驗(yàn)中，多花黑麥草—水稻與小麥—水稻處理區(qū)輪作種植完成后，土壤的田間持水量較冬閑—水稻對(duì)照區(qū)均有增加，在多花黑麥草—水稻輪作周期結(jié)束后，其增加幅度要低于小麥—水稻輪作，并且在其不同取樣時(shí)期，土壤田間持水量的變化均表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，而冬閑—水稻對(duì)照區(qū)田間持水量則呈先升后降趨勢(shì)。多花黑麥草收獲后，不同處理之間田間持水量增加情況表現(xiàn)為：小麥—水稻處理區(qū)>冬閑—水稻對(duì)照區(qū)>多花黑麥草—水稻處理區(qū)；水稻收獲后，處理間土壤田間持水量差異表現(xiàn)為：小麥—水稻處理區(qū)>多花黑麥草—水稻處理區(qū)>冬閑—水稻對(duì)照區(qū)。土壤田間持水量在同一處理不同取樣時(shí)期差異顯著（P<0.05），同一取樣時(shí)間不同處理之間差異極顯著（P0.05）。endprint

作物根系對(duì)土壤容重的影響表現(xiàn)為通過(guò)根系的作用，使土壤的孔隙度增大，緊實(shí)度降低，從而使容重下降。試驗(yàn)中，土壤初始時(shí)的容重均為1.31 g/cm3。2年試驗(yàn)中，土壤容重在多花黑麥草—水稻和小麥—水稻處理區(qū)中容重均表現(xiàn)為先下降后上升趨勢(shì)，對(duì)照區(qū)則表現(xiàn)為緩慢下降趨勢(shì)，多花黑麥草—水稻處理區(qū)、小麥—水稻處理區(qū)和冬閑—水稻對(duì)照區(qū)的土壤容重在第一年多花黑麥草收獲后，較初始時(shí)水稻冬閑田容重分別下降了2.29%、3.05%和4.58%（P<0.05），下降的原因可能由田間管理措施和作物根系引起的；水稻收獲后，其土壤容重在輪作處理區(qū)上升，對(duì)照區(qū)則繼續(xù)下降，較初始時(shí)的土壤容重，多花黑麥草—水稻和小麥—水稻處理區(qū)分別增加了5.34%和15.27%，小麥—水稻處理區(qū)土壤容重迅速增加（P005）。

不同處理下土壤pH值的變化有顯著的作用。不同取樣時(shí)期，多花黑麥草—水稻和小麥—水稻處理區(qū)的土壤pH值分別呈現(xiàn)出先降后升和緩慢上升的相反趨勢(shì)。與初始時(shí)土壤pH值相比，2年試驗(yàn)中土壤pH值，在多花黑麥草收獲后，多花黑麥草—水稻處理區(qū)分別下降至6.05和6.13，下降幅度為5.03%和7.68%，在小麥—水稻處理區(qū)分別上升了2.20%和1.85%，水稻收獲后，處理區(qū)均開(kāi)始上升，且土壤pH值之間存在極顯著差異（P<0.01）；而冬閑—水稻對(duì)照區(qū)中，不同取樣時(shí)期的土壤pH值在第1年中呈現(xiàn)緩慢上升和第2年緩慢下降的相反趨勢(shì)，水稻收獲后，土壤pH值在第1年上升了12.24%，第2年則下降了2.07%。方差分析表明，年份、取樣時(shí)期及不同處理對(duì)土壤pH值互作效應(yīng)明顯（P<0.05）。綜合以上分析表明，不同的種植模式對(duì)土壤物理性狀差異不明顯，對(duì)土壤pH值有較大影響，綜合來(lái)看，輪作模式對(duì)土壤的影響高于連作模式。

2.2 不同處理下土壤養(yǎng)分及土壤有機(jī)質(zhì)、腐殖酸的變化

不同處理對(duì)土壤養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)及腐殖酸的影響變化如表2所示。

通過(guò)測(cè)定不同種植模式下土壤養(yǎng)分含量的變化可以看出，處理區(qū)中土壤全氮、全磷和全鉀含量均高于對(duì)照區(qū)，其變化情況表現(xiàn)為多花黑麥草—水稻處理區(qū)>小麥—水稻處理區(qū)>冬閑—水稻對(duì)照區(qū)。各模式完成1個(gè)種植周期后，不同時(shí)期的土壤全氮含量在多花黑麥草—水稻處理區(qū)中表現(xiàn)為先增加后減少；在小麥—水稻處理區(qū)和冬閑—水稻對(duì)照區(qū)中則為先減少后增加（P<0.01）。不同時(shí)期土壤的全磷含量在多花黑麥草—水稻處理區(qū)中呈上升趨勢(shì)；在小麥—水稻處理區(qū)中表現(xiàn)為下降趨勢(shì)；在冬閑對(duì)照區(qū)中則為先降后升趨勢(shì)（P<0.001）。不同時(shí)期土壤全鉀含量在多花黑麥草—水稻處理區(qū)中表現(xiàn)為上升趨勢(shì)；在小麥—水稻處理區(qū)和冬閑—水稻對(duì)照區(qū)表現(xiàn)為先升后降趨勢(shì)，但是在水稻收獲后其含量依然高于初始時(shí)期的土壤（P<0.01）。易杰祥等在研究中指出，土壤酸化能引起土壤環(huán)境鹽基離子淋失的不良影響，淹水條件下的土壤對(duì)碳酸鹽有較大的緩沖能力導(dǎo)致土壤pH值都傾向于向中性移動(dòng)，因此多花黑麥草種植下土壤中養(yǎng)分元素含量變化明顯[9]。以上分析表明，不同種植模式下土壤養(yǎng)分含量的變化明顯（P<0.01），與小麥—水稻種植模式和冬閑—水稻種植模式相比，多花黑麥草—水稻種植模式對(duì)農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量的影響更明顯。

不同模式種植完成后，土壤腐殖酸含量在多花黑麥草—水稻處理區(qū)中增加，在小麥—水稻處理區(qū)和冬閑—水稻對(duì)照區(qū)中減少（P<0.001）。多花黑麥草收獲和小麥后，多花黑麥草—水稻處理區(qū)中土壤腐殖酸含量在2年期間分別增加了13.76%和28.65%；小麥—水稻處理區(qū)中分別下降了1846%和3.49%；冬閑—水稻對(duì)照區(qū)則在第一年下降了20%，第2年增加了5.1%（P<0.05）；水稻收獲后，多花黑麥草—水稻處理區(qū)中土壤腐殖酸含量降低，小麥—水稻處理區(qū)和冬閑—水稻對(duì)照區(qū)土壤腐殖酸含量則繼續(xù)下降（P<001）。

種植周期試驗(yàn)完成后，多花黑麥草—水稻處理區(qū)中，不同時(shí)期的土壤有機(jī)質(zhì)含量呈先升后降趨勢(shì)，小麥—水稻處理區(qū)和冬閑—水稻對(duì)照區(qū)在第一年均呈下降趨勢(shì)， 第二年表現(xiàn)為上升趨勢(shì)（P<0.01）。多花黑麥草和小麥?zhǔn)斋@后，多花黑麥草—水稻處理區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量在2年試驗(yàn)中分別增加了8.5%、14.01%，到水稻收獲后，土壤有機(jī)質(zhì)含量緩慢下降（P<0.001）；小麥—水稻處理區(qū)中土壤有機(jī)質(zhì)含量緩慢下降，至水稻收獲后下降了6.86%（P<0.01），在第2年試驗(yàn)期間其有機(jī)質(zhì)含量差異不明顯。綜合表明，不同的種植模式下，多花黑麥草—水稻處理區(qū)中腐殖酸和有機(jī)質(zhì)含量變化明顯，可能是由于其土壤中活躍的原生動(dòng)物和微生物的分解代謝作用影響。

3 討論

目前，在我國(guó)南方農(nóng)區(qū)，不同作物與水稻的輪作是緩解土壤生態(tài)環(huán)境壓力的一種重要的耕作技術(shù)，這種種植技術(shù)能夠顯著改變農(nóng)田土壤的物理、化學(xué)以及土壤肥力性狀。研究發(fā)現(xiàn)，稻田年內(nèi)水旱輪作能使土壤有機(jī)質(zhì)、全N、全P含量增加，并可以明顯增加速效N、P、K養(yǎng)分的含量[11-12]；并且稻草輪作下土壤的理化性狀的變化顯著，不僅可以降低土壤的抗壓強(qiáng)度，還能夠增加土壤孔隙度、促進(jìn)土粒的聚合[13]。王子芳等在稻田長(zhǎng)期水旱輪作對(duì)土壤肥力的影響研究中發(fā)現(xiàn)，輪作有利于土壤水穩(wěn)團(tuán)聚體的形成，其中

多花黑麥草的根系發(fā)達(dá)，具有極強(qiáng)的須根，在土壤的表層10 cm左右，其數(shù)量就可以達(dá)到597～ 1 148 g/m2[15]，甚至能夠?qū)⒏H周圍的土壤全部覆蓋，根系作用非常明顯。土壤pH值和腐殖酸含量的變化是由作物的根系作用和作物殘茬在土壤中的分解作用來(lái)增加土壤中有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)，并通過(guò)有機(jī)物質(zhì)分解產(chǎn)生的有機(jī)酸和腐殖質(zhì)分解的腐殖酸含量變化來(lái)影響土壤pH值[10]。在本試驗(yàn)中可以明顯發(fā)現(xiàn)，多花黑麥草和小麥種植后均能降低土壤的pH值，增加土壤腐殖酸含量，但是多花黑麥草種植區(qū)中土壤pH值明顯低于小麥種植區(qū)，這可能與多花黑麥草的根系作用有關(guān)。

本試驗(yàn)研究中，發(fā)現(xiàn)種植試驗(yàn)周期完成后，輪作種植對(duì)土壤的物理性狀影響明顯，由于作物根系的不同，影響程度不同，但均能適當(dāng)增加土壤孔隙度，即容重值略有下降。本試驗(yàn)中，多花黑麥草—水稻處理區(qū)和小麥—水稻處理區(qū)中土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分含量較冬閑—水稻對(duì)照區(qū)均有所上升，但多花黑麥草—水稻處理區(qū)中增幅較高，這是由于多花黑麥草—水稻處理區(qū)土壤中多花黑麥草的殘茬腐爛分解和土壤微生物的代謝作用，從而使土壤中有機(jī)質(zhì)、全磷、全鉀含量在水稻收獲后明顯增加[16-17]。冬閑—水稻對(duì)照區(qū)和小麥—水稻處理區(qū)中土壤全氮含量在水稻收獲后均有上升，但在多花黑麥草-水稻處理區(qū)中則下降，其原因可能是由于微生物氮比植物殘?bào)w中的氮周轉(zhuǎn)率快，通過(guò)微生物生物量庫(kù)的氮素，其年通量比其他庫(kù)的通量要大得多[18]導(dǎo)致。綜合分析表明，多花黑麥草—水稻處理下土壤肥力的變化情況明顯。endprint

4 結(jié)論

不同的耕作方式可顯著改變土壤物理、化學(xué)性質(zhì)[19-21]，使土壤異質(zhì)性降低，水分及C、N、P等營(yíng)養(yǎng)元素的含量、使土壤結(jié)構(gòu)等發(fā)生改變。經(jīng)過(guò)研究在稻茬冬閑田土壤不同耕作模式種植下土壤物理化學(xué)性狀的變化，發(fā)現(xiàn)輪作種植下土壤狀況良好，并能提高土壤的肥力，更有利于改善土壤的生態(tài)環(huán)境。通過(guò)在稻田茬后分別進(jìn)行多花黑麥草—水稻輪作和小麥—水稻輪作的種植試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)多花黑麥草龐大的根系能夠改善土壤的物理結(jié)構(gòu)，使土壤的通透性增加，且多花黑麥草收獲后，收獲后留在土壤中的殘茬腐爛分解對(duì)土壤的pH值有明顯的影響，還能增加土壤中有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等養(yǎng)分的含量，從而提高土壤的肥力。綜合對(duì)土壤肥力變化的分析表明，在我南方農(nóng)區(qū)實(shí)施多花黑麥草—水稻輪作技術(shù)，不僅能夠增加草食家畜的綠肥飼料，還能顯著改善水稻連作帶來(lái)的危害，增加土壤肥力，為后作水稻的種植提供良好的土壤條件。

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