綠肥油菜研究進(jìn)展

張樹杰 陳燦 張紅升 于榮

摘要種植綠肥既能改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力和后茬作物產(chǎn)量，又能減少化肥投入、防止水土流失，是建立良好農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵措施。通過總結(jié)近年來有關(guān)綠肥油菜對(duì)后茬作物生長(zhǎng)、土壤肥力、土壤微生物、土壤線蟲、土傳病害和雜草影響的研究成果，提出今后綠肥油菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，以期為綠肥油菜產(chǎn)業(yè)和可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞油菜;綠肥;作物生長(zhǎng);土壤肥力;土傳病害

中圖分類號(hào)S55文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611（2020）15-0024-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.15.007

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Research Progress of Green Manure Oilseed Rape

ZHANG Shujie，CHEN Can，ZHANG Hongsheng et al

（Ningxia Polytechnic，Ningxia Television University，Yinchuan，Ningxia 750002）

AbstractPlanting green manure can not only improve the soil structure，increase soil fertility and the yield of subsequent crops，but also reduce chemical fertilizer input and prevent soil erosion.It is a key measure to establish a good agricultural ecological environment and achieve sustainable development.This paper reviewed the research advances in the influences of green manure oilseed rape on the following crops growth，soil fertility，soil microorganisms，soil nematodes，soil borne disease，soilborne diseases and weeds，and pointed out the developmental direction of green manure oilseed rape in the future，in order to provide a theoretical basis for the green manure rape industry and sustainable agricultural development.

Key wordsOilseed rape;Green manure;Crop growth;Soil fertility;Soilborne diseases

基金項(xiàng)目寧夏自然科學(xué)基金項(xiàng)目（NZ15205）;寧夏高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目（NGY2015214）。

作者簡(jiǎn)介張樹杰（1972—），男，寧夏銀川人，副研究員，博士，從事植物營(yíng)養(yǎng)與土壤營(yíng)養(yǎng)環(huán)境研究。

收稿日期2019-03-30

種植綠肥是我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華，它既是提高土壤肥力、促進(jìn)作物增產(chǎn)的重要措施，又是建立良好農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵途徑[1-4]。油菜（Brassica napus）是世界范圍內(nèi)種植面積最廣、產(chǎn)量最大的十字花科蕓薹屬油料作物[5-8]。油菜籽不僅是食用植物油的最重要原料，也是生物柴油的主要原料，它的副產(chǎn)品還是一種富含蛋白質(zhì)的優(yōu)質(zhì)飼料[7-9]。油菜株體高大，光合和生長(zhǎng)效率相對(duì)較高，不僅鮮草產(chǎn)量高，而且其體內(nèi)富含的含硫化合物在降解過程中能對(duì)土壤起到明顯的熏蒸作用，可以作為綠色殺蟲劑和除草劑替代有害的合成農(nóng)藥[5-6，8，10-11]。因此，以油菜為綠肥的研究逐漸成為近年來的一個(gè)熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)的豆科綠肥植物紫云英、禾本科綠肥植物黑麥草等相比，綠肥油菜的研究和應(yīng)用相對(duì)較少。筆者就近年來有關(guān)油菜對(duì)后茬作物生長(zhǎng)、土壤營(yíng)養(yǎng)環(huán)境、土傳病害影響的研究成果進(jìn)行總結(jié)闡述，以期為綠肥油菜產(chǎn)業(yè)和可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。

1種植油菜對(duì)后茬作物的影響

輪作油菜或休閑期種植綠肥油菜對(duì)后茬作物的影響主要表現(xiàn)在兩方面，一方面是促進(jìn)后茬作物的代謝、加快后茬作物的生長(zhǎng)。研究顯示，種植和翻壓綠肥油菜顯著提高后作水稻的葉面積指數(shù)、劍葉葉長(zhǎng)、葉寬、葉綠素含量、光合速率，進(jìn)而增加后作水稻單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重[10，12-14];顯著增加后茬作物冬小麥單株分蘗數(shù)和單位面積穗數(shù)[15];顯著增加后作玉米有效穗數(shù)[11];顯著增加烤煙的株高和最大葉面積，提高葉片中葉綠素的含量，增強(qiáng)葉片的光合速率和蒸騰速率[6]。同時(shí)，輪作油菜或種植綠肥油菜還能促進(jìn)后茬作物對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素氮、磷、鉀的吸收和利用[16-17]。魏靜[16]研究發(fā)現(xiàn)，冬季種植和翻壓油菜，后作玉米地上部氮、磷、鉀和地下部磷吸收量較冬閑對(duì)照分別顯著增加30.7%、74.7%、57.6%和171.4%;高菊生等[17]通過長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，冬種油菜綠肥，促進(jìn)了后作水稻對(duì)磷素、鉀素的吸收和利用。

另一方面，無論是輪作油菜還是種植綠肥油菜，均可顯著提高后茬作物產(chǎn)量，如水稻[10，13，16，18-20]、小麥[15，21]、玉米[11，22]、烤煙[6，23]等。王丹英等[10]通過連續(xù)5年的田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，盛花期翻壓綠肥油菜使供試水稻產(chǎn)量較冬閑對(duì)照顯著增加5.70%～14.55%，而油菜收獲后秸稈焚燒還田也使供試水稻產(chǎn)量較冬閑對(duì)照顯著提高，且盛花期翻壓的增產(chǎn)效果顯著高于收獲后秸稈焚燒還田。趙慧娟[19]研究發(fā)現(xiàn)，種植和翻壓綠肥油菜，不僅顯著提高早稻產(chǎn)量，對(duì)晚稻增產(chǎn)效果也十分顯著，且增產(chǎn)率隨著壓青量的增加而增加。趙剛等[21]在隴東黃土旱塬地區(qū)通過連續(xù)4年試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，夏休閑期播種和翻壓油菜，后作小麥干旱年份增產(chǎn)16.1%，平水年份增產(chǎn)6.8%。魏靜[16]研究發(fā)現(xiàn)，冬季種植和翻壓油菜，玉米籽粒產(chǎn)量較冬閑對(duì)照顯著提高25.8%。劉領(lǐng)等[6]研究發(fā)現(xiàn)，翻壓油菜顯著提高了烤煙煙葉的產(chǎn)量、均價(jià)和產(chǎn)值。

同時(shí)，許多研究還發(fā)現(xiàn)，在減少化肥投入條件下，種植和翻壓油菜仍可以顯著提高后茬作物產(chǎn)量[22-25]?；輼s奎等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在減少化肥投入5%條件下，翻壓油菜可使玉米產(chǎn)量較正常施肥量冬閑對(duì)照顯著增產(chǎn)8.07%;而在減少化肥投入10%～15%條件下，翻壓油菜仍使玉米產(chǎn)量保持與對(duì)照相當(dāng)。李淑春等[24]通過田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在前作為油菜條件下，不施化肥仍使后作水稻較前作空閑施肥處理顯著增加602%。王育軍等[23]研究表明，即便是在降低氮肥投入20%～40%條件下，油菜秸稈還田不僅可以提高烤煙煙葉產(chǎn)量，還可以改善煙葉感官評(píng)吸質(zhì)量。陳燦等[25]研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)單施化肥處理相比，在化肥施用量減半條件下，套種和翻壓油菜可以使寧杞5號(hào)枸杞干果年產(chǎn)量顯著增加19.1%。這些研究結(jié)果說明輪作油菜或種植綠肥油菜可大量減少化肥的施用量，實(shí)現(xiàn)耕地的種養(yǎng)兼顧、良性循環(huán)[2，7，9-10，18]。

2種植油菜對(duì)土壤肥力的影響

土壤有機(jī)質(zhì)含量在一定范圍內(nèi)與土壤肥力水平呈正相關(guān)關(guān)系，因此是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)[9-10，20，26]。多數(shù)研究認(rèn)為，種植和翻壓綠肥油菜能夠顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[10，16-17，19，22，27-28]。如王丹英等[10]研究發(fā)現(xiàn)，油菜秸稈焚燒還田和盛花期翻壓還田分別使土壤有機(jī)質(zhì)含量較對(duì)照顯著增加1.99%和8.03%;惠榮奎等[22]研究發(fā)現(xiàn)，壓青綠肥油菜“油肥1號(hào)”使土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高9.78%;鄧力超等[20]通過2年連續(xù)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，種植和翻壓“油肥1號(hào)”使土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高了25.45%。但也有研究發(fā)現(xiàn)，翻壓油菜對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量并沒有顯著影響[5，18]。這些差異可能與試驗(yàn)地土壤條件、氣候因素、油菜品種、翻壓量、翻壓時(shí)間及試驗(yàn)周期等因素有關(guān)。劉曉霞等[29]研究發(fā)現(xiàn)，油菜等綠肥連續(xù)還田2年對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響不大，但連續(xù)還田3～4年，土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著升高。

與豆科紫云英、禾本科黑麥草等綠肥作物一樣，綠肥油菜也會(huì)對(duì)土壤礦質(zhì)養(yǎng)分含量及形態(tài)產(chǎn)生顯著影響。這些研究主要集中在土壤氮、磷、鉀含量方面，主要表現(xiàn)為無論是翻壓綠肥油菜還是油菜秸稈還田均可顯著提高土壤全氮和堿解氮[10，17，19，28]、速效磷和速效鉀的含量[11，19-20，22，28，30]，也有研究發(fā)現(xiàn)種植和翻壓綠肥油菜使土壤全磷和全鉀含量顯著升高[5，10]。一方面是油菜根系從土壤中吸收養(yǎng)分貯藏在體內(nèi)，翻壓后在土壤表層形成礦質(zhì)養(yǎng)分的富集層[4，9，19，30]。Thorup-Kristensen等[31]在對(duì)豆科、禾本科及十字花科油菜等綠肥吸收土壤氮素進(jìn)行系列研究后發(fā)現(xiàn)，油菜等十字花科植物對(duì)土壤氮素具有更強(qiáng)的捕獲能力;同時(shí)油菜也是少數(shù)可以吸收利用礦物態(tài)磷素的作物[2，9，11，32]。另一方面是油菜在生長(zhǎng)過程中，根系釋放的大量有機(jī)物質(zhì)在對(duì)根際礦物直接活化的同時(shí)，還提高了根際微生物的繁殖和活性，從而促進(jìn)礦質(zhì)養(yǎng)分的釋放和有效化[4，9，19，30]。

油菜是直根系作物，其根系在土壤中的生長(zhǎng)和穿插，可以疏松土壤、增加孔隙度，從而降低土壤緊實(shí)度和土壤容重;而根系的腐爛和分解，又會(huì)留下原根系生長(zhǎng)的空間，進(jìn)一步增加土壤孔隙度[1，4，9，33]。因此，種植和翻壓綠肥油菜使土壤容重分別顯著降低22.55%[20]和16.8%[16]。另外，翻壓綠肥油菜或油菜秸稈還田，其有機(jī)質(zhì)可以與土壤顆粒膠結(jié)形成較大的水穩(wěn)性團(tuán)聚體，從而改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤通氣性和透水性[1，4，7，9，33]。

3種植油菜對(duì)土壤微生物的影響

土壤微生物在土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著極其重要的作用，種植綠肥能成倍或成十幾倍地增加土壤微生物的總量[34-35]。而種植綠肥油菜或輪作油菜不僅能增加土壤微生物總量，還能改變真菌、細(xì)菌、放線菌三大類群微生物所占比例[11，34-35]。劉哲輝[11]研究發(fā)現(xiàn)，在油菜-玉米輪作體系中，土壤細(xì)菌群落數(shù)量顯著增加，真菌數(shù)量顯著減少，而放線菌數(shù)量無顯著變化。細(xì)菌型土壤是土壤肥力提高的一個(gè)生物學(xué)指標(biāo)，而真菌型土壤則是地力衰竭的標(biāo)志，真菌群落數(shù)量的增加，意味著土傳病害的加重，因?yàn)槎喾N土傳病害的發(fā)生都是由真菌型微生物引起的[11，34-35]。

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分有效性和生產(chǎn)力很大程度上依賴于微生物生物量及其活性，因此土壤微生物生物量常被用作指示農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤理化性狀的早期指標(biāo);土壤微生物熵是指土壤微生物呼吸速率與土壤微生物量碳的比值，能有效反映土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化效率、土壤碳素?fù)p失狀況[16，36-38]。高嵩涓等[38]以進(jìn)行了31年定位試驗(yàn)的紅壤性水稻土為對(duì)象，研究了長(zhǎng)期冬種綠肥條件下土壤微生物生物量的季節(jié)變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，冬種綠肥油菜提高了土壤微生物量碳、微生物量氮和微生物熵，無論是在土壤性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定的晚稻收獲后還是全年平均值均顯著高于冬閑對(duì)照處理。魏靜[16]也得出類似的結(jié)果，冬季種植和翻壓油菜，土壤微生物量碳、氮分別較冬閑對(duì)照顯著增加30.5%和32.2%。雖然土壤微生物量碳僅占土壤總碳的1%～4%，土壤微生物量氮僅占土壤全氮的2%～7%，但土壤微生物量碳、氮卻是土壤中最活躍的碳庫(kù)和氮庫(kù)之一，是土壤肥力的指示性指標(biāo)[16，36，38]。種植和翻壓綠肥油菜顯著提高了土壤微生物量碳含量及微生物熵，說明綠肥油菜促進(jìn)了土壤有機(jī)碳向更容易被微生物和作物利用的形態(tài)轉(zhuǎn)化，從而提高了土壤養(yǎng)分的有效性[11，27]。

土壤酶是一類具有催化能力的生物活性物質(zhì)[10，16-17]。一方面，土壤的一切生物化學(xué)過程都是在土壤酶的參與下進(jìn)行的，它是土壤代謝的基礎(chǔ)。土壤中的蔗糖酶是一種水解酶，直接參與有機(jī)質(zhì)碳的代謝，磷酸酶能將有機(jī)磷水解為可被植物利用的有效態(tài)，土壤中氮的轉(zhuǎn)化與脲酶活性密切相關(guān)。另一方面，土壤酶活性與土壤的物理特性、水熱狀況、土壤組分的化學(xué)組成及吸收性復(fù)合體的特征密切相關(guān)，能敏感地響應(yīng)作物輪作、殘留物管理和土壤壓實(shí)、耕翻等不同土壤管理措施[10，16-17]。因此，土壤酶活性可以作為土壤肥力和養(yǎng)分有效性的敏感指標(biāo)[10，16-17]。魏靜[16]研究發(fā)現(xiàn)，冬季種植和翻壓油菜，土壤堿性磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性分別較冬閑對(duì)照顯著提高11.4%、17.7%和21.7%。平亞琴[28]研究了在馬鈴薯生育后期填閑種植不同密度油菜對(duì)土壤酶活性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)土壤脲酶、過氧化氫酶及堿性磷酸酶活性顯著提高。

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