不同種類綠肥養(yǎng)分積累比較及其對水稻產(chǎn)量的影響

王琳 管永祥 陳震 周影 魏啟舜 黃瑩 郭成寶

摘要：為了確定江蘇丘陵地區(qū)適宜與粳稻套播輪作的綠肥種類，通過大田試驗研究了4種不同綠肥（箭筈豌豆、光葉紫花苕、肥田油菜、黑麥草）的生物量與養(yǎng)分積累量以及對后茬水稻產(chǎn)量影響。結果表明，常規(guī)播種量條件下，與水稻套播輪作，不同綠肥生物量差異較大，生物量由高到低為：黑麥草>光葉紫花苕>肥田油菜>箭筈豌豆，不同種類綠肥有機碳含量沒有顯著差異，氮、磷、鉀含量有所差異，光葉紫花苕的氮含量最高，黑麥草氮含量最低，但有機碳和鉀養(yǎng)分積累量最高。相較冬季休耕，冬種綠肥有助于提高后茬水稻產(chǎn)量，其中種植黑麥草和光葉紫花苕能顯著提高后茬水稻產(chǎn)量，顯著高于其他處理，種植箭筈豌豆和肥田油菜，水稻產(chǎn)量提高不顯著。后茬水稻產(chǎn)量與綠肥生物量顯著相關。說明在江蘇丘陵地區(qū)黑麥草和光葉紫花苕都可以被推薦與粳稻進行輪作。

關鍵詞：綠肥;黑麥草;光葉紫花苕;生物量;水稻產(chǎn)量

中圖分類號：S142文獻標識碼：A文章編號：1000-4440（2020）05-1139-05

Abstract：In order to determine the suitable green manure for rotation of japonica rice in hilly areas of Jiangsu province， the biomass and nutrient accumulation of four green manures （Vicia sativa， light leaf vetch， oilseed rape， ryegrass） and their effects on the yield of later rice were studied by field experiments. The results showed that the biomass of different green manures was significantly different under the condition of conventional seeding rate.? The biomass followed the order of ryegrass > light leaf vetch >oilseed rape>Vicia sativa. The organic carbon content of different green manures had no significant difference， but the contents of nitrogen， phosphorus and potassium were different. The light leaf vetch had the highest nitrogen content. The nitrogen content in was ryegrass the lowest， however， the contents of organic carbon and potassium were the highest. Compared with winter fallow， planting green manure crop in winter was helpful to increase the yield of rice in next rotation. The yield of later rice could be improved significantly by planting ryegrass and light leaf vetch. The yield of later rice was significantly correlated with the biomass of green manure. In summary， ryegrass and light leaf vetch can be recommended for rotation with japonica rice in hilly areas of Jiangsu province.

Key words：green manure;ryegrass;light leaf vetch;biomass;rice yield

水稻是江蘇省最重要的糧食作物，長期大量的化肥投入，導致面源污染加重，耕地質(zhì)量持續(xù)退化，生產(chǎn)和生態(tài)不協(xié)調(diào)發(fā)展。綠肥作為一種重要的有機肥源，具有提高土壤肥力、改善土壤環(huán)境質(zhì)量、促進作物生長等功能[1-4]。稻肥輪作模式，歷來是南方地區(qū)的主要種植模式之一，兼有養(yǎng)地、綠色生產(chǎn)、環(huán)境友好的特點，上世紀80年代前曾經(jīng)在江蘇省大面積推廣應用。近年來，隨著耕地、河湖等資源束縛趨緊，自然災害頻發(fā)，農(nóng)業(yè)生態(tài)功能逐步被重視，稻肥輪作模式在江蘇省沿江丘陵、太湖流域等地區(qū)再次引起重視和應用。發(fā)展綠肥是建立良好農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的一項重要環(huán)節(jié)[5]。但是不同綠肥在不同地區(qū)的適應性、養(yǎng)分含量及對土壤改良作用等方面差異較大[6-8]。目前，江蘇地區(qū)在綠肥作物與配套栽培技術應用中，仍存在綠肥種類與種植條件和耕作制度不適應的情況，為了探索適宜江蘇地區(qū)種植的綠肥種類，本研究通過冬閑期間種植光葉紫花苕、箭筈豌豆、肥田油菜、黑麥草4種綠肥作物與水稻輪作，以冬閑休耕為對照，研究不同的綠肥的生物量、養(yǎng)分積累及對土壤養(yǎng)分及后茬水稻生產(chǎn)量的影響，旨在篩選出適宜江蘇丘陵地區(qū)水稻輪作的綠肥種類。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試綠肥種類共4個，包括豆科野豌豆屬2個（光葉紫花苕、箭筈豌豆），十字花科1個（本地肥田油菜）、禾本科1個（黑麥草）。

1.2試驗設計

試驗于2018-2019年在江蘇丘陵地區(qū)句容市茅山風景區(qū)墓東村潘莊實施，土壤pH 5.71，有機質(zhì)為19.89 g/kg，全氮為1.47 g/kg，速效磷8.63 mg/kg，速效鉀144.73 mg/kg，將田塊分成5個大區(qū)，每個大區(qū)面積為0.133 hm2，大區(qū)間用田埂隔開。

分別設置箭筈豌豆（T1）、光葉紫花苕（T2）、肥田油菜（T3）、黑麥草（T4）與水稻輪作，以冬季休耕為對照（CK），共5個處理。綠肥在2018年10月23日與晚稻套播，共生期20 d，采用撒播方式，光葉紫花苕、箭筈豌豆、油菜、黑麥草播種量分別為：45 kg/hm2、45 kg/hm2、15 kg/hm2、60 kg/hm2。 春季追施一次復合肥，N、P2O5、K2O 用量均為45 kg/hm2。綠肥生長期間根據(jù)氣候情況和土壤水分狀況進行排灌管理，2019年4月25日花期取樣調(diào)查各種綠肥的生長狀況和養(yǎng)分含量。2019年5月1日綠肥翻壓還田。2019年5月28日種植水稻南粳5055，采用直播方式，不同處理田間管理水平一致。2019年10月29日調(diào)查水稻產(chǎn)量。

1.3植株生物量測定

于2019年4月25日花期取樣調(diào)查綠肥生長狀況。各處理隨機取3次1 m2樣方的植株，去除根部土壤稱質(zhì)量并推算出每畝的鮮質(zhì)量。干質(zhì)量測量：植株洗凈，然后用吸水紙吸干，放置于65 ℃烘箱中烘48 h 后稱質(zhì)量即為干質(zhì)量。

1.4植株養(yǎng)分含量測定

植株全碳含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定;樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消煮，微量凱氏定氮法測定氮含量;鉬銻抗比色法測定磷含量，火焰光度計法測定鉀含量。養(yǎng)分積累量=干物質(zhì)量×養(yǎng)分含量。檢測方法參照NY/T 2017-2011。

1.5水稻產(chǎn)量測定

每個處理隨機取3次1 m2的水稻，考種測產(chǎn)。

1.6數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

運用Microsoft Excel 2010和SPSS17.0軟件進行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計及相關性分析。Duncans法多重比較，顯著水平P<0.05。

2結果與分析

2.1不同綠肥生物量

如表1所示，不同綠肥生物量差異較大，生物量由高到低為黑麥草>光葉紫花苕>肥田油菜>箭筈豌豆，油菜和箭筈豌豆的生物量差異不顯著，其他綠肥種類之間差異達顯著水平（P<0.05）。黑麥草的生物量鮮質(zhì)量和干質(zhì)量分別為88 450 kg/hm2和11 540 kg/hm2，顯著高于其他種類綠肥。不同種類綠肥適應性差異較大，黑麥草和光葉紫花苕生長旺盛，而套播情況下，肥田油菜和箭筈豌豆的長勢較差，生物量偏低。

2.2不同綠肥養(yǎng)分含量和積累量

由表2可知，不同種類綠肥之間的養(yǎng)分含量除有機碳之外也有差異，豆科植物因為根瘤菌的固氮作用，植株中的氮含量顯著高于十字花科的肥田油菜和禾本科作物黑麥草，豆科作物光葉紫花苕和箭筈豌豆之間氮含量沒有顯著差異。黑麥草氮含量最低。光葉紫花苕、黑麥草和箭筈豌豆之間全磷含量差異不顯著，并且都顯著大于肥田油菜（P<0.05）。光葉紫花苕和黑麥草之間鉀含量差異不顯著，均顯著大于箭筈豌豆和肥田油菜（P<0.05）。

由表3可知，不同種類綠肥的養(yǎng)分積累量與生物量和養(yǎng)分含量相關，有機碳積累量由高到低分別為黑麥草>光葉紫花苕>肥田油菜>箭筈豌豆，且差異顯著（P<0.05）。盡管黑麥草生物量最高，但由于植株的氮含量最低，氮積累量顯著低于光葉紫花苕。光葉紫花苕氮積累量最高，箭筈豌豆和肥田油菜的氮積累量差異不顯著，但均顯著小于黑麥草。光葉紫花苕和黑麥草的磷積累差異不顯著，都顯著大于箭筈豌豆和肥田油菜（P<0.05）。鉀積累量由高到低分別為：黑麥草>光葉紫花苕>箭筈豌豆>肥田油菜，黑麥草和光葉紫花苕鉀積累量顯著大于箭筈豌豆和肥田油菜（P<0.05），豌豆和油菜差異不顯著。

2.3不同綠肥處理對水稻產(chǎn)量的影響

不同綠肥處理的后茬水稻產(chǎn)量都高于冬季休耕對照，種植黑麥草后水稻產(chǎn)量最高，與光葉紫花苕處理差異不顯著。黑麥草和光葉紫花苕處理的水稻產(chǎn)量均顯著高于其他2個處理及對照，肥田油菜和箭筈豌豆處理的水稻產(chǎn)量與冬季休耕對照差異不顯著（圖1）。

經(jīng)過SPSS17.0的Pearson相關性分析（表4）可知，綠肥的養(yǎng)分積累量除了氮之外，有機碳、磷和鉀的養(yǎng)分積累均與綠肥生物量極顯著相關（P<0.01），水稻產(chǎn)量與綠肥生物量也顯著相關，相關系數(shù)為0.611。水稻產(chǎn)量與綠肥有機碳和鉀積累量顯著相關（P<0.05）。

3討論

江蘇地區(qū)是一年兩熟制農(nóng)區(qū)，綠肥作物生育進程與綠肥種類、抗逆性、群體大小有一定關系。冬前相對較小的生長群體無法保障綠肥作物的安全越冬。本研究中采用與晚稻套播的方式種植綠肥，黑麥草生物量顯著高于其他種類的綠肥，其原因可能與其早發(fā)優(yōu)勢明顯，冬前相對群體大，開春后生長迅速有一定關系。肥田油菜采用套播方式，冬前與禾本科等雜草競爭中處于劣勢，因此后期生物量也較低，進而影響了養(yǎng)分積累量。張賢等[9]在紅壤生地上種植不同的綠肥，發(fā)現(xiàn)黑麥草適應性較好，地上部地下部的生長均顯著優(yōu)于其他種類綠肥。王飛[10]比較了3種冬閑綠肥（黑麥草、光葉紫花苕和紫云英）的生物量，黑麥草生物量也是顯著高于其他2種綠肥。說明黑麥草適應性抗逆性較好，耐遲播，與水稻套播過程中仍能保持較好的生長。陳震等[11]比較了長江下游農(nóng)區(qū)8種不同豆科綠肥的生物量，發(fā)現(xiàn)光葉紫花苕的生物量最高，本研究中光葉紫花苕的生物量也是僅次于黑麥草。李紅燕等[12]發(fā)現(xiàn)綠肥麥后播種生物量高于麥田套種，種植方式會影響綠肥的生物量，一方面套種撒播有些綠肥種子很難與土壤有緊密接觸，出苗少，另外套種情況下光照和養(yǎng)分存在競爭。但是在江蘇地區(qū)晚粳稻種植面積較大，收獲遲，綠肥大都只能采用套種方式，綠肥在該種植方式下，具有較強的適應性，保持了較高生物量。

不同種類綠肥的養(yǎng)分含量差異較大，黑麥草有機碳含量最高，但是它的氮含量與其他種類綠肥比較最低，碳氮比較高。黑麥草具有生物量大的優(yōu)勢，因此養(yǎng)分積累量仍然優(yōu)勢明顯。辛國榮等[13]報道水田冬種黑麥草使土壤有機質(zhì)增加了66%，全氮、全磷、全鉀分別增加了26%、32%、14%。相較于其他冬種綠肥，黑麥草更能有效改善土壤的物理和化學性質(zhì)，提高土壤肥力[14]。而光葉紫花苕屬于豆科作物，根部有根瘤，在根瘤菌的共生固氮作用下對氮的積累較高，且光葉紫花苕在生物量上僅次于黑麥草，在氮、磷養(yǎng)分積累上優(yōu)勢比較明顯。吳永成等[15]報道了豆科綠肥光葉紫花苕全量翻壓還田，種植后茬作物時可以不追施氮肥。趙彩衣等[16]在云南旱地紅壤地研究光葉紫花苕翻壓的養(yǎng)分還田量為125.32～274.49 kg/hm2，約占玉米季施用化肥總養(yǎng)分的26.95%～59.03%。

綠肥翻壓還田后，通過腐解作用轉變?yōu)橛袡C質(zhì)并釋放出養(yǎng)分，培肥地力，改變土壤理化結構，提高土壤酶活性，從而影響后茬作物的生長，提高產(chǎn)量。本研究中種植綠肥光葉紫花苕和黑麥草的后茬水稻產(chǎn)量比冬季休耕對照的水稻產(chǎn)量顯著提高，水稻產(chǎn)量與綠肥生物量顯著相關。

不同種類綠肥對不同區(qū)域、不同類型的土壤適應性不同，相同種類綠肥在不同地區(qū)種植，生物量差異較大[17]。比如箭筈豌豆是湘西州綠肥種植比較適宜的對象，與玉米輪作能提高玉米產(chǎn)量和改善土壤性狀[18]。張明發(fā)等[19]的試驗結果表明，光葉紫花苕、箭筈豌豆和黑麥草對旱土土壤酶活性和肥力影響較紫云英有優(yōu)勢。不同種類綠肥與土壤綜合肥力因子之間的關系具有區(qū)域性與特殊性[20-21]。在江西紅壤稻區(qū)，紫云英對雙季水稻產(chǎn)量和病蟲草害控制的綜合效果最好[22]。湖南地區(qū)，稻田冬種黑麥草有利于促進早稻產(chǎn)量的穩(wěn)定性和可持續(xù)性提高[23]。

4結論

不同土壤條件、氣候環(huán)境、種植方式下，不同綠肥生長差異較大，結合環(huán)境條件，篩選合適種類的綠肥具有重要意義。本研究條件下，江蘇丘陵地區(qū)綠肥與晚稻套播輪作，黑麥草生長旺盛，生物量和養(yǎng)分積累量較高，其次為光葉紫花苕。與冬季休耕對照相比，冬種綠肥能夠提高下茬水稻產(chǎn)量，其中種植黑麥草和光葉紫花苕使后茬水稻產(chǎn)量顯著提高。水稻產(chǎn)量與綠肥的生物量顯著相關。黑麥草和光葉紫花苕都適合在江蘇丘陵地區(qū)與粳稻進行套播輪作。

參考文獻：

[1]曹衛(wèi)東，包興國，徐昌旭，等. 中國綠肥科研60年回顧與未來展望[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報， 2017， 23（6）： 1450-1461.

[2]唐海明，唐文光，肖小平，等. 冬季覆蓋作物對南方稻田水稻生理生化及生長特性的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報， 2010， 18（6）： 1176-1182.

[3]李子雙，廉曉娟，王薇，等. 我國綠肥的研究進展[J]. 草業(yè)科學， 2013， 30（7）：1135-1140.

[4]XIAO H D ， NAN S ， MILIANG Z ， et al. Effects of green manure on physical and chemical properties of tobacco planting soils[J]. Tobacco Science & Technology， 2017， 50（3）：23-30.

[5]焦彬. 綠肥在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作用的簡述[J]. 土壤肥料， 1980 （5）： 16-18.

[6]焦彬，顧榮申，張學上，等.中國綠肥[M].北京： 農(nóng)業(yè)出版社，1986.

[7]姜新有， 周江明. 不同綠肥養(yǎng)分積累特點及地力培肥效果研究[J]. 浙江農(nóng)業(yè)科學， 2012（1）：45-47.

[8]席瑩瑩. 綠肥種類和種植方式對水稻產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及土壤肥力的影響[D]. 武漢：華中農(nóng)業(yè)大學， 2014.

[9]張賢，曹凱，徐靜，等. 8 個綠肥在紅壤生地上種植的適應性[J].浙江農(nóng)業(yè)科學，2019，60（11）：2117-2118.

[10]王飛.翻壓不同冬閑綠肥對植煙土壤特性及烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響[D].福州：福建農(nóng)林大學，2018.

[11]陳震，還靜，管永祥，等.長江下游農(nóng)區(qū)不同豆科綠肥作物生育進程·形態(tài)及產(chǎn)量性狀比較[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2018，46（30）：149-151，154.

[12]李紅燕，胡鐵成，曹群虎，等.旱地不同綠肥品種和種植方式提高土壤肥力的效果[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報， 2016， 22（5）： 1310-1318.

[13]辛國榮，岳朝陽，李雪梅，等. “黑麥草-水稻”草田輪作系統(tǒng)的根際效應Ⅱ. 冬種黑麥草對土壤物理化學性狀的影響[J]. 中山大學學報（ 自然科學版） ，1998，37（5）：78-82.

[14]楊濱娟，黃國勤，王超，等. 稻田冬種綠肥對水稻產(chǎn)量和土壤肥力的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2013，21（10）：1209-1216.

[15]吳永成，李夢穎，楊云飛，等. 光葉紫花苕生物固氮能力及其還田氮素對玉米的當季有效性[J]. 華北農(nóng)學報，2019，34（S1）：183-189.

[16]趙彩衣，王媛媛，董青君，等. 不同水肥處理對苕子和后茬玉米生長及土壤肥力的影響[J].水土保持學報，2019，33（4）：161-166，269.

[17]康俊梅，楊青川，郭文山，等.北京地區(qū)10 個紫花苜蓿引進品種的生產(chǎn)性能研究[J].中國草地學報，2010，32（6）：5-10.

[18]田明慧，張明發(fā)，田峰，等. 不同綠肥翻壓對玉米產(chǎn)量及土壤肥力的影響[J]. 中國農(nóng)學通報， 2016，32（9）：41-46.

[19]張明發(fā)，田峰，王興祥，等：翻壓不同綠肥品種對植煙土壤肥力及酶活性的影響[J]. 土壤，2017，49（5）：903-908.

[20]于淑慧，朱國梁，董浩，等. 桃園種植不同綠肥對土壤肥力的影響[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學，2019，51（2）：72-75.

[21]常春麗，王盼盼，李金秋，等. 高寒地區(qū)不同綠肥的腐解特征及其對土壤養(yǎng)分的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2019，47（5）：260-263.

[22]譚景艾，李保同，潘曉華，等.冬種綠肥對早稻病蟲草發(fā)生及產(chǎn)量的影響[J]. 中國農(nóng)學通報， 2015，31（4）：179-184.

[23]張帆. 冬季作物-雙季稻輪作種植模式氮、磷、鉀養(yǎng)分循環(huán)與產(chǎn)量可持續(xù)性特征[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報， 2019， 27（5）： 705-716.

（責任編輯：陳海霞）