減量化肥配施紫云英對(duì)水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性的影響

張成蘭 呂玉虎 劉春增 李本銀 郭曉彥 聶良鵬 張 琳 曹衛(wèi)東

(1河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002；2信陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 河南 信陽(yáng) 464000；3 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081)

作物產(chǎn)量穩(wěn)定性是判斷農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量高低的重要指標(biāo)[1]，其穩(wěn)定性隨土壤地力、施肥、栽培措施及氣候條件等不同而存在較大差異。因此，研究長(zhǎng)期不同施肥條件下作物產(chǎn)量穩(wěn)定性的高低，對(duì)作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前，國(guó)內(nèi)外研究者主要采用回歸模型[2]、變異系數(shù)[3-4]、可持續(xù)性指數(shù)[5]、方差分析[6]、穩(wěn)定性方差[7]和生態(tài)價(jià)[8]等方法對(duì)作物產(chǎn)量穩(wěn)定性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。然而，研究表明，長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)作物產(chǎn)量的穩(wěn)定性不僅受施肥處理和環(huán)境年際變化的影響，還取決于施肥處理與環(huán)境的交互作用[9-10]。因此，如何有效地分析施肥處理與環(huán)境的交互作用對(duì)于正確評(píng)價(jià)作物產(chǎn)量穩(wěn)定性至關(guān)重要，冀建華等[8]研究發(fā)現(xiàn)，AMMI(additive main effects and multiplicative interaction)模型能很好地解釋施肥處理與環(huán)境的互作效應(yīng)，是評(píng)價(jià)長(zhǎng)期定位施肥條件下作物產(chǎn)量穩(wěn)定性的有效方法。

紫云英(Astragalus sinicusL．)為豆科黃芪屬，是豫南稻區(qū)主要的冬季綠肥。豫南稻區(qū)有大量冬閑田，利用冬閑茬口種植翻壓紫云英，可合理銜接水稻生育期，起到填閑、養(yǎng)地的效果[11]。目前關(guān)于稻田紫云英種植利用的研究主要集中在改善土壤理化性狀[12]、改善土壤微生物特性[13-14]、提高水稻產(chǎn)量[15]、減少化肥施用[16]等方面，而減量化肥配施紫云英對(duì)水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性影響的研究尚鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究依托信陽(yáng)試驗(yàn)園區(qū)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)平臺(tái)，分析長(zhǎng)期定位施肥后水稻產(chǎn)量變化趨勢(shì)、肥料貢獻(xiàn)率及施肥與環(huán)境交互作用特征等，研究長(zhǎng)期化肥減量20%和40%配施不同量紫云英對(duì)水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性的影響，以期為豫南稻區(qū)合理減肥、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)地概況

供試紫云英品種為信紫1 號(hào)，由信陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。田間試驗(yàn)位于信陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)園區(qū)(32°07′31′′N，114°05′18′′E)，該地區(qū)屬亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡區(qū)，日照充足，年均氣溫15．1 ～15．3℃，無(wú)霜期220 d 左右，年均降雨量900～1 400 mm，年均相對(duì)濕度77%，試驗(yàn)期內(nèi)主要?dú)庀笞兓鐖D1 所示。田間定位試驗(yàn)始于2009年，供試土壤為黃棕壤性潛育型水稻土，土壤基本理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)13．0 g.kg-1、全氮1．3 g.kg-1、堿解氮71．5 mg . kg-1、有效磷16．5 mg.kg-1、速效鉀78．2 mg.kg-1、pH 值6．67。

圖1 水稻生育期內(nèi)主要?dú)庀笠蜃幼兓疐ig.1 Changes of the date of meteorological factors during rice growth period

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)10 個(gè)處理，3次重復(fù)：(1)不施肥(CK)；(2)單施化肥(100%F)；(3)80%化肥+22 500 kg.hm-2紫云英(80%F+GM1)；(4)80%化肥+30 000 kg.hm-2紫云英(80%F+GM2)；(5)80%化肥+37 500 kg.hm-2紫云英(80%F+GM3)；(6)80%化肥+45 000 kg.hm-2紫云英(80%F+GM4)；(7)60%化肥+22 500 kg.hm-2紫云英(60%F+GM1)；(8)60%化肥+30 000 kg.hm-2紫云英(60%F+GM2)；(9)60%化肥+37 500 kg.hm-2紫云英(60%F+GM3)；(10)60%化肥+45 000 kg.hm-2紫云英(60%F+GM4)。紫云英原地種植，每年于盛花期按照各處理進(jìn)行翻壓，多余部分移出小區(qū)，量不足時(shí)從其他小區(qū)移入，盛花期紫云英年均干基養(yǎng)分含量為3．49% N、0．42% P2O5、3．29% K2O，含水率為89．32%。試驗(yàn)所施化肥，氮肥為尿素，磷肥為過(guò)磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀。100%化肥指當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥量(135 kg.hm-2N、67．5 kg.hm-2P2O5、67．5 kg.hm-2K2O)。試驗(yàn)中磷肥、鉀肥均作基肥一次施用，氮肥按基肥、分蘗肥、孕穗肥各占50%、30%、20%分次施用。小區(qū)面積6．66 m2(長(zhǎng)3．33 m、寬2．0 m)，小區(qū)間筑埂，并覆塑料薄膜防止串水串肥。區(qū)組間留0．3 m 寬的溝，便于上水和排水。供試水稻品種為揚(yáng)兩優(yōu)013，于每年5月底劃行移栽，小區(qū)栽插密度16．7 cm×20 cm，每穴2 ～3 株。移栽后灌淺水使秧苗返青，分蘗肥在移栽后1 周施用，孕穗肥在曬田復(fù)水后施用，其他田間管理與大田一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

試驗(yàn)于每年水稻成熟后按小區(qū)進(jìn)行人工收割，單打單曬，晾干后測(cè)定各小區(qū)稻谷產(chǎn)量，并根據(jù)公式計(jì)算土壤地力貢獻(xiàn)率和肥料貢獻(xiàn)率：

土壤樣品于2018年9月14日水稻收獲后采集，每小區(qū)按照5 點(diǎn)采樣法采集0 ～20 cm 土層土樣，風(fēng)干后測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量，測(cè)定方法參照《土壤農(nóng)化分析》[17]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010 和SPSS 18．0 軟件進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析，方差分析多重比較采用Duncan 法，并在P＜0．05 水平下檢驗(yàn)差異顯著性，利用Excel 2010和Orgin 8．5 軟件作圖，DPS 7．05 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行聯(lián)合方差、線性回歸及AMMI 模型分析。AMMI 模型是指加性主效應(yīng)和乘積交互作用模型[8]，其表達(dá)式為：

式中，yij是第i施肥處理在第j年環(huán)境因子的平均值。加性參數(shù)：μ為總體平均數(shù)；αi為第i施肥處理與總平均數(shù)的離差；βj為第j年環(huán)境因子與總平均數(shù)的離差。倍加性參數(shù)：λs是s個(gè)交互效應(yīng)主成分軸(incremental principal component analysis，IPCA)的奇異值；γis是第s軸的施肥處理特征向量值；δjs是第s軸的環(huán)境因子特征向量值；ρij為提取p個(gè)IPCA 軸后留下的殘差。

根據(jù)公式計(jì)算穩(wěn)定性參數(shù)Di[8]：

式中，s為顯著的IPCA 個(gè)數(shù)；γis為第i施肥處理在第s個(gè)IPCA 上的得分；ws為權(quán)重系數(shù)，表示每個(gè)IPCA所解釋的平方和占全部IPCA 所解釋的平方和的比例。

2 結(jié)果與分析

2.1 長(zhǎng)期減量化肥配施不同量紫云英對(duì)水稻產(chǎn)量及其變化趨勢(shì)影響

2．1．1 水稻年均產(chǎn)量 由表1 可知，與CK 相比，施肥顯著提高水稻年均產(chǎn)量，100%F 較CK 水稻增產(chǎn)28．74%，減量20%和40%化肥配施不同量紫云英較CK增產(chǎn)36．81%～40．07%，較100%F 增產(chǎn)6．27%～8．80%，說(shuō)明化肥減施20%和40%情況下，種植翻壓紫云英仍可提高水稻產(chǎn)量?；蕼p施20%和40%條件下，水稻產(chǎn)量隨紫云英翻壓量增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，均以翻壓37 500 kg.hm-2紫云英水稻產(chǎn)量最高。綜合考慮水稻高產(chǎn)及減肥效益，以60%F+GM3 效果最佳。

2．1．2 水稻產(chǎn)量變化趨勢(shì) 由圖2 可知，各施肥處理水稻年產(chǎn)量呈波動(dòng)趨勢(shì)，不同年份間波動(dòng)較大，相同年份不同處理間波動(dòng)趨勢(shì)大致相似，CK 一直在較低水平波動(dòng)。根據(jù)年產(chǎn)量波動(dòng)曲線擬合各處理產(chǎn)量趨勢(shì)線(表 2)， 其斜率k表示產(chǎn)量的年變化量(kg.hm-2.a-1)。其中減量化肥配施紫云英處理水稻產(chǎn)量趨勢(shì)線均高于100%F，以60%F+GM3 產(chǎn)量趨勢(shì)線位于最上方，但在2017年后逐漸被60%F+GM4 以73．81 kg.hm-2.a-1的速率趕超，100%F 及CK 水稻產(chǎn)量趨勢(shì)線位于最下方。各處理擬合方程k值均為正，說(shuō)明雖然各處理存在年際波動(dòng)，但整體趨勢(shì)是增長(zhǎng)的。減量化肥配施紫云英處理的k值均高于100%F 和CK，說(shuō)明減量化肥配施紫云英對(duì)土壤的培肥改良效果較佳。

表1 不同施肥處理下水稻年均產(chǎn)量Table 1 Average annual yield of rice in different fertilizer treatments

由圖2 可知，相較于水稻年產(chǎn)量的大幅度波動(dòng)，水稻累積產(chǎn)量隨年際變化呈逐漸上升趨勢(shì)，不同處理間始終以CK 最低，其次是100%F。表2 列出了水稻累積產(chǎn)量的擬合方程，方程線性擬合性較好，其直線斜率k可反映水稻產(chǎn)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)，由k值可知，各施肥處理水稻產(chǎn)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)均高于CK，減量化肥配施紫云英處理產(chǎn)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)高于100%F，說(shuō)明減量化肥配施紫云英更有利于提高稻田土壤的養(yǎng)分供應(yīng)能力。在減肥20%和40%條件下，水稻產(chǎn)量增長(zhǎng)趨勢(shì)隨紫云英翻壓量增加先升高后降低，均以翻壓37 500 kg.hm-2紫云英處理最高。

圖2 不同施肥處理下水稻產(chǎn)量年際波動(dòng)曲線及水稻累積產(chǎn)量變化Fig.2 Annual fluctuation of rice yield and rice cumulative yield in different fertilizer treatments

表2 不同施肥處理下水稻年產(chǎn)量、累積產(chǎn)量變化趨勢(shì)Table 2 Trend of rice yield and cumulative rice yield in different fertilizer treatments

2.2 長(zhǎng)期減量化肥配施不同量紫云英對(duì)水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性影響

2．2．1 水稻產(chǎn)量變異來(lái)源 長(zhǎng)期不同施肥處理導(dǎo)致不同的土壤肥力水平，而各施肥處理在同一年所對(duì)應(yīng)的氣候、管理?xiàng)l件及大氣沉降等相同，因此可將施肥處理對(duì)應(yīng)的土壤肥力水平作為一個(gè)維度，即“施肥”，而每年氣候及其他環(huán)境條件作為另一個(gè)維度，即“環(huán)境”，利用DPS7．05 軟件對(duì)10年長(zhǎng)期定位試驗(yàn)水稻產(chǎn)量進(jìn)行聯(lián)合方差、線性回歸及AMMI 模型分析(表3)。聯(lián)合方差結(jié)果表明，施肥、環(huán)境分別占方差分析總平方和的49．75%、37．88%，且二者均達(dá)到極顯著差異(P＜0．01)，說(shuō)明方差分析只是對(duì)施肥處理和環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行比較詳細(xì)的解釋，而對(duì)二者交互作用的解釋并不完全，因此有必要對(duì)施肥處理和環(huán)境交互作用進(jìn)行深入分析。線性回歸分析結(jié)果表明，聯(lián)合回歸、施肥回歸和環(huán)境回歸共解釋了平方和的37．85%，而誤差占62．15%，說(shuō)明線性回歸分析對(duì)施肥處理與環(huán)境交互作用的解釋仍然較少。AMMI 模型分析結(jié)果顯示，IPCA1、IPCA2 和IPCA3 均達(dá)到了顯著水平(P＜0．05)，三者平方和分別占互作平方和的56．24%、22．10%、10．60%，三項(xiàng)累積解釋了88．93%的互作平方和，殘差僅占11．07%，說(shuō)明AMMI 模型能夠較好地分析施肥處理與環(huán)境的交互作用。

2．2．2 水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性 以上述第一主成分交互作用(IPCA1)與水稻平均產(chǎn)量繪制雙標(biāo)圖，圖3 中f1、f2、f3…f10 分別表示施肥處理CK、100%F、80%F+GM1、80%F+GM2、80%F+GM3、80%F+GM4、60%F+GM1、60%F+GM2、60%F+GM3、60%F+GM4，e1、e2、e3…e10 分別表示2009、2010、2011…2018年的環(huán)境。由圖3 可知，在水平方向上，施肥(f)比環(huán)境(e)的分布范圍廣，說(shuō)明施肥處理間的變異大于環(huán)境；在垂直方向上，如果以IPCA1 ＝0 作一條水平線，施肥處理與環(huán)境在同側(cè)，表示施肥處理與環(huán)境的交互作用為正，反之則表示交互作用為負(fù)[18]。f3、f4、f5、f6、f7 與e1、e2、e3、e4、e5、e9 位于水平線同側(cè)，說(shuō)明f3、f4、f5、f6、f7 與2009-2013年及2017年間的互作為正，即表示2009—2013 及2017年環(huán)境對(duì)80%F+GM1、80%F+GM2、80%F+GM3、80%F+GM4、60%F+GM1 水稻產(chǎn)量的提高有積極作用。f1、f2、f8、f9 與e1、e2、e3、e4、e5、e9 位于水平線兩側(cè)，說(shuō)明f1、f2、f8、f9 與2009—2013 及2017年互作為負(fù)，表示2009 ― 2013 及2017年環(huán)境對(duì)CK、100%F、60%F+GM2、60%F+GM3 水稻產(chǎn)量的提高有消弱作用。圖標(biāo)越接近水平線表示施肥與環(huán)境的互作越小，水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性越好，圖標(biāo)越靠右表示施肥對(duì)水稻產(chǎn)量的增產(chǎn)效果越好。f10、f9、f6、f5 施肥處理水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性較好，f7、f2、f4、f3、f8、f1 施肥處理水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性較差；f4、f9、f8、f5、f3、f10、f7、f6 施肥處理對(duì)水稻的增產(chǎn)效果較好，而f2 和f1 的增產(chǎn)效果較差，綜合考慮水稻增產(chǎn)效果和產(chǎn)量穩(wěn)定性，以f9(60%F+GM3)效果最好。

表3 不同施肥處理下水稻產(chǎn)量的方差分析、線性回歸模型和AMMI 模型分析Table 3 ANOVA, liner regression and AMMI model analysis of the rice yield in different fertilizer treatments

圖3 AMMI 主成分交互作用與產(chǎn)量雙標(biāo)圖Fig.3 Biplot of AMMI between yields and IPCA1

為定量描述施肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性的影響，利用3 個(gè)主成分軸的IPCA 值分別計(jì)算各施肥處理的穩(wěn)定性參數(shù)Di值(表4)。結(jié)果顯示，與圖3 所示的產(chǎn)量穩(wěn)定性結(jié)果基本一致，Di值越小，表示施肥處理的穩(wěn)定性越高，說(shuō)明施肥可提高水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性，化肥減施20%和40%均以配施45 000 kg.hm-2紫云英處理產(chǎn)量穩(wěn)定性最好，其次為配施37 500 kg.hm-2紫云英處理。

表4 不同施肥處理下水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性參數(shù)Table 4 Stability parameter of yield of rice yield in different fertilizer treatments

2.3 長(zhǎng)期減量化肥配施不同量紫云英對(duì)土壤地力貢獻(xiàn)率及肥料貢獻(xiàn)率影響

土壤地力貢獻(xiàn)率及肥料貢獻(xiàn)率在時(shí)間上的變化情況如圖4 所示，土壤地力貢獻(xiàn)率能反映土壤生產(chǎn)能力，而肥料貢獻(xiàn)率可反映肥料對(duì)作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率。結(jié)果表明，土壤地力貢獻(xiàn)率在2009—2012年由67．43%緩慢上升至79．40%，兩年后下降至60．24%，之后呈緩慢波動(dòng)趨勢(shì)，但總體呈逐漸下降趨勢(shì)(y＝-0．414x+904．5；R2＝0．045)。肥料貢獻(xiàn)率隨年際變化呈波動(dòng)趨勢(shì)，相同年份間波動(dòng)趨勢(shì)大致相似，肥料貢獻(xiàn)率與土壤地力貢獻(xiàn)率呈極顯著負(fù)相關(guān)(r＝-0．867，P＜0．01)。肥料平均貢獻(xiàn)率以60%F+GM3 最高，其次為80%F+GM3，減量化肥配施紫云英處理的肥料貢獻(xiàn)率高于單施化肥處理，但處理間差異并不顯著(P＞0．05)。

圖4 不同施肥處理下土壤地力貢獻(xiàn)率及肥料貢獻(xiàn)率Fig.4 The contribution of soil capacity and contribution rate of fertilizer in different fertilizer treatments

2.4 長(zhǎng)期減量化肥配施不同量紫云英對(duì)土壤養(yǎng)分影響

由表5 可知，與CK 和單施化肥處理相比，減量化肥配施紫云英顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，且紫云英施用量相同時(shí)，減量20%化肥處理土壤有機(jī)質(zhì)含量高于減量40%化肥處理；施肥總體顯著增加了土壤堿解氮含量，單施化肥處理較CK 土壤堿解氮含量增加13．47%，減量化肥配施紫云英較單施化肥處理土壤堿解氮含量增加3．75%～10．36%；施肥顯著增加了土壤有效磷含量，單施化肥和減量化肥配施紫云英處理較CK 土壤有效磷含量分別增加94．43%和69．87% ～105．76%，且減量20%化肥配施紫云英處理土壤有效磷含量高于減量40%化肥配施紫云英處理；施肥增加了土壤速效鉀含量，其中單施化肥和減量化肥配施紫云英處理土壤速效鉀含量分別較CK 增加11．78%和1．65%～16．87%，但處理間差異不顯著。在化肥減施20% 和40%條件下，翻壓 37 500 kg.hm-2和45 000 kg.hm-2紫云英處理的土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量整體高于其他處理。

表5 不同施肥處理下土壤養(yǎng)分(2018年)Table 5 Soil nutrients under different fertilizer treatments in 2018

2.5 土壤養(yǎng)分及氣候因子與水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量穩(wěn)定性相關(guān)性分析

由表6 可知，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷含量與水稻產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，而水稻生育期內(nèi)降雨量、平均氣溫、平均最高氣溫及平均最低氣溫與水稻產(chǎn)量無(wú)顯著相關(guān)性；土壤堿解氮與產(chǎn)量穩(wěn)定性參數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明土壤堿解氮含量的增加有助于提高水稻產(chǎn)量的穩(wěn)定性。

表6 不同因素與水稻產(chǎn)量及穩(wěn)定性參數(shù)相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis of different factors associated with rice yield and Stability parameter

3 討論

3.1 長(zhǎng)期減量化肥配施不同量紫云英對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

大量研究表明[16，19-20]，化肥減施20%～40%條件下，翻壓15 000～45 000 kg.hm-2紫云英仍能保證水稻不減產(chǎn)，本研究也證實(shí)了這一結(jié)論。10年長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果顯示，減量20%和40%化肥配施紫云英較單施化肥水稻增產(chǎn)6．27%～8．80%，主要是因?yàn)樽显朴⒎瓑汉筢尫懦龅酿B(yǎng)分能滿足水稻對(duì)速效養(yǎng)分的需求，且紫云英養(yǎng)分后期釋放緩慢，可持續(xù)為水稻生長(zhǎng)提供所需養(yǎng)分，從而維持和提高水稻產(chǎn)量。化肥減施20%和40%條件下，水稻產(chǎn)量隨紫云英翻壓量增加呈先升高后降低的趨勢(shì)。說(shuō)明當(dāng)紫云英翻壓量較少時(shí)，腐解釋放出的養(yǎng)分被水稻吸收，水稻產(chǎn)量隨紫云英翻壓量的增加而增加；而當(dāng)紫云英翻壓量過(guò)多時(shí)，水稻產(chǎn)量反而有所降低，一方面原因是過(guò)量紫云英在腐解初期有大量微生物生長(zhǎng)繁殖，消耗了土壤中的養(yǎng)分，出現(xiàn)微生物與水稻爭(zhēng)肥現(xiàn)象[19]，造成水稻生育期延遲，導(dǎo)致水稻產(chǎn)量降低；另一方面過(guò)量紫云英在腐解過(guò)程中產(chǎn)生大量Fe2+、Mn2+等還原性有害物質(zhì)，影響水稻初期生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而降低水稻產(chǎn)量[21]。

本研究中單施化肥及減量化肥配施紫云英處理水稻產(chǎn)量變化趨勢(shì)線均呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明經(jīng)過(guò)多年定位施肥，土壤肥力狀況逐漸提升。黃興成等[22]也指出，長(zhǎng)期平衡施用化肥或配施有機(jī)肥可以維持和提高土壤綜合肥力。而本研究中不施肥處理產(chǎn)量變化趨勢(shì)線總體也呈上升趨勢(shì)，這與陳歡等[23]通過(guò)32年定位試驗(yàn)研究小麥產(chǎn)量變化規(guī)律得到的不施肥處理呈下降趨勢(shì)的結(jié)果并不一致，可能與本試驗(yàn)種植年限較短有關(guān)，也可能是因?yàn)樗到惶鏃l件下稻田土壤生產(chǎn)力呈升高趨勢(shì)[24]。從水稻累積產(chǎn)量變化趨勢(shì)看，減量化肥配施紫云英處理產(chǎn)量增長(zhǎng)趨勢(shì)高于單施化肥處理，說(shuō)明長(zhǎng)期紫云英配施化肥有利于提高稻田土壤的養(yǎng)分供應(yīng)能力，主要是紫云英翻壓后不僅為土壤提供大量碳源和養(yǎng)分，還能促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的礦化分解和土壤養(yǎng)分的循環(huán)轉(zhuǎn)化[25]，可有效改善稻田土壤質(zhì)量。

3.2 長(zhǎng)期減量化肥配施紫云英對(duì)水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性的影響

本研究通過(guò)聯(lián)合方差、線性回歸及AMMI 模型分析，發(fā)現(xiàn)AMMI 模型能較好地解釋施肥處理與環(huán)境的交互作用，利用AMMI 模型評(píng)價(jià)長(zhǎng)期定位施肥條件下水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性具有較高的可靠性和科學(xué)性。CK、100%F、60%F+GM2、60%F+GM3 處理與80%F+GM1、80%F+GM2、80%F+GM3、80%F+GM4、60%F+GM1 處理與同一年環(huán)境的互作效應(yīng)相反。由圖1 的氣象因子可知，2009―2013 及2017年與2014 ―2016 及2018年環(huán)境差異主要體現(xiàn)在降雨量和氣溫上，2012 ―2013年平均最高氣溫高于其他年份，2017年降雨量高于其他年份，說(shuō)明經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不同施肥后，各處理水稻產(chǎn)量對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)并不一致。黃晶等[26]曾提出，氣候變化對(duì)水稻生產(chǎn)潛力及產(chǎn)量差的影響較為復(fù)雜，各處理間作物產(chǎn)量對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)隨種植年限的增加而存在差異。由表6 氣候因子與產(chǎn)量相關(guān)性分析可知，氣溫及降雨量對(duì)水稻產(chǎn)量具有一定消極作用，周文魁[27]也提出水稻生育期內(nèi)溫度升高、降雨量增加對(duì)水稻產(chǎn)量的影響是負(fù)面的。AMMI 模型的雙標(biāo)圖直觀簡(jiǎn)潔，便于理解，但所表達(dá)的信息具有一定局限性，因此可以將雙標(biāo)圖與穩(wěn)定性參數(shù)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行判斷[28-29]。本研究中水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性結(jié)果顯示，施肥及減量化肥配施適量紫云英較CK 提高了水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性。說(shuō)明施肥，尤其是減量化肥配施適量紫云英有利于降低環(huán)境、生物等因素對(duì)產(chǎn)量的影響，維持和提高稻田生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.3 長(zhǎng)期減量化肥配施紫云英對(duì)肥料貢獻(xiàn)率及土壤地力貢獻(xiàn)率的影響

土壤地力貢獻(xiàn)率可以評(píng)價(jià)農(nóng)田土壤養(yǎng)分供給力。本研究結(jié)果顯示，長(zhǎng)期不施肥導(dǎo)致豫南稻田土壤地力貢獻(xiàn)率整體呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明長(zhǎng)期不施肥且種植水稻過(guò)程中，土壤養(yǎng)分被不斷帶走，但當(dāng)土壤地力衰減到一定程度后，會(huì)處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，主要是因?yàn)殡m然長(zhǎng)期不施肥，但土壤養(yǎng)分的礦化、灌溉水及大氣沉降等會(huì)帶入一部分養(yǎng)分，以維持一定的地力水平[30]。本研究中單施化肥對(duì)水稻產(chǎn)量的平均貢獻(xiàn)率為22．02%，減量化肥配施紫云英處理對(duì)水稻產(chǎn)量的平均貢獻(xiàn)率為26．56%～27．95%，說(shuō)明種植翻壓紫云英有利于提高肥料貢獻(xiàn)率。

3.4 長(zhǎng)期減量化肥配施紫云英對(duì)土壤養(yǎng)分及水稻產(chǎn)量關(guān)系的影響

本研究結(jié)果顯示，減量20%和40%化肥配施紫云英明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量，說(shuō)明紫云英翻壓還田后，在提高土壤有機(jī)質(zhì)含量的同時(shí)，還增加土壤中氮、磷、鉀養(yǎng)分含量，這與前人研究結(jié)果一致[16，31]。減量40%化肥配施紫云英處理的土壤有效磷含量低于單施化肥處理，主要是紫云英中磷素含量較低，紫云英翻壓腐解后對(duì)土壤有效磷補(bǔ)充較少。相關(guān)性分析結(jié)果表明，水稻產(chǎn)量與土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷含量呈極顯著正相關(guān)，而與土壤速效鉀含量無(wú)顯著相關(guān)性，這與陳歡等[23]研究砂姜黑土得到的結(jié)果一致，唐杉等[32]通過(guò)研究紫云英配施化肥結(jié)果表明，水稻產(chǎn)量與有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明作物產(chǎn)量與土壤速效鉀含量的相關(guān)性可能是受不同土壤類型及土壤鉀庫(kù)高低的影響而表現(xiàn)出不同結(jié)果。影響水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性的因素較多，本研究中土壤堿解氮含量是影響水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性的主要因素，土壤有機(jī)質(zhì)(PDi＝0．056)、有效磷(PDi＝0．161)、速效鉀(PDi＝0．255)含量對(duì)水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性也有一定影響，說(shuō)明減量化肥配施紫云英能通過(guò)培肥土壤提高水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性，這與Bi 等[33]提出的施用有機(jī)肥對(duì)水稻產(chǎn)量的正效應(yīng)歸因于土壤肥力提高的結(jié)論相似。

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明，長(zhǎng)期化肥減量施用并配施紫云英能明顯提高水稻年產(chǎn)量、產(chǎn)量穩(wěn)定性、肥料貢獻(xiàn)率及土壤養(yǎng)分含量。綜合考慮產(chǎn)量年際變化特征、AMMI 模型評(píng)價(jià)水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性、肥料貢獻(xiàn)率及土壤養(yǎng)分的結(jié)果，以減施化肥40%配施37 500 kg.hm-2紫云英處理為豫南稻區(qū)水稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)及減肥的最佳施肥模式。本研究?jī)H分析了長(zhǎng)期化肥減量施用配施紫云英對(duì)水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性的影響，而對(duì)產(chǎn)量穩(wěn)定性提高的機(jī)理機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。