國外引進綠肥種質(zhì)資源在貴州省低磷黃壤的生長利用及留種特性

張 欽，姚單君，張舉梅，牛雅瓊，王文華，張愛華，況勝劍，廖 恒，朱 青

（1. 貴州省農(nóng)業(yè)科學院 土壤肥料研究所/農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學觀測試驗站，貴州 貴陽 550006；2. 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院 草業(yè)研究所，黑龍江 哈爾濱 150086；3. 貴州大學，貴州 貴陽 550025）

隨著產(chǎn)出高效、產(chǎn)品安全、資源節(jié)約、環(huán)境友好的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展需求的日益增加，作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)精華的綠肥在綠色生產(chǎn)技術(shù)、發(fā)展綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)中具有舉足輕重的作用。我國綠肥可分為10 科42 屬60 多個種，共1 000 多個品種，其中，應(yīng)用較多的有4科20 屬26 種，計500 多個品種[1]。研究表明，綠肥在防止水土流失[2]、降低面源污染[3]、提升耕地質(zhì)量[4]、防控連作障礙[5]等方面具有重要作用。綠肥根系在土壤中的穿插生長以及綠肥作物翻壓后的腐殖化作用能夠改善土壤團粒結(jié)構(gòu)、增加土壤總孔隙度、降低土壤容重，使土壤保持良好的通透性和理化性狀，提高土壤滲透系數(shù)[2]，為主作物生長提供良好的土壤環(huán)境[6]。另外，綠肥鮮草還田后能夠促進土壤微生物活動，提高土壤酶活性、主作物生育期內(nèi)土壤速效養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和供應(yīng)能力及作物對養(yǎng)分的吸收能力，從而提高養(yǎng)分利用率[7?8]。綠肥種質(zhì)資源作為綠肥生產(chǎn)與利用技術(shù)的基礎(chǔ)，在不同的區(qū)域及土壤條件下生長表現(xiàn)不盡相同，在黃壤條件下開展的研究較少，而黃壤作為貴州省喀斯特山區(qū)主要的農(nóng)業(yè)土壤類型，面積分別占貴州省土壤面積和我國黃壤面積的46.4%和25.3%[9]，其具有質(zhì)地黏重、養(yǎng)分含量低（尤其是磷含量）、酸性較強的特點，在此典型環(huán)境的區(qū)域條件下開展綠肥種質(zhì)資源研究對貴州省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。為此，以引進的13份綠肥種質(zhì)資源為研究對象，探討其在貴州省低磷黃壤的生長利用及留種特性，以期為貴州省低磷黃壤區(qū)的綠肥利用提供理論依據(jù)。（106°07'E、26°11'N）進行，該地海拔1 100 m，屬于亞熱帶濕潤溫和型氣候，年平均氣溫為15.3 ℃，年極端最高溫度為35.1 ℃，年極端最低溫度為-7.3 ℃，年平均相對濕度為77%，年平均總降水量為1 129.5 mm，年平均日照時數(shù)為1 148.3 h。試驗區(qū)土壤為黃壤，pH 值為6.09，含全氮1.1 g/kg、全磷0.2 g/kg、全鉀10.8 g/kg、堿解氮135.0 mg/kg、有效磷1.5 mg/kg、速 效 鉀114.0 mg/kg、緩 效 鉀186.0 mg/kg、有機質(zhì)11.4 g/kg。

供試材料為13 份從俄羅斯引進的綠肥種質(zhì)資源（表1），已在黑龍江馴化種植多年，由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院對俄農(nóng)業(yè)技術(shù)合作中心和國家綠肥技術(shù)體系旱地綠肥種質(zhì)資源整理與評價崗位科學家提供。

表1 國外引進綠肥種質(zhì)資源信息Tab.1 Information of green manure germplasm resources introduced from abroad

1 材料和方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于2019—2020 年在貴州省農(nóng)業(yè)科學院

1.2 試驗設(shè)計

試驗小區(qū)面積5 m2（1 m×5 m），隨機排列，重復(fù)3次，于2019 年10 月10 日以穴播方式播種，每穴點播5 粒，株距30 cm，行距30 cm，苗高約15 cm 時進行定苗，每穴2株。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 生長速率 生長速率為單位時間內(nèi)的株高增長量，分別于播種后62、101、142 d 測定株高，計算0～62、63～101、102～142 d的生長速率。

1.3.2 主要農(nóng)藝性狀及養(yǎng)分積累量 盛花期，采集各小區(qū)具有代表性的植株3株，測量株高、根長、鮮草產(chǎn)量。將地上部分殺青后烘干，稱質(zhì)量，然后粉碎，測定全氮、全磷、全鉀、全碳含量[1，10]，計算養(yǎng)分積累量。養(yǎng)分積累量=鮮草產(chǎn)量×（1-含水量）×養(yǎng)分含量。

1.3.3 花穗期 花穗期為從始花穗期到終花穗期所經(jīng)歷的時間。其中，始花穗期為25%的莖枝開花的日期，終花穗期為75%的莖枝停止開花的日期[1]。

1.3.4 留種量 成熟期，分別收獲每個小區(qū)綠肥種質(zhì)資源的種子，稱質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013 對數(shù)據(jù)進行整理及統(tǒng)計分析。采用SPSS 18.0 軟件進行單因素（One?way ANOVA）方差分析和多重比較（Duncan’s新復(fù)極差法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 國外引進綠肥種質(zhì)資源營養(yǎng)期生長速率

由圖1 可知，播種后0～62 d 所有綠肥種質(zhì)資源生長速率呈現(xiàn)上升趨勢，其中，HZMC1446豌豆生長最快，生長速率為0.41 cm/d；HZMC1298 春山芥和HZMYZW26 香青蘭長勢較弱，生長速率分別為0.14 cm/d 和0.11 cm/d。播種后63～101 d，氣溫逐漸下降，HZMC1446豌豆、HZMC1442白芥、HZMC1539艾菊葉法色草、HZMC1353箭筈豌豆的生長變慢，生長速率介于0.1～0.3 cm/d；其余綠肥種質(zhì)資源的生長速率繼續(xù)呈現(xiàn)上升趨勢，其中，HZMC1334毛葉苕子、HZMC1300 白芥、HZMC1302 毛葉苕子的生長速率分別為0.81、0.66、0.62 cm/d。播種后102～142 d，進入升溫階段，HZMC1442 白芥、HZMC1298 春山芥、HZMC1299 春 油 菜、HZMC1374 箭 筈 豌 豆、HZMC1367 箭筈豌豆、HZMC1353 箭筈豌豆生長速率呈現(xiàn)上升趨勢，其他綠肥種質(zhì)資源的生長速率呈現(xiàn)下降趨勢。

2.2 國外引進綠肥種質(zhì)資源盛花期的主要農(nóng)藝性狀

由表2 可知，不同綠肥種質(zhì)資源間的株高差異較大。其中，HZMC1334 毛葉苕子、HZMC1302 毛葉苕子、HZMC1446 豌豆株高在200 cm 以上，4 份箭筈豌 豆 資 源（HZMC1349、HZMC1374、HZMC1367、HZMC1353）株高介于160～200 cm，這些資源的莖生長習性為半匍匐，自然形態(tài)下株高約60 cm；其他綠肥種質(zhì)資源的莖生長習性為直立，其中，HZMC1442白 芥、HZMC1300 白 芥、HZMC1298 春 山 芥、HZMC1299 春油菜的株高介于120～160 cm，HZMYZW26 香青蘭、HZMC1539 艾菊葉法色草株高在100 cm 以下。綠肥種質(zhì)資源之間的根長差異較小，其中，HZMC1300 白芥根長最長，為36.33 cm；HZMC1446 豌豆根長最短，為8.37 cm；其他綠肥種質(zhì)資源根長介于10～30 cm。對于鮮草產(chǎn)量，HZMC1349 箭筈豌豆和HZMC1374 箭筈豌豆鮮草產(chǎn)量較高，分別為1 097.70 g/株和1 089.57 g/株；HZMC1446 豌 豆、HZMYZW26 香 青 蘭、HZMC1539艾菊葉法色草鮮草產(chǎn)量較低，分別為318.00、253.77、456.37 g/株；其他綠肥種質(zhì)資源的鮮草產(chǎn)量介于500～1 000 g/株。

表2 國外引進綠肥種質(zhì)資源的主要農(nóng)藝性狀Tab.2 The main agronomic characters of green manure germplasm resources introduced from abroad

2.3 國外引進綠肥種質(zhì)資源的養(yǎng)分截獲與供應(yīng)特征

綠肥作為一種清潔有機肥，通過光合作用吸收截獲、轉(zhuǎn)化積累養(yǎng)分以完成自我生長，然后在花穗期將其鮮草還田，所積累的全部養(yǎng)分供應(yīng)補充于土壤之中。由表3 可知，對于全氮積累量，HZMC1374箭筈豌豆、HZMC1300 白芥、HZMC1349 箭筈豌豆較高，分別為8.06、8.01、7.05 g/株；HZMYZW26 香青蘭、HZMC1539 艾菊葉法色草較低，分別為1.28、1.42 g/株。對于全磷積累量，HZMC1299 春油菜最高，為0.80 g/株；HZMYZW26 香青蘭、HZMC1539 艾菊葉法色草較低，分別為0.16、0.19 g/株。對于全鉀積累量，HZMC1349 箭筈豌豆、HZMC1374 箭筈豌豆較高，分別為10.86、10.76 g/株；HZMYZW26 香青蘭、HZMC1539 艾菊葉法色草、HZMC1446 豌豆較低，分別為2.04、2.69、3.51 g/株。對于總養(yǎng)分積累量，HZMC1349 箭筈豌豆、HZMC1374 箭筈豌豆較高，分別為18.50、19.46 g/株；HZMYZW26 香青蘭、HZMC1539 艾菊葉法色草較低，分別為3.47、4.29 g/株。碳氮比可反映植株腐解的難易程度，其值越小越易腐解，引進綠肥種質(zhì)資源碳氮比均在20 以下，大部分介于10～15，易腐解。其中，碳氮比最高的是HZMYZW26 香青蘭，為19.9；碳氮比最低的是HZMC1302毛葉苕子，為9.8。

表3 國外引進綠肥種質(zhì)資源地上部分的全氮、全磷、全鉀積累量Tab.3 The accumulation of total N，P and K of overground part of green manure germplasm resources introduced from abroad

續(xù)表3 國外引進綠肥種質(zhì)資源地上部分的全氮、全磷、全鉀積累量Tab.3（Continued） The accumulation of total N，P and K of overground part of green manure germplasm resources introduced from abroad

2.4 國外引進綠肥種質(zhì)資源的最佳還田利用時間分布

綠肥通常在花穗期還田利用效果最佳，此時養(yǎng)分含量最大且易于腐解。綠肥種質(zhì)資源在不同區(qū)域的花穗期有所不同，因此，最佳還田利用時間存在差異。由圖2 可知，引進的綠肥種質(zhì)資源中，HZMC1442 白芥、HZMC1300 白芥、HZMC1298 春山芥、HZMC1299春油菜花穗期較早，最佳還田利用時間介于3 月1 日至30 日；其次是HZMC1539 艾菊葉法色草、HZMC1334 毛葉苕子、HZMC1302 毛葉苕子，花穗期也較早，最佳還田利用時間介于4 月1 日至5 月6 日；HZMC1446 豌豆、HZMC1374 箭筈豌豆最佳還田利用時間介于4 月14 日至5 月4 日；HZMC1349 箭筈豌豆、HZMC1367 箭筈豌豆、HZMC1353 箭筈豌豆的還田利用時間主要在4月29日至5 月15 日；花穗期最晚的是HZMYZW26 香青蘭，最佳還田利用時間介于6月3日至21日。

2.5 國外引進綠肥種質(zhì)資源的留種量

本研究引進國外綠肥種質(zhì)資源在黃壤凈作穴播條件下留種情況表現(xiàn)不同（表4），十字花科資源中HZMC1299春油菜、HZMC1300白芥表現(xiàn)較好，分別為467.93、346.40 kg/hm2；豆科資源中HZMC1349箭筈豌豆、HZMC1367 箭筈豌豆表現(xiàn)較好，分別為607.13、276.47 kg/hm2；另外，HZMYZW26 香青蘭、HZMC1539 艾菊葉法色草表現(xiàn)也較好，分別為168.40、256.93 kg/hm2；其他綠肥種質(zhì)資源的留種量較小。

表4 國外引進綠肥種質(zhì)資源的留種量Tab.4 Seed yields of green manure germplasm resources introduced from abroad

3 結(jié)論與討論

本研究中，一方面可針對總養(yǎng)分含量高的國外引進綠肥種質(zhì)資源開展利用，全氮、全磷、全鉀總養(yǎng)分積累量居前三的資源為HZMC1374 箭筈豌豆（19.46 g/株）、HZMC1349 箭筈豌豆（18.50 g/株）、HZMC1300 白芥（15.54 g/株）；另一方面可針對其中某個元素養(yǎng)分含量高的資源開展利用，高氮、鉀型的資源有HZMC1374箭筈豌豆（全氮積累量8.06 g/株、全鉀積累量10.76 g/株）、HZMC1349 箭筈豌豆（全氮積累量7.05 g/株、全鉀積累量10.86 g/株），高氮、磷型的資源有HZMC1374 箭筈豌豆（全氮積累量8.06 g/株、全磷積累量0.64 g/株）、HZMC1300 白芥（全氮積累量8.01 g/株、全磷積累量0.62 g/株），高磷、鉀型的資源有HZMC1298 春山芥（全磷積累量0.72 g/株、全鉀積累量8.49 g/株）、HZMC1299春油菜（全磷積累量0.80 g/株、全鉀積累量7.78 g/株）。綠肥不僅固氮增碳效果明顯，而且可以改善土壤中磷、鉀的養(yǎng)分狀況，對鈣、鐵、鎂、鋅等微量元素起到礦化富集作用[11]。磷在土壤中含量很低，且極易被固定，長期種植綠肥，其根系可以分泌某些有機酸促進土壤中的難溶性磷釋放，可提高土壤中的有機磷、無機磷和有效磷的含量。另外，在綠肥翻壓腐解之后，被綠肥吸收的磷大多以有效態(tài)釋放到耕層中，再被其他作物吸收利用。因此，種植并翻壓綠肥可增加土壤有效磷含量，一方面是由于綠肥自身含有較多的活性有機磷，這部分磷易于分解釋放，另一方面則是綠肥施入土壤后可增加土壤有機質(zhì)含量，有機質(zhì)含量也會引起土壤磷含量的增加[12]，這對低磷黃壤的改善利用具有重要意義。

大多研究認為，綠肥翻壓時期一般應(yīng)選擇在其產(chǎn)量和養(yǎng)分含量最高時進行。翻壓過早，植株幼嫩雖易腐解但產(chǎn)量低，同時容易造成養(yǎng)分流失；翻壓過遲，植株木質(zhì)化程度增加，不利于腐解。翻壓時間一般選擇初花期、盛花期或豆莢期[13]。因此，結(jié)合大季以用地為主，小季則有用有養(yǎng)，側(cè)重養(yǎng)地，夏收作物應(yīng)在季節(jié)、茬口、肥料、農(nóng)活安排上為秋收作物創(chuàng)造良好條件，確保既能提高夏收作物產(chǎn)量，又能促進秋收作物大豐收，使全年總產(chǎn)量提高[14]。當綠肥還田后15～20 d 開展下茬作物播種。本研究從花穗期可以看出，HZMC1442 白芥、HZMC1300 白芥、HZMC1298 春山芥、HZMC1299 春油菜花穗期較早，最佳還田利用時間介于3 月1 日至30 日；其次是HZMC1539 艾菊葉法色草、HZMC1334 毛葉苕子、HZMC1302毛葉苕子，花穗期也較早，最佳還田利用時 間 介 于4 月1 日 至5 月6 日；HZMC1446 豌 豆、HZMC1374 箭筈豌豆最佳還田利用時間介于4 月14日至5 月4 日；HZMC1349 箭筈豌豆、HZMC1367箭筈豌豆、HZMC1353 箭筈豌豆的還田利用時間主要在4 月29 日至5 月15 日；花穗期最晚的是HZMYZW26 香青蘭，最佳還田利用時間介于6 月3日至21日。

一些綠肥具有直接經(jīng)濟價值，如綠肥的菜用[15]、藥用[16]和觀賞[17]價值，傳統(tǒng)綠肥應(yīng)用模式過多注重綠肥的肥用價值，在經(jīng)濟利益驅(qū)動下難以被生產(chǎn)者接受。因此，亟需改變以肥用為主要目的的綠肥傳統(tǒng)應(yīng)用模式，探索糧肥、菜肥、飼肥兼用的模式，研發(fā)綠肥藥用、觀賞等直接經(jīng)濟價值，提高綠肥種植的直接經(jīng)濟效益和綜合利用價值，以滿足經(jīng)濟效益的需求[6]。本研究國外引進綠肥種質(zhì)資源中的HZMC1539 艾菊葉法色草可用作蜜源植物和綠肥，在開花期可作觀賞植物，具有蜜用、花用、肥用的兼用型開發(fā)利用潛力。其花序多達11 個螺狀聚傘花序，花的數(shù)量達到70 朵，而在側(cè)枝的花序上花的數(shù)量不超過40～50朵。寬行時植株上成熟花的數(shù)量通常為930～1 400朵，平播時為130～180朵?；塾森h(huán)繞在花上部子房基部的環(huán)狀腺體分泌?；ǘ渲械幕鄱逊e在鐘形漏斗狀的長花冠筒的底部，這樣可以得到很好的保護以防變干，在肥沃的土壤種植艾菊葉法色草，花蜜產(chǎn)量可達150～400 kg/hm2[18]。另外，HZMYZW26香青蘭全株含揮發(fā)油，其中，乙酸香葉酯、香葉醇、檸檬醛、β-檸檬醛、棕櫚酸含量較高[19]。香青蘭還具有防治哮喘、心血管舒張、抗動脈粥樣硬化、腦保護等藥理作用，具有香料用和藥用的兼用型開發(fā)利用潛力[20?21]。

貴州省的綠肥用種幾乎全靠外省購買與調(diào)運，所造成的種子成本高、供應(yīng)不穩(wěn)定等因素一定程度上制約了綠肥的發(fā)展。因此，在引進綠肥種質(zhì)資源利用的同時觀察其留種潛力，以此儲備當?shù)鼐G肥種業(yè)發(fā)展所需的技術(shù)與材料支撐。本研究發(fā)現(xiàn)，對于留種量，十字花科資源中HZMC1299 春油菜、HZMC1300 白芥表現(xiàn)較好，分別為467.93、346.40 kg/hm2；豆科資源中HZMC1349 箭筈豌豆、HZMC1367 箭筈豌豆表現(xiàn)較好，分別為607.13、276.47 kg/hm2；另 外，HZMYZW26 香 青 蘭、HZMC1539 艾菊葉法色草表現(xiàn)也較好，分別為168.40、256.93 kg/hm2，可進一步探索其在貴州省的留種栽培技術(shù)。