施肥對冬閑稻田紫花苜蓿生長及苜蓿綠肥對輪作水稻產(chǎn)量的影響

李鳳杰，于 晨，馬 力，周 鵬，安 淵

（1. 上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院 / 農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)重點實驗室，上海 200240；2. 黃河水利科學(xué)研究院，河南 鄭州 450003）

我國南方地區(qū)氣候條件好，水熱資源豐富，適宜發(fā)展高效農(nóng)業(yè)，具有發(fā)展糧經(jīng)飼統(tǒng)籌、種養(yǎng)加一體的得天獨厚的自然條件。目前，南方農(nóng)業(yè)種植模式分為一年兩熟和一年三熟的輪作制度。單純的糧食作物輪作或糧食作物-經(jīng)濟(jì)作物輪作模式，產(chǎn)量增加的空間越來越小，對農(nóng)藥、化肥的依賴程度越來越高，導(dǎo)致土壤酸堿和養(yǎng)分失衡，有機質(zhì)含量下降，土壤質(zhì)量退化的問題普遍存在，已經(jīng)影響到作物持續(xù)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)[1]。因此，南方種植業(yè)結(jié)構(gòu)急待調(diào)整和改善。南方秋冬春三季相對較低的溫度不能保障農(nóng)作物籽實優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，但能夠滿足以營養(yǎng)體生產(chǎn)為特征的牧草優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。因此，大面積的冬閑田是南方發(fā)展草地農(nóng)業(yè)非常適宜的土地資源，可以有效利用冬閑田種植和生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼草，以實現(xiàn)“藏糧于草”，同時，有效改良農(nóng)田土壤，增加單位面積耕地的經(jīng)濟(jì)效益。任繼周院士將單位面積水稻(Oryza sativa)生產(chǎn)的粗蛋白質(zhì)和代謝能折算成“稻田當(dāng)量”。以此為標(biāo)準(zhǔn)，南方1 hm2冬閑田種植紫花苜蓿(Medicago sativa)和黑麥草(Lolium perenne)所生產(chǎn)的代謝能分別相當(dāng)于2.18 和1.44 hm2的稻田當(dāng)量[2]。經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^，同時又不影響夏季農(nóng)作物種植，有利于穩(wěn)定糧食生產(chǎn)。因此，增加冬季飼草種植比重將是南方種植業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和調(diào)整的重要方向，是建立合理的糧食作物-飼草-經(jīng)濟(jì)作物三元種植結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。

紫花苜蓿為優(yōu)良的豆科牧草，營養(yǎng)價值好，產(chǎn)草量高，被譽為“牧草之王”，在我國北方大面積種植，已形成紫花苜蓿產(chǎn)業(yè)，甚至成為一些地區(qū)的農(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)。而在我國南方地區(qū)，受到土地資源短缺、土壤酸化等因素限制，紫花苜蓿僅在安徽、江蘇、上海、湖南等少數(shù)省(區(qū))的非強酸性土壤種植，嚴(yán)重制約了南方草食動物養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。因此，尋求適宜南方紫花苜蓿發(fā)展的途徑，破解南方土地資源緊缺的難題，增加紫花苜蓿種植面積，擺脫長期依賴進(jìn)口的被動局面，是提升南方地區(qū)紫花苜蓿自給率、推動草食動物養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的有效途徑。

南方冬閑田面積非常大，如2012 年湖南、湖北和江西[3]的冬閑田面積達(dá)到225 萬hm2。利用這些冬閑田種植紫花苜蓿，形成苜蓿-作物輪作生產(chǎn)模式，可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)苜蓿草，經(jīng)過加工、貯藏、銷售，形成南方紫花苜蓿產(chǎn)業(yè)，滿足畜牧業(yè)發(fā)展的需求，同時還有效保護(hù)了農(nóng)田，這種先進(jìn)的栽培模式非常適宜在我國南方推廣。紫花苜蓿在我國南方可以全年生長，秋季播種，生長7～8 個月(第2 年5 月底)或20 個月(即第3 年5 月底)，分別可以收獲3 茬或11 茬苜蓿，干草產(chǎn)量依次可以達(dá)到15 000 和37 500 kg·hm?2[4-5]，然后輪種水稻、玉米(Zea mays)等作物。按照此方法，既可以生產(chǎn)南方養(yǎng)殖業(yè)緊缺的紫花苜蓿，又可對南方大面積中低產(chǎn)田進(jìn)行改良，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益雙贏。

紫花苜蓿具有固氮、培肥、提高土壤有機質(zhì)含量的功效，既是優(yōu)良的牧草，又是優(yōu)良的綠肥植物資源，能增加土壤有機質(zhì)含量，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。紫花苜蓿與作物輪作增加產(chǎn)量、改良土壤的研究已有報道，在生產(chǎn)中也得到了驗證[6-11]。如紫花苜蓿與小麥(Triticum aestivum)、棉花(Gossypiumspp.)、玉米輪作明顯促進(jìn)了輪作作物產(chǎn)量，增加了土壤有機質(zhì)和氮、速效磷等營養(yǎng)元素含量，增產(chǎn)增肥的效益好于大豆(Glycine max)與作物輪作[6-11]。然而，關(guān)于南方紫花苜蓿與作物周年輪作，特別是與水稻輪作的研究報道非常少。氮(N)、磷(P)、鉀(K)是植物生長所必需的大量元素，植物對氮素的利用效率與體內(nèi)磷饑餓狀態(tài)有關(guān)，植物體內(nèi)的磷饑餓是誘發(fā)和促進(jìn)植物氮素轉(zhuǎn)化的動力，可提高植物的氮素利用效率[12-13]。因此，N、P、K 平衡施肥是維持植物高產(chǎn)的基礎(chǔ)，也是紫花苜蓿施肥應(yīng)該遵循的原則。有報道表明，在北方，NPK 復(fù)合肥能夠提高紫花苜蓿的產(chǎn)量和品質(zhì)，增加粗蛋白含量，降低中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量[14-15]。

上海交通大學(xué)安淵課題組前期已對南方冬閑田適宜種植的紫花苜蓿品種進(jìn)行了研究，確定了適宜種植的苜蓿品種[5]。但是稻田土壤理化性質(zhì)對輪作紫花苜蓿的生長有何影響？如何科學(xué)施肥能夠發(fā)揮稻田土壤優(yōu)勢，增加輪作紫花苜蓿產(chǎn)量？輪作紫花苜蓿對水稻生長有何影響？這些問題的解決對科學(xué)實施苜蓿與水稻輪作、制定輪作栽培技術(shù)措施十分重要，相關(guān)研究亟待開展。因此，本研究探討了NPK 基肥和追肥對苜蓿生長和土壤養(yǎng)分的影響，以及苜蓿綠肥對輪作水稻生長的影響，以期為長江中下游大規(guī)模開展紫花苜蓿與水稻周年輪作提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗設(shè)在上海市閔行區(qū)浦江鎮(zhèn)(121.38 E，31.12 N)的水稻田。上海位于長江下游，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，日照充分，雨量充沛，氣候溫和濕潤，全年平均氣溫15.5 ℃，年均無霜期225 d，年降雨日130 d，年平均降水量1 145.4 mm，土壤質(zhì)地粘重，呈弱酸性。試驗開始前稻田土壤營養(yǎng)基況如表1 所列。

表1 試驗開始前稻田土壤營養(yǎng)基本概況Table 1 Nutrient content in paddy soil before the experiment conducted in this work

1.2 供試材料

試驗所用紫花苜蓿品種為WL903，秋眠級9.5，由北京正道生態(tài)科技有限公司提供。供試水稻品種為早熟?0914。

1.3 試驗設(shè)計

為了對紫花苜蓿與水稻輪作進(jìn)行整體研究，本研究設(shè)置了3 個試驗：稻田土對苜蓿出苗率和苗期生長的影響、施肥對苜蓿生長的影響和再生苜蓿耕翻還田對輪作水稻產(chǎn)量的影響。

1)稻田土對苜蓿出苗率和苗期生長的影響試驗設(shè)計：長期淹水導(dǎo)致稻田土壤可溶性有機物(dissolved organic matter, DOM)大量溶出[16-18]，土壤氧化還原電位(Eh) 下降[19-20]，陽離子濃度和NO?3含量降低[21-22]。這是否會影響到輪作苜蓿苗期生長？為此，開展了本研究。采用盆栽法，盆正方形，邊長20 cm，高16 cm。分別將等量的稻田土和旱作土(種玉米土壤)放入盆中，至盆面1.5 cm；每盆均勻播種10 粒飽滿苜蓿種子，3 次重復(fù)。置于28 ℃/23 ℃(白天/夜晚)、光強4 000 lx、光照14 h 的人工氣候室中，定期澆水。播種第6 天測定出苗率，第45 天測定幼苗地上生物量，折合成單株生物量。

2)施肥對苜蓿生長的影響試驗設(shè)計：設(shè)置基肥和追肥2 種施肥方式，基肥選擇NPK 復(fù)合肥(N ∶ P ∶K = 15% ∶ 15% ∶ 15%)，設(shè)0、225 和450 kg·hm?2共3 個水平，于紫花苜蓿播種前均勻撒于地表，并翻耕至土壤中。每個處理3 次重復(fù)，共9 個小區(qū)，每個處理小區(qū)面積20 m2(8 m × 2.5 m)，間距40 cm，3 次重復(fù)。苜蓿播種采用條播，行距20 cm，播量為22.5 kg·hm?2，試驗區(qū)四周設(shè)保護(hù)行，寬50 cm，2018 年10 月20 日完成播種。由于稻田土壤速效養(yǎng)分含量相對較低，根據(jù)實驗室前期開展的冬閑田紫花苜蓿施肥試驗結(jié)果[23]，追肥也選擇NPK 肥，比例為N ∶ P ∶K = 12 g·m?2∶ 7.2 g·m?2∶ 24 g·m?2，由 尿 素(含N 46%)、磷肥(粉狀過磷酸鈣，含P2O512%)和鉀肥(顆粒狀硝酸鉀，含N 13%，含K 38%)配制而成。追肥量設(shè)置0 和NPK 2 個追肥水平，將每個基肥處理區(qū)一分為二，一半為追肥區(qū)，另一半為對照區(qū)(不追肥)，于2019 年3 月8 日溝施(深度2～3 cm)，覆土，灌溉。5 月12 日收獲苜蓿，測定株高和產(chǎn)量，并取苜蓿和土壤樣品進(jìn)行營養(yǎng)分析。

3)苜蓿綠肥對輪作水稻產(chǎn)量的影響試驗設(shè)計：苜 蓿 再 生10 d，地 上 生 物 量 約3 000 kg·hm?2(干重)時，將苜蓿草作為綠肥耕翻還田。試驗設(shè)置3 個處理：苜蓿綠肥(3 000 kg·hm?2干草)、蠶豆(Vicia faba)綠肥(3 000 kg·hm?2干草)和對照(未種苜蓿且未施綠肥)，其中，蠶豆綠肥作為苜蓿綠肥的對照之一，每個處理的小區(qū)面積20 m2(5 m × 4 m)，重復(fù)3 次，四周設(shè)水稻保護(hù)行，寬50 cm。5 月22 日耕翻、灌 水，耕 地 前 施NPK 基 肥(N ∶ P ∶ K = 15% ∶ 15% ∶15%) 225 kg·hm?2，于6 月8 日完成水稻插秧，10 月3 日測產(chǎn)，樣方面積1 m2，期間按照品種說明進(jìn)行水稻栽培管理。

1.4 測定指標(biāo)和方法

苜蓿莖、葉的蛋白質(zhì)、全P 和全K 含量：用粉碎機將分開的苜蓿莖和葉分別磨碎過0.3 mm 篩后裝入自封袋備用。蛋白質(zhì)含量采用用凱氏定氮儀(型號：Foss-K2300)測定；全P 和全K 含量采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(型號：PE8000)測定。

土壤全氮含量：與苜蓿氮含量測定方法一致。

土壤速效鉀含量：采用1.0 mol·L?1乙酸銨溶液浸提，使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(型號：PE8000)測定。

土壤速效磷含量：使用0.5 mol·L?1NaHCO3浸提，采用鉬銻抗比色法進(jìn)行測定[24]。

土壤有機質(zhì)含量：采用重鉻酸鉀容量法(稀釋熱法)測定[24]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析

使用SAS 9.1 統(tǒng)計分析軟件(SAS Institute, US)對不同處理的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻田土對紫花苜蓿苗期生長的影響

稻田土壤播種的苜蓿出苗率明顯提高(圖1)，播種第6 天苜蓿出苗率比旱作土壤提高了55.6% (P<0.05)；播種第45 天，盡管稻田土壤和旱田土壤播種的苜蓿平均單株產(chǎn)量差異不顯著(P> 0.05)，但旱田土壤苜蓿平均單株重比稻田土壤苜蓿提高了13.4%，說明稻田土壤播種的苜蓿生長受到一定程度的營養(yǎng)限制。

圖1 稻田土和旱作土對苜蓿播種第6 天出苗率和第45 天生物量的影響Figure 1 Effects of paddy soil and upland soil on the emergence rate and biomass of alfalfa on the 6th and 45th day of sowing, respectively

2.2 施肥對紫花苜蓿株高、產(chǎn)量和分枝數(shù)的影響

施用NPK 基肥促進(jìn)了紫花苜蓿的生長(表2)。其中，450 kg·hm?2NPK 基肥處理的苜蓿株高最高，明顯高于未施基肥對照(P< 0.05)，但與225 kg·hm?2NPK 基肥處理間差異不顯著(P> 0.05)。在不施基肥的條件下，追肥處理的植株高度明顯高于對照，而在施NPK 基肥的基礎(chǔ)上，追施NPK 肥增加了苜蓿株高，其中450 kg·hm?2基肥 + 追肥的苜蓿株高最大。

施用NPK 基肥顯著提高了紫花苜蓿的產(chǎn)量(P<0.05) (表2)。450 和225 kg·hm?2NPK 基肥處理的苜蓿產(chǎn)量依次比對照增加了41.9%和22.6%。在同一基肥量處理下，追施NPK 肥明顯增加了苜蓿產(chǎn)量(P< 0.05)，其中，在450 和225 kg·hm?2基肥處理的基礎(chǔ)上，追施NPK 肥的苜蓿產(chǎn)量明顯高于未追施處理。在3 個追肥處理之間，450 kg·hm?2基肥處理下的苜蓿產(chǎn)量最高，但與225 kg·hm?2基肥處理之間差異不顯著(P> 0.05)。

表2 不同施肥處理對稻田紫花苜蓿生長的影響Table 2 Effect of basal and topical application of fertilizer on alfalfa growth in a paddy field

施用NPK 基肥明顯促進(jìn)了苜蓿分枝數(shù)的增加，且分枝數(shù)隨著基肥施入量的增加而小幅增加(表2)。450 和225 kg·hm?2基肥處理的苜蓿分枝數(shù)依次比對照增加了45.5%和26.4%。追施NPK 復(fù)合肥明顯提高了苜蓿的分枝數(shù)，并且隨著基肥施入量的增加而增加，450 kg·hm?2基肥處理下，追肥處理的苜蓿分枝數(shù)達(dá)到最高。

2.3 施肥對紫花苜蓿蛋白質(zhì)、全磷和全鉀含量的影響

施用NPK 基肥對苜蓿葉蛋白質(zhì)含量的影響不顯著(P> 0.05)，但提高了莖蛋白質(zhì)含量，其中，450 kg·hm?2基肥處理的莖蛋白質(zhì)含量顯著高于對照(P<0.05) (表3)。追肥顯著提高了苜蓿葉和莖的蛋白質(zhì)含量(P< 0.05)，但3 個追肥處理間差異不顯著(P>0.05)。450 kg·hm?2基肥+追肥處理的葉和莖蛋白質(zhì)含量依次比對照增加了26.2%和25.1%。

施用NPK 基肥對苜蓿葉和莖的全磷含量的影響不顯著(P> 0.05)，但追肥處理顯著提高了葉片的全磷含量(P< 0.05)，并且，450 kg·hm?2基肥處理下的追肥效果最為顯著，其葉片全磷含量顯著高于其他處理(P< 0.05)，與對照及其追肥處理相比，葉片全磷含量依次提高了33.3%和15.1% (表3)。無論施基肥還是基肥+追肥處理，苜蓿葉全磷含量均高于莖部。隨著NPK 基肥施入量的增加，苜蓿葉和莖中的全鉀含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，并且，450 kg·hm?2基肥處理的苜蓿葉和莖的全鉀含量顯著高于對照處理(P< 0.05)，增加幅度依次達(dá)到43.5% 和28.1%(表3)。追肥處理提高了同一基肥水平的苜蓿葉和莖的全鉀含量，與0、225 和450 kg·hm?2基肥處理相比，追肥處理的葉全鉀含量依次增加了26.7%、24.68%和18.84%，莖全鉀含量依次增加了39.16%、35.92%和5.21%。無論是否追肥，450 kg·hm?2NPK 基肥處理對苜蓿葉和莖的鉀積累均具有顯著的促進(jìn)作用，并且，追肥促進(jìn)了450 kg·hm?2NPK 基肥處理植株的鉀由莖向葉的轉(zhuǎn)移。

表3 不同施肥處理下紫花苜蓿莖和葉的蛋白質(zhì)、磷和鉀含量變化Table 3 Effect of basal and topical application of fertilizer on the contents of protein, phosphorus,and potassium in the stems and leaves of alfalfa plants

2.4 施肥對紫花苜蓿草地土壤全氮、速效磷、速效鉀和有機質(zhì)含量的影響

NPK 基肥處理對0 - 20 cm 土層的全氮含量影響不顯著(P> 0.05) (表4)。同一基肥水平下，追肥處理顯著增加了0 - 10 cm 土層的全氮含量(P<0.05)，0、225 和450 kg·hm?2基肥水平下，追肥處理的土壤全氮含量依次增加了51.1%、94.2%和140.7%，追肥效果隨著基肥水平的增加而增加。同樣，10 -20 cm 土層的全氮含量增幅與基肥施入密切相關(guān)，225 和450 kg·hm?2基肥水平下，追肥處理的土壤全氮含量依次增加了31.4% 和41.5%，顯著高于不追肥處理(P< 0.05)。

NPK 基肥處理對0 - 20 cm 土層的速效磷含量影響不顯著(P> 0.05) (表4)。但在同一基肥水平下，追肥處理顯著增加了0 - 10 cm 土層的速效磷含量(P< 0.05)，0、225 和450 kg·hm?2基肥水平下，追肥處理的速效磷含量依次增加了34.9%、29.1%和62.3%。10 - 20 cm 土層的速效磷含量變幅較小，僅在450 kg·hm?2基肥水平下，追肥處理的土壤速效磷含量顯著高于對照處理(P< 0.05)，增加了32.8%。

0 - 10 cm 土層中，無論是否追肥，225 kg·hm?2基肥處理的土壤速效鉀含量均顯著高于450 kg·hm?2基肥處理(P< 0.05)，增加幅度達(dá)到18.4% (基肥)和33.9% (基肥+追肥) (表4)。10 - 20 cm 土層的土壤速效鉀含量在各處理之間差異不顯著(P> 0.05)。0 -10 和10 - 20 cm 土層中，450 kg·hm?2基肥處理的土壤速效鉀含量均低于其他處理。

施用NPK 基肥對0 - 10 cm 土層的有機質(zhì)含量影響不顯著(P> 0.05)，但10 - 20 cm 土層中，450 kg·hm?2基肥處理的有機質(zhì)含量顯著高于對照(P< 0.05)(表4)。450 kg·hm?2基肥處理下，追肥顯著提高了0 - 20 cm 土層的有機質(zhì)含量(P< 0.05)，與對照及其基肥處理相比，有機質(zhì)含量依次增加了47.8%和33.8% (0 - 10 cm)、86.0%和52.5% (10 - 20 cm)。

表4 不同施肥處理下土壤全氮、速效磷、速效鉀和有機質(zhì)含量變化Table 4 Effect of basal and topical application of fertilizer on total nitrogen, available phosphorus,available potassium and organic matter content in soil

2.5 紫花苜蓿還田對水稻產(chǎn)量的影響

與對照(未種苜蓿且未施綠肥)相比，苜蓿和蠶豆綠肥均顯著促進(jìn)水稻生長(P< 0.05)，其中，苜蓿綠肥處理的株高、秸稈和穗子重量均顯著高于蠶豆處理(P< 0.05) (表5)。苜蓿綠肥和蠶豆綠肥處理的籽實產(chǎn)量依次比對照增加了18.2%和7.8%。

表5 苜蓿和蠶豆綠肥對水稻生長的影響Table 5 Effect of alfalfa and broad bean green manure on rice growth

3 討論

3.1 NPK 基肥和追肥結(jié)合明顯促進(jìn)紫花苜蓿的生長和品質(zhì)

紫花苜蓿喜干燥、涼爽的氣候環(huán)境。長江中下游地區(qū)四季分明，秋季和春季氣候涼爽，持續(xù)期約6 個月，非常適宜紫花苜蓿生長。而冬季氣溫較低的1 月和2 月的平均最低溫度分別為1 和2 ℃，最高溫度為8 和9 ℃，這個時期非秋眠紫花苜蓿處于輕度休眠狀態(tài)，地上部分仍保持綠色。因此，當(dāng)2 月下旬氣溫開始升高時，秋眠品種仍處于休眠狀態(tài)，而非秋眠品種迅速恢復(fù)生長，4 月上旬可第1 次刈割，品質(zhì)非常好，全株蛋白質(zhì)含量超過22%，到6 月底可刈割3 茬，干草產(chǎn)量可達(dá)20 000 kg·hm?2[5]。本研究中，紫花苜蓿于10 月20 日種植，第2 年5 月上旬收獲11 198 kg·hm?2的紫花苜蓿干草，效益遠(yuǎn)高于種植冬小麥。此后一茬苜蓿于10 d 后收獲，作為輪作水稻的綠肥還田，增加土壤養(yǎng)分。本研究結(jié)果充分證明了長江中下游地區(qū)冬閑田輪種紫花苜蓿，獲得高產(chǎn)的可行性。

速生高產(chǎn)必然需要較高的養(yǎng)分投入，科學(xué)合理的施肥是非秋眠紫花苜蓿豐產(chǎn)、高品質(zhì)栽培的基礎(chǔ)和保障。N、P、K 元素對紫花苜蓿生長具有顯著的促進(jìn)作用，其增產(chǎn)作用的大小順序為磷肥 > 氮肥 >鉀肥，說明磷肥對苜蓿高產(chǎn)的重要性。施磷具有提高苜蓿結(jié)瘤數(shù)和根瘤血紅蛋白含量的作用，從而增加固氮活性，并且，磷可促進(jìn)碳素向根系和根瘤分配，達(dá)到以磷促氮的增產(chǎn)效果。氮素具有活化植物對磷的吸收、促進(jìn)有機物質(zhì)形成的功能；鉀是多種酶的活性中心，可以促進(jìn)植物對營養(yǎng)元素的吸收和同化作用[15,24-27]。對于植物生長而言，氮、磷、鉀之間具有協(xié)同增效的作用，配合施用可起到平衡養(yǎng)分、增加產(chǎn)量的作用[26-27]。本研究中，稻田土壤速效養(yǎng)分含量相對較低，NPK 復(fù)合肥的施入增加了稻田土壤速效養(yǎng)分含量，有助于促進(jìn)苜蓿生長，株高、產(chǎn)量和分枝數(shù)明顯增加，并且，追肥增產(chǎn)的效果隨基肥數(shù)量的增加而增加。其中，促進(jìn)苜蓿分枝是追施NPK 肥增產(chǎn)的主要原因之一，說明NPK 基肥和追肥對稻田輪種紫花苜蓿十分重要。

謝開云等[28]對我國北方紫花苜蓿主產(chǎn)區(qū)49 個樣地的土壤養(yǎng)分、植物養(yǎng)分和第1 茬苜蓿產(chǎn)量的分析發(fā)現(xiàn)，苜蓿植株N 素營養(yǎng)狀況較好，而P、K 營養(yǎng)狀況較差，限制了紫花苜蓿高產(chǎn)和生產(chǎn)性能的發(fā)揮，說明P、K 元素在苜蓿豐產(chǎn)、高品質(zhì)栽培中的重要性。本研究中，NPK 基肥和追肥均明顯促進(jìn)了K 由莖向葉的轉(zhuǎn)移，提高了苜蓿葉片的K 含量及其與N、P 的協(xié)同增效作用。在一定的施肥量范圍內(nèi)，NPK 施肥量與苜蓿植株的粗蛋白質(zhì)含量成正比，與中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量成負(fù)相關(guān)[14-15,29]。本研究中，NPK 追肥處理明顯提高了苜蓿莖和葉的蛋白質(zhì)含量以及葉片P 含量，促進(jìn)了營養(yǎng)元素之間的協(xié)同增效作用[12-13]，并且，基肥+追肥的作用效果更為顯著，明顯增加了苜蓿產(chǎn)量。上述結(jié)果說明，NPK 基肥與追肥配合施用有助于促進(jìn)稻田土苜蓿的營養(yǎng)吸收和養(yǎng)分平衡，滿足非秋眠苜蓿速生豐產(chǎn)對主要養(yǎng)分的需求。孫洪仁等[30-31]研究發(fā)現(xiàn)中國北方紫花苜蓿土壤速效鉀和有效磷含量與苜蓿產(chǎn)量之間存在密切的關(guān)系，建立了苜蓿產(chǎn)量與速效鉀和有效磷的豐缺指標(biāo)，指導(dǎo)北方紫花苜蓿生產(chǎn)。南方冬閑田紫花苜蓿種植剛剛開始，盡快開展長江中下游冬閑田紫花苜蓿的N、P、K 需求規(guī)律研究，建立NPK 豐缺指標(biāo)，制定冬閑田紫花苜蓿種植的合理施肥方案，對高效利用化肥、增加冬閑田苜蓿產(chǎn)量和品質(zhì)十分重要。

3.2 NPK 基肥和追肥結(jié)合明顯促進(jìn)土壤養(yǎng)分積累

紫花苜蓿生長過程中土壤養(yǎng)分受到根系吸收、有機物質(zhì)分泌、微生物活動等影響而發(fā)生規(guī)律性變化，而施肥因改變苜蓿生長和土壤微生物活動過程對土壤養(yǎng)分平衡產(chǎn)生影響。施氮降低了紫花苜蓿草地土壤速效磷含量，增加了堿解氮和有機質(zhì)含量，但對土壤全氮含量的作用結(jié)果不統(tǒng)一[32-33]。PK 復(fù)合肥能夠有效增加苜蓿草地表層土壤的N、P 含量，增加效果優(yōu)于單施P 和K 肥[23]。張麗娟等[34]研究表明，與第2 年和第3 年相比，苜蓿播種當(dāng)年施基肥和追肥對提高土壤N、P、K 含量的作用更為顯著。本研究中，NPK 基肥處理對0 - 20 cm 土層的全N、速效P 和有機質(zhì)含量的作用不顯著，這與苜蓿越年后快速生長，消耗大量土壤速效養(yǎng)分有關(guān)。但在基肥基礎(chǔ)上，追施NPK 復(fù)合肥明顯提高了土壤全N、速效P 和有機質(zhì)的含量，說明NPK 基肥和追肥結(jié)合使用能夠有效促進(jìn)苜蓿土壤的總N 和速效P 積累，增強苜蓿根瘤菌活性和固氮能力[25]，從而提高有機質(zhì)的積累，為下茬輪作水稻提供更多的活性養(yǎng)分。胡偉等[33]研究表明，施肥對土壤速效K 含量的影響不顯著。本研究中，450 kg·hm?2基肥處理的土壤速效K 含量均低于其他處理，特別在追肥處理下降低更明顯，這個結(jié)果與葉片K 含量結(jié)果相反，進(jìn)一步說明450 kg·hm?2基肥+追肥處理促進(jìn)了苜蓿對速效鉀的吸收和鉀素向葉片的轉(zhuǎn)運，同時，說明追施NPK 復(fù)合肥對苜蓿增產(chǎn)的必要性。

3.3 紫花苜蓿綠肥促進(jìn)輪作水稻增產(chǎn)

紫花苜蓿與水稻周年輪作是我國南方稻-草輪作的新模式，該模式是在秋季水稻收獲后播種紫花苜蓿，第2 年5 月中旬前收獲1～2 茬苜蓿草，此后，繼續(xù)生長10 d，再生的苜蓿草(約3 000 kg·hm?2干草)作為綠肥還田，輪種水稻。由于傳統(tǒng)的綠肥作物如紫云英(Astragalus sinicus)、蠶豆等經(jīng)濟(jì)效益低，僅能作為綠肥改良土壤，因此，推廣難度較大。而紫花苜蓿與水稻輪作模式的最大優(yōu)點是發(fā)揮了紫花苜蓿再生性強、市場需求量高、土壤改良功能強的特點。該輪作系統(tǒng)中，紫花苜蓿兼顧了牧草生產(chǎn)和綠肥生產(chǎn)的雙重功能，前兩茬草作為苜蓿草收獲與加工，第3 茬草作為綠肥還田，改良土壤，因此紫花苜蓿種植兼顧了經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益雙重功能，是南方一種新型的綠肥種植模式和輪作模式，具有非常好的應(yīng)用前景，近5 年來，每年在上海、江蘇的輪作種植面積超過1 000 hm2。

紫花苜蓿種植能夠有效提高土壤肥力，增加輪作作物產(chǎn)量，如紫花苜蓿分別與玉米、水稻和小麥輪作，明顯提高了作物產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度依次可達(dá)59.1%、8.8% 和26.8%[7-9]。而紫花苜蓿作為綠肥還田同樣具有促進(jìn)作物增產(chǎn)的功能。趙魯?shù)萚35]將異地收割的苜蓿作為綠肥還田，水稻產(chǎn)量比對照增加了8.6%。而紫花苜蓿種植并部分作為綠肥還田具有更高的水稻增產(chǎn)作用，并且降低化肥投入。在800 kg紫花苜蓿鮮草還田的條件下，如減少稻田20%的氮肥用量，可以保障水稻高產(chǎn)，如減少稻田40%的氮肥用量，能使產(chǎn)量接近常規(guī)水平[8]。與輪作大豆相比，輪作紫花苜蓿對土壤氮的增加效果更明顯，氮肥替代值約是大豆的1 倍[6]。本研究中，種植苜蓿并部分還田大幅促進(jìn)水稻產(chǎn)量，增幅達(dá)到18.2%，明顯高于蠶豆綠肥處理的水稻產(chǎn)量。增產(chǎn)的原因一方面是種植紫花苜蓿有效提高了土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量，另一方面，再生10 d 的苜蓿草品質(zhì)好，作為綠肥還田直接向土壤輸入高含量和高活性的N、P、K 等營養(yǎng)元素，創(chuàng)造適合水稻生長的微生物環(huán)境，促進(jìn)有機物分解和提高土壤養(yǎng)分利用效率。

4 結(jié)論

在紫花苜蓿和水稻輪作栽培系統(tǒng)中，施肥方式對苜蓿生長具有顯著的影響，NPK 基肥明顯促進(jìn)紫花苜蓿分枝，提高苜蓿產(chǎn)量，而追肥明顯促進(jìn)了基肥對苜蓿的增產(chǎn)效果，充足的基肥大幅提高了追肥的增產(chǎn)效果，同時，明顯提高了苜蓿植株的蛋白質(zhì)、P 和K 含量，特別是基肥+追肥促進(jìn)了K 的吸收和向葉的轉(zhuǎn)移，發(fā)揮了K 與N、P 的協(xié)同增效作用。紫花苜蓿種植并部分還田明顯增加了水稻產(chǎn)量。本研究結(jié)果證明紫花苜蓿與水稻輪作是南方發(fā)展紫花苜蓿種植、推動南方紫花苜蓿產(chǎn)業(yè)形成的一條行之有效的途徑，具有非常好的發(fā)展前景。