適宜磷、鉀肥配比及稻稈半量還田提高紫云英產(chǎn)量與養(yǎng)分截獲

王飛，劉彩玲，何春梅，李清華，劉玉潔，黃毅斌

（福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，福建福州350013）

目前，我國糧食生產(chǎn)中施肥大多數(shù)仍以化肥為主，普遍存在重施化肥，輕施有機(jī)肥和有機(jī)物料的現(xiàn)象。研究顯示，主要糧食作物年均化肥施用量約占總量的47%［1-2］?；适┯昧康某掷m(xù)增長不僅導(dǎo)致農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益持續(xù)下降，同時也對自然環(huán)境和社會環(huán)境造成更大的挑戰(zhàn)與威脅［3］。綠肥是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華，是養(yǎng)分完全、無污染的有機(jī)肥源，肥效穩(wěn)定且持續(xù)時間長［4］。綠肥還田能改善和培肥土壤，還可代替部分化肥，與化肥配合施用對提高農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)能力具有重要作用［5-8］。綠肥在20 世紀(jì)70-80 年代曾為我國主要的有機(jī)肥源，后因化肥用量激增導(dǎo)致綠肥種植面積持續(xù)縮減。當(dāng)前我國正在推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，大力恢復(fù)稻區(qū)綠肥種植面積，發(fā)展綠肥生產(chǎn)是適應(yīng)時代發(fā)展的需要。紫云英（Astragalus sinicus）是我國南方稻田最主要的冬季豆科綠肥作物，其養(yǎng)分含量較高，在培肥土壤、固氮減排、化肥減量增效、促進(jìn)綠色增產(chǎn)方面發(fā)揮著舉足輕重的作用［9-10］。研究表明，每翻壓1000 kg 紫云英鮮草能提供4 kg 純氮、2 kg 純磷、3 kg 純鉀［11］。在保證作物不減產(chǎn)和地力不降低的前提下，紫云英替代部分化肥是減少農(nóng)田化肥施用量、提高資源利用率的有效方法。據(jù)2008-2019 年開展的11 個聯(lián)合定位試驗(yàn)結(jié)果表明，冬種紫云英在不減肥或者減肥20%條件下增產(chǎn)效果顯著，水稻（Oryza sativa）產(chǎn)量增加幅度分別為6.53%和4.15%；在減施40%化肥時可保障水稻與常規(guī)施肥相比不減產(chǎn)，且紫云英的增產(chǎn)和節(jié)肥效應(yīng)隨種植年限的增加而增強(qiáng)［12］。

紫云英一般于盛花期翻壓，其鮮草量的高低直接影響土壤培肥與下一茬水稻化肥減量效果，如湖南紫潮泥田研究表明，當(dāng)化肥施用量減少40%時，增加紫云英翻壓量至30000 或37000 kg·hm-2才能增產(chǎn)［13］，豫南稻區(qū)在減量40%化肥條件下，翻壓37.5 t·hm-2紫云英時水稻產(chǎn)量最高［14］，實(shí)際生產(chǎn)上保證較高的鮮草產(chǎn)量，可滿足1 hm2紫云英肥2 hm2地的要求，則可有效增加肥田面積，而適量施肥是提高盛花期鮮草量及養(yǎng)分截獲的必要措施。以往研究表明，磷、鉀肥的用量是影響紫云英產(chǎn)量的重要因素。紫云英在中等肥力情況下，在施用45 kg·hm-2P2O5的基礎(chǔ)上，每增施1 kg K2O，增加鮮草73.4～101.4 kg［15］。一定的施肥范圍內(nèi)，紫云英產(chǎn)量隨相應(yīng)肥料用量的增加而顯著提高，并且磷、鉀肥之間存在一定的交互作用［11，16-17］。此外，水稻稻稈作為一種有機(jī)肥源，含有豐富的有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，尤其是鉀素，直接還田可改善土壤理化性狀，促進(jìn)后茬作物生長發(fā)育，提高作物產(chǎn)量與品質(zhì)［18-21］。綜上，增施磷、鉀肥是提高紫云英產(chǎn)量與植株養(yǎng)分累積截獲的有效途徑，但在保證紫云英高產(chǎn)條件下其適宜的磷、鉀施肥配比尚不清楚。另外，稻稈富含鉀素，稻稈還田條件下，可否替代紫云英生育期外源施用的鉀肥尚待明確。為此，在田間條件下，研究磷、鉀肥不同用量配比及配施稻稈還田對紫云英生長、產(chǎn)草量及養(yǎng)分截獲的影響，旨在明確輕簡高效的紫云英施肥模式，為福建稻區(qū)紫云英高效栽培及水稻化肥減施增效提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于閩侯縣白沙鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部福建耕地保育科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站。供試土壤類型為沖積物母質(zhì)發(fā)育的灰泥田。土壤理化性質(zhì)：pH 4.86，有機(jī)質(zhì) 25.21 g·kg-1，堿解氮 151.3 mg·kg-1，有效磷 6.8 mg·kg-1，速效鉀 137.1 mg·kg-1，土壤質(zhì)地為重壤土。試驗(yàn)品種為紫云英閩紫品系 84（8）7-1-1（暫定‘閩紫8 號’）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

紫云英生育期磷、鉀施肥量配比采用雙因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，其中磷肥（P2O5）用量設(shè)3 個梯度，即0、15、30 kg·hm-2，分別用 P0、P15與 P30表示，鉀肥（K2O）用量設(shè) 4 個梯度，即 0、15、30 kg·hm-2及稻稈半量還田替代鉀肥，分別用K0、K15、K30與KS表示，二者完全組合，共12 個處理，分別為：P0K0（CK）、P0K15、P0K30、P0KS、P15K0、P15K15、P15K30、P15KS、P30K0、P30K15、P30K30、P30KS，每處理設(shè) 3 個重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，每小區(qū)面積 12 m2。

于2018 年單季稻收獲后實(shí)施。11 月5 日板田撒播紫云英種子22.5 kg·hm-2。磷（過磷酸鈣）、鉀肥（氯化鉀）均在苗期施用。稻稈半量還田干草量約2250 kg·hm-2，稻稈含K2O 15.3 g·kg-1，切碎成10～20 cm 后于紫云英播種后均勻覆蓋于地表。于2019 年3 月30 日盛花期測產(chǎn)，每小區(qū)實(shí)割，并采集鮮草樣品，于105 ℃烘箱中殺青30 min，65 ℃烘干至恒重，粉碎后過篩，進(jìn)行氮、磷、鉀養(yǎng)分含量分析。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 植株農(nóng)藝性狀調(diào)查 于盛花期鮮草翻壓前，在每個小區(qū)隨機(jī)選取10 株，調(diào)查紫云英株高、分枝數(shù)與莖粗。株高為從地面至植株最高葉片尖端或花序頂端；分枝數(shù)為一級分級（包括主莖），莖粗在莖稈最粗處測量。株數(shù)采用20 cm×40 cm 塑料框隨機(jī)套取1 樣框調(diào)查，再換算為每hm2株數(shù)。

1.3.2 土壤與植株樣品測試 采用電位法測定土壤pH（土水質(zhì)量比為1∶5）；采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定有機(jī)質(zhì)含量；采用堿解擴(kuò)散法測定堿解氮含量；采用鹽酸-氟化銨浸提法和鉬銻抗比色法測定酸性土壤有效磷含量；采用乙酸氫鈉浸提-火焰光度計法測定速效鉀含量；采用H2SO4-H2O2消煮后，分別采用凱氏定氮法、釩鉬黃比色法和火焰光度計法測定植株氮、磷、鉀含量［22］。

1.3.3 肥料農(nóng)學(xué)效率 肥料農(nóng)學(xué)效率（kg·kg-1）=（全肥區(qū)產(chǎn)量-缺素區(qū)產(chǎn)量）/養(yǎng)分投入量，即特定施肥條件下，施入單位肥料養(yǎng)分增加的產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 軟件進(jìn)行雙因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷、鉀肥不同配比對紫云英盛花期植株生長性狀的影響

磷、鉀肥不同配比均不同程度增加了株高（表1），與CK 相比，各配比增幅0.6%～6.2%，其中P0K30與P15K15配比差異顯著。與CK 相比，莖粗最高增幅5.9%，當(dāng)磷肥施用量為15 kg·hm-2，莖粗略高于CK，施用量大于15 kg·hm-2，則低于CK。株數(shù)以P15K15配比最高，較CK 提高8.1%；P15Ks配比分枝數(shù)最多，顯著高于P30；從總分枝數(shù)來看，磷肥施用量為15 kg·hm-2時均高于CK，以P15K15最高，較CK 提高6.5%，但均未達(dá)到顯著差異。在各磷肥用量水平下，稻稈半量還田與施用鉀肥的紫云英農(nóng)藝性狀表現(xiàn)均無顯著差異。綜合紫云英鮮草各項(xiàng)農(nóng)藝性狀可知，P15配比能夠獲得較好的農(nóng)藝性狀，以P15K15配比較優(yōu)，稻稈半量還田可替代15～30 kg·hm-2鉀肥施用。

表1 磷、鉀肥不同配比下紫云英盛花期農(nóng)藝性狀Table 1 Agronomic characteristics of Chinese milk vetch for different ratios of phosphorus and potassium fertilizers at fullbloom stage

2.2 磷、鉀肥不同配比對紫云英盛花期植株產(chǎn)量的影響

施用磷、鉀肥均不同程度提高了紫云英鮮草和干草產(chǎn)量（表2），二者分別較CK 提高1.3%～12.8% 和1.4%～15.1%，其中 P15KS鮮草產(chǎn)量最高，P30K15干草產(chǎn)量最高，磷肥 15～30 kg·hm-2與鉀肥15～30 kg·hm-2配比處理的紫云英鮮草與干草產(chǎn)量均無顯著差異，此外，稻稈半量還田紫云英產(chǎn)量與施用15～30 kg·hm-2鉀肥無顯著差異。磷、鉀肥雙因素隨機(jī)區(qū)組方差分析表明（表3），與CK 相比，紫云英盛花期產(chǎn)量總體隨磷、鉀肥用量增加而增加，施用磷肥鮮草產(chǎn)量增幅2.7%～3.1%，干草產(chǎn)量增幅4.0%～7.1%，而施用鉀肥鮮草產(chǎn)量的增幅5.0%～8.6%，干草產(chǎn)量增幅4.7%～5.1%。方差分析結(jié)果進(jìn)一步表明，施用磷肥或鉀肥能夠極顯著提高紫云英鮮草產(chǎn)量，而磷、鉀肥兩因子對草產(chǎn)量無顯著交互作用。綜上，施用磷、鉀肥可提高紫云英草產(chǎn)量，稻稈半量還田能夠替代15～30 kg·hm-2鉀肥施用量。從中也可看出，每hm2施用15 與30 kg 的磷肥，鮮草磷肥農(nóng)學(xué)效率分別為 78.7 與 34.0 kg·kg-1，干草分別為 12.0 與10.7 kg·kg-1；每 hm2施用 15 與 30 kg 的鉀肥，鮮草鉀肥農(nóng)學(xué)效率分別為121.3 與104.7 kg·kg-1，干草分別為 14.0 與 7.7 kg·kg-1，說明紫云英每 hm2施用 15 kg的磷肥與15 kg 的鉀肥可獲得相對較高的肥料農(nóng)學(xué)效率。

表2 磷、鉀肥不同配比下紫云英盛花期產(chǎn)量Table 2 Yield of Chinese milk vetch for different ratios of phosphorus and potassium fertilizers at full-bloom stage（t·hm-2）

表3 磷、鉀不同施肥水平下紫云英草產(chǎn)量方差分析Table 3 Analysis of variance of Chinese milk vetch yield under different conditions of phosphorus and potassium fertilizers

2.3 磷、鉀肥不同配比對紫云英盛花期氮、磷、鉀養(yǎng)分含量的影響

與CK 相比，施用磷、鉀肥配比的紫云英植株氮、磷、鉀養(yǎng)分含量多數(shù)有不同程度提高（表4），其中以P0K30配比的植株氮（N）養(yǎng)分含量最高，P30K30配比的磷（P2O5）、鉀（K2O）養(yǎng)分含量最高。整體來看，等量磷肥水平下，以K30的紫云英氮、磷、鉀養(yǎng)分含量較高；等量鉀肥水平下，不同磷肥用量對植株養(yǎng)分影響規(guī)律不明顯。磷、鉀肥雙因素隨機(jī)區(qū)組方差分析結(jié)果顯示（表5），稻稈半量還田下紫云英氮、磷養(yǎng)分含量與K30的養(yǎng)分含量無顯著差異，但顯著高于K15，與K15鉀養(yǎng)分含量無顯著差異；P15植株氮、磷、鉀養(yǎng)分含量相對較高，增施磷肥產(chǎn)量呈降低趨勢。此外，磷肥與鉀肥兩因子對植株氮素養(yǎng)分交互效應(yīng)明顯。綜上，施用30 kg·hm-2鉀肥能夠獲得較高的氮、磷、鉀養(yǎng)分含量。稻稈半量還田養(yǎng)分含量總體與15～30 kg·hm-2鉀肥用量基本相當(dāng)。

表4 磷、鉀肥不同配比下盛花期紫云英養(yǎng)分含量Table 4 Nutrient content of Chinese milk vetch for different ratios of phosphorus and potassium fertilizers（g·kg-1）

表5 磷、鉀不同施肥水平下紫云英養(yǎng)分含量方差分析Table 5 Analysis of variance of nutrient content of Chinese milk vetch under different conditions of phosphorus and potassium fertilizers

2.4 磷、鉀肥不同配比對紫云英盛花期植株養(yǎng)分截獲總量的影響

施用磷、鉀肥能夠提高紫云英植株氮、磷、鉀養(yǎng)分截獲總量，各磷肥水平下鉀肥施用量達(dá)到30 kg·hm-2時，紫云英植株氮、磷、鉀養(yǎng)分截獲總量相對其他鉀肥用量較高，其中P30K30配比氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）養(yǎng)分截獲量最高，較CK 分別提高19.2%、18.8%、25.9%，除磷（P2O5）外，差異均顯著（表6）。磷肥15～30 kg·hm-2與鉀肥 15～30 kg·hm-2配比處理的紫云英氮、磷、鉀養(yǎng)分截獲量幾乎均無顯著差異，此外，各磷肥水平下稻稈半量還田的紫云英氮、磷、鉀養(yǎng)分截獲量與施用15～30 kg·hm-2鉀肥均無顯著差異。磷、鉀肥雙因素方差分析表明，施用鉀肥或磷肥對紫云英養(yǎng)分截獲總量均有顯著影響（表7）。對磷肥單因素而言，氮、磷、鉀養(yǎng)分截獲總量隨著磷肥施用量的增加而增加，當(dāng)磷肥施用量為30 kg·hm-2時，植株氮、磷、鉀養(yǎng)分截獲總量最高，分別較不施磷提高7.3%、10.8%與9.9%，差異均顯著；對鉀單因素而言，氮、鉀養(yǎng)分截獲總量隨著鉀肥施用量增加而增加，當(dāng)鉀肥施用量為30 kg·hm-2時，植株氮、磷、鉀養(yǎng)分截獲總量最高，分別較不施鉀提高8.2%、8.3%與19.2%。稻稈半量還田下紫云英氮、磷截獲總量與施用30 kg·hm-2鉀肥效果一致，鉀截獲總量與施用15 kg·hm-2鉀肥效果一致。綜上，隨著磷肥或鉀肥用量水平的提高，植株氮、磷、鉀養(yǎng)分截獲量總體隨之增加，當(dāng)磷、鉀施用量分別為30 kg·hm-2時，氮、磷、鉀養(yǎng)分截獲量最高，稻稈還田養(yǎng)分截獲效果與15～30 kg·hm-2鉀肥用量基本相當(dāng)。

表6 磷、鉀不同施肥水平下養(yǎng)分截獲總量Table 6 Nutrient capture of Chinese milk vetch for different ratios of phosphorus and potassium fertilizers（kg·hm-2）

表7 不同施肥水平下紫云英養(yǎng)分截獲總量方差分析Table 7 Analysis of variance of nutrient capture of Chinese milk vetch for different ratios of phosphorus and potassium fertilizers

3 討論

3.1 磷、鉀肥配施對紫云英產(chǎn)量及養(yǎng)分截獲總量的影響

紫云英是南方稻田最主要的豆科綠肥作物，缺磷對紫云英不同基因型生長有明顯的抑制作用［23］。由于磷素能促進(jìn)根瘤菌的生長發(fā)育，增加固氮酶活性，因此施磷肥可提高紫云英固氮作用，然而，磷肥對根瘤生長及活性的影響需要維持在一定的范圍水平內(nèi)，中低量磷肥有利于紫花苜蓿（Medicago sativa）和綠豆（Vigna radiata）根瘤的形成，但過量施用磷肥會抑制根瘤活力，使豆科綠肥生長不良［24］；單獨(dú)施用磷肥和氮、磷肥配合施用均能顯著提高植株磷含量和磷積累量［25］。鉀雖不是紫云英的形態(tài)結(jié)構(gòu)物質(zhì)，但在紫云英植株中的含量比磷還多；施用鉀肥可促進(jìn)根瘤菌的發(fā)育，提高植株的固氮率、固氮指數(shù)和固氮量，特別是磷、鉀肥配施的效果更為明顯［26］。本研究中，施肥有利于促進(jìn)紫云英生長，當(dāng)磷、鉀肥的施用量均為15 kg·hm-2時，農(nóng)藝性狀得到改善。此外，磷、鉀配比施肥下，施用 30 kg·hm-2磷肥和 15 kg·hm-2鉀肥時紫云英干草產(chǎn)最高，增幅為14.9%。施用30 kg·hm-2磷肥和30 kg·hm-2鉀肥時植株養(yǎng)分截獲量最高。磷、鉀肥的單因素肥效分析表明，施用磷肥或鉀肥對植株鮮草產(chǎn)量及養(yǎng)分截獲總量均有顯著影響，并且都表現(xiàn)為施鉀肥效果優(yōu)于施磷肥；但磷、鉀配比對鮮草與干草兩者均無交互效應(yīng)。前人研究發(fā)現(xiàn)紫云英施磷肥的效果較顯著，其次是鉀肥，磷、鉀肥配施效果更佳，并且存在一定的交互作用［27-28］；此外，中量磷和低量鉀或者高量磷和中量鉀配施的增產(chǎn)效果最好［27］。本試驗(yàn)中表現(xiàn)為鉀肥增產(chǎn)效果優(yōu)于磷肥，并且低水平的磷和高水平的鉀鮮草增產(chǎn)效果較高，P15K30處理的草產(chǎn)量與P30K30處理的養(yǎng)分截獲總量均顯著高于CK。究其原因，第一可能是施用磷肥的效果和土壤的酸堿度存在一定的關(guān)系，一般pH 6.4 以上的中性和堿性土壤，施用過磷酸鈣肥效較好；pH 在6.2 以下的酸性和強(qiáng)酸性土壤，施用過磷酸鈣則表現(xiàn)相反［26］。本試驗(yàn)地土壤偏酸性（pH 4.86），施用過磷酸鈣后可能抑制了紫云英生長。另外，酸性土壤中，鋁（Al）毒被認(rèn)為是限制作物生長與產(chǎn)量的主要因素［29］。彭嘉桂等［30］研究表明，在土壤鋁飽和度65% 的處理中，各品種大豆（Glycine max）共同存在失綠、葉片窄小的表現(xiàn)，尤其敏感的品種更為明顯，本試驗(yàn)條件下土壤活性鋁是否限制了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)綠肥產(chǎn)量有待進(jìn)一步研究。第二，紫云英施用磷肥，一般都以早施為好，特別是以獲取高生物產(chǎn)量為目的，一般在播種時作為拌種肥，全部作為基肥施用，或采用種肥+苗肥推薦施肥模式［26，31］。本試驗(yàn)是在苗期進(jìn)行追肥，前期植株吸收磷素受到限制，影響到磷肥利用效率。第三，鉀肥的增產(chǎn)效果會受到土壤中有效磷的制約，在土壤有效磷偏低的土壤上，單施鉀肥能夠獲得較大的增產(chǎn)率［25］。本試驗(yàn)中，土壤有效磷含量僅為6.8 mg·kg-1，因此當(dāng)磷不足時，產(chǎn)生了對鉀的“奢侈吸收”。

3.2 稻稈還田替代鉀肥效果

稻稈含有豐富的鉀素，稻稈還田能夠?yàn)橥寥捞峁┯袡C(jī)肥源和鉀肥來源，可有效緩解鉀素供應(yīng)不足。以往研究表明，秸稈還田配施化肥除了可提高作物產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用效率，還能夠替代化肥［32-35］。本試驗(yàn)條件下，稻稈半量還田理論上可提供給土壤的鉀素為34.5 kg·hm-2，等量磷肥施用下，均以稻稈半量還田配施磷肥紫云英鮮草產(chǎn)量最高。主要原因是稻稈經(jīng)腐解礦化向土壤釋放營養(yǎng)元素，提高了土壤肥力；還能增加土壤微生物數(shù)量與活力，從而增加根系分泌物中有機(jī)酸類化學(xué)物質(zhì)的分解，促進(jìn)根系對難溶形態(tài)養(yǎng)分的分解與吸收，進(jìn)而促進(jìn)作物產(chǎn)量提升［32，36］。另外，通過稻稈覆蓋還田，增加了遮陰保墑功能，較好滿足了福建稻區(qū)紫云英苗期的生長環(huán)境要求，保證了紫云英穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。從試驗(yàn)結(jié)果中還可知，稻稈半量還田下紫云英鮮草和干草產(chǎn)量與施用15～30 kg·hm-2鉀肥效果相當(dāng)，氮、磷、鉀養(yǎng)分含量及截獲量基本與施用的鉀肥相當(dāng)，說明在福建稻區(qū)通過稻稈半量還田替代紫云英生育期施用的鉀肥是可行的。低留茬條件下，福建單季稻區(qū)秸、稻稈干物質(zhì)量較大，如果全部覆蓋還田，造成環(huán)境蔭蔽，可能對紫云英前期生長造成不利影響，而采用高留茬的稻稈還田方式，則可規(guī)避這個問題，以往研究表明，連續(xù)秸稈-紫云英協(xié)同還田有利于早稻和晚稻獲得高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)，增加早稻氮、磷、鉀養(yǎng)分積累，同時提高土壤有機(jī)碳、全氮和有效磷含量［37］，因此，高留茬下稻稈全量還田對紫云英產(chǎn)量及養(yǎng)分截獲影響還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

福建稻區(qū)施用磷、鉀肥對紫云英具有明顯的增產(chǎn)作用，隨著磷、鉀肥施用量的增加，紫云英草產(chǎn)量呈上升趨勢。本試驗(yàn)條件下，30 kg·hm-2磷肥與30 kg·hm-2鉀肥配比，紫云英氮、磷、鉀養(yǎng)分截獲總量較高。此外，稻稈半量還田的紫云英增產(chǎn)及養(yǎng)分截獲效果與15～30 kg·hm-2鉀肥用量基本相當(dāng)。綜合產(chǎn)量、養(yǎng)分截獲與節(jié)本等因素，福建稻區(qū)以15 kg·hm-2磷肥配施15 kg·hm-2鉀肥（或稻稈半量還田替代鉀肥）為較優(yōu)配比。