豫南稻區(qū)水稻留茬高度對紫云英生長發(fā)育及種子產(chǎn)量的影響

聶良鵬，郭利偉，鄭春風，丁 麗，張成蘭，潘茲亮，張麗霞，張 琳，朱德焰，史鵬飛，凌敬偉，呂玉虎

（1.信陽市農(nóng)業(yè)科學院，河南信陽 464000；2.河南省農(nóng)業(yè)科學院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，鄭州 450002）

豫南稻區(qū)是河南省水稻主產(chǎn)區(qū)，隨著機械化進程的推進和種植業(yè)結構的調整，該區(qū)域以前被大量利用的水稻秸稈出現(xiàn)了被焚燒或者無序利用的現(xiàn)狀，產(chǎn)生一系列環(huán)境問題［1-3］。如何科學利用水稻秸稈是關系到環(huán)境、資源以及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展利用的重大問題［3，4］。水稻秸稈利用主要以秸稈還田、飼料和燃料為主［5］，在秸稈還田時，留茬耕作可以降低地表溫度，減少太陽輻射量和水分蒸發(fā)量，創(chuàng)造有利于作物生長的小氣候［6，7］，其在生產(chǎn)上的應用逐步受到人們重視。近年來，隨著農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展，秸稈打捆機的快速應用［8］，秸稈還田量及留茬高度對后茬作物的影響逐漸成為研究熱點。

紫云英（AstragalussinicusL.）是中國南方稻區(qū)傳統(tǒng)的冬季綠肥作物之一，具有改善土壤理化性狀，培肥土壤，提高水稻產(chǎn)量和改善品質的作用［9-11］。近年來，隨著紫云英在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不同領域重新得到人們的重視，紫云英得到大量應用［12-14］，紫云英種子生產(chǎn)顯得愈發(fā)重要。豫南稻區(qū)紫云英留種面積為1萬～3萬hm2，是中國重要的紫云英繁種基地［15，16］。目前，該區(qū)域紫云英種子生產(chǎn)基礎性研究相對薄弱，種子產(chǎn)量相對較低且不穩(wěn)定［17，18］。前人研究紫云英種子高產(chǎn)理論多集中在播種量、播期、葉面追肥等方面［19-22］，而稻草不同留茬高度背景下，紫云英種子高產(chǎn)研究鮮見報道。紫云英種子生產(chǎn)和其他作物一樣需要合適的水、肥、氣、光、熱等條件［19-22］，而水稻留茬耕作卻能創(chuàng)造有利于作物生長的溫濕度及光照條件。因此，本研究擬通過水稻收獲后不同留茬高度撒播紫云英，探究其對豫南稻區(qū)紫云英生長發(fā)育及種子產(chǎn)量的影響，以期為該區(qū)域水稻秸稈綜合利用及紫云英種子高產(chǎn)栽培提供理論基礎和科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于信陽市平橋區(qū)陸廟辦事處金牛店村（N32°24′，E114°17′），該地屬亞熱帶季風氣候向暖溫帶過渡氣候，四季分明，降雨充沛（年均900～1 400 mm），無霜期長（年均220～230 d）。田間試驗于2019年9月—2021年6月進行，供試水稻品種為桃優(yōu)香占，播種方式為大田移栽，水稻產(chǎn)量可達9 000 kg/hm2，秸稈產(chǎn)量9 000 kg/hm2。供試紫云英品種為信紫1號，供試土壤為黃棕壤性潛育型水稻土，試驗前耕層（0～20 cm）土壤pH為5.8，含有機質21.0 g/kg、全氮1.84 g/kg、全磷0.41 g/kg、全鉀2.31 g/kg、堿解氮130.9 mg/kg，有效磷11.2 mg/kg，速效鉀100.4 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗設6個水稻留茬高度處理，分別為10、20、30、40、50、60 cm，分別以H10、H20、H30、H40、H50、H60表示，多余稻草移出小區(qū)。每處理4次重復，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積30 m2。

1.3 測定項目和方法

于苗期、越冬期選擇晴天的上午，在距稻樁基部10 cm陰影處測量光照度、5 cm地表溫度和濕度。于越冬期、返青期選取各處理生長一致的植株10株測量葉片SPAD、葉面積，于返青期、盛花期選取各處理生長一致的植株（10株），測量株高、莖粗、分枝數(shù)、鮮重。于盛花期選取各處理長勢均勻的植株取1 m2測定鮮重，于收獲期選取各處理長勢均勻的植株取1 m2風干后測定種子產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2007和DPS7.05軟件對2年數(shù)據(jù)進行處理分析，用最小顯著極差法（LSD法）進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同留茬高度對紫云英苗期、越冬期地表溫度、濕度、光照度的影響

水、肥、光、氣、熱是紫云英生長發(fā)育過程中不可缺少的因素，而水稻秸稈留茬高度明顯影響光照度繼而改變地表溫度、濕度（表1）。由表1可知，無論苗期還是越冬期，隨著秸稈留茬高度的增加，紫云英受到的光照度逐步降低，其中，H10處理和其他各處理間均差異顯著，H60處理和H20、H30處理之間差異顯著，其他各處理間無顯著差異。在苗期時，H10處理地表溫度最高，隨著留茬高度的增加，地表溫度逐步降低，其中H10、H20、H60處理與其他各處理間差異均顯著。在越冬期時，H10處理地表溫度最高，隨著留茬高度的增加，地表溫度逐步降低，其中H10處理與其他各處理間差異顯著。無論苗期還是越冬期，H10處理土壤含水量最低，H60處理土壤含水量最高，隨著留茬高度的增加，土壤含水量表現(xiàn)出增加的趨勢。

表1 不同留茬高度對紫云英苗期地表溫度、濕度、光照度的影響

2.2 不同留茬高度對越冬期、返青期紫云英葉片SPAD、葉面積的影響

各處理紫云英葉片SPAD隨著秸稈留茬高度的增加而降低，即H10＞H20＞H30＞H40＞H50＞H60，越冬期和返青期表現(xiàn)趨勢一致（表2）；無論越冬期還是返青期H10和H20處理的葉片SPAD顯著高于H50和H60處理。越冬期時，H10處理的單株葉面積最小，H60處理的單株葉面積最大，各處理的單株葉面積隨著留茬高度的增加而增加；H10和H20處理單株葉面積顯著小于其他4個處理，返青期時紫云英單株葉面積與越冬期表現(xiàn)趨勢一致。

表2 不同留茬高度對越冬期、返青期紫云英葉片SPAD、葉面積的影響

2.3 不同留茬高度對紫云英返青期、現(xiàn)蕾期生長發(fā)育狀況的影響

由表3可以看出，不同秸稈留茬高度對紫云英返青期、現(xiàn)蕾期生長發(fā)育影響不同。返青期時，6個處理中，H10處理株高最低，H60株高最高，隨著留茬高度的增加，株高增加，其中H10處理與其他處理之間差異均顯著；而現(xiàn)蕾期時，各處理株高無顯著差異。無論返青期還是現(xiàn)蕾期，H50和H60處理的莖粗顯著低于其他4個處理，在返青時，各處理莖粗隨著留茬高度增加降低。分枝數(shù)是衡量壯苗與否的一個關鍵指標，返青期和現(xiàn)蕾期時，各處理分枝數(shù)表現(xiàn)趨勢一致，均為隨著留茬高度的增加分枝數(shù)出現(xiàn)遞減的趨勢，其中H50和H60處理顯著低于其他4個處理。紫云英作為綠肥翻壓還田時，翻壓量是一個重要指標，而單株鮮重又是構成翻壓量的重要指標；無論返青期還是現(xiàn)蕾期，H50和H60處理紫云英單株鮮重均顯著小于其他幾個處理；返青期時，單株鮮重以H10和H20處理的較高，與其他處理相比，差異顯著。

表3 不同留茬高度對紫云英返青期、現(xiàn)蕾期生長發(fā)育狀況的影響

2.4 不同留茬高度對紫云英盛花期鮮草產(chǎn)量和收獲期種子產(chǎn)量的影響

由表4可以看出，紫云英鮮草產(chǎn)量最高的為留茬高度30 cm處理，其次為40 cm處理，兩者之間差異不顯著，但顯著高于其他處理。與H10處理相比，留茬高度20～40 cm的鮮草產(chǎn)量增加，增加幅度為2.7%～12.04%。與H10處理相比，留茬高度50～60 cm處理的鮮草產(chǎn)量降低，降低幅度為27.06%～44.38%。6種不同稻草留茬高度對種子產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為40 cm處理的留茬高度種子產(chǎn)量最高，其次為30 cm處理，其中H30和H40處理種子產(chǎn)量顯著高于H50和H60處理。與H10處理相比，留茬高度20～40 cm處理的種子產(chǎn)量增加，增加幅度為11.52%～28.77%。與H10處理相比，留茬高度50～60 cm處理的種子產(chǎn)量降低，降低幅度為32.26%～44.08%。

表4 不同留茬高度對紫云英盛花期鮮草產(chǎn)量及種子產(chǎn)量的影響

3 小結與討論

3.1 不同留茬高度對紫云英生長發(fā)育的影響

作物秸稈的充分利用對下茬作物的生長和地力培肥具有重要促進作用［15］。秸稈還田時，留茬耕作可以降低地表溫度，減少太陽輻射量和水分蒸發(fā)量，創(chuàng)造有利于作物生長的小氣候［6，7］。本研究結果表明，不同秸稈留茬高度可以顯著影響光照度繼而改變地表溫度、濕度。在紫云英苗期和越冬期時，高留茬可以降低地表光照度，降低地溫，提高土壤含水量，降低了葉片SPAD，提高了單株葉面積，為紫玉英生長發(fā)育前期提供一個適合生長發(fā)育的小氣候。紫云英進入返青期以后需要進行光合作用，進入旺長階段，而高留茬（50～60 cm）顯著降低光照度，不利于光合作用，返青期葉片SPAD也證明了這點。返青期時，由于高留茬（50～60 cm）對光照的阻礙，作物的向陽性導致紫云英瘋長，株高顯著高于其他留茬處理，而莖粗、分枝數(shù)、單株鮮重顯著小于其他處理，從而形成了弱苗，不利于盛花期鮮草產(chǎn)量以及收獲期種子產(chǎn)量的取得。秸稈還田可以降低土壤容重和緊實度，增加土壤孔隙度，提高土壤肥力和生物活性［14］。本研究條件下，無論是在盛花期紫云英鮮草還田，還是在收獲期紫云英收完種子，留茬的這部分水稻秸稈都將進入還田程序，提供養(yǎng)分供后茬水稻使用；加之綠肥還田能提高土壤養(yǎng)分，尤其是有機質、堿解氮等含量，進而提高作物的產(chǎn)量［23，24］。因此，探索適宜留茬高度對紫云生長發(fā)育的影響意義重大，本研究是基于除留茬的這部分秸稈外，其余秸稈移走，而全量秸稈還田背景下，留茬高度對紫云英的影響有待進一步研究。

3.2 不同留茬高度對紫云英盛花期鮮草產(chǎn)量及收獲期種子產(chǎn)量的影響

紫云英作為南方稻區(qū)傳統(tǒng)綠肥被用來改善土壤肥力和土壤質量需要適時翻壓［25］，已有研究表明紫云英盛花期時鮮草產(chǎn)量最大，可為后茬作物提供最大養(yǎng)分［23-25］。本研究結果表明，30～40 cm留茬高度時，紫云英盛花期鮮草量最大，并顯著高于其他處理。這可能跟其在紫云英生長發(fā)育前期培育了壯苗，旺長期時給紫云英提供了支架作用，擴展了發(fā)育空間有關。信陽市紫云英群體80%以上的種子由冠層中下部莢果產(chǎn)生，且下層莢果是紫云英種子收獲的重點產(chǎn)種部位［26］。前人研究發(fā)現(xiàn)，豆科作物莢果具有明顯的垂直分布特征［27］。本研究發(fā)現(xiàn)，H40處理紫云英種子產(chǎn)量最高，其次是H30處理，較對照H10處理高28.77%和20.98%，這可能跟30～40 cm留茬高度可為紫云英莢果垂直分布提供支架支撐，且提高下層莢果空間分布量有關。綜合紫云英鮮草量和種子產(chǎn)量2個因素，30～40 cm留茬高度可作為豫南稻區(qū)紫云英種植田塊最佳留茬高度，值得在生產(chǎn)中推廣應用。