綠肥對稻田土壤改良試驗(yàn)研究

趙 秋，寧曉光，張新建，周麗平

（天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，天津 300192）

綠肥，是純天然、安全有機(jī)肥類，可以通過種植生長達(dá)到生物改善耕地的效果，也是培養(yǎng)地力的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，發(fā)展綠肥是多、快、好、省地解決養(yǎng)地用地和有機(jī)肥源的良好途徑。綠肥還是清潔的有機(jī)肥源，能有效提高土壤肥力、改善土壤環(huán)境質(zhì)量、防止水土流失、改善生態(tài)環(huán)境。小站稻是天津獨(dú)有的稻米品牌，有百余年的種植歷史，但目前小站稻面積逐年減少，品質(zhì)有待改善。影響小站稻品質(zhì)有諸多原因，一是在水稻種植過程中，基本為連片大規(guī)模連年單一種植，生物多樣性大大降低，由傳粉蝴蝶、蜜蜂、食谷鳥、嚙齒動物、植物、動物寄生蟲等構(gòu)成相互作用的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)大大簡化，導(dǎo)致病蟲害頻發(fā)。二是土壤質(zhì)量變差，長期以來普遍重視稻米產(chǎn)量，忽視了對土壤生產(chǎn)能力保持，不少地區(qū)對稻田基本上是掠奪式經(jīng)營，重用輕養(yǎng)，耕地負(fù)荷過重，地力衰退，肥力下降，導(dǎo)致稻米品質(zhì)降低。尤其是近些年來，化肥和農(nóng)藥使用過量或不規(guī)范，土壤質(zhì)量急劇惡化。本試驗(yàn)是在多年種植水稻的土壤上種植田菁、印尼綠豆、毛葉苕子和箭筈豌豆4種綠肥作物，以驗(yàn)證綠肥對稻田土壤的改良效果。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試綠肥作物4種：（1）田菁，田菁6號，為山東生產(chǎn)；（2）印尼綠豆，為浙江生產(chǎn)；（3）毛葉苕子，魯苕1號；（4）箭筈豌豆，為普通栽培品種；均購自北京綠合種業(yè)有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)設(shè)5個處理：分別為對照、田菁、印尼綠豆、毛葉苕子、箭筈豌豆，每個處理3次重復(fù)，小區(qū)面積667 m2，隨機(jī)排列。

1.3 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在天津市武清區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新基地進(jìn)行（北緯39°21′、東經(jīng)117°10′、海拔3.6 m）。該地區(qū)屬于暖溫帶半濕潤大陸季風(fēng)氣候，年均降水量586.1 mm，年平均氣溫11.6 ℃，全年日照總量2 810 h，無霜期203 d。試驗(yàn)地土壤為潮土，基礎(chǔ)土壤理化指標(biāo)為有機(jī)質(zhì)18.47 g·kg-1，堿解氮56.78 mg·kg-1，有效磷31.05 mg·kg-1，速效鉀241.5 mg·kg-1，pH值8.50。上茬作物為水稻。

試驗(yàn)于2018年5月24日播種，播種量均為5.0 kg·667 m-2，對照不種植，空閑，生長期間無灌水、除草等農(nóng)事操作。9月20日采集地上部植株體，進(jìn)行生物量及養(yǎng)分含量測試，剩余部分粉碎翻壓到0～20 cm土壤中，翌年3月采集土壤樣品，測試土壤物理與化學(xué)性狀指標(biāo)。

1.4 調(diào)查與測定項(xiàng)目

選取1 m2，采集植株地上的整段標(biāo)本鮮樣在105 ℃下殺青，70 ℃烘干稱重，計算生物產(chǎn)量。常規(guī)方法測量土壤物理和化學(xué)指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠肥地上部生物產(chǎn)量

試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，4種綠肥作物長勢較好，生物產(chǎn)量均在4 000 kg·hm-2以上，顯著高于對照，超過了綠肥標(biāo)準(zhǔn)生物產(chǎn)量3 000 kg·hm-2。4種綠肥作物生物產(chǎn)量從高到低排序?yàn)樘镙迹居∧峋G豆＞箭筈豌豆＞毛葉苕子＞對照，田菁生物產(chǎn)量最高，達(dá)到了6 800 kg·hm-2。綠肥作物生物產(chǎn)量與對照相比增量在104.0%～241.6%。

表1 不同綠肥生物產(chǎn)量 （kg·hm-2）

2.2 翻壓綠肥對土壤理化性狀的影響

翻壓稻田綠肥可以使土壤團(tuán)粒明顯增加，結(jié)構(gòu)改善，土壤容重變小，孔隙度增大，田間持水量和排水能力也明顯增強(qiáng)。由表2可以看出，與對照相比，稻田春季種植綠肥并翻壓，土壤水穩(wěn)性團(tuán)?？偭吭黾?8.20%～82.47%，容重顯著降低5.37%～10.74%，通氣性增加14.01%～29.39%，最大持水量增加3.76%～10.12%，非毛管空隙增加11.76%～25.88%。從土壤物理性質(zhì)指標(biāo)來看，改良效果最好的綠肥作物為田菁。

表2 翻壓綠肥對稻田土壤物理性質(zhì)的影響

稻田翻壓綠肥不僅可以為后茬作物提供充足的營養(yǎng)，而且為土壤提供較多的有機(jī)質(zhì)和肥分，提高了土壤肥力。土壤化學(xué)性質(zhì)有較大提升。由表3可以看出，與對照相比，稻田春季種植綠肥并翻壓，土壤有機(jī)質(zhì)增加1.14%～4.07%，pH值顯著降低2.81%～3.63%，土壤堿解氮含量增加40.87%～66.02%，土壤有效磷含量增加31.46%～45.19%，速效鉀含量增加13.43%～38.93%。從土壤化學(xué)性質(zhì)綜合指標(biāo)看，改良效果最好的綠肥為田菁。

表3 翻壓綠肥對稻田土壤化學(xué)性質(zhì)影響

2.3 翻壓綠肥對土壤抑鹽效果

稻田土壤種植綠肥可明顯降低耕層土壤鹽分含量，起到改良土壤的作用。這主要是由于綠肥生長期間根系穿插作用，地上部枝葉繁茂，覆蓋土壤，使地表蒸發(fā)顯著降低，綠肥葉面積加大，蒸騰作用強(qiáng)烈，使土壤水分通過蒸騰排除，從而降低了土壤水分，減輕返鹽，而且通過種植并翻壓綠肥，土壤物理性狀有所改善，也有利于土壤鹽分向下淋洗。從表4可以看出，與對照相比，種植綠肥處理土壤滲透性增加幅度為0.02～0.07 mm·d-1，地表蒸發(fā)量降低幅度為1.63～3.60 mm·d-1；0～10 cm土壤水分下降4.25%～14.47%，10～20 cm土壤水分下降2.60%～6.09%，20～30 cm土壤水分下降7.28%～12.20%；0～10 cm土壤全鹽含量降低9.76%～24.39%，10～20 cm土壤全鹽含量降低8.69%～23.91%，20～30 cm土壤全鹽含量降低16.36%～29.09%。

表4 翻壓綠肥對土壤滲透量、地表蒸發(fā)量及土壤鹽分影響

3 結(jié)論與討論

綠肥作物種類較多，圍繞天津地區(qū)小站稻種植區(qū)域、種植制度及土壤特點(diǎn)來選擇適宜的綠肥作物以改良土壤，需要考慮種植時間、翻壓時間、作物種類、生物量及對土壤改良效果等。綠肥作物的重要評價指標(biāo)之一是翻壓時的生物產(chǎn)量，一般當(dāng)?shù)剡m宜作綠肥作物的標(biāo)準(zhǔn)以生物產(chǎn)量（干物質(zhì)）超過3 000 kg·hm-2作為目標(biāo)。本研究選擇的4種典型綠肥作物田菁、印尼綠豆、毛葉苕子和箭筈豌豆，結(jié)果顯示翻壓前生物產(chǎn)量均超過4 000 kg·hm-2，遠(yuǎn)高于綠肥標(biāo)準(zhǔn)。

試驗(yàn)顯示，4種作物對稻田土壤改良效果較好，與對照相比，稻田種植綠肥并翻壓，土壤水穩(wěn)性團(tuán)?？偭吭黾?8.20%～82.47%，容重降低5.37%～10.74%，通氣性增加14.01%～29.39%，最大持水量增加3.76%～10.12%；土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別比對照增加1.14%～4.07%，40.87%～66.02%，31.46%～45.19%和13.43%～38.93%；0～30 cm土壤水溶鹽含量比對照降低8.69%～29.09%。稻田綠肥對土壤培肥效果較好，這與前人研究較為一致。南方紫云英綠肥聯(lián)合早稻草全部還田和晚稻留高茬還田措施可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，穩(wěn)定土壤氮素供應(yīng)的長期效果顯著，是紅壤地區(qū)水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展相對較好的耕作制度，能夠有效促進(jìn)水稻增產(chǎn)，改善土壤理化性質(zhì)，穩(wěn)定氮素供應(yīng)。田菁是改良鹽堿土壤的最佳綠肥作物，在前人研究報道中也多有體現(xiàn)。田菁總生物量及植株體碳氮含量較高，田菁翻壓還田后土壤有機(jī)碳、全氮及固定態(tài)銨含量明顯提升，分別為6.44 g·kg-1，0.62 g·kg-1和40.1 mg·kg-1，土壤活性有機(jī)碳、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、微生物生物量碳氮（MBC、MBN）含量及碳庫管理指數(shù)（CPMI）均以田菁翻壓還田效果最優(yōu)。本試驗(yàn)結(jié)果也顯示，田菁在生物產(chǎn)量和綠肥翻壓對土壤改良的效果較好，可以在天津稻區(qū)種植。