綠肥還田對水稻產(chǎn)量及土壤肥力的影響研究

摘 要：為解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的環(huán)境污染和土壤質(zhì)量下降等問題，本文以綠肥還田技術(shù)應(yīng)用為例，對水稻產(chǎn)量和土壤肥力進(jìn)行試驗研究，并分析綠肥還田對水稻產(chǎn)量和土壤肥力的影響。主要對無任何處理、經(jīng)過基本施肥、經(jīng)過綠肥還田處理的三種不同施肥類型的試驗田進(jìn)行對比試驗，通過統(tǒng)計分析和結(jié)果解釋，認(rèn)為運用綠肥還田技術(shù)是一種有效的方法，可以提高水稻產(chǎn)量和改善土壤質(zhì)量，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。建議廣泛推廣該技術(shù)，在全國范圍內(nèi)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，以促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：綠肥還田；水稻產(chǎn)量；土壤肥力

某地區(qū)為我國水稻種植的主產(chǎn)地之一，2016年全年的糧食生產(chǎn)面積約為20萬hm2，其中，水稻種植面積占據(jù)了80%以上。然而，受到化學(xué)肥料投入量較大、化肥配比不當(dāng)、連作淺耕等因素的影響，耕地層深度逐漸減少，土壤的緊實度降低，使得一部分耕地的土壤出現(xiàn)板結(jié)的問題，有機(jī)物質(zhì)含量處于逐年降低的趨勢，導(dǎo)致該地區(qū)在未來有著減產(chǎn)的隱患。為此，該地區(qū)自2017年以來，采用了綠肥種植還田的方式，將植物體加入土壤中，待其腐爛后，土壤中腐殖質(zhì)的含量得到增加，從而實現(xiàn)耕地土壤的有效改善。下面通過對比試驗的方式，將綠肥還田對水稻產(chǎn)量及土壤肥力的影響予以驗證。

1 假設(shè)的提出

綠肥還田是在農(nóng)作物輪作中引入綠肥作物，通過將其種植于空閑期或與作物交替種植的方式，使其生長過程中通過吸收大氣中的氮氣、提取土壤中的養(yǎng)分以及吸收部分有機(jī)物質(zhì)，最終將這些養(yǎng)分儲存到根、莖、葉和果實中，形成綠肥。隨后，將綠肥還田，通過將其埋入土壤中進(jìn)行分解，釋放其中的養(yǎng)分，為下一季作物提供養(yǎng)分。

在試驗之前提出假設(shè)：在水稻種植中，綠肥還田不僅可以提高水稻產(chǎn)量，還可以改善土壤肥力和水稻品質(zhì)。具體來說，首先，綠肥還田可以提高水稻產(chǎn)量。與傳統(tǒng)的化學(xué)肥料相比，綠肥還田具有更為顯著的效果。一方面，綠肥還田能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)和通透性，增加土壤持水能力和提高根系發(fā)育質(zhì)量。這些都是保證水稻生長所必需的要素。綠肥還田還能夠增加土壤中的養(yǎng)分含量，如氮、磷、鉀等，使其更利于水稻吸收，從而促進(jìn)水稻的生長。另一方面，綠肥還田可以改善土壤肥力。水稻種植過程中，土壤肥力是非常重要的因素。理論上，綠肥作物在種植過程中能夠大量吸收氮、磷等營養(yǎng)元素，將其儲存在根、莖、葉和果實中。通過將其還田，這些養(yǎng)分可以被釋放到土壤中供下一季作物吸收利用。同時，與傳統(tǒng)化學(xué)肥料相比，綠肥還田通過以下優(yōu)勢實現(xiàn)土壤肥力的增加：第一，可以防止化肥對土壤中有害離子的積累；第二，綠肥還田能夠降低化肥對環(huán)境的污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境；第三，綠肥還田能夠提高土壤肥力的長期效益，持久改善土壤質(zhì)量和提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平?；谝陨侠碚摚岢觥熬G肥還田對于水稻產(chǎn)量、土壤肥力和水稻品質(zhì)等方面都具有非常顯著的影響”這一假設(shè)。這有助于其在實踐應(yīng)用中成為主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，從而在未來的發(fā)展中得到更廣泛的應(yīng)用和推廣[1]。

2 試驗材料的準(zhǔn)備

選擇合適的水稻種子是試驗成功的重要前提。在本次試驗中，需要確保所使用的水稻種子品種、大小和生長期均相同，以盡可能減少其他因素干擾試驗結(jié)果。具體來說，選用當(dāng)?shù)刂饕N植品種，并在生長期相近的同時進(jìn)行種植。這樣既能夠保證試驗材料的一致性，又能夠獲得較為真實的試驗結(jié)果。

在本試驗中，需要使用具有生物氮固定能力的綠肥植物來還田。生物氮固定是指某些微生物（如根瘤菌）可以將大氣中的無機(jī)氮轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮，并使其通過植物根部進(jìn)入土壤中。這樣能夠增加土壤中氮的含量，促進(jìn)作物的生長。因此，在本試驗中，選用油菜花、紫云英等常見的具有生物氮固定能力的植物。在選擇的過程中，為了排除其他因素的干擾，在選擇綠肥植物時應(yīng)該保證種植的綠肥植物大小和生長狀態(tài)相同。

肥料的選擇直接關(guān)系到試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在本次試驗中，選取符合國家標(biāo)準(zhǔn)的氮、磷、鉀肥料，這些肥料可以提供植物生長所需的養(yǎng)分元素，并且會對土壤質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。具體來說，應(yīng)選用氮、磷、鉀含量比例適當(dāng)?shù)膹?fù)合肥，以滿足水稻生長需要。此外，在進(jìn)行試驗時應(yīng)該遵守肥料使用的相關(guān)規(guī)定，注意肥料用量的科學(xué)控制[2]。

3 試驗設(shè)計

試驗場地為該地區(qū)農(nóng)業(yè)研究所的試驗田，該試驗田大致位于東經(jīng)114°、北緯23°，海拔5m，整體處于亞熱帶海洋性季風(fēng)地帶。在地形方面，試驗田處于平原位置，其土壤的性質(zhì)為中等肥力的中壤土。同時，試驗田的pH值為5.7，有機(jī)質(zhì)含量為20g/kg，全氮含量為1.3g/kg，土壤的容重為1.3g/cm3。

3.1試驗分組

試驗分組是科學(xué)試驗中非常關(guān)鍵的一環(huán)，可以保證所研究的試驗結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。在本次綠肥還田試驗中，需要將試驗田塊分為三組，第一組為長期無肥處理組，第二組為正常施肥組，第三組為綠肥還田組。其中，綠肥還田組在水稻生長季節(jié)前先進(jìn)行一次綠肥種植，而對照組則不進(jìn)行種植。在確定好試驗分組方案后，需要進(jìn)行一些準(zhǔn)備工作。首先，需要清理田塊，確保各試驗田塊的土壤質(zhì)地、肥力等條件基本相同。其次，需要確定試驗田塊的數(shù)量和大小，以便進(jìn)行后續(xù)的試驗操作。最后，還需要確定試驗所需的材料和工具，例如種子、肥料、儀器等，并做好相應(yīng)的儲備工作。在進(jìn)行試驗分組之前，需要對試驗田塊進(jìn)行隨機(jī)分組。隨機(jī)分組是為了避免分組時出現(xiàn)主觀性，保證試驗結(jié)果的可靠性。具體來說，可在每個試驗田塊的不同位置進(jìn)行隨機(jī)分組，例如投擲硬幣或擲骰子等方式。通過這種方式，可以避免試驗順序帶來的干擾。

3.2試驗流程

選取適宜種植水稻的試驗田塊，并對其進(jìn)行清理、測量和標(biāo)記。在確定好試驗田塊之后，我們需要按照試驗分組方案進(jìn)行隨機(jī)分組。之后，在本試驗中，為正常施肥組施加氮、磷、鉀比例為10∶3∶8的肥料，同時，基肥、分蘗肥、穗肥的施加比例分別為4∶4∶2。1～2月份，為綠肥還田組選擇油菜花、紫云英等冬種綠肥植物進(jìn)行種植，年均鮮重產(chǎn)量為17t/hm2左右。種植時需注意植株間的間距以及種植深度，以保證植株的生長和發(fā)育。此外，對于長期無肥組而言，不進(jìn)行綠肥植物種植，也不進(jìn)行正常施肥，直接與其他組進(jìn)行水稻的種植，從而能夠進(jìn)一步看出當(dāng)?shù)赝寥赖姆N植隱患，使對照的結(jié)果更為明顯。在兩個試驗組的田塊上進(jìn)行相等間距的水稻播種，在播種的過程中需注意水稻種子的密植程度和深度，以及水稻生長周期中對于水分和養(yǎng)分的管理。該試驗流程每年重復(fù)一次，從2017年到2022年共重復(fù)6次。

最后，在水稻生長季節(jié)中會對每個試驗田塊的水稻生長情況進(jìn)行監(jiān)測記錄。同時，在收獲期之后，還會對每個田塊采集土壤樣品，并對土壤中的有機(jī)質(zhì)含量、氮、磷、鉀等元素含量進(jìn)行測定和分析，以便后續(xù)的數(shù)據(jù)比較和分析[3]。

3.3試驗指標(biāo)的設(shè)置

在綠肥還田技術(shù)的研究中，選擇合適的試驗指標(biāo)對于評價該技術(shù)的效果至關(guān)重要，使綠肥還田的實際效果能夠得到更為直觀的體現(xiàn)。其中，驗證綠肥還田對水稻產(chǎn)量方面的指標(biāo)主要是通過在收獲期進(jìn)行收成，并計算出每個田塊的產(chǎn)量。由于水稻產(chǎn)量是農(nóng)民最為關(guān)注的問題之一，因此該指標(biāo)是綠肥還田技術(shù)效果的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，由于綠肥還田技術(shù)可以改善土壤質(zhì)量，增加土壤養(yǎng)分含量，提高作物的生長速度和產(chǎn)量，因此，通過計算水稻產(chǎn)量，可以更具體地了解綠肥還田技術(shù)對于水稻生產(chǎn)效果的提升程度。在土壤肥力方面，一般情況下，在收獲期后，需要對每個田塊采集土壤樣品，并測定其中的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等元素的含量。有機(jī)質(zhì)含量是反映土壤肥力的重要指標(biāo)之一，它是土壤中還沒有分解的植物和動物殘體等的含量，對于土壤健康和肥力保持有著至關(guān)重要的作用。氮、磷、鉀等元素則對于作物的生長和發(fā)育至關(guān)重要，科學(xué)準(zhǔn)確地測定其含量可以更全面地了解綠肥還田技術(shù)對于土壤肥力的改善效果。除了這些指標(biāo)外，土壤肥力的測定還可以選擇其他的指標(biāo)來進(jìn)行評估，例如土壤pH值、土壤容重等。應(yīng)根據(jù)實際情況選擇合適的指標(biāo)，以反映出綠肥還田技術(shù)的實際效果。選擇合適的指標(biāo)可以更具體地了解到綠肥還田技術(shù)的影響程度，并為后續(xù)的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。在進(jìn)行試驗時，需要注意保持試驗條件的一致性，采用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和分析。同時，需要充分考慮科研和實踐相結(jié)合的問題，以促進(jìn)該技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。通過嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的試驗，可以更精準(zhǔn)地了解綠肥還田技術(shù)的機(jī)理和優(yōu)勢，并推動其在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。

3.4試驗結(jié)果的監(jiān)測

在結(jié)果監(jiān)測過程中，數(shù)據(jù)預(yù)處理是重要的一步，其目的是將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和轉(zhuǎn)換，使其適合于后續(xù)的統(tǒng)計分析。在本試驗中首先需要對采集的水稻產(chǎn)量和土壤樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行初步檢查和清洗。例如，排除樣本污染、缺失數(shù)據(jù)和異常值等情況。之后，依照技術(shù)規(guī)范文件對各類養(yǎng)分的指標(biāo)進(jìn)行檢測。其中，土壤中的有機(jī)質(zhì)通過油浴法加熱K2Cr2O7的方式進(jìn)行測定，pH值通過電位法進(jìn)行檢測，氮、磷、鉀等元素的測定主要通過檢查土壤中的全氮含量的方式進(jìn)行檢測，檢測方法主要為全自動定氮儀與濃硫酸消毒結(jié)合的方式，此外，土壤的容量利用環(huán)刀法進(jìn)行檢測。在得到統(tǒng)計數(shù)據(jù)后，需要對其進(jìn)行解釋和分析。通過比較綠肥還田組和其他對照組的水稻產(chǎn)量和土壤肥力，可以確定綠肥還田技術(shù)是否能夠?qū)@些方面起到顯著提升的作用。同時，還需要分析差異的原因，探究綠肥還田技術(shù)的作用機(jī)制。例如，可以考慮綠肥植物對土壤的改良作用，以及對土壤微生物和生態(tài)環(huán)境的影響等。

4 試驗結(jié)果分析

4.1土壤有機(jī)質(zhì)分析

對6年來土壤有機(jī)質(zhì)的變化情況進(jìn)行分析，在常規(guī)施肥的條件下，土壤中的有機(jī)質(zhì)含量處于穩(wěn)定狀態(tài)，為19.3g/kg左右；在長期無肥的狀態(tài)下，土壤中有機(jī)質(zhì)的含量整體處于下降態(tài)勢，從2017年的19.2g/kg下降到2022年的18.5g/kg；最后，經(jīng)過綠肥種植還田處理后的田塊，其土壤中有機(jī)質(zhì)的含量處于上漲狀態(tài)，從19.3g/kg漲到了21.5g/kg。對2022年的長期綠肥種植還田土壤、長期無肥土壤以及長期常規(guī)施肥土壤的有機(jī)質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，其增幅分別為16%與13%。而長期常規(guī)施肥土壤的有機(jī)質(zhì)含量僅比長期無肥土壤的有機(jī)質(zhì)含量提升了3%左右，增幅不大[4]。

4.2土壤pH值分析

從2017年開始試驗，截至2022年，經(jīng)過綠肥種植還田處理后的土壤的pH值從5.7提升到了6.2，呈較大幅度的由酸性到堿性的趨勢；經(jīng)過普通方式進(jìn)行施肥的土壤的pH值整體處于下降趨勢，但下降的幅度不大，從5.7下降到了5.4；沒有施加任何肥料的土壤的pH值也有所提升，提升的幅度也不大，從5.7提升到了5.9。因此，可以看出，經(jīng)過綠肥還田過后的土壤的pH值得到了較為顯著的改善。就2022年的數(shù)據(jù)而言，綠肥還田后土壤的pH值比無肥處理土壤的pH值增長了5.5%左右，比普通施肥處理土壤的pH值增長了14%左右。而普通施肥處理土壤的pH值則比無肥處理土壤的pH值降低了7%左右。

4.3土壤容重分析

經(jīng)過綠肥還田處理后的土壤的容重處于穩(wěn)步下降的狀態(tài)，其降幅達(dá)到8%；沒有施加肥料的土壤和普通處理的土壤與之相比均提升10%左右，因此可以說明綠肥還田土壤容重的下降幅度較為明顯，且其他兩種試驗土壤之間沒有明顯的差異[5]。

4.4全氮含量分析

綠肥還田處理自2017年以來，與未經(jīng)任何處理的土壤和經(jīng)過常規(guī)肥料處理的土壤相比，在全氮含量方面分別提升了20%左右和12%左右。經(jīng)過常規(guī)肥料處理后的土壤比未經(jīng)任何處理的土壤在此方面提升了8%左右。因此可以看出，對土壤進(jìn)行常規(guī)肥料處理，能夠有效提升土壤中的全氮含量，而經(jīng)過綠肥還田處理過后，這一提升更為明顯。

4.5水稻產(chǎn)量分析

2017年，常規(guī)施肥、綠肥還田、不添加任何肥料土壤的水稻產(chǎn)量分別為7000kg/hm2、6800kg/hm2、6400kg/hm2。2022年，這三組數(shù)據(jù)分別為6300kg/hm2、7400kg/hm2、5200kg2。除去地力，水稻的產(chǎn)量能夠受到肥料平均值為15%左右的貢獻(xiàn)，綠肥還田配以施肥能夠為水稻產(chǎn)量貢獻(xiàn)平均值約為23%的貢獻(xiàn)。因此，兩種施肥方式并行能夠有效提升水稻的整體產(chǎn)量。對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在長期不添加任何肥料的土壤中，水稻的產(chǎn)量減少十分明顯，達(dá)到了18%左右；經(jīng)過常規(guī)施肥，6年來水稻的產(chǎn)量總體處于穩(wěn)定的狀態(tài)，但仍呈下降的趨勢；然而，經(jīng)過綠肥還田處理后的土壤，其6年后的產(chǎn)量提升得十分顯著，能夠達(dá)到10%左右。

經(jīng)過以上數(shù)據(jù)的分析，綠肥還田對于水稻產(chǎn)量和土壤肥力都具有顯著的積極影響。在土壤有機(jī)質(zhì)分析方面，綠肥還田處理后的土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯增加，增幅相較于常規(guī)施肥和不添加任何肥料的土壤都更大。同時，土壤的pH值得到了較為顯著的改善，對于提高土壤肥力十分有利。此外，在全氮含量和土壤容重方面，綠肥還田處理的優(yōu)勢也十分明顯。最終，綠肥還田與施肥能夠并行作用，有效提升水稻的產(chǎn)量，而綠肥還田相對于常規(guī)施肥和不添加任何肥料的效果更為顯著。因此，建議農(nóng)民在種植水稻時采用綠肥還田的方式，以提高水稻產(chǎn)量和土壤肥力，實現(xiàn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展。

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