冬季覆蓋作物對水稻生長及稻田土壤養(yǎng)分狀況的影響

摘要 為了篩選冬季適宜湖北地區(qū)稻田種植的覆蓋作物，在湖北武漢開展了大田試驗，研究了不同冬季覆蓋作物對水稻產(chǎn)量、養(yǎng)分及土壤養(yǎng)分含量的影響。結(jié)果表明，冬季覆蓋作物可以促進水稻增產(chǎn)6.95%～12.91%，冬季種植綠肥比油菜秸稈還田在一定程度上更利于提高水稻產(chǎn)量。冬季覆蓋作物主要影響水稻的每穗粒數(shù)，可提高水稻的干物質(zhì)量12.15%～18.22%，氮素積累量增加3.44%～13.66%，鉀素積累量增加3.17%～11.12%，秸稈還田對于提高水稻鉀素積累量效果明顯。冬季覆蓋作物可以增加水稻收獲期根際土壤脲酶、磷酸酶和轉(zhuǎn)化酶的活性，使水稻收獲后土壤的堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別增加3.42%～7.92%、2.81%～21.77%和2.05%～8.55%，種植肥田油菜水稻收獲后土壤中堿解氮和有效磷含量最高，秸稈還田土壤中速效鉀含量最高。

關(guān)鍵詞 冬季覆蓋作物；水稻；產(chǎn)量；土壤酶；土壤養(yǎng)分

中圖分類號 S145.6 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）17-0156-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.17.036

Effects of Winter Covering Crops on Rice Growth and Soil Nutrient Status in the Paddy Fields

WANG Su-ping1， ZENG Fan-ju2，ZHOU Ren-ping2 et al

（1.Institute of Environment and Security， Wuhan Academy of Agricultural Sciences， Wuhan， Hubei 430070;2.Anlu Agricultural Technology Promotion Center， Anlu， Hubei 432600）

Abstract In order to screen suitable winter covering crops for rice cultivation in Hubei region， field experiments were conducted in Wuhan， Hubei to study the effects of different winter covering crops on rice yield， nutrients， and soil nutrient content. The results showed that winter planting of covered crops could promote rice yield by 6.95%-12.91%， and planting green manure in winter was more conducive to improving rice yield than returning rapeseed straw to the field to a certain extent. Winter covering crops mainly affected the number of grains per panicle of rice， which could improve the dry matter quality of rice by 12.15%-18.22%， increase nitrogen accumulation by 3.44%-13.66%， and potassium accumulation by 3.17%-11.12%. Returning straw to the field had a significant effect on increasing potassium accumulation in rice. Winter covering crops could increase the activity of urease， phosphatase， and invertase in the rhizosphere soil during the rice harvest period， resulting in an increase of 3.42%-7.92%， 2.81%-21.77%， and 2.05%-8.55% in the alkaline hydrolyzed nitrogen， available phosphorus， and available potassium content of the soil after rice harvest. Planting rapeseed and rice in a fertile field had the highest alkaline hydrolyzed nitrogen and available phosphorus content in the soil after rice harvest， while straw returning had the highest available potassium content in the soil.

Key words Winter covering cropr;Rice;Yield;Soil enzyme;Soil nutrient

基金項目 武漢市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局科技專項（HA01）。

作者簡介 王素萍（1985—），女，山東德州人，農(nóng)藝師，碩士，從事蔬菜養(yǎng)分資源管理與現(xiàn)代施肥技術(shù)研究。通信作者，高級農(nóng)藝師，博士，從事養(yǎng)分資源管理與新型肥料研發(fā)。

收稿日期 2023-10-27

湖北是我國主要的水稻種植區(qū)之一，保持該區(qū)域稻田土壤肥力的穩(wěn)定和持續(xù)是水稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要基礎(chǔ)，冬季覆蓋作物是稻田土壤質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分［1］。近幾年，隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，農(nóng)村剩余勞動力向城市轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致大量冬閑田出現(xiàn)［2］。 冬季農(nóng)田覆蓋作物有利于提高土壤質(zhì)量、土壤養(yǎng)分利用和下季作物產(chǎn)量［3-6］，減少土壤侵蝕和化學(xué)徑流，且能夠抑制雜草生長，能夠充分利用稻田冬、春自然資源。另外稻田冬季覆蓋作物栽培［7］，可增加冬季稻田綠色作物覆蓋量，減少冬季土壤裸露，增加單位面積生物產(chǎn)量和土壤有機碳，抑制硝態(tài)氮淋溶，增加碳、氮蓄積，改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，有利于確保糧油作物生產(chǎn)安全［8］。

筆者利用武漢地區(qū)目前主要的冬閑田利用模式布置田間試驗，探究不同冬季覆蓋作物對稻田土壤生態(tài)環(huán)境、水稻產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收量等的影響，旨在促進稻田多元化生物培肥技術(shù)的發(fā)展，為形成可推廣可復(fù)制的冬閑田合理利用模式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

在湖北省武漢市黃陂區(qū)王家河街布置田間試驗，土壤類型為潮土，由江河沖積物發(fā)育而成。試驗前取耕作層（0～20 cm）土壤，土壤基本理化性狀：pH 6.17，有機質(zhì)17.04 g/kg，堿解氮132.09 mg/kg，有效磷22.12 mg/kg，速效鉀142.19 mg/kg，全氮1.31 g/kg，全磷0.55 g/kg，全鉀10.21 g/kg。

1.2 試驗設(shè)計

設(shè)空閑田-水稻（K-R）、紫云英-水稻（Z-R）、肥田油菜-水稻（Y-R）、油菜秸稈還田-水稻（J-R）4種輪作模式，綠肥季均不施肥，紫云英品種為余江大葉，油菜品種為華油雜9號。

紫云英和油菜均于2021年11月3日播種，紫云英播種量27 kg/hm2，肥田油菜播種量10 kg/hm2，2022年3月21日紫云英和肥田油菜盛花期作為綠肥還田，秸稈還田油菜在非試驗小區(qū)種植，在5月2日收獲，將收獲的油菜秸稈切成5～7 cm長度，均勻鋪撒在整個小區(qū)中，按照全量6 000 kg/hm2還田，腐熟劑用量為15 kg/hm2，水稻品種為黃華占（Oryza sativa L.），株行距20 cm×27 cm。水稻于2022年5月7日育秧，6月14日移栽，10月16日收獲。稻季施氮（N）水平為150 kg/km2，施磷（P2O5）水平為45 kg/km2，施鉀（K2O）水平為120 kg/km2。氮肥在6月14日、7月7日和8月7日按基肥、分蘗肥和穗肥以4∶3∶3的比例施入，磷肥和鉀肥作為基肥一次性施用。試驗小區(qū)面積40 m2，3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列。小區(qū)四周設(shè)置保護行，小區(qū)間壘土埂并用薄膜覆蓋，防止水稻生育期串水串肥。

供試化肥包括尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O5 16%）、氯化鉀（含K2O 60%）。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤樣品。

水稻收獲后，采集每個小區(qū)耕層混合土壤樣品，測定土壤的理化性質(zhì)。土壤pH測定采用pH計，土壤有機質(zhì)測定用重鉻酸鉀容量法-外加熱法，土壤堿解氮測定用堿解擴散法，土壤速效磷測定用0.5 mol/L NaHCO3提取，鉬銻抗比色法測定，土壤速效鉀測定用NH4OAc浸提-火焰光度法，土壤全氮測定用半微量凱氏法，土壤全磷測定用氫氧化鈉堿溶-鉬銻抗比色法，土壤全鉀測定用氫氧化鈉堿溶-火焰光度法［9］。

水稻收獲期采集根際土樣測定土壤酶含量，過氧化氫酶采用KMnO4滴定法，以1 g土壤消耗的0.002 mol/L KMnO4毫升數(shù)表示；脲酶采用苯酚鈉比色法，以3 h后100 g土的NH4+-N的毫克數(shù)表示；轉(zhuǎn)化酶采用硫代硫酸鈉滴定法，以24 h后1 g土中0.1 mol/L硫代硫酸鈉毫升數(shù)表示；堿性磷酸酶和中性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法測定，以24 h后1 g土中酚的毫克數(shù)表示［10］。

1.3.2 水稻。

水稻產(chǎn)量：收獲期各處理采樣6株進行考種，調(diào)查單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實率，各小區(qū)單獨采收，記錄產(chǎn)量。

水稻養(yǎng)分含量：分別測定水稻籽粒和秸稈中全氮、全磷、全鉀含量。采用濃H2SO4-H2O2消化，流動分析儀（德國SEAL-AA3）測定氮、磷含量，火焰光度計（FP640）測定鉀含量［9］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS 17軟件進行處理，差異顯著性水平（P<0.05）通過最小顯著法（LSD）進行檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同冬季覆蓋作物對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素和產(chǎn)量的影響

由表1可知，各處理千粒重無顯著差異，但與K-R處理相比，種植綠肥和秸稈還田處理的千粒重均呈不同程度的增加趨勢，千粒重增幅為1.02%～3.56%。

各處理的有效穗數(shù)為Y-R>Z-R>J-R>K-R。與K-R處理相比，種植綠肥和秸稈還田處理的有效穗數(shù)均增加，增幅為2.58%～7.73%，其中Y-R處理的有效穗數(shù)最大，為627個/m2，其次為Z-R處理，Z-R、Y-R處理與J-R處理之間差異不顯著。

種植綠肥可以顯著提高每穗粒數(shù)，與K-R處理相比，Y-R、Z-R和J-R處理的水稻每穗粒數(shù)分別增加27.0、25.0和2.0粒/穗，增幅為10.04%、9.29%和0.74%，Z-R處理、Y-R處理與J-R處理的每穗粒數(shù)無顯著差異。

各處理結(jié)實率為Y-R>J-R>Z-R>K-R，但各處理結(jié)實率無顯著差異。

種植綠肥和秸稈還田顯著提高了水稻產(chǎn)量，各處理產(chǎn)量為Y-R>Z-R>J-R>K-R，與K-R處理相比，種植紫云英綠肥、種植肥田油菜和油菜秸稈還田處理的產(chǎn)量分別增加895、1 077、580 kg/hm2，增產(chǎn)率分別為10.73%、12.91%和6.95%。Z-R處理和Y-R處理的產(chǎn)量高于J-R處理，但三者之間產(chǎn)量差異不顯著。

2.2 不同冬季覆蓋作物對水稻干物質(zhì)量的影響

從圖1可以看出，稻田冬季覆蓋作物明顯促進了水稻干物質(zhì)量的增加，與冬季空閑田相比，冬季覆蓋作物處理的干物質(zhì)量增加2 068～2 318 kg/hm2，增幅為12.15%～18.22%，其中Y-R處理的干物質(zhì)積累量最大，達20 118 kg/hm2，其次為J-R處理，為19 335 kg/hm2。

2.3 不同冬季覆蓋作物對水稻養(yǎng)分積累量的影響

從表2可以看出，稻田冬季覆蓋作物明顯促進了養(yǎng)分積累量的增加，與K-R處理相比，稻田冬季覆蓋作物處理的氮素積累量明顯增加，增量為4.52～17.93 kg/hm2，增幅為3.44%～13.66%，Z-R、Y-R與J-R處理的氮素積累量無顯著差異；所有處理磷素積累量無顯著差異；與K-R處理相比，稻田冬季覆蓋作物處理的鉀素積累量明顯增加，增量為7.52～

26.39 kg/hm2，增幅為3.17%～11.12%。稻田冬季覆蓋作物條件下，Y-R處理的鉀素積累量最小，為244.85 kg/hm2，與Z-R處理差異不顯著，但顯著低于J-R處理，J-R處理的鉀素積累量最大，為263.72 kg/hm2，比Z-R和Y-R處理的鉀素積累量分別增加13.05和18.87 kg/hm2，增幅分別為5.21%和7.71%。

2.4 不同冬季覆蓋作物對水稻收獲期土壤酶活性的影響

脲酶是一種酰胺酶，能酶促有機質(zhì)分子中肽鏈的水解。土壤脲酶活性與土壤微生物數(shù)量、有機質(zhì)含量、全氮含量和速效氮含量呈正相關(guān)，常用土壤的脲酶活性表征土壤的氮素狀況。稻田冬季覆蓋作物明顯促進了土壤脲酶活性的增加，與K-R處理相比，稻田冬季覆蓋作物處理的土壤脲酶活性增加6.15～12.25 mg/（100 g·h），增幅為15.62%～31.12%，冬季覆蓋作物處理的土壤脲酶活性表現(xiàn)為Y-R>Z-R>J-R，其中Y-R處理的土壤脲酶活性最高為51.62 mg/（100 g·h），但不同處理間無顯著差異（表3）。

土壤過氧化氫酶活性與土壤呼吸強度和土壤微生物活動相關(guān)，在一定程度上反映了土壤微生物學(xué)過程的強度。由表4可知，不同冬季覆蓋作物對水稻收獲后土壤過氧化氫酶活性無顯著影響。

磷酸酶能酶促有機磷化合物的水解，土壤磷酸酶活性可以表征土壤的肥力狀況（特別是磷的含量狀況）。種植綠肥或秸稈還田有提高土壤中堿性磷酸酶活性的趨勢，但所有處理間差異不顯著，與K-R處理相比，稻田冬季覆蓋作物處理的土壤磷酸酶活性增加0.16～0.85 mg/（g·h），增幅為3.51%～18.64%，冬季覆蓋作物的土壤磷酸酶活性表現(xiàn)為J-R>Y-R>Z-R。

土壤轉(zhuǎn)化酶能酶促蔗糖分子中果糖的裂解，土壤的轉(zhuǎn)化酶活性與土壤中的腐殖質(zhì)、水溶性有機質(zhì)和黏粒含量以及微生物的活性呈正相關(guān)。隨著土壤熟化程度的提高，轉(zhuǎn)化酶的活性亦增強。常用土壤轉(zhuǎn)化酶活性來表征土壤的熟化程度和肥力水平。稻田冬季覆蓋作物明顯促進了土壤轉(zhuǎn)化酶活性的提高，與K-R處理相比，稻田冬季覆蓋作物處理的土壤轉(zhuǎn)化酶活性增加0.25～1.02 mL/g，增幅為11.68%～47.66%，其中秸稈還田比種植紫云英土壤中的轉(zhuǎn)換酶活性明顯提高，增幅為32.22%，冬季種植肥料油菜比種植紫云英處理的轉(zhuǎn)化酶活性增加，但差異不顯著。

2.5 不同冬季覆蓋作物對水稻種植后土壤理化性狀的影響

由表4可知，水稻收獲期冬季覆蓋作物處理的土壤有機質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量均增加，但各個處理間差異不顯著；稻田冬季種植覆蓋作物顯著提高了水稻收獲后土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量，與K-R處理相比，冬季種植覆蓋作物處理的土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別增加4.48～10.38、0.61～4.73和2.96～12.32 mg/kg，增幅分別為3.42%～7.92%、2.81%～21.77%和2.05%～8.55%，水稻收獲后土壤堿解氮含量表現(xiàn)為Y-R>J-R>Z-R>K-R，但各處理間差異不顯著，土壤中有效磷含量與堿解氮含量趨勢一致，速效鉀表現(xiàn)為J-R>Y-R>Z-R>K-R，其中J-R處理土壤速效鉀含量最高，分別比Z-R處理和Y-R處理增加6.36%和1.90%。

3 結(jié)論與討論

（1）考慮到不同冬季覆蓋作物對水稻生產(chǎn)的效應(yīng)，在湖北稻區(qū)可因地制宜地利用好冬閑田，這樣既可培肥土壤，又可提高稻田全年綜合生產(chǎn)能力和經(jīng)濟效益。該研究條件下，與冬閑田相比，冬季覆蓋作物能夠提高水稻產(chǎn)量6.95%～12.91%，冬季種植綠肥比油菜秸稈還田在一定程度上更利于提高水稻產(chǎn)量。不同冬季覆蓋作物主要影響水稻的每穗粒數(shù)，對千粒重、有效穗和結(jié)實率沒有明顯影響，這與陳啟德等［11］的研究結(jié)果相似，表明不冬季綠肥覆蓋使水稻產(chǎn)量增加5%～26%。

（2）不同土壤條件、氣候環(huán)境、種植方式下，冬季覆蓋作物對晚稻干物質(zhì)積累和養(yǎng)分積累影響明顯，冬季覆蓋作物可提高水稻干物質(zhì)量12.15%～18.22%，氮素積累量增加3.44%～13.66%，鉀素積累量增加3.17%～11.12%，秸稈還田對于提高水稻鉀素積累量效果明顯。

（3）冬季覆蓋作物可以增加水稻收獲期根際土壤脲酶、磷酸酶和轉(zhuǎn)化酶的活性，對土壤過氧化氫酶沒有影響。冬季覆蓋作物使水稻收獲后土壤的堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別增加3.42%～7.92%、2.81%～21.77%和2.05%～8.55%，種植肥田油菜水稻收獲后土壤中堿解氮和有效磷含量最高，秸稈還田土壤中速效鉀含量最高。

參考文獻

［1］ 唐海明，肖小平，李超，等.冬季覆蓋作物秸稈還田對雙季稻田根際土壤微生物群落功能多樣性的影響［J］.生態(tài)學(xué)報，2018，38（18）：6559-6569.

［2］ 唐海明，湯文光，肖小平，等.冬季覆蓋作物對南方稻田水稻生理生化及生長特性的影響［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2010，18（6）：1176-1182.

［3］ 王麗宏，胡躍高，楊光立，等.南方冬季覆蓋作物的碳蓄積及其對水稻產(chǎn)量的影響［J］.生態(tài)環(huán)境，2006，15（3）：616-619.

［4］ 王麗宏，曾昭海，楊光立，等.前茬冬季覆蓋作物對稻田土壤的生物特征影響［J］.水土保持學(xué)報，2007，21（1）：164-167.

［5］ 朱波，胡躍高，曾昭海，等.雙季稻區(qū)冬種覆蓋作物對土壤微生物量的影響［J］.生態(tài)環(huán)境，2008，17（5）：2074-2077.

［6］ 曾希柏，孫楠，高菊生，等.雙季稻田改制對作物生長及土壤養(yǎng)分的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，40（6）：1198-1205.

［7］ BUGG R L，MCGOURTY G，SARRANTONIO M，et al.Comparison of 32 cover crops in an organic vineyard on the North Coast of California［J］.Biological agriculture & horticulture，1996，13（1）：63-81.

［8］ 周艷飛，劉念，劉章勇，等.不同冬季覆蓋作物對稻田CH4和CO2排放的影響［J］.生態(tài)科學(xué)，2018，37（5）：94-101.

［9］ 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1999.

［10］ 林先貴.土壤微生物研究原理與方法［M］.北京：高等教育出版社，2010.

［11］ 陳啟德，汪云濱，曾慶曦，等.稻田種植綠肥的增產(chǎn)效果及對土壤肥力的影響［J］.西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，1995，8（S1）：117-123.