不同耕作措施对苕子养分吸收及土壤理化性状的影响

张祥明，左 庆，郭熙盛，武 际，李胜群

(1．安徽省农业科学院土壤肥料研究所，安徽合肥230031;2．安徽省凤台县水稻原种场，安徽凤台246100)

绿肥在我国有着悠久的历史，其栽培面积、分布区域都堪称世界之最，曾对我国农业做出巨大贡献［1］。然而，在过去较长的一段时间内，绿肥研究大大萎缩，绿肥播种面积迅速滑坡。许多研究表明，绿肥能够改善土壤团粒结构和土壤通透性，有效降低土壤容重，增加土壤渗透系数和总孔隙率，增加土壤中各项养分含量［2-5］。但是，发展绿肥存在着与粮食争地、直接经济效益低、费工费时等一系列问题而直接影响绿肥恢复和发展［6-7］。苕子为豆科(Laguminosae)野豌豆属(Vicia)一年生或越年生蔓生草本，是一种重要的绿肥和饲草作物［1］。由于化肥的大量使用以及人们对有机肥料的忽视，近年来人们重新恢复了对绿肥的种植。苕子作为沿淮地区重要的优良绿肥也引起人们的关注。砂姜黑土区水旱轮作区冬季有一定量的冬闲田［8］。冬闲田免耕栽培绿肥，既可充分利用农田资源，提高单位面积的复种指数，又可减少劳力和物力的投入，提高经济效益。这是恢复和发展绿肥的重要措施。目前，不同氮磷钾用量、不同品种等对绿肥养分吸收规律有大量的研究［9-11］，但是对绿肥不同耕作措施差异性的研究较少。针对在淮北砂姜黑土区绿肥恢复和发展中存在的问题，通过田间试验，笔者研究了免耕和翻耕不同耕作方式对苕子生长、养分吸收特性和土壤理化性状的影响，旨在为苕子简化栽培技术提供科学依据。

1 材料与方法

1．1 试验区基本概况 试验在安徽省凤台县小麦原种场试验地进行。该区域位于 N 32°47′21″，E 116°34′51″，地处淮河中游、淮北平原南缘，地势平坦，属北亚热带季风气候，年均降雨量800～1 000 mm，无霜期216 d，年平均气温15．1℃，温、光、热资源丰富，适宜大多数农作物的生长。小麦-水稻轮作为该区的主要轮作制。

1．2 供试材料 供试土壤为普通砂姜黑土，成土母质为黄土性古河流沉积物，其基本理化性质为:pH 6．84，有机质含量26．83 g/kg，全氮含量 1．963 g/kg，速效磷含量 19．10 mg/kg，速效钾含量168．3 mg/kg。供试毛叶苕子品种为75-121，种子由甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所提供。

1．3 试验设计 采用田间定位试验的方法，在2012～2014年连续2个轮作周期进行试验，采用苕子-水稻轮作种植方式。该试验设2个处理:处理①免耕(VRNT)，在苕子水稻轮作周期中，苕子和水稻均为免耕，苕子在开花结荚期割刈作绿肥，灌水浸泡，板田移栽水稻;处理②翻耕(VRCT)，在肥稻轮作周期中，苕子和水稻均为翻耕，苕子在开花结荚期割刈翻耕压青作绿肥，耕深约15 cm，灌水沤田、耙田且平整后移栽水稻。水稻季肥料用量为纯 N 210 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2，其中氮肥分别作基肥、分蘖肥和穗肥3次施用，施用比例为4∶3∶3;全部磷钾肥作基肥施用。苕子不施肥。肥料种类有尿素、过磷酸钙、氯化钾。小区面积20 m2，重复4次，随机区组排列。苕子播量均为37．5 g/hm2，其中第1个轮作周期为在2012年10月21日播种，2013年5月25日盛花期割刈;第2个轮作周期为在2013年10月25日播种，在2014年5月29日盛花期割刈。

1．4 样品采集及测定方法 所有处理在返青期和现蕾期取样面积为900 cm2(30 cm×30 cm)，每个小区取2个样点。在开花期全部割刈，分别计小区鲜草重。各期分别取样后称鲜草量，在105℃烘箱内杀青30 min，并且在60℃条件下烘干，称重，粉碎过0．5 mm筛，保存。植物样品采用H2SO4-HCIO4法消化，并且利用半微量开氏法测定植物中全氮含量，采用钼锑抗比色法测定全磷含量，采用火焰光度法测定全钾含量。

1．5 数据分析 试验数据用Excel软件处理作图，用DPS软件进行差异性分析(P＜0．05)。

2 结果与分析

2．1 不同耕作方式下苕子鲜草产量动态变化 由图1、2可知，苕子地上部生长在返青期前极为缓慢，到返青期干物质才迅速积累，且均有地上部生物量随生长进程呈现迅速增加的趋势。2012～2013年，在播种后120 d(返青期)，免耕和翻耕处理苕子鲜草产量分别为427和439 kg/hm2，翻耕处理比免耕处理增加2．99%;2013～2014年，免耕和翻耕处理鲜草产量分别为388和407 kg/hm2，翻耕处理比免耕处理增加4．89%。在播种后180 d(现蕾期)、216 d(花期、结荚期)干物质迅速积累，其中2012～2013年翻耕处理地上部干物质积累量与免耕处理间差异达到0．05显著水平，翻耕处理比免耕处理鲜草产量分别增加8．58%和6．14%，而2013～2014年鲜草产量间差异不显著，翻耕处理鲜草产量分别比免耕处理增加3．27%和2．86%。翻耕处理返青期、现蕾期和开花结荚期2年平均鲜草产量分别比免耕处理增产3．89%、5．34%和4．23%，差异不显著。

2．2 不同耕作方式下苕子地上部养分含量动态变化

2．2．1 不同耕作方式下苕子地上部全氮含量动态变化。砂姜黑土不同耕作方式对苕子全氮含量有一定的影响。苕子返青期后翻耕和免耕处理全氮含量在不同年份有不同的表现。从表1可以看出，不同耕作方式苕子地上部全氮含量返青期后随生长进程变化呈下降的趋势，不同年份不同处理全氮含量有一定的影响，但差异不显著。除2013～2014年返青期、现蕾期免耕比翻耕高外，其余的翻耕处理都比免耕高。2012～2013年全氮含量为 23．9 ～35．5 mg/kg，平均为 29．7 mg/kg;2013～2014年全氮含量为22．29～31．82 mg/kg，平均为26．8 mg/kg，与2012～2013年相比有所降低。这与不同年份降雨量、气温有一定的相关性。2012～2013年返青期、现蕾期、开花结荚期翻耕分别比免耕处理提高0．57%、2．33%和1．33%;2013～2014年返青期和现蕾期却有所降低，翻耕处理分别比免耕处理提高0．85%和1．10%，开花结荚期提高3．59%。

2．2．2 不同耕作方式下苕子地上部全磷含量动态变化。从表1可以看出，不同耕作方式对苕子全磷含量有一定影响。苕子返青期后翻耕和免耕处理全磷含量在不同年份表现出的趋势基本相同。2012～2013年苕子地上部全磷含量为2．10 ～2．83 mg/kg，平均为2．67 mg/kg;2013 ～2014 年全磷含量为2．34 ～3．2 mg/kg，平均为2．36 mg/kg，与2012 ～2013 年相比有所降低。2012～2013年返青期、现蕾期、开花结荚期翻耕处理分别比免耕处理提高3．12%、6．24%和5．11%，而2013 ～2014 年分别为1．80%、7．92%和3．82%。全磷含量呈由低到高再降低的过程，以现蕾期含量达到最高，2年分别为3．01 ～3．20 和2．62 ～2．83 mg/kg，在进入生殖生长期后全磷含量下降。

2．2．3 不同耕作方式下苕子全钾含量动态变化。从表1可以看出，不同耕作方式对苕子全钾含量与全磷含量的影响相似。砂姜黑土苕子返青期后翻耕和免耕处理全钾含量在不同年份表现出的趋势基本相同，都在播种后180 d呈迅速上升趋势，并且在播种后180 d(现蕾期)达到最大，进入生殖生长期后地上部全钾含量下降，2年分别为12．5～15．8和11．07～14．08 mg/kg。相对于免耕，翻耕处理不同生育期全钾含量均有所提高，2012～2013年返青期、现蕾期、开花结荚期翻耕处理分别比免耕处理提高3．12%、6．24%和5．11%，而2013～2014年分别为1．80%、7．92%和3．82%。这是由地上部迅速生长所致。

表1 苕子地上部养分含量动态变化mg/kg

2．3 不同耕作方式下苕子地上部养分累积量动态变化

2．3．1 不同耕作方式下苕子地上部氮养分累积量动态变化。砂姜黑土不同耕作方式对苕子氮养分累积量有一定影响。从表2可以看出，苕子对氮养分的积累与鲜草产量呈相似的规律，在返青期前氮累积量少，到返青期迅速积累。各处理累积量均有随生长进程呈迅速增加的趋势，返青期后翻耕和免耕处理氮累积量在不同年份呈现相似的趋势。苕子返青期翻耕处理氮的累积量比免耕处理略有增加，2年分别增加累积0．3和0．4 kg/hm2，差异不显著;现蕾期翻耕处理氮累积比免耕处理明显提高，2年分别增加11．1和13．7 kg/hm2，2013～2014年氮累积量间差异达到0．05显著水平。收刈时(开花结荚期)虽地上部氮养分含量与现蕾期有所降低，但是由于在整个生长进程中鲜草产量达到量大值，所以苕子在开花结荚期对氮养分的积累量处于最大时期，翻耕处理氮累积比免耕处理在0．05水平显著提高，2年分别为22．1和 20．6 kg/hm2。

2．3．2 不同耕作方式下苕子地上部磷钾养分累积量动态变化。从表2可以看出，苕子对磷素养分的积累与氮养分的累积量呈相似的规律。苕子返青期免耕处理与翻耕处理磷的累积量间差异较小。不同生育期磷的累积量翻耕处理比免耕处理均有增加，返青期翻耕处理比免耕处理2年均增加累积0．1 kg/hm2，差异不显著;现蕾期翻耕处理磷累积比免耕处理明显提高，2年分别增加为2．4和3．1 kg/hm2，2013～2014年氮累积量间差异达到0．05显著水平。在开花结荚期对氮养分的积累量处于最大时期，翻耕处理氮累积比免耕处理在0．05 水平显著提高，2 年分别为3．0 和2．1 kg/hm2。

砂姜黑土不同耕作方式对苕子钾素养分累积量与氮磷的累积不同。翻耕处理苕子不同生育期钾的累积量比免耕处理虽有所增加，但各期翻耕处理与免耕处理氮的累积量间差异不显著，返青期翻耕处理比免耕处理2年均增加累积0．2 kg/hm2;现蕾期翻耕处理比免耕处理氮累积明显提高，2年分别增加10．5和5．7 kg/hm2;开花结荚期对氮养分的积累量处于最大时期，翻耕处理比免耕处理氮累积显著提高，2年分别为 13．7 和 4．2 kg/hm2。

表2 苕子地上部养分累积量动态变化kg/hm2

2．4 不同耕作方式下种植苕子对土壤理化性状的影响 从表3可以看出，栽培苕子压青与免耕相比，2013年和2014年收获(割刈)后翻耕后耕作层土壤pH分别提高了0．12～0．23和0．19～0．26个单位，可知耕作方式和苕子对土壤 pH的影响不显著。这可能与试验年限较短有关。

栽培苕子压青翻耕后砂姜黑土有机质含量和全氮含量均有不同程度的提高，其中全氮含量提高较大，2012～2013和2013～2014年有机质翻耕处理比免耕处理分别提高0．15%和1．28%，全氮含量分别提高7．85%和10．39%，其中2013～2014年全氮含量间差异达0．05显著水平。同样，翻耕土壤有效磷和速效钾都有明显的提高，与2012～2013年有效磷、速效钾含量间差异则较小，2012～2013年土壤有效磷和速效钾翻耕处理分别比免耕提高4．77%和2．02%，而2013～2014年苕子作绿肥水稻翻耕处理全氮含量达到0．05显著水平，翻耕处理分别比免耕处理提高5．48%和9．17%。

与免耕相比，翻耕处理土壤容重表现出下降趋势，而免耕处理土壤容重表现出上升趋势，但各处理间不存在差异。苕子收刈后翻耕比免耕处理2012～2013年和2013～2014年土壤容重分别下降0．024和0．017 g/cm3，分别降低 1．80% 和1．27%。

表3 不同耕作方式种植苕子对土壤理化性状的影响

3 结论与讨论

3．1 不同耕作方式对苕子鲜草产量和养分吸收量的影响 多数研究表明，不同耕作方式免耕和翻耕对作物产量影响的研究结果不尽一致，有增产的［12-13］，也有减产的［12，14-15］。研究还表明，在免耕措施下改变土壤通气、透水性能，调控土壤物理、化学和生物性状，延迟或缩短作物生长期，促进或抑制作物对养分的吸收，进而影响作物产量［13］。虽然以苕子鲜草压青为绿肥，但其苕子的生长和干物质累积的过程有相似之处。该研究表明，在砂姜黑土水旱轮作的冬闲田免耕种植苕子能获得较高的鲜草。与翻耕相比，其生长特性、养分积累规律基本相似，免耕对苕子的鲜草产量略有减产，但各时期差异不显著，开花结荚期仅比翻耕减产4．23%。这与毛苕子对土壤要求不严以及砂姜黑土特性有关［1］。与翻耕相比，苕子鲜草产量和氮、磷、钾吸收量明显下降，而且随着耕作年限的延长，这种下降趋势有越来越明显的趋势。免耕对鲜草产量、养分累积吸收量虽有一定的影响，但可减少一定的劳力投入，对绿肥的推广与应用起到积极的推动作用。

3．2 不同耕作方式栽培苕子对土壤理化性状的影响 绿肥翻压试验结果表明，绿肥翻压后土壤有机质和全氮、有效磷和速效钾含量提高［16］。研究中，第1个轮作周期处理有效磷、速效钾含量间差异较小，而第2个轮作周期苕子作绿肥水稻翻耕土壤全氮含量显著提高。可见，栽培苕子及苕子免耕作绿肥能有效提高土壤肥力。以往报道指出，土壤有机质含量与全氮含量在土壤中的消长常常是一致的，两者间存在显著正相关［17］。苕子是营养比较齐全的有机肥料，含有丰富的有机物质，对提高土壤养分含量具有重要作用［1］。长期施用绿肥且配合施用适量化肥是提高土壤养分的重要措施。研究中，翻耕结合绿肥施用处理中土壤养分含量要高于小麦-水稻轮作处理，对提高免翻耕处理土壤养分的效果较明显。因此，研究中对土壤理化性状的影响存在一定的年际间差异。苕子在开花结荚期割刈翻耕作绿肥，第2个轮作周期土壤有机质和全氮、有效磷和速效钾含量均有明显提高，翻耕土壤耕层有机质、全氮、有效磷、速效钾等含量均较免耕高，翻耕处理对提高土壤养分的效果较明显。

豆科作物在提高土壤养分含量的同时，使土壤容重下降，孔隙度和水稳性结构体增加，土壤肥力提高，还能减少土壤侵蚀，保持土壤质量。这对退化土地的改良具有很好的效果。大量研究表明，种植绿肥作物后，土壤变得疏松，土壤通透性和有效水含量增加，土壤物理性状得到有效改良［1，4］。研究表明，连年翻耕能够降低0～20 cm耕层土壤容重。绿肥施用也能显著增加土壤孔隙，提高大孔隙占总孔隙的比例，改善作物根际透气性，降低容重［4，11］。研究中，土壤容重各处理间及不同年份间差异均较小，未达显著差异;深翻、水稻压青作绿肥施用2013～2014年苕子割刈后有一定的降低容重效果，但差异不显著。这与试验年限较短有关，有待今后进一步的试验。

绿肥是一种优质的有机肥料。绿肥与化肥配施有利于水稻生长、产量增加，并且在减少30%化肥用量的条件下，直播早稻15 000 kg/hm2紫云英鲜草时产量最高，比单施化肥提高4．4%［18］。由此可知，绿肥的压青量并不是越多越好，砂姜黑土免耕栽培苕子的鲜草产量能够满足绿肥与化肥配施的要求。随着农业生产的发展，利用粮田种植绿肥压青还田来实现有机无机相结合的路子已不太现实，因此，在砂姜黑土水旱轮作区，利用冬闲田免耕种植苕子，既可提高耕地的利用效率，减少劳力的投入，又可实行养地和用地，实现农牧结合。免耕栽培苕子模式适合砂姜黑土稻区冬闲田，值得大力推广。

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