绿肥作物紫云英研究进展

李忠义+唐红琴+何铁光+张野+韦彩会+俞月凤+李婷婷+董文斌+胡钧铭+王瑾+蒙炎成

摘 要 紫云英作为一种绿肥作物，有改善土壤理化性状、增加土壤微生物数量和多样性及提高土壤肥力的作用。本文概述中国紫云英主要种质资源，总结紫云英种植模式与栽培技术要点、还田腐解特征及其还田后对土壤地力和后茬作物的影响，以期为紫云英的合理利用和农田养分的科学管理提供参考依据。

关键词 绿肥 ；紫云英 ；种质资源 ；腐解特征 ；还田效应

中图分类号 S551；S142 文献标志码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.11.006

Abstract As a sort of green manure， Chinese milk vetch （Astragalus sinicus） has been suggested to improve the soil conditions through maintaining beneficial microbial populations. This paper has introduced the germplasm resource and cultivation techniques， mainly summarized the characteristics of decomposition and the influence on soil fertility and succeeding crops， which provided reference for rational utilization of Chinese milk vetch and the scientific management of farmland nutrients.

Keywords Green manure ； chinese milk vetch（Astragalus sinicus） ； germplasm resource ； decomposition characteristics ； field effect

紫云英（Astragalus sinicus）又名红花草、翘摇、草子等，是豆科黄芪属越年生草本植物，为中国传统的农业种植绿肥作物之一，具有改善土壤理化性状、增加土壤微生物数量和多样性及提高土壤肥力的作用。中国紫云英种植发展历史悠久，最早在公元261～303 年，吴陆玑在《毛诗草木鸟兽虫》中就记载有翘摇；到明清时代，紫云英在长江流域种植广泛；至民国年间，紫云英种植涵盖浙江、宁波、扬州、安徽、江西、河南、湖北、湖南、广东、广西、四川、陕西等诸多省市区域，紫云英的种植，对于维持土壤肥力发挥了重要作用，是传统农业用地养地的重要措施[1]。建国之后，紫云英品种选育和技术推广获得新的发展，种植品种多，覆盖面积广，到20 世纪60～70年代，其种植面积占稻区种植面积的60%～70%[2]。自20世纪90年代，随着农村家庭联产承包经营责任制的落实和种植产业结构的调整（冬种马铃薯、蔬菜、烤烟等经济作物），冬闲田种植紫云英面积逐渐减少；此外，劳动力减少，广大群众用地养地意识单薄，习惯施用化肥以降低成本。据统计，中国化肥施用总量从1980年的1 296.4×104 t增长至2010年的5 561.7×104 t，年均增长率为5%[3]。从而加剧了紫云英种植面积的下降，到2000年，部分区域和省份的紫云英种植逐步面临绝迹[1]。近年来，随着土壤环境的恶化，人们对绿色农产品的需求不断增加[4]，现代农业呼唤传统农业精华的回归[5]。2015年，农业部提出，到2020年实现“一控两减三基本”的目标，也制定了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》。而种植、利用绿肥作物紫云英，恰好是一项保护农田生态环境和减量施用化肥的技术措施。因此，合理利用紫云英，对保障农产品安全、保护农田生态环境及促进农业可持续发展有着重要意义。本文概述了中国紫云英主要种质资源，总结其种植模式与栽培技术要点、还田腐解特征及还田效应，以期为绿肥作物紫云英的合理利用和农田养分的科学管理提供参考依据。

1 种质资源及栽培技术

1.1 种质资源

中国紫云英种质资源丰富，按开花和成熟期迟早可分为特早熟种、早熟种、中熟种、迟熟种，全生育期分别为215～220、220～225、225～230、230～235 d。各省区主要地方品种和选育品种见表1。

1.2 种植模式与栽培技术

紫云英性喜温暖的气候，有明显的越冬期。幼苗期时在低于8℃的环境下生长缓慢，开春后，日平均温度达到6～8℃以上，生长速度明显加快。紫云英性喜湿润的土壤，但忌田间积水，生长最适土壤含水量为20%～25%，土壤以质地偏轻的壤土为主[12]。其栽培模式主要有轮作模式（稻-稻-紫云英轮作[13-14]、西瓜-水稻-紫云英轮作[15]、椒-稻-紫云英轮作[16]、稻-玉米-紫云英轮作[17]）、混套作模式（紫云英-油菜混作[18-19]、紫云英-果园套作[20]、紫云英-茶园混作[21]）、肥饲兼用改良土壤模式[6，22]等。

为充分利用冬闲田，中国中南部主要水稻产区因地制宜地颁布了紫云英相关技术规程（表2），主要以稻底套播轻简栽培技术为主，其生产和利用技术要点为：播种前做好擦种、选种、菌肥拌种等前处理，在晚稻收获前10～20 d，齐穗勾头后进行稻底套播，之后做好后期田间管理工作；在还田利用上，适宜翻压时期为盛花期，可安排在早稻插秧前7～15 d翻压，翻压量以2.25×104～3.75×104 kg/hm2为宜。翻压方式有干耕和水耕2种，在机械化程度高的地方，可采用干耕法，即耕深15～20 cm，后晒田2～3 d，再灌水耙田；水耕法是翻压前灌入一层浅水，保证翻压后田面有1～2 cm的水层，在翻压时，可施用石灰300～450 kg/hm2，以消除紫云英腐解过程中产生的还原性物质。

2 紫云英还田腐解特征

2.1 紫云英秸秆的腐解特征

紫云英翻压还田后，受土壤环境、气候条件影响，其腐解过程一般包括快速腐解期和缓慢腐解期。王飞等[23]研究亚热带单季稻区紫云英盛花期不同翻压量下的腐解和养分释放特征，结果表明，不同翻压量下紫云英干物质腐解速率均为前20 d最高，至60 d后进入缓慢腐解阶段；邓小华等[24]在对烟田进行研究时发现，第0～2周为紫云英快速腐解期，翻压后14 d 时的累计腐解率为37.02%，平均每周的腐解率为18.51%；第3～7周为中速腐解期，至翻压后49 d时的累计腐解率达到70.57%，平均每周的腐解率为6.71%；第8～20周为缓慢腐解期，翻压后140 d时的累计腐解率为79.01%，平均每周的腐解率为0.65%。紫云英前期腐解快，后期腐解慢，其原因可能是在腐解前期秸秆中可溶性有机物及无机养分较多，为微生物提供了大量的碳源和养分，微生物数量增加，活性增强；后期随着腐解的进行，秸秆中可溶性有机物逐渐减少，剩余部分主要为难分解的有机物质，导致微生物活性降低，秸秆的腐解也随之变慢[25-26]。

2.2 紫云英养分的释放特征

紫云英翻压后其植株氮、磷、钾养分的释放会对后茬作物生长产生影响。刘威[27]研究表明，紫云英在翻埋和纯水浸泡环境下，养分释放速度表现为钾>磷>氮；黄晶等[28]研究表明，不同施肥处理下紫云英氮、磷、钾最大累计释放率分别为84.2%～86.7%、85.3%～89.3%、89.9%～98.0%，养分释放速度表现为钾>磷>氮；梅丽[29]研究表明，旱地和水田的还田方式下紫云英养分释放速度表现为钾>磷>氮。从养分的矿化速率来看，一般情况下钾的释放速率最大，其次是磷、氮，主要原因可能是茎秆中钾不以化合态形式存在，而是以K+形态存在于细胞中或植物组织内，很容易被水浸提释放出来，释放最快；磷、氮以难分解的有机态为主，物理作用下不容易分解，释放较慢[30]。

3 紫云英还田效应

3.1 改善土壤理化性状，提升土壤地力

紫云英作为一种纯天然生物有机肥料，对于改善土壤理化性状、提高土壤地力有着重要的作用。刘春增等[31]研究表明，翻压紫云英未显著提高大团聚体的含量，却明显提高了团聚体稳定性，改善了土壤结构，且团聚体稳定性与土壤有机碳含量呈正相关；邓小华等[32]研究表明，3年翻压紫云英的土壤容重降低5%，土壤有机质、全氮、全磷、全钾（质量分数）分别提高3.7%、2%、37%、5%；官会林等[33]开展紫云英轮作与退化山地红壤肥力恢复研究，结果表明，紫云英冬季旱地轮作可降低土壤体积质量，提高土壤含水量，增加有机质含量，调节pH值，抑制红壤磷素养分退化；朱贵平等[34]研究表明，在盛花期翻压紫云英对土壤有机质含量影响最显著，相比基础土壤有机质含量提高6.6%；张珺穜等[35]研究表明，紫云英与化肥配施能改善土壤养分状况，明显提高土壤速效磷、速效钾、全氮含量。此外，紫云英作为有机物料，在改良土壤重金属污染方面也有一定作用。崔芳芳[36]、杜爽爽[37]分别研究稻草、紫云英用量及配比对潮土、酸性土镉、砷有效性的影响，结果均表明稻草、紫云英单独使用以及二者配合使用都显著降低交换态镉的含量，增加氧化物结合态、紧有机结合态和残渣态镉的含量，且单独添加紫云英的效果最明显，同时添加紫云英可降低土壤中砷的有效性。

3.2 增加土壤微生物数量，改善土壤酶活性

土壤微生物和土壤酶共同参与和推动土壤中各种有机质的转化及物质循环过程，使土壤表现出正常代谢机能，对土壤生产性能和土地经营产生很大影响[38]。翻埋绿肥以及种植绿肥作物，根系的胞外分泌物不仅直接增加了土壤有关酶类，还提供了多种易被根际微生物利用的营养和能源物质，从而增加了土壤微生物和酶类的活性[39]。万水霞等[40-41]研究紫云英-水稻轮作模式下不同量紫云英与化肥配施对稻谷增产效果及稻田土壤生物学特性的影响，结果表明，以紫云英2.25×104 kg/hm2配施70%的当地大田化肥用量的处理效果最好；整个水稻的生育期，与对照相比，施紫云英的土壤微生物碳、氮量分别提高21.03%～142.33%、19.97%～83.91%，土壤脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶活性分别提高10.12%～100.33%、10.22%～43.23%、0.14%～7.28%；此外，紫云英还田提高了微生物活度，使土壤好气性细菌、真菌数量增加，放线菌数量减少。颜志雷等[42]研究发现，紫云英-水稻长期轮作情况下，化肥配施紫云英可以显著提高微生物碳量和微生物氮量；唐海明等[43]研究表明，双季稻区冬闲田免耕直播紫云英可提高稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌和反硝化细菌的数量。

3.3 生物覆盖，改善土壤生态环境

农田生态系统中，覆盖作物可减少土壤裸露、减低表土径流、减少硝态氮淋溶和增加碳蓄积等作用[44-45]。紫云英在早播密植情况下，对冬闲田的覆盖度可达60%～100%，作绿肥田可覆盖130～150 d，作留种田可覆盖160～175 d[6]。王丽宏等[45]研究表明，南方水稻冬闲田覆盖紫云英可增加稻田生态系统碳蓄积效应，其地上部、地下部碳蓄积分别为1 799.6 kg/hm2和1 023.8 kg/hm2；兰延等[46]研究发现，紫云英-稻-稻轮作能提高土壤有机碳质量分数和土壤碳库管理指数，有利于改善土壤质量；俞巧钢等[47]研究发现，山地新生果园套种紫云英可减少33.9%的径流水量、55.2%的泥沙流失、49.3%的总氮流失、55.6%的总磷流失，保水固土效果好；高菊生等[48]研究发现，长期稻-稻-紫云英轮作能够明显降低田间杂草密度，减少早稻期间田间杂草的种类，但对晚稻时期田间杂草种类的影响不明显；陈洪俊等[49]研究表明，紫云英-早稻-晚稻处理对杂草发生种类和密度有显著影响，并且有利于提高杂草均匀度，弱化稻田优势种杂草在田间的危害性。

3.4 减少化肥施用量，促进后茬作物生长，是发展有机水稻的重要措施之一

在后茬作物种植前翻压绿肥，使其腐解释放养分以供主作物生长利用，从而减少化肥施用量，达到农业生产节本增效的目的[50]。但过多或单一应用绿肥会影响后茬农作物产量[51-52]，而最佳的化肥替代率根据作物种类、土壤类型和土壤肥力而定[53]。紫云英根瘤菌能与紫云英共生，形成有效根瘤，进行共生固氮，其中根瘤固氮量约占紫云英植株总氮量的42.40%[54]。紫云英还田可减少无机氮肥的施用量，后茬作物水稻化肥施用量可减少20%～40%[20]。Xie等[55]研究表明，江西双季稻区紫云英替代20%或40%的化肥的情况下，土壤肥力和早晚稻产量均高于单施氮肥的处理；李双来等[56]研究表明，湖北双季稻区紫云英替代20%的化肥、翻压量在2.25×104 kg/hm2比较合适；赵冬等[57]在太湖地区尝试紫云英还田条件下免施基肥，同时补充133 kg/hm2无机氮作追肥，既可以大大减少无机肥的投入、保证水稻产量，也可以减少稻田氮素的排放量，实现水稻产量效应和环境效应的协调。此外，紫云英是进行无公害生产和绿色食品生产的优质肥料，在有机水稻生产区实行有机水稻-紫云英轮作，是发展有机水稻的重要措施之一。刘亚柏[58]研究表明，有机水稻-紫云轮作模式下水稻株高、穗长分别比有机水稻-小麦轮作模式提高5.7%、7.5%，有效穗增加83.54万穗/hm2，饱满率提高19.80个百分点，千粒质量增加0.32 g，稻谷产量增加3 206.88 kg/hm2。

4 问题与展望

近年来，随着社会经济的发展，中国土壤环境状况总体不容乐观[59]，耕地总体质量持续下降[60]，农业面源污染问题日益突出。自80年代，由于国家政策性投入和引导不足，紫云英种植利用处于自发状态，种源缺乏，品种退化，产量下降，技术人员缺乏也制约着紫云英的推广利用。如今，农业部制定了关于土壤有机质提升和化肥减量使用的方案，人们对农田环境保护意识和农产品质量安全的需求不断提高，因此，恢复和发展绿肥势在必行[4]。

4.1 政府扶持，积极引导

政府部门应加强对绿肥作物紫云英的重视，强化宣传，组织培训，积极引导，将发展紫云英生产作为消灭冬闲田的重要战略措施来抓，推进中国紫云英生产快速有序发展。

4.2 加快繁种，健全繁育体系

加强紫云英品种的收集、选育与留种，搞好良种繁育和提纯复壮，建立种质资源圃和良种繁育基地，完善紫云英种子生产产业化体系，为紫云英的大面积推广提供优质廉价的种子。

4.3 综合利用，提高效益

探索饲肥兼用、菜肥兼用、养蜂产蜜、观光旅游等综合利用的方式，着力提高紫云英生产的经济、社会和生态效益。

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