紫云英翻压还田条件下化肥减量对稻田土壤养分及水稻产量性状的影响

袁迎春 邹伟 郭红艳 郭亚林 何治芳 张富林 杨利

摘    要：为研究翻压紫云英条件下化肥减量对稻田土壤养分状况及对水稻产量的影响，本文设置7个处理，即M0F0（不翻压紫云英+不施化肥）、M0F1（不翻压紫云英+推荐施化肥）、M1F0（翻压紫云英+不施化肥）、M1F1（翻压紫云英+100%化肥）、M1F0.9（翻压紫云英+90%化肥）、M1F0.75（翻压紫云英+75%化肥）和M1F0.6（翻压紫云英+60%化肥），检测不同生育期各处理的土壤碱解氮、有效磷和速效鉀含量，并对水稻有效穗、穗总粒数、实粒数、空瘪率、千粒质量、理论产量和实际产量进行监测。结果表明，与M0F0相比，M1F0有助于提高水稻抽穗期和成熟期土壤碱解氮含量及分蘖初期至成熟期的土壤速效钾含量，与单施化肥处理（M0F1）相比，各翻压紫云英配施化肥处理均有助于提高水稻抽穗期和成熟期土壤碱解氮含量;与M0F0相比，翻压紫云英处理及施肥处理均有助于提高有效穗、穗总粒数、实粒数、千粒质量、理论产量和实际产量，其中以M1F0.75实际产量最高，达到8 437.5 kg·hm-2，较单施化肥处理增产3.8%，差异显著（P<0.05）。综合而言，本试验条件下，在翻压紫云英30 000 kg·hm-2后，配施75%化肥（N 123.8 kg·hm-2、P2O5 45 kg·hm-2、K2O 45 kg·hm-2）时，可实现水稻理论和实际产量最大化。

关键词：紫云英;化肥减量;水稻;土壤养分;产量

中图分类号：S541.3; S155.2+92; S511          文献标识码：A         DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.12.007

Abstract： The experiment was conducted to study the effects of chemical fertilizer reduction on soil nutrients and rice yield characteristics under the condition of overturning Astragalus sinicus L. green manure to the field. Seven treatments were set， which included M0F0 （no A. sinicus L. overturning + no chemical fertilizer）， M0F1 （no A. sinicus L. overturning + 100% chemical fertilizer）， M1F0 （A. sinicus L. overturning + no chemical fertilizer）， M1F1 （A. sinicus L. overturning + 100% chemical fertilizer）， M1F0.9 （A. sinicus L. overturning + 90% chemical fertilizer）， M1F0.75 （A. sinicus L. overturning + 75% chemical fertilizer）， and M1F0.6 （A. sinicus L. overturning + 60% chemical fertilizer）. The contents of alkali-hydrolyzed nitrogen， available phosphorus and available potassium in soil were determined at different growth stages of rice， and the effective panicle， total grain number of panicle， filled grains number per panicle， shrunken grain rate， 1 000-grain weight， theoretical yields and actual yields of rice were investigated. The results showed that compared with M0F0， the M1F0 treatment was helpful to increase the soil alkali-hydrolyzed nitrogen content at rice heading stage and mature stage， and also the soil available potassium content from the early tiller stage to the mature stage. Compared with M0F1， the treatments of M1F1， M1F0.9， M1F0.75， and M1F0.6 were helpful to increase the soil alkali-hydrolyzed nitrogen content at rice heading stage and maturity stage. Compared with M0F0， the other six treatments were helpful to increase the effective panicle， total grain number of panicle， filled grains number per panicle， 1 000-grain weight， theoretical yields and actual yields， among which the treatment of M1F0.75 had the highest actual yields （8 437.5 kg·hm-2）， and the yields significant increased by 3.8% compared with M0F1（P<0.05）. Comprehensively， in this experiment， when the application amount of A. sinicus L. green manure were 30 000 kg·hm-2， combining with 75% chemical fertilizer （N 123.8 kg·hm-2， P2O5 45 kg·hm-2， K2O 45 kg·hm-2）， the theoretical and practical yield of rice could be maximized.

Key words： Astragalus sinicus L.; reducing application rate of chemical fertilizer; rice; soil nutrients; yield

紫云英（Astragalus sinicus L.）为豆科黄芪属越年生草本植物，是我国南方重要的绿肥作物，迄今已有两千多年种植历史[1-2]。有研究表明，利用紫云英作为稻田綠肥，不仅能改善土壤状况，提高土壤肥力[3-5]，增加土壤微生物活性[6-8]，而且能减少化肥投入、提高水稻产量与品质[9-12]。然而，自20世纪80年代以来，由于化肥工业的急速发展，化肥得到普遍推广应用，加上人们对绿肥种植的作用认识不足、农作物复种指数提高，以及受各地养地政策、资金补贴等原因影响，导致绿肥生产滑坡，面积急剧下降[13]。随着化肥用量的不断增加，带来一系列耕地质量、环境等问题，有研究表明，过量施用化肥会造成土壤板结、酸化、化肥利用率低、面源污染加剧等问题[14-17]。为有效改善生态环境，提升地力质量，党的十八届五中全会提出，大力实施“藏粮于地”、“藏粮于技”战略[18-19]，种植绿肥则是有效促进耕地保持持续、健康的生产能力，保持耕地永续、常种常新的措施之一。

为了探讨水稻种植中紫云英与化肥的合理配比，以及紫云英翻压配合化肥减量对水稻生长的影响，特安排本试验，以期为水稻的化肥减量增效提供理论支撑。

1 材料和方法

1.1 试验田状况

试验于2018年4—10月在湖北省当阳市庙前镇井岗村进行，30°51′34.0″N， 111°51′38.9″E，土壤为长江冲积母质上发育的水稻土，土种为白散泥土，地块平坦，肥力均匀，排灌方便。

1.2 试验设计

试验设7个处理：（1）M0F0，不翻压紫云英+不施化肥;（2）M0F1，不翻压紫云英+推荐施化肥;（3）M1F0，翻压紫云英+不施化肥;（4）M1F1，翻压紫云英+100%化肥;（5）M1F0.9，翻压紫云英+90%化肥;（6）M1F0.75，翻压紫云英+75%化肥;（7）M1F0.6，翻压紫云英+60%化肥。

紫云英为外田运入，整株翻压呕制入田，用量为30 000 kg·hm-2，化肥用量N-P2O5-K2O为165-60-60 kg·hm-2（养分纯量，下同），作为化肥推荐量，各减量处理均以此为基础。

化肥使用单质肥料，分别为尿素（华强化工股份有限公司，含N 46%）、过磷酸钙（湖北长坂坡肥料有限公司，含P2O5 12%）和氯化钾（中化化肥控股有限公司，含K2O 60%）。化肥氮肥分2次施用，基肥与分蘖肥比例为60%和40%;磷、钾肥均作基肥使用。

小区面积33.3 m2，小区间筑土埂并覆盖薄膜，以防止串水串肥，每个处理3个重复，处理间和重复间设置独立的排灌沟。供试水稻品种为‘盐两优2208，采取催芽直播，于4月28日播种，9月26日收获。

1.3 样品采集与分析

试验开始前，取整株紫云英植株样品，测定其养分含量（干基：N 26.8 g·kg-1，P2O5 3.05 g·kg-1，K2O 23.7 g·kg-1）。测定方法为105 ℃杀青30 min，65 ℃烘干至恒质量，植株N、P、K全量分析采用H2SO4-H2O2消化，N素测定用凯氏定N法，P素测定用钼锑抗比色法，K素用火焰光度计法;取基础土样测定养分含量[20]（pH值6.1，有机质28.6 g·kg-1，全氮1.56 g·kg-1，碱解氮299 mg·kg-1，有效磷6.5 mg·kg-1，速效钾 180 mg·kg-1）。

水稻生长的分蘖初期、分蘖盛期、抽穗期、成熟期取耕层（0～18 cm）土壤样品，测定速效养分含量，试验结束后，取水稻植株样品考种，各小区单打单收，测定水稻产量。

1.4 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2007和SPSS 18软件分析。

2  结果与分析

2.1 不同紫云英翻压处理对土壤养分含量的影响

2.1.1 土壤碱解氮    由图1可知，水稻移栽期未施入各处理时，处理间土壤碱解氮含量处于一致的水平;施入各处理后随着水稻生育期的推进，土壤碱解氮含量均呈下降趋势，且各生育期不施化肥的处理（M0F0和M1F0）均低于各施用化肥的处理（M0F1、M1F1、M1F0.9、M1F0.75和M1F0.6），同时，全化肥施用处理土壤碱解氮均表现为翻压紫云英（M1F1）>不翻压紫云英（M0F1）;施用化肥的各处理中，不翻压紫云英处理（M0F1）土壤碱解氮含量在分蘖初期优势较为明显，高于除M1F1以外的其他处理，但在分蘖盛期、抽穗期和成熟期则均低于各翻压紫云英配施化肥的处理（M1F1、M1F0.9、M1F0.75、M0F0.6），这应该是由于紫云英腐解不断释放养分，以弥补化肥养分释放快导致后期养分供应不足的情况，可在水稻生育后期保证养分的持续稳定供应。

2.1.2 土壤有效磷    由图2可知，水稻移栽期未施入各处理时，处理间土壤有效磷含量处于一致的水平;施入各处理后随着水稻生育期的推进，土壤有效磷含量均呈下降趋势，且在分蘖初期、分蘖盛期和抽穗期，不施化肥的处理（M0F0和M1F0）均显著低于各施用化肥的处理（M0F1、M1F1、M1F0.9、M1F0.75和M1F0.6）（P<0.05），而至成熟期各处理又处于基本一致的水平，处理间差异不显著（P>0.05）。

2.1.3 土壤速效钾    由图3可知，水稻移栽期未施入各处理时，处理间土壤速效钾含量处于一致的水平;施入各处理后随着水稻生育期的推进，土壤速效钾含量均呈下降趋势，且在分蘖初期、分蘖盛期和抽穗期，不施化肥的处理（M0F0和M1F0）均低于各施用化肥的处理（M0F1、M1F1、M1F0.9、M1F0.75和M1F0.6），而至成熟期各处理又处于基本一致，处理间差异均不显著（P>0.05）;不施用化肥处理土壤速效钾均表现为翻压紫云英（M1F0）>不翻压紫云英（M1F0），说明紫云英腐解释放养分可在一定程度上增加土壤速效钾含量，而施用化肥的5个处理则因肥料供钾和紫云英腐解供钾双重因素导致同一生育期不同处理间土壤速效钾含量有一定的波动，但整体趋势均保持一致。

2.2 不同紫云英翻压处理对水稻产量性状的影响

由表1可知，与M0F0相比，其它各处理有效穗、穗总粒数、实粒数、空瘪率、千粒质量和理论产量等均有增加;与单施化肥（M0F1）相比，配合紫云英翻压后（M1F1），虽然空瘪率和千粒质量增加，但有效穗、穗总粒数、实粒数均有所下降，最后导致理论产量下降，田间长势表现为有贪青晚熟现象，说明翻压紫云英后，推荐施肥应该减量;在翻压紫云英的各处理（M1F0、M1F1、M1F0.9、M1F0.75、M1F0.6）中，与不施化肥（M1F0）相比，其他各处理有效穗增加10.6%～16.7%，穗总粒数除M1F0.6处理略有减少外，其他处理均有增加，增幅6.0%～17.0%，实粒数各处理有增有减，以M1F0.75处理表现最优，达130.7粒·穗-1，增幅14.6%，千粒质量处理间变化不大，变幅-1.0%～3.0%，理论产量增幅8.2%～25.6%，说明翻压紫云英必须配施化肥方能达到最佳产量效果。综合而言，各处理理论产量排序与实际产量（表2）略有不同，但均以M1F0.75产量最高，即在紫云英翻压处理中配施75%化肥水稻产量性状综合表现最好。

2.3 不同紫云英翻压处理对水稻实际产量的影响

由表2可知，在不施化肥情况下，与翻压紫云英处理（M1F0）相比较，不翻压紫云英处理（M0F0）减产5.5%;翻压紫云英的各处理表现为M1F0.75>M1F0.9>M1F1>M1F0.6>M1F0，处理间差异均显著（P<0.05），说明翻压紫云英条件下配施化肥处理的水稻较不施化肥处理均表现为增产，增产幅度为18.6%～38.2%，其中以配施75%化肥（M1F0.75）表现最好;比较100%化肥条件下的翻压紫云英（M1F1）与不翻压紫云英（M0F1）处理， 前者因为水稻出现贪青晚熟现象，比后者减产4.9%，差异显著（P<0.05）;与单施化肥（M0F1）相比，翻压紫云英配施90%化肥（M1F0.9）的处理与其产量无显著差异（P>0.05），配施75%化肥（ M1F0.75）处理则显著增产3.8%（P<0.05），而配施60%化肥（M1F0.6）处理显著减产11.8%（P<0.05）。综合而言，翻压紫云英后化肥应该在推荐量的基础上减量才能使水稻产量最大化，减量效果以配施75%化肥（M1F0.75）最好。

3 结论与讨论

稻田绿肥的腐解可为土壤提供养分，有助于化肥的减量，同时弥补化肥后劲不足的缺陷。有研究表明，氮肥施用对提高土壤中氮含量并不明显，但用有机肥部分代替化肥可有效提高土壤中微生物量氮、礦质氮[21]、及土壤中有效氮含量[22-23]。本研究中，紫云英配合化肥施用处理的土壤碱解氮含量在水稻抽穗期和成熟期均高于单施化肥处理（图1），说明其在一定程度上可提高土壤氮素的有效性及氮素供应的持效性，这与吕玉虎等[11]、王允青等[24]、谢志坚等[25]的研究结果一致;不施化肥处理在水稻分蘖期土壤碱解氮含量基本一致，但在抽穗期和成熟期均表现为翻压紫云英处理高于不翻压紫云英处理，可能是由于紫云英腐解需要时间，在本试验中于分蘖期后陆续释放氮素养分;土壤有效磷和速效钾含量变化相似，但在不施化肥处理的土壤有效磷含量在翻压紫云英与不翻压紫云英处理间基本相同，而土壤速效钾含量则表现为翻压紫云英处理高于不翻压紫云英处理，这可能是因为紫云英腐解释放钾素较为容易但释放磷素较为困难。由此可见，同样翻压紫云英入稻田，不同土壤养分的变化亦不同，故有关紫云英腐解过程中氮、磷、钾养分效应相关的研究还有待于进一步深入。

紫云英与化肥配合施用，既满足水稻对速效养分（化肥提供）的吸收利用，同时又能利用紫云英腐解缓慢释放养分，以实现水稻养分的持续稳定供应，促进水稻生长，进而实现增产增收。本研究中，与不翻压紫云英也不施化肥的处理相比，翻压紫云英及施肥的各处理均有助于改善水稻的产量结构，提高有效穗、穗总粒数、实粒数、空瘪率、千粒质量和理论产量，其中理论产量以翻压紫云英处理配施75%和90%的化肥分别列居第1和2位，高于单施化肥处理，而实际产量则以翻压紫云英处理配施75%化肥最高，显著高于单施化肥处理（P<0.05），而配施90%化肥的处理略低于单施化肥处理，但差异未达显著水平（P<0.05）。这与王允青等[24]、曾庆利等[26]、黄庆裕[27]、陈秀华等[28]有关研究结果一致。谢志坚等[26]、李双来等[29]、吴萍萍等[30]、刘英等[31]研究认为，稻田中翻压紫云英能够减少化肥用量，翻压紫云英22 500 kg·hm-2可减少20%～60%的化肥用量，水稻产量没有显著差异，但以替代 20%化肥效果最好。本研究中，当化肥用量减至60%时，水稻产量较单施化肥降低11.8%，表明此时紫云英带入所补充的养分不足以替代化肥减施的养分，谢志坚等[25]研究亦表明增施紫云英后，化肥减施至60%时水稻产量表现为略减产。此外，吕玉虎等[11]、李双来等[29]、刘永红等[32]研究认为按22 500 kg·hm-2的施入量将紫云英整株翻压入稻田时，减肥20%处理的效果最好，与本研究中配施75%化肥的增产效果最佳略有差异，这一方面可能是试验区域不同所致，另一方面应该与本试验将紫云英施入量提高到30 000 kg·hm-2的缘故，说明增加紫云英施入量可进一步实现化肥减量，但有关紫云英施入量与化肥减量之间的关系及优化配比还有待于进一步开展研究。

综合而言，在本试验条件下，以30 000 kg·hm-2施入量翻压紫云英处理有助于增加土壤碱解氮和速效钾含量，调整水稻产量性状指标，其中以配施75%化肥（N 123.8 kg·hm-2、P2O5 45 kg·hm-2、K2O 45 kg·hm-2）实际增产效果最好，产量达到8 437.5 kg·hm-2，较单施化肥处理增产3.8%（P<0.05）。

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