冬种绿肥还田对春玉米主要农艺性状及产量的影响

王 玥，杜广祖，黄 钰，杨金睿，赵慧婷，陈 斌，肖关丽*

(1.云南农业大学农学与生物技术学院，云南 昆明 650201; 2.云南农业大学植物保护学院，云南 昆明 650201)

【研究意义】玉米是全球也是中国第一大作物，在确保国家粮食安全中占有重要地位[1]。中国作为世界上最大的玉米消费国和生产国，玉米种植面积约占耕地总面积的1/5，总产量占1/4以上[2]。肥料是玉米生长和高产的基础，研究如何合理施肥对玉米生产至关重要。从绿色革命开始，无机肥被广泛使用[3]，化肥的不合理施用导致严重的水土污染问题。为实施化肥农药零增长，利用有机氮肥替代50 %化肥可显著提高玉米的产量及生物量，其增产能力不输于全施无机肥[4]。因此，肥料供应源从无机转到有机将成为肥料发展的必然趋势[5]。绿肥是有机肥料中重要的组成部分，同时也是改善土壤肥力、农田生态环境及化肥污染的重要措施。【前人研究进展】近年来，随着绿色发展上升到国家战略地位，绿肥作为新型生态肥料被深入研究，农户也逐步采用[6]。李尚军等研究表明，冬种绿肥翻压后种植春玉米，既可减少化肥使用量，降低耕作经济成本，还可增加土壤养分，降低土壤板结，改善土壤理化性状，提高耕地生产力[7]。吕汉强等研究表明，冬种绿肥翻压还田可显著提高玉米的产量和干物质积累[8]。谢树果等研究认为，翻压绿肥并少量减施化肥可提高氮素的利用率，促进玉米增产，比单施化肥增产13.7 %～17.3 %[9]。玉米是云南省的主要粮食作物之一，也是省内种植面积最大的粮食作物[10]，昆明地区是云南省重要的玉米生产区域之一[11]，但在玉米生产过程中存在施肥量大和病虫害发生危害严重等问题，严重影响了玉米产业的发展。【本研究切入点】目前关于绿肥在玉米生产中的作用及意义的研究虽有不少报道，但是各地因气候环境、玉米品种及玉米的种植方式的不同，不同种类的绿肥对不同区域的适应性和培肥效果也有所差异。为此，选用5种绿肥冬种，研究其还田后对春玉米生长及产量的影响。【拟解决的关键问题】以期为昆明地区冬闲田绿肥种植的合理选择及玉米生产减施化肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

2018-2020年在寻甸县云南农业大学现代农业教育科研基地，海拔1864 m，地理坐标为东经25°16′41″北纬103°16′41″。种植方式为玉米1年1熟制，试验地土壤为酸性红壤土。

1.2 试验设计

绿肥作物为黑麦草(Loliumperenne)、箭筈豌豆(Astragalussinicus)、光叶苕子(Viciasativa)、肥田萝卜(Raphanussativus)、毛叶苕子(Viciavillosa)。绿肥种子均由江西省农业科院土壤肥料与资源环境研究所统一提供。

试验设8个处理：处理T1，箭筈豌豆→玉米，箭筈豌豆播种量为60 kg·hm-2；处理T2，光叶苕子→玉米，光叶苕子播种量为60 kg·hm-2；处理T3，肥田萝卜→玉米，肥田萝卜播种量为11.25 kg·hm-2；处理T4，毛叶苕子→玉米，毛叶苕子播种量为60 kg·hm-2；处理T5，黑麦草→玉米，黑麦草播种量为22.5 kg·hm-2；处理T6，光叶苕子×肥田萝卜→玉米，光叶苕子和肥田萝卜播种量分别为45和6 kg·hm-2；处理T7，光叶苕子×肥田萝卜×黑麦草→玉米，光叶苕子、肥田萝卜和黑麦草的播种量分别为45和6 kg·hm-2；处理T8(CK)，冬闲-玉米。每处理3次重复，小区面积50 m2，随机区组排列。

1.3 试验方法

玉米品种为宣宏18，种植密度47 619 株·hm-2，株行距为0.35 m×0.6 m。玉米施肥量为过磷酸钙179.9 kg·hm-2，硫酸钾599.7 kg·hm-2。磷肥、钾肥、均作为基肥一次施入，氮肥使用尿素(总氮≥46.4 %)，分别在大喇叭口期和抽雄期施入，每次施用量239.9 kg·hm-2。

农艺性状的测定：分别在玉米拔节期、大喇叭口期、抽雄期和成熟期，每小区选取长势均匀的玉米植株5株，测定株高、茎粗、单株叶面积(采用长宽系数法测定：全展开叶系数为0.75，非全展开叶系数为0.5)和生物量。

产量测定：成熟期对各小区玉米进行采收，收获中间2行，自然风干，含水率按14 %进行折算，计算产量。

室内考种：每个小区选均匀的玉米10穗进行考种，室内风干后测量穗长、穗粗、穗行数、行粒数、秃尖长、穗粒数及百粒重。

1.4 数据统计

利用Microsoft Excel 2010软件进行数据统计和图表制作，试验数据取3次重复的平均值，采用Duncan新复极差法进行统计分析。所有数据分析均在DPS 7.05系统中进行。

2 结果与分析

2.1 冬种绿肥还田对春玉米农艺性状的影响

2.1.1 冬种绿肥对春玉米株高的影响 由图1可知，冬种绿肥后换茬玉米，各处理玉米株高在各生育时期均高于处理T8(CK)。玉米拔节期，玉米株高各绿肥处理为(57.93±7.24)～(78.10±2.59)cm，其中，处理T1最高，处理T4最低。处理T1～T7分别较处理T8(CK)高出67.60 %、63.38 %、46.78 %、24.32 %、46.07 %、47.93 %和37.34 %，除了处理T4以外，各处理株高与处理T8(CK)均差异显著(F=5.75，P<0.05)。大喇叭口期，玉米株高各绿肥处理为(104.90±1.55)～(173.10±8.61)cm，处理T1～T6较处理T8(CK)高17.35 %、65.01 %、53.45 %、29.01 %、18.33 %、57.04 %，其中处理T2、处理T3、处理T4和处理T6的株高显著高于处理T8(CK)(F=18.30，P<0.05)。玉米抽雄期，玉米株高各绿肥处理为(161.13±13.00)～(203.43±2.77) cm，处理T1～T7分别较处理T8(CK)高出22.56 %、19.80 %、22.81 %、13.41 %、23.50 %、26.67 %和0.33 %，除处理T7以外，各处理显著高于处理T8(CK)(F=9.22，P<0.05)。玉米成熟期，玉米株高各绿肥处理为(211.50±13.52)～(246.20±4.28)cm，处理T1～T7玉米株高分别较处理T8(CK)高出16.23 %、21.94 %、21.58 %、19.47 %、20.27 %、27.01 %和4.74 %，除处理T7以外，各处理株高和处理T8(CK)有显著差异(F=4.87，P<0.05)。

综合以上结果，冬种绿肥能有效促进春玉米的生长，提高株高。玉米拔节期，处理T1玉米株高增幅最大；大喇叭口期，处理T2 玉米株高增幅最大；抽雄期和成熟期，处理T6玉米株高增幅最大。

“‘海宁网’是肯定要搞起来的，我找了老板（报社社长）和徐老大（宣传部长），想把‘市长信箱’拉给我们，有了这把尚方宝剑，‘海宁网’影响就大了。纪委、检察院能请人去‘喝茶’，说不定海宁网今后也能请人来‘喝茶’”。”

2.1.2 冬种绿肥对春玉米茎粗的影响 由图2可知，冬种不同种类绿肥的春玉米茎粗随着生育期的推进而增加，大喇叭口期和抽雄期达到最大值，抽雄期后降低。同一时期各绿肥处理茎粗亦有差异。拔节期，各绿肥处理的玉米茎粗分别高出处理T8(CK)45.34 %、54.19 %、45.94 %、29.74 %、35.42 %、50.50 %和42.59 %，具体呈现为处理T2>处理T3>处理T1>处理T7>处理T6>处理T5>处理T4。大喇叭口期和成熟期处理T6的玉米茎粗最大，分别为(32.97±3.2)和(27.54±3.62)mm，高于处理T8(CK)34.51 %和27.35 %。其中，大喇叭口期的处理T6玉米茎粗与处理T8(CK)有显著差异(F=8.08，P<0.05)。抽雄期，各绿肥处理茎粗分别低于处理T8(CK)9.45 %、7.66 %、3.06 %、4.25 %、6.52 %、7.35 %和1.14 %，但与处理T8(CK)无显著差异(F=1.06，P>0.05)。

综上所述，在春玉米整个生育时期茎粗表现为处理T6最粗，处理T1玉米茎秆直径最小。绿肥还田后种植玉米的玉米茎粗在拔节期至大喇叭口期变化较大，在大喇叭期后趋于平稳。

2.1.3 冬种绿肥对春玉米单株叶面积的影响 由图3可知，绿肥还田后种植春玉米，玉米叶面积随着生育期推进呈先增加后减小的趋势。各生育时期，绿肥处理玉米叶面积较处理T8(CK)均有不同程度增加，玉米拔节期，各绿肥处理较处理T8(CK)高出46.95 %～141.56 %，其中处理T1、处理T2和处理T6分别高出CK 438.48、436.89和452.42 cm2，且与处理T8(CK)有显著差异(F=3.40，P<0.05)。大喇叭口期各绿肥处理较处理T8(CK)高出1.53 %～181.11 %，其中处理T2、处理T3和处理T6的单株叶面积分别高于处理T8(CK)2408.55、2865.93和2820.66 cm2，且与处理T8(CK)有显著差异(F=3.40，P<0.05)。抽雄期各绿肥处理较处理T8(CK)高出3.57 %～34.51 %，其中处理T2和处理T5分别比处理T8(CK)高1343.84和1333.64 cm2，与处理T8(CK)存在显著差异(F=2.26，P<0.05)。抽雄期后所有处理单株叶面积开始降低，玉米成熟期，处理T2单株叶面积较处理T8(CK)增幅最大，达(4985.77±1015.73)cm2，显著高于处理T8(CK，F=2.34，P<0.05)。

综合以上结果，冬种绿肥可维持玉米生育期后期的叶面积。在整个生育时期，处理T2、处理T3和处理T6玉米单株叶面积增幅最大。

2.1.4 冬种绿肥对春玉米干物质积累量的影响 由图4可知，冬种不同种类绿肥，玉米干物质积累量不同。拔节期，各绿肥处理玉米干物质积累量为(21.60±12.87)～(39.26±17.49)g·m-2，处理T2玉米干物质积累量最高，处理T4最低。各绿肥处理玉米干物质积累量分别较处理T8(CK)高出249.54 %、279.88 %、187.31 %、108.98 %、165.02 %、152.17 %和159.60 %，处理T1和处理T2玉米干物质积累量显著高于处理T8(CK)(F=3.40，P<0.05)。大喇叭口期，各绿肥处理玉米干物质积累量为(123.17±10.47)～(385.58±104.95)g·m-2，各绿肥处理玉米干物质积累量分别较处理T8(CK)高20.07 %、178.08 %、229.22 %、68.99 %、28.33 %、245.70 %和10.43 %。其中处理T2、处理T3和处理T6的干物质积累量显著高于处理T8(CK，F=10.23，P<0.05)。玉米抽雄期，各绿肥处理玉米干物质积累量为(369.82±40.13)～(440.02±39.27)g·m-2，各绿肥处理玉米干物质积累量分别较处理T8(CK)高出21.90 %、14.86 %、21.14 %、15.90 %、14.34 %、36.04 %和15.53 %。玉米成熟期，各绿肥处理玉米干物质积累量为(1115.07±63.31)～(1491.65±473.33)g·m-2，各绿肥处理玉米干物质积累分别较处理T8(CK)高出40.55 %、86.06 %、43.99 %、75.50 %、48.73 %、74.41 %和39.09 %，其中处理T2的干物质积累量最大，但与处理T8(CK)无显著差异(F=0.94，P>0.05)。

综合以上结果，冬种绿肥可以有效地促进春玉米干物质的积累。玉米拔节期和成熟期，处理T2玉米干物质积累量增幅最大；大喇叭口期和抽雄期，处理T6玉米干物质积累量增幅最大。在整个生育时期，处理T2和处理T6玉米地上部干物质积累最高。

2.2 冬种绿肥对玉米产量的影响

2.2.1 冬种绿肥对玉米穗部性状的影响 由表1可知，不同种类绿肥还田处理可增加春玉米穗长，尤其是处理T3、处理T4、处理T6的穗长较处理T8(CK)显著增加。此外，绿肥换茬玉米可增加玉米穗粗和行粒数，且除处理T7以外，各绿肥换茬春玉米处理的穗粗与处理T8(CK)有显著差异(F=3.15，P<0.05)。处理T3、处理T6行粒数分别高于处理T8(CK)12.00 和11.67粒，且显著差异(F=3.56，P<0.05)。除了处理T1以外，各绿肥换茬玉米的秃尖长均低于处理T8(CK)，其中处理T5的秃尖长最短，为(2.57±0.60)cm但与处理T8(CK)差异均不显著(F=1.71，P>0.05)。各绿肥处理的玉米百粒重较处理T8(CK)高4.39～6.68 g，与处理T8(CK)差异显著(F=3.42，P<0.05)；穗粒数较处理T8(CK)多54～213粒，处理T1和处理T6与处理T8(CK)差异显著。

表1 绿肥还田对春玉米穗部性状的影响

表2 不同种类绿肥还田对玉米产量的影响

综上，不同种类绿肥换茬玉米可改善春玉米果穗形态，从而影响玉米产量，处理T3的穗长、行粒数和穗粗增加最大；处理T5的穗粗增幅最大；处理T5秃尖长降低最小；处理T6的百粒重和穗粒数增加率最高。

2.2.2 冬种绿肥对玉米产量的影响 由表2可知，从各绿肥换茬春玉米后玉米的产量可以看出，各绿肥处理较处理T8(CK)玉米产量分别增加(1010.37±339.15)～(1489.59±219.40)kg·hm-2，各绿肥处理小区产量均较处理T8(CK)显著增加(F=12.10，P<0.05)。各绿肥处理增产效果呈现为处理T2>处理T6>处理T4>处理T3>处理T1>处理T5>处理T7。其中处理T2玉米产量最高，实际产量达(9873.21±151.95)kg·hm-2，显著高于处理T8(CK)，增幅17.77 %，增产(1489.59±219.40)kg·hm-2，处理T7产量最低，但仍高于处理T8(CK)12.05 %，增产(1010.37±339.15)kg·hm-2。

综上所述，冬季种植不同种类的绿肥对玉米增产效果显著，其中处理T2对玉米的增产效果最为明显。

3 讨 论

3.1 绿肥还田对玉米农艺性状的影响

冬季种植绿肥翻压后种植春玉米，玉米各生育时期株高均较冬闲田(CK)显著增加，茎粗有增加，但与冬闲田(CK)无显著差异，宁晓光等也有相一致结果[3]。玉米叶面积大小在一定程度上是决定干物质生产的重要因素，绿肥还田后玉米生育中后期的单株叶面积高于冬闲田(CK)，前茬为光叶苕子(T2)和肥田萝卜混播光叶苕子(T6)的玉米单株叶面积在成熟期时可维持在4855.93～4985 cm2。与此同时，抽雄期过后春玉米地上部生物量的积累量增加迅速， Feng等[12]研究也有相同结果，究其原因是绿肥还田降低了玉米生育后期叶绿素含量的分解速度，延缓了叶片的枯黄衰老，保障了玉米中后期光合面积和有机物的积累[8]。

不同种类的绿肥还田后对玉米生长的影响不同，毛叶苕子、光叶苕子对玉米农艺性状的促进作用强于肥田萝卜和黑麦草，究其原因是豆科绿肥根系上独特的根瘤菌可将空气中的氮素固定转化为有机氮化物，从而对玉米的促进效果更明显。光叶苕子和肥田萝卜混播(T6)可显著改善春玉米各生育时期农艺性状，豆科绿肥与十字花科绿肥混作，根系分布于不同土层，促进土壤疏松，土壤养分丰富，改良了土壤理化性状，叶乐士的研究也有一致结果[13]。但黑麦草、光叶苕子和肥田萝卜3种绿肥混播还田(T7)对玉米农艺性状的促进效果不及其它处理明显，可能是黑麦草地上部分的生物量较大，前期生长过程中消耗土壤中较多的速效养分，再加上其纤维含量高，还田后腐烂分解速度较慢，导致后茬玉米的养分供应不足，影响了玉米生长和产量，李利利研究也有相同结果[14]。

3.2 冬作绿肥还田对玉米产量及穗部性状的影响

绿肥换茬春玉米可以在时间和空间上充分有效利用光、热水及土壤等自然资源。冬种不同种类的绿肥翻压后可提高春玉米产量，光叶苕子(T2)、肥田萝卜×光叶苕子(T6)以及毛叶苕子(T4)还田处理的玉米产量较冬闲-玉米(CK)显著增加，增幅分别达17.77 %、16.58 %和16.25 %，杨春霞等研究也有相同结果[15]。这与绿肥在被翻压后被分解腐熟过程中会产生大量的氮素和钾素和少部分磷素有关，在此过程中培肥了土壤，提高了土壤酶活性，并促进了玉米根系呼吸和地上部的生长[16]，从而有利于玉米产量的提高。本研究表明，光叶苕子(T2)还田后春玉米的增产效果最为显著，该处理玉米整个生育期的单株叶面积与地上部干物质积累量均高于其他绿肥还田处理，说明选择合适种类的绿肥能更为有效地延长春玉米的叶面积和叶片的光合持续时间，保障春玉米生育后期的光合作用，促进干物质积累，从而直接影响其产量，朱军报道也有类似结果[17]。

绿肥换茬后，对玉米穗长、穗粗、行粒数、百粒重、穗粒数等穗部性状均有促进作用，且玉米秃尖长降低，结实率提高，吕汉强等[8]的研究也有相同结果。不同研究报道表明，绿肥影响玉米产量的主导因素存在差异，梁秀兰等[18]认为绿肥主要是通过增加玉米的穗长和行粒数来增加玉米产量，葛发琴[19]研究发现绿肥处理种植的玉米穗行数、行粒数、穗粒数和千粒重的增加是其单产高于对照的主要因素。不同种类的绿肥对后茬春玉米的穗部性状影响效果不同，前茬为肥田萝卜、毛叶苕子及肥田萝卜和光叶苕子混播的处理对玉米穗长的促进效果最明显；而冬种黑麦草抑制春玉米秃尖长增长；肥田萝卜、肥田萝卜混播光叶苕子则有利于玉米的行粒数和穗粒数的增加。

3.3 冬种绿肥还田的田间生态效应及研究展望

土壤微生物活性是植物吸收土壤有效养分的重要因素，其对植物的生长以及生产力有显著影响[20]。绿肥还田对田间土壤微生物群落具有明显的促进作用，赵蕊等[21]认为绿肥翻压后可改善土壤理化性质，促进土壤微生物的大量繁殖。此外，微生物还在土壤有机碳转化中发挥重要的作用，而翻压绿肥并与化肥配施不仅可以显著增加放线菌和真菌的数量，还可提高有机碳转化效率[22]。王飞等[23]研究也发现绿肥翻压为土壤提供了大量碳源和氮源，使土壤细菌Shannon指数与Simpson指数明显提高，同时还使植烟土壤细菌结构得到了改善。绿肥是许多作物病虫害适宜的替代寄主或栖息场所，绿肥可部分代替粮食作物成为害虫的食物地和繁殖地，从而使主栽作物上虫害的种群数量发生变化。例如：黏虫和斜纹夜蛾是绿肥与粮食作物共有的多食性害虫，绿肥种植为其提供了食物和避难所，粮食作物上的黏虫和斜纹夜蛾相应数量下降。对此，可利用害虫趋向于在绿肥上繁殖、栖息和取食，转移害虫的取食对象，进而采取食物引诱剂防控技术，影响其种群分布，减轻其对主栽作物的危害。也可使用绿肥挥发物引诱、干扰害虫行为，把绿肥作为诱集带或开发相应的驱避剂等[24]。

4 结 论

冬种绿肥还田对春玉米整个生长生育期株高、茎粗、叶面积、穗长、穗粗、行粒数、百粒重和穗粒数等农艺性状均有促进作用，对玉米秃尖长有抑制作用。其中，对玉米株高、单株叶面积和地上部干物质影响最大。光叶苕子、毛叶苕子及光叶苕子混播肥田萝卜对玉米产量和生长的促进效果最好，可为昆明玉米生产区绿肥种类选用提供参考。