北方冬季绿肥适宜种植作物的筛选

赵 秋，张新建，宁晓光

（天津市农业科学院，天津 300192）

0 引言

华北玉米-小麦轮作种植区由于缺水原因冬小麦种植面积骤减形成耕地冬春季节性裸露，导致扬尘频发、水土流失严重；“重化肥、轻有机肥”、“重产出，轻投入”生产方式致使现有的耕地质量逐年下降。充分利用冬闲田及冬、春自然资源，进行冬绿肥栽培，能很好地覆盖地面，缓和暴风雨对土壤的直接侵蚀，减少水、土、肥的流失，改善土壤理化性状，固氮蓄碳，抑制硝态氮淋溶，抑制扬尘。同时，冬绿肥种植也是国家实施“轮作休耕”、“有机肥替代化肥”、“耕地质量提升”等战略的重要措施[1-3]。国内外研究表明：冬绿肥能够增加地表生物覆盖，抑制硝态氮淋溶，增加土壤微生物数量和活性，增加稻田生态系统碳蓄积效应[4-9]。鉴于此，在华北春玉米种植区域引入冬绿肥作物，用以缓解当前农田环境与生态难题，同时引导农业生产向健康、可持续方向发展。生物产量以及物候期是选择适宜冬绿肥的双重标准。本试验以天津地区春玉米单作为研究对象，调研和试种了一批冬绿肥种质资源，经过连续2年引种和测试分析，筛选出天津地区适宜与春玉米轮作的冬绿肥品种。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验设置在天津市武清区现代农业科技创新基地进行（北纬39°21′、东经117°10′、海拔3.6 m）。该地区属于暖温带半湿润大陆季风气候，年均降水量为586.1 mm；年平均气温11.6℃；全年日照总量2810 h；无霜期203天。试验土壤为潮土，基础土壤理化指标为全氮1.15 g/kg，全磷0.83 g/kg，全钾19.47 g/kg，有机质18.47 g/kg，碱解氮66.78 mg/kg有效磷21.05 mg/kg，速效钾241.5 mg/kg，pH 8.10。

1.2 供试作物

参考相关研究资料收集和引进20种冬绿肥作物作为试验材料进行冬绿肥与春玉米轮作筛选试验。20种冬绿肥作物包含禾本科作物4种，豆科作物13种，十字花科作物3种，具体作物名称、拉丁文及科属介绍见表1。

表1 供试冬绿肥作物

1.3 试验设计及生物产量测量

试验设20个处理：分别是二月兰、冬油菜、肥田萝卜、黑麦、燕麦、黑麦草、大麦、野豆子、小冠花、百脉根、黄花草木樨、白花草木樨、白三叶、红三叶、毛叶苕子、箭筈豌豆、野豆子、香豆子、豌豆和沙打旺，每个处理3次重复，小区面积4 m2，随机区组排列。于2014年和2015年9月中下旬播种，播种量均为45.0 kg/hm2。播种后灌出苗水，按照30 t/hm2喷灌形式灌溉。观察不同冬绿肥生育期，并记录出苗、苗期、返青（拔节）、抽薹期、初花期、盛花期，枯萎期，于次年4月中下旬测量冬绿肥株高、茎粗、叶长、叶宽等农艺性状。作物生长期间不施任何肥料和农药，不灌水。

1.4 测定项目及方法

测量冬前（12月25日）和翻压前（4月25日）选取1 m2，采集植株地上的整段标本鲜样在105℃下杀青，70℃烘干称重，计算生物产量。

采用重铬酸钾容量法测定土壤有机质含量；采用钼锑抗比色法测定土壤全磷含量；采用凯氏定氮法测定土壤全氮含量；采用NaOH熔融-火焰光度计法测定土壤全钾含量；pH用MicroBench pH酸度计测定；采用碳酸氢钠浸提-钼蓝比色法测定土壤有效磷；采用碱解扩散法测定土壤碱解氮；采用NH4OAc浸提-火焰光度法测定土壤速效钾[10]。

试验数据采用Microsoft Office 2010进行整理，利用SPSS19进行统计分析，采用Duncan新复极差检验法进行差异显著性检验，显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 冬绿肥生物产量及分类

将收集与引进的20个冬绿肥品种资源按照与玉米轮作的时间进行种植和调查，2年重复试验结果显示，所有参试冬绿肥作物在冬前均可出苗，且生物产量均在1400 kg/hm2以上，第一年和第二年结果类似。冬绿肥翻压前生物产量测试结果显示第一年有7种冬绿肥作物平均生物产量超过了3000 kg/hm2，分别是十字花科二月兰和冬油菜，禾本科黑麦和黑麦草，豆科毛叶苕子、白花草木樨和黄花草木樨，而第二年只有4种冬绿肥作物平均生物产量超过了3000 kg/hm2，分别是十字花科二月兰，禾本科黑麦和黑麦草，豆科毛叶苕子（表2）。按照生物量高低及两年越冬稳定性将参试冬绿肥进行分类[4]，可分为4类。第I类是生物产量高（大于3000 kg/hm2），且越冬稳定性较好的冬绿肥品种主要有二月兰、黑麦草、黑麦、毛叶苕子。第II类是生物产量高，但越冬稳定性不好的冬绿肥品种主要有冬油菜、白花草木樨、黄花草木樨。第III类是生物产量低（小于3000 kg/hm2），但越冬稳定性较好冬绿肥品种主要有小冠花、紫花苜蓿、白三叶、红三叶和沙打旺。第IV类是生物产量低，不能越冬的冬绿肥品种主要有香豆子、豌豆、箭筈豌豆、野豆子、大麦、百脉根、燕麦和肥田萝卜（表3）。

表2 连续2年不同冬绿肥干物质生物产量 kg/hm2

表3 冬绿肥耐寒稳定性分类

2.2 冬绿肥物候期

对试验筛选出的4种冬绿肥进行了物候期调查（表4）。黑麦和毛叶苕子在播种后3～5天出苗，二月兰和黑麦草在播种后8～10天出苗。二月兰物候期较早，初花期在4月初，盛花期在4月中下旬，5月下旬枯萎，全生育期约246天；毛叶苕子初花期在5月初，盛花期在5月中旬，6月下旬枯萎，全生育期约264天；黑麦草拔节期在4月中旬，孕穗期在5月初，5月中旬抽穗，整个生育期为249天；黑麦拔节期在4月中旬，孕穗期在5月初，5月初抽穗，整个生育期为245天。与春玉米进行轮茬，冬绿肥4月中下旬翻压最适宜，此时二月兰正处于盛花期，毛叶苕子正处于初花期，而黑麦和黑麦草处于孕穗期。

表4 冬绿肥作物的物候期

2.3 冬绿肥农艺性状

4种冬绿肥盛花期时生长状况存在显著差异（表5）。毛叶苕子株高显著高于其他绿肥，其次是黑麦，再次是二月兰，黑麦和二月兰的株高差异不显著，但显著高于黑麦草，黑麦草最矮；黑麦叶子最长，达31.2 cm，其次是黑麦草，然后是毛叶苕子，二月兰叶子最短，叶长在4种绿肥之间存在显著差异；4种绿肥叶子宽度与叶长相反，其中，二月兰显著高于其他3种绿肥，毛叶苕子显著高于黑麦草和黑麦，而黑麦草和黑麦之间差异不显著；茎粗表现为黑麦最大，其次是二月兰，再次为黑麦，最后为毛叶苕子，黑麦和二月兰之间差异不显著，两者显著高于黑麦和毛叶苕子，黑麦也显著高于毛叶苕子；根长表现为二月兰最长，其次是黑麦，然后为毛叶苕子，最短为黑麦，二月兰和黑麦之间差异不显著，两者显著高于毛叶苕子和黑麦，毛叶苕子又显著高于黑麦；不同绿肥的含水量差异较大，毛叶苕子含水量最大，显著高于其他绿肥，其次为二月兰，显著高于黑麦，最后为黑麦草，黑麦草和黑麦含水量之间差异不显著。总之，4种冬绿肥地上部分和根系农艺性状有较大不同，均有各自生长发育特点。

表5 冬绿肥盛花期的农艺性状

3 讨论与结论

冬绿肥作物有很多种类。围绕华北地区冬绿肥-春玉米轮作种植制度来选择冬绿肥作物要考虑冬闲期、种植时间、翻压时间、种植地点、作物种类、生物量、功能等。绿肥的重要评价指标包括绿肥作物翻压时生物产量，一般当地适宜绿肥作物的标准以生物产量（干物质）超过3000 kg/hm2作为目标[4]。在本研究中针对20种冬绿肥作物进行生物产量及越冬稳定性结果显示，天津地区与春玉米进行轮作冬绿肥品种有二月兰、黑麦草、黑麦和毛叶苕子，这几种作物有较高的生物产量并且越冬性稳定（2年平均）。美国中西部地区采用黑麦和毛叶苕子作为冬绿肥作物较为广泛，主要与玉米、棉花、大豆、小粒谷物以及小麦进行轮作。黑麦作冬绿肥主要是提供地表覆盖，水土保持功能，吸收种植玉米后土壤中残留的氮，为大豆或者小麦田保持土壤水分和抑制杂草。毛叶苕子作为冬绿肥是提供大量氮，增加春季地表覆盖，为玉米提供养分，增加谷物产量，生物产量达到4400 kg/hm2以上[11-12]。在美国北部冷凉地区种植黑麦主要作用是覆盖从而降低侵蚀，以及降低病虫害发生，抑制杂草，生物产量5100 kg/hm2以上[13]。中国南方稻区较多采用传统紫云英作为冬绿肥，小部分黑麦草、毛叶苕子，主要是利用冬闲田，替代化肥，减少化肥施用、养地等多种用途，生物量均在3600 kg/hm2以上[14-16]。二月兰近10年来用在华北地区冬绿肥作物，主要是覆盖冬春土壤，减少土地裸露，促进土壤氮、磷、钾养分循环，生物量在4200 kg/hm2以上[17-20]。

研究结果证实，冬油菜、白花草木樨和黄花草木樨2011年冬前和翻压前均有较高的生物产量，而在2012年3种作物冬前均有较高生物产量，翌年并没有成功返青，可能由于气候干燥，雨量偏少或者冬季寒冷等极端气候原因。在未来的研究中需要进一步探讨冬油菜、白花草木樨和红花草木樨不能返青的原因及限制因子，不同品种，极端温度耐受及持续时间以及水分等对其影响机制，进而改进农艺耕作等措施，从而增加天津地区与春玉米轮作可利用的冬绿肥品种。

综上所述，经过2年试验引进冬绿肥进行种植和生物产量测量，从20个引进冬绿肥品种中筛选出天津地区与春玉米适宜轮作的冬绿肥作物有毛叶苕子、黑麦草、二月兰、黑麦4个品种资源，两年表现为冬前均有较好覆盖，冬后成功返青，翻压前生物产量平均在3400 kg/hm2以上。其他的冬绿肥品种还待于继续种植与深入观察。

春玉米在4月末5月初种植，4月末最适宜翻压时期，二月兰处于盛花期，毛叶苕子处于初花期，而黑麦和黑麦草处于孕穗期，这也为本地与其他作物轮作提供了参考。