湘南红壤稻田经济绿肥培肥增产效果研究

摘要：为改良湘南红壤稻作区土壤和提高农民收入，研究通过6 a定位试验，以稻—冬闲为对照，分析比较了稻—萝卜、稻—蚕豆、稻—豌豆3种模式下的水稻产量、土壤理化性质和综合经济效益。结果表明：3种经济绿肥模式下的水稻产量均有显著提升，连续种植经济绿肥可以显著提高水稻的稻谷产量和地上部生物量；3种经济绿肥模式下土壤的pH值、有机质、全氮、碱解氮和速效钾含量没有显著变化，但全钾含量均显著高于对照模式；3种经济绿肥模式均能提高种植的经济效益，其中稻—蚕豆模式的综合经济效益最高。出于土壤培肥和经济效益综合考量，建议在南方红壤稻田区推广稻—蚕豆种植模式。

关键词：经济绿肥；水稻产量；土壤性质；经济效益

中图分类号：S142 文献标识码：A 文章编号：1006-060X（2024）07-0035-04

Improving Effects of Economic Green Manure on Soil Fertility and Rice Yield in Paddy Fields with Red Soil in Southern Hunan

LIU Ze-xian1，2，GAO Ju-sheng1，2，HUANG Jing1，2，DENG Lan3，LI Dong-chu1，2，

GAO Xue-cheng1，2，YANG Lei4

（1. Institute of Agricultural Resources and Regional Planning， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Key Laboratory of Crop

Nutrition and Fertilization of Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Beijing 100081， PRC; 2. Hengyang Red Soil Experimental

Station， Chinese Academy of Agricultural Sciences， National Observation and Research Station of Farmland Ecosystem in

Qiyang， Qiyang 426182， PRC; 3. Yongzhou Bureau of Agriculture and Rural Affairs， Yongzhou 425000， PRC;

4. Lingling Bureau of Agriculture and Rural Affairs in Yongzhou City， Yongzhou 425100， PRC）

Abstract：With the aim of improving soil and increasing farmers' income， we carried out a 6-year fixed-location experiment to explore the reasonable rice-green manure planting pattern. The rice yields， soil physical and chemical properties， and comprehensive economic benefits of rice-radish， rice-broad bean， and rice-pea planting patterns were analyzed， with rice-winter leisure as the control. The results showed that all the three planting patterns demonstrated significantly increased rice yields compared with the control. The rough rice yield and aboveground biomass were significantly increased by the continuous cultivation of green manure. Compared with the control， the three planting patterns with green manure showed significantly increased total potassium and no significant changes in the soil pH， organic matter， total nitrogen， available nitrogen， or available potassium. The cultivation of green manure increased the economic benefit， which was the highest in the rice-broad bean pattern. Considering both farmers' income and soil fertility， the rice-broad bean pattern is recommended in the paddy fields with red soil in southern Hunan.

Key words： economic green manure; rice yield; soil properties; economic benefit

引用格式：刘泽弦，高菊生，黄晶，等. 湘南红壤稻田经济绿肥培肥增产效果研究[J].湖南农业科学，2024（7）：35-38.

DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2024.007.007

收稿日期：2023-12-25

基金项目：国家绿肥产业技术体系（CARS-22）

作者简介：刘泽弦（1998—），男，湖南祁阳市人，硕士，研究实习员，研究方向为土壤微生物及土壤培肥与改良。

通信作者：高菊生

由于长期不合理的开发利用、化学氮肥的过量投入，我国南方丘陵地区红壤普遍出现土壤pH值降低、耕层变薄、黏粒含量增加、肥力下降等一系列问题，导致作物产量和品质下降[1-3]。种植绿肥是调节土壤肥力、改善耕地质量、确保农业土壤长期生产力的重要途径之一[4-5]。绿肥作为一种清洁的有机肥源，不仅可以提高土壤肥力，改善土壤生态环境质量，还能提高作物产量与品质[6-7]。研究表明，长期稻—稻—绿肥轮作能提高水稻产量并显著提高土壤有机质含量[8]。尽管冬种绿肥可以培肥土壤，提高作物产量，但部分农民对绿肥的生态认知不足[9]，且绿肥带来的直接经济效益微乎其微，因此农民缺乏冬种绿肥的积极性。目前，“稻—油”“稻—稻—油”轮作制度仍是湘南红壤地区稻田应用最广的种植制度[10]，且传统稻油模式存在稻油季节矛盾突出、油菜产量低、经济效益低等一系列问题[11]。这导致湘南单季稻和双季稻地区出现了冬闲稻田面积较大、耕地利用效率低等问题。国家统计局数据显示，2021年我国油菜籽播种面积为699.2万hm2，播种面积虽较2020年有所回升，但仍低于2015年同期水平。因此，为提高耕地利用率，实现农业绿色发展，亟需寻求既满足土壤培肥需要，又具有一定经济效益、能够调动农民生产积极性的冬种作物。

经济绿肥是指经济上有价值、生态上有效益、生

产上简便易行、可有效培肥地力的一类绿肥品种[12]。经济绿肥既具有传统绿肥改良培肥土壤的特性，也能带来经济效益，提高农民收入，既满足农业绿色发展的生态需要，也符合农民对经济效益的切实追求[13]。因此，该研究选用肥田萝卜、蚕豆、豌豆3种经济绿肥，收获后直接翻压还田，通过6 a长期定位试验，分析种植不同经济绿肥对水稻产量、土壤理化性质和经济效益的影响，探索湘南红壤地区稻田经济绿肥种植的最佳模式，为湘南红壤地区农业绿色、高效发展提供理论和现实指导。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于中国农业科学院衡阳红壤实验站（111°52′32″E，26°45′42″N），属亚热带季风气候，年平均温度17.8℃，年降水量1 290 mm。供试土壤为第四纪红色黏土发育的水稻土，土壤质地为壤质黏土。定位试验始于2016年，其耕层土壤基本理化性质如下：pH值 5.66，有机质30.14 g/kg，全氮1.74

g/kg，全磷0.91 g/kg，全钾25.97 g/kg，速效氮125.50

mg/kg，有效磷31.88 mg/kg，速效钾56.71 mg/kg。

1.2 试验设计

田间试验采用一季稻—绿肥种植模式，设置稻—冬闲（CK）、稻—萝卜（RR）、稻—蚕豆（RB）、稻—豌豆（RP）4个处理，每个处理设3个重复，采用随机区组设计方法，每个小区面积25 m2，试验小区采用水泥埂隔离。于2016年8月下旬一季稻收割后开始种经济绿肥。冬季绿肥均施等量复合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15）375 kg/hm2作为基肥，施用尿素150 kg/hm2作为追肥。冬季作物在10月上旬种植，蚕豆、豌豆、萝卜开穴位点播，蚕豆、豌豆每穴2粒，萝卜每穴5粒。

水稻品种使用当地常规品种。水稻在5月1日左右播种，5月25日左右移栽。在水稻移栽前施用复合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15）600 kg/hm2作为基肥，在水稻移栽10 d后施用尿素150 kg/hm2作为追肥。其他管理措施按当地常规操作进行。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤理化性质的测定 于每年4月20日左右采集土壤样品，根据五点取样法采集每个小区0～20 cm的土样，混合后风干待用。参考相关文献对土壤样品的理化性质进行测定[14]：采用玻璃电极酸度计测定土壤pH值（水土比2.5∶1）；采用重铬酸钾氧化-外加热法测定土壤有机质含量；采用H2SO4-HClO4消解法测定全氮含量；采用H2SO4-HClO4消解-钼锑抗比色法测定全磷含量；采用H2SO4-HClO4消解-火焰光度法测定全钾含量；采用碱解扩散法测定土壤碱解氮含量；采用0.5 mol/L碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定速效磷含量；采用醋酸铵浸提-火焰光度法测定速效钾含量。

1.3.2 水稻经济产量和生物产量的测定 水稻收获后，测定每个小区的稻谷产量和地上部生物量，计算收获指数。收获指数=稻谷产量/地上部生物量。

1.4 经济效益计算

1.4.1 投入计算 试验投入成本包括：（1）种子投入。水稻苗600元/hm2，萝卜种子2 250元/hm2、蚕豆种子2 400元/hm2、豌豆种子2 250元/hm2。（2）肥料投入。尿素3.6元/kg，复合肥6元/kg。4个处理中CK

处理施肥量为0，肥料投入0元；其他处理全年尿素施肥量为300 kg/hm2，复合肥施肥量为975 kg/hm2，总投入6 930元/hm2。（3）农药投入。每一季作物农药投入1 500元/hm2。（4）人工投入。CK处理人工

投入6 000元/hm2，其他处理人工投入18 000元/hm2。

1.4.2 收入计算 作物收入。作物收入=市场价格×

作物产量。稻谷、萝卜、蚕豆、豌豆均按当地市场价格计算，分别为2.8、2、6、8元/kg。因此，经济效益=作物收入-种子投入-肥料投入-农药投入-人工投入。

1.5 数据处理

采用Excel 2019、IBM SPSS 26.0和GraphPad Prism 9.5.0软件对数据进行处理和绘图，使用R语言的“ggpubr”包绘制小提琴图。采用邓肯（Duncan）检验法进行多组数据间的显著性差异分析，采用最小显著性差异法（Least significant difference，LSD）对组间数据进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同经济绿肥模式对稻谷产量的影响

如图1所示，冬种经济绿肥可以显著提高下季水稻的稻谷产量。从总体上看，RR、RB、RP模式下的稻谷产量均显著高于CK处理。从经济绿肥类型来看，对水稻的增产效果排名由高到低依次为蚕豆、豌豆、萝卜。

2.2 不同经济绿肥模式对水稻地上部生物量的影响

如图2所示，冬种经济绿肥可以显著提高下季水稻地上部生物量（即稻草产量）。总体上看，RR、RB、RP模式下水稻地上部生物量均显著高于CK处理。从经济绿肥类型来看，对水稻地上部生物量增产效果排名由高到低依次为豌豆、蚕豆、萝卜。

2.3 不同经济绿肥模式对水稻收获指数的影响

如图3所示，2017—2022年，CK处理的水稻收获指数在第2年上升后便呈下降趋势，而冬种经济绿肥的水稻收获指数总体比较稳定，在固定区间上下波动。随绿肥种植年限的增加，RR、RB、RP模式下的收获指数均超过了CK处理。在连续种植3年经济绿肥后，2020、2021、2022年RP、RR模式下水稻的收获指数均显著高于CK处理。

2.4 不同经济绿肥模式对土壤理化性质的影响

如表1所示，连续种植经济绿肥可以提高土壤部分养分元素的含量。RR、RB、RP模式下土壤的pH值、有机质、全氮、碱解氮和速效钾含量与CK处理没有显著差异，但全钾含量均显著高于CK处理；RR模式下土壤全磷含量显著高于CK处理；RR、RP模式下土壤有效磷含量均显著高于CK处理。

2.5 不同经济绿肥模式的平均经济效益

如表2所示，采用RR、RB、RP模式种植均可以提高平均经济效益，其中RB模式下的经济效益最高，相比CK处理提高了514.18%，净利润增加25 457元/hm2；相比RR模式提高了14.58%，净利润增加3 870元/hm2；相比RP模式提高了27.16%，净利润增加6 494元/hm2，综上所述，RB模式下能取得最高的经济效益。

3 讨论与结论

该研究表明连续种植经济绿肥可以显著提高水稻的稻谷产量和地上部生物量，原因在于CK处理缺少肥料投入，造成土壤肥力下降从而导致产量下降；此外，连续种植绿肥能促进土壤养分循环，提高水稻产量，这与高菊生等[15]的研究结果一致。从绿肥种类来看，豌豆和蚕豆对水稻的增产效果较好，因为豌豆和蚕豆为豆科作物，其根部的根瘤菌可以与之共生并固氮，提高土壤中的有效氮含量[16]，另一方面绿肥能活化土壤，提高土壤中脲酶的活性[17-18]，

改善土壤微生物群落结构，促进水稻产量提升[19]。从土壤养分来看，该研究中RR、RB、RP模式下的全钾含量均显著高于CK处理，但总体而言，种植经济绿肥6 a后，CK处理与其他3种绿肥模式处理的土壤养分含量差异并不明显，但产量差异却十分显著，可能是CK处理中存在着某种胁迫因子（如土壤结构被破坏等），导致其养分丰富却产量不足；而连续种植绿肥能提高土壤大团聚体含量[20-21]，从而打破胁迫。另外，该研究发现连续种植绿肥6年后RR、RB、RP的土壤pH值略低于CK处理，因此南方红壤区水稻绿肥轮作仍需重视土壤酸化问题。

从2019年开始CK处理的收获指数呈下降趋势，原因是不施肥条件下稻谷产量下降，水稻生物产量反而有所上升；而冬种绿肥的处理从2019年开始收获指数总体维持在较高水平上下波动，原因在于稻谷产量与地上部生物量增长速度不一致。总体而言，随着绿肥种植年限的增加，RR、RB、RP处理的收获指数逐渐超过CK处理，表明连续种植经济绿肥能有效稳定水稻收获指数，促进水稻产量提升。

经济绿肥不仅能够培肥土壤，本身还能带来经济效益，提高农民收入。稻—萝卜、稻—蚕豆、稻—豌豆3种种植模式均能活化土壤并提高土壤全钾等养分含量，显著提高作物产量，获得更高的经济效益。3种模式中RB模式的经济效益最高，得益于更高的水稻产量和较好的蚕豆产值。连续种植6 a后，RR、RB、RP这3种模式下的土壤理化性质无显著差异，但RB模式能在农业绿色发展的基础上获得更高的综合经济效益，因此，出于土壤培肥和经济效益综合考量，建议在南方红壤稻田区推广RB种植模式，即稻—蚕豆模式。

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（责任编辑：王婷）