適宜磷、鉀肥配比及稻稈半量還田提高紫云英產量與養分截獲

王飛，劉彩玲，何春梅，李清華，劉玉潔，黃毅斌

（福建省農業科學院土壤肥料研究所，福建福州350013）

目前，我國糧食生產中施肥大多數仍以化肥為主，普遍存在重施化肥，輕施有機肥和有機物料的現象。研究顯示，主要糧食作物年均化肥施用量約占總量的47%［1-2］。化肥施用量的持續增長不僅導致農業經濟效益持續下降，同時也對自然環境和社會環境造成更大的挑戰與威脅［3］。綠肥是傳統農業的精華，是養分完全、無污染的有機肥源，肥效穩定且持續時間長［4］。綠肥還田能改善和培肥土壤，還可代替部分化肥，與化肥配合施用對提高農業可持續生產能力具有重要作用［5-8］。綠肥在20 世紀70-80 年代曾為我國主要的有機肥源，后因化肥用量激增導致綠肥種植面積持續縮減。當前我國正在推進生態文明建設，大力恢復稻區綠肥種植面積，發展綠肥生產是適應時代發展的需要。紫云英（Astragalus sinicus）是我國南方稻田最主要的冬季豆科綠肥作物，其養分含量較高，在培肥土壤、固氮減排、化肥減量增效、促進綠色增產方面發揮著舉足輕重的作用［9-10］。研究表明，每翻壓1000 kg 紫云英鮮草能提供4 kg 純氮、2 kg 純磷、3 kg 純鉀［11］。在保證作物不減產和地力不降低的前提下，紫云英替代部分化肥是減少農田化肥施用量、提高資源利用率的有效方法。據2008-2019 年開展的11 個聯合定位試驗結果表明，冬種紫云英在不減肥或者減肥20%條件下增產效果顯著，水稻（Oryza sativa）產量增加幅度分別為6.53%和4.15%；在減施40%化肥時可保障水稻與常規施肥相比不減產，且紫云英的增產和節肥效應隨種植年限的增加而增強［12］。

紫云英一般于盛花期翻壓，其鮮草量的高低直接影響土壤培肥與下一茬水稻化肥減量效果，如湖南紫潮泥田研究表明，當化肥施用量減少40%時，增加紫云英翻壓量至30000 或37000 kg·hm-2才能增產［13］，豫南稻區在減量40%化肥條件下，翻壓37.5 t·hm-2紫云英時水稻產量最高［14］，實際生產上保證較高的鮮草產量，可滿足1 hm2紫云英肥2 hm2地的要求，則可有效增加肥田面積，而適量施肥是提高盛花期鮮草量及養分截獲的必要措施。以往研究表明，磷、鉀肥的用量是影響紫云英產量的重要因素。紫云英在中等肥力情況下，在施用45 kg·hm-2P2O5的基礎上，每增施1 kg K2O，增加鮮草73.4～101.4 kg［15］。一定的施肥范圍內，紫云英產量隨相應肥料用量的增加而顯著提高，并且磷、鉀肥之間存在一定的交互作用［11，16-17］。此外，水稻稻稈作為一種有機肥源，含有豐富的有機質及氮、磷、鉀等營養元素，尤其是鉀素，直接還田可改善土壤理化性狀，促進后茬作物生長發育，提高作物產量與品質［18-21］。綜上，增施磷、鉀肥是提高紫云英產量與植株養分累積截獲的有效途徑，但在保證紫云英高產條件下其適宜的磷、鉀施肥配比尚不清楚。另外，稻稈富含鉀素，稻稈還田條件下，可否替代紫云英生育期外源施用的鉀肥尚待明確。為此，在田間條件下，研究磷、鉀肥不同用量配比及配施稻稈還田對紫云英生長、產草量及養分截獲的影響，旨在明確輕簡高效的紫云英施肥模式，為福建稻區紫云英高效栽培及水稻化肥減施增效提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于閩侯縣白沙鎮農業農村部福建耕地保育科學觀測實驗站。供試土壤類型為沖積物母質發育的灰泥田。土壤理化性質：pH 4.86，有機質 25.21 g·kg-1，堿解氮 151.3 mg·kg-1，有效磷 6.8 mg·kg-1，速效鉀 137.1 mg·kg-1，土壤質地為重壤土。試驗品種為紫云英閩紫品系 84（8）7-1-1（暫定‘閩紫8 號’）。

1.2 試驗設計

紫云英生育期磷、鉀施肥量配比采用雙因素隨機區組設計，其中磷肥（P2O5）用量設3 個梯度，即0、15、30 kg·hm-2，分別用 P0、P15與 P30表示，鉀肥（K2O）用量設 4 個梯度，即 0、15、30 kg·hm-2及稻稈半量還田替代鉀肥，分別用K0、K15、K30與KS表示，二者完全組合，共12 個處理，分別為：P0K0（CK）、P0K15、P0K30、P0KS、P15K0、P15K15、P15K30、P15KS、P30K0、P30K15、P30K30、P30KS，每處理設 3 個重復，隨機區組排列，每小區面積 12 m2。

于2018 年單季稻收獲后實施。11 月5 日板田撒播紫云英種子22.5 kg·hm-2。磷（過磷酸鈣）、鉀肥（氯化鉀）均在苗期施用。稻稈半量還田干草量約2250 kg·hm-2，稻稈含K2O 15.3 g·kg-1，切碎成10～20 cm 后于紫云英播種后均勻覆蓋于地表。于2019 年3 月30 日盛花期測產，每小區實割，并采集鮮草樣品，于105 ℃烘箱中殺青30 min，65 ℃烘干至恒重，粉碎后過篩，進行氮、磷、鉀養分含量分析。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 植株農藝性狀調查 于盛花期鮮草翻壓前，在每個小區隨機選取10 株，調查紫云英株高、分枝數與莖粗。株高為從地面至植株最高葉片尖端或花序頂端；分枝數為一級分級（包括主莖），莖粗在莖稈最粗處測量。株數采用20 cm×40 cm 塑料框隨機套取1 樣框調查，再換算為每hm2株數。

1.3.2 土壤與植株樣品測試 采用電位法測定土壤pH（土水質量比為1∶5）；采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定有機質含量；采用堿解擴散法測定堿解氮含量；采用鹽酸-氟化銨浸提法和鉬銻抗比色法測定酸性土壤有效磷含量；采用乙酸氫鈉浸提-火焰光度計法測定速效鉀含量；采用H2SO4-H2O2消煮后，分別采用凱氏定氮法、釩鉬黃比色法和火焰光度計法測定植株氮、磷、鉀含量［22］。

1.3.3 肥料農學效率 肥料農學效率（kg·kg-1）=（全肥區產量-缺素區產量）/養分投入量，即特定施肥條件下，施入單位肥料養分增加的產量。

1.4 數據處理

采用DPS 軟件進行雙因素隨機區組設計和數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 磷、鉀肥不同配比對紫云英盛花期植株生長性狀的影響

磷、鉀肥不同配比均不同程度增加了株高（表1），與CK 相比，各配比增幅0.6%～6.2%，其中P0K30與P15K15配比差異顯著。與CK 相比，莖粗最高增幅5.9%，當磷肥施用量為15 kg·hm-2，莖粗略高于CK，施用量大于15 kg·hm-2，則低于CK。株數以P15K15配比最高，較CK 提高8.1%；P15Ks配比分枝數最多，顯著高于P30；從總分枝數來看，磷肥施用量為15 kg·hm-2時均高于CK，以P15K15最高，較CK 提高6.5%，但均未達到顯著差異。在各磷肥用量水平下，稻稈半量還田與施用鉀肥的紫云英農藝性狀表現均無顯著差異。綜合紫云英鮮草各項農藝性狀可知，P15配比能夠獲得較好的農藝性狀，以P15K15配比較優，稻稈半量還田可替代15～30 kg·hm-2鉀肥施用。

表1 磷、鉀肥不同配比下紫云英盛花期農藝性狀Table 1 Agronomic characteristics of Chinese milk vetch for different ratios of phosphorus and potassium fertilizers at fullbloom stage

2.2 磷、鉀肥不同配比對紫云英盛花期植株產量的影響

施用磷、鉀肥均不同程度提高了紫云英鮮草和干草產量（表2），二者分別較CK 提高1.3%～12.8% 和1.4%～15.1%，其中 P15KS鮮草產量最高，P30K15干草產量最高，磷肥 15～30 kg·hm-2與鉀肥15～30 kg·hm-2配比處理的紫云英鮮草與干草產量均無顯著差異，此外，稻稈半量還田紫云英產量與施用15～30 kg·hm-2鉀肥無顯著差異。磷、鉀肥雙因素隨機區組方差分析表明（表3），與CK 相比，紫云英盛花期產量總體隨磷、鉀肥用量增加而增加，施用磷肥鮮草產量增幅2.7%～3.1%，干草產量增幅4.0%～7.1%，而施用鉀肥鮮草產量的增幅5.0%～8.6%，干草產量增幅4.7%～5.1%。方差分析結果進一步表明，施用磷肥或鉀肥能夠極顯著提高紫云英鮮草產量，而磷、鉀肥兩因子對草產量無顯著交互作用。綜上，施用磷、鉀肥可提高紫云英草產量，稻稈半量還田能夠替代15～30 kg·hm-2鉀肥施用量。從中也可看出，每hm2施用15 與30 kg 的磷肥，鮮草磷肥農學效率分別為 78.7 與 34.0 kg·kg-1，干草分別為 12.0 與10.7 kg·kg-1；每 hm2施用 15 與 30 kg 的鉀肥，鮮草鉀肥農學效率分別為121.3 與104.7 kg·kg-1，干草分別為 14.0 與 7.7 kg·kg-1，說明紫云英每 hm2施用 15 kg的磷肥與15 kg 的鉀肥可獲得相對較高的肥料農學效率。

表2 磷、鉀肥不同配比下紫云英盛花期產量Table 2 Yield of Chinese milk vetch for different ratios of phosphorus and potassium fertilizers at full-bloom stage（t·hm-2）

表3 磷、鉀不同施肥水平下紫云英草產量方差分析Table 3 Analysis of variance of Chinese milk vetch yield under different conditions of phosphorus and potassium fertilizers

2.3 磷、鉀肥不同配比對紫云英盛花期氮、磷、鉀養分含量的影響

與CK 相比，施用磷、鉀肥配比的紫云英植株氮、磷、鉀養分含量多數有不同程度提高（表4），其中以P0K30配比的植株氮（N）養分含量最高，P30K30配比的磷（P2O5）、鉀（K2O）養分含量最高。整體來看，等量磷肥水平下，以K30的紫云英氮、磷、鉀養分含量較高；等量鉀肥水平下，不同磷肥用量對植株養分影響規律不明顯。磷、鉀肥雙因素隨機區組方差分析結果顯示（表5），稻稈半量還田下紫云英氮、磷養分含量與K30的養分含量無顯著差異，但顯著高于K15，與K15鉀養分含量無顯著差異；P15植株氮、磷、鉀養分含量相對較高，增施磷肥產量呈降低趨勢。此外，磷肥與鉀肥兩因子對植株氮素養分交互效應明顯。綜上，施用30 kg·hm-2鉀肥能夠獲得較高的氮、磷、鉀養分含量。稻稈半量還田養分含量總體與15～30 kg·hm-2鉀肥用量基本相當。

表4 磷、鉀肥不同配比下盛花期紫云英養分含量Table 4 Nutrient content of Chinese milk vetch for different ratios of phosphorus and potassium fertilizers（g·kg-1）

表5 磷、鉀不同施肥水平下紫云英養分含量方差分析Table 5 Analysis of variance of nutrient content of Chinese milk vetch under different conditions of phosphorus and potassium fertilizers

2.4 磷、鉀肥不同配比對紫云英盛花期植株養分截獲總量的影響

施用磷、鉀肥能夠提高紫云英植株氮、磷、鉀養分截獲總量，各磷肥水平下鉀肥施用量達到30 kg·hm-2時，紫云英植株氮、磷、鉀養分截獲總量相對其他鉀肥用量較高，其中P30K30配比氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）養分截獲量最高，較CK 分別提高19.2%、18.8%、25.9%，除磷（P2O5）外，差異均顯著（表6）。磷肥15～30 kg·hm-2與鉀肥 15～30 kg·hm-2配比處理的紫云英氮、磷、鉀養分截獲量幾乎均無顯著差異，此外，各磷肥水平下稻稈半量還田的紫云英氮、磷、鉀養分截獲量與施用15～30 kg·hm-2鉀肥均無顯著差異。磷、鉀肥雙因素方差分析表明，施用鉀肥或磷肥對紫云英養分截獲總量均有顯著影響（表7）。對磷肥單因素而言，氮、磷、鉀養分截獲總量隨著磷肥施用量的增加而增加，當磷肥施用量為30 kg·hm-2時，植株氮、磷、鉀養分截獲總量最高，分別較不施磷提高7.3%、10.8%與9.9%，差異均顯著；對鉀單因素而言，氮、鉀養分截獲總量隨著鉀肥施用量增加而增加，當鉀肥施用量為30 kg·hm-2時，植株氮、磷、鉀養分截獲總量最高，分別較不施鉀提高8.2%、8.3%與19.2%。稻稈半量還田下紫云英氮、磷截獲總量與施用30 kg·hm-2鉀肥效果一致，鉀截獲總量與施用15 kg·hm-2鉀肥效果一致。綜上，隨著磷肥或鉀肥用量水平的提高，植株氮、磷、鉀養分截獲量總體隨之增加，當磷、鉀施用量分別為30 kg·hm-2時，氮、磷、鉀養分截獲量最高，稻稈還田養分截獲效果與15～30 kg·hm-2鉀肥用量基本相當。

表6 磷、鉀不同施肥水平下養分截獲總量Table 6 Nutrient capture of Chinese milk vetch for different ratios of phosphorus and potassium fertilizers（kg·hm-2）

表7 不同施肥水平下紫云英養分截獲總量方差分析Table 7 Analysis of variance of nutrient capture of Chinese milk vetch for different ratios of phosphorus and potassium fertilizers

3 討論

3.1 磷、鉀肥配施對紫云英產量及養分截獲總量的影響

紫云英是南方稻田最主要的豆科綠肥作物，缺磷對紫云英不同基因型生長有明顯的抑制作用［23］。由于磷素能促進根瘤菌的生長發育，增加固氮酶活性，因此施磷肥可提高紫云英固氮作用，然而，磷肥對根瘤生長及活性的影響需要維持在一定的范圍水平內，中低量磷肥有利于紫花苜蓿（Medicago sativa）和綠豆（Vigna radiata）根瘤的形成，但過量施用磷肥會抑制根瘤活力，使豆科綠肥生長不良［24］；單獨施用磷肥和氮、磷肥配合施用均能顯著提高植株磷含量和磷積累量［25］。鉀雖不是紫云英的形態結構物質，但在紫云英植株中的含量比磷還多；施用鉀肥可促進根瘤菌的發育，提高植株的固氮率、固氮指數和固氮量，特別是磷、鉀肥配施的效果更為明顯［26］。本研究中，施肥有利于促進紫云英生長，當磷、鉀肥的施用量均為15 kg·hm-2時，農藝性狀得到改善。此外，磷、鉀配比施肥下，施用 30 kg·hm-2磷肥和 15 kg·hm-2鉀肥時紫云英干草產最高，增幅為14.9%。施用30 kg·hm-2磷肥和30 kg·hm-2鉀肥時植株養分截獲量最高。磷、鉀肥的單因素肥效分析表明，施用磷肥或鉀肥對植株鮮草產量及養分截獲總量均有顯著影響，并且都表現為施鉀肥效果優于施磷肥；但磷、鉀配比對鮮草與干草兩者均無交互效應。前人研究發現紫云英施磷肥的效果較顯著，其次是鉀肥，磷、鉀肥配施效果更佳，并且存在一定的交互作用［27-28］；此外，中量磷和低量鉀或者高量磷和中量鉀配施的增產效果最好［27］。本試驗中表現為鉀肥增產效果優于磷肥，并且低水平的磷和高水平的鉀鮮草增產效果較高，P15K30處理的草產量與P30K30處理的養分截獲總量均顯著高于CK。究其原因，第一可能是施用磷肥的效果和土壤的酸堿度存在一定的關系，一般pH 6.4 以上的中性和堿性土壤，施用過磷酸鈣肥效較好；pH 在6.2 以下的酸性和強酸性土壤，施用過磷酸鈣則表現相反［26］。本試驗地土壤偏酸性（pH 4.86），施用過磷酸鈣后可能抑制了紫云英生長。另外，酸性土壤中，鋁（Al）毒被認為是限制作物生長與產量的主要因素［29］。彭嘉桂等［30］研究表明，在土壤鋁飽和度65% 的處理中，各品種大豆（Glycine max）共同存在失綠、葉片窄小的表現，尤其敏感的品種更為明顯，本試驗條件下土壤活性鋁是否限制了農田生態系統綠肥產量有待進一步研究。第二，紫云英施用磷肥，一般都以早施為好，特別是以獲取高生物產量為目的，一般在播種時作為拌種肥，全部作為基肥施用，或采用種肥+苗肥推薦施肥模式［26，31］。本試驗是在苗期進行追肥，前期植株吸收磷素受到限制，影響到磷肥利用效率。第三，鉀肥的增產效果會受到土壤中有效磷的制約，在土壤有效磷偏低的土壤上，單施鉀肥能夠獲得較大的增產率［25］。本試驗中，土壤有效磷含量僅為6.8 mg·kg-1，因此當磷不足時，產生了對鉀的“奢侈吸收”。

3.2 稻稈還田替代鉀肥效果

稻稈含有豐富的鉀素，稻稈還田能夠為土壤提供有機肥源和鉀肥來源，可有效緩解鉀素供應不足。以往研究表明，秸稈還田配施化肥除了可提高作物產量和養分吸收利用效率，還能夠替代化肥［32-35］。本試驗條件下，稻稈半量還田理論上可提供給土壤的鉀素為34.5 kg·hm-2，等量磷肥施用下，均以稻稈半量還田配施磷肥紫云英鮮草產量最高。主要原因是稻稈經腐解礦化向土壤釋放營養元素，提高了土壤肥力；還能增加土壤微生物數量與活力，從而增加根系分泌物中有機酸類化學物質的分解，促進根系對難溶形態養分的分解與吸收，進而促進作物產量提升［32，36］。另外，通過稻稈覆蓋還田，增加了遮陰保墑功能，較好滿足了福建稻區紫云英苗期的生長環境要求，保證了紫云英穩產高產。從試驗結果中還可知，稻稈半量還田下紫云英鮮草和干草產量與施用15～30 kg·hm-2鉀肥效果相當，氮、磷、鉀養分含量及截獲量基本與施用的鉀肥相當，說明在福建稻區通過稻稈半量還田替代紫云英生育期施用的鉀肥是可行的。低留茬條件下，福建單季稻區秸、稻稈干物質量較大，如果全部覆蓋還田，造成環境蔭蔽，可能對紫云英前期生長造成不利影響，而采用高留茬的稻稈還田方式，則可規避這個問題，以往研究表明，連續秸稈-紫云英協同還田有利于早稻和晚稻獲得高產和穩產，增加早稻氮、磷、鉀養分積累，同時提高土壤有機碳、全氮和有效磷含量［37］，因此，高留茬下稻稈全量還田對紫云英產量及養分截獲影響還有待進一步研究。

4 結論

福建稻區施用磷、鉀肥對紫云英具有明顯的增產作用，隨著磷、鉀肥施用量的增加，紫云英草產量呈上升趨勢。本試驗條件下，30 kg·hm-2磷肥與30 kg·hm-2鉀肥配比，紫云英氮、磷、鉀養分截獲總量較高。此外，稻稈半量還田的紫云英增產及養分截獲效果與15～30 kg·hm-2鉀肥用量基本相當。綜合產量、養分截獲與節本等因素，福建稻區以15 kg·hm-2磷肥配施15 kg·hm-2鉀肥（或稻稈半量還田替代鉀肥）為較優配比。