紫云英與有機物料連續還田在黃泥田水稻穩產提質增效中的作用①

王 飛，王利民，何春梅，劉彩玲，李清華，張 輝，游燕玲，黃毅斌，黃建誠

紫云英與有機物料連續還田在黃泥田水稻穩產提質增效中的作用①

王 飛1，王利民1，何春梅1，劉彩玲1，李清華1，張 輝1，游燕玲1，黃毅斌1，黃建誠2

(1福建省農業科學院土壤肥料研究所，福州 350013；2閩侯縣土壤肥料技術站，福建閩侯 350100)

為明確紫云英與不同有機物料還田在黃泥田改土培肥與水稻化肥減量增效中的作用，基于連續11 a 定位試驗，研究了不施肥(T0，CK)、單施化肥(T1)、僅翻壓紫云英(T2)、紫云英與水稻秸稈聯合還田(T3)、紫云英與牛糞配施還田(T4)，以及紫云英與水稻秸稈聯合還田+40% 化肥(T5)處理對水稻產量、籽粒營養品質及稻田肥力的影響。結果表明，與CK相比，各施肥處理籽粒歷年平均產量增幅11.4% ～ 21.0%，秸稈平均產量增幅17.1% ～ 40.2%，差異均顯著；其中以T5提升尤為明顯，其籽粒產量與秸稈產量較T1分別提高3.4% 和6.6%；有效穗是產量差異的重要性狀因子。各施肥處理成熟期植株地上部氮、磷、鉀吸收量較CK分別增幅14.3% ～ 30.6%、8.9% ～ 32.7%、2.9% ～ 47.2%，其中氮、磷吸收量以T4最高，鉀吸收量以T5最高。與CK相比，第10年施肥處理籽粒氨基酸總量增幅11.5% ～ 20.6%，必需氨基酸增幅11.1% ～ 19.8%；與T1相比，T5處理的必需氨基酸與氨基酸總量分別提高5.7% 和6.5%，差異顯著。水稻分蘗盛期T5處理土壤微生物生物量碳含量比T1增加15.2%，微生物生物量氮含量增加42.3%，差異均顯著。在水稻成熟期，與T1相比，翻壓紫云英或與有機物料組合處理的土壤有機質含量增幅9.7% ～ 16.7%，全氮含量增幅10.9% ～ 14.8%，同樣以T5增幅最為明顯，T4、T5處理的速效鉀含量也顯著高于T1。相關分析表明，水稻產量、籽粒氨基酸含量與土壤有機質、全氮、速效鉀含量以及微生物生物量碳氮均呈顯著正相關。綜上，翻壓紫云英或與有機物料聯合還田均不同程度提高了黃泥田土壤養分庫容，促進了植株養分吸收與產量提升，連續11 a紫云英與秸稈或牛糞聯合還田可全部替代黃泥田水稻化肥施用，T5處理在提高產量、改善土壤肥力和籽粒氨基酸品質方面作用尤為明顯。土壤有機質、全氮、速效鉀、微生物生物量碳氮是影響水稻產量和稻米氨基酸品質的重要肥力因子。

紫云英；有機物料；黃泥田；籽粒氨基酸；土壤性質

我國是世界水稻(L.)生產第一大國，常年播種面積約 0.3億hm2。在水稻種植過程中，由于長期大量施用化肥而產生的面源污染等負面影響日益突出。而另一方面，我國有機肥源豐富，年產秸稈約10億t(風干)，合計總養分約2 000萬 t；糞尿類資源實物量約為 46 億 t (鮮)，養分資源量約為5 000萬 t；綠肥約1億 t(鮮)，合計總養分約97萬 t[1]。隨著國家和社會對提升耕地質量、保障農產品品質和生態環境安全日益關注，利用有機物料替代部分化肥的水稻科學種植技術越來越受重視。研究表明，紫云英、水稻秸稈和畜禽排泄物是水稻生產中替代化肥的常用有機肥源，是提高水稻產量與品質的重要舉措[2-4]。2008—2019 年間開展的11個聯合定位試驗結果 (= 930) 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，水稻產量增加幅度分別為 6.53% 和 4.15%[5]。黃棕壤潛育性水稻土連續種植紫云英并配施化肥，與100% 化肥相比，化肥減施20% ～ 40%，水稻不減產，同時氮肥農學效率和氮肥偏生產力提高，增幅分別為11.64% ～ 149.65% 和2.66% ～ 149.92%[6]，另外，關于紫云英、有機物料與化肥配施對水稻產量和土壤肥力影響的研究也較多。研究表明，紫云英、稻草和禽糞能有效提高土壤中間團聚體和輕組比例，促進稻田碳、氮的穩定和固定[7]，長期施肥降低了土壤DOC/SOC，但施用綠肥減緩了DOC/SOC下降，說明綠肥不僅有利于土壤有機碳提高，同時有利于土壤有機碳生態功能的穩定[8]。但是，不同有機物料由于自身碳氮結構與理化性質存在差異[9-10]，其還田施用對土壤質量影響也不盡相同，并最終影響水稻產量和品質[11]。此外，受到稻田土壤類型的影響，不同土壤所需的有機物料種類可能也存在差異，需針對區域特定作物、土壤與氣候選擇適宜的有機物料還田方式。

黃泥田屬滲育型水稻土，是福建等南方稻區主要的中低產田類型之一。福建黃泥田面積約占水稻土面積的30%，該類土壤主要分布于山地丘陵、山前傾斜平原、濱海臺地和河谷階地，存在酸、瘦、黏、旱等障礙因素[12]，當前承擔著地力提升與化肥減施增效雙重任務。有機物料合理還田能增加黃泥田有機碳固存，提高水稻產量和品質[13-14]。然而，不同種類有機物料聯合還田對黃泥田肥力影響的研究甚少，目前尚不清楚黃泥田綠肥等有機物料聯合還田下化肥替代潛力，以及土壤理化性質變化與水稻產量和品質的關系。為此，基于福建黃泥田連續11 a的定位試驗，研究紫云英與有機物料聯合還田對黃泥田水稻產量、養分吸收利用及土壤性質的影響，探討土壤肥力因子與水稻產量和品質之間的內在聯系，旨在為南方中低產田改土培肥、化肥替代及作物品質提升提供理論依據與技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗設在福州市閩侯縣白沙鎮農業部福建耕地保育科學觀測試驗站。土壤類型為黃泥田，成土母質為低丘坡積物。試驗前耕層土壤理化性狀：pH 5.26，有機質24.4 g/kg，堿解氮171.6 mg/kg，有效磷13.5 mg/kg，速效鉀83.4 mg/kg。試驗始于2009年，設置6個處理，分別為不施肥(T0，CK)、單施化肥(T1)、僅翻壓紫云英(T2)、紫云英與水稻秸稈聯合還田(T3)、紫云英與牛糞配施還田(T4)，以及紫云英與水稻秸稈聯合還田+40% 化肥(T5)。每處理重復3次，完全隨機區組排列，小區面積為15 m2。小區間用水泥田埂隔開，筑高20 cm，埋深40 cm，以減少小區間串水串肥和側滲。氮肥用尿素，磷肥用過磷酸鈣，鉀肥用氯化鉀。每茬各施肥處理磷肥全部基施，氮、鉀肥60% 基施，40% 在分蘗期追施。常規化肥用量為施氮量(N)135 kg/hm2，N:P2O5:K2O=1:0.4:0.7，每年紫云英翻壓量為18 000～22 500 kg/hm2，牛糞用量為3 000 kg/hm2(干基)，秸稈全量還田平均3 750 kg/hm2(干基)。水稻種植密度20×105叢/hm2。紫云英均在盛花期(3—4月份)翻壓，前2 a為異地翻壓，后9 a為原田種植翻壓，干耕翻壓至20 cm土層。2009年紫云英品種為‘弋江籽’，2010—2016年為‘閩紫7號’，2017年為‘信陽籽’，2018—2019年為‘閩紫8號’。原田種植時多余的紫云英移出，不足時從外源補充。紫云英鮮草養分多年均值為有機碳58.7 g/kg、N 4.0 g/kg、P2O50.9 g/kg、K2O 2.7 g/kg，水分含量85.9%。牛糞干物質養分多年均值為有機碳253.4 g/kg、N 13.5 g/kg、P2O57.7 g/kg和K2O 8.9 g/kg，水稻秸稈干物質養分多年均值為有機碳349.9 g/kg、N 7.9 g/kg、P2O53.5 g/kg和K2O 28.9 g/kg。種植的單季稻品種2009—2011年為‘宜香優2292’，2012—2016年為‘中浙優1號’，2017—2019年為‘中浙優8號’。插秧時間為每年的6月下旬至7月上旬，收割時間為10月中旬。各處理每年養分投入情況見表1。

表1 紫云英與有機物料還田下各處理養分每年投入量

注：紫云英翻壓量年均為20 250 kg/hm2。

1.2 樣品采集與分析

1.2.1 植株樣品采集 2017—2019年水稻收割時，采集各處理小區的籽粒與秸稈樣品，于105℃殺青15 min，65℃烘干24 h至恒重后磨碎，用于測定水稻籽粒和秸稈養分含量，2018年(第10年)同時采集分蘗期水稻植株樣品。植株氮磷鉀采用H2SO4-H2O2消煮，全氮用凱氏法測定，全磷用釩鉬黃比色法測定，全鉀用火焰光度計法測定[15]；籽粒氨基酸含量按照GB 5009.124—2016檢測，用全自動氨基酸分析儀LA8080進行分析。

1.2.2 土壤樣品采集 于2018年水稻分蘗盛期采集各小區新鮮土樣，置于無菌的自封袋中，封口后置于冰盒中低溫保存運回實驗室，剔除動植物殘體和石塊，采用氯仿熏蒸–0.5 mol/L K2SO4浸提法測定土壤微生物生物量碳、氮，總有機碳采用分析儀法測定，其中，以未熏蒸土樣浸提的氮作為可溶性氮。2017—2019年水稻收獲后，在各處理小區通過五點采樣法采集0 ～ 20 cm耕層土壤樣品，2019年(第11年)加采環刀樣品供土壤容重測定。土樣風干后經磨細、過篩，上述均采用常規分析方法測定土壤理化性質[15]。

1.3 數據處理

地上部養分吸收量(kg/hm2)=籽粒產量×籽粒養分含量+秸稈產量×秸稈養分含量

土壤養分表觀平衡(kg/hm2)=養分投入–養分輸出

數據采用DPS軟件進行方差分析LSD多重比較，并進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 紫云英與有機物料連續還田對水稻產量的影響

連續11 a紫云英與有機物料連續還田的水稻產量動態變化(圖1A、1B)可以看出，不同施肥均明顯增加了水稻籽粒和秸稈產量，T5處理增產效果最為明顯，不同年份籽粒產量較CK增幅6.8% ～ 35.6%；T2處理產量增幅最小，不同年份籽粒產量較CK增幅6.4% ～ 21.2%。從2009—2019年平均產量來看，相比CK，不同施肥處理的水稻籽粒增產11.4% ～ 21.0%，秸稈增產17.1% ～ 40.2%，差異均顯著(圖1C、1D)，其中紫云英與秸稈聯合還田+40%化肥處理T5效果尤為明顯，其連續11 a的籽粒與秸稈平均產量分別比T1處理提高3.4% 和6.6%，差異顯著。從年際產量增產效果來看，前3年(2009—2011年)與后3年(2017—2019年)的T5籽粒產量分別比T1提高2.1% 與6.2%，顯示隨著試驗進程的進行，T5與T1的產量差異變幅增幅在進一步擴大，說明秸稈與紫云英聯合還田具有較高的化肥替代率與維持水稻增產潛力。另外，在未施用化肥條件下，僅翻壓紫云英的T2處理籽粒產量與秸稈產量分別相當于T1的95.2% 與89.0%，差異均顯著，而紫云英與秸稈或牛糞聯合還田(T3和T4)的水稻產量與T1處理未有明顯的差異，表明對中低產黃泥田而言，紫云英+秸稈或紫云英+牛糞模式與水稻習慣施肥產量基本相當。

(圖中小寫字母不同表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同)

從2017—2019年水稻產量經濟性狀表現進一步可以看出(表2)，與CK相比，翻壓紫云英綠肥的有效穗數增幅23.0% ～ 31.2%，差異均顯著；其中以T5處理增幅最為明顯，其較單施化肥T1處理提高6.6%，差異顯著。紫云英與有機物料聯合還田處理的每穗實粒數較單施化肥T1處理均有不同程度提高，但未達到顯著差異。施肥均不同程度提高了千粒重，同樣以T5處理提升最為明顯，較CK提高3.0%，差異顯著；但與單施化肥T1處理相比無明顯差異。說明有效穗是紫云英與有機物料聯合還田與單施化肥處理水稻產量差異的重要性狀因子。

2.2 紫云英與有機物料連續還田對水稻植株養分累積吸收的影響

從第10年分蘗期各處理水稻植株養分吸收累積來看，與CK相比，施肥均顯著提高了植株氮素含量(表3)，各處理增幅43.1% ～ 64.4%，其中以T5處理增幅最為明顯，其也顯著高于T1處理；施肥植株磷、鉀含量也均有增加的趨勢，其中T5處理的鉀素含量較CK與T1分別提高42.9%與24.6%，差異均顯著。從2017—2019年成熟期來看，不同施肥處理的籽粒氮、磷、鉀含量總體高于CK，其中T1與T4處理的籽粒氮素含量較CK分別提高12.1% 與12.8%，差異顯著，但與T1相比，紫云英及與有機物料處理的籽粒氮、磷、鉀含量呈下降趨勢；施肥處理的秸稈氮、磷、鉀含量較CK呈總體降低趨勢，但除T2處理秸稈鉀含量較CK顯著降低外，其余各施肥處理秸稈氮、磷、鉀含量與CK相比均無顯著差異。

表2 紫云英與有機物料連續還田下水稻產量經濟性狀

注：表中數據為2017—2019年考種平均數據±標準差。同一列小寫字母不同表示處理間差異顯著(<0.05)。

表3 紫云英與有機物料連續還田下水稻籽粒和秸稈養分含量(g/kg)

注：分蘗盛期為2018年平均數據±標準差；成熟期為2017—2019年平均數據±標準差。表中同行數據小寫字母不同表示處理間差異顯著(<0.05)，下表同。

表4顯示，各施肥處理植株籽粒氮、磷、鉀吸收量較CK分別增幅17.2% ～ 32.7%、7.6% ～ 27.9%、4.2% ～ 23.5%，氮、磷吸收量以T4處理最高，鉀吸收量以T3處理最高；秸稈氮、磷、鉀吸收量較CK分別增幅5.9% ～ 41.4%、14.5% ～ 56.5%、17.1% ～ 53.6%，吸收量均以T5處理最高，其與CK差異均顯著，且T5處理磷、鉀吸收量也顯著高于T1；從地上部來看，施肥處理氮、磷、鉀吸收量較CK分別增幅14.3% ～ 30.6%、8.9% ～ 32.7%、2.9% ～ 47.2%，其中氮、磷吸收量以T4處理吸收量最高，鉀吸收量以T5處理最高，各施肥處理氮素吸收量與CK差異均顯著。

從2017—2019年養分表觀盈虧來看(表5)，各施肥處理除T2處理外氮素均實現平衡或盈余；但各施肥處理的磷素虧缺12.27 ～ 39.35 kg/hm2；從鉀素表觀盈虧來看，T3與T5處理的鉀素表觀呈現盈余，其余處理均呈現虧缺狀態；表明紫云英與有機物料聯合還田，尤其是結合秸稈還田，有助于農田生態系統氮、鉀養分平衡。

表4 紫云英與有機物料連續還田下水稻成熟期籽粒和秸稈養分吸收量(kg/hm2)

注：表中數據為2017—2019年平均數據±標準差，下表同。

表5 紫云英與有機物料連續還田下土壤養分表觀盈虧

2.3 紫云英與有機物料連續還田對水稻籽粒氨基酸含量的影響

籽粒氨基酸是表征稻米營養品質的重要成分。從第10年各處理籽粒氨基酸含量來看，與CK相比，施肥均顯著提高了水稻籽粒中必需氨基酸與氨基酸總量(圖2)，其中，籽粒氨基酸總量增幅為11.5% ～ 20.6%，必需氨基酸增幅11.1% ～ 19.8%，均以T5處理最高。與單施化肥T1處理相比，T5處理的必需氨基酸與氨基酸總量分別增加5.7%和6.5%，差異均顯著，而處理T1、T2、T3、T4處理間未有明顯差異。上述說明，紫云英與水稻秸稈聯合還田，不僅可實現化肥減量60%，而且可提高籽粒氨基酸品質。

圖2 紫云英與有機物料連續還田下水稻籽粒氨基酸含量(第10年)

2.4 紫云英與有機物料連續還田對土壤性質的影響

從第10、11年不同處理的土壤性質(表6，表7)來看，與CK相比，施肥均不同程度提高了分蘗盛期土壤微生物生物量碳、氮含量，其中微生物生物量碳增幅6.6% ～ 22.9%，除T1外，紫云英與有機物料組合各處理與CK差異均顯著，其中T5處理提升最為明顯；紫云英與有機物料組合處理的微生物生物量碳、氮含量均高于單施化肥處理T1，其中T5比T1二者分別提高15.2%、42.3%，差異顯著。對可溶性氮而言，T4與T5處理的土壤可溶性氮有高于單施化肥處理T1的趨勢，但未達到顯著水平。在水稻成熟期，各處理土壤pH無顯著差異，但與T1相比，翻壓紫云英或紫云英與有機物料聯合還田有提高土壤pH的趨勢。翻壓紫云英或與有機物料聯合還田的土壤有機質與全氮含量均顯著高于CK與T1，與T1相比，有機質含量增幅9.7% ～ 16.7%，全氮含量增幅10.9% ～ 14.8%，其中以T5增幅最為明顯，T1處理的土壤有機質及全氮含量與CK無明顯差異。施肥總體有提高土壤堿解氮、有效磷含量的趨勢，但未達到顯著差異水平。施肥同樣提高了土壤速效鉀含量，較CK增幅33.1% ～ 139.5%，其中T3、T4、T5處理與CK差異顯著，T4、T5處理的速效鉀含量也顯著高于T1處理。此外，與T1相比，紫云英與有機物料還田處理有降低土壤容重的趨勢。上述結果說明黃泥田連續翻壓紫云英或結合有機物料還田，耕層養分庫容增加，微生物活性增強，土壤趨于疏松，土壤理化、生化特性得到一定程度改善。

表6 紫云英與有機物料連續還田下水稻分蘗期土壤性質

注：表中數據為2018年平均數據±標準差。同列數據小寫字母不同表示處理間差異顯著(<0.05)，下表同。

表7 紫云英與有機物料連續還田下水稻成熟期土壤性質變化

注：容重為2019年數據(第11年)，其余為2018年數據(第10年)。

2.5 紫云英與有機物料連續還田下水稻產量、籽粒品質與土壤因子間的關聯

由表8可知，水稻籽粒、秸稈產量與水稻分蘗盛期土壤微生物生物量碳、氮均呈顯著正相關。在水稻成熟期，水稻產量、籽粒氨基酸含量與土壤有機質、全氮、速效鉀含量均呈顯著正相關。水稻產量和品質指標與土壤容重間相關性并不明顯。上述可知，水稻產量、籽粒氨基酸含量與土壤有機質、全氮、速效鉀、微生物生物量碳氮之間密切相關，長期紫云英與有機物料還田有助于土壤理化、生化性質改善，進而促進水稻產量與籽粒氨基酸品質提升。

3 討論

3.1 紫云英與有機物料聯合還田對黃泥田土壤性質的影響

土壤肥力是農田生產力形成的基礎。研究表明，湘南紅壤地區綠肥聯合早稻草全部還田和晚稻留高茬還田措施可提高土壤有機質含量，穩定土壤氮素供應的長期效果顯著，是湘南紅壤地區水稻高產穩產和可持續發展相對較好的耕作制度[16]。湘南雙季稻區綠肥還田下，與習慣施肥相比，綠肥與化肥氮減量 20% ～ 40% 能維持土壤磷素與鉀素的供給，且化肥氮減施 40% 仍能獲得高產穩產，且氮肥利用率最高，產量穩定性最好[17]。冬種綠肥可提高土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮和微生物商，是提升土壤肥力的高效措施[18]。黃泥田(滲育型水稻土)為南方丘陵山區廣泛分布的一類中低產田，以往研究顯示，黃泥田化肥配施有機肥或結合秸稈還田處理的土壤固碳速率分別是單施化肥處理的1.59倍、1.32 倍[14]。本研究結果也進一步證實紫云英與有機物料還田處理均不同程度提高黃泥田土壤微生物生物量碳氮及土壤有機質、全氮含量，改善了土壤理化、生化性質，尤其是紫云英與水稻秸稈聯合還田+40%化肥處理的效果最為明顯，這可能與紫云英、有機物料聯合還田下碳氮適宜配比及良好的生態功能有關。例如，畜禽糞便類有機物料中脂肪酸、蛋白質、多糖等成分含量較高，施入土壤后經過微生物作用，直接影響土壤碳、氮組分及其含量；秸稈類有機物料中木質素、纖維素和半纖維素含量較高，這些成分一般較難礦化，施入土壤后會提高土壤有機質的重組分含量[6]。紫云英其根瘤具有較強的固氮功能，據測算，種植壓青25 000 ～ 30 000 kg/hm2紫云英鮮草一般能增加稻田土壤純氮75 ～ 90 kg[19]。紫云英還田可改變土壤微生物種群結構，有助于形成“激發效應”[20]。綠肥與有機物料聯合還田，可能形成良好的碳氮互濟效果，進而促進碳氮循環與良好土壤生態功能的形成。相關研究表明，稻稈(C/N 63:1)與豆科綠肥(C/N 14:1)聯合還田，可緩解二者單獨應用時氮素固定與碳氮流失問題[21]。稻草–綠肥聯合還田培肥地力效果明顯，土壤有機質、全氮含量均比單獨翻壓綠肥與秸稈還田增加，且聯合還田下有效養分提升更為全面[22]。稻秸全量覆蓋與種植綠肥協同利用模式1 a 后可顯著提高土壤脲酶活性，2 a后顯著提高土壤過氧化氫酶和蔗糖酶活性，3 a后的土壤過氧化氫酶和蔗糖酶活性增幅均是最大[23]。與單獨利用稻稈與紫云英相比，稻稈與紫云英聯合還田通過改變產甲烷菌與產甲烷氧化菌群落結構降低了甲烷排放[24]。另外，紫云英根系能分泌低分子量的有機酸，螯合酸性土壤中Al-P和Fe-P中的Al3+、Fe3+，使難溶性Al-P和Fe-P中的P釋放出來供水稻吸收利用[25]。本研究條件下，紫云英與牛糞聯合還田處理(T4)以及紫云英與秸稈聯合還田+40% 化肥處理(T5)，在磷素投入低于或相當于單施化肥處理(T1)的前提下(表1)，地上部磷素的累積量要高于T1處理(表4)，進一步說明紫云英與有機物料聯合還田可活化土壤磷素，提高對土壤磷素的吸收利用能力。

表8 水稻產量及品質與土壤性質之間的相關性

注：籽粒產量與秸稈產量為2018—2019年平均；*、** 分別表示相關性達<0.05和<0.01顯著水平；= 18。

3.2 紫云英與有機物料聯合還田對水稻產量及籽粒品質的影響

綠肥種植利用是中國傳統農業技術的精華，也是綠色生態循環農業發展的關鍵性舉措，為中國糧食穩定和綠色增效發揮著十分重要的作用[26]。亞熱帶雙季稻種植模式下，適量紫云英還田配施化肥除可減少化肥用量外，也是亞熱帶雙季稻區兼顧提升稻米產量和培肥土壤的有效技術，其中化肥減量40% 配合22 500 ～ 30 000 kg/hm2紫云英的配比綜合效果較好[27]。本研究條件下，黃泥田連續11 a監測研究表明，與單施化肥相比，紫云英與牛糞、秸稈聯合還田處理(T3、T4、T5)的產量或相當，或顯著增產，其中T5處理在減量60% 化肥前提下仍實現顯著增產3.4%，顯示出紫云英與秸稈聯合還田在水稻化肥替代方面的巨大潛力。究其原因，首先這可能是紫云英與有機物料中含有豐富的鉀素及中、微量元素，更能為水稻生長提供所需均衡養分。相關研究表明，南方黃泥田水稻增產效果與土壤鉀肥投入量、速效鉀含量及鉀素盈虧量有關[28]；其次，從養分供應速率來看，紫云英與其他有機物料性質存在差異，不同有機物料腐解1 a后的殘留率表現為綠肥<秸稈<根茬≈有機肥[29]，即不同的有機物料腐解速率不同，導致養分釋放與供應速率表現差異，紫云英與有機物料聯合還田可形成速緩相濟的供肥速率，保證養分供應較穩長，保證水稻生育期不脫肥。從中也可看出，對于南方丘陵山區廣泛分布的中低產黃泥田而言，紫云英在水稻營養供給方面發揮著重要作用，連續多年紫云英與秸稈或牛糞聯合還田，其水稻產量與習慣施肥條件下的產量基本相當，且隨著時間延長，該模式與習慣施肥的產量差距正在縮小，本研究條件下第10 ～ 11年年籽粒產量甚至高于習慣施肥(圖1A)，即紫云英與秸稈或牛糞聯合還田可全部替代化肥施用，這為丘陵山區中低產田有機稻生產的肥源選擇提供了新的思路。當然，從糧食高產創建與減肥增效帶動稻區綠色發展考慮，紫云英與水稻秸稈聯合還田+40% 化肥的模式較適合作為黃泥田稻區推薦施肥模式。

水稻籽粒氨基酸含量是表征稻米營養成分的重要指標，與食味品質密切相關，并受施肥措施的影響[11]。與T1處理相比，T5可明顯提高水稻籽粒氨基酸和必需氨基酸含量，其中氮、鉀元素可能起到了積極作用。一方面，水稻植株體內氮吸收量增加，可促進植株體內合成更多的酶和葉綠素，從而加速光合作用，促進氨基酸合成[30]，本研究條件下，T5處理分蘗盛期的植株氮素含量較T1提高14.9%，為后期籽粒氨基酸的合成奠定了基礎。另一方面，施鉀一定程度上可提高稻米中清蛋白、球蛋白、谷蛋白等營養品質較高的蛋白質組分和蛋白質中賴氨酸、蘇氨酸、精氨酸等必需氨基酸含量，從而在一定程度上改善了稻米的營養品質、食味品質和貯藏品質[31]。本研究下，T5處理的理論供鉀水平要明顯高于T1(表1)，有利于促進籽粒氨基酸含量的提高。值得一提的是，紫云英單獨翻壓或與有機物料聯合還田的處理(T2、T3、T5)籽粒總氮含量(粗蛋白)有低于T1處理的趨勢。相關研究表明，對氮肥而言，一定范圍內施氮量越高，稻谷蛋白質含量越高[32]。本研究條件下，T2、T3、T4處理的氮總量投入均低于T1，T5雖然總氮投入高于T1，但紫云英與秸稈中的有機氮素在單季內并未充分腐解完全，實際供應的氮素速效養分可能也低于T1處理，從而導致紫云英還田的各處理籽粒蛋白質含量并未增加。由于氨基酸是蛋白質的基本組成單位，本研究條件下T5處理的氨基酸含量顯著高于T1，但蛋白質含量并未表現相同趨勢，可能是蛋白質合成過程中受到其他因素影響，這有待進一步分析。本研究也進一步顯示，水稻產量、籽粒氨基酸含量與黃泥田土壤有機質、全氮及速效鉀含量均呈顯著正相關。對中低產黃泥田而言，有機質及養分含量普遍缺乏，提高土壤有機質和全氮含量直接或間接擴大了黃泥田養分庫容，使養分供應更加均衡，從而促進產量和品質提升。上述說明，土壤有機質、全氮、速效鉀、微生物生物量碳氮是影響黃泥田水稻產量、籽粒氨基酸含量的重要肥力因子。

4 結論

紫云英與不同有機物料聯合還田可顯著提高黃泥田水稻產量，尤其是紫云英與秸稈聯合還田+40% 化肥模式，該模式較單施化肥顯著提升了水稻產量、籽粒氨基酸總量和必需氨基酸含量。有效穗是不同施肥處理產量差異的重要性狀因子。與單施化肥相比，長期不同有機物料聯合還田尤其是紫云英與秸稈聯合還田+40% 化肥處理明顯提高了分蘗期土壤微生物生物量碳氮含量，并增加了成熟期土壤有機質、全氮與速效鉀含量。土壤有機質、全氮、速效鉀、微生物生物量碳氮是影響水稻產量和稻米氨基酸品質的重要肥力因子。綜上，連續11 a紫云英與不同有機物料連續聯合還田均不同程度提高了黃泥田土壤有機質與養分，促進了植株養分吸收，進而提升水稻產量和氨基酸品質，紫云英+秸稈或紫云英+牛糞還田模式可全部替代黃泥田水稻化肥施用，紫云英與水稻秸稈聯合還田+40% 化肥模式在提升產量與籽粒氨基酸品質以及改善稻田肥力方面作用尤為明顯。

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Effects of Continuous Return of Milk Vetch (L.) and Organic Materials on Stable Yield, Improved Quality and Efficiency in Yellow-mud Paddy Field

WANG Fei1, WANG Limin1, HE Chunmei1, LIU Cailing1, LI Qinghua1, ZHANG Hui1, YOU Yanling1, HUANG Yibin1, HUANG Jiancheng2

(1 Soil and Fertilizer Institute, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350013, China; 2 Minhou Station of Soil and Fertilizer Technology, Minhou, Fujian 350100, China)

To evaluate the applying effects of milk vetch and different organic materials on soil amelioration and chemical fertilizer decrement, a 11-year fertilization experiment was conducted since 2009 in thered paddy field in Fuzhou City, Fujian Province. Six fertilization treatments were designed, including T0(CK, without fertilization), T1(chemical fertilizer), T2(milk vetch alone), T3(milk vetch combining straw), T4(milk vetch combining cow dung) and T5(milk vetch combining straw plus 40% chemical fertilizer). The effects of different fertilization on soil nutrients, rice yield, nutritional quality and soil fertility were investigated. The results showed that compared with CK, rice grain and straw yields in fertilization were significantly increased by 11.4%–21.0% and 17.1%–40.2% respectively, especially for the T5, which were significantly increased by 3.4% and 6.6% respectively compared with T1. Effective panicle was an important character factor responsible for yield variation. In addition, compared with CK at mature stage, fertilization increased N, P and K uptake by 14.3%–30.6%, 8.9%–32.7% and 2.9%–47.2% respectively in rice aboveground plants. The highest absorption of N and P were found in T4, and the highest absorption of K was in T5. Total and essential amino acid contents in rice grains under fertilization in the 10thyear were increased by 11.5%–20.6% and 11.1%–19.8% respectively, compared with CK. Furthermore, compared with T1, essential and total amino acid contents in T5were significantly increased by 5.7% and 6.5% respectively. Meanwhile, soil fertility was improved by applying different organic matters, especially for T5, compared with T1, soil microbial biomass carbon (SMBC) and nitrogen (SMBN) concentrations in T5at the peak of tillering stage were significantly increased by 15.2% and 42.3% respectively. Additionally, soil organic matter and total nitrogen contents at mature stage were increased by 9.7%–16.7% and 10.9%-14.8% respectively in organic treatments compared with T1, and T5with the highest increment. In addition, available potassium contents in T4and T5were significantly higher than that of T1. Correlation analysis revealed that the contents of soil organic matter, total nitrogen, available potassium, SMBC and SMBN were significantly positively correlated with rice yield, total and essential amino acid contents, respectively. In conclusion, continuous return of milk vetch and organic materials could ameliorate soil properties, increase nutrient uptake and rice yield. For 11 consecutive years, the combination of Chinese milk vetch and straw or cow dung could replace chemical fertilizer application in yellow-mud paddy field, T5was the best fertilization in increasing rice yield and amino acid quality of rice grains as well as soil fertility. Soil organic matter, total nitrogen, available potassium, SMBC and SMBN are important fertility factors affecting rice yield and amino acid of rice grains.

Chinese milk vetch; Organic materials; Yellow-mud paddy field; Amino acid of grain; Soil property

S142；S141；S156

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.03.004

王飛, 王利民, 何春梅, 等. 紫云英與有機物料連續還田在黃泥田水稻穩產提質增效中的作用. 土壤, 2022, 54(3): 455–463.

國家重點研發計劃子課題項目(2018YFD02003035*)、福建省自然科學基金項目(2020J011358，2021J01479)和國家綠肥產業技術體系項目(CARS-22-G-01)資助。

王飛(1976—)，男，福建福州人，本科，副研究員，主要從事土壤資源評價與持續利用研究。E-mail: fjwangfei@163.com