紫云英替代化肥對土壤養分和水稻產量的影響

季衛英，斯林林，王建紅*，徐靜，曹凱，張賢

(1.浙江省耕地質量與肥料管理總站，浙江 杭州 310020； 2.浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

施肥是維持水稻高產的重要措施，但過度依賴及過量投入化肥等問題在我國長期存在且日益突出?；蔬^量施用不僅降低了肥料利用率，造成資源浪費，而且還可能引發作物產量和品質下降，加速溫室氣體排放，降低土壤質量，污染生態環境，甚至影響人體健康[1-2]。在化肥和農藥雙減政策的大背景下，減少化肥不合理施用是實現農業轉型升級和綠色發展亟待解決的現實問題[3]。

種植并利用綠肥是我國傳統農業耕作的精華，曾經對我國農業發展做出過巨大貢獻[4]。在沒有大規模生產和運用化肥之前，綠肥還田是稻田培肥的重要舉措之一。我國有著豐富的綠肥資源[5]，常見綠肥氮、磷、鉀養分累積量分別為214、48和165 kg·hm-2。綠肥腐解過程中釋放的養分一定程度上能夠為土壤和后茬作物提供養分[6]，從而減少化肥施用量，達到降低農業生產成本的目的。

紫云英是常見的豆科綠肥之一。紫云英-單季稻輪作模式的減肥增效作用已得到充分驗證。長期定位試驗[7]表明，紫云英替代40%的常規化肥施用量后水稻無顯著減產，同時，土壤有機質、全氮含量分別增加4.15%和1.74%。本研究通過紫云英-單季稻輪作的田間試驗，分析紫云英替代不同比例化肥對土壤養分、水稻產量、水稻養分含量和養分偏生產力的影響，以期為試驗區水田推廣紫云英-單季稻耕作制度下合理施用化肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗在衢州市衢江區全旺鎮全旺村進行。試驗田耕作層土壤pH 5.6，有機質28.90 g·kg-1，全氮1.94 g·kg-1，堿解氮162 mg·kg-1，全磷0.48 g·kg-1，有效磷20.0 mg·kg-1，全鉀37.6 g·kg-1，速效鉀 64 mg·kg-1。

供試水稻為秈型兩系雜交稻韻兩優332，紫云英品種為寧波大橋種。復合肥含N 23%、P2O58%、K2O 15%，單質肥料分別為市售尿素(N 46%)和氯化鉀(K2O 60%)。

1.2 處理設計

試驗設8個處理：冬閑+不施肥(0GM+0CF)；冬閑+常規化肥(0GM+100%CF)；紫云英+常規化肥(GM+100%CF)；紫云英+92%化肥(GM+92%CF)；紫云英+84%化肥(GM+84%CF)；紫云英+76%化肥(GM+76%CF)；紫云英+68%化肥(GM+68%CF)；紫云英+60%化肥(GM+60%CF)。小區面積60 m2，3次重復，小區四周筑田埂，并用塑料薄膜隔離，各小區單灌單排。

紫云英于2019年10月10日播種，播種量為30 kg·hm-2，紫云英生長期間不施用肥料，2020年4月15日盛花期測定鮮樣產量后翻壓，平均還田量62 280 kg·hm-2。水稻于2020年5月15日播種，6月17日移栽，種植密度為22.5 cm×22.5 cm，10月12日收獲。水稻生育期內采取適度干濕交替灌溉，其他田間管理措施各小區均保持一致。水稻移栽前1 d施用復合肥作基肥，6月28日追施尿素和氯化鉀。常規氮肥、磷肥和鉀肥總用量分別為276、60和247.5 kg·hm-2。

1.3 測定分析

各小區隨機采取10叢成熟期水稻，風干后測定有效穗、穗粒數、結實率、千粒重等產量構成因素，水稻產量實收計產。水稻成熟后在各小區隨機采取5叢長勢均勻的水稻，沖洗去除泥土，置于105 ℃殺青30 min后75 ℃烘至恒重。研磨過0.25 mm篩后采用濃硫酸-過氧化氫法消解秸稈和籽粒。植株氮、磷、鉀分別采用蒸餾法、鉬藍比色法和火焰光度法進行測定。

水稻收獲后，每個小區隨機采集5個土壤樣品，并均勻混合后按四分法縮樣。土樣采集完成后風干過篩用于測定理化性質。按照土∶水1∶2.5測定土壤pH。土壤有機質采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法。土壤全氮和堿解氮分別采用半微量凱氏定氮法和氫氧化鈉水解擴散法測定。有效磷利用鹽酸-氟化銨按土∶液1∶10浸提后比色測定。速效鉀利用1 mol·L-1乙酸銨按土∶液1∶10浸提后采用火焰光度法測定。

利用Microsoft Excel 2010和SPSS 13.0軟件進行數據處理和統計分析，運用Duncan，s新復極差法進行多重比較和差異顯著性檢測(P<0.05)，采用Sigmaplot 10.0進行制圖。

2 結果與分析

2.1 對土壤養分的影響

不同施肥處理土壤有效磷、速效鉀含量無顯著差異(表1)。0GM+100%CF處理較GM+100%CF處理相比，土壤各理化性質無顯著變化，說明常規化肥施用量下翻壓紫云英短期內對土壤養分含量影響不顯著。與CK相比，各施肥處理土壤有機質、全氮含量分別提高2.73%～8.30%和1.72%～8.05%。GM+68%CF處理有機質和全氮含量最高，較0GM+100%CF處理分別顯著提高5.40%和7.26%，說明在土壤有機質和全氮的提升效果上，翻壓紫云英可替代32%的常規化肥施用。翻壓紫云英條件下，化肥施用量由60%提高至92%時，土壤堿解氮顯著上升。

2.2 對水稻產量及構成要素的影響

與CK相比，各施肥處理水稻產量顯著提高19.64%～79.46%，這主要歸因于施肥能有效提高水稻有效穗(表2)。0GM+100%CF處理與GM+100%CF處理相比，水稻產量及構成要素無顯著變化，說明常規化肥施用量下翻壓紫云英對水稻產量影響不顯著。翻壓紫云英條件下，減少化肥施用量時水稻產量呈先下降再上升后下降的趨勢，其中以GM+68%CF處理水稻產量最高。

表2 不同施肥處理的水稻產量及構成要素

2.3 對水稻養分含量的影響

施肥未顯著改變籽粒全氮含量、秸稈全磷和全鉀含量(表3)。0GM+100%CF處理與GM+100%CF處理相比，水稻不同組織養分含量無顯著變化，說明常規化肥施用量下翻壓紫云英與否與水稻籽粒和秸稈養分含量無顯著關系。GM+60%CF處理水稻籽粒磷含量最低，但GM+60%CF處理水稻秸稈氮含量最高。

表3 不同施肥處理水稻各組織的養分含量

2.4 對養分偏生產力的影響

0GM+100%CF處理與GM+100%CF處理相比，養分偏生產力無顯著變化，說明常規化肥施用量下翻壓紫云英對氮肥、磷肥和鉀肥偏生產力無顯著影響。無論是否翻壓紫云英，隨著化肥施用量的減少，養分偏生產力呈先上升后下降的趨勢，其中以GM+68%CF處理養分偏生產力最高。與0GM+100%CF處理相比，GM+76%CF處理養分偏生產力顯著提高31.66%～31.93%，GM+68%CF處理養分偏生產力顯著提高52.16%～52.47%，GM+60%CF處理養分偏生產力顯著提高48.21%～48.52%(圖1)。

圖1 不同施肥處理的養分偏生產力

3 小結與討論

試驗發現，紫云英還田輪作單季稻，當季水稻收獲后施肥處理土壤有機質和全氮含量均不同程度高于CK。在南方雙季稻田中進行的紫云英替代化肥試驗[8]表明，9 a后不同處理土壤有機質和全氮含量無顯著差異，這可能與其持續性耕種雙季稻導致有機質的積累和消耗達到某種動態平衡有關。與常規施化肥處理相比，GM+68%CF處理土壤有機質和全氮含量顯著提高，說明紫云英替代部分化肥能顯著提升土壤有機質和全氮，其他養分含量無明顯差異，表明化肥減量32%配合紫云英翻壓短期內可維持單季稻田土壤養分供應。梁琴等[9]研究指出,山黧豆替代30%的氮肥后顯著提高了土壤有機質和全氮，這與本研究結果一致，豆科綠肥根瘤固氮后還田一定程度上有利于土壤養分積累。

翻壓紫云英條件下，化肥減量8%～40%與單施100%化肥處理相比水稻產量無顯著減產，這與王飛等[10]翻壓18 t·hm-2的紫云英能夠替代常規化肥施用量的40%而不會導致水稻減產的結論是一致的。紫云英綠肥還田能夠替代化肥的主要機制是,紫云英礦化后有效補充了土壤養分，增加了土壤活性有機質含量[11-12]，本研究中紫云英替代不同用量化肥后，土壤有機質存在不同程度提升的結果也驗證了這一點。汪玉磊等[13]在新墾耕地的試驗表明，紫云英替代60%的常規用量化肥后水稻未顯著減產，這表明翻壓紫云英能改善稻田養分供應，進而提高農田生產力。隨著紫云英替代化肥比例的增加，水稻產量和養分偏生產力呈先增高后降低的趨勢，本試驗條件下以紫云英替代32%化肥處理產量最優。這可能歸因于紫云英替代化肥比例過大時水稻和土壤微生物之間出現競爭從而影響水稻對養分的吸收[14]。

依據土壤養分、養分偏生產力和水稻產量的表現，試驗條件下單季稻田上紫云英替代32%化肥效果最佳，短期內具有一定的減肥增效潛能，但長期來看,紫云英替代化肥對土壤養分和水稻產量的影響有待進一步驗證。