湘南紅壤稻田經濟綠肥培肥增產效果研究?

摘要：為改良湘南紅壤稻作區土壤和提高農民收入，研究通過6 a定位試驗，以稻—冬閑為對照，分析比較了稻—蘿卜、稻—蠶豆、稻—豌豆3種模式下的水稻產量、土壤理化性質和綜合經濟效益。結果表明：3種經濟綠肥模式下的水稻產量均有顯著提升，連續種植經濟綠肥可以顯著提高水稻的稻谷產量和地上部生物量；3種經濟綠肥模式下土壤的pH值、有機質、全氮、堿解氮和速效鉀含量沒有顯著變化，但全鉀含量均顯著高于對照模式；3種經濟綠肥模式均能提高種植的經濟效益，其中稻—蠶豆模式的綜合經濟效益最高。出于土壤培肥和經濟效益綜合考量，建議在南方紅壤稻田區推廣稻—蠶豆種植模式。

關鍵詞：經濟綠肥；水稻產量；土壤性質；經濟效益

中圖分類號：S142 文獻標識碼：A 文章編號：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：劉澤弦，高菊生，黃晶，等. 湘南紅壤稻田經濟綠肥培肥增產效果研究[J].湖南農業科學，2024（7）：35-38.

DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2024.007.007

收稿日期：2023-12-25

基金項目：國家綠肥產業技術體系（CARS-22）

作者簡介：劉澤弦（1998—），男，湖南祁陽市人，碩士，研究實習員，研究方向為土壤微生物及土壤培肥與改良。

通信作者：高菊生

由于長期不合理的開發利用、化學氮肥的過量投入，我國南方丘陵地區紅壤普遍出現土壤pH值降低、耕層變薄、黏粒含量增加、肥力下降等一系列問題，導致作物產量和品質下降[1-3]。種植綠肥是調節土壤肥力、改善耕地質量、確保農業土壤長期生產力的重要途徑之一[4-5]。綠肥作為一種清潔的有機肥源，不僅可以提高土壤肥力，改善土壤生態環境質量，還能提高作物產量與品質[6-7]。研究表明，長期稻—稻—綠肥輪作能提高水稻產量并顯著提高土壤有機質含量[8]。盡管冬種綠肥可以培肥土壤，提高作物產量，但部分農民對綠肥的生態認知不足[9]，且綠肥帶來的直接經濟效益微乎其微，因此農民缺乏冬種綠肥的積極性。目前，“稻—油”“稻—稻—油”輪作制度仍是湘南紅壤地區稻田應用最廣的種植制度[10]，且傳統稻油模式存在稻油季節矛盾突出、油菜產量低、經濟效益低等一系列問題[11]。這導致湘南單季稻和雙季稻地區出現了冬閑稻田面積較大、耕地利用效率低等問題。國家統計局數據顯示，2021年我國油菜籽播種面積為699.2萬hm2，播種面積雖較2020年有所回升，但仍低于2015年同期水平。因此，為提高耕地利用率，實現農業綠色發展，亟需尋求既滿足土壤培肥需要，又具有一定經濟效益、能夠調動農民生產積極性的冬種作物。

經濟綠肥是指經濟上有價值、生態上有效益、生

產上簡便易行、可有效培肥地力的一類綠肥品種[12]。經濟綠肥既具有傳統綠肥改良培肥土壤的特性，也能帶來經濟效益，提高農民收入，既滿足農業綠色發展的生態需要，也符合農民對經濟效益的切實追求[13]。因此，該研究選用肥田蘿卜、蠶豆、豌豆3種經濟綠肥，收獲后直接翻壓還田，通過6 a長期定位試驗，分析種植不同經濟綠肥對水稻產量、土壤理化性質和經濟效益的影響，探索湘南紅壤地區稻田經濟綠肥種植的最佳模式，為湘南紅壤地區農業綠色、高效發展提供理論和現實指導。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于中國農業科學院衡陽紅壤實驗站（111°52′32″E，26°45′42″N），屬亞熱帶季風氣候，年平均溫度17.8℃，年降水量1 290 mm。供試土壤為第四紀紅色黏土發育的水稻土，土壤質地為壤質黏土。定位試驗始于2016年，其耕層土壤基本理化性質如下：pH值 5.66，有機質30.14 g/kg，全氮1.74

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

mg/kg，有效磷31.88 mg/kg，速效鉀56.71 mg/kg。

1.2 試驗設計

田間試驗采用一季稻—綠肥種植模式，設置稻—冬閑（CK）、稻—蘿卜（RR）、稻—蠶豆（RB）、稻—豌豆（RP）4個處理，每個處理設3個重復，采用隨機區組設計方法，每個小區面積25 m2，試驗小區采用水泥埂隔離。于2016年8月下旬一季稻收割后開始種經濟綠肥。冬季綠肥均施等量復合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15）375 kg/hm2作為基肥，施用尿素150 kg/hm2作為追肥。冬季作物在10月上旬種植，蠶豆、豌豆、蘿卜開穴位點播，蠶豆、豌豆每穴2粒，蘿卜每穴5粒。

水稻品種使用當地常規品種。水稻在5月1日左右播種，5月25日左右移栽。在水稻移栽前施用復合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15）600 kg/hm2作為基肥，在水稻移栽10 d后施用尿素150 kg/hm2作為追肥。其他管理措施按當地常規操作進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤理化性質的測定 于每年4月20日左右采集土壤樣品，根據五點取樣法采集每個小區0～20 cm的土樣，混合后風干待用。參考相關文獻對土壤樣品的理化性質進行測定[14]：采用玻璃電極酸度計測定土壤pH值（水土比2.5∶1）；采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定土壤有機質含量；采用H2SO4-HClO4消解法測定全氮含量；采用H2SO4-HClO4消解-鉬銻抗比色法測定全磷含量；采用H2SO4-HClO4消解-火焰光度法測定全鉀含量；采用堿解擴散法測定土壤堿解氮含量；采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定速效磷含量；采用醋酸銨浸提-火焰光度法測定速效鉀含量。

1.3.2 水稻經濟產量和生物產量的測定 水稻收獲后，測定每個小區的稻谷產量和地上部生物量，計算收獲指數。收獲指數=稻谷產量/地上部生物量。

1.4 經濟效益計算

1.4.1 投入計算 試驗投入成本包括：（1）種子投入。水稻苗600元/hm2，蘿卜種子2 250元/hm2、蠶豆種子2 400元/hm2、豌豆種子2 250元/hm2。（2）肥料投入。尿素3.6元/kg，復合肥6元/kg。4個處理中CK

處理施肥量為0，肥料投入0元；其他處理全年尿素施肥量為300 kg/hm2，復合肥施肥量為975 kg/hm2，總投入6 930元/hm2。（3）農藥投入。每一季作物農藥投入1 500元/hm2。（4）人工投入。CK處理人工

投入6 000元/hm2，其他處理人工投入18 000元/hm2。

1.4.2 收入計算 作物收入。作物收入=市場價格×

作物產量。稻谷、蘿卜、蠶豆、豌豆均按當地市場價格計算，分別為2.8、2、6、8元/kg。因此，經濟效益=作物收入-種子投入-肥料投入-農藥投入-人工投入。

1.5 數據處理

采用Excel 2019、IBM SPSS 26.0和GraphPad Prism 9.5.0軟件對數據進行處理和繪圖，使用R語言的“ggpubr”包繪制小提琴圖。采用鄧肯（Duncan）檢驗法進行多組數據間的顯著性差異分析，采用最小顯著性差異法（Least significant difference，LSD）對組間數據進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同經濟綠肥模式對稻谷產量的影響

如圖1所示，冬種經濟綠肥可以顯著提高下季水稻的稻谷產量。從總體上看，RR、RB、RP模式下的稻谷產量均顯著高于CK處理。從經濟綠肥類型來看，對水稻的增產效果排名由高到低依次為蠶豆、豌豆、蘿卜。

2.2 不同經濟綠肥模式對水稻地上部生物量的影響

如圖2所示，冬種經濟綠肥可以顯著提高下季水稻地上部生物量（即稻草產量）。總體上看，RR、RB、RP模式下水稻地上部生物量均顯著高于CK處理。從經濟綠肥類型來看，對水稻地上部生物量增產效果排名由高到低依次為豌豆、蠶豆、蘿卜。

2.3 不同經濟綠肥模式對水稻收獲指數的影響

如圖3所示，2017—2022年，CK處理的水稻收獲指數在第2年上升后便呈下降趨勢，而冬種經濟綠肥的水稻收獲指數總體比較穩定，在固定區間上下波動。隨綠肥種植年限的增加，RR、RB、RP模式下的收獲指數均超過了CK處理。在連續種植3年經濟綠肥后，2020、2021、2022年RP、RR模式下水稻的收獲指數均顯著高于CK處理。

2.4 不同經濟綠肥模式對土壤理化性質的影響

如表1所示，連續種植經濟綠肥可以提高土壤部分養分元素的含量。RR、RB、RP模式下土壤的pH值、有機質、全氮、堿解氮和速效鉀含量與CK處理沒有顯著差異，但全鉀含量均顯著高于CK處理；RR模式下土壤全磷含量顯著高于CK處理；RR、RP模式下土壤有效磷含量均顯著高于CK處理。

2.5 不同經濟綠肥模式的平均經濟效益

如表2所示，采用RR、RB、RP模式種植均可以提高平均經濟效益，其中RB模式下的經濟效益最高，相比CK處理提高了514.18%，凈利潤增加25 457元/hm2；相比RR模式提高了14.58%，凈利潤增加3 870元/hm2；相比RP模式提高了27.16%，凈利潤增加6 494元/hm2，綜上所述，RB模式下能取得最高的經濟效益。

3 討論與結論

該研究表明連續種植經濟綠肥可以顯著提高水稻的稻谷產量和地上部生物量，原因在于CK處理缺少肥料投入，造成土壤肥力下降從而導致產量下降；此外，連續種植綠肥能促進土壤養分循環，提高水稻產量，這與高菊生等[15]的研究結果一致。從綠肥種類來看，豌豆和蠶豆對水稻的增產效果較好，因為豌豆和蠶豆為豆科作物，其根部的根瘤菌可以與之共生并固氮，提高土壤中的有效氮含量[16]，另一方面綠肥能活化土壤，提高土壤中脲酶的活性[17-18]，

改善土壤微生物群落結構，促進水稻產量提升[19]。從土壤養分來看，該研究中RR、RB、RP模式下的全鉀含量均顯著高于CK處理，但總體而言，種植經濟綠肥6 a后，CK處理與其他3種綠肥模式處理的土壤養分含量差異并不明顯，但產量差異卻十分顯著，可能是CK處理中存在著某種脅迫因子（如土壤結構被破壞等），導致其養分豐富卻產量不足；而連續種植綠肥能提高土壤大團聚體含量[20-21]，從而打破脅迫。另外，該研究發現連續種植綠肥6年后RR、RB、RP的土壤pH值略低于CK處理，因此南方紅壤區水稻綠肥輪作仍需重視土壤酸化問題。

從2019年開始CK處理的收獲指數呈下降趨勢，原因是不施肥條件下稻谷產量下降，水稻生物產量反而有所上升；而冬種綠肥的處理從2019年開始收獲指數總體維持在較高水平上下波動，原因在于稻谷產量與地上部生物量增長速度不一致。總體而言，隨著綠肥種植年限的增加，RR、RB、RP處理的收獲指數逐漸超過CK處理，表明連續種植經濟綠肥能有效穩定水稻收獲指數，促進水稻產量提升。

經濟綠肥不僅能夠培肥土壤，本身還能帶來經濟效益，提高農民收入。稻—蘿卜、稻—蠶豆、稻—豌豆3種種植模式均能活化土壤并提高土壤全鉀等養分含量，顯著提高作物產量，獲得更高的經濟效益。3種模式中RB模式的經濟效益最高，得益于更高的水稻產量和較好的蠶豆產值。連續種植6 a后，RR、RB、RP這3種模式下的土壤理化性質無顯著差異，但RB模式能在農業綠色發展的基礎上獲得更高的綜合經濟效益，因此，出于土壤培肥和經濟效益綜合考量，建議在南方紅壤稻田區推廣RB種植模式，即稻—蠶豆模式。

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（責任編輯：王婷）