何宏斌, 張鈺薇, 程俊康, 賈戌禹, 辛國榮,*, 陳衛(wèi)國

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冬閑期種植多花黑麥草對稻田土壤性狀的影響

何宏斌1, 張鈺薇1, 程俊康1, 賈戌禹1, 辛國榮1,*, 陳衛(wèi)國2

1. 廣東省熱帶亞熱帶植物資源與利用重點實驗室, 中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 廣州 510275 2. 連州市東籬種養(yǎng)實業(yè)有限公司, 廣東省連州市 513400

“多花黑麥草(L.; Italian Ryegrass)—水稻(L.; Rice)”草田輪作(IRR)系統(tǒng)是我國南方農(nóng)區(qū)新型的輪作模式之一。利用冬閑田種植多花黑麥草不僅能夠生產(chǎn)大量的優(yōu)質(zhì)青飼料, 緩解冬季畜禽飼草緊缺的問題, 而且可以改善土壤物理和化學(xué)性質(zhì), 提高養(yǎng)分循環(huán)效率, 并對土壤微生物群落產(chǎn)生積極影響。通過討論種植多花黑麥草對土壤團聚體結(jié)構(gòu)、容重、pH、腐殖酸、有機質(zhì)、碳氮比、土壤氮、磷、鉀含量和土壤微生物群落等的影響, 系統(tǒng)總結(jié)了黑麥草在土壤培肥方面的作用效應(yīng), 并進一步探討了南方農(nóng)區(qū)利用IRR系統(tǒng)發(fā)展“草牧業(yè)”的困難與挑戰(zhàn), 旨在為IRR系統(tǒng)的進一步推廣提供更為全面深入的理論指導(dǎo)。

“多花黑麥草—水稻”草田輪作(IRR)系統(tǒng); 多花黑麥草(L.); 土壤培肥; 土壤物理化學(xué)性狀; 土壤微生物群落

0 前言

“多花黑麥草(L.)—水稻(L.)”草田輪作系統(tǒng)(Italian ryegrass–rice rotation, 簡稱IRR)自上世紀(jì)90年代由楊中藝等[1]提出以來, 經(jīng)過多年的發(fā)展, 已經(jīng)逐步成為我國南方農(nóng)區(qū)常見的一種新型輪作模式[2]。由于該模式的推廣, 多花黑麥草的種植面積達(dá)到了南方農(nóng)區(qū)牧草種植面積的80%以上[3]。此外, 由于它產(chǎn)量高、生長速度快、草品質(zhì)優(yōu)良等特點[4], 不僅能夠有效彌補冬季青飼料短缺的問題, 同時通過稻草輪作, 可以改變水田土壤偏耗, 達(dá)到恢復(fù)地力的目的[5]。此外, 冬閑期間輪作多花黑麥草在世界其他地區(qū)均有推廣, 如在美國東南部畜牧業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū), 一年生黑麥草的種植面積在百萬公頃以上, 并充分結(jié)合于當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[6]。

近年來, 由于追求產(chǎn)量, 大量農(nóng)用化學(xué)品投入, 連年耕作“過度種植”, 導(dǎo)致農(nóng)田土壤地力退化, 農(nóng)用耕地普遍發(fā)生土壤板結(jié)、酸化鹽漬化, 農(nóng)田土壤面臨防旱排澇能力喪失, 有機質(zhì)含量等生物性狀大幅降低等問題[7-8]。土壤地力退化的重要原因就是在生產(chǎn)實踐中忽視肥料和環(huán)境養(yǎng)分關(guān)系, 并缺乏合理農(nóng)作制度造成的。一味地增加化學(xué)肥料使用, 不僅糧食產(chǎn)量并不會正比例增加, 反而破壞了土壤自身“免疫力”, 導(dǎo)致肥料利用率大幅降低。研究表明我國氮肥利用率不足30%[9], 如何應(yīng)對這一日趨嚴(yán)重的問題, 是擺在科技工作者面前的重大挑戰(zhàn), 而其中一個重要的解決途徑就是新型輪作制的應(yīng)用。長期的生產(chǎn)實踐表明, 科學(xué)合理輪作是一種能夠改善土壤“免疫力”, 提高作物產(chǎn)量和改良大田生態(tài)環(huán)境的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施[10], 而針對輪作過程的機理研究, 可以進一步提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率, 并解決農(nóng)用化學(xué)品濫用而造成的地力下降、環(huán)境污染等問題。

經(jīng)過20多年的研究與實踐, 冬種黑麥草技術(shù)已經(jīng)在我國南方農(nóng)區(qū)廣泛推廣, 然而它在不同生產(chǎn)區(qū)域之間具有較大的產(chǎn)量變化, 這是因為黑麥草的生長對不同土壤條件具有不同程度的響應(yīng)[6]。由于南方農(nóng)區(qū)具有氣候環(huán)境多變、土壤類型多樣和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜等特點, 對IRR系統(tǒng)中黑麥草與土壤的相互影響的研究, 無論是生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程還是培肥機理尚有待于進一步研究, 有必要全面總結(jié)已有的研究成果, 通過新的研究視角, 研究和解決生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的諸如土壤酸堿度的升降規(guī)律, 氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的循環(huán)過程以及土壤微生物群落的動態(tài)變化等問題, 系統(tǒng)闡述冬種多花黑麥草對稻田土壤性狀的影響, 為IRR系統(tǒng)在南方農(nóng)區(qū)的推廣提供一套更加全面的理論指導(dǎo)。

1 冬種黑麥草對土壤性狀的影響

1.1 冬種黑麥草對稻田土壤物理性狀的影響

土壤團聚體的形成, 是表征土壤物理性狀優(yōu)劣的一個重要指標(biāo), 不同粒級團聚體對于土壤營養(yǎng)元素的保持和轉(zhuǎn)化具有不同的作用[11]。微團聚體(粒徑<25 mm)是土壤養(yǎng)分的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ), 團聚體的組成與比例直接影響了植物的生長和土壤養(yǎng)分水平, 而1—10 mm的水穩(wěn)性團聚體正是植物生長所需的良好土壤結(jié)構(gòu)[12–13]。通常, 作物的輪作有利于團聚體聚合, 研究表明稻田中輪作玉米使>1 mm水穩(wěn)性團聚體增加了12.54%[14]。而在IRR系統(tǒng)中, >5 mm的團塊占總團聚體比例的46.89%, 0.25—5 mm的水穩(wěn)性團聚體約33.43%, <0.25 mm的水穩(wěn)性團聚體只占19.09%, 反映出了該系統(tǒng)具有良好的團聚體組成結(jié)構(gòu)[13]。此外, 王華等[15]發(fā)現(xiàn)輪作綠肥使稻田土壤的容重下降, 總孔隙度和非毛管孔隙度大幅提高; 楊曾平[13]的研究表明, 在紫云英、油菜和黑麥草的輪作中, 稻田土壤總孔隙度和非毛管孔隙度比冬閑分別增加26.0%—33.4%和0.6%—9.7%, 而輪作黑麥草使水稻土壤容重下降幅度最大, 比冬閑處理減少5.1%; 同樣, 辛國榮等[16]發(fā)現(xiàn)黑麥草的輪作使大田土壤容質(zhì)量比同一時期的冬閑土壤低5.4%; 喬偉艷等[17]也得出一致的結(jié)論: 黑麥草發(fā)達(dá)的根系會增加土壤孔隙度、降低容重, 在黑麥草最后刈割時土壤容重達(dá)到最低1.17 g·cm–3, 相比于種草前降低了10.7%。黑麥草密集的根系穿插在土壤中, 不僅能夠促進了土壤新陳代謝以及土壤有機質(zhì)含量[13], 還能夠降低地表水徑流流速, 減輕大田水土流失的狀況, 使稻田土壤持水、保水能力增強[18–19]。

1.2 冬種黑麥草對稻田土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

1.2.1 對土壤有機質(zhì)的影響

綠肥作物能為土壤提供可持續(xù)的碳源, 在這一過程中土壤有機質(zhì)含量顯著提高[20]。李子雙等[21]發(fā)現(xiàn), 相比于豆科綠肥, 禾本科綠肥雖然不能固氮, 但是它具有更高的碳氮比, 同時具有發(fā)達(dá)的根系, 能為土壤緩慢而持久的供應(yīng)有機物質(zhì); 通常黑麥草根茬的碳氮比達(dá)到32—48, 而地上部分碳氮比達(dá)到20—34, 根茬中較高的碳氮比有助于緩慢提高土壤有機質(zhì), 而在根茬養(yǎng)分釋放過程中添加地上部則有利于土壤氮的持續(xù)礦化[22]。楊濱娟等[23]對比了不同輪作系統(tǒng)后發(fā)現(xiàn), 黑麥草的輪作相比于紫云英等輪作系統(tǒng)能夠提高土壤碳氮比達(dá)0.97%—6.61%; 而對比湖南長沙、寧鄉(xiāng)等不同地區(qū)黑麥草的研究發(fā)現(xiàn), 土壤碳氮比增量甚至達(dá)到11.87%—55.96%[24]。黑麥草具有發(fā)達(dá)的根系結(jié)構(gòu), 僅僅在土壤表層須根數(shù)量就能達(dá)到597—1148 g·m–2[25]; 高度發(fā)達(dá)的根系生物量在分解中使得土壤有機質(zhì)增量能達(dá)到2.99%—4.98%[23], 而有機質(zhì)的增加是一個持續(xù)的碳源緩釋的過程, 具有積極的生態(tài)效益。江蘇黑麥草種植試驗發(fā)現(xiàn), 在完成2年輪作后, 土壤有機質(zhì)含量在第一、第二年分別增加了5. 31%和9.81%[26]。若將視線聚焦于土壤的短期變化, 辛國榮等[16]發(fā)現(xiàn)相比于冬閑土壤, 冬種黑麥草使土壤有機質(zhì)含量在短期內(nèi)能夠快速提高20%—66%; 與此同時, 冬種黑麥草對土壤有機碳的影響也極為顯著, 在黑麥草、燕麥、紫云英的種植試驗中發(fā)現(xiàn), 黑麥草對土壤有機碳的增量達(dá)到21.67%, 而0—10 cm土層有機碳含量增量達(dá)到25.13 g·kg–1[27]。綜上所述, 黑麥草在輪作過程中能夠為土壤持續(xù)供應(yīng)有機質(zhì)并提升農(nóng)田整體的有機質(zhì)含量。

1.2.2 對土壤pH和腐殖酸的影響

土壤pH值和腐殖酸的波動是由于植物殘體及根系的降解造成的, 部分植物殘體在分解過程中使腐殖質(zhì)迅速增加, 由于腐殖質(zhì)在分解過程中會產(chǎn)生大量腐殖酸, 進而又會對土壤pH值產(chǎn)生影響[28]。研究表明在連續(xù)兩年的黑麥草輪作試驗中, 土壤腐殖酸含量分別增加了13.76%和28.65%[26]; 有研究表明由于黑麥草作為綠肥覆壓、旋耕還田增加了土壤腐殖酸含量, 短期內(nèi)土壤pH呈現(xiàn)下降趨勢[29–30]。相反, 多年在大田種植黑麥草、紫云英等綠肥作物卻顯著提高了土壤pH值[31], 對于pH上升的原因, 易杰祥等[32]發(fā)現(xiàn)土壤酸化的一個重要原因就是土壤中的鹽基離子淋失, 而黑麥草等綠肥的種植通常都提高了大田持水量, 此時土壤對碳酸鹽有較大的緩沖能力, 誘使土壤pH趨向于中性移動, 進而提高了土壤pH。這一過程由于鹽基離子的緩沖作用, 通常也會影響大田養(yǎng)分的循環(huán)過程[33]。因此, 種植黑麥草短期內(nèi)會降低土壤pH, 但在長期試驗中pH值通常呈現(xiàn)逐步上升的趨勢[34]; 在另一項研究中發(fā)現(xiàn)連續(xù)8年的黑麥草輪作使得0—15 cm耕層土壤pH從原先的4.8穩(wěn)定在了5.2左右[23], 這也表明了冬種黑麥草具有一定的pH緩沖能力, 能夠一定程度上緩解過度施用化肥造成的土壤酸化問題。

1.2.3 對土壤氮、磷、鉀主要營養(yǎng)元素的影響

多花黑麥草的輪作通常能夠提升土壤主要營養(yǎng)元素水平, 這是由于黑麥草根茬在分解過程中能夠?qū)⒂袡C體中的營養(yǎng)元素緩釋到大田, 例如在黑麥草與馬鈴薯的輪作中, 黑麥草綠肥翻壓還田對土壤氮、磷水平產(chǎn)生了積極影響[22]。類似的結(jié)果在IRR系統(tǒng)中同樣被發(fā)現(xiàn), “稻—草”輪作對土壤氮、磷、鉀含量具有顯著的提升效果[35]。廣東的定位輪作試驗發(fā)現(xiàn), 黑麥草的種植短期內(nèi)使土壤全氮、有效氮的含量提高了26%、67%[16]; 江蘇的黑麥草種植試驗結(jié)果表明, “稻—草”輪作中土壤全氮含量分別在第一、第二年增加了4.83%和7.5%[17]。黑麥草對土壤磷含量也存在類似的影響, 種植并翻壓黑麥草后的土壤有效磷含量顯著高于種植小黑麥和對照土壤[36]; 辛國榮等[16]發(fā)現(xiàn)輪作黑麥草能夠使土壤全磷增加32%; 在黑麥草兩年的輪作中, 土壤全磷含量在第一、第二年分別增加13.85%和18.94%[17]; 而黑麥草的種植對土壤有效磷的含量變化會產(chǎn)生更為顯著的作用[31], 楊濱娟等[23]發(fā)現(xiàn)“稻—草”輪作使得土壤有效磷的增量達(dá)19.25%—31.05%, 辛國榮等[16]發(fā)現(xiàn)這種增量能達(dá)到33%以上?！暗尽荨陛喿髦型寥廊浐吭诘谝?、第二年分別增加16.9%和21.3%[17], 土壤有效鉀的變化更為顯著, 黑麥草輪作使得速效鉀增量能達(dá)到17.0%—78.0%[16, 23–24]。但值得注意的是, 上述對土壤的培肥結(jié)果均是在一定水肥管理的措施下取得的, 在輪作過程中選擇適當(dāng)肥料種類、施肥量對于土壤地力的提升具有積極意義[37]。黑麥草的種植過程會消耗大量的土壤氮, 因此, 要保證在不過度消耗地力的前提下, 同時能夠在冬閑期間提供大量的優(yōu)質(zhì)青飼料, 就需要及時補充土壤養(yǎng)分。設(shè)置施氮水平為100, 200和300 kg·hm–2的施肥量時, 黑麥草鮮草總產(chǎn)量分別比不施氮增產(chǎn)75%, 146%和134%, 當(dāng)施氮量達(dá)到200 kg·hm–2時, 草產(chǎn)量最高達(dá)到了74504 kg·hm–2, 而土壤養(yǎng)分也并無明顯下降[38]。與此同時, 正是由于黑麥草的種植, 土壤中的氮、磷利用效率顯著提高, 相比于冬閑田, 配施375 kg·hm–2的復(fù)合肥使黑麥草田中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和磷的淋失量分別降低了49.43%、48.59%和24.11%[39]。

1.3 冬種黑麥草對土壤生物化學(xué)過程的影響

土壤酶是土壤代謝的重要表征[40], 它參與了土壤中眾多的養(yǎng)分循環(huán)過程, 通常土壤酶能加速土壤有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化分解效率[41]。冬種黑麥草提高了土壤酶活性, Li等[34]發(fā)現(xiàn)長期輪作黑麥草提高了土壤磷酸酶和過氧化物酶的活性; 另一項研究表明相比于冬閑田, 種草組土壤脲酶活性提高了175%, 轉(zhuǎn)化酶活性提高了92.6%[42]; 同時, 在這一過程中施以適當(dāng)量的有機肥會對土壤酶活性產(chǎn)生更為積極的影響, 若50%的氮來源于植物殘體和有機肥, 土壤硝酸還原酶、脲酶均會達(dá)到一個更高的活性水平[43]; 但也有研究發(fā)現(xiàn)黑麥草的刈割在短期內(nèi)降低了土壤堿性磷酸酶、β–葡萄糖苷酶活性[29]。此外, 草田輪作系統(tǒng)的根際效應(yīng)顯著, 黑麥草的根系分泌物可顯著提高土壤礦質(zhì)元素的有效性并改善土壤的微生物區(qū)系[39], 黑麥草根系殘體能夠作為綠肥在腐解過程中向土壤中釋放大量礦質(zhì)營養(yǎng), 這一過程會催生土壤微生物產(chǎn)生大量次生代謝產(chǎn)物[44], Emeterio等[45]發(fā)現(xiàn)正是由于這些次生代謝物會使得黑麥草對后作植物產(chǎn)生某種化感作用, 黎國喜等[46–47]在進一步的研究中發(fā)現(xiàn), 利用乙酸乙酯和正丁醇萃取物從黑麥草根茬組織及其腐解產(chǎn)物中分離出部分具促水稻生長的有機活性物質(zhì), 如苯丙酸能夠促進水稻干物質(zhì)積累、根系生長和各器官的發(fā)育。

1.4 冬種黑麥草對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性的影響

土壤環(huán)境與微生物群落的關(guān)系極為密切, 而土壤微生物群落是土壤活力的重要表征[48]?！暗尽G肥”輪作對于土壤微生物群落存在積極的改良作用, 研究表明, 長期“稻—草”模式能夠顯著提高華南地區(qū)大田土壤微生物的群落多樣性和微生物活力[49]; 與此同時, 發(fā)生變化的土壤環(huán)境也會與土壤微生物群落產(chǎn)生相互影響[50]。董春華[51]的研究發(fā)現(xiàn)相比于冬閑處理, 長期的“稻—草”輪作改變了土壤細(xì)菌群落組成, 顯著提高了OTU數(shù)量、Chao1多樣性指數(shù)和Shannon多樣性指數(shù)。Schutter等[52]發(fā)現(xiàn)通過種植黑麥草, 土壤中的微生物量碳、微生物量氮以及微生物熵均顯著提高; 史文娟等[27]發(fā)現(xiàn)土壤微生物量碳相比冬閑處理增加了22.4%。此外, 綠肥通過自身有機物降解而為土壤微生物供給養(yǎng)分[53], 而有機質(zhì)豐富的黑麥草根系能為土壤細(xì)菌、真菌和放線菌提供充足的養(yǎng)分[54]; 黑麥草的種植使土壤中細(xì)菌菌群數(shù)量增加了13.03%, 放線菌菌群數(shù)量增加了3.22%, 真菌菌群數(shù)量增加了4.16%, 微生物生物量由種草前63 mg·kg–1迅速上升至種草后的782 mg·kg–1[17]。在細(xì)菌類群方面, “稻—草”輪作會提高后作水稻中的固氮細(xì)菌的組成比例, 例如種草組中不動桿菌屬含量達(dá)到了31%—41%, 假單胞菌屬達(dá)到了14%—28%, 而冬閑處理中兩菌屬含量分別只有4.4%和2.5%[30]。此外, 在對固氮細(xì)菌、溶磷細(xì)菌和硅酸鹽細(xì)菌等植物生長促進根菌的研究發(fā)現(xiàn), 多花黑麥草的種植對這些土壤中的“植物有益菌”存在積極影響, 其中對溶磷細(xì)菌的豐度提升作用最為顯著, 而對自生固氮菌, 硅酸鹽細(xì)菌也有一定的提升作用[55]。在真菌類群方面, 黑麥草與AMF存在共生關(guān)系, 在黑麥草根際, AMF豐度的增加能夠有效提高土壤酶和根際微生物活性[56], 在進一步的研究中發(fā)現(xiàn), 黑麥草的種植使得抗生素對土壤微生物的抑制效果大幅減弱, 黑麥草根際的微生物呼吸強度和氨化強度相對于冬閑處理分別提高了4.5和1.9倍; 另有研究表明長期種植黑麥草使土壤呼吸比冬閑處理增加了57.5%[13]; 而Hussainae等[57]的研究證實了正是由于黑麥草根際具有較高多樣性的微生物, 使它具備了潛在的環(huán)境修復(fù)能力。

2 結(jié)論與展望

我國南方農(nóng)區(qū)耕作歷史悠久, 耕種面積巨大, 土壤類型多樣, 長時間以來不合理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)行為加劇了土壤負(fù)擔(dān), 造成一系列土壤退化、水土流失等生態(tài)環(huán)境方面的問題。研究表明多花黑麥草的種植能夠顯著提高土壤質(zhì)量, 提高養(yǎng)分利用效率, 使水稻增產(chǎn)7%—14%[58–59]。與此同時, “稻—草”輪作的引入不僅能夠在冬季提供大量的青飼料, 彌補冬季我國南方青飼料的不足, 還能對土壤產(chǎn)生積極的生態(tài)效應(yīng): 增加有機質(zhì)和礦物質(zhì)含量, 緩解土壤酸化, 增加土壤氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量, 提升如脲酶、磷酸酶等土壤酶的活性, 同時提高微生物群落多樣性和微生物生物量碳、氮, 增加了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[60]。

“稻—草”輪作有助于長期穩(wěn)定地提升土壤地力, 這是由于水稻和黑麥草根茬中的營養(yǎng)元素和有機物是經(jīng)過較長時間的分解而緩釋進入大田, 這一降解過程逐步地增加了土壤中的有效養(yǎng)分, 減少了營養(yǎng)流失, 提高了土壤“免疫力”。目前, 已經(jīng)有大量研究驗證了冬種黑麥草能夠使稻田土壤性狀得到改良, 但是系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)還是不夠全面, 尤其在不同氣候、土壤、地形條件下, 缺乏較為完整的技術(shù)規(guī)程, 針對性的開展不同地域特色的種植技術(shù)規(guī)程(例如施肥量、播種量、刈割、利用等)有助于該系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化、集約化發(fā)展, 這同時也是南方農(nóng)區(qū)土壤培肥增效研究的重要課題。此外, 以IRR系統(tǒng)角度研究水稻和黑麥草根茬的利用時期、返田量, 以及這一過程中涉及到的植物—土壤氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的釋放轉(zhuǎn)化規(guī)律, 對于理解“稻—草”輪作的養(yǎng)分流動規(guī)律以及相應(yīng)的生物化學(xué)過程都具有重要意義。

[1] 楊中藝. 熱帶和南亞熱帶地區(qū)飼用物種的時空搭配[J]. 草業(yè)科學(xué), 1991, 8(5): 14–18.

[2] ELSWORTH L R, PALEY W O. Fertilizers: properties, applications and effects[M]//YANG Zhongyi, XIN Guorong, YUAN Jiangang, et al. Ecological fertilization: an example for paddy rice performed as a crop rotation system in southern China. New York: Nova Science Publishers Inc., 2008: 1–28.

[3] 顧洪如, 丁成龍, 鐘小仙. 發(fā)展種草養(yǎng)鵝—推進農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2002, 1: 3–5.

[4] 姜華, 畢玉芬, 何承剛. 不同時期刈割對黑麥草生產(chǎn)性能、蛋白質(zhì)含量及光合效率的影響[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2003, 18(2): 149–152.

[5] 雷荷仙, 何勝江, 任明晉, 等. 多花黑麥草研究進展[J]. 貴州畜牧獸醫(yī), 2007, 31(2): 14–16.

[6] VENUTO B C, WARD J D, TWIDWELL E K. Effects of soil type and soil chemical composition on nutrient content of annual ryegrass for beef and dairy cow nutrition[J]. Journal of Plant Nutrition, 2002, 26(9): 1789–1799.

[7] 張?zhí)伊? 李忠佩, 王興祥. 高度集約農(nóng)業(yè)利用導(dǎo)致的土壤退化及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[J]. 土壤學(xué)報, 2006, 43(5): 843–850.

[8] 張英俊, 任繼周, 王明利, 等. 論牧草產(chǎn)業(yè)在我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中的地位和發(fā)展布局[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報, 2013, 15(4): 61–71.

[9] 張福鎖, 王激清, 張衛(wèi)峰, 等. 中國主要糧食作物肥利用率現(xiàn)狀與提高途徑[J]. 土壤學(xué)報, 2008, 45(5): 915–924.

[10] 沈?qū)W年, 劉巽浩. 多熟種植[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版, 1983: 1–65.

[11] 陳恩風(fēng), 關(guān)連珠, 汪景寬, 等. 土壤特征微團聚體的組成比例與肥力評價[J]. 土壤學(xué)報, 2001, 38(1): 49–53.

[12] 陳恩風(fēng), 周禮愷, 武冠云.微團聚體的保肥供肥性能及其組成比例在評判土壤肥力中的作用[J]. 土壤學(xué)報, 1994, 31(1): 18–28.

[13] 楊曾平. 長期冬種綠肥對紅壤性水稻土質(zhì)量和生產(chǎn)力可持續(xù)性影響的研究[D]. 長沙: 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué), 2011: 1–37.

[14] 黃沖平, 丁鼎良. 水旱輪作對作物產(chǎn)量和土壤理化性狀的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報, 1995, 7(6): 448–450.

[15] 王華, 黃宇, 陽柏蘇, 等.中亞熱帶紅壤地區(qū)稻—稻—草輪作系統(tǒng)稻田土壤質(zhì)量評價[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2005, 25(12): 3271–3281.

[16] 辛國榮, 岳朝陽, 李雪梅, 等. “黑麥草—水稻”草田輪作系統(tǒng)的根際效應(yīng)Ⅱ.冬種黑麥草對土壤物理化學(xué)性狀的影響[J]. 中山大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 1998a, 37(5): 78–82.

[17] 喬偉艷, 顧洪如, 沈益新. 稻茬種植多花黑麥草對土壤肥力和微生物組成的影響[J]. 草業(yè)科學(xué), 2017, 34(2): 240–245.

[18] 李會科, 張廣軍, 趙政陽, 等. 渭北黃土高原旱地果園生草對土壤物理性質(zhì)的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 41(7): 2070–2076.

[19] MADARI B, MACHADO P L, TORRES E, et al. No tillage and crop rotation effects on soil aggregation and organic carbon in a Rhodic Ferralsol from southern Brazil[J]. Soil and Tillage Research, 2005, 80(1–2): 185–200.

[20] TAO Jiemeng, LIU Xueduan, LIANG Yili, et al. Maize growth responses to soil microbes and soil properties after fertilization with different green manures[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2017, 101(3): 1289–1299.

[21] 李子雙, 廉曉娟, 王薇. 我國綠肥的研究進展[J]. 草業(yè)科學(xué), 2013, 30(7): 1135–1140.

[22] ZEBARTH B J, ARSENAULT W J, MOOREHEAD S, et al. Italian ryegrass management effects on nitrogen supply to a subsequent potato crop[J]. Agronomy Journal, 2009, 101(6):1573–1580.

[23] 楊濱娟, 黃國勤, 王超, 等. 稻田冬種綠肥對水稻產(chǎn)量和土壤肥力的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報. 2013, 21(10): 1209–1216.

[24] 王華. 冬閑田種植牧草的產(chǎn)量、品質(zhì)及對稻田生態(tài)功能的影響[D]. 長沙: 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué), 2014: 1–33.

[25] 辛國榮, 楊中藝, 徐亞幸, 等. “黑麥草—水稻”草田輪作系統(tǒng)的研究Ⅴ.稻田冬種黑麥草的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培技術(shù)[J]. 草業(yè)學(xué)報, 2000, 9(2): 17–23.

[26] 喬偉艷, 顧洪如, 沈益新. 稻茬種植多花黑麥草對水稻土土壤肥力的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 45(18) : 60–63.

[27] 史文娟. 冬閑田禾本科牧草飼草產(chǎn)量及對稻田生態(tài)功能的影響研究[D]. 合肥: 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué), 2010: 1–35.

[28] ZELLES L. Fatty acid patterns of phospholipids and lipopolysaccharides in the characterisation of microbial communities in soil: a review[J]. Biology and Fertility of Soils, 1999, 29(2): 111–129.

[29] 趙鈺. 四種牧草對土壤生化性質(zhì)的影響[D]. 蘭州: 蘭州大學(xué), 2010: 1–22.

[30] ZHANG Xiaoxia, ZHANG Ruijie, GAO Jusheng, et al. Thirty–one years of rice–rice–green manure rotations shape the rhizosphere microbial community and enrich beneficial bacteria[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2017, 104: 208–217.

[31] 何亮珍, 郭嘉, 付愛斌, 等. 雙季稻冬閑田種植綠肥對土壤理化性質(zhì)的影響[J]. 作物研究. 2017, 31(4): 405–407.

[32] 易杰祥, 呂亮雪, 劉國道. 土壤酸化和酸性土壤改良研究[J]. 華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2006, 12(1): 23–28.

[33] CURTIN D, TROLOVE S. Predicting pH buffering capacity of New Zealand soils from organic matter content and mineral characteristics[J]. Soil Research, 2013, 51(6): 494–502.

[34] LI Huashou, LI Na, LIN Chuxia, et al. Interaction between BSM–contaminated soils and Italian ryegrass[J]. Journal of Environmental Science and Health, 2012, 47(5): 427–433.

[35] WANG Xiaochang, LU Qin. Beta–glucosidase activity in paddy soils of the Taihu Lake region, China[J]. Pedosphere, 2006, 16(1): 118–124.

[36] 秦文利, 賈立明, 劉忠寬, 等. 冬綠肥品種與播種方式對土壤養(yǎng)分和后茬花生產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報, 2015, 30(增刊): 168–172.

[37] 李小梅, 陳天峰, 孫娟娟, 等. 氮肥水平對多花黑麥草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 中國草地學(xué)報. 2016, 38(1): 168–172.

[38] 劉高軍, 韓建國, 魏臻武, 等. 施氮量對一年生黑麥草生長特性的影響[J]. 草原與草坪, 2011, 31(1): 33–41.

[39] 辛國榮, 李劍, 楊中藝. 水田冬種多花黑麥草對土壤氮磷環(huán)境釋放的影響[J]. 草業(yè)學(xué)報, 2011, 20(6): 118–125.

[40] 哈茲耶夫. 土壤酶活性[M]. 鄭洪元, 周禮愷, 譯. 北京: 北京科學(xué)出版社, 1980: 49–85.

[41] THEUERL S, BUSCOT F. Laccases: toward disentangling their diversity and functions in relation to soil organic matter cycling[J]. Biology and Fertility of Soils, 2010, 46(3): 215–225.

[42] 辛國榮, 岳朝陽, 李雪梅, 等.“黑麥草—水稻”草田輪作系統(tǒng)的根際效應(yīng)3.黑麥草根系對土壤生物性狀的影響[J]. 中山大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 1998b, 37(6): 94–96.

[43] 李寶辰. 不同施肥模式對黑麥草根際土壤氮轉(zhuǎn)化相關(guān)酶的影響[J]. 天津農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 15(3): 17–19.

[44] 辛國榮, 楊中藝.“黑麥草—水稻”草田輪作系統(tǒng)研究Ⅶ黑麥草殘留物的田間分解及營養(yǎng)元素的釋放動態(tài)[J]. 草業(yè)學(xué)報, 2004, 13(3): 80–84.

[45] EMETERIO L S, ARROYO A, CANALS R M. Allelopathic potential ofGaud. on the early growth of associated pasture[J]. Grass and Forage Science, 2004, 59(2): 107–112.

[46] 黎國喜, 李厚金, 楊中藝, 等. “黑麥草—水稻”草田輪作系統(tǒng)的根際效應(yīng)V.意大利黑麥草(L.) 根茬腐解物中存在促水稻生長活性物質(zhì)的證據(jù)[J]. 中山大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2008, 47(4): 88–93.

[47] LI Guoxi, ZENG Rensen, LI Houjin, et al. Allelopathic effects of decaying Italian ryegrass (Lam.) residues on rice[J]. Allelopathic Journal, 2008, 22(2):15–24.

[48] WU Xiong, ZHAO Qingyun, XUE Chao, et al. Comparison of fungal community in black pepper–vanilla and vanilla monoculture systems associated with vanillawilt disease[J]. Frontiers in Microbiology, 2016, 7: PMC4746283.

[49] GAO Songjuan, ZHANG Rengang, CAO Weidong. Long–term rice–rice–green manure rotation changing the microbial communities in typical red paddy soil in South China[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2015, 14(12): 2512–2520.

[50] NEWTON Z. LUPWAYI, YOONG K S. Soil microbial properties during decomposition of pulse crop and legume green manure residues in three consecutive subsequent crops[J]. Canadian Journal of Soil Science, 2016, 96(4): 413–426.

[51] 董春華. 施肥及輪作對紅壤稻田微生物特性的影響研究[D]. 長沙: 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué), 2014: 1–4.

[52] SCHUTTER M E, SANDENO J M, DICK R P. Seasonal, soil type, and alter native management influences on microbial communities of vegetable cropping systems[J]. Biology and Fertility of Soils, 2001, 34(6): 397–410.

[53] TEJADA M, GONZALEZ J L, GARCIA–MARTINEZ A M, et al. Effects of different green manures on soil biological properties and maize yield[J]. Bioresource Technology, 2008, 99(6): 1758–1767.

[54] 王麗宏, 楊光立, 曾昭海, 等. 稻田冬種黑麥草對飼草生產(chǎn)和土壤微生物效應(yīng)的影響(簡報)[J]. 草業(yè)學(xué)報, 2008, 17(2): 157–161.

[55] 韓玉竹, 曾兵, 黃建國. 多花黑麥草根際微生物研究[J]. 中國草地學(xué)報, 2011, 33(4): 78–82.

[56] YE Shaoping, YANG Yujie, XIN Guorong, et al. Studies of the Italian ryegrass–rice rotation system in southern China: Arbuscular mycorrhizal symbiosis affects soil microor-ganisms and enzyme activities in theL. rhizosphere[J]. Applied Soil Ecology, 2015, 90: 26–34.

[57] HUSSAINAE F, HUSSAIN I, KHAN A H A, et al. Combined application of biochar, compost, and bacterial consortia with Italian ryegrass enhanced phytoremediation of petroleum hydrocarbon contaminated soil[J]. Environ-mental and Experimental Botany, 2018, 153: 80–88.

[58] 楊中藝.“黑麥草—水稻”草田輪作系統(tǒng)的研究Ⅳ 冬種意大利黑麥草對后作水稻生長和產(chǎn)量的影響[J]. 草業(yè)學(xué)報, 1996, 5(2): 38–42.

[59] 辛國榮, 鄭政偉, 徐亞幸, 等.“黑麥草—水稻”草田輪作系統(tǒng)的研究 6.冬種黑麥草期間施肥對后作水稻生產(chǎn)的影響[J]. 草業(yè)學(xué)報, 2002, 11(4): 21–27.

[60] 連亞楠. 冬閑田豆科牧草飼草產(chǎn)量及對稻田生態(tài)功能的影響研究[D]. 合肥: 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué), 2010: 1–7.

Effects of planting Italian ryegrass (L.) during winter leisure on soil properties in paddy fields

HE Hongbin1, ZHANG Yuwei1, CHENG Junkang1, JIA Xuyu1, XIN Guorong1,*, CHEN Weiguo2

1. State Key Laboratory of Biocontrol and Guangdong Provincial Key Laboratory of Plant Resources, School of Life Sciences, Sun Yat–sen University, Guangzhou 510275, China 2. Dongli Planting and Farming industrial Co., LTD, Lianzhou, Guangdong 513400, China

“Italian ryegrass (L.)–Rice (L.)” Rotation (IRR) system is a new type of rotation pattern in the southern agricultural paddy areas. Planting Italian ryegrass in winter fields can not only produce a large amount of high-quality green feed, relieve the shortage of winter livestock and poultry forage, but also improve soil physio-chemical properties, improve nutrient recycling efficiency, and have positive effects on soil microbial communities. Here the effects of Italian ryegrass on soil fertilization were systematically explored, by analyzing the effects of planting Italian ryegrass on soil aggregate structure, bulk density, pH, humic acid, organic matter, C/N ratio, soil nitrogen, phosphorus, potassium contents and soil microbial community, etc. The difficulties and challenges of developing“Grass husbandry”through IRR system in southern agricultural areas were discussed. This study may provide some theoretical guidance for further promotion of IRR system application.

“Italian ryegrass–Rice” Rotation (IRR) system; Italian ryegrass (L.); soil fertilization; soil physio-chemistry characteristics; soil microbial community

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.02.020

S544+.9

A

1008-8873(2019)02-155-07

2018-11-20;

2018-12-16

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項經(jīng)費項目(20150122—15); “‘揚帆計劃’引進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊專項資助(2015YT02H032)”

何宏斌(1993—), 男, 甘肅蘭州人, 在讀博士研究生, 主要從事草地農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)研究, E-mail: hehb3@mail2.sysu.edu.cn

辛國榮, 男, 博士, 教授, 主要從事草地農(nóng)業(yè)與菌根生態(tài)學(xué)研究, E-mail:lssxgr@mail.sysu.edu.cn

何宏斌, 張鈺薇, 程俊康,等. 冬閑期種植多花黑麥草對稻田土壤性狀的影響[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(2): 155-161.

HE Hongbin, ZHANG Yuwei, CHENG Junkang, et al. Effects of planting Italian ryegrass (L.) during winter leisure on soil properties in paddy fields[J]. Ecological Science, 2019, 38(2): 155-161.