張 璐，黃 晶，高菊生，曹衛(wèi)東，高 鵬，楊志長

長期綠肥與氮肥減量配施對水稻產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分含量的影響

張 璐1,2，黃 晶1,2，高菊生1,2※，曹衛(wèi)東1，高 鵬3，楊志長2

（1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/耕地培育技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院衡陽紅壤實(shí)驗(yàn)站/祁陽農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外試驗(yàn)站，祁陽 426182；3. 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所，長沙 410125）

為探明湘南雙季稻區(qū)綠肥還田下的氮肥適宜施用量，設(shè)計(jì)了始于2008年冬季開展的長期田間定位試驗(yàn)（2009－2017），研究綠肥與氮肥減量配施對雙季稻的產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力以及2017年稻田耕層土壤養(yǎng)分含量的影響。共設(shè)計(jì)6個施肥處理：不施氮肥空白對照、僅紫云英、習(xí)慣施肥、紫云英與100%無機(jī)氮配施、紫云英與80%無機(jī)氮配施、紫云英與60%無機(jī)氮配施。結(jié)果表明：與習(xí)慣施氮量相比，綠肥結(jié)合習(xí)慣施肥以及綠肥與化肥氮減量20%～40%配施均能保持甚至提高2009－2017年稻谷周年產(chǎn)量，顯著提高早、晚稻氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)效率。綠肥與化肥氮減40%時，產(chǎn)量變異系數(shù)最低和產(chǎn)量可持續(xù)指數(shù)最高。試驗(yàn)9 a后，與2008年相比，稻田土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量呈上升趨勢。與習(xí)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。綜合考慮，紫云英還田下，化肥氮減施40%仍能獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，且氮肥利用率最高，產(chǎn)量穩(wěn)定性最好，并可緩慢提高土壤肥力，是湘南雙季稻種植區(qū)較好的施肥模式。

氮；肥料；綠肥；湘南；水稻產(chǎn)量；氮肥利用率；土壤養(yǎng)分

0 引 言

中國是世界上最大的稻米生產(chǎn)和消費(fèi)國[1]，水稻播種面積和總產(chǎn)量均居國內(nèi)糧食作物之首，其中，長江中下游、西南及華南等南方地區(qū)是中國水稻主產(chǎn)區(qū)[2]，種植面積和總產(chǎn)分別占全國81.6%和79.4%，因此，南方地區(qū)水稻的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對中國糧食安全至關(guān)重要。氮是植物體內(nèi)必需營養(yǎng)元素之一，施氮對提高作物產(chǎn)量和改善果實(shí)品質(zhì)有極其重要的作用。但施氮過多，不僅浪費(fèi)資源，降低氮肥利用效率，而且還會造成環(huán)境的污染和生態(tài)的破壞，最終危害人類健康。另外，長期單施化肥，缺乏有機(jī)物料的投入，易造成土壤理化性質(zhì)變差和肥力水平下降。中國目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍存在氮肥過量施用和氮肥利用率偏低的狀況，特別是在水稻的生產(chǎn)之中，嚴(yán)重影響了中國稻田生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性，不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。如何兼顧水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)與氮肥高效利用，并維持甚至提高土壤肥力，是當(dāng)今農(nóng)業(yè)科學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。

綠肥是一種純天然的清潔有機(jī)肥源，沒有抗生素、重金屬、激素等次生環(huán)境威脅[3]。綠肥可以固氮活磷、改土培肥，能夠調(diào)節(jié)稻田土壤pH值、改善土壤微生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和土壤物理性狀[4]，有利于后茬作物的生長，還可通過增加地表冬季覆蓋度而阻控水土流失，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本和面源污染風(fēng)險[5-10]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國南方稻田約有0.2億hm2冬季閑田可以用來發(fā)展冬季綠肥，實(shí)現(xiàn)稻-（稻）-綠肥兩（三）熟制輪作，這樣不僅可以充分利用光、溫、水、土等自然資源，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境也是一種保護(hù)[5]。紫云英（L.）屬于豆科黃芪屬，是中國稻區(qū)最主要種植和利用的冬季綠肥作物，同時也是很好的蜜源植物與重要的青貯飼料原料來源，是中國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華[3]。在紫云英-水稻種植體系中，水稻季施用氮、磷、鉀肥不僅能促進(jìn)后茬作物紫云英生長發(fā)育，而且能顯著增加其鮮草產(chǎn)量和養(yǎng)分累積量，從而提高系統(tǒng)化肥的累積利用率[11-13]，有利于肥料的高效利用和環(huán)境風(fēng)險的降低。因此，將綠肥（紫云英）納入水稻輪作體系是實(shí)現(xiàn)南方稻區(qū)水稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的重要措施。

目前，有關(guān)南方稻田冬種紫云英與氮肥減量配施的研究結(jié)果主要集中在短期田間試驗(yàn)上，廖育林等[14]試驗(yàn)結(jié)果表明，在減氮20%和40%條件下，尿素配施紫云英均能促進(jìn)早稻稻谷的增產(chǎn)和氮肥利用率的提高，其中80%尿素配施紫云英處理的稻谷產(chǎn)量較100%尿素處理增產(chǎn)7.5%，60%尿素配施紫云英處理提升水稻氮素利用率效果最顯著。錢晨晨等[13]研究表明，以冬閑常規(guī)施氮（150 kg/hm2）為對照，紫云英配施氮肥處理提高了水稻干物質(zhì)積累量和氮素利用率，其中以配施純氮90和120 kg/hm2效果較優(yōu)。馬艷琴等[15-16]進(jìn)行2 a試驗(yàn)表明，紫云英與減量氮肥配施可促進(jìn)水稻生長、提高氮肥利用率。周國朋等[17]經(jīng)過5 a試驗(yàn)研究表明，稻草-綠肥聯(lián)合還田能夠改善綠肥生長、提高水稻產(chǎn)量和土壤肥力。在紅壤性水稻土地區(qū)，有關(guān)更長時間試驗(yàn)條件下冬種紫云英與氮肥減量配施對水稻產(chǎn)量和氮肥利用率以及土壤養(yǎng)分含量影響的研究鮮見報道。本研究通過連續(xù)9 a紫云英-早稻-晚稻定位試驗(yàn)，研究冬種紫云英下減施化肥氮20%和40%對雙季稻產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力以及土壤養(yǎng)分含量的影響，以期為南方雙季稻田紫云英翻壓還田后科學(xué)施用氮肥提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況和試驗(yàn)材料

試驗(yàn)設(shè)在湖南省祁陽縣官山坪村中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院衡陽紅壤實(shí)驗(yàn)站（111°52′32″E，26°45′42″N)，海拔150 m，年平均溫度17.8℃，>10 ℃積溫為5 648 ℃，多年平均降雨量1 290 mm，無霜期約293 d，年日照1 610～1 620 h，年平均總輻射4 549.38 MJ/m2，災(zāi)害性天氣主要是發(fā)生在4－6月的暴雨和8－10月的季節(jié)性干旱。試驗(yàn)田位于紅壤丘崗中部，于2008年冬季開始種植紫云英，供試土壤為第四紀(jì)紅色黏土發(fā)育的水稻土，為壤質(zhì)黏土，試驗(yàn)開始時0～20 cm土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分包括有機(jī)質(zhì)20.1 g/kg、全氮0.90 g/kg、堿解氮120 mg/kg、全磷0.66 g/kg、有效磷24.3 mg/kg、全鉀8.9 g/kg、速效鉀42.6 mg/kg、pH值6.55。

供試品種早稻為金優(yōu)974，晚稻為金優(yōu)207，種子購自當(dāng)?shù)剞r(nóng)資部門。紫云英為湘紫1號，全氮、全磷、全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.62%、0.18%、0.70%，種子由湖南省土壤肥料研究所提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

稻田每年施肥，試驗(yàn)共設(shè)6個處理，不同處理施肥量見表1。處理中農(nóng)民習(xí)慣施肥模式早稻和晚稻化肥用量純N分別為150和172.5 kg/hm2，其中80%作底肥，20%苗期追施；P2O5分別為90和45 kg/hm2，全部用作底肥；K2O分別為90和112.5 kg/hm2，全部用作底肥；綠肥為盛花期收割的紫云英。其中，氮、磷、鉀肥品種分別為尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O512%）、氯化鉀（K2O 60%），冬種紫云英不施肥。

表1 不同處理施肥量

稻谷和紫云英的播種和收獲時間每年大致相同：早稻于3月中旬播種，4月底移栽，7月下旬收割；晚稻于6月下旬播種，7月下旬移栽，10月下旬收割。人工插秧，栽插密度早稻為255 000蔸/hm2，晚稻為250 000蔸/hm2。紫云英種子于10月上旬撒播，播種量為37.5 kg/hm2，次年早稻移栽前10～15 d翻壓，鮮紫云英最高翻壓量為22 500 kg/hm2，如果紫云英過多，刈割移出，但記錄移出量并留樣測定。每個處理重復(fù)3次，共18個小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)間筑60 cm×25 cm水泥埂，小區(qū)面積21 m2（3 m×7 m）。其他管理措施按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)操作進(jìn)行，早、晚稻生長期間，采用間歇灌溉方式，田面灌溉水保持4～7 cm，適時排水曬田，收割前15 d斷水，冬季不進(jìn)行灌溉。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 產(chǎn)量及氮肥利用指標(biāo)

早晚稻成熟后以小區(qū)為單位進(jìn)行收割，曬干后稱質(zhì)量，折算成稻谷產(chǎn)量，kg/hm2。計(jì)算2009－2017年產(chǎn)量變異系數(shù)和產(chǎn)量可持續(xù)指數(shù)。其中，產(chǎn)量變異系數(shù)（coefficient of variation，CV）采用常規(guī)方法計(jì)算，產(chǎn)量可持續(xù)指數(shù)（sustainable yield index，SYI）由式（1）[18]計(jì)算：

SYI=(?-1)/max（1）

式中SYI為產(chǎn)量可持續(xù)指數(shù)，為2009－2017年水稻產(chǎn)量平均值，kg/hm2；σ-1為多年產(chǎn)量的標(biāo)準(zhǔn)差；max為2009－2017年水稻最高產(chǎn)量，kg/hm2。

氮肥農(nóng)學(xué)效率（nitrogen agronomic efficiency，NAE）和氮肥偏生產(chǎn)力（nitrogen partial factor productivity，NPFP）分別由式（2）和（3）計(jì)算：

NAE=(Y－Y0)/（2）

NPFP=Y/（3）

式中NAE為氮肥農(nóng)學(xué)效率，kg/kg；Y為施氮區(qū)產(chǎn)量，kg/hm2；Y0為不施氮區(qū)產(chǎn)量，kg/hm2；為施氮量，kg/hm2。NPFP為氮肥偏生產(chǎn)力，kg/kg。

1.3.2 土壤基本理化性質(zhì)

2017年10月晚稻收獲后采集耕層0～20 cm土壤，每小區(qū)分別采5個點(diǎn)。按照魯如坤方法[19]，土壤pH測定采用酸度計(jì)法（水∶土=2.5 mL∶1 g）；土壤有機(jī)質(zhì)測定采用濃硫酸-重鉻酸鉀消煮-硫酸亞鐵滴定法；土壤全氮測定采用半微量凱式定氮法；土壤全磷測定采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法；土壤全鉀測定采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法；土壤堿解氮測定采用堿解擴(kuò)散-稀硫酸滴定法；土壤有效磷測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；土壤速效鉀測定采用乙酸銨-火焰光度法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與制圖，用DPSv15.10軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用最小顯著性差異法（least significance difference，LSD）進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠肥與氮肥減施對水稻產(chǎn)量的影響

2.1.1 2009－2017年歷年水稻產(chǎn)量動態(tài)變化

綠肥與氮肥減量配施對水稻產(chǎn)量影響顯著（圖1）。CK處理早稻稻谷產(chǎn)量顯著低于FFP100%、MV+FFP100%、MV+FFP80%、MV+FFP60%和MV處理（<0.05），CK和MV處理晚稻稻谷產(chǎn)量顯著低于FFP100%、MV+FFP100%、MV+FFP80%和MV+FFP60%處理（<0.05）。FFP100%處理早稻和晚稻稻谷產(chǎn)量均低于MV+FFP100%、MV+FFP80%和MV+FFP60%處理，說明紫云英與氮肥配施有利于水稻增產(chǎn)。除2012年和2015年早稻產(chǎn)量外，MV+FFP60%處理早、晚稻產(chǎn)量均低于MV+FFP100%和MV+FFP80%處理，而MV+FFP100%和MV+FFP80%處理下歷年早晚稻產(chǎn)量差異均不顯著。

圖1 連續(xù)9 a綠肥與氮肥減施對稻谷產(chǎn)量的影響

2.1.2 不同年份水稻周年平均產(chǎn)量

各處理早、晚稻產(chǎn)量年際變化趨勢相近（圖1），因此，將水稻周年產(chǎn)量試驗(yàn)?zāi)晗薹譃?個時間段（2009－2011年、2012－2014年和2015－2017年）進(jìn)行分析比較（表2）。2009－2011年、2012－2014年和2015－2017年，MV、FFP100%、MV+FFP100%、MV+FFP80%和MV+FFP60%處理下水稻周年平均產(chǎn)量均顯著高于CK處理，增幅分別為24.41%～50.63%、17.84%～44.19%和18.12%～42.42%（<0.05）。同時，F(xiàn)FP100%、MV+FFP100%、MV+FFP80%和MV+FFP60%處理下2009－2011年、2012－2014年和2015－2017年水稻周年平均產(chǎn)量均顯著高于MV處理，增幅分別為8.85%～20.94%、13.31%～22.26%和11.97%～20.57%（<0.05）。與FFP100%相比，MV+FFP100%、MV+FFP80%處理下2009－2011年水稻周年平均產(chǎn)量均有所提高，分別顯著增加11.11%和9.72%（<0.05）。3個時段MV+FFP100%、MV+FFP80%和MV+FFP60%處理水稻周年均無顯著差異（>0.05）?？梢?，與農(nóng)民習(xí)慣施肥相比，綠肥結(jié)合常規(guī)施肥或綠肥與化肥氮減量20%～40%配施均能保持甚至提高水稻產(chǎn)量。

表2 3個時段不同處理下早、晚稻周年產(chǎn)量

注：同列不同小寫字母表示差異顯著（<0.05）。下同。

Note: Different letters at same column indicate significant difference (<0.05). Same as below.

2.2 綠肥與氮肥減施對水稻氮素利用率的影響

各處理早、晚稻氮肥偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)效率年際變化趨勢相近（圖2）。

圖2 不同處理下稻谷氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力

綠肥與氮肥減量配施對早、晚稻氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力影響顯著，早、晚稻氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力均以MV+FFP60%處理最高。與FFP100%處理相比，MV+FFP100%、MV+FFP80%、MV+FFP60%處理下早、晚稻平均氮肥農(nóng)學(xué)效率均顯著提高（<0.05）：2009－2017年，早稻平均氮肥農(nóng)學(xué)效率分別增加34.63%、64.91%、115.26%，晚稻分別增加29.69%、56.23%、72.09%。與FFP100%處理相比，MV+FFP100%、MV+FFP80%、MV+FFP60%處理下早稻和晚稻平均氮肥偏生產(chǎn)力顯著提高（<0.05）：2009－2017年早稻分別提高8.73%、35.06%、78.92%，晚稻分別提高7.51%、32.90%、68.06%?？梢姡G肥與化肥氮減量20%～40%能夠顯著提高水稻氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)效率。

2.3 產(chǎn)量變異系數(shù)和產(chǎn)量可持續(xù)指數(shù)

產(chǎn)量變異系數(shù)可反映作物產(chǎn)量的穩(wěn)定性，變異數(shù)值越大，說明產(chǎn)量歷年波動幅度越高。2009－2017年早稻和晚稻產(chǎn)量變異系數(shù)均以MV+FFP60%處理最低（表3）。與CK相比，MV、FFP100%、MV+FFP100%、MV+FFP80%和MV+FFP60%處理下早稻產(chǎn)量變異系數(shù)下降13.25～19.35個百分點(diǎn)、晚稻下降0.33～2.78個百分點(diǎn)。與FFP100%相比，MV+FFP80%和MV+FFP60%處理早稻產(chǎn)量變異系數(shù)分別下降1.61和5.03個百分點(diǎn)，而FFP100%+MV處理提高1.07個百分點(diǎn)；晚稻產(chǎn)量變異系數(shù)則表現(xiàn)為MV+FFP100%和MV+FFP60%處理分別下降0.21和1.76個百分點(diǎn)，MV+FFP80%處理提高0.25個百分點(diǎn)。

表3 不同處理下雙季稻產(chǎn)量的變異系數(shù)和可持續(xù)指數(shù)

產(chǎn)量可持續(xù)指數(shù)可反映某個作物系統(tǒng)生產(chǎn)力的可持續(xù)性，可持續(xù)指數(shù)越高，說明該系統(tǒng)生產(chǎn)力的持續(xù)性越好。早稻、晚稻產(chǎn)量可持續(xù)指數(shù)均以MV+FFP80%和MV+FFP60%處理較高。與CK處理相比，MV、FFP100%、MV+FFP100%、MV+FFP80%和MV+FFP60%處理下早稻產(chǎn)量可持續(xù)指數(shù)分別提高0.20、0.23、0.23、0.26和0.33，而各處理晚稻可持續(xù)指數(shù)相差較小，均在0.66～0.68之間?？梢姡c農(nóng)民習(xí)慣施肥相比，綠肥與化肥氮減量20%～40%配施下，作物產(chǎn)量的穩(wěn)定性更好。

2.4 綠肥與氮肥減施對稻田土壤養(yǎng)分含量的影響

連續(xù)9 a試驗(yàn)后，各處理土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量以及土壤pH值均無顯著差異（表4）。但與2008年初始相比，除CK處理外，其余處理土壤有機(jī)質(zhì)含量均有小幅度提高，增幅為2.49%～7.06%。所有處理土壤全氮、全磷、全鉀含量均較2008年有所提高，增幅分別為2.22%～24.44%、133.33%～207.58%、28.76%～41.35%。各處理土壤pH值也較2018年提高0.27～0.50個單位。連續(xù)9 a試驗(yàn)后，各處理土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量存在一定的差異，土壤堿解氮含量以CK和MV處理較高，顯著高于MV+FFP80%處理。土壤有效磷含量以MV+FFP100%處理較高，MV+FFP60%處理較低，前者高于后者47.12%（<0.05）。土壤速效鉀含量以CK處理最高，較其他處理提高32.33%～61.74%，差異顯著。與農(nóng)民習(xí)慣施肥（FFP100%）相比，綠肥結(jié)合常規(guī)施肥或綠肥與化肥氮減量20%～40%配施，可以維持土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀素的供應(yīng)。

表4 試驗(yàn)開展9 a后各處理土壤養(yǎng)分含量

3 討 論

3.1 綠肥與氮肥減量配施對水稻產(chǎn)量的影響

周興等[20-21]研究指出，在南方雙季稻田中翻壓紫云英可以替代部分化肥氮，并可提高水稻產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率。本研究發(fā)現(xiàn)，僅紫云英還田而不施氮肥，與習(xí)慣施肥相比，晚稻和雙季稻周年平均產(chǎn)量均顯著下降，說明紫云英替代化肥氮能力有限，并不能完全替代氮肥。紫云英需要與化肥配施才能滿足作物對氮肥的需求。本研究發(fā)現(xiàn)，與習(xí)慣施肥相比，綠肥替代化肥氮20%～40%時，水稻仍可穩(wěn)產(chǎn)甚至提高產(chǎn)量。這個結(jié)果與劉思超等[22]通過比較2 a不同綠肥混作方式的田間試驗(yàn)結(jié)果類似，他們指出，綠肥與化肥氮減量28.98%～39.68%配施仍能使水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。這是由于紫云英可通過根系-根瘤菌共生固氮系統(tǒng)固定大氣中的N2，翻壓還田后可釋放出其體內(nèi)積累的大量氮素，供早稻吸收利用，而且紫云英與化肥配合施用，化肥滿足了水稻生育早期對速效養(yǎng)分的需求，而紫云英的腐解相對較慢，可持續(xù)不斷地釋放并提供水稻所需養(yǎng)分，從而促進(jìn)水稻生長發(fā)育[22-23]。另外，紫云英較低的碳氮比[24]，能夠促進(jìn)土壤微生物的繁殖和有機(jī)質(zhì)分解過程中的養(yǎng)分釋放[25]，提高土壤中有效養(yǎng)分含量[26]，也能促進(jìn)水稻的生長發(fā)育。因此，紫云英可替代部分化肥氮。本研究發(fā)現(xiàn)，紫云英還田與農(nóng)民習(xí)慣施肥處理下早稻、晚稻及雙季稻周年平均產(chǎn)量與紫云英還田搭配化肥氮減施20%~40%處理差異不顯著，說明紫云英還田前提下，可適當(dāng)降低氮肥施用比例，避免浪費(fèi)和環(huán)境污染。

3.2 綠肥與氮肥減量配施對水稻氮肥利用率的影響

氮肥偏生產(chǎn)力等于施氮區(qū)稻谷產(chǎn)量與施氮量的比值，氮肥農(nóng)學(xué)效率等于施氮區(qū)稻谷產(chǎn)量與不施氮區(qū)稻谷產(chǎn)量之差與施氮量的比值，兩者都是反映作物氮肥吸收利用率的常用指標(biāo)。前人從氮密調(diào)控[27-28]、氮肥運(yùn)籌[29]、應(yīng)用氮肥抑制劑[30]、開發(fā)新型肥料[31]等角度探索兼顧水稻高產(chǎn)與提高氮肥利用率的方法，而本研究從綠肥與氮肥減量配施的角度探索。本研究中，與習(xí)慣施肥相比，紫云英還田與化肥氮減量配施并未導(dǎo)致早、晚稻產(chǎn)量的下降，甚至有所提高，綠肥與化學(xué)氮減量20%~40%均顯著提高了早、晚稻氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)效率。這與馬艷芹等[15]研究結(jié)果一致。這是由于一方面紫云英翻壓入田后本身含有的氮素經(jīng)微生物礦解后進(jìn)入田間土壤，另一方面紫云英能夠固氮，因此提高了土壤氮素供應(yīng)能力，在氮肥投入量減少20%～40%情況下仍能保證水稻生長發(fā)育對氮素的需求，且相對于化學(xué)氮肥尿素，紫云英還田攜帶的氮素更不易流失。因此，結(jié)果表現(xiàn)為水稻獲得高產(chǎn)，進(jìn)而提高了氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)效率。

3.3 綠肥與氮肥減量配施對土壤養(yǎng)分含量的影響

連續(xù)9 a試驗(yàn)后，各處理土壤有機(jī)質(zhì)含量差異較小，且與2008年相比，有緩慢增加的趨勢。其原因可能是持續(xù)地耕作，留在稻田土壤的水稻殘?jiān)透捣置谖镆搽S之增加，而另一方面，水稻稻谷和秸稈的收獲帶走了大部分的生物量，產(chǎn)量不同，則帶走量不同，紫云英還田能促進(jìn)有機(jī)質(zhì)積累，也提高了產(chǎn)量，從而增加了輸出量。一邊補(bǔ)入，一邊輸出，達(dá)到了某種動態(tài)的平衡。本研究中，與常規(guī)施肥相比，綠肥與化肥氮減量20%～40%配施處理下土壤全磷、全鉀、有效磷和速效鉀含量均無顯著變化，說明綠肥與氮肥減量配施能維持土壤養(yǎng)分的的供應(yīng)。

4 結(jié) 論

與農(nóng)民習(xí)慣施肥相比，綠肥結(jié)合常規(guī)施肥或綠肥與化肥氮減量20%～40%配施均能維持甚至提高水稻產(chǎn)量，顯著提高水稻氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)效率，維持土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀的供應(yīng)，但綠肥與化肥氮減量40%能保持高的產(chǎn)量可持續(xù)性和低的產(chǎn)量變異性。綜合考慮，冬種紫云英下，化肥氮減量40%是湘南雙季稻種植區(qū)相對較好的耕作措施，可兼顧水稻的高產(chǎn)和氮肥利用率的提高，并維持地力，緩慢提高土壤肥力。

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Effects of long-term green manure and reducing nitrogen applications on rice yield and soil nutrient content

Zhang Lu1,2, Huang Jing1,2, Gao Jusheng1,2※, Cao Weidong1, Gao Peng3, Yang Zhichang2

(1.100081,; 2.,/,426182; 3.410125,)

Green manure is a natural clean organic source of fertilizer. Chinese milk vetch is the most popular winter green manure crop in rice-growing regions of China. In this study, a long-term field experiment was conducted at an experimental station managed by National Observation and Research Station of Farmland Ecosystem in Qiyang, China to explore suitable application amount of nitrogen fertilizer when returning green manure(Chinese milk vetch,) to the field in the double-season rice area of southern Hunan. The double cropping rice experiment began from the winter of 2008. It lasted 9 years. A total of six treatments with different fertilization practices were included: 1) CK, without fertilization; 2) MV, Chinese milk vetch only; 3) FFP100%, conventional application rate of chemical nitrogen fertilizer; 4) MV+FFP100%, Chinese milk vetch combined with 100% conventional application rate of chemical nitrogen fertilizer; 5) MV+FFP80%, Chinese milk vetch combined with 80% conventional application rate of chemical nitrogen fertilizer; 6) MV+FFP60%, Chinese milk vetch combined with 60% conventional application rate of chemical nitrogen fertilizer. The yield of rice and soil nutrient content were measured. The nitrogen agronomic efficiency and nitrogen partial factor productivity, coefficient of variation and sustainable index of yield were calculated. The results showed that the treatments of green manure combined with different chemical nitrogen fertilizer application rate kept and even increased annual rice yield. The treatments of MV combined with reducing nitrogen application also increased the nitrogen agronomic efficiency and nitrogen partial factor productivity. Compared to FFP100%, the treatments MV+FFP100%, MV+FFP80% and MV+FFP60% resulted in the increase of long-term average of nitrogen agronomic efficiency by 34.63%, 64.91% and 115.26% in early rice, respectively, and by 29.69%, 56.23% and 72.09% in late rice, respectively(<0.05). Compared to that of FFP100%, the long-term averages of nitrogen partial factor productivity of MV+FFP100%, MV+FFP80%, MV+FFP60% increased by 8.73%, 35.06% and 78.92% in early rice, respectively, and 7.51%, 32.90% and 68.06% in late rice, respectively. Among all the treatments, regardless of early and late rice, the treatment of MV+FFP60% had the smallest coefficient of variation of yield and the highest sustainable index. Soil organic matter, total nitrogen, total phosphorus and total potassium were not significantly different among the treatments of FFP100%, MV, MV+FFP100%, MV+FFP80%, MV+FFP60% (>0.05). But, they were higher than the initial values in 2018. The treatment of Chinese milk vetch combined with 60% conventional application rate of chemical nitrogen fertilizer could achieve high and stable yield, and improve the nitrogen use efficiency and slowly improve soil fertility. Therefore, Chinese milk vetch combined with 60% conventional application rate of chemical nitrogen fertilizer was suggested as the best fertilization mode for double-cropping rice planting area in southern Hunan. In this case, the chemical fertilizer application rate could be decreased by 40% compared to the conventional fertilizer practice.

nitrogen; fertilizers; green manure; southern Hunan; rice yield; nitrogen use efficiency; soil nutrient

2019-10-07

2019-12-10

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0300902）；國家綠肥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資助項(xiàng)目（CARS-22）

張 璐，助理研究員，主要從事土壤培肥與改良研究。Email：zhanglu01@caas.cn

高菊生，高級農(nóng)藝師，主要從事綠肥生產(chǎn)和水稻長期定位試驗(yàn)的研究。Email：gaojusheng@caas.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.05.012

S142;S143.1

A

1002-6819(2020)-05-0106-07

張 璐，黃 晶，高菊生，曹衛(wèi)東，高 鵬，楊志長. 長期綠肥與氮肥減量配施對水稻產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分含量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2020，36(5)：106－112. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.05.012 http://www.tcsae.org

Zhang Lu, Huang Jing, Gao Jusheng, Cao Weidong, Gao Peng, Yang Zhichang. Effects of long-term green manure and reducing nitrogen applications on rice yield and soil nutrient content[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(5): 106－112. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.05.012 http://www.tcsae.org