陳鑫 劉勤 張剛

摘要： 為研究太湖流域長(zhǎng)期不同輪作方式和施氮水平對(duì)稻田土壤肥力指標(biāo)、水稻產(chǎn)量的影響，設(shè)置了輪作方式（休閑-水稻、小麥-水稻、紫云英-水稻、蠶豆-水稻）和施氮水平（0 kg/hm2、120 kg/hm2、180 kg/hm2、240 kg/hm2、300 kg/hm2）2因素。結(jié)果表明，與冬季休閑模式相比，綠肥作物輪作模式穩(wěn)定了土壤pH，提高了土壤含水量和水穩(wěn)性微團(tuán)聚體含量，提高了土壤養(yǎng)分含量和微生物生物量氮含量;同時(shí)，施肥水平影響了土壤肥力水平，與綠肥作物輪作不施氮相比，適量施氮（120～240 kg/hm2）優(yōu)化了土壤物理結(jié)構(gòu)，促使養(yǎng)分含量提升，提高了微生物生物量氮含量。進(jìn)行周年綠肥作物輪作后水稻產(chǎn)量獲得一定提升，且在施氮量為120～180 kg/hm2時(shí)水稻產(chǎn)量較高。綜上所述，綠肥作物輪作模式有效提高了土壤肥力，降低了最佳施氮量，并使水稻產(chǎn)量顯著增加。為兼顧養(yǎng)分利用水平、土壤肥力及環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益，推薦將綠肥作物-水稻輪作模式下稻季施氮量降低至120 kg/hm2左右。

關(guān)鍵詞： 水旱輪作;綠肥;施氮水平;土壤肥力;水稻產(chǎn)量

中圖分類號(hào)： S511.047?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A?? 文章編號(hào)： 1000-4440（2021）04-0874-10

Effects of different crop rotation modes on soil fertility and rice yield in Taihu Region

CHEN Xin1，2，3， LIU Qin1，3， ZHANG Gang1，3

（1.Institute of Soil Science， Chinese Academy of Sciences， Nanjing 210008， China;2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049， China;3.Changshu Agroecological Experimental Station， Chinese Academy of Sciences， Suzhou 215555， China）

Abstract： To study the effects of long-term different crop rotations and nitrogen application levels on soil fertility indices and rice yield in Taihu basin， two factors of crop rotation （winter fallow-rice rotation， winter wheat-rice rotation， Chinese milk vetch-rice rotation and broad bean-rice rotation） and nitrogen application level（0 kg/hm2， 120 kg/hm2， 180 kg/hm2， 240 kg/hm2， 300 kg/hm2）were settled. The results showed that， compared with winter fallow mode， green manure crop rotation mode could maintain soil pH， increase soil moisture and improve soil water-stable microaggregates content， while contents of soil nutrients and soil microbial biomass nitrogen was also improved. Meanwhile， soil fertility level was influenced by fertilization level， and compared with green manure crop rotation without nitrogen fertilizer， appropriate application of nitrogen fertilizer （120-240 kg/hm2） improved soil physical structure， thus promoted contents of nutrients and microbial biomass nitrogen. Compared with winter fallow mode， rice yield increased under the mode of successive green manure crop rotations， and rice yield was high under 120-180 kg/hm2 nitrogen applications. In summary， green manure crop rotation mode effectively improved soil fertility， decreased the appropriate nitrogen application and significantly increased rice yield. In consideration of balancing nutrient utilization level， soil fertility， environmental benefits and economic benefits， it is recommended to reduce nitrogen application in paddy fields to 120 kg/hm2 under green manure crop-rice rotation mode.

Key words： upland crop-rice rotation;green manure;nitrogen application level;soil fertility;rice yield

太湖地區(qū)是中國(guó)重要的稻米產(chǎn)區(qū)，為保持高產(chǎn)，區(qū)域內(nèi)化肥用量高達(dá)300～350 kg/hm2，遠(yuǎn)超當(dāng)?shù)赝扑]施肥量。過(guò)量施肥不僅導(dǎo)致化肥利用率降低、土壤肥力下降等問(wèn)題[1]，同時(shí)還造成嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)面源污染。夏水稻-冬小麥?zhǔn)窃摰貐^(qū)一種主要的耕作模式，但是由于勞動(dòng)力成本高、小麥產(chǎn)量及質(zhì)量均不高，且麥季養(yǎng)分淋失嚴(yán)重[2]等問(wèn)題，冬季農(nóng)田閑置也較為常見(jiàn)。近年來(lái)，中國(guó)多地按照國(guó)家戰(zhàn)略部署，積極探索耕地輪作休耕制度?？茖W(xué)合理的輪作休耕模式與方法對(duì)于中國(guó)農(nóng)業(yè)未來(lái)發(fā)展具有重要意義[3]。太湖地區(qū)冬季種植綠肥作物[4]，進(jìn)行稻前還田，達(dá)到“以田養(yǎng)田”“以地養(yǎng)地”，對(duì)提高稻田土壤肥力、保持水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、環(huán)境友好具有重要作用[5-7]。

研究發(fā)現(xiàn)，綠肥作物輪作還田對(duì)提高土壤有機(jī)質(zhì)、易氧化有機(jī)碳、腐殖酸、全氮、堿解氮及磷鉀含量均有著重要作用[8-9]，從而總體上提高了土壤肥力水平。此外，豆科綠肥可以通過(guò)固定大氣中的氮?dú)庖詼p少施氮量，從而降低土壤氮素?fù)p失[5，10-12]，通過(guò)提供有機(jī)質(zhì)和微量元素平衡土壤的養(yǎng)分供應(yīng)，并通過(guò)改變酶活性提高N、P、S等元素的有效性，通過(guò)控制礦化過(guò)程使水稻-綠肥作物輪作模式下土壤微生物多樣性和豐度獲得提高[13]，提高作物養(yǎng)分吸收水平[11，14-16]，增加作物產(chǎn)量[17]，同時(shí)控制雜草[18]。目前，基于雙季稻區(qū)綠肥作物輪作模式的培肥、增產(chǎn)效果已有研究報(bào)道。而太湖地區(qū)水旱輪作下長(zhǎng)期休耕輪作、種植綠肥及不同施氮水平對(duì)稻田土壤肥力、水稻產(chǎn)量影響的研究報(bào)道較少。本研究利用已運(yùn)行11年的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，研究長(zhǎng)期休耕輪作、種植綠肥作物、稻季補(bǔ)充氮肥對(duì)稻田土壤肥力及水稻產(chǎn)量的影響，研究結(jié)果對(duì)制定科學(xué)休耕輪作技術(shù)模式、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

長(zhǎng)期試驗(yàn)點(diǎn)位于常熟農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站內(nèi)（123°38′ E，31°33′ N），始于2008年6月。供試土壤為湖相沉積物發(fā)育的烏柵土，土壤本底（2008年）理化性質(zhì)如下：pH 7.6，有機(jī)質(zhì)含量38.20 g/kg，全氮含量2.17 g/kg，全磷含量0.82 g/kg，速效磷含量13.10 mg/kg，速效鉀含量174.00 mg/kg。供試水稻為南粳46。設(shè)置輪作方式（休閑-水稻、小麥-水稻、紫云英-水稻、蠶豆-水稻）和施氮水平（0 kg/hm2、120 kg/hm2、180 kg/hm2、240 kg/hm2、300 kg/hm2）2因素。施肥和輪作方案見(jiàn)表1。

試驗(yàn)用肥料為尿素（46.0% N）、氯化鉀（49.8% K2O）、普鈣（5.24% P2O5）。紫云英-水稻、蠶豆-水稻輪作下稻前綠肥全量還田。袁嫚嫚等[5]研究發(fā)現(xiàn)，紫云英和蠶豆還田分別提供氮素32.8 kg/hm2及68.8 kg/hm2 。小麥-水稻輪作模式下小麥根茬還田。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，小區(qū)面積為25.76 m2，隨機(jī)排列。

1.2 試驗(yàn)樣品采集與測(cè)定

2019年11月3日水稻收獲后分別采集表層土壤（0～10 cm）和亞層土壤（10～20 cm）樣品，同一小區(qū)采集8個(gè)點(diǎn)，并將土壤樣品充分混合，去除植株根系以及小石礫后裝入自封袋，一部分立即帶回實(shí)驗(yàn)室過(guò)20目篩后測(cè)定速效養(yǎng)分含量，一部分風(fēng)干后分別過(guò)20目、100目篩后用于土壤理化性質(zhì)測(cè)定。水稻產(chǎn)量通過(guò)全小區(qū)籽粒風(fēng)干質(zhì)量計(jì)算。

土壤含水量采用烘干法測(cè)定，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量采用濕篩法分離（篩孔孔徑分別為0.053 mm、0.250 mm、0.500 mm、1.000 mm、2.000 mm），pH采用電極法測(cè)定，使用Metter Toledo FiveGo3（水土質(zhì)量比為2.5∶1.0），土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）含量采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定，全氮（TN）含量采用半微量凱式法測(cè)定，堿解氮含量采用堿液擴(kuò)散法測(cè)定，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮用2 mol/L KCl浸提后分別以靛酚藍(lán)比色法和220 nm/275 nm分光光度法測(cè)定，全磷（TP）含量使用酸溶-鉬銻抗比色法測(cè)定，有效磷（AP）含量采用Olsen法測(cè)定，速效鉀（AK）含量采用火焰光度法測(cè)定。具體參照《農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[19]。平均質(zhì)量直徑（MWD）按照下列公式進(jìn)行計(jì)算：

MWD=∑ni=1wi×di

式中，wi代表粒徑范圍內(nèi)團(tuán)聚體平均直徑（0.053 mm篩以0.053 mm計(jì)，2 mm篩以2 mm計(jì)），di 代表相應(yīng)粒徑范圍團(tuán)聚體質(zhì)量占風(fēng)干土壤總質(zhì)量的比例（%）。

土壤微生物生物量氮（SMBN）采用三氯甲烷熏蒸-浸提法測(cè)定[20]，土壤微生物生物量氮轉(zhuǎn)化系數(shù)為0.45。SMBN含量采用以下公式計(jì)算：SMBN含量=（熏蒸土壤微生物生物量氮-未熏蒸土壤微生物生物量氮）/0.45。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

采用Microsoft Excel 2016及RStudio Version 1.2.5033軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，采用SPSS 21.0進(jìn)行方差分析（ANOVA）及差異顯著性檢驗(yàn)（Duncans法，α=0.05）。采用Origin 2017（OriginLab Corporation）及RStudio Version 1.2.5033進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同輪作方式及施氮量對(duì)土壤含水量和不同粒徑團(tuán)聚體的影響

如表2所示，與冬季休閑處理相比，紫云英輪作模式顯著提高了土壤含水量（P<0.05），紫云英（C240）、蠶豆輪作模式（B240）使土壤表層含水量分別提高12.9%、 5.8%，不同輪作方式對(duì)土壤亞層含水量未見(jiàn)顯著作用。紫云英、蠶豆輪作下不同施氮水平對(duì)土壤含水量影響不明顯。不同輪作模式、施氮水平對(duì)土壤平均質(zhì)量直徑未見(jiàn)顯著作用。

土壤各粒徑團(tuán)聚體含量如圖1、圖2所示，與冬季休閑相比，紫云英輪作使水穩(wěn)性大團(tuán)聚體（粒徑>0.250 mm）含量降低4.0%～24.8%，使水穩(wěn)性微團(tuán)聚體（粒徑范圍為0.053～0.250 mm）含量提高12.3%～23.1%;蠶豆輪作使水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量降低28.0%～31.3%，使水穩(wěn)性微團(tuán)聚體（粒徑范圍為0.053～0.250 mm）含量提高11.3%～20.9%;稻麥輪作下表層土壤微團(tuán)聚體含量增加37.6%，亞層土壤大團(tuán)聚體含量增加15.4%。在紫云英輪作下，與輪作不施氮處理相比，施氮促使土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量增加;在蠶豆輪作下，施氮量為0～180 kg/hm2時(shí)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量較高。

2.2 不同輪作方式及施氮量對(duì)土壤pH和養(yǎng)分含量的影響

如表3所示，與冬季休閑相比，稻麥輪作處理表層土壤pH顯著降低（P<0.05），而紫云英輪作（C240）和蠶豆輪作（B240）將土壤表層pH分別提高了0.4和0.2;不同輪作方式對(duì)土壤亞層pH沒(méi)有顯著影響。紫云英輪作下施氮量為300 kg/hm2時(shí)亞層土壤pH顯著（P<0.05）低于施氮量為0～240 kg/hm2的處理，蠶豆輪作下施氮量為180 kg/hm2時(shí)pH明顯低于其他施氮量處理。

在各輪作處理、施氮水平間SOM含量未見(jiàn)顯著差異，但與冬季休閑相比，不同施氮量下紫云英輪作使2個(gè)土層SOM含量提高1.2%～20.8%，蠶豆輪作使SOM含量提高0～14.5%，稻麥輪作下SOM含量基本與冬季休閑相等（表3）。

由表3可以看出，與冬季休閑相比，多元化輪作方式顯著提高了稻田土壤TP含量，紫云英輪作、蠶豆輪作、稻麥輪作分別使2個(gè)土層土壤TP含量提高5.3%～7.5%、10.7%～13.8%和 6.7%～11.3%。稻麥輪作下稻田表層土壤AP含量明顯高于其他處理（P<0.05），紫云英輪作下表層土壤AP含量相對(duì)較低。與冬季休閑相比，蠶豆輪作、稻麥輪作模式使AK含量分別提高了4.3%～16.8%、7.4%～45.8%，而紫云英輪作模式對(duì)AK含量未見(jiàn)明顯作用。其中，稻麥輪作模式下AP、AK含量整體較高，這主要是由于周年麥季施入磷鉀肥引致的有效養(yǎng)分含量提升。

綠肥作物輪作并配施適量氮肥對(duì)土壤養(yǎng)分維持和提高具有非常重要的作用。在紫云英輪作下，施氮水平未顯著影響TP含量，而在施氮量為180 kg/hm2時(shí)，表層土壤AP含量明顯高于其他處理，施氮量為120～240 kg/hm2時(shí)AK含量明顯降低（P<0.05）。蠶豆輪作下，B240、B300處理顯著提高了TP含量（P<0.05），提高了10.7%～12.7%;施氮量為240～300 kg/hm2時(shí)AP含量顯著提高（P<0.05），施氮量為180～240 kg/hm2時(shí)AK含量較低（P<0.05）（表3）。

2.3 不同輪作方式及施氮量對(duì)土壤氮組分及含量的影響

如表4所示，紫云英及蠶豆輪作整體上顯著提高了土壤TN和亞層土壤AN含量（P<0.05）。與冬季休閑相比，紫云英輪作（C240）使土壤TN、AN含量分別提高了18.3%～21.0%、6.3%～25.5%，蠶豆輪作（B240）下TN、AN含量分別提高了15.7%～29.2%、7.9%～12.7%，稻麥輪作處理對(duì)土壤TN、AN未見(jiàn)顯著作用。同時(shí)，紫云英及蠶豆輪作模式降低了土壤礦質(zhì)氮含量（圖3和圖4）。

由表4所示，與C0、B0處理相比，化肥氮施入總體上提高了土壤氮素水平，各輪作處理土壤TN及AN含量均在施氮量為240 kg/hm2時(shí)最高，與0～240 kg/hm2施氮處理相比，施氮量為300 kg/hm2時(shí)土壤氮素含量降低。同時(shí)，施氮顯著降低（P<0.05）了紫云英輪作下表層土壤礦質(zhì)氮和銨態(tài)氮含量（圖3）。蠶豆輪作下亞層土壤礦質(zhì)氮和銨態(tài)氮含量在施氮量為300 kg/hm2時(shí)最高（P<0.05）（圖4）。

2.4 不同輪作方式及施氮量對(duì)土壤微生物生物量氮（SMBN）含量的影響

綠肥輪作還田模式影響了稻田土壤氮素營(yíng)養(yǎng)過(guò)程[21]，進(jìn)而改變了土壤微生物生物量氮含量。不同輪作方式及施氮水平下SMBN含量如表5所示，與冬季休閑處理相比，紫云英輪作下表層土壤SMBN含量提高了54.7%（P<0.05），蠶豆輪作下SMBN含量提高了39.7%～50.4%（P<0.05），稻麥輪作下SMBN含量提高了10.2%～26.5%。

紫云英輪作下，施肥量為0～240 kg/hm2時(shí)表層土壤SMBN含量明顯高于C300處理，施氮量為0～180 kg/hm2時(shí)亞層土壤SMBN含量明顯高于C240、C300處理。蠶豆輪作下，表層土壤B120處理SMBN含量最高，亞層土壤B240處理SMBN含量最高。

2.5 主成分分析（PCA）評(píng)估不同輪作方式和施肥處理土壤肥力水平

對(duì)各處理土壤物理、化學(xué)、生物性質(zhì)進(jìn)行主成分分析（圖5），第1軸、第2軸分別解釋24.6%和14.5%變異，其中SOM、SMBN、TN、TP、含水量、粉砂粒含量（<0.053 mm）以及大團(tuán)聚體（>0.25 mm）含量是第1軸的主要因子，微團(tuán)聚體（0.053～0.25 mm）、TP、粉砂粒（<0.053 mm）含量及土壤pH是第2軸的主要因子，其中TP含量、粉砂粒含量對(duì)第1、2軸均有較高解釋。

以特征值大于1的成分提取為主成分，以6個(gè)主成分（累積方差貢獻(xiàn)為79.1%）作為綜合變量對(duì)土壤肥力進(jìn)行評(píng)價(jià)。以不同處理土壤累積得分進(jìn)行排序，結(jié)果如表6所示，種植綠肥作物明顯提高了土壤肥力水平，紫云英輪作下肥力排序?yàn)镃240>C120>C0，蠶豆輪作下肥力排序?yàn)锽240>B0>B300。

2.6 不同輪作方式和施氮水平對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

分別選擇輪作1年、6年及11年共計(jì)3年的水稻產(chǎn)量數(shù)據(jù)，分析輪作方式和施氮水平對(duì)水稻產(chǎn)量的影響（表7）。可以看出，周年輪作下種植綠肥作物均提高了水稻產(chǎn)量，經(jīng)過(guò)11年輪作后，C240和B240處理下水稻分別增產(chǎn)20.6%及15.5%。隨著綠肥作物輪作年限增加，相對(duì)增產(chǎn)率（各處理平均產(chǎn)量與冬季休閑處理產(chǎn)量的比值）提高，其中紫云英輪作下增產(chǎn)效率更高。

由表7還可以看出，與C0、B0處理相比，施氮明顯提高了水稻產(chǎn)量（P<0.05）。經(jīng)過(guò)多年輪作后，CR和BR輪作模式下施氮量為120～180 kg/hm2時(shí)水稻產(chǎn)量增產(chǎn)率較高，施氮量為240 kg/hm2時(shí)相對(duì)增產(chǎn)率分別為65.0%及34.8%。施氮量為120～180 kg/hm2時(shí)配合綠肥作物還田處理具有較高的生產(chǎn)效率，施氮量低于前人報(bào)道的太湖地區(qū)推薦施氮量（205～240 kg/hm2）[2，22]。

3 討論

太湖地區(qū)為保證高產(chǎn)，大量使用化肥，然而過(guò)量施氮造成氮肥利用率降低、水稻品質(zhì)降低[23]，不利于土壤肥力提高和產(chǎn)量提升，同時(shí)也引起了一系列的環(huán)境問(wèn)題。采取多元化的輪作手段可以減少化肥氮的用量，提高土壤肥力[10，21]、提高作物氮吸收水平和作物品質(zhì)[23-25]。休耕輪作、種植綠肥能提高土壤含水量、土壤養(yǎng)分含量[7，9，25-26]，提高土壤微生物生物量氮含量，并最終提高土壤供氮能力[21-23，26-27]和水稻產(chǎn)量。

土壤含水量和團(tuán)聚體組成是土壤物理性質(zhì)的重要指標(biāo)。與冬季輪作相比，綠肥作物輪作在一定程度上降低了土壤平均質(zhì)量直徑。同時(shí)，綠肥作物輪作下水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量降低，水穩(wěn)性微團(tuán)聚體含量升高，并最終導(dǎo)致土壤含水量提高。這主要是由于綠肥作物輪作為土壤提供了有機(jī)質(zhì)，優(yōu)化了土壤結(jié)構(gòu)，促使土壤微團(tuán)聚體含量提升，提高了土壤保水保肥能力[28]。

土壤pH及有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀含量等是主要土壤肥力指標(biāo)，影響作物生長(zhǎng)、養(yǎng)分循環(huán)與微生物過(guò)程。研究結(jié)果表明，與冬季休閑及稻麥輪作模式相比，綠肥作物輪作增加了土壤有機(jī)物含量，在有機(jī)物分解過(guò)程中產(chǎn)生許多具有酸性功能基團(tuán)的弱酸，通過(guò)酸基解離和氨基質(zhì)子化維持了土壤酸堿平衡和土壤pH穩(wěn)定[29]。綠肥作物輪作緩解了高氮投入下的土壤酸化風(fēng)險(xiǎn)[30]。此外，綠肥作物輪作提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量。綠肥作物能固定大氣中的氮?dú)猓€田后可提高土壤氮容量[21]。在本試驗(yàn)中，與冬季休閑相比，綠肥作物輪作下土壤全氮及堿解氮含量均明顯提高，但在高氮施入下，氮素礦化、淋溶損失增強(qiáng)，不利于土壤氮庫(kù)維持與穩(wěn)定，使土壤供氮能力降低，綠肥作物輪作具有降低養(yǎng)分淋溶風(fēng)險(xiǎn)[11-12，31]的能力。土壤磷、鉀是土壤養(yǎng)分的重要部分，也是作物生長(zhǎng)的重要條件。與冬季休閑相比，綠肥作物輪作下土壤磷鉀含量獲得明顯提升，且隨著施氮量增加有效磷和速效鉀含量增加，這是由于綠肥施入及稻季施氮量增加促使有機(jī)磷向無(wú)機(jī)磷轉(zhuǎn)化，并通過(guò)腐殖質(zhì)包裹，降低了土壤吸附磷含量[32] ，最終提高了磷的有效性。但是高氮施入不利于作物養(yǎng)分吸收，與施入180 kg/hm2氮肥相比，在稻季補(bǔ)充高量氮時(shí)水稻拔節(jié)期和抽穗期磷吸收能力降低，磷素吸收減緩，土壤全磷含量增加[33]。

SMBN是反映土壤微生物生物量大小的重要指標(biāo)，是土壤有機(jī)氮中最活躍的部分[21，34-37]，其含量受施肥水平、輪作方式等多因素影響。SMBN含量改變的本質(zhì)是土壤氮素和氮循環(huán)過(guò)程的變化。綠肥作物輪作模式提高了水稻收獲季SMBN，這是由于綠肥具有較高的碳氮比，還田后促進(jìn)了土壤微生物氮循環(huán)過(guò)程，誘導(dǎo)了微生物氮固定，提高了SMBN[21]。亞層土壤下蠶豆輪作模式顯著提高了SMBN，而紫云英輪作模式下SMBN含量與冬季休閑處理無(wú)顯著差異，這是由于紫云英根系較淺，主要影響表層土壤。施氮水平影響了SMBN含量，綠肥作物輪作下施氮量為120 kg/hm2時(shí)的SMBN含量均比較高，土壤氮供應(yīng)和微生物周轉(zhuǎn)速度快。

通過(guò)主成分分析對(duì)土壤肥力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，土壤綜合肥力排序?yàn)樽显朴⑤喿?蠶豆輪作>稻麥輪作>冬季休閑，且綠肥作物輪作在施氮量為120～240 kg/hm2時(shí)綜合肥力較高。

輪作1年、6年及11年后的水稻產(chǎn)量變化說(shuō)明綠肥作物輪作提高了水稻產(chǎn)量，這是由于綠肥作物輪作模式下，綠肥作物提供了均衡的N、P、K、S及微量元素等養(yǎng)分供應(yīng)，促使了土壤氮循環(huán)與固定，并活化了養(yǎng)分，促進(jìn)了作物養(yǎng)分吸收，使作物健康生長(zhǎng)[23，33]。在長(zhǎng)期輪作下，紫云英輪作模式增產(chǎn)效率較高。與不施氮相比，施氮顯著提高了水稻產(chǎn)量且在施氮量為120～180 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量較高，氮肥利用率較高，這是由于綠肥作物輪作模式通過(guò)改善土壤微生物群落、提高養(yǎng)分含量降低了推薦施氮量[2，22，25]。但是綠肥作物輪作還田模式下綠肥種類的選擇和還田模式的設(shè)置依舊需要進(jìn)行管理和調(diào)整。研究結(jié)果表明，綠肥還田后稻田溫室氣體排放加劇，且不同綠肥作物還田后溫室氣體排放量也存在差異，黑麥草-水稻-水稻輪作下周年甲烷排放量較冬季休閑雙季稻模式增加了116.73%，而油菜-水稻-水稻模式較冬季休閑雙季稻模式甲烷排放增加了52.45%，但紫云英輪作下甲烷排放降低了16.33%[38];同時(shí)還田模式也影響溫室氣體排放，稻草還田配合綠肥還田下稻田增溫潛勢(shì)和溫室氣體排放強(qiáng)度較稻草還田降低[39]。

推測(cè)未來(lái)幾十年中，隨著磷肥礦資源枯竭，肥料成本將不斷上升，綠肥還田具有良好的補(bǔ)充土壤磷、鉀的作用。將單一的農(nóng)田利用模式向多樣化的農(nóng)業(yè)輪作模式轉(zhuǎn)變，提倡采用綠肥作物輪作降低磷鉀肥投入將越來(lái)越成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的新助力。

綜上所述，在長(zhǎng)期水旱輪作模式下種植綠肥可以降低當(dāng)?shù)氐咎锿扑]施氮量，有利于改善水稻生長(zhǎng)，增加水稻產(chǎn)量，優(yōu)化稻田土壤物理結(jié)構(gòu)，維持土壤pH，提高土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等養(yǎng)分容量和微生物生物量含量。與此同時(shí)，綠肥-水稻輪作下適量施氮對(duì)提升肥力、保持養(yǎng)分和提高水稻產(chǎn)量起到了重要作用。在太湖地區(qū)長(zhǎng)期進(jìn)行紫云英-水稻輪作和蠶豆-水稻輪作制度下，推薦稻季施氮量為120 kg/hm2。

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（責(zé)任編輯：張震林）

收稿日期：2020-12-17

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFD0200604）;國(guó)家自然科學(xué)基金（31400464）

作者簡(jiǎn)介：陳 鑫（1995-），男，浙江紹興人，碩士研究生，主要從事土壤養(yǎng)分及土壤微生物變異等相關(guān)研究。（E-mail）chenxin@issas.ac.cn

通訊作者：劉 勤，（E-mail）qliu@issas.ac.cn