聶良鵬，郭利偉，鄭春風(fēng)，呂玉虎，張 夢(mèng)，李本銀，潘茲亮，李 杰

（1信陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南信陽(yáng)464000；2河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，鄭州450002）

0 引言

紫云英是中國(guó)南方稻區(qū)傳統(tǒng)的冬季綠肥作物之一，具有改善土壤理化性狀，提高土壤肥力，提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的作用[1-3]。近年來(lái)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)以及鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的崛起，紫云英在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域重新得到了人們的重視，大量應(yīng)用隨之而來(lái)[4-5]，綠肥紫云英的快速發(fā)展勢(shì)必對(duì)保持水稻可持續(xù)生產(chǎn)發(fā)展具有重要意義。豫南稻區(qū)水稻生產(chǎn)上化肥投入量大、有機(jī)肥料投入比例偏低，稻田種植制度單一，稻田養(yǎng)分循環(huán)利用率低，輕視土壤培肥，耕地質(zhì)量開(kāi)始退化，已成為豫南稻區(qū)水稻生產(chǎn)的主要制約因素并日趨嚴(yán)重[6-7]。呂玉虎等[6]指出，減施20%和40%化肥配施紫云英可使土壤堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量顯著增加，并較100%化肥處理顯著提高產(chǎn)量。良好的農(nóng)田耕層構(gòu)造可以協(xié)調(diào)土壤的水分和養(yǎng)分狀況，為作物高產(chǎn)奠定良好的土壤基礎(chǔ)[8]；土壤孔隙的變化可以引發(fā)其他理化性能的改變[9]。劉春增等[10]指出，紫云英配施化肥條件下，隨著化肥用量的減少有利于良好土壤結(jié)構(gòu)的形成。紫云英被翻壓后，通過(guò)土壤微生物的作用改變土壤孔隙，進(jìn)而改善其他理化性狀，從而培肥土壤提高作物產(chǎn)量。2009年以來(lái)，紫云英翻壓還田配施減量化肥對(duì)稻田土壤養(yǎng)分、水稻產(chǎn)量及穩(wěn)定性等方面多有研究報(bào)道[10-12]，前人多是從土壤理化性狀中化學(xué)性狀及產(chǎn)量這塊進(jìn)行研究。而長(zhǎng)期定位試驗(yàn)條件下，紫云英翻壓還田配施減量化肥對(duì)土壤理化性狀中物理性狀尤其是土壤容重、孔隙度等的影響鮮有報(bào)道。本文依托于信陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)園區(qū)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，研究紫云英配施化肥對(duì)稻田土壤容重、孔隙度、養(yǎng)分以及水稻產(chǎn)量的影響，旨在明確紫云英配施減量化肥對(duì)稻田土壤理化性狀和水稻產(chǎn)量的影響，以期為豫南稻區(qū)合理減肥、培肥和增產(chǎn)機(jī)制提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于信陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)園區(qū)(N 32°07'，E 114°05')，該地屬亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡區(qū)，四季分明，年平均日照1900～ 2100 h；年平均氣溫15.1～ 15.3℃；年平均降水量900～ 1400 mm；相對(duì)濕度年均77%。田間定位試驗(yàn)始于2008年，供試土壤為黃棕壤性潛育型水稻土，試驗(yàn)前土壤基本理化性質(zhì)為：pH 6.4，土壤容重1.30 g/cm3，有機(jī)質(zhì)20.4 g/kg，全氮1.30 g/kg，堿解氮53.3 mg/kg，有效磷10.5 mg/kg，速效鉀74.9 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用2因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，共設(shè)6個(gè)處理：(1)對(duì)照不施肥(CK)；(2)100%化肥(100%F)；(3)紫云英＋100%化肥(MV+100%F)；(4)紫云英+80%化肥(MV+80%F)；(5)紫云英+60%化肥(MV+60%F)；(6)紫云英+40%化肥(MV+40%F)。紫云英原地種植，供試品種為‘信紫1號(hào)’，每年盛花期（4月10日左右）翻壓22500 kg/hm2，多余的移出小區(qū)，不夠的從別的小區(qū)移入。化肥品種氮肥為尿素、磷肥為過(guò)磷酸鈣、鉀肥為氯化鉀。100%化肥指當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥量，施用量為N 225 kg/hm2、P2O5135 kg/hm2、K2O 135 kg/hm2，化肥中的磷鉀肥全部基施，氮肥按基肥:分蘗肥:孕穗肥=3:2:1分次施入。小區(qū)面積6.66 m2，長(zhǎng)3.33 m，寬2.0 m，小區(qū)間筑埂，上覆塑料薄膜防止串水串肥。區(qū)組間留0.3 m寬的水溝，便于灌水和排水。水稻供試品種為‘Y兩優(yōu)689’，于每年4月下旬育秧，5月下旬劃行移栽，9月中旬收獲，小區(qū)栽插密度30萬(wàn)穴/hm2，每穴2棵秧苗。移栽后灌淺水使秧苗返青，分蘗肥在移栽后1周施用，孕穗肥在曬田復(fù)水后施用，其他田間管理同常規(guī)大田管理一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.3.1 土壤容重、孔隙測(cè)定 于2018年和2019年9月下旬水稻收獲后用環(huán)刀采集0～ 20 cm土層土樣，測(cè)定土壤容重、土壤總孔隙度、土壤毛管孔隙度[13]；其計(jì)算公式如(1)～ (3)所示。

式中：Z0為環(huán)刀重(g)；Z1為飽和重(g)（環(huán)刀內(nèi)土壤充分吸水直至飽和）；Z2為環(huán)刀內(nèi)土壤吸水至飽和排出重力水后重量(g)（環(huán)刀內(nèi)土壤充分吸水至飽和后靜置12 h）；Z3為烘干土重和環(huán)刀重(g)；V為環(huán)刀體積(cm3)。

1.3.2 土壤養(yǎng)分測(cè)定 用土鉆采集0～ 20 cm土層土樣，風(fēng)干后測(cè)定土壤堿解氮（堿解擴(kuò)散法）、有效磷（Olsen法）、速效鉀（醋酸銨浸提-火焰光度法）、有機(jī)質(zhì)（重鉻酸鉀外加熱法）[14]。

1.3.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素測(cè)定 成熟期每個(gè)處理取具有代表性植株10穴，測(cè)定株高、有效穗、穗實(shí)粒數(shù)，風(fēng)干后測(cè)定千粒重。各小區(qū)單打單收，風(fēng)干后測(cè)定小區(qū)稻谷產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2007和DPS7.05軟件對(duì)2年數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，用最小顯著極差法（LSD法）進(jìn)行多重比較，采用兩年數(shù)據(jù)平均值進(jìn)行做表。

2 結(jié)果與分析

2.1 翻壓紫云英條件下減施化肥對(duì)水稻收獲期土壤容重的影響

由表1可以看出，翻壓等量紫云英下不同減肥處理對(duì)水稻收獲期土壤容重、土壤孔隙度影響差異顯著。常年施用100%化肥處理的土壤容重顯著高于其他處理，MV+100%F除外；MV+100%F的土壤容重顯著高于其他幾個(gè)減肥處理(MV+80%F、MV+60%F、MV+40%F)以及CK；3個(gè)減肥處理的土壤容重均顯著小于其他處理，3個(gè)減肥處理之間差異不顯著。6個(gè)處理土壤總孔隙度大小表現(xiàn)為MV+80%F＞MV+40%F＞MV+60%F＞MV+100%F＞CK＞100%F，減肥處理與其他處理之間差異顯著；CK土壤總孔隙度大于100%F，小于翻壓紫云英處理，其中CK與3個(gè)減肥處理之間差異顯著。翻壓紫云英配施減量化肥處理比MV+100%F能顯著提高土壤毛管孔隙度；翻壓紫云英處理比CK和100%F能顯著提高土壤毛管孔隙度。

表1 不同施肥處理對(duì)收獲期土壤容重的影響

2.2 翻壓紫云英條件下減施化肥對(duì)水稻收獲期土壤養(yǎng)分含量的影響

由表2可知，6個(gè)處理土壤堿解氮的大小順序表現(xiàn)為MV+80%F＞MV+100%F＞MV+60%F＞MV+40%F＞100%F＞CK，其中，除MV+100%F與MV+60%F，100%F與MV+40%F之間差異不顯著外，其他處理之間差異均顯著；與對(duì)照不施肥相比，其他施肥處理較對(duì)照增加59.6%～ 90.2%的堿解氮；翻壓紫云英后減氮20%～ 40%與100%F處理相比，土壤堿解氮還能顯著提高，說(shuō)明翻壓紫云英可以替代20%～ 40%氮肥。與對(duì)照不施肥相比，施肥顯著增加了土壤有效磷含量，增加幅度達(dá)到53.8%～ 93.1%；與MV+100%F相比，翻壓等量紫云英下化肥減施20%～ 60%顯著降低了土壤有效磷含量，各減肥處理之間的土壤有效磷含量無(wú)顯著差異。與對(duì)照不施肥相比，100%F速效鉀含量略有提高，差異不顯著；與CK相比，紫云英配施化肥土壤速效鉀含量顯著降低，降幅5.5%～ 17.8%。與對(duì)照不施肥相比，紫云英配施化肥可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，增幅為15.0%～ 26.0%；與100%F處理相比，翻壓紫云英處理顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

表2 不同施肥處理對(duì)收獲期土壤養(yǎng)分含量的影響

2.3 翻壓紫云英條件下減施化肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

6種處理水稻產(chǎn)量大小順序?yàn)椋篗V+80%F＞MV+60%F＞MV+100%F＞100%F＞MV+40%F＞CK（表3），除MV+100%F與MV+60%F，100%F與MV+40%F之間差異不顯著外，其他處理之間差異均顯著；相對(duì)于CK，各施肥處理產(chǎn)量提高30.0%～ 39.6%，在翻壓等量紫云英22500 kg/hm2下，化肥用量減少20%和40%，水稻產(chǎn)量比100%F均有所增加，分別增產(chǎn)7.1%和2.7%；相對(duì)于100%F，翻壓紫云英后，化肥用量減少60%，水稻只減產(chǎn)0.3%，化肥用量不減少的情況下，水稻增產(chǎn)2.5%。

表3 不同施肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

2.4 翻壓紫云英條件下減施化肥對(duì)水稻產(chǎn)量性狀的影響

與不施肥對(duì)照相比，各施肥處理顯著提高了水稻株高，各施肥處理之間無(wú)顯著差異（表4）。與不施肥和單施化肥相比，翻壓紫云英處理顯著提高了水稻有效穗，各翻壓處理之間無(wú)顯著差異。與CK相比，100%F提高了實(shí)粒數(shù)，差異不顯著，翻壓紫云英處理顯著降低了實(shí)粒數(shù)。各翻壓紫云英處理及CK和100%F對(duì)水稻千粒重?zé)o顯著影響。綜合產(chǎn)量來(lái)看，翻壓紫云英處理主要是通過(guò)提高水稻有效穗來(lái)提高產(chǎn)量。

表4 不同施肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量性狀的影響

3 討論與結(jié)論

3.1 翻壓紫云英條件下減施化肥對(duì)稻田理化性狀的影響

秸稈還田可以降低土壤容重和緊實(shí)度，增加土壤孔隙度，提高土壤肥力和生物活性[15]。作物秸稈的充分利用對(duì)下茬作物的生長(zhǎng)和地力培肥具有重要促進(jìn)作用[16]。紫云英種植翻壓還田可以固定、活化、富集土壤中的養(yǎng)分，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、改善農(nóng)田土壤微環(huán)境、改良土壤理化性狀[12]。本研究結(jié)果表明，100%F和MV+100%F土壤容重顯著高于其他處理，長(zhǎng)期翻壓等量紫云英配合化肥減施處理能顯著降低土壤容重；這可能是因?yàn)槌Ｄ晔┯没剩斐赏寥腊褰Y(jié)導(dǎo)致土壤容重增大；本試驗(yàn)中翻壓等量紫云英配施減量化肥能顯著提高土壤總孔隙度，且翻壓紫云英和減施化肥均可以顯著提高土壤毛管孔隙度；這可能是因?yàn)樽显朴⒃诒环瓑焊獾倪^(guò)程中，莖桿殘?bào)w的結(jié)構(gòu)變化及腐解過(guò)程中分解轉(zhuǎn)化釋放的物質(zhì)使土壤毛管孔隙度和土壤總孔隙度增大。土壤孔隙的改變能夠影響土壤水肥的利用，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量[17]，產(chǎn)量數(shù)據(jù)的變化進(jìn)一步印證此結(jié)論（表3），關(guān)于土壤孔隙的改變是直接影響土壤水肥的利用還是通過(guò)微生物的作用間接改變土壤水肥的利用還有待進(jìn)一步研究。

綠肥與化肥配施能提高土壤養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)含量，尤其是長(zhǎng)期定位試驗(yàn)條件下的全氮、全磷含量[12]。施用綠肥能提高土壤養(yǎng)分，尤其是有機(jī)質(zhì)、速效鉀、速效磷和堿解氮含量，從而提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[18-19]。本試驗(yàn)結(jié)果指出，翻壓紫云英可以提高土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量，這與前人的研究結(jié)果基本一致[10,18]。而與MV+100%F相比，翻壓等量紫云英下化肥減施20%～ 60%卻顯著降低了土壤有效磷、速效鉀含量，這可能是由于作物從土壤中帶走了較多的磷、鉀；而紫云英含磷量少，腐解后對(duì)土壤有效磷補(bǔ)充較少[6]；長(zhǎng)年減肥磷素、鉀素得不到補(bǔ)充導(dǎo)致有效磷、速效鉀含量顯著下降，因此，為了維持稻田土壤養(yǎng)分含量平衡，不建議減施磷鉀肥。在翻壓等量紫云英時(shí)，化肥施用量不同是引起有效養(yǎng)分變化的主要因素[10]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在翻壓等量紫云英條件下，化肥減施雖然提高了土壤堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量，卻顯著降低了土壤有效磷、速效鉀含量，這可能跟綠肥必須與適量化肥配施才能發(fā)揮其增產(chǎn)潛力有關(guān)[12]。

3.2 翻壓紫云英條件下減施化肥對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響

土壤孔隙度的改善能改良土壤養(yǎng)分狀況，進(jìn)而提高小麥和玉米的產(chǎn)量[20]。合理種植并適時(shí)翻壓紫云英，能有效提高水稻產(chǎn)量，提升土壤肥力和土壤質(zhì)量，對(duì)水稻可持續(xù)生產(chǎn)具有重要意義[19,21-22]。已有研究表明紫云英翻壓量15000～ 30000 kg/hm2時(shí)，減施化肥20%～ 40%，水稻仍能保證不減產(chǎn)[23-25]。本研究結(jié)果表明，紫云英翻壓量22500 kg/hm2時(shí)，化肥減施20%～ 40%，與100%F相比，水稻產(chǎn)量增加2.7%～ 7.1%，與前人研究結(jié)果一致。與常規(guī)施肥相比，MV+100%F產(chǎn)量提高2.5%，表明紫云英與化肥配施有助于水稻產(chǎn)量的提高，這是由于紫云英翻壓還田后，提高了土壤總孔隙度和毛管孔隙度，進(jìn)而改善土壤的水肥條件，從而提高水稻產(chǎn)量。王建紅等[26]研究認(rèn)為，與不施肥處理相比，施化肥主要是增加水稻實(shí)粒數(shù)，翻壓紫云英主要是顯著增加有效穗，兩者對(duì)籽粒千粒重沒(méi)有影響。徐昌旭等[22]指出，不同施肥方法對(duì)早稻實(shí)粒數(shù)影響顯著，對(duì)晚稻實(shí)粒數(shù)及千粒重?zé)o顯著影響。本研究表明，與不施肥處理相比，翻壓紫云英配施化肥處理顯著提高水稻株高、有效穗，顯著降低了水稻實(shí)粒數(shù)，對(duì)水稻千粒重沒(méi)有影響，這可能是由于翻壓紫云英配施化肥處理在水稻生長(zhǎng)發(fā)育前期經(jīng)過(guò)紫云英鮮草有機(jī)物的礦化產(chǎn)生足夠多的養(yǎng)分供水稻進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)，故其株高和有效穗顯著增加，但隨著生育時(shí)期的推移，翻壓紫云英各處理提供的養(yǎng)分不足以維持多出來(lái)的有效穗的穗粒數(shù)的養(yǎng)分供給，出現(xiàn)脫肥現(xiàn)象，故其實(shí)粒數(shù)顯著降低；千粒重主要受品種特性影響[22]，故翻壓紫云英配施化肥處理對(duì)千粒重?zé)o顯著影響。綜合產(chǎn)量及產(chǎn)量三要素來(lái)看，翻壓紫云英主要是通過(guò)提高有效穗來(lái)實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)。