摘要：為探究輪作與減量施肥對輪作系統(tǒng)作物產量及土壤養(yǎng)分影響，優(yōu)化金花菜（Medicago polymorpha）-水稻 （Oryza sativa）輪作體系下施肥量，本研究采用雙因素完全隨機試驗設計，設置“水稻連作（高肥）”“金花菜（不施肥）+水稻（中肥）”“金花菜（施肥）+水稻（中肥）”“金花菜（不施肥）+水稻（低肥）”和“金花菜（施肥）+水稻（低肥）”5種處理。結果表明減量施肥處理輪作系統(tǒng)產量及土壤養(yǎng)分差異較大，金花菜（施肥）+水稻（低肥）處理水稻產量較同年其他處理最高，有機質較其他處理整體顯著增加14.81%～38.13%，土壤pH較其他處理降低2.34%～5.03%，土壤氮素含量較其他處理也顯著增加0.80%～35.66%（Plt;0.05）。因此，輪作減量施肥可有效提高輪作系統(tǒng)產量與土壤養(yǎng)分。

關鍵詞：金花菜-水稻輪作；施肥；產量；土壤養(yǎng)分

中圖分類號：S157.4+1文獻標識碼：A文章編號：1007-0435（2023）03-0876-08

Effects of Nutrient Coordination on Yield and Soil Nutrients in a

Burclover-rice Rotation System

JIA Xue-jie1，2， YOU Ming-hong2， LI Da-xu2， LEI Xiong2， REN Xiao-ying3， XIONG Xiao-lan4，

DU Jing2， CHEN Li-min2， DONG Zhi-xiao1， ZHANG Jian-bo2*， MA Xiao1*

（1.College of Grassland Science and Technology， Sichuan Agricultural University， Chengdu， Sichuan Province 611130， China;

2. Sichuan Academy of Grassland， Science， Chengdu， Sichuan Province 611731， China; 3. Aba Forestry and Grassland Bureau， Aba，

Sichuan Province 624099， China; 4 Hong Yuan County Bureau of Science， Technology and Agriculture and Animal Husbandry， Aba，

Sichuan Province 624603， China）

Abstract：To explore the effects of crop rotation combined with reduced fertilization on crop yield and soil nutrients in the rotation system，and to optimize fertilizer application in rotation system of burclover （Medicago polymorpha） -rice （Oryza sativa），this study adopted the double-factor completely randomized design，and set up five treatments，including \"continuous cropping rice （high fertilizer）\"\"burclover （no fertilizer） + rice （middle fertilizer）\"\"burclover （fertilizer） + rice （middle fertilizer）\"\"burclover （no fertilizer） + rice （low fertilizer）\"，and \"burclover （fertilizer） + rice （low fertilizer）\". The results showed that there were significant differences in yield and soil nutrients with the reduced fertilizer in rotation system. The highest rice yield in the treatment of “burclover （fertilizer） + rice （low fertilizer）” was higher than the other treatments in the same year，with organic matter significantly increased by 14.81%～38.13%，soil pH reduced by 2.34%～5.03%，and soil nitrogen content significantly increased by 0.80%～35.66% （Plt;0.05）. Thus，reducing fertilizer application in crop rotation can effectively improve yield and soil nutrients in crop rotation systems.

Key words：Burclover-rice rotation；Fertilization;Yield;Soil nutrients

隨著國內社會經濟發(fā)展，農業(yè)結構已發(fā)生顯著變化，糧食安全壓力已從口糧安全層次上升到畜牧業(yè)飼料糧安全層次［1］。如何保障飼料糧及減少畜牧業(yè)對飼料糧的依賴是國家糧食安全戰(zhàn)略的重要任務［2］。將牧草引入農業(yè)生產系統(tǒng)，創(chuàng)新糧草輪作等耕作制度，充分利用耕地，可保證糧食生產，滿足畜牧業(yè)對優(yōu)質飼草料的需求。這不僅緩解了人畜爭糧矛盾，也改善了土壤理化性質，走綠色可持續(xù)性農業(yè)發(fā)展道路［3］。水稻（Oryza sativa）是我國南方最常見的作物，西南大部分地區(qū)多為“一作有余，兩作不夠”，即每年10月收獲，次年5月進行插秧，耕地休閑期長，且連年種植易造成連作障礙等問題。為解決此類問題，可采用飼草-水稻輪作，其不僅解決連作障礙問題，還提高土壤復種指數，充分利用當地水熱條件［4-6］。目前西南地區(qū)飼草-水稻輪作模式多為禾草-水稻、豆草-水稻以及蔬菜-水稻等模式［7-8］。其中，禾草-水稻的輪作模式雖提高了飼草和水稻產量，但二者同為禾本科，對土壤中氮磷等養(yǎng)分需求相似，易造成土壤養(yǎng)分失衡［9］。與禾草-水稻相比，豆草-水稻的輪作模式不僅可增加輪作系統(tǒng)產量，還改善了土壤理化性質，且豆科飼草營養(yǎng)價值高于禾本科飼草［10］。

金花菜（Medicago polymorpha），又稱南苜蓿（Burclover），屬豆科苜蓿屬一年生或越年生植物，分布于我國長江流域以南，耐寒性好，適合秋冬季節(jié)種植，適應性強，微酸、微堿土壤都可種植，可改善土壤、作飼用、綠肥或菜用［11-13］。金花菜作飼用時，其粗蛋白含量約26%，高于紫花苜蓿（Medicago sativa），產草量也高于毛苕子（Vicia villosa Roth）［14］。周壽榮等［15］將金花菜引入輪作系統(tǒng)，不僅可提高水稻產量，還可增加金花菜產量和品質，提高耕地復種指數，但該研究未涉及施肥因素。除栽培方式外，施肥對作物產量也具有重要影響，目前國內提高水稻產量依賴于增加化肥施用，因此，土壤耕作氮磷化肥施用量長期處于世界前列，但化肥利用效率卻不足發(fā)達國家的50%［16-17］。過度施用氮肥不僅會造成氮損失，增加稻田氨的揮發(fā)造成水稻貪青晚熟，降低水稻產量，還會引起土壤酸化、板結以及水污染等環(huán)境問題［18］。因此，輪作與減量施肥結合對水稻增產以及環(huán)境改善具有重要作用。

本研究旨在比較水稻連作、金花菜-水稻輪作模式的基礎上，增添減量施肥因素，通過減量施肥對金花菜-水稻輪作后產量及土壤養(yǎng)分的影響，提高土壤肥力，提高土壤復種指數，在解決連作障礙的同時，順便冬閑期收獲高品質飼草，增加農民經濟收入，優(yōu)化金花菜-水稻輪作施肥模式，為西南地區(qū)新型的草田輪作生產提供理論依據及生產技術參考。

1材料與方法

1.1試驗地概況

2018年9月至2020年9月，試驗在四川省眉山市東坡區(qū)崇禮鎮(zhèn)家相村（103°91′E，30°01′N）進行，該地平均海拔669 m，屬亞熱帶濕潤氣候區(qū)，年平均氣溫17.2℃，年平均降雨量1 057.5 mm，年均日照時數1 193.8 h。土壤基況如表1。

1.2供試材料

試驗所用金花菜品種為‘川南’金花菜，由四川省草原科學研究院提供，供試水稻品種為‘宜香優(yōu)2115’。試驗基肥所用化學肥料均為史丹利水稻復合肥（質量比N∶P∶K=25∶12∶8），苗期肥與追肥化學肥料均為尿素（總氮含量大于46 %）。

1.3試驗設計

試驗采用完全隨機區(qū)組試驗設計，設金花菜-水稻輪作及施肥水平兩個因素，共5個處理，分別為：A0為水稻連作，水稻施肥量參照按照當地常規(guī)施肥量；A1，A2，A3和A4均為金花菜-水稻輪作不同減量施肥處理，其中，A1為金花菜不施肥，水稻基肥施肥量較A0基肥施肥量減少20%，苗期肥與追肥施肥量與A0相同；A2為金花菜施肥，施肥量較當地常規(guī)施肥量減少50%，水稻施肥與A1相同；A3為金花菜不施肥，水稻基肥施肥量較A0減少50%；A4為金花菜施肥與A2相同，后作施肥與A3相同，具體處理方法見表2。小區(qū)面積3 m×5 m，具體試驗設計見圖1，金花菜的播種量為37.5 kg·hm-2、水稻每公頃株數為146 740株［19］，每個處理3個重復。

1.4樣品采集與測定方法

1.4.1樣品采集金花菜與水稻樣品采集：試驗周期兩年，金花菜與水稻成熟后，按小區(qū)分別收獲金花菜地上部分，收獲金花菜作飼用。

土壤樣品采集：2018年10月24日，播種金花菜前測定土壤養(yǎng)分。2019年10月和2020年10月水稻收獲后，去除土壤表面雜物，采集0～20 cm土壤，即為耕作層。每個小區(qū)隨機取5個點混合為一個土樣，將土樣置于通風處陰干，用研缽磨碎后，過1 mm與0.25 mm篩選備用。2019年4月與2020年4月，金花菜飼草收獲后，土壤采集處理方法同上［20］。

1.4.2測定指標收獲各小區(qū)水稻籽粒與金花菜地上部分，金花菜先高溫殺青后置于70℃電熱恒溫箱中，烘干至恒重。水稻籽粒晾曬至恒重，其后稱重，記錄水稻籽粒重量與金花菜地上部分干重，收獲金花菜做飼用。

采用pH測定儀測定不同時期各小區(qū)的土壤pH（水土比2.5∶1）；NaHCO3提取鉬銻抗比色法測定速效磷；光焰分光光度計測定速效鉀；凱氏蒸餾法測定全氮；土壤有機質含量采用重鉻酸鉀容量法（稀釋熱法）測定［21］。

1.5數據處理

Excel 2016進行試驗數據整理、SPSS 20.0軟件分析試驗數據，采用LSD分析法進行方差分析，Graph.prism8.0 軟件繪圖。

2結果與分析

2.1不同施肥處理對水稻籽粒產量以及金花菜干草產量的影響

2020年水稻籽粒產量整體高于2019年（圖2），A0，A1，A2，A3和A4處理2020年產量分別較2019年增加2.34%，4.20%，4.02%，2.09%和0.92%。輪作兩年A4水稻產量分別為21.87 t·hm-2和22.07 t·hm-2，其中2019年A4水稻產量較A1顯著增加9.65%，但與A0相較，產量差異不顯著（Plt; 0.05），2020年A4產量較A0，A1分別顯著增加6.5%和5.6%（P lt;0.05）。因此，A4施肥量較連作減少50%，但水稻產量較連作或同年其他處理最高。

圖3可知，試驗周期內，2020年金花菜產量均高于2019年金花菜產量。與不施肥處理（A1，A3）相比，施肥處理（A2，A4）對金花菜2019年產量增產效果顯著（Plt;0.05），其中A4金花菜飼草產量最高，為10.34 t·hm-2，較A2增產約14.13%（Plt;0.05）。2020年A4金花菜產量最高，A4較A2顯著增加8.40%（Plt;0.05）。

2.2輪作及不同施肥處理對土壤pH、有機質及土壤養(yǎng)分的影響

試驗周期內A4不同收獲期土壤有機質含量均顯著高于A0（圖4a）。A4較A0不同收獲期土壤有機質含量顯著增加約21.52%，32.02%，32.10%和34.37%，即水稻輪作土壤有機質含量顯著高于水稻連作（Plt;0.05）。金花菜施肥處理A4土壤有機質含量顯著高于不施肥（A1，A3），增幅在2.77%～8.81%（Plt;0.05）。2019年水稻低肥（A3，A4）土壤有機質顯著高于中肥（A1，A2），有機質含量增幅在4.71%～9.65%（Plt;0.05），水稻施肥量相同時，土壤有機質含量差異不顯著。2020年A4水稻土壤有機質含量顯著高于其他處理，增幅在11.32%～34.37%。

A4不同收獲期土壤pH顯著高于其他處理（Plt;0.05）（圖4b）。試驗周期內，金花菜施肥處理（A2，A4）土壤pH顯著高于不施肥處理（A1，A3），其中，2019年和2020年A2較A1土壤pH分別增加4.61%和3.60%，A4較A3分別增加1.81%和4.57%（Plt;0.05）。輪作模式下，水稻2019年10月收獲時，低肥處理（A3，A4）土壤pH顯著高于中肥處理（A1，A2），水稻2020年10月收獲時，A4處理土壤pH顯著高于其他處理（Plt;0.05）。因此，A4在不同收獲期土壤pH含量均較高。

A4處理在不同收獲期的土壤氮素含量整體顯著高于A0處理（Plt;0.05）（圖5）。2019年金花菜不施肥處理（A1，A3）的土壤全氮和堿解氮含量顯著低于施肥處理（A2，A4），A4較A3土壤氮素和堿解氮含量分別增加13.68%，28.64%，A2較A1土壤氮素和堿解氮含量分別增加20.23%，31.21%，2020年金花菜土壤全氮含量A4較A1顯著增加26.54%（Plt;0.05），土壤堿解氮含量各處理差異不顯著。2019年水稻收獲，A3土壤氮素含量較A1顯著增加約36.25%（Plt;0.05），相同水稻施肥量土壤氮素含量差異不顯著，2020年土壤氮素含量整體為低肥大于中肥，但差異不顯著。

A4有效磷含量均顯著高于不同收獲期其他處理（Plt;0.05）（圖6）。2019年金花菜施肥處理（A2，A4）全磷含量顯著高于不施肥處理（A1，A4），金花菜2020年收獲時，土壤全磷含量最高處理為A3，較A1顯著增加32.91%，土壤有效磷含量最高為A4，較A2顯著增加37.44%（Plt;0.05）。水稻2019年收獲后，A2土壤全磷含量最高，較A0顯著增加約15.56%（Plt;0.05）。2020年水稻輪作模式下，低肥處理（A3，A4）土壤磷素含量顯著高于水稻中肥處理（A1，A2）（Plt;0.05）。

與A0相比，金花菜-水稻輪作對土壤鉀素影響整體顯著（Plt;0.05）（圖7）。2019年金花菜收獲時，施肥處理（A2、A4）土壤速效鉀含量顯著高于不施肥處理（A1、A3），2020年收獲，A1土壤全鉀含量較A2顯著增加約6.31%，A4土壤有效鉀含量較A2顯著增加約10.96%（Plt;0.05）。試驗周期內，水稻連作（A0）土壤全鉀和速效鉀含量整體低于其他處理，即輪作可有效提高土壤鉀素含量，但輪作模式下，不同施肥處理土壤全鉀含量整體差異不顯著。

3討論

3.1輪作與不同施肥處理對金花菜與水稻產量的影響

土壤肥力和作物產量是衡量農田生態(tài)系統(tǒng)綠色可持續(xù)發(fā)展的兩項重要指標［22-23］。西南地區(qū)秋冬春溫度較低，雖不能保障農作物籽實優(yōu)質高產，但可滿足牧草優(yōu)質高產，因此，將牧草引入糧草輪作系統(tǒng)中，可實現“藏糧于草”，提高耕地的經濟效益［24］。本研究表明金花菜能夠明顯提高水稻產量，且相同處理輪作第二年水稻產量均高于第一年，A1，A2，A3和A4處理水稻產量分別較第一年增長4.20%，4.02%，2.09%和0.92%，其中A4處理產量最高。李軍等［25］在苜蓿-小麥輪作倒茬效果也得出了同樣結論，原因在于金花菜作為前作具有根瘤菌，增加土壤養(yǎng)分含量，且地下部分殘體回歸土壤，能有效提高土壤有機質和養(yǎng)分含量，且說明輪作效果隨著年份增加［26，27］。本研究中金花菜-水稻輪作，A1，A2，A3和A4處理第二年金花菜產量較第一年分別提高20.86%，16.48%，15.66%和20.48%，表明輪作倒茬可有效提高輪作系統(tǒng)產量。

影響農田作物產量的因素有多種，如土壤肥力、土壤水分和耕作方式等［30-33］。養(yǎng)分作為提高輪作系統(tǒng)生物量的主要因素之一，尤其是化學肥料的合理使用是作物持續(xù)增產的關鍵因素，但作物產量不會隨著施肥量的增加而無限增加，不合理施肥導致養(yǎng)分資源利用率低下［17，28］。本研究中水稻輪作施肥較常規(guī)減少50%時，減量施肥水稻產量與連作相比差異不顯著，說明水稻施肥減少50%時，土壤養(yǎng)分可滿足水稻生長，而連作常規(guī)施肥土壤養(yǎng)分過量，這與田亨達等［29］的施肥對稻麥產量影響研究結果相似。連作常規(guī)施肥造成水稻產量低是因為土壤養(yǎng)分除滿足水稻生長需求外過量，導致水稻營養(yǎng)生長期養(yǎng)分過多，造成貪青晚熟，分蘗數增多，因此籽粒產量降低，而輪作減量施肥水稻產量未降低則是因為施肥和前茬豆科為土壤積累了大量養(yǎng)分，合理的土壤養(yǎng)分可提高籽粒轉運率，促進水稻籽粒灌漿［30-31］。因此，輪作減少50%施肥量不僅滿足水稻生長需要，還可節(jié)約化肥資源，減少農資成本投入，但若想獲得金花菜-水稻輪作系統(tǒng)水稻最大產量，還需進一步，明晰水稻合理施肥量。

3.2輪作對土壤養(yǎng)分的影響

不同作物對養(yǎng)分需求不同，豆科喜鈣、磷，禾本科植物喜氮［32］，但中長期的田間試驗研究表明，長期使用化肥會造成土壤有機質降低等問題［33］。而豆科植物能夠有效地解決由長期使用化肥造成的土壤問題，豆科植物不與禾本科作物爭奪必須養(yǎng)分，且其茬口特性為有機質含量高，養(yǎng)分及速效養(yǎng)分含量較高，尤其富含氮素，可減少化肥使用［34］。因此，本研究中引入金花菜，土壤氮素、磷素和鉀素含量也較試驗前和水稻連作均有不同程度增加，土壤有機質提高、pH升高，可為后茬作物水稻提供充足養(yǎng)分，表明豆草-水稻輪作可提高土壤有機質，改善土壤酸堿度，有助于土壤積累氮素、磷素和鉀素，提高土壤肥力。

3.3輪作模式下，不同施肥處理對土壤養(yǎng)分影響

施肥量影響作物產量，也影響土壤養(yǎng)分含量［35］。合理的施肥量不僅補充了土壤養(yǎng)分，保證作物養(yǎng)分供應，既可培肥土壤，又可避免養(yǎng)分過剩引起生態(tài)環(huán)境問題［36］。本研究中金花菜（施肥）+水稻（低肥）處理，土壤有機質整體顯著高于其他施肥處理，原因一是豆科植物茬口特性，二是合理施肥使得作物及飼草地上和地下部分生物量增多，提高了飼草與作物殘體回歸土壤的數量，從而有機質增加［37］。除有機質外，本研究中氮素和磷素含量也顯著增加。金花菜（施肥）+水稻（低肥）處理下的土壤全氮、全磷、堿解氮和有效磷含量均顯著高于水稻高肥和連作處理。即該輪作系統(tǒng)中，水稻低肥處理的施氮量即可滿足水稻生產需要，具有生態(tài)環(huán)境效益，高肥處理下反而氮、磷素含量下降，土壤養(yǎng)分利用效率低，氮、磷素皆受施肥影響［38］。本研究中土壤全鉀含量受施肥影響不顯著，速效鉀含量則差異顯著（Plt;0.05），與魯其厚等［38］在氮磷鉀對水稻產量和肥料利用率研究結論相同，即土壤全鉀的含量比較穩(wěn)定，受施肥的影響很小。原因可能是鉀素在土壤中的穩(wěn)定性有關，即土壤中鉀素可存在多年，且土壤中存在潛在的鉀庫。施肥量對土壤全鉀含量影響效果不顯著［37，39］。

4結論

與水稻單播連作種植模式比，金花菜-水稻輪作處理水稻產量增加，獲得了優(yōu)質高產的金花菜，有利于發(fā)展綠色農業(yè)。輪作模式下金花菜（施肥）+水稻（低肥）處理在保證水稻產量的同時降低水稻50%的化肥施用量，減緩了農業(yè)生產對環(huán)境造成的不良影響，為西南地區(qū)水稻種植生產提供了參考依據。

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（責任編輯彭露茜）