關鍵詞： 紫云英； 稻秸； 聯(lián)合還田； 產(chǎn)量； 養(yǎng)分利用率

稻田長期施用化肥可能帶來肥料利用效率低、土壤養(yǎng)分失衡、生產(chǎn)力下降等問題[1]。充分利用豆科綠肥和水稻秸稈等綠色清潔有機肥源是實現(xiàn)培肥地力，減少部分化肥用量的重要技術措施[2?3]，也是作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和維持良好稻田生態(tài)環(huán)境的有效途徑[4?6]。許多研究也已證明，豆科綠肥可通過生物固氮向農(nóng)田輸入大量氮素，稻秸富含鉀素，聯(lián)合綠肥翻壓和秸稈還田能夠同步實現(xiàn)培肥土壤[7?8]、化肥減量[9]和作物增產(chǎn)[10?11]等目的，還可發(fā)揮豆科和非豆科作物間養(yǎng)分互補效應，提高其在土壤中的礦化效率，避免單一秸稈還田的局限性[11]。例如稻秸中豐富的鉀素可以緩解冬種紫云英土壤鉀的下降，紫云英根瘤固氮可以緩解稻秸腐解引發(fā)的作物生長前期氮素供應的不足[12]。圍繞綠肥替代化肥、綠肥?秸稈聯(lián)合還田開展的多年多點聯(lián)合研究數(shù)據(jù)表明，綠肥與稻秸聯(lián)合還田對水稻產(chǎn)量、肥料利用率、土壤培肥效果顯著好于秸稈單一還田[10， 13?14]，稻谷增產(chǎn)9.2%[14]，土壤有機質(zhì)提高1.4%，全氮提高1.5%，速效磷提高3.0%，速效鉀提高2.5%[15]。紫云英?稻秸聯(lián)合還田還解決了稻秸資源化利用的難題。由于我國稻田區(qū)土壤和氣候類型眾多，紫云英?稻秸聯(lián)合還田的效果差異很大。我們在灰（黃） 泥田土壤發(fā)育的水稻土上開展田間試驗，旨在明確該土壤、氣候條件下，紫云英壓青結(jié)合稻秸還田的節(jié)肥增效作用，為福建稻區(qū)紫云英與稻秸資源的綜合利用和稻田綠色生產(chǎn)提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

2019 年分別在福建沙縣、順昌縣和浦城縣福建水稻主產(chǎn)區(qū)開展種植翻壓紫云英、紫云英與稻秸聯(lián)合還田后水稻減施20% 化肥的田間效果試驗。供試土壤基本性狀見表1。

在沙縣種植再生稻，在順昌縣和浦城縣種植單季稻。

1.2 試驗設計

試驗設置5 個處理：1） CK，不施肥對照，即無稻秸還田， 無種植翻壓綠肥； 2 ） 1 0 0 % C F， 即100% 常規(guī)量化肥，無稻秸還田，無種植翻壓綠肥 ；3） 80%CF，即80% 常規(guī)量化肥，無稻秸還田，無種植翻壓綠肥；4） CMV+80%CF，即種植翻壓紫云英，80% 常規(guī)量化肥，無稻秸還田；5） RS+CMV+80%CF，即稻秸還田，種植翻壓紫云英，80% 常規(guī)量化肥。每個處理3 個重復，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積15 m2 （5 m×3 m）。紫云英播種量22.5 kg/hm2，翌年盛花期地上部鮮草翻壓量22.5 t/hm2，鮮草含N4.0 g/kg、P 0.38 g/kg、K 2.38 g/kg。稻秸還田處理在水稻收割時留高茬，其余鮮稈切碎全量還田，或全部鮮稈直接切碎還田（干物質(zhì)量約4.5 t/hm2）。無稻秸還田處理稻秸移出田外。供試化肥為尿素、過磷酸鈣、氯化鉀。常規(guī)量化肥處理在沙縣、順昌縣的養(yǎng)分施用量分別為N 135 kg/hm2、P2O5 54 kg/hm2、K2O94 kg/hm2，在浦城為N 165 kg/hm2、P2O5 66 kg/hm2、K2O 116 kg/hm2。各處理磷肥全部作基施，氮、鉀肥60% 基施，40% 用于分蘗肥追施。

1.3 樣品采集及指標測定

1.3.1 樣品采集 于水稻成熟期，各小區(qū)按實際面積測定稻谷和秸稈產(chǎn)量，并采集植株樣品測定養(yǎng)分含量。在水稻移栽前采集土壤樣品，室內(nèi)自然風干、磨細、過篩后，用于測定土壤養(yǎng)分含量。

1.3.2 指標測定 采用電位法測定土壤pH （土水質(zhì)量比為1∶5）；采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法測定有機質(zhì)含量；采用堿解擴散法測定堿解氮含量；采用鹽酸?氟化銨浸提，鉬銻抗比色法測定有效磷含量；采用乙酸氫鈉浸提，火焰光度計法測定速效鉀含量[16]。

植株樣品經(jīng)H2SO4–H2O2 消煮后，分別采用凱氏定氮法、釩鉬黃比色法和火焰光度計法測定植株氮、磷、鉀含量[17]。

1.4 計算公式

植株地上部養(yǎng)分吸收量 （NU，kg/hm2） =（秸稈產(chǎn)量×秸稈養(yǎng)分含量+籽粒產(chǎn)量×籽粒養(yǎng)分含量）/1000；

養(yǎng)分回收率（NRR，%）=（施肥區(qū)植株地上部養(yǎng)分吸收量?無肥區(qū)植株地上部養(yǎng)分吸收量） /施肥量×100[18]；

養(yǎng)分對產(chǎn)量貢獻率（CR，%）=（施肥區(qū)水稻產(chǎn)量?無肥區(qū)水稻產(chǎn)量）/施肥區(qū)水稻產(chǎn)量；

氮肥農(nóng)學利用率（NAE，kg/kg）=（施肥區(qū)產(chǎn)量?無肥區(qū)產(chǎn)量）/施氮量[18]；

氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN，kg/kg）=籽粒產(chǎn)量/施氮量；

變異系數(shù)（coefficient of variation，CV）=標準差/水稻平均產(chǎn)量；

產(chǎn)量可持續(xù)性指數(shù) （yield sustainability index，SYI） =（水稻平均產(chǎn)量?標準差）/水稻最高產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0 軟件進行統(tǒng)計分析，采用Origin2019 進行圖形制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對稻谷及稻秸產(chǎn)量的影響

由表2 可知，3 個試驗點80%CF 處理的稻谷產(chǎn)量較100%CF 處理沒有顯著降低，CMV+80%CF、RS+CMV+80%CF 處理的稻谷產(chǎn)量較100%CF 處理增產(chǎn)未達到顯著水平，但RS+CMV+80%CF 處理在沙縣和順昌縣2 個試驗點的稻谷產(chǎn)量以及3 個點的平均稻谷產(chǎn)量均顯著高于80%CF 處理。

沙縣試驗點各處理對稻秸產(chǎn)量的影響與稻谷相同，總體表現(xiàn)為CMV+80%CF、RS+CMV+80%CF處理的秸稈產(chǎn)量顯著高于80%CF、CK，其他兩個試驗點處理之間秸稈產(chǎn)量無顯著差異。與100%CF 處理相比，CMV+80%CF、RS+CMV+80%CF 處理三個試驗點平均秸稈產(chǎn)量沒有明顯增加，但在沙縣稻秸稈產(chǎn)量顯著增加33.7% 和26.1%。

從3 個試驗點水稻產(chǎn)量構(gòu)成（表3） 可以看出，施肥均不同程度提高了水稻有效穗數(shù)，與100%CF 處理相比，浦城縣RS+CMV+80%CF 處理有效穗數(shù)顯著提高了12.7%；3 個試驗點RS+CMV+80%CF 處理平均有效穗較CK 提高34.4%，差異顯著；以80%CF處理每穗實粒數(shù)最高，較CK 提高19.9%；3 個試驗點不同處理間的千粒重平均無顯著差異。3 個試驗點RS+CMV+80%CF 處理平均有效穗數(shù)為265.9×104 /hm2，高于CMV+80%CF 處理246.5×104/hm2。由此可知，紫云英聯(lián)合稻秸還田處理下有效穗數(shù)呈增長趨勢。

2.2 不同處理對水稻稻谷產(chǎn)量的貢獻率

以不施肥CK 產(chǎn)量當作土壤基礎地力，計算化肥對產(chǎn)量的貢獻率，以80%CF 產(chǎn)量當作化肥基礎養(yǎng)分，計算其他處理氮肥對產(chǎn)量的貢獻率[13]。由表4可知，與CK 處理相比，100%CF 和80%CF 處理對產(chǎn)量的貢獻率分別是22.03%、19.29%，3 個試驗點100%CF 處理化肥對產(chǎn)量的貢獻率較80%CF 處理平均增加了2.74 個百分點。與80%CF 相比，CMV+80%CF、RS+CMV+80%CF 處理中紫云英和秸稈對產(chǎn)量的貢獻率分別為7.73%、11.30%，可見，化肥對增產(chǎn)的作用最為重要，紫云英聯(lián)合稻秸還田的增產(chǎn)作用優(yōu)于紫云英單獨還田。

2.3 不同處理對水稻稻谷產(chǎn)量穩(wěn)定性和可持續(xù)性的影響

用統(tǒng)計學中變異系數(shù)（CV） 衡量不同處理平均產(chǎn)量的變異程度，其值越小，說明產(chǎn)量穩(wěn)定性越高[13]。產(chǎn)量可持續(xù)性指數(shù)是衡量系統(tǒng)是否能持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的可靠參數(shù)，其值越大，系統(tǒng)的可持續(xù)性越好[13]。由表5 可知，產(chǎn)量變異系數(shù)RS+CMV+80%CFCMV+80%CFgt;100%CFgt;80%CF，紫云英與秸稈聯(lián)合還田處理變異系數(shù)最小，可持續(xù)指數(shù)最大，而8 0 % C F 的產(chǎn)量可持續(xù)指數(shù)小于100%CF，說明化肥減施降低了產(chǎn)量的可持續(xù)性，紫云英與秸稈聯(lián)合還田顯著提升了水稻產(chǎn)量的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。

2.4 不同處理對氮肥利用率和偏生產(chǎn)力的影響

由圖1 可知，RS+CMV+80%CF 處理的氮肥農(nóng)學利用率顯著高于100%CF、80%CF 處理，其中，較100%CF 處理提高了76.38%，CMV+80%CF 處理的氮肥農(nóng)學利用率增加不顯著。4 個處理的氮肥偏生產(chǎn)力無顯著差異，其中，RS+CMV+80%CF 處理較100%CF 處理氮肥偏生產(chǎn)力提高了8.99%。由此可見，減氮條件下，紫云英聯(lián)合稻秸還田較單施化肥能提高氮肥農(nóng)學利用率。

2.5 不同處理對水稻養(yǎng)分累積量及養(yǎng)分回收率的影響

表6 顯示，相對于100%CF 處理，各施肥處理水稻平均氮素積累量均無明顯變化。3 個試驗點CMV+80%CF 和RS+CMV+80% 處理的平均氮素回收率較100%CF 顯著增加了19.1 和19.3 個百分點。從磷和鉀素水平上看，與100%CF 相比，CMV+80%CF和RS+CMV+80%CF 處理的植株磷素平均累積量分別增加了7.11% 和0.14%；鉀素平均累積量分別增加了5.58% 和5.57%。從養(yǎng)分回收率來看，與100%CF處理相比，3 個試驗點CMV+80%CF 和RS+CMV+80%CF 處理的平均磷養(yǎng)分回收率提高了20.1、8.8 個百分點；平均鉀養(yǎng)分回收率分別顯著提高了29.5、30.6 個百分點。其中，與100%CF 處理相比，沙縣CMV+80%CF、RS+CMV+80%CF 處理的氮、磷和鉀素回收率顯著增加；順昌縣氮、磷素回收率顯著增加。綜上，種植翻壓紫云英、紫云英與稻秸聯(lián)合還田均可提高化肥養(yǎng)分利用率。

3 討論

秸稈和綠肥是可原位利用的重要有機肥源之一，是我國南方稻田減肥增產(chǎn)的重要措施[13， 19 ? 20]。大量試驗表明紫云英還田在替代20%～40% 化肥施用量下仍可以使水稻穩(wěn)產(chǎn)，與稻秸聯(lián)合還田可以提高水稻產(chǎn)量[18， 21?23]。在本研究中，翻壓紫云英單獨或聯(lián)合稻秸還田在氮肥減量20% 的情況下較施用常規(guī)量化肥氮水稻產(chǎn)量提高了4.9%～9.0%，這與廖育林等[18]、王飛等[24]的研究結(jié)果一致。從本研究結(jié)果來看，浦城縣與順昌縣的單季稻產(chǎn)量以及沙縣的再生稻頭茬產(chǎn)量中，紫云英與稻秸聯(lián)合利用提高水稻產(chǎn)量，且有效穗呈增長趨勢。其原因可能是稻秸和紫云英性質(zhì)差別大，聯(lián)合還田能夠發(fā)揮各自優(yōu)勢。首先，稻秸中富含鉀素，紫云英能固氮和吸收儲存有效磷，還田能帶入更多養(yǎng)分[25?27]；其次，稻秸和紫云英C/N 值不同，腐解效率不同，能夠形成較好的碳氮互濟、速緩相濟的施肥體系，可為水稻不同生長期提供相應的營養(yǎng)物質(zhì)[28?29]。再者，秸稈高茬留田可為紫云英生長提供合適的溫度和水分，增加了保溫保墑功能，促進其生長及腐解，從而提高土壤有機肥投入量[14， 30]。此外，從不同處理對水稻產(chǎn)量的貢獻率、產(chǎn)量穩(wěn)定性和可持續(xù)性均可以進一步驗證，在減肥20% 的條件下，紫云英與稻秸聯(lián)合還田施肥體系優(yōu)于紫云英單獨還田。從本研究結(jié)果中還可知，沙縣再生稻頭茬有效穗數(shù)較浦城和順昌縣單季稻略高，千粒重較低，特別是在紫云英單獨翻壓或聯(lián)合稻秸還田處理下，穗實粒數(shù)顯著降低。究其原因，可能是在頭季水稻生育前半程，植株生長快速，必須有充足的養(yǎng)分才能形成合理的群體穗粒結(jié)構(gòu)，而秸稈和紫云英肥效釋放緩慢，植株“源” 、“庫”需求與供給不平衡；加上頭季稻養(yǎng)分更多累積用于再生稻的萌發(fā)，導致灌漿不充分，穗粒數(shù)降低[31]。

保證水稻穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的條件下減少氮肥用量可有效增加水稻氮肥偏生產(chǎn)力，挖掘作物自身對氮素吸收利用的潛力[19]。前人研究[13， 32]發(fā)現(xiàn)，有機肥替代部分化肥可顯著提高氮肥利用效率、氮素吸收量、氮肥偏生產(chǎn)力。本研究結(jié)果表明，紫云英與稻秸聯(lián)合還田處理氮肥利用效率高于單獨種植翻壓紫云英處理，這說明紫云英與稻秸聯(lián)合還田可以提高單位氮肥施用量對水稻產(chǎn)量的貢獻。這可能是由于紫云英與稻秸碳氮比差異較大，翻壓還田后能夠平衡土壤的碳氮比，提高土壤微生物活性，加快養(yǎng)分釋放，提高水稻植株的氮肥利用率[33]。而氮積累量和氮肥偏生產(chǎn)力與化肥減施下表現(xiàn)差異不顯著，可能是試驗監(jiān)測僅為一年效果，較高的土壤基礎肥力仍可為作物生長提供養(yǎng)分，化肥減施量不會導致土壤中養(yǎng)分含量的降低。

養(yǎng)分回收率能從側(cè)面反映作物對施肥的利用率。在本研究中相較于常規(guī)施肥，在配施80% 化肥條件下，種植翻壓紫云英平均氮磷鉀養(yǎng)分回收率顯著提高了19.1、20.1 和29.5 個百分點。而紫云英與稻秸聯(lián)合還田平均氮素和鉀素回收率顯著增加了19.3 和30.6 個百分點。大量研究表明，紫云英與秸稈聯(lián)合還田比紫云英或秸稈單一還田更有利于水稻氮、磷、鉀養(yǎng)分積累[10， 13?14]。本研究條件下紫云英單獨還田的磷素回收率更高，與以往結(jié)果略有不同，原因一方面可能是土壤類型與肥力狀況對水稻秸稈腐解過程中氮、磷、鉀養(yǎng)分釋放產(chǎn)生不同的影響[6]；另一方面，本研究減施20% 化肥條件下，紫云英與稻秸聯(lián)合還田較單獨紫云英翻壓提高了水稻稻谷產(chǎn)量，但稻秸產(chǎn)量有所下降，即聯(lián)合還田提高了水稻谷草比，但地上部磷養(yǎng)分累積總量降低，故導致聯(lián)合還田磷養(yǎng)分回收率有所降低。值得一提的是，福建中稻區(qū)，紫云英翻壓時期與水稻插秧期有兩個多月的時間間隔，紫云英翻壓還田后在前10～20 天腐解較快，養(yǎng)分釋放量大[34?35]，流失風險大，而聯(lián)合秸稈還田，調(diào)節(jié)了碳氮比，延緩了紫云英降解速率[36]，可能起到較好的養(yǎng)分固持效果，這有待進一步深入研究。

4 結(jié)論

在化肥減施20% 的條件下，無論是再生稻還是單季稻，種植翻壓紫云英聯(lián)合稻秸還田都有利于水稻產(chǎn)量的穩(wěn)定性和可持續(xù)性，同時促進稻谷養(yǎng)分累積，提高肥料利用率，可進一步增強節(jié)肥增效作用，是適宜福建地區(qū)水稻節(jié)肥增效的綠色種植模式。