摘要：為改良湘南紅壤稻作區(qū)土壤和提高農(nóng)民收入，研究通過6 a定位試驗，以稻—冬閑為對照，分析比較了稻—蘿卜、稻—蠶豆、稻—豌豆3種模式下的水稻產(chǎn)量、土壤理化性質和綜合經(jīng)濟效益。結果表明：3種經(jīng)濟綠肥模式下的水稻產(chǎn)量均有顯著提升，連續(xù)種植經(jīng)濟綠肥可以顯著提高水稻的稻谷產(chǎn)量和地上部生物量；3種經(jīng)濟綠肥模式下土壤的pH值、有機質、全氮、堿解氮和速效鉀含量沒有顯著變化，但全鉀含量均顯著高于對照模式；3種經(jīng)濟綠肥模式均能提高種植的經(jīng)濟效益，其中稻—蠶豆模式的綜合經(jīng)濟效益最高。出于土壤培肥和經(jīng)濟效益綜合考量，建議在南方紅壤稻田區(qū)推廣稻—蠶豆種植模式。

關鍵詞：經(jīng)濟綠肥；水稻產(chǎn)量；土壤性質；經(jīng)濟效益

中圖分類號：S142 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2024）07-0035-04

Improving Effects of Economic Green Manure on Soil Fertility and Rice Yield in Paddy Fields with Red Soil in Southern Hunan

LIU Ze-xian1，2，GAO Ju-sheng1，2，HUANG Jing1，2，DENG Lan3，LI Dong-chu1，2，

GAO Xue-cheng1，2，YANG Lei4

（1. Institute of Agricultural Resources and Regional Planning， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Key Laboratory of Crop

Nutrition and Fertilization of Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Beijing 100081， PRC; 2. Hengyang Red Soil Experimental

Station， Chinese Academy of Agricultural Sciences， National Observation and Research Station of Farmland Ecosystem in

Qiyang， Qiyang 426182， PRC; 3. Yongzhou Bureau of Agriculture and Rural Affairs， Yongzhou 425000， PRC;

4. Lingling Bureau of Agriculture and Rural Affairs in Yongzhou City， Yongzhou 425100， PRC）

Abstract：With the aim of improving soil and increasing farmers' income， we carried out a 6-year fixed-location experiment to explore the reasonable rice-green manure planting pattern. The rice yields， soil physical and chemical properties， and comprehensive economic benefits of rice-radish， rice-broad bean， and rice-pea planting patterns were analyzed， with rice-winter leisure as the control. The results showed that all the three planting patterns demonstrated significantly increased rice yields compared with the control. The rough rice yield and aboveground biomass were significantly increased by the continuous cultivation of green manure. Compared with the control， the three planting patterns with green manure showed significantly increased total potassium and no significant changes in the soil pH， organic matter， total nitrogen， available nitrogen， or available potassium. The cultivation of green manure increased the economic benefit， which was the highest in the rice-broad bean pattern. Considering both farmers' income and soil fertility， the rice-broad bean pattern is recommended in the paddy fields with red soil in southern Hunan.

Key words： economic green manure; rice yield; soil properties; economic benefit

引用格式：劉澤弦，高菊生，黃晶，等. 湘南紅壤稻田經(jīng)濟綠肥培肥增產(chǎn)效果研究[J].湖南農(nóng)業(yè)科學，2024（7）：35-38.

DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2024.007.007

收稿日期：2023-12-25

基金項目：國家綠肥產(chǎn)業(yè)技術體系（CARS-22）

作者簡介：劉澤弦（1998—），男，湖南祁陽市人，碩士，研究實習員，研究方向為土壤微生物及土壤培肥與改良。

通信作者：高菊生

由于長期不合理的開發(fā)利用、化學氮肥的過量投入，我國南方丘陵地區(qū)紅壤普遍出現(xiàn)土壤pH值降低、耕層變薄、黏粒含量增加、肥力下降等一系列問題，導致作物產(chǎn)量和品質下降[1-3]。種植綠肥是調節(jié)土壤肥力、改善耕地質量、確保農(nóng)業(yè)土壤長期生產(chǎn)力的重要途徑之一[4-5]。綠肥作為一種清潔的有機肥源，不僅可以提高土壤肥力，改善土壤生態(tài)環(huán)境質量，還能提高作物產(chǎn)量與品質[6-7]。研究表明，長期稻—稻—綠肥輪作能提高水稻產(chǎn)量并顯著提高土壤有機質含量[8]。盡管冬種綠肥可以培肥土壤，提高作物產(chǎn)量，但部分農(nóng)民對綠肥的生態(tài)認知不足[9]，且綠肥帶來的直接經(jīng)濟效益微乎其微，因此農(nóng)民缺乏冬種綠肥的積極性。目前，“稻—油”“稻—稻—油”輪作制度仍是湘南紅壤地區(qū)稻田應用最廣的種植制度[10]，且傳統(tǒng)稻油模式存在稻油季節(jié)矛盾突出、油菜產(chǎn)量低、經(jīng)濟效益低等一系列問題[11]。這導致湘南單季稻和雙季稻地區(qū)出現(xiàn)了冬閑稻田面積較大、耕地利用效率低等問題。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，2021年我國油菜籽播種面積為699.2萬hm2，播種面積雖較2020年有所回升，但仍低于2015年同期水平。因此，為提高耕地利用率，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展，亟需尋求既滿足土壤培肥需要，又具有一定經(jīng)濟效益、能夠調動農(nóng)民生產(chǎn)積極性的冬種作物。

經(jīng)濟綠肥是指經(jīng)濟上有價值、生態(tài)上有效益、生

產(chǎn)上簡便易行、可有效培肥地力的一類綠肥品種[12]。經(jīng)濟綠肥既具有傳統(tǒng)綠肥改良培肥土壤的特性，也能帶來經(jīng)濟效益，提高農(nóng)民收入，既滿足農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的生態(tài)需要，也符合農(nóng)民對經(jīng)濟效益的切實追求[13]。因此，該研究選用肥田蘿卜、蠶豆、豌豆3種經(jīng)濟綠肥，收獲后直接翻壓還田，通過6 a長期定位試驗，分析種植不同經(jīng)濟綠肥對水稻產(chǎn)量、土壤理化性質和經(jīng)濟效益的影響，探索湘南紅壤地區(qū)稻田經(jīng)濟綠肥種植的最佳模式，為湘南紅壤地區(qū)農(nóng)業(yè)綠色、高效發(fā)展提供理論和現(xiàn)實指導。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于中國農(nóng)業(yè)科學院衡陽紅壤實驗站（111°52′32″E，26°45′42″N），屬亞熱帶季風氣候，年平均溫度17.8℃，年降水量1 290 mm。供試土壤為第四紀紅色黏土發(fā)育的水稻土，土壤質地為壤質黏土。定位試驗始于2016年，其耕層土壤基本理化性質如下：pH值 5.66，有機質30.14 g/kg，全氮1.74

g/kg，全磷0.91 g/kg，全鉀25.97 g/kg，速效氮125.50

mg/kg，有效磷31.88 mg/kg，速效鉀56.71 mg/kg。

1.2 試驗設計

田間試驗采用一季稻—綠肥種植模式，設置稻—冬閑（CK）、稻—蘿卜（RR）、稻—蠶豆（RB）、稻—豌豆（RP）4個處理，每個處理設3個重復，采用隨機區(qū)組設計方法，每個小區(qū)面積25 m2，試驗小區(qū)采用水泥埂隔離。于2016年8月下旬一季稻收割后開始種經(jīng)濟綠肥。冬季綠肥均施等量復合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15）375 kg/hm2作為基肥，施用尿素150 kg/hm2作為追肥。冬季作物在10月上旬種植，蠶豆、豌豆、蘿卜開穴位點播，蠶豆、豌豆每穴2粒，蘿卜每穴5粒。

水稻品種使用當?shù)爻Ｒ?guī)品種。水稻在5月1日左右播種，5月25日左右移栽。在水稻移栽前施用復合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15）600 kg/hm2作為基肥，在水稻移栽10 d后施用尿素150 kg/hm2作為追肥。其他管理措施按當?shù)爻Ｒ?guī)操作進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤理化性質的測定 于每年4月20日左右采集土壤樣品，根據(jù)五點取樣法采集每個小區(qū)0～20 cm的土樣，混合后風干待用。參考相關文獻對土壤樣品的理化性質進行測定[14]：采用玻璃電極酸度計測定土壤pH值（水土比2.5∶1）；采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定土壤有機質含量；采用H2SO4-HClO4消解法測定全氮含量；采用H2SO4-HClO4消解-鉬銻抗比色法測定全磷含量；采用H2SO4-HClO4消解-火焰光度法測定全鉀含量；采用堿解擴散法測定土壤堿解氮含量；采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定速效磷含量；采用醋酸銨浸提-火焰光度法測定速效鉀含量。

1.3.2 水稻經(jīng)濟產(chǎn)量和生物產(chǎn)量的測定 水稻收獲后，測定每個小區(qū)的稻谷產(chǎn)量和地上部生物量，計算收獲指數(shù)。收獲指數(shù)=稻谷產(chǎn)量/地上部生物量。

1.4 經(jīng)濟效益計算

1.4.1 投入計算 試驗投入成本包括：（1）種子投入。水稻苗600元/hm2，蘿卜種子2 250元/hm2、蠶豆種子2 400元/hm2、豌豆種子2 250元/hm2。（2）肥料投入。尿素3.6元/kg，復合肥6元/kg。4個處理中CK

處理施肥量為0，肥料投入0元；其他處理全年尿素施肥量為300 kg/hm2，復合肥施肥量為975 kg/hm2，總投入6 930元/hm2。（3）農(nóng)藥投入。每一季作物農(nóng)藥投入1 500元/hm2。（4）人工投入。CK處理人工

投入6 000元/hm2，其他處理人工投入18 000元/hm2。

1.4.2 收入計算 作物收入。作物收入=市場價格×

作物產(chǎn)量。稻谷、蘿卜、蠶豆、豌豆均按當?shù)厥袌鰞r格計算，分別為2.8、2、6、8元/kg。因此，經(jīng)濟效益=作物收入-種子投入-肥料投入-農(nóng)藥投入-人工投入。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019、IBM SPSS 26.0和GraphPad Prism 9.5.0軟件對數(shù)據(jù)進行處理和繪圖，使用R語言的“ggpubr”包繪制小提琴圖。采用鄧肯（Duncan）檢驗法進行多組數(shù)據(jù)間的顯著性差異分析，采用最小顯著性差異法（Least significant difference，LSD）對組間數(shù)據(jù)進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同經(jīng)濟綠肥模式對稻谷產(chǎn)量的影響

如圖1所示，冬種經(jīng)濟綠肥可以顯著提高下季水稻的稻谷產(chǎn)量。從總體上看，RR、RB、RP模式下的稻谷產(chǎn)量均顯著高于CK處理。從經(jīng)濟綠肥類型來看，對水稻的增產(chǎn)效果排名由高到低依次為蠶豆、豌豆、蘿卜。

2.2 不同經(jīng)濟綠肥模式對水稻地上部生物量的影響

如圖2所示，冬種經(jīng)濟綠肥可以顯著提高下季水稻地上部生物量（即稻草產(chǎn)量）。總體上看，RR、RB、RP模式下水稻地上部生物量均顯著高于CK處理。從經(jīng)濟綠肥類型來看，對水稻地上部生物量增產(chǎn)效果排名由高到低依次為豌豆、蠶豆、蘿卜。

2.3 不同經(jīng)濟綠肥模式對水稻收獲指數(shù)的影響

如圖3所示，2017—2022年，CK處理的水稻收獲指數(shù)在第2年上升后便呈下降趨勢，而冬種經(jīng)濟綠肥的水稻收獲指數(shù)總體比較穩(wěn)定，在固定區(qū)間上下波動。隨綠肥種植年限的增加，RR、RB、RP模式下的收獲指數(shù)均超過了CK處理。在連續(xù)種植3年經(jīng)濟綠肥后，2020、2021、2022年RP、RR模式下水稻的收獲指數(shù)均顯著高于CK處理。

2.4 不同經(jīng)濟綠肥模式對土壤理化性質的影響

如表1所示，連續(xù)種植經(jīng)濟綠肥可以提高土壤部分養(yǎng)分元素的含量。RR、RB、RP模式下土壤的pH值、有機質、全氮、堿解氮和速效鉀含量與CK處理沒有顯著差異，但全鉀含量均顯著高于CK處理；RR模式下土壤全磷含量顯著高于CK處理；RR、RP模式下土壤有效磷含量均顯著高于CK處理。

2.5 不同經(jīng)濟綠肥模式的平均經(jīng)濟效益

如表2所示，采用RR、RB、RP模式種植均可以提高平均經(jīng)濟效益，其中RB模式下的經(jīng)濟效益最高，相比CK處理提高了514.18%，凈利潤增加25 457元/hm2；相比RR模式提高了14.58%，凈利潤增加3 870元/hm2；相比RP模式提高了27.16%，凈利潤增加6 494元/hm2，綜上所述，RB模式下能取得最高的經(jīng)濟效益。

3 討論與結論

該研究表明連續(xù)種植經(jīng)濟綠肥可以顯著提高水稻的稻谷產(chǎn)量和地上部生物量，原因在于CK處理缺少肥料投入，造成土壤肥力下降從而導致產(chǎn)量下降；此外，連續(xù)種植綠肥能促進土壤養(yǎng)分循環(huán)，提高水稻產(chǎn)量，這與高菊生等[15]的研究結果一致。從綠肥種類來看，豌豆和蠶豆對水稻的增產(chǎn)效果較好，因為豌豆和蠶豆為豆科作物，其根部的根瘤菌可以與之共生并固氮，提高土壤中的有效氮含量[16]，另一方面綠肥能活化土壤，提高土壤中脲酶的活性[17-18]，

改善土壤微生物群落結構，促進水稻產(chǎn)量提升[19]。從土壤養(yǎng)分來看，該研究中RR、RB、RP模式下的全鉀含量均顯著高于CK處理，但總體而言，種植經(jīng)濟綠肥6 a后，CK處理與其他3種綠肥模式處理的土壤養(yǎng)分含量差異并不明顯，但產(chǎn)量差異卻十分顯著，可能是CK處理中存在著某種脅迫因子（如土壤結構被破壞等），導致其養(yǎng)分豐富卻產(chǎn)量不足；而連續(xù)種植綠肥能提高土壤大團聚體含量[20-21]，從而打破脅迫。另外，該研究發(fā)現(xiàn)連續(xù)種植綠肥6年后RR、RB、RP的土壤pH值略低于CK處理，因此南方紅壤區(qū)水稻綠肥輪作仍需重視土壤酸化問題。

從2019年開始CK處理的收獲指數(shù)呈下降趨勢，原因是不施肥條件下稻谷產(chǎn)量下降，水稻生物產(chǎn)量反而有所上升；而冬種綠肥的處理從2019年開始收獲指數(shù)總體維持在較高水平上下波動，原因在于稻谷產(chǎn)量與地上部生物量增長速度不一致?？傮w而言，隨著綠肥種植年限的增加，RR、RB、RP處理的收獲指數(shù)逐漸超過CK處理，表明連續(xù)種植經(jīng)濟綠肥能有效穩(wěn)定水稻收獲指數(shù)，促進水稻產(chǎn)量提升。

經(jīng)濟綠肥不僅能夠培肥土壤，本身還能帶來經(jīng)濟效益，提高農(nóng)民收入。稻—蘿卜、稻—蠶豆、稻—豌豆3種種植模式均能活化土壤并提高土壤全鉀等養(yǎng)分含量，顯著提高作物產(chǎn)量，獲得更高的經(jīng)濟效益。3種模式中RB模式的經(jīng)濟效益最高，得益于更高的水稻產(chǎn)量和較好的蠶豆產(chǎn)值。連續(xù)種植6 a后，RR、RB、RP這3種模式下的土壤理化性質無顯著差異，但RB模式能在農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的基礎上獲得更高的綜合經(jīng)濟效益，因此，出于土壤培肥和經(jīng)濟效益綜合考量，建議在南方紅壤稻田區(qū)推廣RB種植模式，即稻—蠶豆模式。

參考文獻：

[1] 趙其國，黃國勤，馬艷芹. 中國南方紅壤生態(tài)系統(tǒng)面臨的問題及對策[J]. 生態(tài)學報，2013，33（24）：7615-7622.

[2] 金慧芳，史東梅，鐘義軍，等. 紅壤坡耕地耕層土壤質量退化特征及障礙因子診斷[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2019，35（20）：84-93.

[3] GUO J H，LIU X J，ZHANG Y，et al. Significant acidification in major Chinese croplands[J]. Science，2010，327（5968）：1008-1010.

[4] IDERAWUMI A M，KAMAL T O. Green manure for agricultural sustainability and improvement of soil fertility[J]. Farming amp; Management，2022，7（1）：1-8.

[5] MA D K，YIN L N，JU W L，et al. Meta-analysis of green manure effects on soil properties and crop yield in Northern China[J]. Field Crops Research，2021，266：108146.

[6] 況勝劍，廖恒，姚單君，等. 我國夏季綠肥的種植及利用現(xiàn)狀研究進展[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2022，50（20）：62-68.

[7] ZHANG J L，NIE J，CAO W D，et al. Long-term green manuring to substitute partial chemical fertilizer simultaneously improving crop productivity and soil quality in a double-rice cropping system[J]. European Journal of Agronomy，2023，142：126641.

[8] 高菊生，曹衛(wèi)東，李冬初，等. 長期雙季稻綠肥輪作對水稻產(chǎn)量及

稻田土壤有機質的影響[J]. 生態(tài)學報，2011，31（16）：4542-4548.

[9] REN J，LI F D，YIN C B，et al. Uncovering the deviation of farmers’green manure planting willingness and behavior[J]. Sustainability，2022，14（21）：14315.

[10] 梁玉剛，周晶，楊琴，等. 中國南方多熟種植的發(fā)展現(xiàn)狀、功能及前景分析[J]. 作物研究，2016，30（5）：572-578.

[11] 陳明，葉川，呂偉生，等. 稻稻油三熟制下油菜早熟高產(chǎn)品種的篩選[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學， 2018，46（17）：61-64.

[12] 翁伯琦，黃毅斌. 經(jīng)濟綠肥在現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)中作用及其發(fā)展對策[J].

中國農(nóng)業(yè)科技導報，2002，4（4）：44-49.

[13] 盛良學，黃道友，夏海鰲，等. 稻田復種應用經(jīng)濟綠肥效應研

究[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2004（3）：114-116.

[14] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 3版. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[15] 高菊生，徐明崗，董春華，等. 長期稻-稻-綠肥輪作對水稻產(chǎn)量及土壤肥力的影響[J]. 作物學報，2013，39（2）：343-349.

[16] 顏志雷，方宇，陳濟琛，等. 連年翻壓紫云英對稻田土壤養(yǎng)分和微生物學特性的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2014，20（5）：1151-1160.

[17] 王晉龍，孫崇鳳，程永鋼，等. 不同綠肥對復墾地土壤化學性狀及酶活性的影響[J]. 中國土壤與肥料，2022（9）：85-93.

[18] 崔月貞，王呂，吳玉紅，等. 冬綠肥聯(lián)合稻稈還田對水稻產(chǎn)量及稻田土壤肥力的影響[J]. 西北農(nóng)林科技大學學報（自然科學版），2022，50（7）：100-108.

[19] 高嵩涓，曹衛(wèi)東，白金順，等. 長期冬種綠肥改變紅壤稻田土壤微生物生物量特性[J].土壤學報，2015，52（4）：902-910.

[20] ZHANG D B，YAO Z Y，CHEN J，et al. Improving soil aggregation，aggregate-associated C and N，and enzyme activities by green manure crops in the Loess Plateau of China[J]. European Journal of Soil Science，2019，70（6）：1267-1279.

[21] KAMRAN M，HUANG L，NIE J，et al. Effect of reduced mineral fertilization（NPK）combined with green manure on aggregate stability and soil organic carbon fractions in a fluvo-aquic paddy soil[J]. Soil and Tillage Research，2021，211：105005.

（責任編輯：王婷）