紫云英研究进展

林新坚，曹卫东，吴一群，张 辉，邱孝煊， 张伟光，兰忠明

(1.福建省农业科学院土壤肥料研究所，福建 福州 350013； 2.福建省农业科学院农业资源与环境研究中心，福建 福州 350013； 3.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081)

紫云英研究进展

林新坚1，2，曹卫东3，吴一群1，2，张 辉1，2，邱孝煊1，2， 张伟光1，2，兰忠明1，2

(1.福建省农业科学院土壤肥料研究所，福建 福州 350013； 2.福建省农业科学院农业资源与环境研究中心，福建 福州 350013； 3.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081)

阐述了紫云英(Astragalussinicus)选育和栽培、回田及综合利用等方面的研究概况，在育种及栽培技术方面，介绍了国内外选育的优良品种及紫云英丸衣种子、根瘤菌剂的应用、以小肥养大肥等技术；在回田利用方面，紫云英作为绿肥不仅能够提高土壤肥力，增加作物产量，还能固氮节能，减少氮素流失，促进土壤有机碳的积累，减少CO2的排放；在综合利用方面，介绍了紫云英作为富硒产品、蜜源、干草、菜用等方面的利用；针对目前紫云英种植面积不断下降的现状，提出了利用新的育种手段及优良品种扩繁相结合的办法，解决目前紫云英品种陈旧、退化、混杂的问题，大力加强紫云英的示范推广，充分发挥紫云英绿肥在农业可持续发展中的作用。

紫云英；绿肥；综合利用

我国绿肥资源丰富[1-2]，紫云英(Astragalussinicus)作为一种主要的水田绿肥，其培肥效果突出，改善土壤理化性状促进作物生长，增加土壤微生物数量及多样性，改善土壤生态环境，促进土壤有机碳的积累，减少CO2的排放，在提倡低碳农业和有机农业的今天，紫云英绿肥将发挥其不可替代的作用。美国、日本、韩国等发达国家都大力发展紫云英产业，进行养地培肥[3-5]。紫云英不仅可以作为绿肥进行利用，还可以进行花蜜的生产、牧草、蔬菜等方面的综合利用。20世纪90年代以来，我国紫云英的种植面积急剧下降，造成种质资源混杂和退化。因此，紫云英优良品种的选育是推广紫云英种植的基础。本研究主要从紫云英在作为绿肥中的应用效果及新品种的选育和综合利用3个方面来阐述目前紫云英研究进展。

1 栽培技术及品种选育

紫云英性喜湿润的土壤，但忌田间积水，主要以水稻田套复种模式为主，还有果园套种、黑麦草(Loliumperenne)和紫云英混作、油菜(Brassicacampestris)和紫云英混作、养鱼莲(Nelumbonucifera)田轮作紫云英等模式，在水稻田套复种模式中，一般在水稻(Oryzasativa)收割前15 d左右撒播，时间为9月上旬-10月下旬，其种子的发芽适温为日平均温度22～23 ℃[6-7]。一般每公顷撒播种子15～30 kg，采用丸衣分层包裹养分技术加工紫云英丸衣种子，将种子除蜡、种子拌肥等高产栽培技术融为一体，提高种子的落泥率和种子出苗率，不仅可以节省60%左右的种子，还可以简化农民的操作手续[8]。利用紫云英种子休眠的特性，可一次播种,多年繁殖利用，减少劳动力的投入[9]。紫云英作为一种绿肥无需大量施肥，但初期要施用少量磷钾肥，特别是磷肥的施用，可促进结瘤，以磷增氮，达到以小肥养大肥的目的。应用根瘤菌剂，增加结瘤，提高紫云施用效果极佳[10]。

紫云英优良品种的选育是推广紫云英种植的基础，其培育的手段多种多样，通过杂交育种培育出浙江省的宁波和平湖大叶种，江苏省的茜墩种和斜塘种，安徽省的弋江种，江西省的乐平种、余江种，湖南省的常德种，福建的闽紫系列等。在辐射育种方面，培育出浙紫62-18和萍宁3号等。在多倍体育种方面，广东省农业科学院土肥研究所育成了四倍体品系，各种性状表现较好。紫云英种子经太空处理后其生育期有较大变异，花期、成熟期相对提早，植株生长促进，发芽率更高、发芽势更强、植株更高，结荚花序及结荚数相对更多，产草量也高[11-13]。在转基因育种研究方面，美国Hyeon和Jack[14-15]报道了有关农杆菌介导的紫云英转基因植株再生体系的建立，美国Krasnyanskaya等[16]采用发根农杆菌介导法研究了菜豆苯丙氨酸解氨酶基因在紫云英发根中的表达。目前我国主要的紫云优良品种(系)包括：早熟种乐平、常德、闽紫1号等，中熟种紫云英余江大叶、萍宁3号、闽紫6号等，晚熟种宁波大桥、浙紫5号等，但由于紫云英为异花授粉作物，容易杂交退化，目前市场上纯度高的紫云英优良品种不多。近年来紫云英新品种的选育工作有了重新受到重视，也培育出了一些新的紫云英品种[17-19]，为紫云英大面积推广种植提供了可供选择新的优良品种。

2 种植及施用对农田生态系统的影响

2.1改善土壤理化性状，促进作物生长 紫云英直接作绿肥是一种纯天然生物有机肥料，对于改善土壤的理化性状有着重要的作用，特别是在肥力低下的土壤上利用效果显著。高肥力的土壤施用紫云英不能增加土壤中有机质的含量，中等肥力的土壤施用紫云英后能够增加土壤中有机质含量，而在低肥力的土壤施用紫云英土壤中有机质含量的增加效果最明显[6]。紫云英的施用不仅为作物提供了大量的养分，还能够活化土壤中原有的营养元素，其增加的有机质含量能改善土壤的结构和化学性质，并可促进微生物的活动和土壤酶活性的提高[20-22]。长期定位试验表明施用紫云英能够增加土壤中的脲酶、蛋白酶、转化酶的活性[22]。官会林等[23]在肥力低下的山地红壤上研究表明，紫云英冬季旱地轮作能够提高土壤含水量，降低土壤单位体积质量，增加有机质含量，提高土壤有效氮、磷、钾含量，并在调节土壤pH值、抑制红壤磷素养分退化方面起到积极作用。紫云英在中低产田的改造起到了重要的作用。

紫云英翻埋入土壤，其有机质的分解快，供肥率高，能够显著增加作物的产量[6]。刘英等[20]研究了一肥一稻种植条件下，紫云英对土壤肥力和水稻产量的影响，种植紫云英后不仅能够增加土壤有机质含量，而且可以提高水稻产量，以配施22 500 kg/hm2紫云英绿肥水稻产量最高，在施用养分总量相同的情况下，紫云英与化肥配施水稻有效穗增加7.5万～15.0万/hm2，成穗率提高4.8%～7.0%，穗粒数增加8.7～14.5粒，实粒数增加10.4～15.9粒，结实率提高1.8%～2.2%，千粒重增加0.2～0.5 g，增产16.0%～18.1%[19]。黄庆裕[24]对水稻产量与紫云英压青量关系的一元二次回归方程和4年多点田间对比试验分析结果表明，其适宜压青量为15 000～22 500 kg/hm2，早稻增产7.1%～10.4%，晚稻增产2.6%～4.5%。紫云英绿肥的施用不仅能够增加作物的产量，还可以节约大量的化肥，增加种植的产投比[25]。施紫云英还会降低土壤中交换态Cd含量，提高稻作土壤中氧化锰结合态和有机质结合态Cd含量[26]，提高作物的安全性。紫云英养分齐全，盛花期干物含氮3%左右、P2O50.5%～1.10%、K2O 2%～3%，是进行无公害生产和绿色食品生产的优质肥料[6]。

2.2增加土壤微生物数量及多样性，改善土壤生态环境 Schutter等[27]指出，农田生态系统中有些土壤中微生物群落结构和微生物潜能的变化与冬季是否种植覆盖作物有关，冬季种植覆盖作物的土壤比休耕土壤检出较高含量的真菌，此外覆盖作物的残体和根系脱落物可增加土壤微生物多样性。王丽宏等[28]通过对我国南方稻区不同冬季覆盖作物前茬对稻田主要微生物类群数量和主要土壤化学性状的变化进行研究表明，冬季紫云英和黑麦草覆盖在翌年水稻田翻耕前土壤好气细菌、真菌、放线菌数量均比冬闲田高，其中好气性细菌数量差异最显著，分别是冬闲田的94.29%和25.71%；不同时期微生物数量冬季紫云英和黑麦草区均比冬闲田要高，冬季种植覆盖作物对稻田土壤微生物有很强的改善作用，促进了土壤养分利用。对比冬闲田，覆盖作物能够减少土壤侵蚀和化学径流，提高土壤有机质含量和土壤养分利用，并且能够抑制杂草生长，增加的有机质为微生物提供了大量可给性能源，促使微生物细胞数量倍增，从而改善微生物生存环境及土壤微生物组成[29-32]。土壤微生物活度与土壤有机碳含量存在显著的相关性，土壤微生物活度在水稻生长过程呈增加的趋势，前茬冬季覆盖作物区明显高于冬闲田[25]。

2.3固氮节能，减少氮素流失 紫云英有机氮素的来源主要来自根瘤固氮，在结瘤良好的情况下，固氮量占植株总氮量可达到80%[6,33]，以每公顷产紫云英30 t计算，每公顷总氮量约有130 kg，来自生物固定的约有100 kg，通过紫云英生物固氮，每年就可以节省巨大的能源及工业投资[6,34]。紫云英的施用可以减少无机氮肥的施用量，每公顷施用22 500 kg的紫云英，可以代替20%～60%的无机肥[19-25]。卢萍等[35]研究表明，利用豆科紫云英轮作还田，可降低44%无机肥用量，溶解性氮浓度显著降低，在总量相当的情况下，冬种紫云英还田或显著降低了土壤溶液中NH4+-N、NO3--N的浓度峰值，减少了稻季氮素随水迁移的量，降低了环境污染的风险。

中国科学院南京土壤研究所熊正琴和鹤田治雄[36]对红壤丘陵地区的研究表明，冬季种植豆科作物可显著降低稻田以及旱地农田N2O的排放量，减少氮素损失。紫云英在冬季对田面的覆盖度为60%～100%，春季茎枝伸长以后，草层厚度为30～50 cm。覆盖时间4～5个月，可以减少土壤养分的流失和雨水对土壤表层的冲刷，降低土壤及养分的流失[6,29]。

2.4促进土壤有机碳的积累，减少温室气体的排放 温室效应问题已逐渐明晰，土壤中释放出的CO2是温室气体的来源之一，冬季覆盖作物在增加生物产量的同时，可以增加稻田生态系统碳蓄积效应。紫云英地上部、地下部碳蓄积分别为1 799.6和292.5 kg/hm2[37]。长期定位试验表明，含紫云英的有机肥和无机肥配施能显著增加红壤性水稻土剖面有机碳和全氮含量，且土壤C/N高于不施肥或单施无机肥处理[38]。有机肥与无机肥配施可提高土壤团聚体活性有机碳含量，从而保持和提高土壤有机碳库质量[39]。冬季种植豆科作物还会降低稻田以及旱地农田温室气体N2O的排放量[36]。因此，在南方冬闲田适宜地区发展紫云英生产增加农田碳汇潜力，不仅可以提高土壤的肥力，促进作物的生长，还可以减少CO2等温室气体的排放，达到生态效益和经济效益双赢。

3 综合利用研究

3.1肥饲兼用 豆科绿肥作为干草资源进行开发，能够提高绿肥的经济效益[40]。我国紫云英青贮自1954年在浙江省嵊县农场试验成功后，现已在全国各地广泛推广应用，一般采用厌养乳酸发酵法。豆科饲草喂畜，转化率高，紫云英鲜草晒干制粉喂猪，经猪消化吸收后，猪粪尿中可回收氮、磷、钾75.6%、86.2%和77.8%[41]，猪对紫云英青贮饲料中粗蛋白质的消化率为53.76%，猪粪尿沼气发酵，氮的回收率达97.9%，水解氮含量为发酵前的2.6倍[42]。潘磊等[43]研究表明，采用紫云英青贮料搭配配合饲料对猪体质量增加效果和料肉比与单喂配合饲料基本相似，约可节约1/3的精饲料，紫云英肥饲兼用比单作为肥料施用，土壤有机质增加0.438 g/kg，水稻产量提高4.9%。陈礼智等[44]在全国16个省区进行的5年试验证明，发展肥饲兼用绿肥，可以充分利用土地和光热能资源，提高作物产量，改善农田生态环境和培肥地力，大大提高土地利用率，土地当量值(LER)平均达到2.3。通过肥饲兼用，能够充分利用紫云英固定的氮素营养，提高紫云英的经济价值，可以在循环农业中起桥梁的作用。

3.2蜂蜜及富硒产品研究 紫云英蜜又名红花草蜜或草子蜜，是我国南方春季主要蜜种，其性甘平，有益于消化系统病变及食欲不佳者，能减轻胃部灼热感，消除恶心反胃，缓解胃肠黏膜炎症病变的剌激症状，帮助食物消化与促进溃疡的愈合，宜空腹服用。紫云英初花期一般为2月下旬-3月上旬，整个花期达2个月[19]，利用紫云英进行紫云英蜜的生产是提高其经济效益的一个重要途径。育种田附近养蜂还能够提高紫云英种子的结荚率，提高种子的产量[6]。考虑到蜜蜂和花蜜的安全性，栽培过程中花期尽量不要喷施农药或选择能保证蜜蜂和蜂蜜安全性的农药[6]。

紫云英为黄芪属植物，乃富硒植物。富硒栽培的紫云英含硒量平均为4.92 mg/kg[45-46]。紫云英吸收无机硒后都转化为有机态硒，且主要以蛋白态硒存在，而有机态硒是可以被人体安全吸收利用的[47]，具有显著较高的生物学价值，其中紫云英的硒更易于被动物的肝、肾、脾、肌肉等组织储留和利用[48]。现在利用其富硒特性进行综合开发利用，有研究表明[45,47,49]富硒紫云英能促进奶牛对硒的吸收，可较大幅度增加乳汁中硒的含量；在日粮中添加富硒紫云英青饲料，可促进猪的生长，增加硒的吸收和转化，改善猪肉的硒营养价值；通过紫云英花蜜的采集，可以进行富硒紫云英蜜的生产；利用紫云英顶芽和花蕾制成富硒干菜、富硒花茶。通过施用富硒紫云英，进行富硒大米的生产，安徽省农业科学院土壤肥料研究所通过紫云英基地的综合开发利用生产出富硒大米，并研究报道了紫云英对水稻硒累积特征和糙米硒含量的影响[50-51]。安徽星潮富硒科技开发有限责任公司也生产出星潮牌富硒保健米、富硒大豆、富硒茶叶等一系列富硒产品。富硒紫云英可以提供优良的保健食品和饮品。

4 问题与展望

4.1利用细胞生物学、分子生物学手段进行紫云英新品种的选育与鉴定 利用细胞生物学手段，开展紫云英生殖生物学研究，对紫云英生殖过程进行描述，筛选适宜培养基，利用紫云英花粉或者植株器官进行组织培养，以达到无性生殖(增加世代、纯系扩繁、增速扩繁)的育种目的。利用分子生物学手段，进行紫云英品种(系)分子鉴定及功能基因定位与克隆，采用国家种质库引进的和新培育的优良品系，应用多种分子标记技术构建指纹图谱，开展紫云英分子鉴定、评价与利用研究，以及高固氮力、高鲜草产量相关功能基因的定位。

4.2进一步研究紫云英绿肥在改善农业生态系统中的作用 在农业综合开发、土地整理和中底产田改造过程中，以提高土壤有机质，增加土壤有效养分为目的，利用紫云英促进土壤熟化，进行养分循环机理、肥田利用模式、农业工程配套方面相关研究。建立长期定位观察点，研究长期翻压紫云英、不同翻压量、不同化肥配施比例等对土壤肥力、土壤健康、土壤环境的影响。开展碳封存与碳捕获技术，扩充土壤储碳库，减少温室气体排放;通过土壤固氮和根际解磷，提升土壤肥力，减少化肥投入与生产；研究高产高效低耗安全生产综合运筹技术摸式在低碳农业中的应用。

4.3进行紫云英综合利用方面的研究，提高其经济效益，推动农村实际应用 把高品质品种和专用型品种选育作为突破口,逐步开展高蛋白氨基酸含量的紫云英新品种选育,菜用型紫云英新品种选育，观赏型紫云英新品种选育，耐旱、耐荫、耐瘠的紫云英新品种选育。紫云英具有富硒特性，可将无机硒转化为有机硒，生产出富硒茶、富硒蜜、富硒大米、富硒牛奶等农产品已见报道。然而，还要进一步加强高富硒紫云英新品种选育，紫云英对硒的吸收转运机制的研究。硒蛋白产品有提高小鼠体液免疫、细胞免疫功能的作用，可深入研究利用紫云英生产富硒蛋白的技术。随着市场对无公害大米的需求，发挥紫云英在农业无公害清洁生产中的作用，着手建立无公害大米生产体系。

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AdvanceinAstragalussinicusresearch

LIN Xin-jian1，2，CAO Wei-dong3,WU Yi-qun1，2，ZHANG Hui1，2，QIU Xiao-xuan1，2， ZHANG Wei-guang1，2，LAN Zhong-ming1，2

(1．Institute of Soil and Fertilizer，Fujian Academy of Agricultural Sciences，Fujian Fuzhou 350013，China； 2.Research Centre of Agricultural Resource and Environment，Fujian Academy of Agricultural Sciences，Fujian Fuzhou 350013，China; 3.Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Science, Beijing 100081，China)

The breeding, cultivation, returning to soil and comprehensive utilization progresses ofAstragalussinicuswere reviewed in this study. The breeding and cultivation included quality variety, obducens seed and application of rhizobium.A.sinicuscould improve soil fertility, increase gain yield, benefit nitrogen fixation and energy saving, reduce CO2emission and soil nitrogen loss, and encourage soil organic carbon to cumulate when it was returned to soil. In the view of comprehensive utilization, this study summarized the progress ofA.sinicusutilization as selenium-rich product, nectar source, hay and vegetable. This study proposed that new breeding means and quality variety reproducing were effective approaches to resolve the worse quality, degeneration and complexity ofA.sinicusvariety for facing the decrease in area ofA.sinicus, and suggested that extension ofA.sinicuswould benefit sustainable development of agriculture as green manure.

Astragalussinicus; green manure; comprehensive utilization

S551+.909.9

A

1001-0629(2011)01-0135-06

2010-01-016

国家公益性行业专项“绿肥作物生产与利用技术集成研究及示范”(200803029)；福建省财政专项“福建省农业科学科技创新团队建设基金”(STIF-Y01)

林新坚(1955-)，男，福建永泰人，研究员，大学，主要从事土壤肥料、农业环境与微生物研究。