连续翻压紫云英对福建单季稻产量与化肥氮素吸收、 分配及残留的影响

王 飞， 林 诚， 林新坚， 何春梅， 李清华， 李 昱, 黄功标 ， 钟少杰

(1 福建省农业科学院土壤肥料研究所，福建福州 350013;2 福建省农田建设与土壤肥料技术总站, 福建福州 350003)

紫云英是我国主要的绿肥作物，在培育土壤、 改善环境、 提高农产品产量和品质、 减少化肥投入等方面发挥着重要作用[1-2]。福建省地处东南沿海，属亚热带海洋性季风气候，冬季光热资源丰富，冬闲田适宜种植紫云英绿肥。每年全省中、 晚稻种植面积约66.7×104hm2，冬闲田面积在20×104hm2，因此发展冬种紫云英的潜力巨大[3-4]。随着社会经济的发展与人民生活水平的提高，当前国家和社会对于耕地质量、 粮食安全、 生态环境、 优质农产品提出了更高的要求，给福建恢复紫云英绿肥种植及利用带来极大机遇，但因十几年来在这方面的研究停滞，尤其是在当前的种植制度和土壤肥力水平下对紫云英翻压回田利用其及对农田生产力的影响还缺乏深入地研究。紫云英翻压后在一定程度上可改善土壤理化性状，从养分的角度分析，在其后作水稻上减少化肥的用量一方面可能是来自紫云英矿化所提供的养分，另一方面，也可能与翻压紫云英后化肥尤其是氮肥的利用率提高有关，但哪个占主导因素？其过程尚不明确。为此，本研究从2009年开始，通过连续4年定位试验，研究福建单季稻区翻压紫云英对后作单季稻生长的影响，并通过原状土柱模拟及15N示踪法，研究翻压紫云英对主作物水稻化肥氮素吸收、 分配与残留的影响，旨在进一步明确当前肥力条件下连续翻压紫云英对农田生产力的影响以及紫云英与水稻化肥氮素吸收利用的关系，从而为当前福建单季稻区紫云英培肥利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料与试验设计

试验设在农业部福建耕地保育科学观测实验站(闽侯县白沙镇，东经119°04′10″，北纬26°13′31″)。成土母质为低丘红壤坡积物，土壤类型为渗育型水稻土的黄泥田。试验前土壤有机质含量24.4 g/kg，全氮1.23 g/kg，全磷0.60 g/kg，全钾13.3 g/kg，碱解氮 171.6 mg/kg，速效磷13.5 mg/kg、 速效钾 83.4 mg/kg、 pH 4.78；耕层土壤容重1.41 g/cm3。

于定位试验的第4年，采用15N-尿素(丰度10%)示踪法研究水稻植株的氮素吸收及分配情况。在田间定位试验小区中，采用PVC管进行原状土柱模拟。PVC管直径25 cm，长35 cm，其中压入田面下20 cm，每小区埋两个土柱，共30个土柱，每个土柱中种植两株水稻。同位素尿素用量根据PVC口径大小(0.0491 m2)计算施肥量，每土柱施N 0.663 g，P2O50.265 g，K2O 0.464 g。将同位素尿素、 氯化钾分别以一定浓度溶解在水中，通过移液管定量移取溶液来控制加入的肥料量，过磷酸钙直接施用。

1.2 测定项目与方法

分别于分蘖末期、 成熟期各采集1个土柱植株、 土壤样品，进行氮素分析。植株采集时按地上部与地下部分开(成熟期分茎叶、 子粒和根系)，在105℃下杀青30 min后继续在65℃烘干至恒重，样品粉碎后，过0.5 mm筛，测定总氮含量和15N丰度；土壤采集时将0—20 cm土柱全部倾倒出，混匀，按四分之一法，取1kg土壤样品，风干，过筛，测定土壤全氮含量和15N丰度。植株及土壤总氮含量用凯式半微量蒸馏法测定。用ZHT-03质谱仪测定15N%丰度，由河北省农林科学院遗传生理研究所测定。

氮素吸收利用计算方法：

植株(或土壤)样品中的氮含量= W×a

植株各部位(或土壤)来自化肥中的氮= W×a×(b-c)/(b1-c)

化肥氮素残留率=土壤残留来自化肥中的氮/化肥施氮量

化肥氮素利用率=植株各部位吸收化肥中的氮素之和/化肥施氮量

式中： W为植株(或土壤)样品重量；a为含氮量；b为15N丰度；c为对照组天然15N丰度；b1为肥料15N丰度。

试验数据采用Excel 进行处理，利用DPS统计软件进行方差分析和LSD多重比较[5]。

2 结果与分析

2.1 连续翻压紫云英对水稻分蘖期生长的影响

图1 不同处理对水稻分蘖期分蘖数和株高的影响(2012)Fig.1 Effect of different treatments on tillering number and plant height at the tillering stage (2012)

2.2 连续翻压紫云英对水稻产量的影响

由表1可知，无论是单独翻压紫云英，还是紫云英与化肥配施，均明显提高了稻田的生产力水平。连续4年的定位试验结果表明，Z处理的单季稻子粒产量与稻草产量分别较CK增加10.7%与14.1%，而紫云英配合100%的化肥(Z+100%H)，子粒产量与稻草产量分别较100%H增加6.5%与6.2%，均达到显著差异水平。在翻压紫云英的条件下，后作单季稻化肥施用减量40%(Z+60%H处理)，其产量与100%H处理基本相当，说明有减肥增效的效果。

表1 连续翻压紫云英对水稻产量的影响(kg/hm2)

2.3 翻压紫云英对分蘖期植株化肥氮素吸收、 分配的影响

2.4 翻压紫云英对成熟期植株化肥氮素吸收的影响

表2 分蘖期水稻植株不同部位氮含量及化肥氮素利用率

表3 成熟期水稻植株不同部位氮含量及化肥氮素利用率

2.5 翻压紫云英对后作水稻土壤中15N残留的影响

3 结论与讨论

3.1 福建单季稻区高产创建与减肥增效模式

表4 翻压紫云英对水稻生育期耕层土壤化肥N素残留的影响

对福建稻区而言，应根据不同肥力水平、 不同目标需求选择紫云英绿肥利用模式。高产创建模式适合于当前肥力水平较低但增产潜力较大的中低产田，如福建广泛分布的黄泥田、 沙漏田或新垦耕地类型，主要以培肥与高产为目标；而减肥增效模式则适合于当前肥力水平较高、 施肥增产潜力有限的高产田，如灰泥田、 乌泥田类型，以保障作物持续稳产与维持地力，降低面源污染风险为目标。从中也可以看出，在发展高产、 优质、 高效、 生态、 安全的现代农业进程中，传统绿肥仍可发挥重要的作用。

3.2 翻压紫云英减肥增效机制

本研究结果表明，福建单季稻区翻压紫云英，主作物水稻生育期化肥减施40%仍能维持产量稳定。从水稻吸收营养的角度来看，其减肥增效机制一方面是吸收来自紫云英矿化提供给水稻的养分，另一方面，也可能与翻压紫云英后化肥氮素利用率提高有关。通过原状土柱模拟表明，翻压紫云英下，主作物水稻生育期化肥减量与否，对化肥氮素利用率均无显著影响，即在本试验条件下，与单施化肥相比，绿肥化肥配施的化肥氮素利用率并无明显变化，这与以往有机无机肥配施提高氮肥利用率研究结果有所不同。相关研究认为，秸秆还田或施用畜粪有机肥可提高作物的氮肥利用率，其机制包括有机无机配施促进了土壤微生物繁殖，使水稻生育前期固定了较多的矿质氮，在水稻生育中后期，这些氮素被释放供水稻吸收、 利用等[11-15]，而福建单季稻区翻压紫云英下配施化肥对化肥氮素利用率影响不大则可能与种植制度或茬口有关。福建单季稻区紫云英翻压时期一般在3月下旬至4月上旬，而插秧时间为6月下旬至7月上旬，中间相隔近3个月，紫云英C/N小，矿化快，待水稻施肥时，紫云英已基本分解殆尽[3]，其紫云英与化肥氮二者难以形成有效的耦合效应，故对化肥氮素的利用率影响已不明显。为进一步提高主作物单季稻化肥氮素利用率，将紫云英翻压时间适当延迟或配合秸秆还田以延缓矿化过程值得进一步研究。

另从紫云英提供的养分来看，每年翻压18000 kg/hm2可提供N 66.6 kg、 P2O519.8 kg，K2O 50.4 kg，而水稻常规施肥减量40%可分别减少化肥N 54 kg、 P2O521.6 kg，K2O 37.8 kg，即二者磷素基本相当，但紫云英提供的氮、 钾总养分理论值要高于40%的常规化肥用量，由于二者产量基本相当，说明翻压紫云英条件下，一部分紫云英矿化的氮素通过淋溶、 硝化-反硝化以及氨挥发途径损失，而其余矿化的养分则有效替代了40%的化肥用量。说明从养分角度，紫云英绿肥翻压替代40%的化肥水稻产量仍能维持单施100%化肥水平的主要机制之一是紫云英矿化后提供的养分。一些研究也表明，紫云英C/N小，矿化快，尤其在施用外源氮肥的条件下，使土壤中的矿质氮增加，有效补充了土壤养分[16]。当然，连续翻压紫云英不仅限于提供矿质养分，同时也增加了土壤有机质，尤其是活性有机质的含量[8]，这一定程度上可改善土壤物理性状，使稻田水、 肥、 气、 热供应更加协调，主作物水稻生长环境得到改善，进而提高了农田生产力。

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