南方双季稻区冬种绿肥对土壤质量的影响研究进展

侯方舟，屠乃美，何 康，王靖渊，付小红，杨旭初，张清壮

（湖南农业大学农学院，长沙　410128）

南方双季稻区冬种绿肥对土壤质量的影响研究进展

侯方舟，屠乃美*，何 康，王靖渊，付小红，杨旭初，张清壮

（湖南农业大学农学院，长沙410128）

分析了我国南方双季稻田长期冬闲造成的不良影响，综述了绿肥冬种及翻压对土壤物理性状、化学性状、有机质含量、土壤酶和微生物量的影响，提出了下一步的研究方向。

稻田；土壤；绿肥；培肥改良

水稻是我国乃至世界重要的粮食作物，全世界有超过50%的人口以稻米为主食［1］。我国南方是水稻的主要生产区，其种植面积和总产量占到全国的90%以上［2］。但是自20世纪90年代以来，由于粮食生产效益低，农村劳务经济发展快等种种原因，南方冬闲田面积不断扩大。据调查，我国南方秋冬季耕地将近40%处于空闲状态，加之长期水稻连续水作又未翻耕晒垡，不但造成温、光、水、热资源的浪费，还导致耕作层板结、有机质下降、理化性状变差等不良后果［3～7］，从而限制了南方水稻产量的提高。针对地力和作物产量下降的问题，利用冬闲田种植绿肥作物的稻田三熟制是行之有效的途径。冬季绿肥适应性强，生长较为迅速，是一种很好的、养分完全的优质生物肥源［8，9］；绿肥含有机物15%～20%，翻压还田可促进土壤有机质的矿化分解，促使土壤养分的循环和转化［10～14］；豆科绿肥还能进行根瘤固氮，为后茬作物提供氮素营养，还可为土壤提供碳源和养分［9］，在一定程度上可以缓解化肥资源紧张及投入的成本问题［15］。

1　冬种绿肥对土壤的培肥改良效应

1.1冬种绿肥对土壤物理性状的影响

土壤的物理性质是土壤质量和生产率的重要评价指标。许多研究者发现，紫云英作为稻田绿肥，培肥效果显著，能够改善土壤物理环境，有效维持和改善土壤孔隙度，显著降低土壤容重，有利于土壤水稳定团聚体的形成，提高土壤团聚体的稳定性，增强其透水能力和持水性［16～18］。常新刚等［19］发现，在2002～2004年的紫云英—早稻—晚稻复种模式中，3年时间，土壤容重共下降4.24%。杨曾平等［8］研究表明，连续28年种植水稻后冬种绿肥与冬闲之间耕作层土壤容重表现出明显差异:在都是双季稻的前提下冬种油菜、紫云英、黑麦草的处理土壤容重比冬闲田分别降低4.0%、3.0%和5.1%；长期冬种绿肥处理的土壤总孔隙度比冬闲田处理增加26.0%～33.4%，毛管孔隙增加0.6%～9.7%，非毛管孔隙比冬闲田增加11～17倍。这表明长期冬种绿肥提高了土壤的孔隙度，使其通透性得到改善；绿肥种植还可以使耕作层（0～15 cm）的水稳性团聚体直径高出0.25～5 mm，提高持水量［20］。研究表明，紫云英生长及还田有助于提高土壤酸碱缓冲性，使偏酸或偏碱的土壤pH值趋于中性，给作物生长营造良好的环境［21～23］。

1.2冬种绿肥对土壤化学性状的影响

土壤主要的矿质营养元素包括氮、磷、钾，是衡量土壤肥力的重要指标。紫云英、苕子等作为豆科绿肥，固氮作用强，茎叶和根腐解可释放氮素，不但增加土壤养分循环中的氮素，还可提升有效磷和钾的含量［24，25］。十字花科绿肥可以通过根系分泌物活化土壤中难溶性钾，提高土壤钾的有效性［26］。冬闲种植绿肥使土壤中全效养分（氮、磷、钾）和速效养分（碱解氮、有效磷、速效钾）含量都有一定程度的提升［27，28］。曾希柏等［29］研究发现，在施肥一致的情况下，冬闲—稻—稻种植模式土壤全氮含量下降0.05 g／kg，紫云英—稻—稻种植模式却上升0.07 g／kg。刘英等［30］研究发现，冬闲田种植紫云英后，土壤碱解氮普遍高于试验前，增幅在14.3%～42.9%，有效磷含量是试验前的1.78倍，速效钾含量也有所升高。席莹莹［31］连续两年在冬闲田种植并翻压豆科绿肥后发现，土壤全氮含量较冬闲不施肥、冬闲施70%化肥、冬闲施100%化肥处理分别增加了7.9% ～10.4%、0.5% ～3.9%、1.1% ～3.4%，土壤有效磷含量分别是冬闲不施肥、冬闲施70%化肥、冬闲施100%化肥处理的1.2～2.4倍、1.2～2.4倍和0.8～1.6倍，土壤速效钾分别增加4.0%～16.9%、2.4% ～15.2%和1.3% ～14.0%。杨滨娟等［32］通过8年的定位试验研究发现，紫云英—稻—稻种植模式可以使碱解氮增加6.59%～35.35%，黑麦草—稻—稻种植模式可以使土壤有效磷、速效钾含量分别增加19.25% ～31.05%和16.97%～22.15%。翻压绿肥也使得土壤中的中微量元素如有效硫、铁、锌含量增加，对锰、铜也有良好的响应。这都表明绿肥还田能有效提升土壤肥力［33］。

1.3冬种绿肥对土壤有机质含量的影响

有机质作为土壤的重要组成成分，是衡量土壤肥力的重要指标［34］。Wolf和Snyder指出，若增加1%的土壤有机质，就可增加1.5%容积的田间持水量［35］。也有学者强调土壤有机质的一个最主要的功能就是提供能源促进土壤微生物的活动［36］。并且，有机质的合成分解过程可影响土壤养分元素的有效性，它对土壤有效养分的影响尤为显著［37，38］。黄国勤等人指出，稻田冬种可以提高土壤有机质的含量［39，40］。有研究发现［41］，将紫云英进行冬种并翻耕，第一年后，土壤有机质含量增加了0.1 g／kg；种植两年后，土壤有机质含量比冬闲田处理高出0.95%，差异显著。王璐等［42］研究发现，紫云英和稻草还田对提高翻耕土壤养分的效果显著，各土层土壤有机质平均增幅达10.85%。邓铁金等［43］研究发现，油—稻—稻连作3年，土壤有机质比试验前高0.66%，紫云英—稻—稻连作3年，土壤有机质含量比试验前高1.04%，不同绿肥对土壤有机质的积累都有不同程度的提高。

1.4冬种绿肥对土壤酶的影响

土壤酶催化土壤中的一切生物化学反应，对土壤肥力有重要影响［41］。它不仅能反映土壤生物活性的高低，还能表征土壤养分转化的快慢，在一定程度上反映土壤肥力状况［44］。绿肥在生长过程中的根系分泌物、凋落物均可增加土壤酶的含量，绿肥还田还导致来自土壤微生物的土壤酶活性发生改变［45，51］。有研究发现，土壤中的一些酶如脱氢酶、脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶、蛋白酶、磷酸酶的活性与土壤肥力因素如有机质、全氮、全钾之间的关系密切，多酚氧化酶、蔗糖酶、磷酸酶和淀粉酶的活性与土壤中有机质、全氮、有效磷相关性达到显著或极显著水平，而脲酶活性仅与水解氮显著相关，与有机质达极显著负相关［46～48］。周春火等［41］，王伯成等［49］研究发现，将带籽紫云英、油菜冬种后翻压入土可以显著提高土壤磷酸酶、脲酶、转化酶、蔗糖酶以及过氧化氢酶的活性，但不同绿肥对不同酶的影响程度不一。王丹英研究表明，油菜属于直根系，作为绿肥翻压能够改善土壤孔隙度，提高酶活性，尤其是酸性磷酸酶和土壤脲酶的活性［50］。杨曾平等［51］的研究表明，长期采用紫云英—稻—稻种植模式可提高土壤转化酶、脲酶、脱氢酶的活性，效果优于黑麦草—稻—稻和油菜—稻—稻种植模式，并且酶活性随复种时间延长而增加。这和周春火［52］的研究结果一致。万水霞等［53］在安徽沿江双季稻区利用紫云英与化肥长期配施，使得土壤脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶活性分别提高10.12% ～100.33%、10.22%～43.23%、0.14% ～7.28%，并且土壤脲酶和酸性磷酸酶与土壤有机质、全氮、碱解氮呈显著或极显著正相关，过氧化氢酶与土壤养分之间无明显相关性。

1.5冬种绿肥对土壤微生物的影响

土壤微生物是土壤有机无机复合体的重要组成部分，其数量直接影响土壤的生物化学活性及土壤养分的组成与转化，是土壤肥力的重要指标之一［54］。刘国顺等［55］通过长期定位试验证明，翻压绿肥可以促进土壤微生物的活动，还可以增加其数量，并且随着翻压年限的增长，微生物数量逐年升高。大量研究表明，种植翻压绿肥能够通过根系分泌物及翻压改变土壤环境和为微生物生长繁殖提供碳源及氮源而影响土壤微生物的活性，并且能够改变微生物的群落组成和功能，增加土壤微生物多样性，影响微生物与土壤环境间的相互作用［56～61］。颜志雷等［62］研究发现，紫云英配施化肥可以使真菌数量达到8.16×104cfu／g，比单施化肥增长40.2%，土壤放线菌数量也有显著提高，细菌较单施化肥的田块增加138.8%。赵小萌等［63］研究发现，紫云英鲜草翻压还田和黑麦草鲜草翻压还田提高了双季稻不同生育时期稻田根际土壤中产甲烷古菌群落的丰富度和多样性指数。有研究发现，冬闲田采用紫云英和黑麦草覆盖相较于冬闲田可以有效提高真菌、放线菌及好氧细菌的数量［64，65］。

2　研究展望

长期种植绿肥是提高土壤质量的有效措施，冬种绿肥可以降低土壤容重、增加土壤孔隙度，有利于水稳性团聚体的形成，提高土壤团聚体稳定性，增强透水能力和持水性，提高土壤通透性；提高土壤营养元素含量并增强其有效性；绿肥翻压后的植物残体有利于有机质的形成和微生物数量的提升；冬种绿肥还能有效提高土壤酶的数量和活性，促进土壤生化反应的进程。综上，南方双季稻区稻田冬种绿肥可以有效改善土壤状况，提升土壤肥力。这为后季作物营造了良好的生长环境并为其产质量的提高打下了坚实的基础。

虽然前人围绕绿肥还田做了大量的研究，但仍有亟待深入研究之处:

（1）关于不同绿肥种类对土壤影响的系统比较还不够完全，针对不同生态条件、土壤类型、不同土壤肥力下的绿肥综合培肥技术及综合效应有待进一步深入研究。

（2）绿肥在翻压前根系分泌物及对土壤的影响以及翻压后绿肥作物残体的养分释放规律还有待细化研究。

（3）种植及翻压绿肥势必会增加一定的劳力和物料投入，目前已有一些地区拿出专项资金用于绿肥的发展生产，但是关于绿肥—稻—稻种植模式下的综合经济效益还有待研究。另外，如何提高绿肥—稻—稻种植模式的综合效益也值得探索。

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Research Progress in the Effect ofW inter Planting-Green Manure on Double Cropping Rice System of South

HOU Fang-zhou，TU Nai-m ei*，HE Kang，WANG Jing-yuan，FU Xiao-hong，YANG Xu-chu，ZHANG Qing-zhuang
（College of Agronomy，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China）

This paper analyzes the adverse effects of long-term winter-fallowed double cropping paddy field in south of China，and summarizes the effects of fertilizing and ploughing down green manure in winter on soil physical properties，chemical properties，contentof organicmatter，enzyme activity and microbial biomass.It also points out the existing problems in current research and puts forward the research direction in the future.

paddy field；soil；greenmanure；fertilization improvement

S142

A

1001-5280（2015）06-0682-05

10.3969／j.issn.1001-5280.2015.06.27

2015-09-10

侯方舟（1991-）男，河南焦作人，硕士研究生，Email:1284850074＠qq.com。*通信作者:屠乃美，博士生导师，教授，从事作物栽培生理生态研究，Email:tnm505＠163.com。

公益性行业（农业）科研专项（201503123-05）