紫云英与油菜混播对双季稻产量、植株干物质及氮素吸收利用的影响

李 萍，杨滨娟，张 鹏，李新梅，黄国勤

（江西农业大学 生态科学研究中心，江西 南昌330045）

【研究意义】在我国，绿肥的施用历史悠久。紫云英（As tragalus sinicus）是我国南方稻区重要的一种冬季豆科绿肥，固氮能力强，在农业生态系统中维持氮素循环有着重要的作用[1-2]，但其种子资源短缺、价格高，C/N低，氮素及有机质的积累不能满足作物的需求量。油菜（Brassica campes t ris L.）是一种传统的十字花科绿肥，具有刺激固氮菌固氮作用，分泌的根酸可以有效溶解土壤中的难溶性磷[3-4]，从而提高土壤有效磷[5]，其分布范围广、价格低、肥效利用高、有利于有机质的积累。紫云英与油菜混播模式可以利用其在生长过程中形成的时间差和空间差，最大限度地发挥绿肥生产整体效益，弥补单播的不足，从而使绿肥高产、高效[6-7]，满足水稻对养分的需求，提高水稻产量，改善土壤肥力、降低农业成本[8]。【前人研究进展】鲁艳红[9]研究发现，混播不仅能提高绿肥产量，还能优化土壤碳氮比，平衡绿肥养分，有效提高水稻品质和产量。王建红等[10]研究表明，适宜的混播用量，不仅可以使油菜籽获得高产，而且可以促进紫云英的养分吸收。宋莉等[11]通过模拟试验，发现将不同碳氮比的紫云英与油菜施田可以促进微生物繁殖，加速油菜秸秆分解，使土壤速效氮含量保持适宜水平，增强了土壤供肥与培肥的协同性。【本研究切入点】前人于20世纪80～90年代对于混播绿肥进行了大量研究，但近年来研究较少，而且大部分研究仍停留在混播绿肥还田后的腐解及养分释放等方面，关于后茬水稻的养分吸收利用和产量等方面研究鲜见报道，且何种种植模式既能保证水稻高产又能提高氮素吸收利用率值得研究和明确。【拟解决的关键问题】本试验通过研究紫云英与油菜不同配施比例对双季稻产量、植株干物质及氮素吸收利用的影响，并筛选出较适宜的混播比例，为绿肥种植及水稻高产、高效栽培提供技术支撑和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

2017年10月—2018年10月，在江西农业大学科技园水稻试验田（28°46′N，115°55′E）进行。试验地属于亚热带季风性湿润气候，雨量充沛，光照充足，无霜期长。年均太阳总辐射量为4.79×1013J/hm2，年均日照时数为1 852 h，7、8月最多，2、3月最少。光照分布与水稻生长旺季基本同步，对水稻生产有利。年≥0℃的日积温达6 450℃，年降水量1 624 mm，年平均气温在17.1～17.8℃。供试土壤为发育于第四纪的红粘土，为亚热带典型红壤分布区。试验前表层0～15 cm土壤养分：pH5.29、有机质38.87 g/kg、全氮2.90 g/kg、碱解氮137.38 mg/kg、全磷0.56 g/kg、有效磷10.68 mg/kg、全钾21.24 g/kg、速效钾36.22 mg/kg。

1.2 试验设计

试验为完全随机区组设计（表1），以单播紫云英为对照处理1（CK1），单播油菜为对照处理2（CK2），3/4紫云英+1/4油菜（3/4M+1/4R），1/2紫云英+1/2油菜（1/2M+1/2R），1/4紫云英+3/4油菜（1/4M+3/4R），共5个处理，所有处理3次重复，15个小区，小区面积为16.5 m2（5.5 m×3 m），小区之间用水泥埂隔开，以防止水肥串流。两边设有保护行，保护行宽度为30 cm。

供试紫云英为‘余江大叶籽’，单播紫云英播种量为22.5 kg/hm2，播种时间在2017年10月2日，油菜为‘德油5号’，单播油菜播种量为7.5 kg/hm2，播种时间在2017年11月12日，其他紫云英与油菜混播处理按照试验设计要求的比例换算相应的播种量。早稻品种为‘中嘉早17’，于2018年3月28日播种，4月27日移栽，7月16日收获。晚稻品种为‘天优华占’，2018年6月23日播种，7月25日移栽，10月27日收获。冬季作物生长期间均不施肥且在早稻移栽前15d全部收割翻压还田做绿肥。氮肥选用尿素（150 kg/hm2），钾肥施用氯化钾（120 kg/hm2），磷肥施用钙镁磷肥（90 kg/hm2），全部的磷、钾肥和30%的氮肥在移栽前一天作为基肥施入，剩余氮肥在水稻分蘖期（30%）和拔节期（40%）分2次追施。以含N 46%的尿素、含P2O512%的钙镁磷肥，含K2O 60%的氯化钾计算化肥施用量，早晚稻收获后所有处理秸秆均不还田。其他管理措施统一按常规栽培要求实施。

表1 试验设计Tab.1 Experimental treatments

1.3 测定指标及计算方法

1.3.1 作物考种与测产（1）紫云英、油菜：在盛花期，采用五点取样法，每点取1 m2测其鲜质量，部分取回烘干测生物干质量产量。（2）水稻：于成熟期，各小区普查50蔸作为有效穗计算的依据，然后用平均法在各小区随机选取有代表性的水稻植株3蔸，自然风干后作为考种材料。用1/1000分析天平测千粒质量；每小区单打实收作为实际产量。考种项目包括有效穗数、穗长、每穗粒数、实粒数、千粒质量等。

1.3.2 植株干物质测定 在水稻返青期、分蘖期、抽穗期、灌浆期和成熟期按每小区茎蘖数的平均数取代表性植株3蔸（小区边行不取），分成叶片、茎鞘和穗（抽穗后）等部分装袋，105℃下杀青30 min，80℃下烘干至恒质量后称量。

1.3.3 植株氮素测定 将水稻返青期、分蘖期、抽穗期、灌浆期和成熟期的烘干水稻植株样品，粉碎混匀，测定植株茎、叶、穗（抽穗期、灌浆期和成熟期）中的N含量。植株氮素采用凯氏半微量蒸馏法测定[12]。其他测定指标计算方法[13]如下：

1.4 数据处理

本研究所有数据的基本统计采用Excel 2010，采用SPSS19.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 水稻产量及产量构成要素

从表2可以看出，早晚稻产量均是处理1/2M+1/2R达到最高，晚稻各处理的产量均高于早稻，且与对照处理存在显著差异（P＜0.05），分别比CK1、CK2高29.18%、8.96%，4.81%、4.12%。产量构成要素中，早晚稻有效穗数均是处理1/4M+3/4R最高，晚稻有效穗数处理1/4M+3/4R与CK1、CK2差异显著（P＜0.05）；晚稻每穗粒数处理1/4M+3/4R最高，与处理CK1差异显著（P＜0.05）；早晚稻结实率均是处理1/2M+1/2R最高，且与处理CK1、CK2存在显著差异（P＜0.05）；早晚稻千粒质量均是处理1/2M+1/2R最高，与处理CK1差异显著（P＜0.05）。综上，与单播相比，混播能增加水稻有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒质量，进而增加水稻产量。

表2 紫云英与油菜混播对水稻产量及其构成要素的影响Tab.2 Effects of mixed sowing of Chinese milk vetch and rape on rice yield and its components

2.2 紫云英与油菜混播对水稻干物质积累的影响

2.2.1 主要生育期群体干物质量 由表3可以看出，不同处理下的干物质量因生育期不同而有所差距。随生育进程，干物质量的差距逐渐增大。在早稻季，灌浆期处理3/4M+1/4R的群体干物质量达到最大，与处理1/4M+3/4R存在显著性差异（P＜0.05）。成熟期的群体干物质量表现为混播各处理高于单播，其中处理1/2M+1/2R最高，比CK1、CK2分别高21.31%、12.45%，但没有达到显著差异（P＞0.05）。

在晚稻季，分蘖期混播各处理要高于对照，其中处理CK1与其他处理存在显著差异（P＜0.05）。抽穗期处理1/2M+1/2R最高，与处理CK1差异显著（P＜0.05）。灌浆期，混播各处理要高于对照。成熟期各混播处理比单播要高，其中处理1/2M+1/2R最高，与处理CK1、处理CK2、处理3/4M+1/4R存在显著差异（P＜0.05）。

表3 紫云英与油菜混播对水稻主要生育期群体干物质量的影响Tab.3 Effects of mixed sowing of Chinese milk vetch and rape on dry matter weight of rice population in main growth stages t/hm2

2.2.2 主要生育阶段干物质积累量和比例 由表4可知，早晚稻水稻干物质快速积累时期均是灌浆期-成熟期这个阶段，在这个生育阶段各处理干物质积累量较多，所占比例最大，其次是分蘖期-抽穗期和抽穗期-灌浆期这两个阶段。在早稻季，抽穗期-灌浆期干物质积累量最高的为处理3/4M+1/4R，且与处理1/2M+1/2R、处理1/4M+3/4R存在显著差异（P＜0.05）。分蘖期-抽穗期和灌浆期-成熟期这两个阶段，均是处理1/2M+1/2R达到最高，比例分别为31.96%和45.32%，但差异均不显著（P＞0.05）。

在晚稻季，返青-分蘖期干物质积累量处理3/4M+1/4R最高，与处理CK1、CK2存在显著差异（P＜0.05）。分蘖-抽穗期处理1/2M+1/2R达到最高，且与处理CK1、处理3/4M+1/4R差异显著（P＜0.05）。抽穗-灌浆期处理3/4M+1/4R最高，与处理CK2、处理1/2M+1/2R差异显著（P＜0.05）。灌浆-成熟期处理1/2M+1/2R最高，与处理CK2差异显著（P＜0.05）。

表4 紫云英与油菜混播对水稻主要生育阶段干物质积累量和比例的影响Tab.4 Effects of mixed sowing of Chinese milk vetch and Rape on dry matter accumulation and proportion in main growth stages of rice

2.3 紫云英与油菜混播对水稻氮素含量的影响

2.3.1 主要生育期氮素吸收积累量 由图1和图2可以看出，水稻主要生育期氮素吸收累积量随着水稻的生长而逐渐增大。在早稻季，除了灌浆期处理3/4M+1/4R最大外，返青期、分蘖期、抽穗期、成熟期均是处理1/2M+1/2R达到最大，且在抽穗期，处理1/2M+1/2R与处理CK2、处理1/4R+3/4R存在显著差异（P＜0.05）。在灌浆期，处理处理3/4M+1/4R与处理CK2、处理1/4R+3/4R存在显著差异（P＜0.05）。在成熟期，处理1/2M+1/2R与处理CK1、处理CK2、处理1/4R+3/4R差异显著（P＜0.05）。

在晚稻季，除了返青期处理1/4R+3/4R最大外，在分蘖期、抽穗期、灌浆期、成熟期均是处理1/2M+1/2R达到最高。在分蘖期处理1/2M+1/2R、处理1/4R+3/4R与处理CK1存在显著差异（P＜0.05）；在抽穗期处理1/2M+1/2R与处理CK1、CK2存在显著差异（P＜0.05）；在成熟期处理1/2M+1/2R分别比其他处理显著高出29.73%、29.66%、24.20%、14.79%（P＜0.05）。总体上看，各个时期的氮素吸收积累量表现为混播比单播要高。

图1 紫云英与油菜混播对早稻主要生育期氮素积累总量的影响Fig.1 Effects of mixed sowing of Chinese milk vetch and rape on total nitrogen accumulation in main growth stages of early rice

图2 紫云英与油菜混播对晚稻主要生育期氮素积累总量的影响Fig.2 Effects of mixed sowing of Chinese milk vetch and rape on total nitrogen accumulation in main growth stages of late rice

2.3.2 成熟期茎、叶、穗的氮素养分含量及吸收量 由表5可知，在早稻季，茎、叶、穗的全氮和氮素养分吸收量，表现为混播各处理均高于CK2，其中叶的全氮含量，处理1/2M+1/2R最高，与处理CK2差异显著（P＜0.05）。茎、叶和穗的氮素吸收量都是处理1/2M+1/2R达到最高，但差异不显著（P＞0.05）。

在晚稻季，处理1/2M+1/2R的茎全氮最高，且与处理CK1、处理1/4R+3/4R存在显著差异（P＜0.05）。茎和叶的氮素养分吸收量均是处理1/2M+1/2R最高，且均与处理CK1差异显著（P＜0.05）；穗的氮素养分吸收量处理1/2M+1/2R最高，与处理CK2差异显著（P＜0.05）。以上结果表明，与单播相比，混播能提高氮素含量。

表5 紫云英与油菜混播对水稻成熟期茎、叶、穗的氮素含量及吸收量的影响Tab.5 Effects of mixed sowing of Chinese milk vetch and rape on nitrogen content and absorption in stem，leaf and ear of rice at mature stage

2.3.3 氮素养分吸收利用效率 由表6可知，不同比例混播下水稻的氮素养分吸收利用效率不同。在早稻季，混播各处理的氮素干物质生产效率（N D M P E）均高于对照，其中处理1/2M+1/2R的N D M P E达到最高，比CK1、CK2分别高16.36%、16.08%；氮收获指数（NHI）可以反映氮素在各个器官之间的分配情况，结果表明混播各处理的N H I均高于CK1，其中处理1/2M+1/2R N HI最高，分别比处理CK1、CK2高出7.01%、3.83%。

在晚稻季，混播各处理的N D M P E均比CK1要高，其中处理1/2M+1/2R的NDMPE最高，且与处理CK1差异显著（P＜0.05）；混播各处理的NH I均高于对照处理，其中处理1/2M+1/2R的NHI最高，比处理CK1、处理CK2、处理3/4M+1/4R、处理1/4R+3/4R分别高出13.76%、15.23%、12.07%、18.08%，且与其他处理存在显著差异（P＜0.05）。由此可见，混播可以促进作物对氮素的吸收利用。

表6 紫云英与油菜混播对N DMPE和NHI的影响Tab.6 Effects of mixed sowing of Chinese milk vetch and rape on N D M P E and N H I

3 结论与讨论

大量研究表明，紫云英与油菜混播不仅能使绿肥鲜草量提高，而且能提高后作水稻的产量。伍建平[14]研究发现，油菜与紫云英混播可以增加油菜的产量，最高可达1 285 kg/hm2，能够得到较好的效益。熊迎等[15]研究表明，80%紫云英+20%油菜配比方案显著高于单播和其他比例混播的鲜草产量。翟国栋等[16]研究表明，与单施化肥及单播紫云英或油菜相比，适宜的紫云英与油菜混播配比可以使水稻增产5.89%～10.77%。实践证明，采用绿肥混播（即紫云英、油菜和肥田萝卜三者混播）的稻谷产量达到8 572.5 kg/hm2，比绿肥单播增产27%～48%[17]。本研究结果表明，早晚稻均是处理1/2M+1/2R的产量最高，与单播相比，混播能增加水稻有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒质量，进而增加水稻产量，这与孙卫民等[18]、马艳芹等[19]的研究结果一致。这主要是由于适宜的混播比例不仅能提高绿肥的产量，而且平衡了绿肥的营养比例，有利于后茬作物增产。

姜佰文等[20]通过田间小区试验，发现适宜的有机无机肥料配比使总干物质积累量显著提高18.8%～26.9%。张颖睿等[21]通过研究紫云英与不同施氮量的盆栽试验，发现紫云英与氮肥配施比常规施氮的干物质积累量高16.14%～21.41%。沙之敏等[22]通过长期定位试验，发现有机肥配施化肥能够显著提高水稻干物质积累速率。本试验研究表明，与单播相比，各混播处理的早晚稻干物质积累量在一定程度上有所提高，其中处理1/2M+1/2R的早晚稻干物质量最大，各处理在灌浆—成熟期的干物质积累比例达到最大，这与杨滨娟等[23]研究结果类似。这是因为与单播相比，适宜的C、N配比满足了土壤微生物的需求，使土壤微生物释放更多的养分，促进了水稻单茎和群体的生长，从而提高了水稻中后期干物质的积累。这与前人[24-25]的研究结果一致。

氮素的吸收利用与水稻的生长、产量密切相关。杨滨娟等[26]通过田间双因素裂区试验，发现紫云英翻压60%+施氮60%占总吸收量的18.49%～35.60%，能够提高氮素利用效率。钱晨晨等[27]研究发现，紫云英配施氮肥可以提高早稻的氮素吸收积累量，其中较理想的施肥模式是紫云英+90 kg（N）/hm2和紫云英+120 kg（N）/hm2。本试验中，早晚稻各混播处理的成熟期氮素积累量均比两个单播处理的要高。这主要是因为混播可以加快绿肥分解速率，协调植株与土壤之间的养分动态需求，提高水稻干物质量，进而使氮素积累量提高了。张小莉等[28]研究表明，有机无机混肥显著提高了水稻氮素积累量和氮素利用效率。商跃凤等[29]研究表明，有机无机复混肥对N的利用率有显著提高作用，其中混施比单施提高6.94%～18.47%。Segun等[30]通过在尼日利亚西南部的不同配比试验，发现生物炭和氮肥配施对氮素利用效率有显著影响，3～6 t/hm2生物炭与30 kg/hm2氮肥是较适宜的施用量。本研究结果表明，各混播处理的早晚稻氮素干物质生产效率氮收获指数均高于CK1，且处理1/2M+1/2R的早晚稻氮素干物质生产效率和氮收获指数均达到最高，说明适宜的混播比例可以促进作物对氮素的吸收利用。此外本研究还发现，晚稻各处理的产量、干物质、氮素积累量以及氮素干物质生产效率均高于早稻，究其原因，一方面是因为早晚稻品种的不同，另一方面在于绿肥还田腐解是一个缓慢而复杂的过程，在晚稻季氮素利用率更高，加快了稻田氮素循环。由于本试验时间较短，绿肥对水稻氮素吸收利用的影响是极其复杂的，因此需要进行长期定位试验以及更深入的研究，以得到更精准的结果。

基于本试验，与单播紫云英和单播油菜相比，混播可以提高双季稻产量、植株干物质及氮素吸收利用，其中1/2紫云英+1/2油菜的配施比例效果较好，是较适宜的混播模式。