国外引进绿肥种质资源在贵州省低磷黄壤的生长利用及留种特性

张 钦，姚单君，张举梅，牛雅琼，王文华，张爱华，况胜剑，廖 恒，朱 青

（1. 贵州省农业科学院 土壤肥料研究所/农业资源与环境研究所/农业农村部贵州耕地保育与农业环境科学观测试验站，贵州 贵阳 550006；2. 黑龙江省农业科学院 草业研究所，黑龙江 哈尔滨 150086；3. 贵州大学，贵州 贵阳 550025）

随着产出高效、产品安全、资源节约、环境友好的现代化农业发展需求的日益增加，作为传统农业精华的绿肥在绿色生产技术、发展绿色生态农业中具有举足轻重的作用。我国绿肥可分为10 科42 属60 多个种，共1 000 多个品种，其中，应用较多的有4科20 属26 种，计500 多个品种[1]。研究表明，绿肥在防止水土流失[2]、降低面源污染[3]、提升耕地质量[4]、防控连作障碍[5]等方面具有重要作用。绿肥根系在土壤中的穿插生长以及绿肥作物翻压后的腐殖化作用能够改善土壤团粒结构、增加土壤总孔隙度、降低土壤容重，使土壤保持良好的通透性和理化性状，提高土壤渗透系数[2]，为主作物生长提供良好的土壤环境[6]。另外，绿肥鲜草还田后能够促进土壤微生物活动，提高土壤酶活性、主作物生育期内土壤速效养分转化和供应能力及作物对养分的吸收能力，从而提高养分利用率[7⁃8]。绿肥种质资源作为绿肥生产与利用技术的基础，在不同的区域及土壤条件下生长表现不尽相同，在黄壤条件下开展的研究较少，而黄壤作为贵州省喀斯特山区主要的农业土壤类型，面积分别占贵州省土壤面积和我国黄壤面积的46.4%和25.3%[9]，其具有质地黏重、养分含量低（尤其是磷含量）、酸性较强的特点，在此典型环境的区域条件下开展绿肥种质资源研究对贵州省农业生产具有重要意义。为此，以引进的13份绿肥种质资源为研究对象，探讨其在贵州省低磷黄壤的生长利用及留种特性，以期为贵州省低磷黄壤区的绿肥利用提供理论依据。（106°07'E、26°11'N）进行，该地海拔1 100 m，属于亚热带湿润温和型气候，年平均气温为15.3 ℃，年极端最高温度为35.1 ℃，年极端最低温度为-7.3 ℃，年平均相对湿度为77%，年平均总降水量为1 129.5 mm，年平均日照时数为1 148.3 h。试验区土壤为黄壤，pH 值为6.09，含全氮1.1 g/kg、全磷0.2 g/kg、全钾10.8 g/kg、碱解氮135.0 mg/kg、有效磷1.5 mg/kg、速 效 钾114.0 mg/kg、缓 效 钾186.0 mg/kg、有机质11.4 g/kg。

供试材料为13 份从俄罗斯引进的绿肥种质资源（表1），已在黑龙江驯化种植多年，由黑龙江省农业科学院对俄农业技术合作中心和国家绿肥技术体系旱地绿肥种质资源整理与评价岗位科学家提供。

表1 国外引进绿肥种质资源信息Tab.1 Information of green manure germplasm resources introduced from abroad

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2019—2020 年在贵州省农业科学院

1.2 试验设计

试验小区面积5 m2（1 m×5 m），随机排列，重复3次，于2019 年10 月10 日以穴播方式播种，每穴点播5 粒，株距30 cm，行距30 cm，苗高约15 cm 时进行定苗，每穴2株。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生长速率 生长速率为单位时间内的株高增长量，分别于播种后62、101、142 d 测定株高，计算0～62、63～101、102～142 d的生长速率。

1.3.2 主要农艺性状及养分积累量 盛花期，采集各小区具有代表性的植株3株，测量株高、根长、鲜草产量。将地上部分杀青后烘干，称质量，然后粉碎，测定全氮、全磷、全钾、全碳含量[1，10]，计算养分积累量。养分积累量=鲜草产量×（1-含水量）×养分含量。

1.3.3 花穗期 花穗期为从始花穗期到终花穗期所经历的时间。其中，始花穗期为25%的茎枝开花的日期，终花穗期为75%的茎枝停止开花的日期[1]。

1.3.4 留种量 成熟期，分别收获每个小区绿肥种质资源的种子，称质量。

1.4 数据处理

采用Excel 2013 对数据进行整理及统计分析。采用SPSS 18.0 软件进行单因素（One⁃way ANOVA）方差分析和多重比较（Duncan’s新复极差法）。

2 结果与分析

2.1 国外引进绿肥种质资源营养期生长速率

由图1 可知，播种后0～62 d 所有绿肥种质资源生长速率呈现上升趋势，其中，HZMC1446豌豆生长最快，生长速率为0.41 cm/d；HZMC1298 春山芥和HZMYZW26 香青兰长势较弱，生长速率分别为0.14 cm/d 和0.11 cm/d。播种后63～101 d，气温逐渐下降，HZMC1446豌豆、HZMC1442白芥、HZMC1539艾菊叶法色草、HZMC1353箭筈豌豆的生长变慢，生长速率介于0.1～0.3 cm/d；其余绿肥种质资源的生长速率继续呈现上升趋势，其中，HZMC1334毛叶苕子、HZMC1300 白芥、HZMC1302 毛叶苕子的生长速率分别为0.81、0.66、0.62 cm/d。播种后102～142 d，进入升温阶段，HZMC1442 白芥、HZMC1298 春山芥、HZMC1299 春 油 菜、HZMC1374 箭 筈 豌 豆、HZMC1367 箭筈豌豆、HZMC1353 箭筈豌豆生长速率呈现上升趋势，其他绿肥种质资源的生长速率呈现下降趋势。

2.2 国外引进绿肥种质资源盛花期的主要农艺性状

由表2 可知，不同绿肥种质资源间的株高差异较大。其中，HZMC1334 毛叶苕子、HZMC1302 毛叶苕子、HZMC1446 豌豆株高在200 cm 以上，4 份箭筈豌 豆 资 源（HZMC1349、HZMC1374、HZMC1367、HZMC1353）株高介于160～200 cm，这些资源的茎生长习性为半匍匐，自然形态下株高约60 cm；其他绿肥种质资源的茎生长习性为直立，其中，HZMC1442白 芥、HZMC1300 白 芥、HZMC1298 春 山 芥、HZMC1299 春油菜的株高介于120～160 cm，HZMYZW26 香青兰、HZMC1539 艾菊叶法色草株高在100 cm 以下。绿肥种质资源之间的根长差异较小，其中，HZMC1300 白芥根长最长，为36.33 cm；HZMC1446 豌豆根长最短，为8.37 cm；其他绿肥种质资源根长介于10～30 cm。对于鲜草产量，HZMC1349 箭筈豌豆和HZMC1374 箭筈豌豆鲜草产量较高，分别为1 097.70 g/株和1 089.57 g/株；HZMC1446 豌 豆、HZMYZW26 香 青 兰、HZMC1539艾菊叶法色草鲜草产量较低，分别为318.00、253.77、456.37 g/株；其他绿肥种质资源的鲜草产量介于500～1 000 g/株。

表2 国外引进绿肥种质资源的主要农艺性状Tab.2 The main agronomic characters of green manure germplasm resources introduced from abroad

2.3 国外引进绿肥种质资源的养分截获与供应特征

绿肥作为一种清洁有机肥，通过光合作用吸收截获、转化积累养分以完成自我生长，然后在花穗期将其鲜草还田，所积累的全部养分供应补充于土壤之中。由表3 可知，对于全氮积累量，HZMC1374箭筈豌豆、HZMC1300 白芥、HZMC1349 箭筈豌豆较高，分别为8.06、8.01、7.05 g/株；HZMYZW26 香青兰、HZMC1539 艾菊叶法色草较低，分别为1.28、1.42 g/株。对于全磷积累量，HZMC1299 春油菜最高，为0.80 g/株；HZMYZW26 香青兰、HZMC1539 艾菊叶法色草较低，分别为0.16、0.19 g/株。对于全钾积累量，HZMC1349 箭筈豌豆、HZMC1374 箭筈豌豆较高，分别为10.86、10.76 g/株；HZMYZW26 香青兰、HZMC1539 艾菊叶法色草、HZMC1446 豌豆较低，分别为2.04、2.69、3.51 g/株。对于总养分积累量，HZMC1349 箭筈豌豆、HZMC1374 箭筈豌豆较高，分别为18.50、19.46 g/株；HZMYZW26 香青兰、HZMC1539 艾菊叶法色草较低，分别为3.47、4.29 g/株。碳氮比可反映植株腐解的难易程度，其值越小越易腐解，引进绿肥种质资源碳氮比均在20 以下，大部分介于10～15，易腐解。其中，碳氮比最高的是HZMYZW26 香青兰，为19.9；碳氮比最低的是HZMC1302毛叶苕子，为9.8。

表3 国外引进绿肥种质资源地上部分的全氮、全磷、全钾积累量Tab.3 The accumulation of total N，P and K of overground part of green manure germplasm resources introduced from abroad

续表3 国外引进绿肥种质资源地上部分的全氮、全磷、全钾积累量Tab.3（Continued） The accumulation of total N，P and K of overground part of green manure germplasm resources introduced from abroad

2.4 国外引进绿肥种质资源的最佳还田利用时间分布

绿肥通常在花穗期还田利用效果最佳，此时养分含量最大且易于腐解。绿肥种质资源在不同区域的花穗期有所不同，因此，最佳还田利用时间存在差异。由图2 可知，引进的绿肥种质资源中，HZMC1442 白芥、HZMC1300 白芥、HZMC1298 春山芥、HZMC1299春油菜花穗期较早，最佳还田利用时间介于3 月1 日至30 日；其次是HZMC1539 艾菊叶法色草、HZMC1334 毛叶苕子、HZMC1302 毛叶苕子，花穗期也较早，最佳还田利用时间介于4 月1 日至5 月6 日；HZMC1446 豌豆、HZMC1374 箭筈豌豆最佳还田利用时间介于4 月14 日至5 月4 日；HZMC1349 箭筈豌豆、HZMC1367 箭筈豌豆、HZMC1353 箭筈豌豆的还田利用时间主要在4月29日至5 月15 日；花穗期最晚的是HZMYZW26 香青兰，最佳还田利用时间介于6月3日至21日。

2.5 国外引进绿肥种质资源的留种量

本研究引进国外绿肥种质资源在黄壤净作穴播条件下留种情况表现不同（表4），十字花科资源中HZMC1299春油菜、HZMC1300白芥表现较好，分别为467.93、346.40 kg/hm2；豆科资源中HZMC1349箭筈豌豆、HZMC1367 箭筈豌豆表现较好，分别为607.13、276.47 kg/hm2；另外，HZMYZW26 香青兰、HZMC1539 艾菊叶法色草表现也较好，分别为168.40、256.93 kg/hm2；其他绿肥种质资源的留种量较小。

表4 国外引进绿肥种质资源的留种量Tab.4 Seed yields of green manure germplasm resources introduced from abroad

3 结论与讨论

本研究中，一方面可针对总养分含量高的国外引进绿肥种质资源开展利用，全氮、全磷、全钾总养分积累量居前三的资源为HZMC1374 箭筈豌豆（19.46 g/株）、HZMC1349 箭筈豌豆（18.50 g/株）、HZMC1300 白芥（15.54 g/株）；另一方面可针对其中某个元素养分含量高的资源开展利用，高氮、钾型的资源有HZMC1374箭筈豌豆（全氮积累量8.06 g/株、全钾积累量10.76 g/株）、HZMC1349 箭筈豌豆（全氮积累量7.05 g/株、全钾积累量10.86 g/株），高氮、磷型的资源有HZMC1374 箭筈豌豆（全氮积累量8.06 g/株、全磷积累量0.64 g/株）、HZMC1300 白芥（全氮积累量8.01 g/株、全磷积累量0.62 g/株），高磷、钾型的资源有HZMC1298 春山芥（全磷积累量0.72 g/株、全钾积累量8.49 g/株）、HZMC1299春油菜（全磷积累量0.80 g/株、全钾积累量7.78 g/株）。绿肥不仅固氮增碳效果明显，而且可以改善土壤中磷、钾的养分状况，对钙、铁、镁、锌等微量元素起到矿化富集作用[11]。磷在土壤中含量很低，且极易被固定，长期种植绿肥，其根系可以分泌某些有机酸促进土壤中的难溶性磷释放，可提高土壤中的有机磷、无机磷和有效磷的含量。另外，在绿肥翻压腐解之后，被绿肥吸收的磷大多以有效态释放到耕层中，再被其他作物吸收利用。因此，种植并翻压绿肥可增加土壤有效磷含量，一方面是由于绿肥自身含有较多的活性有机磷，这部分磷易于分解释放，另一方面则是绿肥施入土壤后可增加土壤有机质含量，有机质含量也会引起土壤磷含量的增加[12]，这对低磷黄壤的改善利用具有重要意义。

大多研究认为，绿肥翻压时期一般应选择在其产量和养分含量最高时进行。翻压过早，植株幼嫩虽易腐解但产量低，同时容易造成养分流失；翻压过迟，植株木质化程度增加，不利于腐解。翻压时间一般选择初花期、盛花期或豆荚期[13]。因此，结合大季以用地为主，小季则有用有养，侧重养地，夏收作物应在季节、茬口、肥料、农活安排上为秋收作物创造良好条件，确保既能提高夏收作物产量，又能促进秋收作物大丰收，使全年总产量提高[14]。当绿肥还田后15～20 d 开展下茬作物播种。本研究从花穗期可以看出，HZMC1442 白芥、HZMC1300 白芥、HZMC1298 春山芥、HZMC1299 春油菜花穗期较早，最佳还田利用时间介于3 月1 日至30 日；其次是HZMC1539 艾菊叶法色草、HZMC1334 毛叶苕子、HZMC1302毛叶苕子，花穗期也较早，最佳还田利用时 间 介 于4 月1 日 至5 月6 日；HZMC1446 豌 豆、HZMC1374 箭筈豌豆最佳还田利用时间介于4 月14日至5 月4 日；HZMC1349 箭筈豌豆、HZMC1367箭筈豌豆、HZMC1353 箭筈豌豆的还田利用时间主要在4 月29 日至5 月15 日；花穗期最晚的是HZMYZW26 香青兰，最佳还田利用时间介于6 月3日至21日。

一些绿肥具有直接经济价值，如绿肥的菜用[15]、药用[16]和观赏[17]价值，传统绿肥应用模式过多注重绿肥的肥用价值，在经济利益驱动下难以被生产者接受。因此，亟需改变以肥用为主要目的的绿肥传统应用模式，探索粮肥、菜肥、饲肥兼用的模式，研发绿肥药用、观赏等直接经济价值，提高绿肥种植的直接经济效益和综合利用价值，以满足经济效益的需求[6]。本研究国外引进绿肥种质资源中的HZMC1539 艾菊叶法色草可用作蜜源植物和绿肥，在开花期可作观赏植物，具有蜜用、花用、肥用的兼用型开发利用潜力。其花序多达11 个螺状聚伞花序，花的数量达到70 朵，而在侧枝的花序上花的数量不超过40～50朵。宽行时植株上成熟花的数量通常为930～1 400朵，平播时为130～180朵。花蜜由环绕在花上部子房基部的环状腺体分泌。花朵中的花蜜堆积在钟形漏斗状的长花冠筒的底部，这样可以得到很好的保护以防变干，在肥沃的土壤种植艾菊叶法色草，花蜜产量可达150～400 kg/hm2[18]。另外，HZMYZW26香青兰全株含挥发油，其中，乙酸香叶酯、香叶醇、柠檬醛、β-柠檬醛、棕榈酸含量较高[19]。香青兰还具有防治哮喘、心血管舒张、抗动脉粥样硬化、脑保护等药理作用，具有香料用和药用的兼用型开发利用潜力[20⁃21]。

贵州省的绿肥用种几乎全靠外省购买与调运，所造成的种子成本高、供应不稳定等因素一定程度上制约了绿肥的发展。因此，在引进绿肥种质资源利用的同时观察其留种潜力，以此储备当地绿肥种业发展所需的技术与材料支撑。本研究发现，对于留种量，十字花科资源中HZMC1299 春油菜、HZMC1300 白芥表现较好，分别为467.93、346.40 kg/hm2；豆科资源中HZMC1349 箭筈豌豆、HZMC1367 箭筈豌豆表现较好，分别为607.13、276.47 kg/hm2；另 外，HZMYZW26 香 青 兰、HZMC1539 艾菊叶法色草表现也较好，分别为168.40、256.93 kg/hm2，可进一步探索其在贵州省的留种栽培技术。