我国绿肥油菜研究进展及发展前景展望

2021-12-06董章辉张艳丽王虎赵丽芬眭书祥李增书王艳涛朱青竹

河北农业科学 2021年4期

董章辉，张艳丽，王虎，赵丽芬，眭书祥，李增书，王艳涛，朱青竹*

（1.石家庄市农林科学研究院，河北石家庄050041；2.平山县南甸镇人民政府，河北平山050400）

长期大量施用化肥会影响土壤性质[1，2]，甚至温室效应、臭氧层变薄都与氮肥施用过程中产生的N2O有关[3]。我国是种植绿肥时间最长、面积最大、范围最广的国家。绿肥富含有机质，营养丰富均衡，除氮、磷、钾外，还含有大量微量元素，肥效持久，营养不易流失，是重要的有机肥之一。通过种植绿肥作物来提高土壤肥力，可以增加土壤有机质含量和土壤微生物种群数量，改良土壤结构，增强土壤保水保肥能力[4]，是实现化肥施用量负增长的有效措施。与其他绿肥相比，油菜绿肥的种植成本低、鲜草含量高、肥效好，并且种植区域广阔、对土壤肥力要求低、适应性强、栽培管理简单，不仅可以改善土壤质量，保证后茬作物稳产、高产、优质，提高农民经济效益，而且可以减少化肥用量，改善生态环境，具有非常广阔的发展前景。近年来绿肥油菜种植发展迅速。基于文献，汇总近年来绿肥油菜相关研究成果，综述绿肥油菜改良土壤的效果、绿肥油菜栽培管理等，为绿肥油菜的研究和利用提供参考。

1 绿肥油菜对土壤改良效果

1.1 绿肥油菜对土壤养分的影响

种植翻压绿肥，可以将其生长发育过程中吸收的氮、磷、钾等物质释放到土壤中，增加土壤营养成分。油菜盛花期生物量大，鲜草产量可达45 000 kg/hm2，植株全磷、全钾含量分别为0.30%和2.79%，明显高于紫云英；另外，盛花期油菜的碳氮比为（20～25）∶1，有利于微生物分解，更易于植物吸收利用[5]。绿肥油菜不仅可以提高土壤中氮、磷、钾等营养成分，而且明显提高土壤中的有机质含量。王丹英[5]等经过4 a田间定位试验表明，绿肥油菜对土壤中有机质、全氮、碱解氮和全磷含量均有明显提高，其中有机质和全磷的提高程度明显高于紫云英。赵慧娟等[6]研究表明，翻压绿肥油菜后，土壤有机质、全氮、碱解氮含量分别提高了1.23、0.54和19.17 mg/kg，速效磷和速效钾的含量也有明显提高。另外，绿肥油菜对土壤中难溶性磷有活化优势，减少土壤磷向O-P转化，提高土壤磷的有效性，可以明显提高后茬作物的磷营养[7]。

绿肥油菜翻压后，其腐解速度和养分释放有一定的规律。刘新红等[8]对甘蓝型、芥菜型和白菜型3种类型油菜进行研究表明，翻压后0～28 d为快速腐解期，腐解率为60%；28～102 d为缓慢腐解期，腐解率为80%；养分释放规律与腐解规律一致，第102天碳、氮、磷和钾累积释放率分别达到76%、75%、72%和98%。宁东峰等[9]研究发现，绿肥翻压后的前3天腐解速度最快，随后趋势变缓，绿肥油菜比毛叶苕子和冬牧70黑麦腐解快；整个翻压期内磷释放平缓，钾在翻压前期释放迅速。

1.2 绿肥油菜对土壤理化性质的影响

长期施用化肥会导致土壤中有机质含量降低，土壤板结，理化性质变差，功能减退，影响作物生长。油菜是直根系，其在土壤中生长穿插，可以疏松土壤，增加土壤孔隙度，降低土壤容重；绿肥油菜翻压后，其有机质与土壤颗粒形成水稳性团聚体，改善土壤结构、通气性和透水性[10]。王丹英等[5]研究表明，油菜盛花期翻压还田可明显增加土壤总孔隙度，减少土壤容重，使土壤物理性状得到改善，且效果好于紫云英。杨旭燕等[11]将油菜翻压还田后，土壤容重由原来的1.68 g/cm3降低到1.43 g/cm3。邓力超等[12]将油肥1号翻压还田后，土壤容重降幅达到22.55%。翻压绿肥油菜使土壤团粒结构得到改善，土壤通气性增强，有利于后茬作物的生长发育。

种植翻压绿肥油菜还可以改变土壤pH值，富集土壤中的重金属，减轻土壤污染。刘慧等[13]研究发现绿肥油菜翻压对新疆盐碱土壤有明显的改良效果，不同深度的土壤耕层pH值均有明显降低，其中0～20 cm耕层pH值降幅最高；不同耕层土壤电导率均降低了0.8 mS/cm，表明土壤含盐量降低。种植绿肥油菜能够吸收土壤中的Cd、Pb，缓解土壤重金属污染[14，15]。油菜可以作为重金属污染土壤植物修复的物种[16]。

1.3 绿肥油菜对土壤微生物和酶活性的影响

土壤微生物和土壤酶活性是土壤2个重要的生物学指标。土壤微生物的菌群结构及数量不仅可以影响土壤的结构和肥力，而且一定程度上影响着植物的健康生长[17]。种植绿肥作物对土壤微生物菌群组成有积极的改善作用，绿肥翻压后在土壤中分解产生土壤微生物生长需要的营养物质，提高微生物活性。李文广等[18]研究发现，油菜作为绿肥还田可以改善土壤中细菌群落多样性，增加土壤中有益菌群落数量，尤其是变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、厚壁菌门丰度明显升高。张超[19]利用16SrRNA高通量测序的方法测定黑麦草—烟草、魏豆—烟草、油菜—烟草3种不同轮作方式的土壤细菌多样性，研究表明，油菜—烟草轮作方式显著提高了土壤细菌的多样性，且细菌菌群结构得到明显差异，泉古菌丰度在油菜与烟草轮作的土壤中丰度最高。刘哲辉等[20]研究发现，油菜根茬可以改变土壤微生物特征，使土壤中细菌群落数增加，而真菌群落数减少。

土壤酶是土壤物质循环和能量转化的催化剂，是土壤生物活性和土壤肥力的重要组成部分[21，22]。绿肥油菜翻压还田对土壤酶活性的提高有积极影响。李文广等[18]研究发现，油菜作为绿肥还田可提高后茬麦田土壤的酶活性，尤其蔗糖酶活性的提升最明显。魏静[23]研究发现，绿肥油菜翻压还田，土壤蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性分别比对照提高17.7%、21.7%和11.4%。李军辉等[24]研究表明，绿肥油菜全量还田有利于提高0～40 cm土层土壤脲酶和蔗糖酶活性。土壤酶积极参与催化土壤中的化学反应和土壤代谢，蔗糖酶可以酶解土壤中的大分子糖类，参与有机碳的形态转化，为土壤微生物提供能源；土壤磷酸酶能将土壤中有机磷水解为可被植物利用形态；脲酶直接参与土壤中氮的转化[25，26]。

2 绿肥油菜翻压后对后茬作物的影响

2.1 对后茬作物产量和品质的影响

绿肥油菜翻压后有利于后茬作物提高产量，加快后茬作物的生长和代谢[23，27]。王丹英等[5]研究表明，油菜盛花期还田后下茬水稻叶面积指数、叶长、叶宽、叶绿素含量、光合速率均有所增加，水稻产量明显提高，增产幅度达到14.55%。杨旭燕等[11]研究表明，种植翻压绿肥油菜对后茬玉米穗长、穗粗、株高等指标均有明显提高。刘慧等[13]研究表明，绿肥油菜翻压还田后茬棉花籽棉产量较对照增产13.5%。张树杰等[28]在绿肥油菜还田后种植枸杞，在化肥施用量减少1/2的条件下，枸杞干果产量比对照增产19.1%。王育军等[29]研究表明，绿肥油菜还田后氮肥减施20～40%，有利于提高烟草产量。

绿肥油菜翻压后有利于改善后茬作物品质。张晏梓等[30]研究表明，翻压绿肥油菜后玉米子粒中蛋白质含量、色氨酸和赖氨酸含量明显提高。李军辉等[24]在夏休闲期复种绿肥油菜后，冬小麦子粒醇溶蛋白和谷蛋白含量明显提高。王育军等[29]研究表明，绿肥油菜还田后烟草烟叶评级质量总分、上等烟比例均有明显提高。

2.2 对后茬作物病虫害的影响

绿肥油菜翻压后可以减少土壤土传病害发生，对后茬作物线虫病有较突出的抑制作用[31，32]。曹素芳等[33]研究表明，油菜、甘蓝等芸薹属植物室内熏蒸可有效灭杀根结线虫。芸薹属植物作为绿肥可显著抑制线虫的活性，降低马铃薯囊肿线虫数量[34，35]。李领等[36]研究发现，芜菁、芥菜和油菜3种芸薹绿肥均可有效降低烟草根结线虫发病病率，且绿肥油菜幅度最大。绿肥油菜翻压后可有效降低小麦根系丝核菌的数量，抑制根腐病的发生[37]；还可以抑制马铃薯立枯丝核菌和腐霉菌的生长[38]；降低烟草青枯病的发病率[19]；有效降低水稻黑胫病的发病率[36]、纹枯病发病率[39]；降低豌豆根腐病的发生指数[40]；降低生菜细菌腐烂病害的发生[41]。

3 绿肥油菜栽培技术研究

3.1 品种选择

种植绿肥油菜以提高鲜草产量和土壤肥力为目的，多选用生长势强、株型高大、叶片宽、鲜草产量高的甘蓝型油菜品种，如油肥1号、油肥2号，油肥1号具有发育早、生物量大、养分积累和转化快等特点[42]；油肥2号具有抗逆性强、盛花期鲜草产量适中、植株养分含量均衡、适合机械翻压等特点，是甘蓝型半冬性绿肥专用型油菜品种[43]。

3.2 播种

胡敏等[44]研究了晚播绿肥油菜不同播期对其生物量和养分含量的影响，提出在不影响前茬作物的情况下应适当早播，湖北省武穴市在2月上中旬播种较好[44]。高晶等[45]试验表明，河北省较冷的地区冬油菜作绿肥适宜在9月中下旬播种。另外，紫云英和油菜混播可以增加绿肥产量，平衡绿肥的营养比例，更有利于后茬作物增产[46]。蒋美艳等[47]试验表明，上海市油菜-紫云英混合播种的播期以10月底前为宜，油菜、紫云英的混播比例为4∶1。

3.3 田间管理

种植绿肥油菜要尽量简化田间管理，降低管理成本。油菜播种后无需间苗、定苗，由于其生育期短，压青早，大部分地区在压青前不发生病虫害。氮和磷营养对油菜的能量和物质代谢，以及油菜鲜草产量的积累有着非常重要的作用[48]。随着氮磷施肥量的增加，绿肥油菜鲜草产量和干草中氮和磷含量均逐渐增加[6]，生长期可适当施用氮肥、磷肥，以小肥养大肥[49]。

3.4 油菜压青与复种

油菜作为绿肥一般采用翻压还田的方式，翻压时间和深度是关键。油菜盛花期压青最佳，其鲜草产量和养分总量均达到最高，翻压深度以15～20cm为宜[49，50]。油菜压青量不同会影响土壤养分含量，其中压青量为45 000 kg/hm2，土壤碱解氮和有机质含量均达到最大值；压青量为30 000 kg/hm2，土壤全氮含量达到最大值，速效钾和速效磷含量趋于稳定；综合考虑成本及操作难易程度，推荐压青量为30 000 kg/hm2[6]。

油菜与水稻、小麦、玉米、棉花，甚至西瓜、花生、枸杞等作物复种，增产效果显著。压青后茬作物一般需在压青10 d后播种，否则容易出现烧苗、死苗。另外，油菜为十字花科植物，不宜与其他十字花科植物复种压青[49]。