冬季覆盖作物对水稻生长及稻田土壤养分状况的影响

摘要 为了筛选冬季适宜湖北地区稻田种植的覆盖作物，在湖北武汉开展了大田试验，研究了不同冬季覆盖作物对水稻产量、养分及土壤养分含量的影响。结果表明，冬季覆盖作物可以促进水稻增产6.95%～12.91%，冬季种植绿肥比油菜秸秆还田在一定程度上更利于提高水稻产量。冬季覆盖作物主要影响水稻的每穗粒数，可提高水稻的干物质量12.15%～18.22%，氮素积累量增加3.44%～13.66%，钾素积累量增加3.17%～11.12%，秸秆还田对于提高水稻钾素积累量效果明显。冬季覆盖作物可以增加水稻收获期根际土壤脲酶、磷酸酶和转化酶的活性，使水稻收获后土壤的碱解氮、有效磷和速效钾含量分别增加3.42%～7.92%、2.81%～21.77%和2.05%～8.55%，种植肥田油菜水稻收获后土壤中碱解氮和有效磷含量最高，秸秆还田土壤中速效钾含量最高。

关键词 冬季覆盖作物；水稻；产量；土壤酶；土壤养分

中图分类号 S145.6 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2024）17-0156-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.17.036

Effects of Winter Covering Crops on Rice Growth and Soil Nutrient Status in the Paddy Fields

WANG Su-ping1， ZENG Fan-ju2，ZHOU Ren-ping2 et al

（1.Institute of Environment and Security， Wuhan Academy of Agricultural Sciences， Wuhan， Hubei 430070;2.Anlu Agricultural Technology Promotion Center， Anlu， Hubei 432600）

Abstract In order to screen suitable winter covering crops for rice cultivation in Hubei region， field experiments were conducted in Wuhan， Hubei to study the effects of different winter covering crops on rice yield， nutrients， and soil nutrient content. The results showed that winter planting of covered crops could promote rice yield by 6.95%-12.91%， and planting green manure in winter was more conducive to improving rice yield than returning rapeseed straw to the field to a certain extent. Winter covering crops mainly affected the number of grains per panicle of rice， which could improve the dry matter quality of rice by 12.15%-18.22%， increase nitrogen accumulation by 3.44%-13.66%， and potassium accumulation by 3.17%-11.12%. Returning straw to the field had a significant effect on increasing potassium accumulation in rice. Winter covering crops could increase the activity of urease， phosphatase， and invertase in the rhizosphere soil during the rice harvest period， resulting in an increase of 3.42%-7.92%， 2.81%-21.77%， and 2.05%-8.55% in the alkaline hydrolyzed nitrogen， available phosphorus， and available potassium content of the soil after rice harvest. Planting rapeseed and rice in a fertile field had the highest alkaline hydrolyzed nitrogen and available phosphorus content in the soil after rice harvest， while straw returning had the highest available potassium content in the soil.

Key words Winter covering cropr;Rice;Yield;Soil enzyme;Soil nutrient

基金项目 武汉市农业农村局科技专项（HA01）。

作者简介 王素萍（1985—），女，山东德州人，农艺师，硕士，从事蔬菜养分资源管理与现代施肥技术研究。通信作者，高级农艺师，博士，从事养分资源管理与新型肥料研发。

收稿日期 2023-10-27

湖北是我国主要的水稻种植区之一，保持该区域稻田土壤肥力的稳定和持续是水稻高产、稳产的重要基础，冬季覆盖作物是稻田土壤质量可持续发展的重要组成部分［1］。近几年，随着农村产业结构调整，农村剩余劳动力向城市转移，导致大量冬闲田出现［2］。 冬季农田覆盖作物有利于提高土壤质量、土壤养分利用和下季作物产量［3-6］，减少土壤侵蚀和化学径流，且能够抑制杂草生长，能够充分利用稻田冬、春自然资源。另外稻田冬季覆盖作物栽培［7］，可增加冬季稻田绿色作物覆盖量，减少冬季土壤裸露，增加单位面积生物产量和土壤有机碳，抑制硝态氮淋溶，增加碳、氮蓄积，改善农田生态环境，有利于确保粮油作物生产安全［8］。

笔者利用武汉地区目前主要的冬闲田利用模式布置田间试验，探究不同冬季覆盖作物对稻田土壤生态环境、水稻产量及养分吸收量等的影响，旨在促进稻田多元化生物培肥技术的发展，为形成可推广可复制的冬闲田合理利用模式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

在湖北省武汉市黄陂区王家河街布置田间试验，土壤类型为潮土，由江河冲积物发育而成。试验前取耕作层（0～20 cm）土壤，土壤基本理化性状：pH 6.17，有机质17.04 g/kg，碱解氮132.09 mg/kg，有效磷22.12 mg/kg，速效钾142.19 mg/kg，全氮1.31 g/kg，全磷0.55 g/kg，全钾10.21 g/kg。

1.2 试验设计

设空闲田-水稻（K-R）、紫云英-水稻（Z-R）、肥田油菜-水稻（Y-R）、油菜秸秆还田-水稻（J-R）4种轮作模式，绿肥季均不施肥，紫云英品种为余江大叶，油菜品种为华油杂9号。

紫云英和油菜均于2021年11月3日播种，紫云英播种量27 kg/hm2，肥田油菜播种量10 kg/hm2，2022年3月21日紫云英和肥田油菜盛花期作为绿肥还田，秸秆还田油菜在非试验小区种植，在5月2日收获，将收获的油菜秸秆切成5～7 cm长度，均匀铺撒在整个小区中，按照全量6 000 kg/hm2还田，腐熟剂用量为15 kg/hm2，水稻品种为黄华占（Oryza sativa L.），株行距20 cm×27 cm。水稻于2022年5月7日育秧，6月14日移栽，10月16日收获。稻季施氮（N）水平为150 kg/km2，施磷（P2O5）水平为45 kg/km2，施钾（K2O）水平为120 kg/km2。氮肥在6月14日、7月7日和8月7日按基肥、分蘖肥和穗肥以4∶3∶3的比例施入，磷肥和钾肥作为基肥一次性施用。试验小区面积40 m2，3次重复，随机区组排列。小区四周设置保护行，小区间垒土埂并用薄膜覆盖，防止水稻生育期串水串肥。

供试化肥包括尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O5 16%）、氯化钾（含K2O 60%）。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤样品。

水稻收获后，采集每个小区耕层混合土壤样品，测定土壤的理化性质。土壤pH测定采用pH计，土壤有机质测定用重铬酸钾容量法-外加热法，土壤碱解氮测定用碱解扩散法，土壤速效磷测定用0.5 mol/L NaHCO3提取，钼锑抗比色法测定，土壤速效钾测定用NH4OAc浸提-火焰光度法，土壤全氮测定用半微量凯氏法，土壤全磷测定用氢氧化钠碱溶-钼锑抗比色法，土壤全钾测定用氢氧化钠碱溶-火焰光度法［9］。

水稻收获期采集根际土样测定土壤酶含量，过氧化氢酶采用KMnO4滴定法，以1 g土壤消耗的0.002 mol/L KMnO4毫升数表示；脲酶采用苯酚钠比色法，以3 h后100 g土的NH4+-N的毫克数表示；转化酶采用硫代硫酸钠滴定法，以24 h后1 g土中0.1 mol/L硫代硫酸钠毫升数表示；碱性磷酸酶和中性磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法测定，以24 h后1 g土中酚的毫克数表示［10］。

1.3.2 水稻。

水稻产量：收获期各处理采样6株进行考种，调查单位面积有效穗数、每穗粒数、千粒重、结实率，各小区单独采收，记录产量。

水稻养分含量：分别测定水稻籽粒和秸秆中全氮、全磷、全钾含量。采用浓H2SO4-H2O2消化，流动分析仪（德国SEAL-AA3）测定氮、磷含量，火焰光度计（FP640）测定钾含量［9］。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2007和SPSS 17软件进行处理，差异显著性水平（P<0.05）通过最小显著法（LSD）进行检验。

2 结果与分析

2.1 不同冬季覆盖作物对水稻产量构成因素和产量的影响

由表1可知，各处理千粒重无显著差异，但与K-R处理相比，种植绿肥和秸秆还田处理的千粒重均呈不同程度的增加趋势，千粒重增幅为1.02%～3.56%。

各处理的有效穗数为Y-R>Z-R>J-R>K-R。与K-R处理相比，种植绿肥和秸秆还田处理的有效穗数均增加，增幅为2.58%～7.73%，其中Y-R处理的有效穗数最大，为627个/m2，其次为Z-R处理，Z-R、Y-R处理与J-R处理之间差异不显著。

种植绿肥可以显著提高每穗粒数，与K-R处理相比，Y-R、Z-R和J-R处理的水稻每穗粒数分别增加27.0、25.0和2.0粒/穗，增幅为10.04%、9.29%和0.74%，Z-R处理、Y-R处理与J-R处理的每穗粒数无显著差异。

各处理结实率为Y-R>J-R>Z-R>K-R，但各处理结实率无显著差异。

种植绿肥和秸秆还田显著提高了水稻产量，各处理产量为Y-R>Z-R>J-R>K-R，与K-R处理相比，种植紫云英绿肥、种植肥田油菜和油菜秸秆还田处理的产量分别增加895、1 077、580 kg/hm2，增产率分别为10.73%、12.91%和6.95%。Z-R处理和Y-R处理的产量高于J-R处理，但三者之间产量差异不显著。

2.2 不同冬季覆盖作物对水稻干物质量的影响

从图1可以看出，稻田冬季覆盖作物明显促进了水稻干物质量的增加，与冬季空闲田相比，冬季覆盖作物处理的干物质量增加2 068～2 318 kg/hm2，增幅为12.15%～18.22%，其中Y-R处理的干物质积累量最大，达20 118 kg/hm2，其次为J-R处理，为19 335 kg/hm2。

2.3 不同冬季覆盖作物对水稻养分积累量的影响

从表2可以看出，稻田冬季覆盖作物明显促进了养分积累量的增加，与K-R处理相比，稻田冬季覆盖作物处理的氮素积累量明显增加，增量为4.52～17.93 kg/hm2，增幅为3.44%～13.66%，Z-R、Y-R与J-R处理的氮素积累量无显著差异；所有处理磷素积累量无显著差异；与K-R处理相比，稻田冬季覆盖作物处理的钾素积累量明显增加，增量为7.52～

26.39 kg/hm2，增幅为3.17%～11.12%。稻田冬季覆盖作物条件下，Y-R处理的钾素积累量最小，为244.85 kg/hm2，与Z-R处理差异不显著，但显著低于J-R处理，J-R处理的钾素积累量最大，为263.72 kg/hm2，比Z-R和Y-R处理的钾素积累量分别增加13.05和18.87 kg/hm2，增幅分别为5.21%和7.71%。

2.4 不同冬季覆盖作物对水稻收获期土壤酶活性的影响

脲酶是一种酰胺酶，能酶促有机质分子中肽链的水解。土壤脲酶活性与土壤微生物数量、有机质含量、全氮含量和速效氮含量呈正相关，常用土壤的脲酶活性表征土壤的氮素状况。稻田冬季覆盖作物明显促进了土壤脲酶活性的增加，与K-R处理相比，稻田冬季覆盖作物处理的土壤脲酶活性增加6.15～12.25 mg/（100 g·h），增幅为15.62%～31.12%，冬季覆盖作物处理的土壤脲酶活性表现为Y-R>Z-R>J-R，其中Y-R处理的土壤脲酶活性最高为51.62 mg/（100 g·h），但不同处理间无显著差异（表3）。

土壤过氧化氢酶活性与土壤呼吸强度和土壤微生物活动相关，在一定程度上反映了土壤微生物学过程的强度。由表4可知，不同冬季覆盖作物对水稻收获后土壤过氧化氢酶活性无显著影响。

磷酸酶能酶促有机磷化合物的水解，土壤磷酸酶活性可以表征土壤的肥力状况（特别是磷的含量状况）。种植绿肥或秸秆还田有提高土壤中碱性磷酸酶活性的趋势，但所有处理间差异不显著，与K-R处理相比，稻田冬季覆盖作物处理的土壤磷酸酶活性增加0.16～0.85 mg/（g·h），增幅为3.51%～18.64%，冬季覆盖作物的土壤磷酸酶活性表现为J-R>Y-R>Z-R。

土壤转化酶能酶促蔗糖分子中果糖的裂解，土壤的转化酶活性与土壤中的腐殖质、水溶性有机质和黏粒含量以及微生物的活性呈正相关。随着土壤熟化程度的提高，转化酶的活性亦增强。常用土壤转化酶活性来表征土壤的熟化程度和肥力水平。稻田冬季覆盖作物明显促进了土壤转化酶活性的提高，与K-R处理相比，稻田冬季覆盖作物处理的土壤转化酶活性增加0.25～1.02 mL/g，增幅为11.68%～47.66%，其中秸秆还田比种植紫云英土壤中的转换酶活性明显提高，增幅为32.22%，冬季种植肥料油菜比种植紫云英处理的转化酶活性增加，但差异不显著。

2.5 不同冬季覆盖作物对水稻种植后土壤理化性状的影响

由表4可知，水稻收获期冬季覆盖作物处理的土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量均增加，但各个处理间差异不显著；稻田冬季种植覆盖作物显著提高了水稻收获后土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量，与K-R处理相比，冬季种植覆盖作物处理的土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量分别增加4.48～10.38、0.61～4.73和2.96～12.32 mg/kg，增幅分别为3.42%～7.92%、2.81%～21.77%和2.05%～8.55%，水稻收获后土壤碱解氮含量表现为Y-R>J-R>Z-R>K-R，但各处理间差异不显著，土壤中有效磷含量与碱解氮含量趋势一致，速效钾表现为J-R>Y-R>Z-R>K-R，其中J-R处理土壤速效钾含量最高，分别比Z-R处理和Y-R处理增加6.36%和1.90%。

3 结论与讨论

（1）考虑到不同冬季覆盖作物对水稻生产的效应，在湖北稻区可因地制宜地利用好冬闲田，这样既可培肥土壤，又可提高稻田全年综合生产能力和经济效益。该研究条件下，与冬闲田相比，冬季覆盖作物能够提高水稻产量6.95%～12.91%，冬季种植绿肥比油菜秸秆还田在一定程度上更利于提高水稻产量。不同冬季覆盖作物主要影响水稻的每穗粒数，对千粒重、有效穗和结实率没有明显影响，这与陈启德等［11］的研究结果相似，表明不冬季绿肥覆盖使水稻产量增加5%～26%。

（2）不同土壤条件、气候环境、种植方式下，冬季覆盖作物对晚稻干物质积累和养分积累影响明显，冬季覆盖作物可提高水稻干物质量12.15%～18.22%，氮素积累量增加3.44%～13.66%，钾素积累量增加3.17%～11.12%，秸秆还田对于提高水稻钾素积累量效果明显。

（3）冬季覆盖作物可以增加水稻收获期根际土壤脲酶、磷酸酶和转化酶的活性，对土壤过氧化氢酶没有影响。冬季覆盖作物使水稻收获后土壤的碱解氮、有效磷和速效钾含量分别增加3.42%～7.92%、2.81%～21.77%和2.05%～8.55%，种植肥田油菜水稻收获后土壤中碱解氮和有效磷含量最高，秸秆还田土壤中速效钾含量最高。

参考文献

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［10］ 林先贵.土壤微生物研究原理与方法［M］.北京：高等教育出版社，2010.

［11］ 陈启德，汪云滨，曾庆曦，等.稻田种植绿肥的增产效果及对土壤肥力的影响［J］.西南农业学报，1995，8（S1）：117-123.