種植翻壓紫云英配施化肥對稻田土壤活性有機碳氮的影響*

劉春增常單娜，2?李本銀曹衛東呂玉虎潘茲亮

（1 河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所，鄭州 450002）

（2 華中農業大學資源與環境學院，武漢 430072）

（3 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，北京 100081）

（4 信陽市農業科學院植物營養與資源環境研究所，河南信陽 464000）

種植翻壓紫云英配施化肥對稻田土壤活性有機碳氮的影響*

劉春增1常單娜1，2?李本銀1曹衛東3?呂玉虎4潘茲亮4

（1 河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所，鄭州 450002）

（2 華中農業大學資源與環境學院，武漢 430072）

（3 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，北京 100081）

（4 信陽市農業科學院植物營養與資源環境研究所，河南信陽 464000）

依托長期種植紫云英定位試驗，以不施肥（CK）為對照，研究化肥（100%F）、紫云英配施100%、80%、60%和40%化肥（G+100% F、G+80% F、G+60% F、G+40% F）以及紫云英（G）對土壤活性有機碳氮、水稻產量、氮肥利用率及其他土壤養分的影響。結果表明，與對照不施肥相比，單施化肥對土壤水溶性有機碳（WSOC）的影響很小，土壤水溶性有機氮（WSON）和微生物生物量碳氮（SMBC、SMBN）含量分別增加了20.61%、10.49%和2.20%；單施紫云英處理土壤WSOC、WSON、SMBC和SMBN含量分別增加了25.52%、36.30%、19.16%和10.37%；紫云英配施化肥增加了土壤WSOC、WSON、SMBC和SMBN的含量，增幅分別為12.99%～22.80%、26.66%～56.61%、19.01%～29.56%和16.08%～32.90%。施肥提高了土壤活性有機碳氮占土壤有機碳（SOC）、全氮（TN）的比例，紫云英配施化肥和單施紫云英效果優于單施化肥。土壤活性有機碳氮與水稻產量、SOC、TN和銨態氮（NH4+-N）呈顯著或極顯著正相關。施肥增加水稻產量，G+80%F最高（10 026 kg hm-2）。與100%F相比，化肥減施20%～40%水稻不減產，同時氮肥農學效率和氮肥偏生產力提高，增幅分別為11.64%～149.65%和2.66%～149.92%，土壤SOC、TN和NH4+-N含量增加，土壤有效磷和速效鉀降低。綜合考慮水稻產量、氮肥利用率和土壤肥力，紫云英翻壓22 500 kg hm-2、磷鉀肥常規用量、氮肥減施20%時最優。

紫云英；土壤活性有機碳氮；水稻產量；氮肥利用率；土壤養分

土壤碳氮循環是農田生態系統最基本的生態過程，受到耕作、施肥和灌溉等人為因素的影響與調控，對農田生態系統的穩定性、生產力及其環境效應有重要影響［1］。活性有機碳氮是土壤有機碳氮中最活躍的組分，這部分碳素和氮素溶解性和移動性強，易被微生物和植物吸收利用［2-3］。依據提取和測定方法不同，活性有機碳氮有水溶性有機碳氮和微生物生物量碳氮等。活性有機碳（氮）含量雖少，占土壤碳（氮）庫比例小，但其活性高，易被微生物利用，對耕作和施肥等人為因素的響應更敏感，可以作為指示土壤碳（氮）庫變化的指標［4-5］。土壤活性有機碳氮的變化影響土壤碳氮循環，與全球溫室氣體排放以及環境污染密切相關［3，6］。

施肥是維持糧食產量、提升土壤肥力的重要農藝措施，對活性有機碳氮的變化有重要影響［1］。研究表明，單施氮肥對土壤活性有機碳影響較小［7］，而氮磷鉀配施可增加土壤活性有機碳氮含量［8］。也有研究表明單施化肥對土壤活性有機碳氮無明顯影響或有降低作用［9］。秸稈或有機糞肥均可增加土壤活性有機碳氮含量，有機無機配施的效果更好［10-13］。

綠肥是我國傳統農業的精華，綠肥與水稻輪作是南方稻區常見的種植模式［14］。紫云英（Astragalus sinicus L.）是我國稻田主要的冬季綠肥［15］，紫云英還田可以增加稻田土壤養分，改善稻田的物理、化學及生物學性狀，提高水稻產量［16-18］。紫云英通過固氮可以減少化肥氮的施用和氮素流失［19］，還能減少稻田溫室氣體N2O的排放，對改善稻田的生態環境具有重要意義［20］。不同地區的研究表明，紫云英翻壓15 000～30 000 kg hm-2，減施化肥20%～40%，仍能保證水稻不減產［16，21-23］。種植翻壓紫云英減施化肥這種有機無機配施模式下土壤活性有機碳氮的變化還鮮有報道。鑒于土壤活性有機碳氮響應施肥的敏感性，其與水稻產量、土壤養分的相關性值得關注。本文研究長期種植翻壓紫云英配施化肥對土壤活性有機碳氮、水稻產量、氮肥利用率及土壤養分的影響，分析土壤活性有機碳氮與水稻產量、土壤養分的相關性，揭示土壤活性有機碳氮的肥力和生產力意義，探討種植紫云英的減氮潛力，為紫云英的培肥和增產機制提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于信陽市農業科學院試驗園區，該地區屬亞熱帶向暖溫帶過渡區，日照充足，年平均氣溫15℃，無霜期平均220 d左右；年均降水量900～1 400 mm。田間定位試驗始于2008年。供試土壤為黃棕壤性潛育型水稻土，土壤有機碳12.96 g kg-1，全氮1.30 g kg-1，堿解氮71.5 mg kg-1，有效磷16.5 mg kg-1，速效鉀78.2 mg kg-1，pH6.7。

1.2 試驗設計

試驗采用2因素隨機區組設計，4次重復，共設7個處理：（1）對照不施肥（CK）；（2）100%化肥（100%F）；（3）紫云英+100%化肥（G+100% F）；（4）紫云英+80%化肥（G+80%F）；（5）紫云英+60%化肥（G+60%F）；（6）紫云英+4 0%化肥（G+4 0%F）；（7）紫云英（G）。紫云英原地種植，每年盛花期翻壓22 500 kg hm-2，多余的移出小區，不夠的從別的小區移入。化肥品種氮肥為尿素、磷肥為過磷酸鈣、鉀肥為氯化鉀。100%化肥指當地常規施肥量，施用量為N 225 kg hm-2、P2O5135 kg hm-2、K2O 135 kg hm-2，化肥中的磷鉀肥全部基施，氮肥按基肥：分蘗肥：孕穗肥=3∶2∶1分次施入。小區面積6.67 m2，長3.33 m，寬2.0 m，小區間筑埂，上覆塑料薄膜防止串水串肥。區組間留0.3 m寬的溝，便于上水和排水。水稻于每年5月底劃行移栽，小區栽插密度16.7 cm×20 cm，每穴2～3棵。移栽后灌淺水使秧苗返青，分蘗肥在移栽后1周施用，孕穗肥在曬田復水后施用，其他田間管理與大田一致。

1.3 測定項目和方法

于2015年9月20日水稻收獲后采集耕層0～20 cm土樣，一部分4℃冷藏，用于土壤活性有機碳氮的測定；一部分風干，用于其他土壤養分的測定。

土壤水溶性有機碳（WSOC）和水溶性有機氮（WSON）按1∶2土水比（鮮土重量g∶液體體積ml）用高純水浸提，室溫下200 r min-1振蕩2 h后，4℃、12 000 r min-1離心15 min，過0.45 μm濾膜。濾液中的WSOC采用總碳/總氮分析儀（multi N/C 2100，耶拿，德國）測定；WSON用差減法即WSON=水溶性總氮（WTSN）-硝態氮（NO3--N）-銨態氮（NH4+-N），水溶性總氮（WTSN）用3%堿性過硫酸鉀在120℃下氧化30 min，與NO3--N 和NH4+-N同時用連續流動分析儀（AA3，SEAL analytical，英國）測定。

土壤微生物生物量的測定采用氯仿熏蒸培養法：新鮮土樣過2 mm 篩后于25℃預培養一周，熏蒸與未熏蒸的土樣用50 ml 0.5 mol L-1K2SO4浸提（土水比1∶4），濾液中的總有機碳和總有機氮分別為土壤微生物生物量碳（SMBC）和微生物生物量氮（SMBN），用總碳/總氮分析儀（multi N/ C 2100，耶拿，德國）測定。土壤微生物生物量碳BC=EC/kEC，EC：熏蒸與未熏蒸土壤濾液中總有機碳的差值，kEC：轉換系數，取值0.45；土壤微生物生物量氮BN=EN/kEN，EN：熏蒸與未熏蒸土壤濾液中總有機氮的差值，kEN：轉換系數，取值0.54。

采用《土壤農化分析》［24］中的方法測定土壤基礎養分。

1.4 數據分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2013和SAS 8.1軟件進行整理和統計分析，方差分析多重比較采用最小顯著差異（LSD）法，在p＜0.05水平下檢驗差異顯著性。Origin 8.5作圖，Canoco 5進行主成分畫圖。

2 結 果

2.1 紫云英和化肥對土壤有機碳和全氮的影響

由圖1可知，與2008年土壤有機碳（SOC）初始值（12.96 g kg-1）相比，對照長期不施肥土壤SOC含量增加了7.56%，單施化肥增加了4.09%，單施紫云英增加了12.67%，紫云英配施化肥增加了14.12%～26.93%，紫云英配施100%化肥處理最高。不同施肥處理對SOC的影響：化肥較對照不施肥有所降低，但差異不顯著，單施紫云英和紫云英配施化肥均顯著高于化肥和對照。與2008年土壤全氮（TN）（1.30 g kg-1）初始值相比，對照長期不施肥土壤TN降低了1.56%，單施化肥增加了2.99%，單施紫云英增加了9.09%，紫云英配施化肥增加了5.79%～12.75%。不同施肥處理均增加了土壤TN含量，紫云英配施化肥和單施紫云英均顯著高于化肥處理，紫云英配施100%化肥最高。綜上，單施化肥對土壤SOC和TN的影響很小，單施紫云英可明顯增加土壤SOC和TN含量，紫云英配施化肥的效果更好。

圖1 長期施肥和種植紫云英對土壤有機碳和全氮的影響Fig 1 Effects of long-term fertilization and planting and incorporation of Chinese milk vetch on soil organic carbon（SOC）and total nitrogen（TN）of soil

2.2 紫云英和化肥對土壤水溶性有機碳氮的影響

由圖2可知，與對照不施肥相比，單施化肥對土壤WSOC的影響很小；單施紫云英土壤WSOC含量增加了25.52%；紫云英配施不同比例化肥均顯著增加了土壤WSOC含量，增幅為12.99%～22.80%。與對照不施肥相比，施肥均增加了土壤WSON含量，單施化肥和單施紫云英土壤WSON含量分別較對照提高了20.61% 和36.30%。紫云英配施不同比例化肥提高了26.66%～56.61%。綜上，與對照不施肥相比，單施化肥對土壤WSOC的影響很小，單施紫云英較紫云英配施化肥的效果好；單施紫云英和紫云英配施化肥增加土壤WSON的效果優于單施化肥。

圖2 長期施肥和種植紫云英對土壤水溶性有機碳氮的影響Fig 2 Effects of long-term fertilization and planting and incorporation of Chinese milk vetch on water soluble organic carbon（WSOC）and water soluble organic nitrogen（WSON）of soil

2.3 紫云英和化肥對土壤微生物生物量碳氮的影響

由圖3可知，與對照不施肥相比，施肥顯著增加了土壤SMBC含量，單施化肥和單施紫云英分別較對照增加了10.49%和19.16%；紫云英配施化肥增加19.01%～29.56%，紫云英配施100%化肥最高。與對照不施肥相比，單施化肥土壤SMBN含量增加了2.20%，差異不顯著；單施紫云英土壤SMBN含量增加了10.37%，差異顯著；紫云英配施化肥顯著增加了SMBN含量，增幅16.08%～32.93%。綜上，單施紫云英增加SMBC和SMBN的效果優于單施化肥，紫云英配施化肥的效果更好。

2.4 紫云英和化肥對土壤活性有機碳氮組分分配比例的影響

圖3 長期施肥和種植紫云英對土壤微生物生物量碳氮的影響Fig 3 Effects of long-term fertilization and planting and incorporation of Chinese milk vetch on soil microbiology biomass carbon （SMBC）and soil microbiology biomass nitrogen（SMBN）of soil

表1 長期施肥和種植紫云英處理下土壤活性有機碳氮占土壤有機碳和全氮的比例Table 1 Effects of long-term fertilization and planting and incorporation of Chinese milk vetch on proportion of active carbon and nitrogen in SOC and TN of soil（%）

由表1可知，施肥提高了WSOC/SOC、SMBC/ SOC、WSON/TN和SMBN/TN，SMBC和SMBN占土壤碳氮庫的比例遠高于土壤WSOC和WSON。單施紫云英增加WSOC/SOC的效果最明顯，紫云英配施80%化肥增加WSON/TN效果最明顯，紫云英配施100%化肥增加SMBC/SOC、SMBN/TN的效果最明顯。綜上，紫云英配施化肥提高土壤活性有機碳氮組成分配比例的效果最好，其次是單施紫云英，再次單施化肥。

2.5 紫云英和化肥對水稻產量、氮肥利用率和土壤養分的影響

由表2可知，與對照不施肥相比，施肥增加了水稻8年的平均產量，單施化肥增加29.55%，單施紫云英增加28.49%，紫云英配施化肥增加29.51%～36.86%，G+80%F的產量最高，可達10 026 kg hm-2。紫云英配施100%、80%和60%化肥水稻產量均高于單施化肥，即化肥減施20%～40%情況下水稻不減產。與單施化肥相比，紫云英配施不同比例化肥提高了氮肥農學效率和氮肥偏生產力，增幅分別為11.64%～149.7%和2.66%～149.9%。隨著化肥減施比例的增加，氮肥農學效率和氮肥偏生產力隨之提高，G+40%F最高。

由表3可知，施肥降低了土壤pH，單施紫云英和紫云英配施化肥與對照不施肥差異顯著。施肥顯著增加了土壤NH4+-N含量，單施化肥和單施紫云英較對照不施肥分別增加43.99%和55.72%，紫云英配施化肥較對照不施肥增加57.78%～85.04%。與對照不施肥相比，施肥降低了土壤NO3--N含量，單施化肥降低2.21%，差異不顯著；單施紫云英降低了26.99%，紫云英配施化肥降低了24.33%～36.28%，差異顯著。與對照不施肥相比，施肥增加了土壤有效磷含量，單施化肥增加了139.6%，差異顯著；單施紫云英增加14.40%，差異不顯著；紫云英配施不同化肥增幅102.5%～130.1%，差異顯著。與對照不施肥相比，單施化肥土壤速效鉀略有增加，單施紫云英和紫云英配施化肥土壤速效鉀含量均顯著降低，降幅5.26%～10.62%。

表2 長期施肥和種植紫云英對水稻平均產量和氮肥利用率的影響Table 2 Effects of long-term fertilization and planting and incorporation of Chinese milk vetch on average rice yield and nitrogen use efficiency

表3 長期施肥和種植紫云英對土壤養分的影響Table 3 Effects of long-term fertilization and planting and incorporation of Chinese milk vetch on soil nutrients

2.6 土壤活性有機碳氮與水稻產量、土壤養分的相關性

由表4可知，土壤WSOC、WSON、SMBC、SMBN與水稻平均產量呈顯著或極顯著正相關，與土壤SOC和TN呈極顯著正相關，與土壤NH4+-N呈顯著或極顯著正相關，與土壤NO3--N和土壤pH呈顯著或極顯著負相關。土壤WSON、SMBC、SMBN與土壤有效磷呈顯著正相關，土壤WSOC、WSON與土壤速效鉀呈極顯著和顯著負相關。土壤SOC和TN與土壤NH4+-N呈極顯著正相關，與土壤NO3--N和土壤pH呈極顯著負相關，與土壤有效磷、速效鉀和水稻產量無顯著相關性。綜上，相比于土壤SOC和TN，土壤WSOC、WSON、SMB、SMBN與水稻產量和土壤養分的相關性更密切。

由圖4可知，主成分分析產生兩個主成分，PCA1累積方差貢獻率為65.61%，PCA2累積方差貢獻率為23.07%，兩個成分累積方差貢獻率為88.68%。主成分分析結果顯示，土壤SMBC、SMBN、WSOC、WSON與土壤NH4+-N、有效磷和水稻產量呈正相關，它們與土壤NO3--N、速效鉀和pH呈負相關，這與相關性分析結果相互印證。不同處理間明顯分成四個區域，對照不施肥、單施化肥、紫云英配施化肥和單施紫云英，紫云英配施不同比例化肥間無法區分開。綜上，長期施肥和種植紫云英對土壤活性有機碳氮、水稻產量和土壤養分產生了不同的影響。

3 討 論

3.1 長期施肥和種植紫云英對稻田土壤有機碳和全氮積累的影響

圖4 土壤活性有機碳氮和水稻平均產量、土壤養分的主成分分析Fig 4 PCA（Principal component analysis）of active soil carbon and nitrogen，average rice yield and soil nutrients

本研究中對照長期不施肥土壤S O C增加7.56%；Yan等［25］研究表明25年不施肥稻田土壤SOC增加27.4%；黃威等［8］發現長期不施肥稻田土壤SOC并未降低，桃源和寧鄉試驗點分別增加18.1%和11.5%，桃江基本無變化，這些結果說明稻作有利于土壤SOC的保持和積累，可能是稻田長期淹水不利于有機碳礦化。關于化肥對土壤SOC影響的結論還不一致：廖敏等［26］研究發現單施化肥降低了土壤SOC含量，黃威等［8］及李文軍等［13］發現單施化肥能提高土壤SOC含量，本試驗結果表明單施化肥不利于土壤SOC的積累。化肥一方面增加了作物根茬歸還量，增加土壤有機碳的輸入；另一方面，化肥特別是氮肥加快了土壤原有有機碳的消耗，這種對有機碳輸入和消耗的雙向影響導致了不同的研究結果。本試驗中單施紫云英和紫云英配施化肥均顯著增加了土壤SOC含量，一方面，紫云英翻壓還田為土壤帶來大量新鮮的有機物增加了有機碳的輸入，遠大于作物根茬歸還的有機碳數量；另一方面，新鮮有機物的輸入增加了土壤微生物活性，促進新鮮有機物的固定，增加有機碳的積累。與土壤SOC不同，對照長期不施肥土壤TN降低，稻作能維持土壤有機碳的增加，但水稻從土壤中帶走的氮素只有通過外源氮的補充才能維持土壤氮素平衡。李文軍等［13］研究表明在氮肥投入量相等的情況下，有機無機配施較單施化肥更有利于土壤TN的增加，有機肥的比例越高效果越明顯。本文紫云英配施化肥及單施紫云英土壤TN均高于單施化肥，翻壓紫云英22 500 kg hm-2約提供78 kg hm-2N，單施紫云英處理氮的投入量遠小于100%F（225 kg hm-2N），這說明相比化肥氮，紫云英更有利于土壤TN的增加。

3.2 長期施肥和種植紫云英對土壤活性有機碳氮組分及分配比例的影響

土壤WSOC和WSON雖然占土壤有機碳氮的比例小，卻是土壤碳氮庫中最活躍的組分之一，易被微生物利用［27］。施用化肥對土壤WSOC和WSON的影響無統一結論：張英等［9］研究發現連續11年施用化肥降低了耕層土壤WSOC含量；黃威等［8］的結果證明長期施用化肥對耕層土壤WSOC和WSON的影響不大；李文軍等［13］研究發現長期施用化肥能明顯增加耕層土壤WSOC和WSON含量。本試驗中單施化肥對土壤WSOC的影響很小，但提高了土壤WSON含量。不同試驗結果不一致的原因可能是土壤有機碳、氮的初始值和礦化的平衡點不同，導致施用化肥對土壤WSOC和WSON產生不同的效應。秸稈［28］和有機肥［29］均可增加土壤WSOC和WSON含量，與秸稈和有機肥類似，紫云英本身及分解過程中產生大量水溶性有機碳氮，本試驗中單施紫云英和紫云英配施化肥均顯著增加了土壤WSOC和WSON的含量。

土壤SMBC和SMBN反映了土壤微生物的活動狀況，驅動著土壤中養分的礦化，對土壤管理措施響應敏感［30］。Liang等［31］研究表明長期施肥增加了耕層土壤SMBC和SMBN含量，玉米各個生育期均表現為有機肥配施化肥＞秸稈配施化肥＞單施化肥＞對照不施肥。Liu等［32］發現氮磷配施較單施氮肥增加土壤SMBC和SMBN的效果好，有機肥的效果更明顯，化肥有機肥配施的效果最好。高嵩涓等［33］研究發現長期冬種綠肥可以提高土壤SMBC和SMBN含量，相比其他綠肥，紫云英的效果最好。本研究中單施紫云英較單施化肥增加土壤SMBC和SMBN的效果好，紫云英配施化肥效果最好，這與前人研究相吻合。

土壤活性有機碳氮占土壤有機碳和全氮的比例更能反映土壤活性有機碳氮對施肥響應的敏感程度。黃威等［8］和駱坤等［12］的研究表明，相對于單施化肥，有機肥配施化肥能提高土壤活性有機碳氮占土壤有機碳和全氮的比例。本研究中單施紫云英和紫云英配施化肥較單施化肥更有利于提高土壤活性有機碳氮占土壤有機碳和全氮的比例。可能是紫云英翻壓后在微生物的作用下大部分有機物分解成溶解態，部分被微生物固定，只剩下很少一部分難降解的穩定態，紫云英對土壤有機碳氮活性組分的貢獻大于對難降解組分的貢獻。

3.3 長期種植紫云英對稻田土壤生產力的影響及其減氮潛力

本試驗紫云英翻壓量22 500 kg hm-2，化肥減施20%～40%，水稻仍能保持增產。隨著化肥減施量增加，氮肥的農學效率和偏生產力也急劇增加，雖然G+40%F的氮肥農學效率和偏生產力遠高于G+80%F時，但水稻產量降低了5.67%。化肥減施后土壤NH4+-N含量仍高于單施化肥，相關性分析表明土壤NH4+-N含量與水稻產量關系最為密切，這就解釋了化肥減施后水稻仍能保持增產的根本原因。此外，種植翻壓紫云英能夠改善土壤物理、化學和生物學性狀［16-18］，有利于提高肥料利用率及土壤養分的運移，從而有利于獲得更高的水稻產量。化肥減施后土壤有效磷和速效鉀明顯下降，為了維持土壤磷鉀平衡，磷鉀肥不建議減施。從提高水稻產量、氮肥農學效率和氮肥偏生產力以及維持稻田土壤生產力等方面綜合考慮，紫云英翻壓量22 500 kg hm-2氮肥減施20%，即氮肥施用量為180 kg hm-2時最優，可節約氮肥45 kg hm-2。實際生產中，信陽地區紫云英鮮草量能達到30 000 kg hm-2左右，隨紫云英翻壓量增加可節約氮肥量增加。下一步需深入開展不同紫云英翻壓量條件下適宜氮肥用量的研究，探究在不減少磷鉀肥投入的情況下，紫云英能夠完全替代氮肥時的適宜翻壓量，充分挖掘種植紫云英的減氮潛力，實現減氮高效的農業清潔生產模式。

4 結 論

單施化肥對土壤WSOC的影響很小，增加了土壤WSON、SMBC和SMBN含量及土壤活性有機碳氮占土壤碳氮庫的比例。單施紫云英和紫云英配施化肥更有利于提高土壤活性有機碳氮及其占土壤碳氮庫的比例。土壤活性有機碳氮與水稻產量、土壤養分多呈顯著或極顯著相關，具有一定的生產力意義。施肥增加了水稻產量，G+80% F最高（10 026 kg hm-2），化肥減施20%～40%時水稻不減產，同時氮肥農學效率和氮肥偏生產力提高，土壤SOC、TN和NH4+-N含量增加，土壤有效磷和速效鉀含量降低。綜合考慮水稻產量、氮肥利用率和土壤生產力，紫云英翻壓22 500 kg hm-2時，磷鉀肥常規用量，氮肥減施20%最優。

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Effects of Planting and Incorporation of Chinese Milk Vetch Coupled with Application of Chemical Fertilizer on Active Organic Carbon and Nitrogen in Paddy Soil

LIU Chunzeng1CHANG Danna1，2?LI Benyin1CAO Weidong3?Lü Yuhu4PAN Ziliang4
（1 Institute of Plant Nutrition，Agricultural Resources and Environment Sciences，Henan Academy of Agricultural Sciences，
Zhengzhou 450002，China）
（2 College of Resources and Environmental Science，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430072，China）
（3 Institute of Agricultural Resources and Regional Planning，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China）
（4 Institute of Plant Nutrition，Agricultural Resources and Environment Sciences，Xinyang Academy of Agricultural Sciences，Xinyang，Henan 464000，China）

【Objective】Being the most active part of soil organic carbon and nitrogen，soil active organic carbon and nitrogen play important roles in soil carbon and nitrogen cycles and are very sensitive to fertilization. The practice of planting and incorporating Chinese milk vetch coupled with application of chemical fertilizer has been proved to be an effective way to improve rice yield and soil fertility. Here in this paper，effects of this practice on soil active carbon and nitrogen，rice yield，nitrogen use efficiency and soil fertility，as well as relationships of soil active carbon and nitrogen with rice yield and soil nutrients were studied，to explore significance of soil active organic carbon and nitrogen to soil fertility and productivity and provide a scientific basis for using this practice to increase crop yield and soil fertility.【Method】Based on an 8-year field experiment on planting and incorporation of Chinese milk vetch coupled with application of chemical fertilizer in Xin Yang，Henan province，topsoil samples（0～20 cm）were collected after rice was harvested for analysis of variation of soil active carbon and nitrogen，and soil nutrients and further of their relationships with rice yield and soil nutrients. The experiment was designed to have seven treatments，i.e. CK（no fertilizer），Treatment G（planting and incorporation of Chinese milk vetch），Treatment 100%F （conventional chemical fertilizer N，P，K at 225 kg hm-2，135 kg hm-2and 135 kg hm-2，respectively），Treatment G +100%F（Chinese milk vetch combined with 100% conventional chemical fertilizer），Treatment G +80%F，Treatment G +60%F and Treatment G +40%F.【Result】The results showed that compared with CK，Treatment 100%F had little effect on soil water soluble organic carbon（WSOC），but it increased soil water soluble organic nitrogen（WSON），soil microbial biomass carbon（SMBC）and soil microbial biomass nitrogen（SMBN）by 20.61%，10.49% and 2.70%，respectively. Treatment G increased WSOC，WSON，SMBC and SMBN by 25.52%，36.30%，19.16% and 9.36%，respectively. And the treatments of G+F of whatever rate increased WSOC，WSON，SMBC and SMBN by an extent varying in the range of 12.99%～22.80%，26.66%～56.61%，19.01%～29.56% and 12.80%～26.25%，separately. Fertilization increased the proportion of soil active organic carbon and nitrogen，separately，in soil organic carbon and total nitrogen，however，the effects of Treatment G and Treatment G+F are obviously higher than those of Treatment 100%F. Soil active carbon and nitrogen is positively related to rice yield，SOC，TN and Ammonium nitrogen at significant or extremely significant levels，but negatively to nitrate nitrogen and available potassium. Fertilization increased rice yield and the effect was the most significant in Treatment G+80%F（10 026 kg hm-2in yield）. Compared with Treatment 100%F，Treatment G +80%F，Treatment G +60%F and Treatment G +40%F saved the use of chemical fertilizer by 20%～40% without affecting crop yield，while increasing nitrogen agronomic efficiency and nitrogen partial factor productivity by 11.64%～149.65% and 2.66%～149.92%，separately and the contents of SOC，TN and ammonium nitrogen，too，but did decrease the contents of available phosphorus and available potassium.【Conclusion】Compared with application of chemical fertilizer，planting and incorporation of Chinese milk vetch coupled with application chemical fertilizer were more conducive to building up soil active carbon and nitrogen. By taking into full account crop yield，nitrogen fertilizer utilization efficiency，and soil fertility，the practice of incorporating 22 500 kg hm-2of Chinese milk vetch，keeping the normal P and K applications and reducing N application rate by 20% was thought to be the optimal one.

Chinese milk vetch；Soil active organic carbon and nitrogen；Rice yield；Nitrogen use efficiency；Soil nutrients

S142+.1

A

（責任編輯：陳榮府）

* 河南省省院科技合作項目（132106000052）和公益性行業（農業）科研專項（201103005）共同資助 Supported by the Project of Provincial Academy of Science and Technology Cooperation of Henan Province of China（No. 132106000052）and Special Fund for Agroscientific Research in the Public Interest（No. 201103005）

? 通訊作者 Corresponding author，E-mail：caoweidong@caas.cn；chang1988917@126.com

劉春增（1967—），男，河南平頂山人，研究員，主要從事綠肥利用評價與循環農業研究。 E-mail：liucz321@ aliyun.com

2016-07-05 ；

2016-10-08；優先數字出版日期（www.cnki.net）：2016-11-14

10.11766/trxb201607050273