稻茬種植多花黑麥草對水稻土土壤肥力的影響

喬偉艷+顧洪如+沈益新

摘要：為了探索多花黑麥草（Lolium multiflorum）—水稻（Oryza sativa）輪作技術在南方農區的應用，對多花黑麥草—水稻輪作種植下土壤肥力的變化進行了研究，研究結果表明：2年輪作種植周期完成后，多花黑麥草—水稻輪作中土壤有機質含量分別增加了 5.31%和9.81%、全氮含量分別增加了 4.83%和7.5%、全磷含量分別增加 1385%和18.94%，全鉀含量分別增加16.96%和21.3%。在南方農區水稻水稻收獲后種植多花黑麥草不僅能為農區養殖業提供大量飼草，還能改善土壤肥力，增加土壤養分，為后作水稻生長發育提供良好的土壤條件。

關鍵詞：多花黑麥草；水稻；土壤肥力

中圖分類號： S158；S511.06 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）18-0060-04

收稿日期：2016-05-04

基金項目：國家牧草產業技術體系項目（編號：CARS-35-31）；國家科技支撐計劃（編號：2011BAD17B02-04）。

作者簡介：喬偉艷（1989—），女，碩士，研究方向為飼草調制與加工。E-mail：284202728@qq.com。

通信作者：顧洪如，研究員，研究方向為牧草與草食動物。E-mail：guhongrujs@163.com。 土壤是一個復雜的生命體，不同作物的耕作方式對土壤生態環境影響不同，土壤物理性狀和礦質元素、水分的吸收受作物根系的影響不同。輪作種植是一種既能夠充分利用農田土地，還能消除一定的農田連作障礙的耕作技術。在我國南方，輪作主要是在水稻為基礎上結合其他作物的耕作方式，主要類型包括水稻—小麥、水稻—油菜、水稻—綠肥等，不同的輪作模式對水稻土的微生態環境都有不同程度的影響。在稻草輪作種植下，土壤的物理化學性狀不同作物2季輪作下相互作用相互影響存在明顯差異[1-3]，并且系統中土壤的干濕2季交替作用能夠一定程度上抑制雜草的孳生[4]，減少作物病蟲害的發生[5]。

南方農區冬閑田的閑置是目前我國亟待解決的問題。目前，多花黑麥草—水稻輪作的這種水旱輪作方式在我國廣東、云南等地方已有了一定的應用，這種輪作種植方式既能夠為草食家畜提供飼料，還能改善稻田土壤狀況，并且已經被研究出適宜當地土壤條件的種植方式，本試驗通過在江蘇地區研究多花黑麥草—水稻輪作種植技術下土壤肥力的變化，以期為這種水旱輪作技術能解決我國南方農區冬閑田問題提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗土壤 試驗于2014年和2015年在南京江蘇省農業科學院畜牧研究所試驗基地溫室內（32°03′N、118°46′E）進行。試驗基地位于長江中下游地區，土壤類型為丘陵馬肝土，初始土壤理化性質：pH值6.37，容重1.31 g/cm3，有機質、腐殖酸、全磷、全氮、全鉀含量分別為22.6、2.60、1.32、145、5.95 g/kg。該地區屬于亞熱帶季風氣候，溫室棚內年平均氣溫為21.6 ℃，試驗期間2年內月平均氣溫見圖1，試驗土壤前茬作物為水稻。

1.1.2 試驗材料 多花黑麥草品種為勁杰，播種量為 1.5 g/m2，小麥品種為揚麥，播種量為4.0～6.0 g/m2，水稻品種為南粳9108，播種量為4.5～6.0 g/m2，播種后覆土2 mm。

1.1.3 試驗設計 試驗采用單因素隨機區組設計，設多花黑麥草—水稻輪作種植和小麥—水稻輪作種植處理區以及冬閑—水稻連作種植作為對照區，試驗分別于2013年12月30日和2014年12月10日在中轉箱中覆土進行播種多花黑麥草和小麥，點播，采取隨機區組設計。播前對前茬為水稻的田進行翻耕、耙細整平后，稱取相同質量的冬閑稻田土壤放入中轉箱，每箱中土壤30 kg。每個處理設置3個重復，每個中轉箱的面積為 42 cm×32 cm，每個處理設3個重復，在多花黑麥草和小麥收獲后，種植水稻，點播，直至水稻收獲，完成輪作種植試驗。在同一生境條件下，做好田間管理工作。

1.2 試驗方法

1.2.1 測定項目 試驗于2013年12月26日和2014年12月15日播種前即初始時期進行第1次土壤樣品的采集，分別于2014年5月6日和2015年5月19日，多花黑麥草和小麥收獲后（即黑麥草收獲期）進行第2次采樣，于2014年10月22日和2015年11月3日，對水稻進行收獲后（即水稻收獲期），此時進行第3次土樣的采集，取樣后將樣品進行風干處理，用于土壤肥力的測定。

1.2.2 測定方法 土壤容重測定采用環刀法；土壤pH值的測定采用電位測定法，根據南方土壤的特性，水土比采用 2.5 ∶ 1 進行pH值的檢測[6]。土壤腐殖酸采用焦磷酸鈉-氫氧化鈉浸提液提取腐殖質，測定采用重鉻酸鉀氧化外加熱法[7]；土樣有機質采用重鉻酸鉀容量法測定，利用可控溫消解爐加熱樣品反應液進行土壤有機質測定，設置消解爐溫度230 ℃，反應液微沸5 min，結束后溶液無需轉移，直接滴定[8]。采用凱氏定氮法測定土壤中全氮含量[7]；采用NaOH熔融-火焰光度計法測定土壤全鉀含量[7]；全磷的測定方法采用HClO4-H2SO4消煮法來分解土壤中的含磷化合物[7]。

1.3 數據分析

利用Microsoft Excel 2013進行基礎數據的處理，采用SAS 9.1統計軟件進行方差分析，分別對同一處理不同取樣時間和不同處理同一取樣時間進行單因素方差分析，并用SATA模塊中的ANOVA程序對年份、處理、取樣時間及其互作進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理下土壤物理性狀及pH值的變化

試驗期間不同處理下土壤容重、田間持水量以及土壤pH值的差異變化見表1。

2年試驗中，多花黑麥草—水稻與小麥—水稻處理區輪作種植完成后，土壤的田間持水量較冬閑—水稻對照區均有增加，在多花黑麥草—水稻輪作周期結束后，其增加幅度要低于小麥—水稻輪作，并且在其不同取樣時期，土壤田間持水量的變化均表現為上升趨勢，而冬閑—水稻對照區田間持水量則呈先升后降趨勢。多花黑麥草收獲后，不同處理之間田間持水量增加情況表現為：小麥—水稻處理區>冬閑—水稻對照區>多花黑麥草—水稻處理區；水稻收獲后，處理間土壤田間持水量差異表現為：小麥—水稻處理區>多花黑麥草—水稻處理區>冬閑—水稻對照區。土壤田間持水量在同一處理不同取樣時期差異顯著（P<0.05），同一取樣時間不同處理之間差異極顯著（P0.05）。endprint

作物根系對土壤容重的影響表現為通過根系的作用，使土壤的孔隙度增大，緊實度降低，從而使容重下降。試驗中，土壤初始時的容重均為1.31 g/cm3。2年試驗中，土壤容重在多花黑麥草—水稻和小麥—水稻處理區中容重均表現為先下降后上升趨勢，對照區則表現為緩慢下降趨勢，多花黑麥草—水稻處理區、小麥—水稻處理區和冬閑—水稻對照區的土壤容重在第一年多花黑麥草收獲后，較初始時水稻冬閑田容重分別下降了2.29%、3.05%和4.58%（P<0.05），下降的原因可能由田間管理措施和作物根系引起的；水稻收獲后，其土壤容重在輪作處理區上升，對照區則繼續下降，較初始時的土壤容重，多花黑麥草—水稻和小麥—水稻處理區分別增加了5.34%和15.27%，小麥—水稻處理區土壤容重迅速增加（P005）。

不同處理下土壤pH值的變化有顯著的作用。不同取樣時期，多花黑麥草—水稻和小麥—水稻處理區的土壤pH值分別呈現出先降后升和緩慢上升的相反趨勢。與初始時土壤pH值相比，2年試驗中土壤pH值，在多花黑麥草收獲后，多花黑麥草—水稻處理區分別下降至6.05和6.13，下降幅度為5.03%和7.68%，在小麥—水稻處理區分別上升了2.20%和1.85%，水稻收獲后，處理區均開始上升，且土壤pH值之間存在極顯著差異（P<0.01）；而冬閑—水稻對照區中，不同取樣時期的土壤pH值在第1年中呈現緩慢上升和第2年緩慢下降的相反趨勢，水稻收獲后，土壤pH值在第1年上升了12.24%，第2年則下降了2.07%。方差分析表明，年份、取樣時期及不同處理對土壤pH值互作效應明顯（P<0.05）。綜合以上分析表明，不同的種植模式對土壤物理性狀差異不明顯，對土壤pH值有較大影響，綜合來看，輪作模式對土壤的影響高于連作模式。

2.2 不同處理下土壤養分及土壤有機質、腐殖酸的變化

不同處理對土壤養分、有機質及腐殖酸的影響變化如表2所示。

通過測定不同種植模式下土壤養分含量的變化可以看出，處理區中土壤全氮、全磷和全鉀含量均高于對照區，其變化情況表現為多花黑麥草—水稻處理區>小麥—水稻處理區>冬閑—水稻對照區。各模式完成1個種植周期后，不同時期的土壤全氮含量在多花黑麥草—水稻處理區中表現為先增加后減少；在小麥—水稻處理區和冬閑—水稻對照區中則為先減少后增加（P<0.01）。不同時期土壤的全磷含量在多花黑麥草—水稻處理區中呈上升趨勢；在小麥—水稻處理區中表現為下降趨勢；在冬閑對照區中則為先降后升趨勢（P<0.001）。不同時期土壤全鉀含量在多花黑麥草—水稻處理區中表現為上升趨勢；在小麥—水稻處理區和冬閑—水稻對照區表現為先升后降趨勢，但是在水稻收獲后其含量依然高于初始時期的土壤（P<0.01）。易杰祥等在研究中指出，土壤酸化能引起土壤環境鹽基離子淋失的不良影響，淹水條件下的土壤對碳酸鹽有較大的緩沖能力導致土壤pH值都傾向于向中性移動，因此多花黑麥草種植下土壤中養分元素含量變化明顯[9]。以上分析表明，不同種植模式下土壤養分含量的變化明顯（P<0.01），與小麥—水稻種植模式和冬閑—水稻種植模式相比，多花黑麥草—水稻種植模式對農田土壤養分含量的影響更明顯。

不同模式種植完成后，土壤腐殖酸含量在多花黑麥草—水稻處理區中增加，在小麥—水稻處理區和冬閑—水稻對照區中減少（P<0.001）。多花黑麥草收獲和小麥后，多花黑麥草—水稻處理區中土壤腐殖酸含量在2年期間分別增加了13.76%和28.65%；小麥—水稻處理區中分別下降了1846%和3.49%；冬閑—水稻對照區則在第一年下降了20%，第2年增加了5.1%（P<0.05）；水稻收獲后，多花黑麥草—水稻處理區中土壤腐殖酸含量降低，小麥—水稻處理區和冬閑—水稻對照區土壤腐殖酸含量則繼續下降（P<001）。

種植周期試驗完成后，多花黑麥草—水稻處理區中，不同時期的土壤有機質含量呈先升后降趨勢，小麥—水稻處理區和冬閑—水稻對照區在第一年均呈下降趨勢， 第二年表現為上升趨勢（P<0.01）。多花黑麥草和小麥收獲后，多花黑麥草—水稻處理區土壤有機質含量在2年試驗中分別增加了8.5%、14.01%，到水稻收獲后，土壤有機質含量緩慢下降（P<0.001）；小麥—水稻處理區中土壤有機質含量緩慢下降，至水稻收獲后下降了6.86%（P<0.01），在第2年試驗期間其有機質含量差異不明顯。綜合表明，不同的種植模式下，多花黑麥草—水稻處理區中腐殖酸和有機質含量變化明顯，可能是由于其土壤中活躍的原生動物和微生物的分解代謝作用影響。

3 討論

目前，在我國南方農區，不同作物與水稻的輪作是緩解土壤生態環境壓力的一種重要的耕作技術，這種種植技術能夠顯著改變農田土壤的物理、化學以及土壤肥力性狀。研究發現，稻田年內水旱輪作能使土壤有機質、全N、全P含量增加，并可以明顯增加速效N、P、K養分的含量[11-12]；并且稻草輪作下土壤的理化性狀的變化顯著，不僅可以降低土壤的抗壓強度，還能夠增加土壤孔隙度、促進土粒的聚合[13]。王子芳等在稻田長期水旱輪作對土壤肥力的影響研究中發現，輪作有利于土壤水穩團聚體的形成，其中

多花黑麥草的根系發達，具有極強的須根，在土壤的表層10 cm左右，其數量就可以達到597～ 1 148 g/m2[15]，甚至能夠將根際周圍的土壤全部覆蓋，根系作用非常明顯。土壤pH值和腐殖酸含量的變化是由作物的根系作用和作物殘茬在土壤中的分解作用來增加土壤中有機質和腐殖質，并通過有機物質分解產生的有機酸和腐殖質分解的腐殖酸含量變化來影響土壤pH值[10]。在本試驗中可以明顯發現，多花黑麥草和小麥種植后均能降低土壤的pH值，增加土壤腐殖酸含量，但是多花黑麥草種植區中土壤pH值明顯低于小麥種植區，這可能與多花黑麥草的根系作用有關。

本試驗研究中，發現種植試驗周期完成后，輪作種植對土壤的物理性狀影響明顯，由于作物根系的不同，影響程度不同，但均能適當增加土壤孔隙度，即容重值略有下降。本試驗中，多花黑麥草—水稻處理區和小麥—水稻處理區中土壤有機質和土壤養分含量較冬閑—水稻對照區均有所上升，但多花黑麥草—水稻處理區中增幅較高，這是由于多花黑麥草—水稻處理區土壤中多花黑麥草的殘茬腐爛分解和土壤微生物的代謝作用，從而使土壤中有機質、全磷、全鉀含量在水稻收獲后明顯增加[16-17]。冬閑—水稻對照區和小麥—水稻處理區中土壤全氮含量在水稻收獲后均有上升，但在多花黑麥草-水稻處理區中則下降，其原因可能是由于微生物氮比植物殘體中的氮周轉率快，通過微生物生物量庫的氮素，其年通量比其他庫的通量要大得多[18]導致。綜合分析表明，多花黑麥草—水稻處理下土壤肥力的變化情況明顯。endprint

4 結論

不同的耕作方式可顯著改變土壤物理、化學性質[19-21]，使土壤異質性降低，水分及C、N、P等營養元素的含量、使土壤結構等發生改變。經過研究在稻茬冬閑田土壤不同耕作模式種植下土壤物理化學性狀的變化，發現輪作種植下土壤狀況良好，并能提高土壤的肥力，更有利于改善土壤的生態環境。通過在稻田茬后分別進行多花黑麥草—水稻輪作和小麥—水稻輪作的種植試驗，發現多花黑麥草龐大的根系能夠改善土壤的物理結構，使土壤的通透性增加，且多花黑麥草收獲后，收獲后留在土壤中的殘茬腐爛分解對土壤的pH值有明顯的影響，還能增加土壤中有機質、氮、磷、鉀等養分的含量，從而提高土壤的肥力。綜合對土壤肥力變化的分析表明，在我南方農區實施多花黑麥草—水稻輪作技術，不僅能夠增加草食家畜的綠肥飼料，還能顯著改善水稻連作帶來的危害，增加土壤肥力，為后作水稻的種植提供良好的土壤條件。

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