綠肥對稻田土壤改良試驗研究

趙 秋，寧曉光，張新建，周麗平

（天津市農業科學院，天津 300192）

綠肥，是純天然、安全有機肥類，可以通過種植生長達到生物改善耕地的效果，也是培養地力的重要物質基礎，發展綠肥是多、快、好、省地解決養地用地和有機肥源的良好途徑。綠肥還是清潔的有機肥源，能有效提高土壤肥力、改善土壤環境質量、防止水土流失、改善生態環境。小站稻是天津獨有的稻米品牌，有百余年的種植歷史，但目前小站稻面積逐年減少，品質有待改善。影響小站稻品質有諸多原因，一是在水稻種植過程中，基本為連片大規模連年單一種植，生物多樣性大大降低，由傳粉蝴蝶、蜜蜂、食谷鳥、嚙齒動物、植物、動物寄生蟲等構成相互作用的生態網絡大大簡化，導致病蟲害頻發。二是土壤質量變差，長期以來普遍重視稻米產量，忽視了對土壤生產能力保持，不少地區對稻田基本上是掠奪式經營，重用輕養，耕地負荷過重，地力衰退，肥力下降，導致稻米品質降低。尤其是近些年來，化肥和農藥使用過量或不規范，土壤質量急劇惡化。本試驗是在多年種植水稻的土壤上種植田菁、印尼綠豆、毛葉苕子和箭筈豌豆4種綠肥作物，以驗證綠肥對稻田土壤的改良效果。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試綠肥作物4種：（1）田菁，田菁6號，為山東生產；（2）印尼綠豆，為浙江生產；（3）毛葉苕子，魯苕1號；（4）箭筈豌豆，為普通栽培品種；均購自北京綠合種業有限公司。

1.2 試驗設計

試驗設5個處理：分別為對照、田菁、印尼綠豆、毛葉苕子、箭筈豌豆，每個處理3次重復，小區面積667 m2，隨機排列。

1.3 試驗地概況

試驗在天津市武清區現代農業科技創新基地進行（北緯39°21′、東經117°10′、海拔3.6 m）。該地區屬于暖溫帶半濕潤大陸季風氣候，年均降水量586.1 mm，年平均氣溫11.6 ℃，全年日照總量2 810 h，無霜期203 d。試驗地土壤為潮土，基礎土壤理化指標為有機質18.47 g·kg-1，堿解氮56.78 mg·kg-1，有效磷31.05 mg·kg-1，速效鉀241.5 mg·kg-1，pH值8.50。上茬作物為水稻。

試驗于2018年5月24日播種，播種量均為5.0 kg·667 m-2，對照不種植，空閑，生長期間無灌水、除草等農事操作。9月20日采集地上部植株體，進行生物量及養分含量測試，剩余部分粉碎翻壓到0～20 cm土壤中，翌年3月采集土壤樣品，測試土壤物理與化學性狀指標。

1.4 調查與測定項目

選取1 m2，采集植株地上的整段標本鮮樣在105 ℃下殺青，70 ℃烘干稱重，計算生物產量。常規方法測量土壤物理和化學指標。

2 結果與分析

2.1 綠肥地上部生物產量

試驗結果如表1所示，4種綠肥作物長勢較好，生物產量均在4 000 kg·hm-2以上，顯著高于對照，超過了綠肥標準生物產量3 000 kg·hm-2。4種綠肥作物生物產量從高到低排序為田菁＞印尼綠豆＞箭筈豌豆＞毛葉苕子＞對照，田菁生物產量最高，達到了6 800 kg·hm-2。綠肥作物生物產量與對照相比增量在104.0%～241.6%。

表1 不同綠肥生物產量 （kg·hm-2）

2.2 翻壓綠肥對土壤理化性狀的影響

翻壓稻田綠肥可以使土壤團粒明顯增加，結構改善，土壤容重變小，孔隙度增大，田間持水量和排水能力也明顯增強。由表2可以看出，與對照相比，稻田春季種植綠肥并翻壓，土壤水穩性團粒總量增加38.20%～82.47%，容重顯著降低5.37%～10.74%，通氣性增加14.01%～29.39%，最大持水量增加3.76%～10.12%，非毛管空隙增加11.76%～25.88%。從土壤物理性質指標來看，改良效果最好的綠肥作物為田菁。

表2 翻壓綠肥對稻田土壤物理性質的影響

稻田翻壓綠肥不僅可以為后茬作物提供充足的營養，而且為土壤提供較多的有機質和肥分，提高了土壤肥力。土壤化學性質有較大提升。由表3可以看出，與對照相比，稻田春季種植綠肥并翻壓，土壤有機質增加1.14%～4.07%，pH值顯著降低2.81%～3.63%，土壤堿解氮含量增加40.87%～66.02%，土壤有效磷含量增加31.46%～45.19%，速效鉀含量增加13.43%～38.93%。從土壤化學性質綜合指標看，改良效果最好的綠肥為田菁。

表3 翻壓綠肥對稻田土壤化學性質影響

2.3 翻壓綠肥對土壤抑鹽效果

稻田土壤種植綠肥可明顯降低耕層土壤鹽分含量，起到改良土壤的作用。這主要是由于綠肥生長期間根系穿插作用，地上部枝葉繁茂，覆蓋土壤，使地表蒸發顯著降低，綠肥葉面積加大，蒸騰作用強烈，使土壤水分通過蒸騰排除，從而降低了土壤水分，減輕返鹽，而且通過種植并翻壓綠肥，土壤物理性狀有所改善，也有利于土壤鹽分向下淋洗。從表4可以看出，與對照相比，種植綠肥處理土壤滲透性增加幅度為0.02～0.07 mm·d-1，地表蒸發量降低幅度為1.63～3.60 mm·d-1；0～10 cm土壤水分下降4.25%～14.47%，10～20 cm土壤水分下降2.60%～6.09%，20～30 cm土壤水分下降7.28%～12.20%；0～10 cm土壤全鹽含量降低9.76%～24.39%，10～20 cm土壤全鹽含量降低8.69%～23.91%，20～30 cm土壤全鹽含量降低16.36%～29.09%。

表4 翻壓綠肥對土壤滲透量、地表蒸發量及土壤鹽分影響

3 結論與討論

綠肥作物種類較多，圍繞天津地區小站稻種植區域、種植制度及土壤特點來選擇適宜的綠肥作物以改良土壤，需要考慮種植時間、翻壓時間、作物種類、生物量及對土壤改良效果等。綠肥作物的重要評價指標之一是翻壓時的生物產量，一般當地適宜作綠肥作物的標準以生物產量（干物質）超過3 000 kg·hm-2作為目標。本研究選擇的4種典型綠肥作物田菁、印尼綠豆、毛葉苕子和箭筈豌豆，結果顯示翻壓前生物產量均超過4 000 kg·hm-2，遠高于綠肥標準。

試驗顯示，4種作物對稻田土壤改良效果較好，與對照相比，稻田種植綠肥并翻壓，土壤水穩性團粒總量增加38.20%～82.47%，容重降低5.37%～10.74%，通氣性增加14.01%～29.39%，最大持水量增加3.76%～10.12%；土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別比對照增加1.14%～4.07%，40.87%～66.02%，31.46%～45.19%和13.43%～38.93%；0～30 cm土壤水溶鹽含量比對照降低8.69%～29.09%。稻田綠肥對土壤培肥效果較好，這與前人研究較為一致。南方紫云英綠肥聯合早稻草全部還田和晚稻留高茬還田措施可提高土壤有機質含量，穩定土壤氮素供應的長期效果顯著，是紅壤地區水稻高產穩產和可持續發展相對較好的耕作制度，能夠有效促進水稻增產，改善土壤理化性質，穩定氮素供應。田菁是改良鹽堿土壤的最佳綠肥作物，在前人研究報道中也多有體現。田菁總生物量及植株體碳氮含量較高，田菁翻壓還田后土壤有機碳、全氮及固定態銨含量明顯提升，分別為6.44 g·kg-1，0.62 g·kg-1和40.1 mg·kg-1，土壤活性有機碳、硝態氮、銨態氮、微生物生物量碳氮（MBC、MBN）含量及碳庫管理指數（CPMI）均以田菁翻壓還田效果最優。本試驗結果也顯示，田菁在生物產量和綠肥翻壓對土壤改良的效果較好，可以在天津稻區種植。