紫云英壓青結合稻秸還田對水稻的節肥增效作用

關鍵詞： 紫云英； 稻秸； 聯合還田； 產量； 養分利用率

稻田長期施用化肥可能帶來肥料利用效率低、土壤養分失衡、生產力下降等問題[1]。充分利用豆科綠肥和水稻秸稈等綠色清潔有機肥源是實現培肥地力，減少部分化肥用量的重要技術措施[2?3]，也是作物高產穩產和維持良好稻田生態環境的有效途徑[4?6]。許多研究也已證明，豆科綠肥可通過生物固氮向農田輸入大量氮素，稻秸富含鉀素，聯合綠肥翻壓和秸稈還田能夠同步實現培肥土壤[7?8]、化肥減量[9]和作物增產[10?11]等目的，還可發揮豆科和非豆科作物間養分互補效應，提高其在土壤中的礦化效率，避免單一秸稈還田的局限性[11]。例如稻秸中豐富的鉀素可以緩解冬種紫云英土壤鉀的下降，紫云英根瘤固氮可以緩解稻秸腐解引發的作物生長前期氮素供應的不足[12]。圍繞綠肥替代化肥、綠肥?秸稈聯合還田開展的多年多點聯合研究數據表明，綠肥與稻秸聯合還田對水稻產量、肥料利用率、土壤培肥效果顯著好于秸稈單一還田[10， 13?14]，稻谷增產9.2%[14]，土壤有機質提高1.4%，全氮提高1.5%，速效磷提高3.0%，速效鉀提高2.5%[15]。紫云英?稻秸聯合還田還解決了稻秸資源化利用的難題。由于我國稻田區土壤和氣候類型眾多，紫云英?稻秸聯合還田的效果差異很大。我們在灰（黃） 泥田土壤發育的水稻土上開展田間試驗，旨在明確該土壤、氣候條件下，紫云英壓青結合稻秸還田的節肥增效作用，為福建稻區紫云英與稻秸資源的綜合利用和稻田綠色生產提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

2019 年分別在福建沙縣、順昌縣和浦城縣福建水稻主產區開展種植翻壓紫云英、紫云英與稻秸聯合還田后水稻減施20% 化肥的田間效果試驗。供試土壤基本性狀見表1。

在沙縣種植再生稻，在順昌縣和浦城縣種植單季稻。

1.2 試驗設計

試驗設置5 個處理：1） CK，不施肥對照，即無稻秸還田， 無種植翻壓綠肥； 2 ） 1 0 0 % C F， 即100% 常規量化肥，無稻秸還田，無種植翻壓綠肥 ；3） 80%CF，即80% 常規量化肥，無稻秸還田，無種植翻壓綠肥；4） CMV+80%CF，即種植翻壓紫云英，80% 常規量化肥，無稻秸還田；5） RS+CMV+80%CF，即稻秸還田，種植翻壓紫云英，80% 常規量化肥。每個處理3 個重復，隨機區組排列，小區面積15 m2 （5 m×3 m）。紫云英播種量22.5 kg/hm2，翌年盛花期地上部鮮草翻壓量22.5 t/hm2，鮮草含N4.0 g/kg、P 0.38 g/kg、K 2.38 g/kg。稻秸還田處理在水稻收割時留高茬，其余鮮稈切碎全量還田，或全部鮮稈直接切碎還田（干物質量約4.5 t/hm2）。無稻秸還田處理稻秸移出田外。供試化肥為尿素、過磷酸鈣、氯化鉀。常規量化肥處理在沙縣、順昌縣的養分施用量分別為N 135 kg/hm2、P2O5 54 kg/hm2、K2O94 kg/hm2，在浦城為N 165 kg/hm2、P2O5 66 kg/hm2、K2O 116 kg/hm2。各處理磷肥全部作基施，氮、鉀肥60% 基施，40% 用于分蘗肥追施。

1.3 樣品采集及指標測定

1.3.1 樣品采集 于水稻成熟期，各小區按實際面積測定稻谷和秸稈產量，并采集植株樣品測定養分含量。在水稻移栽前采集土壤樣品，室內自然風干、磨細、過篩后，用于測定土壤養分含量。

1.3.2 指標測定 采用電位法測定土壤pH （土水質量比為1∶5）；采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法測定有機質含量；采用堿解擴散法測定堿解氮含量；采用鹽酸?氟化銨浸提，鉬銻抗比色法測定有效磷含量；采用乙酸氫鈉浸提，火焰光度計法測定速效鉀含量[16]。

植株樣品經H2SO4–H2O2 消煮后，分別采用凱氏定氮法、釩鉬黃比色法和火焰光度計法測定植株氮、磷、鉀含量[17]。

1.4 計算公式

植株地上部養分吸收量 （NU，kg/hm2） =（秸稈產量×秸稈養分含量+籽粒產量×籽粒養分含量）/1000；

養分回收率（NRR，%）=（施肥區植株地上部養分吸收量?無肥區植株地上部養分吸收量） /施肥量×100[18]；

養分對產量貢獻率（CR，%）=（施肥區水稻產量?無肥區水稻產量）/施肥區水稻產量；

氮肥農學利用率（NAE，kg/kg）=（施肥區產量?無肥區產量）/施氮量[18]；

氮肥偏生產力（PFPN，kg/kg）=籽粒產量/施氮量；

變異系數（coefficient of variation，CV）=標準差/水稻平均產量；

產量可持續性指數 （yield sustainability index，SYI） =（水稻平均產量?標準差）/水稻最高產量。

1.5 數據處理

采用SPSS 19.0 軟件進行統計分析，采用Origin2019 進行圖形制作。

2 結果與分析

2.1 不同處理對稻谷及稻秸產量的影響

由表2 可知，3 個試驗點80%CF 處理的稻谷產量較100%CF 處理沒有顯著降低，CMV+80%CF、RS+CMV+80%CF 處理的稻谷產量較100%CF 處理增產未達到顯著水平，但RS+CMV+80%CF 處理在沙縣和順昌縣2 個試驗點的稻谷產量以及3 個點的平均稻谷產量均顯著高于80%CF 處理。

沙縣試驗點各處理對稻秸產量的影響與稻谷相同，總體表現為CMV+80%CF、RS+CMV+80%CF處理的秸稈產量顯著高于80%CF、CK，其他兩個試驗點處理之間秸稈產量無顯著差異。與100%CF 處理相比，CMV+80%CF、RS+CMV+80%CF 處理三個試驗點平均秸稈產量沒有明顯增加，但在沙縣稻秸稈產量顯著增加33.7% 和26.1%。

從3 個試驗點水稻產量構成（表3） 可以看出，施肥均不同程度提高了水稻有效穗數，與100%CF 處理相比，浦城縣RS+CMV+80%CF 處理有效穗數顯著提高了12.7%；3 個試驗點RS+CMV+80%CF 處理平均有效穗較CK 提高34.4%，差異顯著；以80%CF處理每穗實粒數最高，較CK 提高19.9%；3 個試驗點不同處理間的千粒重平均無顯著差異。3 個試驗點RS+CMV+80%CF 處理平均有效穗數為265.9×104 /hm2，高于CMV+80%CF 處理246.5×104/hm2。由此可知，紫云英聯合稻秸還田處理下有效穗數呈增長趨勢。

2.2 不同處理對水稻稻谷產量的貢獻率

以不施肥CK 產量當作土壤基礎地力，計算化肥對產量的貢獻率，以80%CF 產量當作化肥基礎養分，計算其他處理氮肥對產量的貢獻率[13]。由表4可知，與CK 處理相比，100%CF 和80%CF 處理對產量的貢獻率分別是22.03%、19.29%，3 個試驗點100%CF 處理化肥對產量的貢獻率較80%CF 處理平均增加了2.74 個百分點。與80%CF 相比，CMV+80%CF、RS+CMV+80%CF 處理中紫云英和秸稈對產量的貢獻率分別為7.73%、11.30%，可見，化肥對增產的作用最為重要，紫云英聯合稻秸還田的增產作用優于紫云英單獨還田。

2.3 不同處理對水稻稻谷產量穩定性和可持續性的影響

用統計學中變異系數（CV） 衡量不同處理平均產量的變異程度，其值越小，說明產量穩定性越高[13]。產量可持續性指數是衡量系統是否能持續穩定生產的可靠參數，其值越大，系統的可持續性越好[13]。由表5 可知，產量變異系數RS+CMV+80%CFCMV+80%CFgt;100%CFgt;80%CF，紫云英與秸稈聯合還田處理變異系數最小，可持續指數最大，而8 0 % C F 的產量可持續指數小于100%CF，說明化肥減施降低了產量的可持續性，紫云英與秸稈聯合還田顯著提升了水稻產量的穩定性和可持續性。

2.4 不同處理對氮肥利用率和偏生產力的影響

由圖1 可知，RS+CMV+80%CF 處理的氮肥農學利用率顯著高于100%CF、80%CF 處理，其中，較100%CF 處理提高了76.38%，CMV+80%CF 處理的氮肥農學利用率增加不顯著。4 個處理的氮肥偏生產力無顯著差異，其中，RS+CMV+80%CF 處理較100%CF 處理氮肥偏生產力提高了8.99%。由此可見，減氮條件下，紫云英聯合稻秸還田較單施化肥能提高氮肥農學利用率。

2.5 不同處理對水稻養分累積量及養分回收率的影響

表6 顯示，相對于100%CF 處理，各施肥處理水稻平均氮素積累量均無明顯變化。3 個試驗點CMV+80%CF 和RS+CMV+80% 處理的平均氮素回收率較100%CF 顯著增加了19.1 和19.3 個百分點。從磷和鉀素水平上看，與100%CF 相比，CMV+80%CF和RS+CMV+80%CF 處理的植株磷素平均累積量分別增加了7.11% 和0.14%；鉀素平均累積量分別增加了5.58% 和5.57%。從養分回收率來看，與100%CF處理相比，3 個試驗點CMV+80%CF 和RS+CMV+80%CF 處理的平均磷養分回收率提高了20.1、8.8 個百分點；平均鉀養分回收率分別顯著提高了29.5、30.6 個百分點。其中，與100%CF 處理相比，沙縣CMV+80%CF、RS+CMV+80%CF 處理的氮、磷和鉀素回收率顯著增加；順昌縣氮、磷素回收率顯著增加。綜上，種植翻壓紫云英、紫云英與稻秸聯合還田均可提高化肥養分利用率。

3 討論

秸稈和綠肥是可原位利用的重要有機肥源之一，是我國南方稻田減肥增產的重要措施[13， 19 ? 20]。大量試驗表明紫云英還田在替代20%～40% 化肥施用量下仍可以使水稻穩產，與稻秸聯合還田可以提高水稻產量[18， 21?23]。在本研究中，翻壓紫云英單獨或聯合稻秸還田在氮肥減量20% 的情況下較施用常規量化肥氮水稻產量提高了4.9%～9.0%，這與廖育林等[18]、王飛等[24]的研究結果一致。從本研究結果來看，浦城縣與順昌縣的單季稻產量以及沙縣的再生稻頭茬產量中，紫云英與稻秸聯合利用提高水稻產量，且有效穗呈增長趨勢。其原因可能是稻秸和紫云英性質差別大，聯合還田能夠發揮各自優勢。首先，稻秸中富含鉀素，紫云英能固氮和吸收儲存有效磷，還田能帶入更多養分[25?27]；其次，稻秸和紫云英C/N 值不同，腐解效率不同，能夠形成較好的碳氮互濟、速緩相濟的施肥體系，可為水稻不同生長期提供相應的營養物質[28?29]。再者，秸稈高茬留田可為紫云英生長提供合適的溫度和水分，增加了保溫保墑功能，促進其生長及腐解，從而提高土壤有機肥投入量[14， 30]。此外，從不同處理對水稻產量的貢獻率、產量穩定性和可持續性均可以進一步驗證，在減肥20% 的條件下，紫云英與稻秸聯合還田施肥體系優于紫云英單獨還田。從本研究結果中還可知，沙縣再生稻頭茬有效穗數較浦城和順昌縣單季稻略高，千粒重較低，特別是在紫云英單獨翻壓或聯合稻秸還田處理下，穗實粒數顯著降低。究其原因，可能是在頭季水稻生育前半程，植株生長快速，必須有充足的養分才能形成合理的群體穗粒結構，而秸稈和紫云英肥效釋放緩慢，植株“源” 、“庫”需求與供給不平衡；加上頭季稻養分更多累積用于再生稻的萌發，導致灌漿不充分，穗粒數降低[31]。

保證水稻穩產、高產的條件下減少氮肥用量可有效增加水稻氮肥偏生產力，挖掘作物自身對氮素吸收利用的潛力[19]。前人研究[13， 32]發現，有機肥替代部分化肥可顯著提高氮肥利用效率、氮素吸收量、氮肥偏生產力。本研究結果表明，紫云英與稻秸聯合還田處理氮肥利用效率高于單獨種植翻壓紫云英處理，這說明紫云英與稻秸聯合還田可以提高單位氮肥施用量對水稻產量的貢獻。這可能是由于紫云英與稻秸碳氮比差異較大，翻壓還田后能夠平衡土壤的碳氮比，提高土壤微生物活性，加快養分釋放，提高水稻植株的氮肥利用率[33]。而氮積累量和氮肥偏生產力與化肥減施下表現差異不顯著，可能是試驗監測僅為一年效果，較高的土壤基礎肥力仍可為作物生長提供養分，化肥減施量不會導致土壤中養分含量的降低。

養分回收率能從側面反映作物對施肥的利用率。在本研究中相較于常規施肥，在配施80% 化肥條件下，種植翻壓紫云英平均氮磷鉀養分回收率顯著提高了19.1、20.1 和29.5 個百分點。而紫云英與稻秸聯合還田平均氮素和鉀素回收率顯著增加了19.3 和30.6 個百分點。大量研究表明，紫云英與秸稈聯合還田比紫云英或秸稈單一還田更有利于水稻氮、磷、鉀養分積累[10， 13?14]。本研究條件下紫云英單獨還田的磷素回收率更高，與以往結果略有不同，原因一方面可能是土壤類型與肥力狀況對水稻秸稈腐解過程中氮、磷、鉀養分釋放產生不同的影響[6]；另一方面，本研究減施20% 化肥條件下，紫云英與稻秸聯合還田較單獨紫云英翻壓提高了水稻稻谷產量，但稻秸產量有所下降，即聯合還田提高了水稻谷草比，但地上部磷養分累積總量降低，故導致聯合還田磷養分回收率有所降低。值得一提的是，福建中稻區，紫云英翻壓時期與水稻插秧期有兩個多月的時間間隔，紫云英翻壓還田后在前10～20 天腐解較快，養分釋放量大[34?35]，流失風險大，而聯合秸稈還田，調節了碳氮比，延緩了紫云英降解速率[36]，可能起到較好的養分固持效果，這有待進一步深入研究。

4 結論

在化肥減施20% 的條件下，無論是再生稻還是單季稻，種植翻壓紫云英聯合稻秸還田都有利于水稻產量的穩定性和可持續性，同時促進稻谷養分累積，提高肥料利用率，可進一步增強節肥增效作用，是適宜福建地區水稻節肥增效的綠色種植模式。