翻壓綠肥及配施氮肥對土壤有機碳含量和玉米產量的影響

摘要：針對西南地區不合理施肥和長期連作導致土壤肥力下降和玉米產量降低等問題，研究翻壓綠肥及配施氮肥對土壤有機碳含量和玉米產量的影響。于2017年開始進行7年的長期田間定位試驗，共設6個處理：冬閑常規施肥處理（CK）、翻壓綠肥光葉紫花苕＋不施氮（G1）處理、翻壓綠肥光葉紫花苕＋55%氮（G2）處理、翻壓綠肥光葉紫花苕＋70%氮（G3）、翻壓綠肥光葉紫花苕＋85%氮（G4）處理、翻壓綠肥光葉紫花苕＋100%氮（G5）。于2022年冬季種植光葉紫花苕，2023年玉米播種前進行翻壓。玉米成熟收獲季，測定土壤全量和速效養分含量、有機質含量，同時測定玉米地上部氮、磷、鉀的含量，測定產量和玉米農藝性狀。結果表明，綠肥配施氮肥處理土壤有機碳、全氮、全磷、堿解氮、速效鉀、速效磷、有機質的含量增加，G3處理的有機碳含量最高。G2、G3、G4、G5處理的玉米產量相較于CK提升了10.45%～16.33%，G3處理提升效果最好。各處理玉米的株高、莖粗、穗位高、穗粗、百粒重農藝性狀存在顯著差異，G4處理的株高、莖粗、穗長、穗粗和百粒重均最高，各處理之間穗長和禿尖長沒有顯著差異。籽粒和秸稈的氮、磷含量及秸稈鉀含量相比于CK多數有所增加，各處理中G3處理的氮肥農學效率及氮肥偏生產力最高，G4處理的氮收獲指數最高。相關性分析表明，氮肥偏生產力與玉米產量呈極顯著正相關。在所有處理中，G3處理對玉米的增產效果最好，各處理對土壤的肥力均有顯著提升。因此，翻壓光葉紫花苕配施70%氮肥有效增加土壤有機碳含量、提高玉米產量，是西南地區比較合理的綠肥種植模式和施氮制度。

關鍵詞：綠肥；氮梯度；有機碳；玉米；產量

中圖分類號：S513.06" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2025）03-0265-07

張雪梅，付利波，尹" 梅，等. 翻壓綠肥及配施氮肥對土壤有機碳含量和玉米產量的影響［J］. 江蘇農業科學，2025，53（3）：265-271.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2025.03.035

收稿日期：2024-03-21

基金項目：國家重點研發計劃（編號：2022YFD1901504-04）；國家綠肥產業體系昆明綜合試驗站項目（編號：CARS-22-Z-14）。

作者簡介：張雪梅（1999—），女，云南昭通人，碩士研究生，主要從事土壤肥力研究。E-mail：1603831217@qq.com。

通信作者：蘇友波，博士，副教授，主要從事植物病害綠色綜合防治研究工作。E-mail：1014338007@qq.com。

玉米，別稱玉蜀黍，隸屬于禾本科一年生草本植物，是我國重要的經濟作物［1］。在我國西南地區，玉米主要采用連作制度進行種植。然而，長期的連作制度可能導致土壤有機質含量降低，氮、磷、鉀等元素流失，從而導致作物產量下降。綠肥作為一種清潔的有機肥源，在提升土壤質量和改善土壤環境質量方面具有重要作用，同時也是我國農業生態系統的重要組成部分［2］。豆科綠肥具有很好的固氮作用，在我國南方種植系統中廣泛栽培，且在輪作中用來替代部分氮肥［3］。種植并翻壓豆科綠肥可以增加土壤的微生物數量和酶活性，改善土壤肥力和通氣性，增加作物產量，提升農產品品質［4-7］。廖恒等研究發現，翻壓綠肥減量施肥可以提高玉米產量，提升玉米籽粒氮、磷、鉀養分含量［8］。陳語等研究紫花苜蓿綠肥還田與化肥減施，設計綠肥配施70%化肥、50%化肥及單施綠肥處理，結果表明，綠肥配施化肥可實現玉米增產穩產，且提高土壤肥力［9］。此外，代雪賓等進行7年的定位試驗，結果表明，多年的綠肥翻壓顯著增加了玉米的產量［10］。楊爽等也研究了綠肥配施氮肥的試驗，發現綠肥配施氮肥不僅能提高玉米產量，還增加了土壤的氮、磷、鉀含量［11］。因此，綠肥除了能提高作物產量外，還能替代氮肥，減少農業生產對化肥的依賴，改善土壤的生物和化學特性［12-15］。

土壤有機碳是土壤肥力和健康的關鍵指標，是土壤營養循環的重要組成部分［16-17］。有機碳有助于優化土壤物理結構，增加土壤的孔隙度，改善土壤水肥保蓄能力。同時，土壤有機碳含量的提高可以幫助作物在成長過程中減少對化肥的依賴，因此，不但能降低農業生產成本，還減緩了因化肥使用引發的各種環境問題［18］。

然而，綠肥對不同環境的適應能力存在很大差異。由于生態環境、氣候和土壤等因素的影響，翻耕綠肥配施不同氮肥對后茬作物產量和質量的影響也各異。以往的研究主要集中在單一綠肥種植對作物產量、品質及土壤的影響上，而對翻壓豆科綠肥及配施不同氮肥量的系統報道較為有限。光葉紫花苕作為豆科綠肥，在提升土壤肥力方面具有較高的代表性，能夠提供植物所需的養分，提升作物產量，促進土壤質量提升。因此，本研究選擇光葉紫花苕，在云南省昆明市云南農業科學院嵩明基地進行為期6年的綠肥種植-翻壓-玉米種植試驗，旨在研究翻壓綠肥及設置不同水平施氮量對土壤有機碳含量和玉米產量、氮素吸收的影響，為云南省乃至西南地區的玉米種植提供理論依據。

1" 材料與方法

1.1" 試驗地概況

試驗于云南省昆明市嵩明縣小街鎮云南省農業科學院基地（25°21′11.21″N，103°6′47.24″E，海拔1 910 m）開展。該地年降水量987.1 mm，年平均溫度14.2 ℃，屬于亞熱帶高原季風氣候區。研究土壤為紅壤，其基本理化性質為pH值7.1，有機質含量為22.1 g/kg，全氮含量為0.9 g/kg，全磷含量為 1.6 g/kg，全鉀含量為9.8 g/kg，水解氮含量為 76.1 mg/kg，速效磷含量為30.7 mg/kg，速效鉀含量為144.5 mg/kg。

1.2" 試驗設計

供試玉米品種為曲辰11號，本試驗使用的綠肥是由云南省農業科學院提供的光葉紫花苕（Vicia villosa var.glabrescens）。試驗于2017年10月開始種植綠肥，連續7年定位，于2023年9月主作物收獲后結束，進行試驗數據測試。試驗共設6個處理，處理設置見表1，分別為冬閑＋常規施肥（CK）和翻壓光葉紫花苕＋不施氮（G1）、55%氮（G2）、70%氮（G3）、85%氮（G4）、100%氮（G5）。作物收獲后播種，第2年作物移植前20 d就地翻壓。作試驗地小區面積為26.04 m2（4.2 m×6.2 m），每個處理設3組重復，隨機區組排列，按照本地農作物的栽培方式，做好每日的施肥工作。

1.3.1" 土壤養分含量的測定" 2023年作物收獲后，于2023年9月采用五點取樣法在各小區進行土壤樣品采集。采集后的樣品經過自然風干處理后，分別過2 mm和0.149 mm篩。隨后，按照《土壤農化分析》中的方法進行土壤理化性狀的測定。具體測定方法：用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定土壤中的有機質含量；用凱氏定氮法對土壤中的全氮含量進行測定；用堿法熔融-鉬銻抗比色法測定土壤中的全磷含量；用堿溶解火焰光度法測定全鉀含量；用堿解-擴散法測定堿解氮含量；用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定土壤速效磷含量；用醋酸銨浸提-火焰光度法測定土壤有效鉀含量［19］。采用德國元素分析儀multi N/C3100 TOC總有機碳/總氮分析儀測定土壤中的有機碳（SOC）含量。

1.3.2" 玉米相關指標的測定" 玉米成熟期，各小區單獨計產。在玉米成熟區分別取3株各處理田間長勢基本一致的玉米植株地上部，按秸稈和果實進行分樣，自然風干，稱量干重。樣品風干后粉碎過篩備用。取粉碎過篩的樣品，380 ℃濃硫酸消煮，冷卻后樣品用全自動凱氏定氮儀測定氮素含量，計算植株氮素積累量。用火焰光度計測定全鉀含量，分光光度計測定全磷含量。

1.3.3" 氮吸收計算公式

氮肥農學效率（kg/kg）=（施氮處理產量-不施氮處理產量）/施氮量；

氮肥偏生產力（kg/kg）=產量/施氮量；

氮收獲指數=成熟期籽粒氮素累積量/成熟期植株氮素累積總量×100%。

1.4" 數據分析

試驗數據采用SPSS Statistics 22.0、Excel 2018、Origin 2021軟件進行數據處理、統計分析及作圖。

2" 結果與分析

2.1" 翻壓綠肥及配施氮肥對田間土壤理化性質的影響

由圖1可知，各翻壓綠肥處理土壤全氮、全磷、有機質的含量均顯著高于CK（Plt;0.05），其中全氮含量表現為G2＞G4＞G3＞G5＞G1＞CK，翻壓綠肥處理較CK提高了1.34、1.25、1.12、1.06、0.87 g/kg，增幅為50.58%～77.91%；全磷含量表現為G5＞G4＞G2＞G1＞G3＞CK，較CK提高了0.52、0.48、0.43、0.37、0.24 g/kg，增幅為 21.82%～47.27%；有機質含量表現為為G3＞G2＞G5＞G1＞G4＞CK，較CK增加了12.82%～24.50%。表明綠肥輪作對土壤肥力提升具有顯著效果。各處理之間G2處理的全氮含量最高，顯著高于CK；G5處理的全磷含量最高，顯著高于CK；G3處理的有機質最高，顯著高于CK和G4處理；各處理之間的全鉀含量無顯著差異。

由圖2可知，各翻壓綠肥處理堿解氮、速效磷、速效鉀的含量顯著高于CK（G4處理的堿解氮含量以及G1、G2、G3處理的速效磷含量除外）。翻壓綠肥處理的堿解氮含量表現為G5＞G3＞G1＞G2＞G4＞CK，較CK分別提升了72.33、44.33、42、33.33、16.33 mg/kg；速效磷含量增加了6.06%～24.86%，表現為G4＞G5＞G2＞G3＞G1＞CK；速效鉀含量增長了14.59%～33.90%，表現為G4＞G3＞G1＞G5＞G2＞CK。說明綠肥翻壓與氮肥合理配施有助于提升玉米生態系統氮、磷、鉀及有機質的含量。

2.2" 翻壓綠肥及配施氮肥對土壤有機碳含量的影響

由圖3可知，翻壓綠肥處理土壤SOC含量顯著高于CK，其中G3處理對土壤有機碳含量的提升最為顯著，其次為G2＞G5＞G1＞G4＞CK，各翻壓綠肥處理較CK分別提升3.65、3.42、2.88、2.69、1.91 g/kg，表明翻壓綠肥及合理配施氮肥能有效提高土壤的有機碳含量。

2.3" 翻壓綠肥及配施氮肥對玉米秸稈和籽粒的氮、磷、鉀含量以及氮素吸收的影響

從圖4可以看出，翻壓綠肥及配施氮肥顯著提升了玉米的品質，籽粒和秸稈的氮、磷及秸稈鉀含量相較于CK多數有所增加，籽粒鉀無明顯差異。秸稈氮、磷、鉀含量的增幅分別為7.18%～44.75%、21.05%～110.53%、27.72%～101.35%，籽粒氮、磷含量的增幅分別為39.08%～110.34%、-2.78%～22.22%。

由表2可知，各處理中G3處理的氮肥農學效率及氮肥偏生產力最高，氮肥農學效率表現為G3＞G2＞G5＞G4，氮肥偏生產力表現為G3＞G5＞G4＞G2，表明綠肥輪作配施70%氮肥效果是最佳的。氮收獲指數最高的是G4處理，表現為G4＞G1＞G2＞G5＞G3＞CK，G4、G1、G5、G2處理顯著高于CK。

2.4" 翻壓綠肥及配施氮肥對玉米產量和農藝性狀的影響

由表3可知，各處理玉米的株高、莖粗、穗位高、穗粗、百粒重存在顯著差異，G4處理的株高、莖粗、穗長、穗粗、百粒重均最高，且莖粗顯著高于CK；G1處理的穗位最高，顯著高于G2處理以外的其他處理；各處理的穗長和禿尖長沒有顯著差異。

由圖5可知，G1、G2、G3、G4、G5處理的產量分別為9 197.85、9 741.91、10 260.37、10 004.34、10 228.37 kg/hm2，G3處理顯著高于G1處理，與CK相比，G1處理的產量增幅很小，可見，單獨施用化肥和單獨翻壓綠肥對玉米的增產效果不明顯，而翻壓綠肥并配施適量氮肥玉米的產量較CK上漲了10.45%～16.33%，表現出較好的增產效應同時保證了玉米的穩產增產。

2.5" 相關性分析

從圖6可以看出，全氮含量和玉米產量呈負相關關系，土壤全磷含量、全鉀含量與玉米穗粗呈顯著正相關關系，氮收獲指數與玉米株高呈顯著正相關關系，氮肥偏生產力與玉米產量呈極顯著正相關關系（Plt;0.01）。

3" 討論

3.1" 翻壓綠肥及配施氮肥對土壤養分的影響

綠肥中含有豐富的有機質，楊濱娟等的研究表明，這些有機物質不僅可以提升土壤的碳庫源，還能提高土壤肥力［20］。此外，李紅燕等研究發現，綠肥的根系能夠滲透土壤深層，改善土壤結構，增加土壤通氣性和水分保持能力，有利于植物的生長發育［21-22］。因此，綠肥就地翻壓，其植物殘體和根系在分解過程中釋放的氮、磷、鉀等養分，可以為后續作物提供養分，從而增強土壤的肥力。尤其是化學肥料和豆科綠肥通過一定比例配合施用更能有效提升土壤肥力。本試驗中單純施用氮肥處理（CK）的土壤全氮含量為1.72 g/kg，單純施用綠肥（G1）處理的土壤全氮含量為2.6 g/kg，而綠肥配施氮肥處理的全氮含量都比這2個處理高，較CK增加50.58%～77.91%，這說明綠肥配施氮肥能有效提升土壤中的氮含量，同時，土壤堿解氮、全磷、速效磷、速效鉀的含量也有著相似的特征。馬忠明等的研究也表明，綠肥配施氮肥顯著提升了土壤堿解氮、有效磷、有效鉀、有機質的含量，而且不同的施肥量也使土壤養分的含量得到不同程度的提升［23］。

3.2" 翻壓綠肥及配施氮肥對土壤有機碳的影響

土壤有機碳在農業生態系統中發揮著重要的作用， 宋文婕等研究發現， 土壤中豐富的有機碳不但能促進土壤微生物繁殖和代謝，還能夠改善土壤結構、維護生物多樣性、促進水土保持，是維持農業生態系統健康穩定運轉的重要組成部分［24-25］。綠肥就地翻壓，其在腐解過程中不僅能增加土壤的有機碳含量，還能增強土壤的碳源固定，提升碳儲量［26］。還有研究發現，有機肥單施或與氮、磷、鉀肥配合施用，不僅能夠顯著提高土壤的生產力，同時也有助于增加土壤的有機碳儲量［27］。宋震震等的研究表明，有機肥和化肥長期施用顯著提升了土壤的有機碳庫，同時有機氮庫各組分含量隨施肥量的增加而顯著增高［28］。楊濱娟等研究發現，有機無機肥適當配施能提高土壤有機碳含量［20］。這與本研究的結果相似，與對照相比，翻壓綠肥配施氮肥時，土壤的有機碳都有顯著上升。

3.3" 翻壓綠肥及配施氮肥對玉米產量的影響

豆科綠肥是一種有效的生態農業技術，在提升作物產量方面具有不可替代的作用［29］。劉建香等研究發現，翻壓外源光葉紫花苕可增加紅壤土壤養分含量，可保證玉米高產［30］。潘福霞等的研究表明，通過種植光葉紫花苕、箭筈豌豆、黑麥草和油菜這4種綠肥可以有效提升玉米產量，且光葉紫花苕的產量上升最為顯著［31］。以往的研究主要針對綠肥作為單一氮肥對土壤供氮時土壤的肥力和作物產量的影響。本研究設置了翻壓光葉紫花苕配施不同量的氮肥，增加供玉米生長的氮源，可以發現，不翻壓光葉紫花苕的常規施肥處理玉米的產量最低，而翻壓光葉紫花苕不施用氮肥處理的玉米產量得到一定的增加，增加了4.28%，在翻壓苕子配施氮肥后玉米的產量都比前2個處理高，其中最高的是G3處理，G2～G5處理玉米的產量較CK上漲了10.45%～16.33%。對土壤進行適宜的氮肥投入以及提升培肥措施可顯著促進作物增產增值［23，32-33］。本研究的結果與之一致。豆科綠肥的根系系統發達，能夠深入土壤，改善土壤結構，增加土壤通氣性和水分保持能力，提高土壤的肥力和透氣性，有利于作物根系的生長和發育，從而促進作物的生長和增產。豆科綠肥生長旺盛，能夠迅速覆蓋土壤表面，形成綠色覆蓋層，有效抑制雜草的生長，減少對作物的競爭，對玉米的株高、莖粗、穗位高等農藝性狀有一定的提升作用［34］。

3.4" 翻壓綠肥及配施氮肥對玉米養分吸收及氮素吸收的影響

豆科綠肥具有良好的固氮能力，能夠給土壤提供豐富的氮素資源，為作物提供了重要的養分來源。同時配施氮肥可以進一步提高土壤中的氮素含量，滿足玉米生長發育對氮素的需求，從而促進玉米的品質［35］。本試驗中翻壓綠肥配施一定量的氮肥后，玉米籽粒和秸稈的氮含量較不施肥處理都有所提升，表明綠肥配施氮肥更有利于玉米生長吸收養分。氮肥還可以促進玉米干物質的積累以及氮養分的利用和分配［36］。本試驗結果表明，在促進玉米氮素利用方面，綠肥配施70%的氮肥時氮肥的農學效率和氮肥偏生產力是最高的，進而影響到玉米的產量也是最高的，翻壓綠肥配施一定量的氮肥，其氮收獲指數也顯著上升，這與姬麗等的研究結果［37］相似。因此，翻壓綠肥的同時適當地加入一定量的氮肥能有效地促進玉米對氮素的吸收利用，在對玉米增產的同時還能提升玉米的氮素利用率，保障玉米的穩產高產。

4" 結論

種植綠肥配施氮肥能顯著提升玉米產量，與CK相比，種植綠肥并配施氮肥（G2、G3、G4、G5處理）使玉米的產量提升了10.45%～16.33%，其中產量最高的是G3處理（翻壓綠肥并配施70%氮）。

種植綠肥并施氮處理提升了土壤的肥力，促進玉米對氮、磷、鉀養分的吸收以及氮收獲指數，其中表現最好的也是種植翻壓綠肥配施70%氮肥處理。

因此，在西南地區玉米種植模式下，為實現玉米的穩產高產，種植翻壓綠肥并配施70%的氮肥能有效提高玉米種植的經濟效益。

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