謝志堅(jiān)，周春火*，賀亞琴，宋濤，于洋，吳佳

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330045；2.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江西 南昌 330045；3.浙江省杭州市蕭山區(qū)環(huán)境保護(hù)局，浙江 杭州 311200；4.中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司遼河分部東部HSE監(jiān)測(cè)中心，遼寧 盤錦 124010；5.江西省彭澤縣農(nóng)業(yè)局，江西 九江 332700)

“民以食為天，食以稻為先”，稻谷不僅是我國(guó)65%人口的主糧，而且其消費(fèi)量占城鄉(xiāng)居民口糧消費(fèi)總量的比例亦超過(guò)65%?？梢?jiàn)，水稻生產(chǎn)安全直接關(guān)系我國(guó)的糧食安全。綠肥是純天然的清潔有機(jī)肥源，沒(méi)有抗生素和重金屬等次生環(huán)境威脅，是我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華和幾千年農(nóng)耕文明的精髓，曾對(duì)穩(wěn)定我國(guó)糧食生產(chǎn)與安全做出了重大貢獻(xiàn)。紫云英(Astragalussinicus)是南方稻區(qū)最主要種植和利用的綠肥作物，同時(shí)也是很好的蜜源植物與重要的青貯飼料原料來(lái)源。關(guān)于紫云英的史料記載，最早可追溯到著于戰(zhàn)國(guó)至西漢年間(約公元前2世紀(jì))的《爾雅》中的《爾雅·釋草》篇，在我國(guó)已有1600多年的栽培歷史。據(jù)統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)70年代中期，我國(guó)紫云英種植面積占當(dāng)時(shí)南方地區(qū)耕地總面積的15.07%，分別占綠肥總面積和冬季綠肥總面積的60.84%和77.54%[1]。

在晚稻或中稻收獲后的相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間(4～6個(gè)月)內(nèi)，稻田土壤主要可分為休閑和種植冬季作物兩種利用模式。目前，南方稻田種植的冬季作物主要有冬油菜、冬小麥和冬季蔬菜等，但大多數(shù)稻田處于冬閑狀態(tài)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)南方約有冬閑稻田面積至少2000萬(wàn)hm2[2]，不僅浪費(fèi)光、溫、水、土等自然資源，也危及當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境安全。顯然，利用冬閑稻田發(fā)展紫云英等綠肥是解決這一問(wèn)題最便捷有效的重要途徑。研究證明，合理種植綠肥作物，不僅不會(huì)與主作物爭(zhēng)時(shí)搶地，而且能有效提升土壤肥力、改善土壤微生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、增加地表冬季覆蓋度而阻控水土流失，其鮮草還田還可以替代部分化肥、減少農(nóng)田養(yǎng)分流失等損失[3-4]，從而降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本和面源污染風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)以較低環(huán)境代價(jià)獲取較高糧食產(chǎn)量的目標(biāo)，是水稻清潔生產(chǎn)的重要措施。在長(zhǎng)江中下游不同生態(tài)區(qū)和稻作區(qū)，適宜種植的紫云英品種有所差異，需結(jié)合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)際情況，充分綜合考慮不同紫云英品種的生育期、鮮草產(chǎn)量及養(yǎng)分累積量等各種因素選擇合適的品種。研究表明，早花適產(chǎn)型紫云英品種湘紫2號(hào)具有產(chǎn)量適中、養(yǎng)分含量高且性狀穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，較好地適應(yīng)了湖南等同緯度雙季稻區(qū)的現(xiàn)代農(nóng)作制度[5]；在鄂東南低山丘陵和江漢平原雙季稻區(qū)適宜種植南昌種，在鄂東丘陵崗地雙季稻區(qū)則更適宜種植湘肥3號(hào)[6]；在洪湖單季稻區(qū)種植豐城青桿種或粵肥2號(hào)的效果比較好[7]。

然而，自20世紀(jì)80年代末以來(lái)，隨著化肥工業(yè)的迅猛發(fā)展，化學(xué)肥料在水稻等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的肥料結(jié)構(gòu)中處于絕對(duì)主體地位，綠肥生產(chǎn)則處于自生自滅狀態(tài)，而且由于過(guò)度片面追求經(jīng)濟(jì)利益而忽視社會(huì)和生態(tài)效益等，目前我國(guó)綠肥種植面積和單產(chǎn)保守估計(jì)僅分別為歷史鼎盛時(shí)期的20%和60%左右，部分地區(qū)甚至更低[2,8]。目前，在市場(chǎng)流通和南方稻區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍使用的紫云英品種仍然多以幾十年前的品種(如，余江大葉、寧波大橋種、信陽(yáng)種、閩紫系列和湘肥系列等)為主。然而，由于綠肥研究工作在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)處于停滯或半停滯狀態(tài)，這些紫云英品種資源長(zhǎng)期未能得到較好地保護(hù)，導(dǎo)致其種質(zhì)陳舊、混雜甚至蛻化等一系列瓶頸問(wèn)題，而且根瘤菌菌劑的保存、生產(chǎn)與供應(yīng)體系癱瘓以及栽培管理和利用技術(shù)也難以適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，這些均嚴(yán)重阻礙了大面積恢復(fù)發(fā)展和推廣紫云英綠肥作物生產(chǎn)。隨著國(guó)家和社會(huì)對(duì)食品質(zhì)量與生態(tài)環(huán)境安全的需求和關(guān)注度持續(xù)增加，紫云英又迎來(lái)了恢復(fù)發(fā)展的第二個(gè)“春天”，對(duì)挽救我國(guó)農(nóng)業(yè)瑰寶，推動(dòng)稻區(qū)綠肥作物生產(chǎn)與發(fā)展具有重大意義。本研究主要綜述了紫云英在新品種資源選育與鑒別、根瘤菌、農(nóng)藝栽培措施、非生物脅迫及其生態(tài)響應(yīng)等方面的最新研究進(jìn)展，并在此基礎(chǔ)上分析和提出研究展望。

1 紫云英新品種資源選育

紫云英作為一類作物，品種資源問(wèn)題首當(dāng)其沖。我國(guó)紫云英品種較為豐富，優(yōu)良地方品種主要有寧波大橋種、平湖大葉種、茜墩種、樂(lè)平種、余江大葉種和信陽(yáng)種等。新中國(guó)成立以來(lái)，針對(duì)優(yōu)良地方紫云英品種的發(fā)掘與提純復(fù)壯和新品種選育工作得到長(zhǎng)足發(fā)展。20世紀(jì)80年代，依托全國(guó)綠肥試驗(yàn)網(wǎng)不僅通過(guò)系統(tǒng)選育、品種間雜交和輻射育種等方法分別選育出閩紫1號(hào)～3號(hào)、湘肥1號(hào)和2號(hào)、萍寧3號(hào)和萍寧72等一系列性狀優(yōu)良的二倍體型紫云英品種，而且還通過(guò)人工誘變的方法，選育出適合我國(guó)生產(chǎn)實(shí)際的四倍體品系紫云英品種[1]。然而，自20世紀(jì)80年代末以來(lái)，紫云英種質(zhì)資源的選育與提純復(fù)壯等研究工作幾乎處于停滯或半停滯狀態(tài)，而當(dāng)前市場(chǎng)中的紫云英品種陳舊、蛻化且商品性混雜嚴(yán)重，某些優(yōu)良地方品種沒(méi)有得到很好的保護(hù)與保存，有的甚至已經(jīng)消失，給大面積推廣紫云英造成嚴(yán)重制約。另外，不同基因型紫云英品種的物候期存在一定差異，而且同一品種在不同生態(tài)區(qū)的生長(zhǎng)性狀、生物量和養(yǎng)分含量等均有所不同[9-10]。因此，選擇或選育適應(yīng)現(xiàn)代不同生態(tài)區(qū)和稻作區(qū)栽培管理技術(shù)需求的紫云英品種就顯得尤為重要[6,10]。

現(xiàn)代水稻生產(chǎn)的翻耕、移栽等農(nóng)事季節(jié)較傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式發(fā)生很大變化，原有紫云英品種已經(jīng)很難適應(yīng)現(xiàn)代雙季稻生產(chǎn)的需求。聶軍等[11]利用系統(tǒng)選育法選育出鮮草產(chǎn)量適中、種子產(chǎn)量和鮮草養(yǎng)分含量高、抗病和抗寒性強(qiáng)等特點(diǎn)的紫云英新品種(湘紫1號(hào)～4號(hào))。與湘肥系列(1號(hào)～3號(hào))紫云英品種相比，新選育紫云英品種不僅產(chǎn)量適中，而且增加了其抗逆能力等，能適應(yīng)不同稻作制實(shí)際生產(chǎn)需求，一定程度上緩解了稻區(qū)綠肥生產(chǎn)的首要瓶頸問(wèn)題。劉英等[12]選育出固氮能力較強(qiáng)、含氮量高、鮮草和種子產(chǎn)量高的紫云英新品種(皖紫1號(hào)和2號(hào))，能滿足直播早稻或單季稻輕簡(jiǎn)化種植相關(guān)技術(shù)需求，為水稻高產(chǎn)高效、優(yōu)質(zhì)清潔生產(chǎn)提供物質(zhì)基礎(chǔ)。針對(duì)我國(guó)大部分農(nóng)田土壤缺磷且磷肥當(dāng)季作物利用率低的特點(diǎn)，蘭忠明等[13]選育出多個(gè)高耐低磷和磷高效利用的紫云英新品種(如，閩紫7號(hào)等)，有效提高土壤磷的生物有效性。

提高種子產(chǎn)量也是紫云英新品種選育工作的最主要目標(biāo)之一。紫云英種子出口是創(chuàng)收外匯重要的傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品。20世紀(jì)80-90年代，我國(guó)紫云英種子相繼出口日本、韓國(guó)等地，最多年份出口量達(dá)5×106kg，是種子行業(yè)出口最穩(wěn)定且持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的外貿(mào)項(xiàng)目。豫南稻區(qū)是我國(guó)重要的國(guó)家級(jí)紫云英種子生產(chǎn)基地，每年除可大量供應(yīng)南方稻區(qū)紫云英種子外，還能出口數(shù)量可觀的種子至海外。然而，由于綠肥品種資源長(zhǎng)期缺乏有效保護(hù)，紫云英種性蛻化明顯且商品性混雜嚴(yán)重，極大影響紫云英種子出口業(yè)務(wù)。劉春增等[14]利用自然雜交、自然突變等技術(shù)手段進(jìn)行多年選育出鮮草和種子產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)且抗病蟲害和抗逆性(抗寒、抗旱等)強(qiáng)等特點(diǎn)的紫云英新品種(信紫1號(hào))，對(duì)滿足國(guó)內(nèi)外紫云英種子需求具有重要意義。

此外，我國(guó)綠肥工作者除了開展傳統(tǒng)意義上(肥用型)紫云英品種的選育工作外，還開拓性地選育出具有較高菜用價(jià)值等高附加值的紫云英品種。眾所周知，紫云英是國(guó)際公認(rèn)的富硒作物，富含植物蛋白和各種礦物質(zhì)元素與維生素，除可作為綠肥為下季水稻作物提供養(yǎng)分外，其二次開發(fā)富硒農(nóng)產(chǎn)品(如，大米、豬肉，等)和作為新鮮蔬菜的價(jià)值也非常高，可有效提升紫云英的綜合利用價(jià)值，激發(fā)農(nóng)民種植紫云英的積極性，更有利于恢復(fù)發(fā)展和推廣稻區(qū)紫云英生產(chǎn)。汪德尚等[15]研究表明舒豐富硒紫云英8號(hào)的富硒能力是當(dāng)?shù)刂髟云贩N的80倍；而蘭忠明等[16]研究則表明，閩紫7號(hào)鮮草產(chǎn)量高，嫩莖葉中總糖含量較高，硒、鐵、鈣、蛋白質(zhì)和維生素C等含量遠(yuǎn)高于其他葉類蔬菜，具備很高的菜用價(jià)值，可為種植戶帶來(lái)可觀的直接經(jīng)濟(jì)效益。

2 紫云英品種資源鑒定

傳統(tǒng)的紫云英品種資源鑒定主要包括開花期、生物學(xué)產(chǎn)量、植株養(yǎng)分、抗性、生長(zhǎng)發(fā)育期的有效積溫、主要數(shù)量性狀(如，株高、莖粗、分枝數(shù)等)和品種評(píng)述等方面。然而，紫云英屬異花受粉植物且異交率較高，以其生長(zhǎng)特性與種子形態(tài)特征很難準(zhǔn)確鑒別其品種基因型及其親緣關(guān)系。化學(xué)計(jì)量法可用于分析不同生態(tài)系統(tǒng)植物C∶N∶P化學(xué)計(jì)量特征的差異以及植物葉片N、P化學(xué)計(jì)量學(xué)特征的季節(jié)變化和不同器官之間計(jì)量特征的關(guān)聯(lián)性。林新堅(jiān)等[17]利用化學(xué)計(jì)量學(xué)法探討不同紫云英種子的差異性與不同熟期紫云英品種相關(guān)性的結(jié)果表明，紫云英種子的千粒重、面積與外觀形狀特征不易區(qū)別不同基因型的品種，但可作為個(gè)體區(qū)別于其他品種的參考指標(biāo)，而其C/N和 C/P值則可以作為早、晚熟品種的參考指標(biāo)。另外，分子標(biāo)記技術(shù)是以生物大分子的多態(tài)性為基礎(chǔ)的一種遺傳標(biāo)記，廣泛應(yīng)用于多種經(jīng)濟(jì)作物遺傳多樣性分析、系統(tǒng)進(jìn)化與親緣關(guān)系等方面的研究。然而，由于紫云英遺傳背景復(fù)雜性，且已知基因組數(shù)據(jù)還十分有限，國(guó)內(nèi)外利用分子標(biāo)記技術(shù)鑒別紫云英品種的研究鮮見(jiàn)報(bào)道[18]。陳堅(jiān)等[19]利用微衛(wèi)星序列(simple sequence repeat, SSR)分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)9個(gè)紫云英品種進(jìn)行鑒定的結(jié)果表明，福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所近年新挖掘的紫云英品種8410441產(chǎn)量高，但其來(lái)源不詳，而寧波大橋種和余江大葉種的基因型最為接近。另外，異花和常異花授粉植物群體內(nèi)遺傳多樣性豐富且個(gè)體間差異較大，利用分子標(biāo)記對(duì)其進(jìn)行品種水平鑒定研究時(shí)，在確保鑒別效果的前提下，適宜的取樣量不僅能降低分析成本，還能提高性價(jià)比[20]。

3 紫云英根瘤菌菌株選育

20世紀(jì)40年代，陳華葵院士首次在紫云英根瘤中分離的根瘤菌屬于紫云英根瘤菌族，且具有高度的宿主專一性，其與紫云英根系形成的共生固氮體系是我國(guó)特有的優(yōu)勢(shì)共生固氮資源[21]。根瘤菌并不是土壤的常住微生物區(qū)系，種植紫云英的關(guān)鍵取決于接種有效根瘤菌，尤其是初次種植紫云英的土壤，接種成功的關(guān)鍵則在于根瘤菌的結(jié)瘤能力，而且即便是多年種植紫云英的地區(qū)接種優(yōu)良菌株也能增加地上部鮮草產(chǎn)量和質(zhì)量?？梢?jiàn)，紫云英根瘤菌高效固氮菌株的選育及發(fā)酵產(chǎn)品的保存，是紫云英根瘤菌劑發(fā)揮功效和恢復(fù)發(fā)展稻區(qū)紫云英綠肥作物生產(chǎn)的關(guān)鍵。

人工選育根瘤菌的固氮能力高于野生根瘤菌。目前常用的菌株選育方法主要有自然選育、雜交選育、誘變選育、原生質(zhì)體融合選育和基因工程選育等。自然界是一個(gè)龐大的天然菌種資源庫(kù)，故而自然選育法是菌種選育的首選方法。紫云英-根瘤菌共生固氮體系的總固氮量是評(píng)價(jià)根瘤菌菌劑對(duì)紫云英品種促生效果的一個(gè)重要指標(biāo)，而且其與根瘤數(shù)量和鮮重之間互呈正相關(guān)關(guān)系[22]。杜迎輝等[23]從復(fù)種紫云英的土壤中分離得到結(jié)瘤能力強(qiáng)、固氮性能強(qiáng)的紫云英根瘤菌，能顯著提高紫云英鮮草產(chǎn)量和植株含氮量。然而，根瘤菌的固氮能力不僅取決于其菌種質(zhì)量，土壤條件和栽培措施也是主要影響因素。研究表明，在接種根瘤菌時(shí)，磷、鉀肥作為種肥和苗肥以及施用硼、鋅與鉬肥等微量元素肥料均有利于紫云英根瘤的形成和根瘤數(shù)量的增加[24-25]，進(jìn)而提高共生體系的總固氮量。

人工接種的根瘤菌劑與土著根瘤菌間存在競(jìng)爭(zhēng)，往往不能達(dá)到預(yù)期的接種效果，阻礙固氮菌株發(fā)揮其應(yīng)有的作用，而且若根瘤菌與紫云英品種之間的匹配性不好，即使是高效根瘤菌也不能充分發(fā)揮其應(yīng)有的共生固氮性能[26]。因此，在紫云英綠肥的培育過(guò)程中，接種與品種相匹配的根瘤菌非常重要。目前，根瘤菌與目標(biāo)豆科植物匹配性能的研究主要采用水培法和瓊脂試管培養(yǎng)法。管鳳貞等[27]采用這兩種方法分別對(duì)從不同地域紫云英根瘤中分離出的固氮菌株進(jìn)行分析表明，根瘤菌與紫云英共生存在廣譜性和多樣性，而且根瘤菌的有效性受到很多環(huán)境因素的影響。事實(shí)上，在根瘤菌-宿主植物共生體系中，菌植雙方大量基因參與了早期調(diào)控根瘤菌侵染、侵入線形成和根瘤形成以及晚期的類菌體分化、根瘤固氮和衰老等共生固氮全過(guò)程，需要形成不同應(yīng)答機(jī)制來(lái)感受外界環(huán)境信號(hào)的變化，以便形成良好的共生固氮體系[28-29]。

4 不同種植技術(shù)對(duì)紫云英生長(zhǎng)發(fā)育的影響

我國(guó)種植紫云英的歷史悠久。宋代以前，種植紫云英多用作為蔬菜、藥用、養(yǎng)蜂和觀賞等，而自明清代以來(lái)，老百姓廣泛種植紫云英并將其作為稻田綠肥利用，而且種植經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)很豐富。從紫云英種植面積的時(shí)間演變歷程來(lái)看，主要經(jīng)歷緩慢發(fā)展期(新中國(guó)成立以前至20世紀(jì)50年代中期)、快速發(fā)展和穩(wěn)定生產(chǎn)期(20世紀(jì)50年代中期至80年代末期)、停滯半停滯期(20世紀(jì)90年代初至2007年)和恢復(fù)發(fā)展期(2008年至今)。在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，全國(guó)紫云英種植面積均超過(guò)500萬(wàn)hm2，最高峰甚至達(dá)到708.5萬(wàn)hm2(1975年)，隨著化肥用量激增，紫云英種植面積急劇下降。但隨著國(guó)家、社會(huì)越來(lái)越關(guān)注生態(tài)環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，紫云英等綠肥作物生產(chǎn)重新進(jìn)入大眾視野，至此迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。

4.1 不同種植方式

目前，紫云英生產(chǎn)仍沿用幾十年前的經(jīng)驗(yàn)栽培和管理技術(shù)，缺乏適應(yīng)現(xiàn)代耕作模式和農(nóng)田土壤環(huán)境條件的精細(xì)管理技術(shù)，其鮮草和種子產(chǎn)量大幅下降[30]。紫云英的種植方式主要有套作、間作和混播等。其中，稻底套作是南方稻田紫云英最主要的種植方式。紫云英一般可與冬季油菜、黑麥草(Loliumperenne)等作物混播，不僅提供更有利于其前期生長(zhǎng)的小氣候和土壤環(huán)境，增加生物量和養(yǎng)分累積量并改善植株C/N，還可適當(dāng)減少紫云英播種量[31]。十字花科與豆科作物合理間作可促進(jìn)豆科作物的固氮作用，提高土壤中有效氮含量而促進(jìn)油菜生長(zhǎng)；而油菜根系分泌物則可活化土壤中的難溶性磷、鉀等養(yǎng)分，可被紫云英植株吸收利用，充分發(fā)揮種間的時(shí)空差異和互作優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而影響作物養(yǎng)分吸收和生長(zhǎng)發(fā)育。宋莉等[32]研究表明，紫云英與適當(dāng)密度的冬油菜以2∶1帶狀間作種植顯著改善紫云英株高等農(nóng)藝性狀指標(biāo)，增加地上部生物量。

4.2 不同播種量和播種時(shí)期

與其他作物一樣，紫云英生產(chǎn)也需要因時(shí)、因地、因品種建立與之配套的栽培技術(shù)，以充分利用當(dāng)?shù)氐乃?、肥、土、氣、光、熱等自然條件。構(gòu)建合理的群體密度是作物獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要前提，不同播種時(shí)期和播種量則是影響群體密度的關(guān)鍵措施。不同的播種期顯著影響了作物的出苗率、養(yǎng)分吸收累積等[33-34]，適宜的播種期可滿足作物個(gè)體和群體對(duì)光、溫、水等環(huán)境條件的需求，促進(jìn)植株光合作用及其生長(zhǎng)發(fā)育[35]。研究表明，選擇合適的播種期有利于改善紫云英的出苗數(shù)、株高、單株重等生長(zhǎng)性狀，從而顯著增加紫云英地上部鮮草和種子產(chǎn)量，以及對(duì)N、K養(yǎng)分的累積量[36]。植株群體密度隨播種量增加而增加，個(gè)體間相互競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致其形態(tài)發(fā)生變化，并改變?nèi)后w小氣候和土壤微環(huán)境，最終影響產(chǎn)量[37-38]。研究表明，紫云英地上部鮮草產(chǎn)量和氮、鉀等養(yǎng)分累積量隨播種量增加而增加，而根冠比、種子產(chǎn)量則與之相反[39]。

4.3 水肥運(yùn)籌措施

水分和養(yǎng)分是作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵限制因子，水肥管理始終是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的核心問(wèn)題，而且土壤水分狀況很大程度上決定了植株對(duì)養(yǎng)分的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和利用率。紫云英既不抗旱也不耐澇，土壤水分含量是影響其生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素。紫云英在田間持水量為50%～100%的土壤中均能正常生長(zhǎng)，但75%～80%田間持水量顯著促進(jìn)植株光合作用和生理代謝過(guò)程，表現(xiàn)出最佳的株高、莖粗和葉面積等農(nóng)藝特性及生物量和養(yǎng)分吸收累積量[40]。

養(yǎng)分是作物生長(zhǎng)并獲得一定生物產(chǎn)量的物質(zhì)基礎(chǔ)，而合理施肥則能顯著提高作物產(chǎn)量。眾所周知，紫云英是固氮作物，能通過(guò)其根系-根瘤菌共生固氮系統(tǒng)固定大氣中的N2供自身利用。雖然施用氮肥對(duì)紫云英生長(zhǎng)具有一定促進(jìn)作用，但施用磷、鉀肥以及均衡施肥均能顯著促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育并提高根瘤菌的固氮能力[41-44]。另外，主作物生長(zhǎng)季施用的氮、磷、鉀肥不僅能被當(dāng)季作物吸收利用，殘留在土壤中的養(yǎng)分仍能被后茬作物吸收利用[45]。在紫云英-水稻種植體系中，水稻季施用氮、磷、鉀肥促進(jìn)后茬作物紫云英生長(zhǎng)發(fā)育，顯著增加其鮮草產(chǎn)量和養(yǎng)分累積量，從而提高系統(tǒng)化肥的累積利用率[44,46]。

除大量營(yíng)養(yǎng)元素外，微量營(yíng)養(yǎng)元素參與并調(diào)控植物體內(nèi)各種生理代謝過(guò)程，是影響紫云英作物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因子。研究表明，基施或噴施硼、鉬和鋅肥等微量元素，有效增加紫云英植株的分枝數(shù)和株高等生長(zhǎng)性狀和根瘤數(shù)，從而促進(jìn)紫云英植株生長(zhǎng)發(fā)育及其固氮能力并增加鮮草和種子產(chǎn)量[25,47]。紫云英是國(guó)際公認(rèn)的富硒作物，施用硒肥雖未改變紫云英植株體內(nèi)化學(xué)組分構(gòu)成，卻顯著影響了各化學(xué)成分含量以及地上部和地下部中的官能團(tuán)能值，進(jìn)而影響植株對(duì)硒的吸收、絡(luò)合與運(yùn)輸[48]。低濃度硒促進(jìn)紫云英種子發(fā)芽，而且對(duì)其根系的相對(duì)伸長(zhǎng)率、耐性指數(shù)與根系活力等均有顯著刺激作用而促進(jìn)植株生長(zhǎng)，但隨著硒濃度的增加改變了植株體內(nèi)各滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、光合系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)中各組分構(gòu)成與含量，進(jìn)而可能抑制植株生長(zhǎng)發(fā)育甚至還會(huì)產(chǎn)生一定的毒害作用[49-50]。

水肥耦合有機(jī)調(diào)節(jié)了水與肥之間的協(xié)同作用關(guān)系，促進(jìn)植物生長(zhǎng)及其對(duì)水分和養(yǎng)分的利用率，而且其效果比單一進(jìn)行水分或養(yǎng)分管理更好[51]，對(duì)植物生長(zhǎng)和環(huán)境保護(hù)都有重要意義。研究表明，在相同施肥水平下，紫云英苗期植株干物質(zhì)累積量隨著水分含量的增加而增加；而在相同土壤水分含量條件下，株高、根長(zhǎng)、根干重和葉片中葉綠素含量等隨肥料用量增加而增加，適宜的水肥條件促進(jìn)紫云英生長(zhǎng)[52]。

5 非生物逆境脅迫對(duì)紫云英生長(zhǎng)發(fā)育的影響

外界逆境環(huán)境條件會(huì)抑制紫云英生長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致其死亡。植株在逆境脅迫環(huán)境下不僅會(huì)累積大量活性氧和丙二醛(malondialdehyde, MDA)等有害物質(zhì)，還破壞光合系統(tǒng)中電子傳遞鏈而降低植株光合速率。干旱和淹水條件下，紫云英植株葉片中MDA含量和最小熒光產(chǎn)量(minimal fluorescence,Fo)上升，最大熒光產(chǎn)量(maximal fluorescence,Fm)和可變熒光產(chǎn)量(variable fluorescence,Fv)等均下降，顯著降低植株生物量和養(yǎng)分累積量，紫云英幼苗生長(zhǎng)受阻[40]。光照強(qiáng)度影響植株株高、葉面積、莖粗等農(nóng)藝性狀指標(biāo)以及地上部生物量和養(yǎng)分吸收累積量[53]。研究表明，遮陰提高了紫云英種子出苗率，但增加了幼苗死亡率；在生長(zhǎng)前期，紫云英株高隨遮陰度的增加而增加，卻降低了其單株復(fù)葉數(shù)、表觀葉面積和葉綠素含量[54]。

叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrihizal fungi, AMF)廣泛存在于包括鹽漬化和重金屬污染土壤在內(nèi)的各類自然土壤中，而且能與大部分陸生植物形成互惠共生體，促進(jìn)宿主植物對(duì)養(yǎng)分和水分的吸收及其生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)其對(duì)逆境環(huán)境的抗性。接種AMF顯著提高紫云英植株耐受鹽脅迫的能力，尤其是接種根內(nèi)球囊霉(Glomusintraradices)顯著增加植株對(duì)P、K的吸收累積量，并將Na+限制于根部而減少鹽基離子對(duì)地上部的傷害，不同類型的AMF之間具有一定協(xié)同效應(yīng)，混合接種AMF能增強(qiáng)植株對(duì)鹽濃度的耐受能力，有利于其在鹽漬化土壤中的生長(zhǎng)[55-56]。土壤中過(guò)量的As能抑制作物根系活動(dòng)并阻礙其對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生脅迫作用。接種AMF不僅顯著提高紫云英植株中P含量和根系分泌物中草酸含量并降低As含量，而且還可將植株吸收的大部分Cd、Cu2+和Zn2+等固定于根部并抑制其向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)，從而有利于緩解重金屬對(duì)紫云英的脅迫作用及其生長(zhǎng)[57-60]。

在銅、鋅、鉛等重金屬混合污染條件下，紫云英植株體內(nèi)葉綠體、線粒體、細(xì)胞核等細(xì)胞器的超微結(jié)構(gòu)被破壞，抑制其根系、地上部和根瘤生長(zhǎng)[61]。然而，在銅污染土壤中施用鈣肥可抑制紫云英根對(duì)銅的吸收并促進(jìn)其向莖中轉(zhuǎn)運(yùn)，緩解由于過(guò)量銅所引起的葉片膜脂過(guò)氧化作用，進(jìn)而促進(jìn)紫云英植株生長(zhǎng)，增加其生物量[62]；而抗重金屬微生物通過(guò)將根際土壤中可吸收態(tài)銅轉(zhuǎn)化為鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)銅，而有效降低土壤溶液中可被植株吸收的銅含量，最終降低銅對(duì)植物的毒害作用并促進(jìn)紫云英生長(zhǎng)發(fā)育[63]。在銅尾礦土壤中加入乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid, EDTA)、醋酸和檸檬酸降低紫云英植株對(duì)銅的吸收，有效阻止了銅對(duì)植株的毒害，而且檸檬酸還可降低植株細(xì)胞膜透性，促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育和對(duì)銅的抗性[64]。另外，鎘污染脅迫增加紫云英幼苗中MDA含量而抑制其生長(zhǎng)并降低葉綠素含量，但一定濃度的EDTA通過(guò)調(diào)控植株體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)來(lái)緩解鎘對(duì)紫云英幼苗的毒害作用[65]。

另外，除草劑是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用量最大的化學(xué)農(nóng)藥，對(duì)糧食安全具有重要作用。然而，除草劑施入土壤后，除少部分或進(jìn)入生物體或因揮發(fā)進(jìn)入大氣外，大部分進(jìn)入到土壤后被土壤顆粒吸附而殘留于土壤中，可能對(duì)非目標(biāo)生物的生長(zhǎng)發(fā)育帶來(lái)不利影響[66]。研究表明，殘留稻田除草劑通過(guò)改變土壤微生物區(qū)系組成和酶活性等生物學(xué)性狀，降低土壤中P、K等養(yǎng)分的生物有效性，進(jìn)而影響紫云英植株對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用及其干物質(zhì)累積[67-68]。

6 冬季種植紫云英對(duì)稻田土壤生態(tài)和水稻生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量與稻米品質(zhì)的影響

農(nóng)田冬季覆蓋作物是生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要組成部分，可增加冬季稻田綠色作物覆蓋度而減少土壤地表裸露，增加單位面積生物量和土壤碳、氮累積量，降低土壤硝態(tài)氮含量而抑制其淋溶風(fēng)險(xiǎn)[46]，從而有利于糧食作物可持續(xù)生產(chǎn)與安全。另外，稻田冬季種植紫云英不僅可調(diào)節(jié)稻田土壤pH，一定程度上緩解酸性稻田土壤的酸化效應(yīng)或降低堿性土壤的pH，還可顯著提高酸性稻田土壤中氨氧化細(xì)菌與古菌豐度以及產(chǎn)甲烷細(xì)菌、甲烷氧化細(xì)菌、硝化和反硝化細(xì)菌數(shù)量，提高土壤的硝化強(qiáng)度和硝化勢(shì)以及CH4和N2O的排放量[69-70]。

土壤中活性碳氮(如微生物量碳氮和可溶性有機(jī)碳氮等)含量及其形態(tài)變化是評(píng)價(jià)土壤肥力與質(zhì)量早期變化的有效指標(biāo)，與土壤養(yǎng)分供給及植物有效性關(guān)系密切[71]。冬季種植紫云英等綠肥作物可有效增加稻田土壤微生物生物量碳、氮和可溶性有機(jī)碳、氮含量，促進(jìn)土壤有機(jī)碳、氮的礦化速率，從而有利于滿足水稻生長(zhǎng)期間對(duì)養(yǎng)分的需求[72]；而適量紫云英與氮、磷肥合理配施也可有效改善早稻生長(zhǎng)環(huán)境，提高植株生育期內(nèi)的光能利用率及其對(duì)光合作用的反饋調(diào)節(jié)作用，從而獲得水稻高產(chǎn)[73]。

一般而言，冬季覆蓋作物都有龐大的根系系統(tǒng)，在水稻等主作物收獲后種植紫云英作為冬季覆蓋作物，其大量根系殘留及地上部鮮草還田，可改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)水稻植株生長(zhǎng)發(fā)育，從而可能改善稻米品質(zhì)。研究表明，冬季種植紫云英不僅提升水稻根系清除活性氧的能力，一定程度上緩解了膜脂過(guò)氧化對(duì)根系的傷害作用，延緩早稻生育后期根系衰老并增加根表面積和根系數(shù)量，增加晚稻根系數(shù)量和根長(zhǎng)，促進(jìn)水稻根系對(duì)土壤水分和養(yǎng)分的吸收與運(yùn)輸[74]；而且可降低土壤中Cd、As與Hg等重金屬含量和糙米中Cd與Pb含量，增加稻米出糙率、整精米率、膠稠度和直鏈淀粉含量，卻降低堊白米率和堊白大小，從而有利于植株地上部生長(zhǎng)發(fā)育及提高水稻產(chǎn)量和改善稻米品質(zhì)[75]。

7 小結(jié)與展望

隨著社會(huì)對(duì)生態(tài)和農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全越來(lái)越關(guān)注，紫云英等綠肥作物又獲得了全新發(fā)展機(jī)遇。近幾年來(lái)，紫云英綠肥作物生產(chǎn)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，不僅有效遏制了種植面積下滑的勢(shì)頭，而且挽救和選育了一批優(yōu)良的紫云英品種，還在紫云英與不同水稻生產(chǎn)模式配套的種植技術(shù)及其抗逆性等方面取得豐碩成果。筆者認(rèn)為今后仍然需要深入開展以下研究：

1)應(yīng)根據(jù)不同生態(tài)區(qū)和稻作制等生產(chǎn)實(shí)際需求，利用分子生物學(xué)技術(shù)等現(xiàn)代先進(jìn)手段選育鮮草產(chǎn)量和養(yǎng)分累積量高的優(yōu)良品種，并篩選與之匹配的價(jià)格低廉且適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的高固氮根瘤菌菌株(劑)，擴(kuò)大種子繁育基地，為大面積恢復(fù)發(fā)展和推廣紫云英種植提供種質(zhì)資源保障；繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)地方優(yōu)良品種的保護(hù)與保存，并對(duì)其提純復(fù)壯；廣泛收集性狀優(yōu)良的野生綠肥品種，擴(kuò)大紫云英種質(zhì)資源庫(kù)，并對(duì)其進(jìn)行品性鑒定和性狀改良；我國(guó)耕地中大部分為中低產(chǎn)田，其中低產(chǎn)田面積占41.2%，尤其是分布在南方山區(qū)谷地、丘陵低洼地和平原湖沼低洼地等區(qū)域的冷浸田，其增產(chǎn)潛力大。因此，選育具有耐漬水、抗寒(冷)性強(qiáng)等特點(diǎn)的優(yōu)良紫云英品種以及與之匹配的根瘤菌菌劑，對(duì)改良冷浸田和提升其生產(chǎn)能力，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收和保障糧食安全有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2)在“紫云英-雙季稻”種植體系中，紫云英一般是在晚稻收獲前15～20 d稻底套播。但此時(shí)水稻植株株高葉茂，不能進(jìn)行機(jī)械化播種，需要額外增加大量勞動(dòng)力且勞動(dòng)強(qiáng)度大、播種難度大且均勻度低，容易導(dǎo)致葉間擱籽等而造成種子浪費(fèi)，對(duì)水稻產(chǎn)量也會(huì)產(chǎn)生一定的不利影響。因此，有必要開展將紫云英播種與水稻施肥等相關(guān)技術(shù)體系的可行性研究，為降低勞動(dòng)力成本投入，實(shí)現(xiàn)紫云英輕簡(jiǎn)化種植提供技術(shù)支撐。另外，水稻集約化和機(jī)械化生產(chǎn)條件下的紫云英高產(chǎn)栽培技術(shù)也需要進(jìn)一步系統(tǒng)研究。

3)稻田長(zhǎng)期大量濫用農(nóng)業(yè)化學(xué)品，破壞了土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性狀而出現(xiàn)酸化板結(jié)，保水保肥能力下降，嚴(yán)重阻礙了紫云英植株生長(zhǎng)發(fā)育。因此，有必要深入開展關(guān)于紫云英生長(zhǎng)發(fā)育障礙因子的基礎(chǔ)研究，為紫云英高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

4)紫云英蜂蜜是重要的出口農(nóng)產(chǎn)品，紫云英作物是優(yōu)質(zhì)的蜜源植物和飼草原料。此外，紫云英的藥用、菜用和休閑游憩等社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值也非常高，尤其是開發(fā)富硒產(chǎn)品可顯著提升其經(jīng)濟(jì)效益。因此，加強(qiáng)紫云英相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的開發(fā)研究，增加種植紫云英的直接經(jīng)濟(jì)效益等綜合利用價(jià)值是有效提升農(nóng)民積極性的最有效途徑。