楊濱娟， 黃國勤

(江西農業(yè)大學生態(tài)科學研究中心，江西南昌 330045)

冬季綠肥是南方稻區(qū)一種重要的、養(yǎng)分完全的優(yōu)質生物肥源[1-2]，含有15%～20%的有機物，翻壓后腐解礦化快，可促進土壤有機質的礦化分解和土壤養(yǎng)分的循環(huán)與轉化[3-9]，還能減少土壤侵蝕，有利于水土保持，對退化耕地的改良具有很好的效果[10-12]。尤其是豆科綠肥能夠從空氣中固定氮素提供給后茬作物吸收利用[4]，還可為土壤提供大量的碳源和養(yǎng)分[2]，對于緩解化肥資源短缺及節(jié)約化肥投入成本、提高耕地質量從而保障農業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[13]。雙減雙增就是利用豆科綠肥的固氮特性，通過綠肥翻壓還田以減少氮肥施用，減少溫室氣體排放。紫云英(AstragalussinicusL.)又叫紅花草，豆科植物，為2年生(越年生)草本植物，是江西乃至南方稻區(qū)各省(區(qū)、市)主要的冬季綠肥兼牧草，它具有適應性廣、產量高、營養(yǎng)成分豐富，容易種植、有利于提高復種指數及緩解冬季勞動力富余等優(yōu)點，具有固定碳素、改善土壤物理性狀、提高土壤養(yǎng)分含量、促進早稻優(yōu)質高產等效果，還能凈化環(huán)境、堅持生態(tài)平衡，現(xiàn)已成為南方稻區(qū)農田中的當家綠肥。雙季稻田冬種紫云英雙減雙增綠色高效循環(huán)農業(yè)模式采用冬前控水、播期后移、覆蓋過冬等技術種植紫云英，并通過以磷增氮、延遲翻壓、氮肥前移等加速紫云英的翻壓腐解，釋放出較多量的無機態(tài)氮，減少氮肥施用，減少溫室氣體排放，以達到增加水稻產量、提高系統(tǒng)綜合效益的目的。

1 雙減雙增技術模式的意義

2015年我國糧食總產量實現(xiàn)“十二連增”，2016年突破 6億t，為穩(wěn)定經濟社會發(fā)展大局發(fā)揮了重要作用。水稻是我國第二大糧食作物，種植面積3 013.7萬hm2，總產量達 2.04億t，占我國糧食總產量的1/3以上[14]。江西省水稻常年種植面積為320萬hm2，約占全國水稻種植面積的10%，是我國雙季稻種植比例最高的省份，水稻總產1 800萬t，居全國第2位，人均稻谷占有量居全國第1位[15]。因此，水稻在確保江西糧食安全方面起到了決定性作用，對維護國家糧食安全作出了重要貢獻。但應看到糧食逐年增產，農業(yè)環(huán)境承載力也不斷增大。南方雙季稻區(qū)普遍存在冬閑田面積大[16]、種植結構單一、化肥過量與利用效率低[13，17-20]、光熱資源潛力發(fā)揮不足等現(xiàn)實問題。不但造成光、熱、水、溫資源的浪費，還導致土壤板結、酸化、病蟲抗(耐)藥性上升、環(huán)境污染和生態(tài)平衡破壞等一系列問題，嚴重威脅著我國農產品質量和農業(yè)生態(tài)環(huán)境安全[3，21-22]。因此，在獲得水稻高產的同時，如何保護農田環(huán)境、維持可持續(xù)發(fā)展是一個亟需解決的問題。

眾多研究表明，綠肥和氮肥配施是提高氮肥利用效率的重要手段之一，并可增加土壤有機質活性部分的比例[23-25]。雙季稻田冬種綠肥的稻田三熟制是南方傳統(tǒng)的種植模式之一。我國南方稻區(qū)水、熱資源豐富，多數地區(qū)適宜復種冬季綠肥。綠肥是生態(tài)農業(yè)的重要組成部分，是我國傳統(tǒng)農業(yè)的精華。綠肥的栽培和施用在我國已有悠久的歷史，我國是世界上最早施用綠肥的國家之一，曾對我國農業(yè)生產起到舉足輕重的作用[26-27]。其中，紫云英是我國南方稻區(qū)主要的冬種綠肥作物之一，它的根、莖、葉回歸土地，漚爛后不僅可以調節(jié)土地的酸堿度，而且含有大量的有機物，分解后既能源源不斷提供作物所需的各種營養(yǎng)成分，其腐殖質還能降低土壤黏度，改善土壤結構，提高土壤的保水保肥能力，是一種傳統(tǒng)有效的有機肥料。眾多研究表明，紫云英翻壓后不僅能為后茬作物提供大量的養(yǎng)分，還能夠增加土壤有機質含量，改善土壤結構和提高土壤肥力[28-29]；同等產量下，鮮紫云英翻壓15 000～22 500 kg/hm2，化肥用量可以減少20%～30%。因此，建立有冬季綠肥參與的水稻有機-無機肥料配合施用的施肥體系，對于降低農業(yè)生產成本、實現(xiàn)農業(yè)生產可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

2 雙減雙增技術模式的理論基礎

2.1 紫云英腐解速率高，并能釋放出大量氮素

作物秸稈作為重要的有機肥資源，含有較豐富的養(yǎng)分和有機質，且施入土壤后在土壤微生物的作用下，能夠腐解釋放出植物生長發(fā)育所需的養(yǎng)分[30-33]。了解綠肥的腐解礦化過程和養(yǎng)分釋放規(guī)律是合理利用綠肥的基礎。紫云英翻壓30 d前可以通過腐解、分解轉化，從而釋放出較多量的無機態(tài)氮，并可被作物吸收利用，但只施用紫云英的話，在翻壓前期(尤其是10 d前)及營養(yǎng)生長的關鍵時期不能提供充分的無機態(tài)氮，所以需要和化肥配施，使緩效氮和速效氮互相調劑[7，34]。

關于紫云英腐解速率和養(yǎng)分釋放規(guī)律的研究很多，但結果不盡相同。宋莉等研究表明，綠肥腐解過程和養(yǎng)分釋放量呈現(xiàn)出翻壓前2周分解速率最快，第3～7周分解速率中等，7周以后較慢并逐漸趨于平穩(wěn)的規(guī)律；翻壓后各養(yǎng)分的釋放快慢不同，表現(xiàn)為鉀>磷>氮>碳，在翻壓90 d時鉀的累積釋放率為95.09%～97.17%，磷的累積釋放率為62.65%～87.14%，氮的累積釋放率為70.00%～76.48%，碳的累積釋放率為39.53%～64.69%[35-36]。寧東峰等認為，綠肥翻壓前 3 d 腐解速率最快，以后呈降低趨勢并變緩[37]；趙娜等提出，前期腐解快、后期腐解慢，高峰均出現(xiàn)在最初的1個月內[38]。馬艷芹通過試驗明確了紫云英腐解和氮素釋放量主要是前10 d，50～90 d趨于穩(wěn)定，而40～90 d之間水稻的群體吸氮量占整個生育期的58.90%～71.04%，建議水稻氮肥的運籌應集中在中后期，適當減少基肥(前10 d)的施用量，增加分蘗肥和穗肥(第40～90 d)的施用量[39]。

2.2 紫云英翻壓還田和減施氮肥可降低溫室氣體排放

全球氣候變化是當今國際社會普遍關注的問題，其中氣候變暖是人類面臨的最為嚴峻的環(huán)境問題之一，溫室氣體(N2O、CH4、CO2)等濃度增高是導致全球變暖的主要原因[40]。大氣中CO2、CH4和N2O等溫室氣體含量增加引起的全球變暖已經成為當今社會面臨的重大挑戰(zhàn)，它們對全球變暖的貢獻率分別為60%、15%和5%[41]。農業(yè)是溫室氣體的主要排放源之一，農業(yè)生產對溫室氣體總排放量的貢獻率大約是20%。大氣中每年有5%～20%的CO2來源于土壤[42]。農業(yè)土壤排放的N2O約占人類活動N2O總排放量的52%[42]；稻田排放的CH4占全球人為CH4總排放量的 12%～16%[42]，二者濃度也正以每年3%和0.22%的速率持續(xù)增長[43]。準確合理地核算農業(yè)溫室氣體的排放量，可以為合理制定農業(yè)減排措施提供依據。我國稻田主要分布在亞熱帶地區(qū)，該區(qū)稻田占全國總面積的31.4%[44]，本研究以江西中亞熱帶雙季稻田作為對象，具有典型代表性。氮肥是植物生長發(fā)育必不可少的營養(yǎng)元素之一，我國擁有占世界7%的耕地，卻消耗了全球35%的氮肥，是全球氮肥使用大國。合理施用氮肥有助于提高水稻產量和稻米品質，因此確定氮肥合理用量成為當今水稻營養(yǎng)生理研究的熱點之一[45]。減少氮肥施用過程和施用后的氮素損失，成為田塊區(qū)域和國家尺度控制氮肥用量、提高氮肥有效率和降低環(huán)境污染、減少溫室氣體排放的關鍵[46-47]。此外，如何確定一個最佳施氮水平，在提高水稻產量同時又可減少稻田溫室氣體排放，也是水稻栽培過程中所急需解決的問題之一。

研究冬季綠肥翻壓還田后稻田溫室氣體排放特征，對于合理利用冬閑田，發(fā)展冬季綠肥，以及科學評價不同種植模式具有重要意義。稻田冬季作物覆蓋，可以充分利用冬春季光熱資源，增加單位面積生物產量和土壤養(yǎng)分，增加碳氮蓄積，保障作物生產安全，同時也可能增加稻田有機物的投入，從而影響稻田溫室氣體的排放[48]。因此，如何通過冬季種植覆蓋作物，減少氮素流失，提高氮素利用率，從而達到減少溫室氣體排放的目的，是需要進一步探討的問題。當前關于冬種紫云英還田后對稻田溫室氣體排放的影響結論并不一致，相關學者研究認為，豆科綠肥還田促進了稻田甲烷菌的生長及土壤的反硝化作用，對稻田土壤CH4和N2O的排放有極大的促進效應[49-54]。相關學者則認為，綠肥還田后可替代部分化肥，減少因施用化肥導致的溫室氣體排放[55-57]。唐海明等研究表明，冬季覆蓋作物殘茬還田后，早、晚稻田CH4和N2O排放量均明顯高于冬閑-雙季稻；翻耕稻草覆蓋馬鈴薯-雙季稻的稻田CH4和N2O綜合溫室效應總和最高，冬季覆蓋作物殘茬還田明顯提高稻田CH4和N2O排放量[48]。

2.3 紫云英翻壓還田和減施氮肥可對水稻生產產生協(xié)同促進效應，實現(xiàn)節(jié)肥增產

施用綠肥能提高土壤養(yǎng)分特別是有機質、速效鉀、速效磷和堿解氮，進而提高作物的產量和品質。徐昌旭等研究發(fā)現(xiàn)，水稻田翻壓紫云英后，可以減少20%～40%氮肥施用量，既增加土壤中有效養(yǎng)分含量，有利于水稻植株對養(yǎng)分的吸收，水稻又不出現(xiàn)減產[58-59]；而且翻壓22 500 kg/hm2的紫云英后，與配施100%化肥(N，50 kg/hm2)相比，減少20%化肥用量有利于水稻地上部對養(yǎng)分的吸收，促進莖稈和籽粒中干物質的累積[60]。郭曉彥等研究發(fā)現(xiàn)，翻壓15 000～22 500 kg/hm2的紫云英在減少20%～40%的氮肥用量時能夠保證水稻的正常生長[61]。高菊生等通過對連續(xù)27年長期不同輪作制度定位試驗的研究結果表明，與冬閑處理相比較，冬種綠肥能促進水稻增產[62]，且以冬種紫云英的增產幅度最大[63]。相關研究結果表明，在紫云英翻壓22 500 kg/hm2條件下，與紫云英配施100%化肥相比，施用80%化肥用量可有效促進早稻有效穗數、每穗粒數以及實粒數等產量構成，而且水稻產量并未出現(xiàn)減產，甚至有提高早稻產量的趨勢[64-65]。盧萍等研究結果表明，種植冬季綠肥還田能在一定程度上提高土壤供氮能力，減少無機氮肥的用量，不會對水稻產量產生影響[66]。

3 雙減雙增技術模式的具體內容

(1)冬前控水。在水稻收獲前，保持水稻土壤含水量≤30%，控制土壤低水分含量，保持土壤一定的壓縮性，提高稻田土壤的硬度和抗輾壓能力，從而可減輕機械作業(yè)時對紫云英幼苗的損傷程度。(2)播期后移。在晚稻收獲前10 d播種，避開了紫云英生長發(fā)育的關鍵期與水稻收獲時機械作業(yè)對稻田輾壓的重疊期，減少對紫云英種子的破壞程度，提高紫云英的出苗和生長發(fā)育能力。(3)覆蓋過冬。晚稻收獲后，撒一薄層稻草(以能透光為度)遮蓋幼苗，冬季可以遮陽保濕、防霜防凍，有利于紫云英稻田保墑、越冬和正常生長，提高其產量。(4)以磷增氮。在紫云英冬季生長和分枝高峰期，重施冬肥，撒施鈣鎂磷肥225～300 kg/hm2，有條件可加施草木灰750～1 500 kg/hm2保暖越冬。磷肥、鉀肥可促進分枝，提高抗寒能力，過磷酸鈣和氯化鉀提倡分次施用，以延長肥效，避免徒長。(5)延期翻壓。在早稻移栽前5～7 d翻壓紫云英，紫云英翻壓與早稻移栽間隔時間較短有利于水稻產量的提高，這主要與紫云英腐解和養(yǎng)分釋放規(guī)律有關。(6)氮肥前移，加速腐解。在翻壓紫云英的同時配施氮肥，使緩效氮和速效氮互相調劑，進一步加速腐解，從而釋放出較多量的無機態(tài)氮被水稻吸收利用。(7)減施氮肥。紫云英全量還田條件下，可以有效補充土壤中的有效氮，減少常規(guī)施氮量 150 kg/hm2的40%，即早、晚稻分別施氮90 kg/hm2。

雙減雙增技術模式的流程見圖1。

4 雙減雙增技術模式規(guī)程

4.1 冬種紫云英栽培技術

4.1.1 選用良種，拌肥播種 紫云英品種選用余江大葉籽。播前選晴好天氣曬種4～5 h，按照2 ∶1的比例將細沙與種子混合，灑水濕潤后，裝在布袋里反復搖轉摩擦，磨去蠟質層(種子量較大時用碾米機磨去蠟質層)，然后用2%～3%鹽水選種，清除病粒和空秕率，用0.2%鉬酸銨溶液浸種24 h，撈出晾干，隨后用75 kg/hm2鈣鎂磷肥與300～375 kg/hm2土雜肥混合均勻，再與晾干的種子充分拌勻，拌后即播。

4.1.2 適時播種，培育壯苗 紫云英在晚稻收獲10 d前播種，避開紫云英生長發(fā)育的關鍵期與水稻收獲時機械作業(yè)對稻田輾壓的重疊期，減少對紫云英種子的破壞程度，以利于水稻成熟和紫云英出苗、生長。紫云英播種量為 37.5 kg/hm2，播種時按田定量、分畦勻播，落籽均勻。

4.1.3 冬前控水，抗旱防漬 在晚稻分蘗末期結合曬田開出三溝輪廓，大田一般要開十字溝、廂溝、田邊溝或中心排水溝。播種紫云英時，應保持土壤濕潤或有1～2 cm薄水層，以便種子吸水發(fā)芽。在水稻收獲前，保持水稻土壤含水量≤30%，控制土壤低水分含量，保持土壤一定的壓縮性，提高稻田土壤的硬度和抗輾壓能力，從而可減輕機收晚稻時對紫云英幼苗的損傷程度。

4.1.4 稻草覆蓋，保墑防凍 晚稻收獲后，趁田土濕潤時撒一薄層稻草(以能透光為度)遮蓋幼苗，并將多余的稻草清出田間或集中在稻田一角堆漚，嚴禁在紫云英田焚燒稻草，以免燒死或灼傷幼苗。覆蓋稻草冬季可以遮陽保濕、防霜防凍，有利于紫云英稻田保墑、越冬和正常生長，有利于提高其產量。

4.1.5 重施冬肥，促發(fā)分枝 10月中下旬是紫云英冬季生長和分枝高峰期，施肥時間掌握在割稻后15 d內完成，一般撒施鈣鎂磷肥225～300 kg/hm2，有條件可加施草木灰750～1 500 kg/hm2保暖越冬。在苗期和初花期各噴施硼、鉬等微量元素各1次，可起到?；ūＧv、防止早衰和提高結實率的作用。

4.1.6 追施春肥，助推高產 春季是紫云英的旺長期，一般立春過后，天氣回暖，紫云英莖葉生長快，需肥量加大，此時要及時追施肥料。追肥時間以2月下旬至3月初為宜，施尿素37.5～45.0 kg/hm2、氯化鉀45～60 kg/hm2，達到以小肥換大肥、以無機肥換有機肥的目的。

4.1.7 適時翻壓，培肥地力 在早稻移栽前5～7 d犁翻壓青，紫云英翻壓與早稻移栽間隔時間較短有利于水稻產量提高，壓青時結合撒石灰225～300 kg/hm2，使其充分腐爛，中和酸性，紫云英翻壓量以22 500～30 000 kg/hm2為宜，多出的部分可以割走翻入其他田塊。結合耕翻將紫云英翻入土層，深度掌握在耕層范圍內，要求壓嚴、壓實，與土壤密合無空隙。耕翻后及時上水，保持水層20 d，以加快紫云英腐解。在翻壓紫云英的同時配施氮肥45 kg/hm2，使緩效氮和速效氮互相調劑，進一步加速腐解，從而釋放出較多量的無機態(tài)氮被水稻吸收利用。

4.2 水稻栽培技術

4.2.1 準備秧田，選種備種 選擇無污染、地勢平坦、排水良好、水源方便、土質肥沃的中性旱地做秧田，秧田長期固定，連年培肥、消滅雜草。在3月下旬選晴天翻耕秧田。選用適合本地生產條件，優(yōu)質、豐產、抗(耐)病蟲性強、商品性好的水稻品種，種子質量符合GB/4404.1—1999的規(guī)定。按照“增加半斤種，增產一擔谷”行動要求適當增加用種量，備種 37.5 kg/hm2。

4.2.2 浸種催芽，精量勻播 浸種前將種子攤曬2～3 d，浸種時先用清水選種，去掉雜質和病粒。將選好的種子用強氯精兌水浸種12 h，撈出用清水洗凈瀝干后催芽，催芽露白即可播種。采用濕播旱育方式，早稻在3月25日前后播種，晚稻在6月底播種。早稻秧齡25～30 d，晚稻秧齡30～35 d。具體的播期、播量因品種及茬口而定。雙季晚稻要確保9月下旬前齊穗。

4.2.3 秧田管理，培育壯苗 播種后做到溝中有水，畦田無水。秧苗1葉1心期噴施敵磺鈉，防止秧苗發(fā)生綿腐病和立枯??；2葉期后，采用溝灌，烈日“跑馬水”，晴天平溝水，陰天半溝水，雨天排干水，2葉1心期后，水可以上廂面；2～3葉期注意以水調溫，以水護苗，外界氣溫穩(wěn)定在18 ℃左右，能揭農膜時，及時揭掉農膜，降溫煉苗，防止高溫傷苗，防秧苗徒長，有利于增強秧苗素質和培育帶蘗壯秧。揭膜時，先灌水上廂面，防止秧苗失水發(fā)生青枯死苗。2葉期秧田施 37.5 kg/hm2尿素，促進秧苗健壯生長。插秧前4～5 d施 60～75 kg/hm2尿素和37.5 kg/hm2鉀肥，促發(fā)新根，防病防蟲。

4.2.4 適時移栽，寬行密植 插秧前2～3 d精細平整大田，待大田沉實后栽插。早稻移栽在4月中下旬，晚稻在7月中下旬，早稻行距為20 cm，株距為14 cm；晚稻行距為20 cm，株距為17 cm。

4.2.5 重施基肥，早施追肥 施足基肥，增施磷肥、鉀肥。早稻、晚稻所用化肥為尿素(N 46%)、鈣鎂磷肥(P2O512%)、氯化鉀(K2O 60%)，周年常規(guī)用量為N、P2O5、K2O為150、90、120 kg/hm2，紫云英翻壓后，氮肥施用量減至90 kg/hm2。氮肥早稻按基肥 ∶分蘗肥 ∶穗肥=6 ∶3 ∶1施用，晚稻按 基肥 ∶分蘗 肥 ∶穗肥=5 ∶3 ∶2施用。磷肥全部作基肥，一次性施入，鉀肥按分蘗肥 ∶穗肥=7 ∶3施用。氮、磷基肥在插秧前1 d施下，分蘗肥在水稻移栽后5～7 d時施用，穗肥在主莖幼穗長1～2 cm時施用。

4.2.6 好氣灌溉，科學管水 在整個水稻生育期間，除施肥、病蟲草害防治以及抽穗揚花需要保持淺水層以外，主要采用間歇灌溉為主，使土壤處于富氧狀態(tài)，促進根系生長，增強根系活力。當莖蘗數達穗數苗的90%左右開始多次擱田，以控制高峰苗。生育后期采用干濕交替灌溉，有水抽穗，干濕壯籽，成熟前5～7 d斷水，以協(xié)調根系對水、氣的需求，直至成熟。

4.2.7 病蟲草害，綜合防治 始終堅持“預防為主，綜合防治”的方針。秧田期間重點防治稻薊馬，在秧苗移栽前3～5 d 噴施1次長效農藥，帶藥下田。其他時間的病蟲防治，根據本地區(qū)的病蟲預測預報和大田病蟲發(fā)生情況，選用高效、長效、環(huán)保農藥，使用先進施藥機械打藥防治，以提高防治效果和農藥利用率。

4.2.8 及時收割，清潔貯存 在水稻齊穗后25～30 d，成熟度達90%左右時及時收割。做到雨后葉片未干不收獲，葉面有露水不收獲。切忌長時間堆垛在公路上打場暴曬，以防污染和品質下降。貯運時注意單收單貯單運，倉庫要消毒、除蟲、滅鼠，進倉后注意檢查溫度和濕度，防霉、防鼠害，運輸時不與其他物質混載。

5 結論

密切結合南方雙季稻區(qū)冬季綠肥生產實際，致力于解決江西雙季稻區(qū)冬閑田逐年增加、冬季稻田生產力低下、資源利用效率低、無機肥料大量施用而導致的耕地土壤理化性狀變差、養(yǎng)分管理不合理、環(huán)境污染等瓶頸問題，以綠色、高效、循環(huán)為研究思路，從農業(yè)資源內部循環(huán)、冬季資源高效利用、化肥減量投入著手，提出了主攻冬季作物，優(yōu)化冬作-雙季稻作物高產種植制度的思路，對冬種紫云英的用地養(yǎng)地效應與資源高效利用效應、冬種紫云英的增產潛力和生態(tài)效應、冬種紫云英條件下紫云英腐解與養(yǎng)分釋放規(guī)律、稻田溫室氣體排放規(guī)律、全球增溫潛勢等進行科技攻關，獲得了冬前控水、播期后移、覆蓋過冬等種植技術，研發(fā)了以磷增氮、延遲翻壓、氮肥前移等腐解技術，集成了冬種紫云英雙減雙增綠色高效循環(huán)農業(yè)模式，并進行了大面積的推廣應用。建立了江西省萬年縣農業(yè)科學研究所、余江縣農業(yè)科學研究所、余江縣鄧家埠水稻原種場、江西農業(yè)大學科技園試驗田4個實驗基地。在萬年縣、余江縣累計建立核心區(qū)1 667.67 hm2，在萬年縣、余江縣、新建區(qū)、安義縣、永修縣建立示范區(qū)2萬hm2，技術輻射區(qū)22.32萬hm2。

鑒于冬種紫云英資源高效利用循環(huán)農業(yè)模式在南方三熟區(qū)的突出影響，促進了雙減雙增綠色高效循環(huán)農業(yè)模式在鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)的轉化應用，并取得了以下顯著的經濟、社會和生態(tài)效益：2012—2016年，紫云英莖葉量147.70萬t，提高光能利用效率幅度達到 31.52%，溫室氣體減排量966.02萬t，固碳量240.8萬t。相對于常規(guī)模式施肥(150 kg/hm2)減少了60 kg/hm2，可節(jié)約生產成本3 486.15元/hm2。項目實施5年以來，可新增收入1.97億元。