紫云英、油菜長期混播還田的作物增產(chǎn)和土壤培肥效應(yīng)

陶云彬，劉曉霞

(1.蘭溪市土壤肥料工作站，浙江 蘭溪 321100； 2.浙江省耕地質(zhì)量與肥料管理總站，浙江 杭州 310020)

水稻是浙江省種植面積最大的糧食作物[1]，其產(chǎn)量占全省糧食總產(chǎn)量的80%左右[2]，但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中片面追求高產(chǎn)，重施化肥、輕施有機(jī)肥，重用地輕養(yǎng)地的不良習(xí)慣，致使土壤肥力狀況日趨退化，當(dāng)前全省大部分水稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量處于較中低水平[3-4]，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，推進(jìn)“用地與養(yǎng)地”相結(jié)合已成為實施藏糧于地、藏糧于技戰(zhàn)略的重要手段[5]。綠肥還田是維持土壤有機(jī)質(zhì)含量、提高土壤微生物活性、改善土壤理化性質(zhì)和增加土壤養(yǎng)分含量的有效方式[6]。紫云英和油菜是浙江省種植歷史最久，種植面積最大的兩種綠肥種類[7]，部分地區(qū)在開展紫云英清種(單一種植)或油菜清種的基礎(chǔ)上，探索性嘗試紫云英與油菜混播還田，但兩種綠肥混播是否可以發(fā)揮 “互作”優(yōu)勢以及是否具有長期的土壤培肥效應(yīng)尚不完全清楚。為此，本研究通過11年的長期定位試驗探索了紫云英與油菜混播還田對土壤的培肥效果以及對作物增產(chǎn)效應(yīng)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗地點位于浙江省蘭溪市游埠鎮(zhèn)邵家村，試驗始于2007年，土壤類型為水稻土，耕作制度為一年兩熟制，紫云英品種為寧波大橋種，油菜品種為浙雙72，單季晚稻品種均為當(dāng)年推廣的優(yōu)良雜交水稻品種。供試土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮分別為24.4、1.3 g·kg-1，有效磷、速效鉀分別為9.0、33.0 mg·kg-1，pH值5.2。

1.2 處理設(shè)計

試驗設(shè)3個處理。處理1，對照(無綠肥還田)；處理2，紫云英清種還田(僅種植紫云英并還田)；處理3，紫云英與油菜混播還田。為避免前茬單季稻機(jī)械收割對綠肥的碾壓損失，推遲到單季稻收獲后播種。以667 m2計，紫云英播種量1.5 kg，油菜播種量100 g，后茬作物為單季晚稻。綠肥播種前撒施25 kg復(fù)混肥(N 15%，P2O56%，K2O 9%)，并翻耕入土；油菜抽薹期撒施25 kg復(fù)混肥，油菜成熟期，紫云英和油菜一同翻壓入土，紫云英鮮草全部還田，油菜秸稈還田量為秸稈總量的50%。后作單季稻667 m2均施用75 kg復(fù)混肥，基肥占總用量50%，分蘗肥和穗粒肥各占25%。各處理施肥管理和其他農(nóng)藝措施保持一致。本試驗為長期定位試驗，不設(shè)重復(fù)，各小區(qū)面積130 m2。

1.3 樣品采集及測定

水稻收獲期測產(chǎn)，同時測土樣有機(jī)質(zhì)含量，土壤有機(jī)質(zhì)測定采用重鉻酸鉀容量法。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫云英、油菜長期混播還田對后茬作物產(chǎn)量水平的影響

由表1可知，相比無綠肥還田處理，紫云英清種還田、紫云英與油菜混播還田均提高了后茬水稻的產(chǎn)量，其中紫云英清種還田處理的水稻產(chǎn)量較對照高3.1%～24.1%，紫云英與油菜混播還田處理水稻產(chǎn)量較對照高6.3%～27.6%，且紫云英與油菜混播還田處理水稻增產(chǎn)率均高于紫云英清種還田。可見，相比紫云英清種還田處理，紫云英與油菜混播還田處理的水稻增產(chǎn)效果更為明顯。

表1 不同綠肥還田模式對后茬水稻產(chǎn)量的影響

2.2 紫云英、油菜長期混播還田對土壤機(jī)質(zhì)含量的影響

綠肥種植是提高土壤有機(jī)質(zhì)含量的重要措施[5]。由表2可見，相比無綠肥還田處理，紫云英清種還田、紫云英與油菜混播還田處理均提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，相比之下，紫云英與油菜混播還田對土壤有機(jī)質(zhì)含量的提升作用較為明顯。2017年紫云英清種還田、紫云英與油菜混播還田土壤有機(jī)質(zhì)含量均大幅高于無綠肥還田處理，其中紫云英清種還田處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量較對照高17.8%，紫云英與油菜混播還田土壤有機(jī)質(zhì)含量較對照高32.4%。綠肥連續(xù)還田對土壤有機(jī)質(zhì)含量存在長期效應(yīng)，無綠肥還田土壤有機(jī)質(zhì)含量自2007—2017年穩(wěn)定在24.3～24.7 g·kg-1，基本無變化。連續(xù)不間斷實施綠肥還田，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)逐年增加趨勢。其中，紫云英連續(xù)11年還田，土壤有機(jī)質(zhì)含量由2007年的24.5 g·kg-1增至2017年的29.1 g·kg-1，增幅為18.8%；紫云英、油菜混播還田的土壤有機(jī)質(zhì)含量由2007年的24.7 g·kg-1增至2017年的32.7 g·kg-1，增幅達(dá)32.4%，可見綠肥還田可以持續(xù)提高土壤有機(jī)質(zhì)含量水平，具有較好的耕地培肥效果。

表2 不同綠肥還田模式對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

2.3 土壤有機(jī)質(zhì)變化的產(chǎn)量效應(yīng)

通過對水稻產(chǎn)量與土壤有機(jī)質(zhì)含量的統(tǒng)計分析，確定了有機(jī)質(zhì)與作物產(chǎn)量的關(guān)系符合線性增長模型。由圖1得出，土壤有機(jī)質(zhì)每提升1 g·kg-1，水稻667 m2產(chǎn)量最多可增加36.43 kg。

圖1 水稻產(chǎn)量與土壤有機(jī)質(zhì)關(guān)系

大量統(tǒng)計結(jié)果顯示，土壤有機(jī)質(zhì)與作物產(chǎn)量之間存在“線性-平臺”關(guān)系[8]，據(jù)此可確定區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)閾值(90%最大產(chǎn)量處的土壤有機(jī)質(zhì))，作為培肥目標(biāo)和確定培肥模式(有機(jī)質(zhì)快速提升、有機(jī)質(zhì)穩(wěn)步提升、有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定維持)。經(jīng)過11年綠肥培肥試驗，試驗區(qū)土壤仍處于快速提升階段，需要增施有機(jī)肥、普及秸稈還田或綠肥，快速提升土壤有機(jī)質(zhì)等肥力水平，促進(jìn)作物增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。

2.4 紫云英與油菜混播還田的增收效益

測產(chǎn)結(jié)果(表3)顯示，紫云英、油菜混播還田處理中油菜籽667 m2產(chǎn)量為192.5 kg，扣除生產(chǎn)成本后，667 m2平均增收450元左右。相比無綠肥還田，紫云英與油菜混播還田處理的水稻產(chǎn)量年均增產(chǎn)114 kg，按水稻2.6元·kg-1均價計算，僅水稻一季年均增收296.4元，外加油菜籽增收部分，年均增收總額高達(dá)740.7元。相比無綠肥還田，667 m2紫云英清種處理水稻產(chǎn)量年均增收87.8 kg，年均增收總額為228.3元。

表3 不同綠肥還田模式下增收效益分析

3 討論

綠肥含有大量的礦質(zhì)元素，如紫云英N、P、K含量分別為26.5、4.4、41.4 g·kg-1，翻壓還田可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[9]。本研究結(jié)果表明，紫云英清種還田、紫云英與油菜混播還田均可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，其中紫云英與油菜混播還田處理提高土壤有機(jī)質(zhì)含量的效果更為突出。綠肥連續(xù)翻壓還田對土壤具有長期培肥效應(yīng)，連續(xù)11年實施紫云英清種還田、紫云英與油菜混播還田，土壤有機(jī)質(zhì)含量分別由24.5、24.7 g·kg-1增至29.1、32.7 g·kg-1。可見，紫云英清種還田、紫云英與油菜混播還田均具有長期的土壤培肥效應(yīng)，兩種模式相比，紫云英與油菜混播還田對土壤的培肥效果優(yōu)于紫云英清種還田。

綠肥還田可顯著提高后茬水稻、冬小麥等作物產(chǎn)量。配施1 500 kg紫云英綠肥，水稻產(chǎn)量較單施等量化學(xué)肥料增產(chǎn)3.7%[10]，豆科綠肥翻壓還田，后茬小麥產(chǎn)量可提高8.3%[11]。本研究發(fā)現(xiàn)，紫云英清種還田、紫云英與油菜混播還田均可提高后茬水稻產(chǎn)量，其中紫云英清種還田處理水稻產(chǎn)量提高3.1%～24.1%，紫云英與油菜混播還田處理水稻產(chǎn)量提高6.3%～27.6%，兩種綠肥種植模式相比，紫云英與油菜混播對水稻產(chǎn)量的提升效果優(yōu)于紫云英清種還田處理。兩種綠肥種植模式對后茬水稻的增產(chǎn)效應(yīng)不一，可能是由于紫云英、油菜混播還田發(fā)揮了兩種綠肥的“互補(bǔ)”優(yōu)勢，對土壤的培肥效應(yīng)更加突出，進(jìn)而促進(jìn)了后茬水稻的增產(chǎn)增收。

相比紫云英清種還田處理，紫云英與油菜混播還田不僅呈現(xiàn)出較好的土壤培肥效應(yīng)，而且在水稻增產(chǎn)增收方面也有突出作用。經(jīng)過11年綠肥培肥試驗，試驗區(qū)土壤仍處于快速提升階段，需要增施有機(jī)肥、普及秸稈還田或綠肥，快速提升土壤有機(jī)質(zhì)等肥力水平，促進(jìn)作物增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。