南方稻田紫云英作冬绿肥的增产节肥效应与机制

本文对我国南方稻田紫云英作冬绿肥以及紫云英与稻草共同利用的增产和节肥效应及其植物营养学、土壤微生物学等相关作用机制进行综述。2008—2019年间开展的11个联合定位试验结果 (n = 930) 表明，冬种紫云英在不减肥或者减肥20%条件下增产效果显著，水稻产量增加幅度分别为6.53%和4.15%；在减施40%化肥时可保障水稻与常规施肥相比不减产。紫云英的增产和节肥效应随种植年限的增加而增强，5个联合定位试验连续7年的监测结果表明，冬种紫云英减施40%化肥条件下，紫云英种植第一年相对常规施肥增产0.87%，至种植第7年增幅为3.98%。紫云英与稻草联合利用是近些年稻区推行的重要技术模式，2016—2019年间开展的7个联合定位试验结果 (n = 342) 表明，紫云英–稻草联合还田相对于单独稻草还田，水稻产量增加了11.71%。本文分别从优化水稻产量构成、促进水稻养分吸收、提升土壤肥力3方面阐释了紫云英作冬绿肥的增产、节肥机制。稻田冬种紫云英可增加水稻有效穗数和每穗实粒数，优化了产量构成。与常规施肥相比，紫云英配施减量化肥的水稻吸氮量增加了6.4%～6.9%，氮肥利用率提高了6.6%～31.1%。稻田种植紫云英使土壤碳、氮库得到培育，土壤活性有机碳含量和碳转化酶活性提高，土壤速效养分、土壤物理性状明显改善。以有机质和全氮为例，相比常规施肥处理，种植翻压紫云英后减施20%和40%化肥处理的土壤有机质含量分别增加3.95%和4.15%，土壤全氮含量分别增加1.22%和1.74%。在紫云英调控土壤微生物及氮转化机制方面，冬种绿肥有利于土壤微生物的生长繁殖，增强与微生物活性密切相关的土壤酶活性，并通过改变土壤微生物的群落结构及功能微生物影响土壤养分循环。紫云英配施减量化肥可提高土壤固氮菌丰度，通过合理的调控措施可优化紫云英的生物固氮作用。硝化作用对冬绿肥的响应在不同类型土壤中有较大差异，碱性水稻土中冬种绿肥可通过抑制硝化作用降低氮素淋失风险，氨氧化微生物群落结构的变化是冬绿肥影响硝化作用的重要机制。通过近十多年来的研究，逐渐明晰了我国南方稻田冬种紫云英的增产、节肥效应及其机制，为今后稻田绿肥的效应与机制研究提供了重要借鉴和参考。     

麦秸与毛叶苕子共同调控青海高原土壤温室气体排放的作用机制

  【目的】  研究青海高原麦秸和豆科绿肥混合添加下土壤温室气体排放规律及其碳氮转化机制,为该地区农田系统秸秆和绿肥科学利用提供依据。  【方法】  采用室内模拟试验,设无添加对照(CK)、单独添加毛叶苕子(VS)、单独添加麦秸(WS)、麦秸与毛叶苕子混合添加(VWS),共4个处理。测定了温室气体排放速率、土壤活性碳氮组分、土壤酶活性、细菌、古菌、真菌、amoA、nirK和narG基因丰度。  【结果】  VWS处理与VS处理相比,CO₂和N₂O的累积排放量分别减少24.8%和74.6%,CH₄累积吸收量增加9.1%,综合增温潜势(global warming potential, GWP)显著降低76.1% (P<0.05);与WS处理相比,CO₂累积排放量增加33.7%,CH₄累积吸收量与N₂O累积排放量分别降低12.0%和43.1%,GWP降低49.4%。有机物料添加可调节土壤pH,增加土壤碳氮含量。VWS处理的土壤pH显著高于CK和VS处理;土壤水溶性有机碳(DOC)和微生物量碳(SMBC)含量较VS处理分别增加了21.6%和4.9%,无机氮(Nmin)、土壤水溶性有机氮(DON)和微生物量氮(SMBN)含量分别降低了77.3%、59.5%和6.3%;土壤Nmin、DOC、DON、SMBC和SMBN含量较WS处理分别增加64.0%、22.5%、56.5%、23.2%和27.8%。VWS处理较其他处理,α-葡萄糖苷酶(AG)和β-葡萄糖苷酶(BG)活性显著提高,亚硝酸还原酶(NIR)活性显著降低。VWS处理的真菌和古菌群落丰度较WS处理分别提高83.8%和69.8%,较VS处理分别降低62.6%和20.3%;VWS处理细菌群落丰度较VS处理降低33.4%。VWS处理下,AOB amoA、nirK和narG基因丰度较VS处理分别降低56.6%、41.4%和16.3%,较WS处理分别降低30.3%、25.9%和12.0%。相关分析结果表明,CO₂和CH₄排放与土壤有机碳、全氮、DOC、SMBC和SMBN含量,AG、NAG和NR活性,真菌、细菌、nirK和narG基因丰度呈显著正相关;N₂O排放与土壤全氮、DON、SMBC和SMBN含量、真菌、AOB amoA和nirK基因丰度呈显著正相关,与土壤pH和BG活性呈显著负相关。偏最小二乘路径模型分析(PLS-PM)表明,AOB amoA是调控土壤N₂O排放的主要功能菌群。  【结论】  麦秸、毛叶苕子单独添加以及二者混合添加均可促进土壤CO₂排放,减少CH₄吸收。相较于二者单独添加,混合添加可通过降低土壤AOB群落丰度等途径,实现N₂O减排和综合增温潜势下降,可作为青海高原旱地土壤温室气体减排的一项有效措施。     

西北小麦与豆科绿肥间作体系箭筈豌豆和毛叶苕子生物固氮效率及氮素转移特性

  【目的】  箭筈豌豆、毛叶苕子与春小麦间作是西北地区推广的新型种植制度。利用15N自然丰度法，研究小麦间作对该系统中豆科绿肥的生物固氮量及其向小麦的氮素转移量，以期为该系统养分管理提供科学依据。  【方法】  在青海西宁和甘肃武威两地分别进行盆栽试验，供试绿肥包括箭筈豌豆和毛叶苕子，设置小麦单作、绿肥单作、小麦||绿肥间作等共5个处理，所有处理不施用氮肥，利用15N自然丰度技术，分析箭筈豌豆、毛叶苕子的生物固氮量及其向小麦的氮素转移量，调查了不同种植模式下小麦和绿肥作物的生物量，分析了影响绿肥生物固氮的因素。  【结果】  与单作相比，间作处理明显降低两地小麦和豆科绿肥的地上部干物质量，但间作系统中地上部干物质量土地当量比均大于1。间作后，小麦和箭筈豌豆、毛叶苕子的氮素积累量显著下降 (西宁小麦除外)，但绿肥单作、小麦||绿肥间作模式下总氮素积累量均明显高于小麦单作。与单作相比，间作豆科绿肥的生物固氮效率无明显改变，但固氮量显著降低 (武威毛叶苕子除外)，其中，西宁、武威两地间作箭筈豌豆的生物固氮量 (0.24、0.48 g/pot) 较单作 (0.88、0.78 g/pot) 分别显著降低了82.1%和38.5%，西宁间作毛叶苕子的生物固氮量 (0.38 g/pot) 较单作 (0.81 g/pot) 显著降低了51.2%。西宁毛叶苕子的生物固氮效率和生物固氮量均显著高于武威；两地箭筈豌豆的生物固氮效率差异不大，间作下的生物固氮量在武威较高。间作条件下，两种豆科绿肥生物固定的氮素均可向小麦转移，西宁、武威两地箭筈豌豆氮素转移量分别为0.13、0.19 g/pot，分别占间作小麦吸氮量的31.6%和24.7%；毛叶苕子的氮素转移量分别为0.09、0.06 g/pot，分别占间作小麦吸氮量的23.8%和11.4%。路径分析结果表明，地上部干物质量是影响生物固氮量和氮素转移量的最主要因素。  【结论】  在不施氮肥条件下，间作小麦对豆科绿肥生物固氮效率无明显影响，但显著降低豆科绿肥的地上部生物量，进而降低总的生物固氮量。间作春小麦吸氮量的11.4%～31.6%来自于豆科绿肥，箭筈豌豆向小麦的氮素转移能力强于毛叶苕子。品种和生长环境都会影响豆科绿肥的总生物固氮量，因此，还需进一步研究与小麦间作的豆科绿肥的种类和品种，以提高间作绿肥对小麦的氮素转移效率。     

稻草及氮调控对紫云英 (Astragalus sinicus L.) 生长和土壤性状的影响

  【目的】   研究不同用量稻草与氮肥配施对紫云英生长及土壤养分的影响，为优化紫云英高产栽培措施和解决秸秆资源化利用难题提供理论依据，进而实现紫云英–水稻轮作体系中的稻田氮肥减施和作物增产。   【方法】   设置稻草和氮肥双因素盆栽试验，3个稻草添加量 (RS) 分别为0 (RS0)、3000 kg/hm2 (RS1)、6000 kg/hm2 (RS2)，4个施氮量 (N) 分别为0 (N0)、45 kg/hm2 (N45)、90 kg/hm2 (N90)、135 kg/hm2 (N135)，共12个处理。测定紫云英鲜草产量及地上部氮、磷、钾累积量，分析土壤基础理化性状、微生物量碳、可溶性有机碳含量及6种与碳、氮、磷循环相关的土壤酶 (β-葡萄糖苷酶、β-纤维二糖苷酶、β-木糖苷酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶、磷酸酶) 活性，探讨紫云英生长与土壤性状的关系。   【结果】   添加稻草和施用氮肥均显著提高紫云英鲜草产量和地上部氮、磷、钾累积量，与N0RS0处理相比，两者配施显著提高紫云英鲜草产量57.5%~323.8%；在N45、N90、N135水平下紫云英鲜草产量和地上部氮、磷、钾累积量均以RS2处理最高。紫云英地上部当季氮素回收率以N45RS1处理最高，与N90和N135施氮水平下各处理无显著差异。偏最小二乘法路径模型结果表明，相对稻草处理，氮肥处理对紫云英鲜草产量和养分累积量有更强的正效应。添加稻草和施用氮肥显著提高土壤酶活性，其中土壤亮氨酸氨基肽酶活性在4个施氮水平下均随稻草量的增加先上升后下降，另外5种土壤酶活性在N0、N45、N135水平下均以RS2处理最高，在N90水平下以RS1处理最高。聚合增强树分析表明，土壤速效钾含量和乙酰氨基葡萄糖苷酶活性对紫云英鲜草产量的贡献程度最大，贡献率分别为52.6%和30.0%。   【结论】   适量的稻草添加并配施氮肥可以显著提高紫云英鲜草产量、养分累积量和土壤酶活性，促进紫云英养分吸收，为紫云英高产创造条件。添加稻草可显著提高紫云英养分累积量和土壤速效养分含量，施氮对紫云英地上部氮磷钾养分累积量亦有显著影响。在本研究条件下，根据紫云英产量和养分吸收特征，并结合稻草资源化利用的目的，稻草6000 kg/hm2、氮肥45～90 kg/hm2为较适宜的施肥配比，具体施氮量可根据当地土壤肥力调整。     

50份毛叶苕子品种(系)在青海作秋绿肥的能力评价

  【目的】  毛叶苕子是重要的肥饲兼用绿肥作物。分析不同品种毛叶苕子产草量及氮(N)、磷 (P) 、钾 (K) 吸收能力,以期筛选出适宜青海地区绿肥栽培的品种 (系)。  【方法】  在田间条件下,分析了50份毛叶苕子品种 (系) 分枝期和初花期地上部生物量和N、P、K累积量,及土壤速效养分含量变化。运用主成分分析和聚类分析评价不同毛叶苕子N、P、K吸收能力。  【结果】  供试毛叶苕子初花期鲜草产量及N、P、K累积量分别为18.35～46.94 t/hm2、101.51～278.98 kg/hm2、10.39～29.80 kg/hm2和59.33～157.54 kg/hm2。毛荚野苕子初花期鲜草产量最高,比当地主栽品种青苕1号提高了61.47%。78-14品系N、P、K累积量均最高,比青苕1号分别提高了92.81%、67.51%和86.50%。分枝期和初花期鲜重、干重和N、P、K累积量以及鲜重增长量和干重增长量的主成分分析显示排名前5的资源分别为78-14、苕藤选、毛荚野苕子、山东早熟苕和78-171苕子,78-14得分最高 (4.85),苏联苕子得分最低 (?5.06)。聚类分析结果显示,N、P、K吸收能力可聚为强、较强、中等、一般4类。N素吸收能力强、较强、中等、一般的分别有1、12、15、22份资源。P素吸收能力强、较强、中等、一般的分别有4、24、6、16份资源。K素吸收能力强、较强、中等、一般的分别有4、12、19、15份资源。N、P、K吸收能力最强的资源平均吸收量分别达到278.98、27.94和145.91 kg/hm2。与播前比,种植毛叶苕子降低分枝期和初花期土壤无机氮、有效磷和速效钾含量,能够充分利用休闲期土壤养分。  【结论】  在青海农田中,不同品种(系)毛叶苕子在生物量和养分吸收能力方面表现出较大差异,综合来看,品系 78-14 在生物量及N、P、K吸收能力均表现突出,苕藤选、毛荚野苕子表现出较好的P、K吸收能力,可作为青海农区有潜力的绿肥备选资源在生产中验证。     

天津农田三种典型冬绿肥的施磷效应

绿肥是促进土壤培肥、增加作物产量和保障粮食安全的重要途径,对绿肥生长季施磷效应的研究有助于 为华北旱地绿肥应用模式中磷肥的管理与调控提供理论依据。采用盆栽试验,对天津农田 3 种典型冬绿肥生育期 施用不同用量磷肥(100%P、80%P、60%P、0P),研究其对绿肥作物生长、土壤性状、土壤健康和施磷效应的影 响。结果表明,毛叶苕子和黑麦草在生育季施用 60%P(P2O5 54 kg/hm²)、二月兰施用 80%P(P2O5 72 kg/hm²)有 利于绿肥生物量的形成和养分积累。二月兰在 80%P 处理的磷肥偏生产力较 60%P 和 100%P 处理分别显著提高 了 25.2% 和 43.1%,表观损失率显著降低了 19.3% 和 17.4%。相较于 80%P 和 100%P 处理,毛叶苕子和黑麦草在 60%P 的磷肥偏生产力均有大幅提高,同时表观损失率显著降低。在 60% 施磷量下,毛叶苕子和黑麦草的土壤有 机碳含量显著提高了 12.9% 和 22.2%,全氮含量提高了 20.2% 和 27.4%。毛叶苕子和黑麦草在 60%P 处理下的绿 肥生长功能指数和土壤功能综合指数均高于其他处理,提高了土壤健康水平。综上,在天津农田常见的冬绿肥种 植模式下,毛叶苕子和黑麦草在生长季施用 60% 磷肥,二月兰施用 80% 磷肥有利于提高绿肥产量和养分积累量, 提高磷肥利用率和土壤健康水平。     

湘北双季稻区种植翻压紫云英的氮肥减施效应

[目的]评价双季稻区冬闲田种植翻压紫云英模式下减施不同量氮肥对水稻产量和土壤理化性状的影响,为湘北稻区双季稻减肥增效提供理论依据.[方法]定位试验始于2009年,设置不施肥(CK),常规施肥(N100),种植翻压紫云英配合早稻及晚稻均减施常规量氮肥的0％、20％、40％、60％?(MvN100、MvN80、MvN60、...     

磷钾对紫云英(Astragalus sinicas L.)生长和土壤性状的影响

为研究不同区域磷钾养分对紫云英(Astragalus sinicas L.)生长和土壤性状的影响,为紫云英的高产栽培措施提供参考,在安徽合肥和广西南宁分别设置了不同磷钾养分添加的盆栽试验,测定了紫云英产量及养分累积量,并分析了土壤理化性状、胞外酶[α-葡萄糖苷酶(AG)、β-葡萄糖苷酶(BG)、磷酸酶(PHO)、乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、β-木糖苷酶(XYL)]活性对磷钾养分的响应。结果表明:与不施肥处理相比,磷钾配施显著提升了安徽合肥紫云英鲜草产量和磷积累量,提升幅度分别为37.69%和54.01%;磷钾配施及单施钾肥处理对广西南宁紫云英全钾积累量分别提高了60.66%和59.23%。磷钾养分施用对安徽合肥土壤养分含量无显著影响,在广西南宁,单施磷肥显著提升了土壤有效磷和铵态氮含量,提升幅度分别为18.86%和75.59%;单施钾肥显著提升了土壤速效钾含量;磷钾配施显著提升了土壤速效钾和全氮含量。磷钾养分对安徽合肥6种土壤胞外酶活性皆有提升效果。土壤理化性状与酶活性在不同地区对紫云英鲜草产量贡献率不同,土壤理化性状中,安徽合肥土壤铵态氮、广西南宁土壤全氮对紫云英鲜草产量贡献率最高,分别为35.57%和21.82%;在6种胞外酶活性中,安徽合肥AG活性和广西南宁LAP活性贡献率最高,分别为25.56%和38.80%。由此可见,磷钾养分显著影响紫云英生长和土壤性状,影响程度与表现受土壤基础养分和地理环境的影响。在紫云英生长期添加适宜磷钾养分,可促进紫云英增产和土壤性状的改善,且磷钾配施效果最佳。     

河西绿洲灌区玉米间作绿肥根茬还田的氮肥减施效应

  【目的】  明确玉米与间作豆科绿肥根茬还田生产方式在河西绿洲灌区的氮肥减施效应。  【方法】  玉米间作豆科绿肥,绿肥(针叶豌豆和毛叶苕子)地上部乂割做饲草根部还田,定位试验位于甘肃河西绿洲,始于2011年,至本试验取样时已进行了10年。试验共设8个处理,包括无绿肥根茬还田条件下后茬玉米不施肥对照,施常规量氮肥(N 375 kg/hm2),只有针叶豌豆、毛叶苕子根部还田,以及根部还田配合常规氮肥量的80%、90%。于2020年玉米收获后测产,并测定了玉米秸秆和籽粒氮、磷、钾养分含量,同时分析了0—20 cm土壤有机质、速效氮磷钾含量及土壤氮库(全氮、有机氮、无机氮、颗粒态有机氮、可溶性有机氮、土壤微生物量氮)。  【结果】  与常规施氮肥相比,根茬单独还田降低了玉米产量;绿肥根茬配施80%、90%常规量氮肥处理之间的玉米籽粒产量没有显著变化,其中针叶豌豆配合80%常规量氮肥还显著增加了玉米产量7.6%;玉米地上部氮磷钾累积量略有增加,而籽粒氮、磷、钾养分累积量分别增加了31.7%～56.4%、37.8%～60.0%、61.7%～96.8%;玉米氮肥农学效率、偏生产力、氮素吸收效率和氮肥表观利用率均显著增加,以针叶豌豆根茬配施80%常规量氮肥处理的增加幅度最高,增加值分别为43.6%、34.5%、107.9%、35.8个百分点 (P<0.05)。采用改进的内梅罗指数法对土壤综合肥力进行评价,以针叶豌豆根茬还田配施80%常规量氮肥处理提升土壤肥力的效果最为显著,土壤综合肥力指数较常规施氮肥处理提升23.0%。偏最小二乘法路径模型和聚合增强树分析表明,施肥处理主要通过调节土壤氮贮量影响玉米产量,土壤全氮、无机氮对产量的贡献率较高,分别为36.5%、26.8%。  【结论】  绿肥根茬连续还田条件下,减少后茬玉米氮肥常规用量的20%可维持甚至提高玉米产量,大幅提升玉米的氮磷钾吸收量和氮肥表观利用率。根茬还田配合适量氮肥可以通过提升土壤氮库贮量提高土壤综合肥力。在河西走廊,玉米产量和环境效益俱佳的栽培管理方式是针叶豌豆根茬还田配合80%的常规氮肥用量,毛叶苕子根茬还田配合80%～90%的常规氮肥用量。     

连续种植翻压紫云英减施化肥对江西早稻产量、品质及土壤肥力的影响

  【目的】  研究化肥减施下紫云英不同翻压量对南方双季稻区早稻产量和稻米品质的影响,以期为南方稻田化肥减施和优质稻米生产提供理论依据。  【方法】  多年定位试验始于2008年,试验点位于江西省鹰潭市余江区,设冬闲不施肥对照(CK)、冬种紫云英不施肥(MV)、施用100%化肥(F₁₀₀,常规施肥)、施用15000 kg/hm2紫云英+80%化肥(G₁F₈₀)、22500 kg/hm2 紫云英+80%化肥(G_1.5F₈₀)、30000 kg/hm2 紫云英+80%化肥(G₂F₈₀)、37500 kg/hm2 紫云英+80%化肥(G_2.5F₈₀)共7个处理。分析了减施化肥条件下翻压不同量紫云英对水稻多年产量、产量构成以及2020年早稻稻米外观品质、淀粉、蛋白质、脂肪含量以及氨基酸组分的影响。  【结果】  化肥减量20%条件下,翻压不同量的紫云英提高了水稻产量和有效穗数,G₂F₈₀和G_2.5F₈₀处理相对常规施肥处理(F₁₀₀)水稻多年平均产量分别增加了6.3%和8.0%,其中G_2.5F₈₀处理的产量达7.17 t/hm2,有效穗数较F₁₀₀处理显著提高7.4%。翻压不同量紫云英能够影响土壤理化性质,其中G₂F₈₀处理能在维持土壤速效养分含量的基础上,较F₁₀₀处理显著提高土壤有机质13.1%、全氮12.8%。减量化肥条件下紫云英翻压量较低时,会降低稻米外观品质和蒸煮食味品质,G_2.5F₈₀处理稻米外观品质与蒸煮食味品质与F₁₀₀处理无显著差异。相较F₁₀₀处理,G_2.5F₈₀处理稻米蛋白质含量和氨基酸总量分别提高了19.1%和59.4%,MV处理的人体必需氨基酸含量提高了49.8%;G_1.5F₈₀处理的赖氨酸和异亮氨酸含量最高,相较F₁₀₀处理分别增加了147.6%和145.7%。  【结论】  化肥减施下翻压紫云英能够有效改善土壤肥力,进而提高水稻产量和稻米的营养品质,但紫云英翻压量较低时在一定程度影响了稻米的外观品质和蒸煮食味品质。其中翻压37500 kg/hm2紫云英配施80%化肥综合效果最好。