我國綠肥的研究進展

李子雙，廉曉娟，王 薇，趙同凱，李洪杰

(1.德州市農業(yè)科學研究院，山東 德州 253015； 2.天津市農業(yè)資源與環(huán)境研究所，天津 300192)

綠肥即為利用植物生長過程中所產生的全部或部分綠色體，直接或異地翻壓或者經堆漚后施用到土地中作肥料的綠色植物體[1-2],我國有著豐富的綠肥資源[3-5]。綠肥的種植和利用具有提供養(yǎng)分、合理用地養(yǎng)地、部分替代化肥、提供飼草來源、保障糧食安全、改善生態(tài)環(huán)境、固氮、吸碳以及節(jié)能減耗等作用[6]，在我國傳統(tǒng)農業(yè)中具有重要的發(fā)展意義。然而，自20世紀80年代以來，隨著化肥工業(yè)的迅猛發(fā)展，綠肥生產日益減少，瀕臨消失[1,6]。本文主要從綠肥的品種資源、栽培應用模式以及效應分析3個方面對綠肥研究進展進行闡述。

1 我國綠肥種質資源

綠肥種質資源是綠肥生產利用的基礎，我國地域廣闊，氣候差異大，土壤類型比較豐富，因此綠肥的地域性較強，南北種植的綠肥品種存在很大差異。北方以黑龍江、內蒙古、青海為例，黑龍江主要的綠肥品種有肇東苜蓿(Medicsgosativazhaodong)、阿爾岡金(Algonquin)、苦莢菜(Ixeridiumsonchifolium)、沙苦荬菜(Chorisisrepens)、紅莧R104(Amaranthushypochondriacus.cv.R104)、美國籽粒莧(A.hypochondriacus)、高丹草、蘇丹草(Sorghumsudanense)以及四月慢油菜(Brassicacampestris)[7]。內蒙古主要綠肥品種包括草木樨(Melilotusofficinalis)、沙打旺(Astragalusadsurgens)、檸條(Caraganakorshinskii)、紫花苜蓿(M.sativa)、箭筈豌豆(Viciasativa)以及四籽野豌豆(V.tetrasperma)[8-9]。青海主要綠肥品種資源包括箭筈豌豆、苕子(V.dasycarpa)、山黧豆(Lathyrussativus)、蠶豆(V.faba)、香豆子(Cicerarietinum)、青海苜蓿(M.archiducis-nicolai)、油菜(B.campestris)以及燕麥草(Arrhenatherumelatius)等[10]。黃淮海地區(qū)篩選適宜種植的主要綠肥品種有黃豆(Glycinemax)、綠豆(V.radiata)、赤豆(V.angularis)、黑豆(Glycinemax)、野豆子(Dunbariavillosa)、烏豇豆(V.aconitifolius)、苦豆子(Sophoraalopecuroides)、羊角豆(Cassiaoccidentalis)、田菁(Sesbaniacannabina)、檉麻(Crotalariajuncea)、苜蓿、毛光苕子(V.villosa)、草木樨、沙打旺、小冠花(Coronillavaria)、一年生黑麥草(Loliummultiflorum)、多年生黑麥草(L.perenne)、老芒麥(Elymussibiricus)、葦狀羊茅(Festucaarundinacea)、二月蘭(Orychophragmusviolaceus)、油菜、甘草(Glycyrrhizauralensis)、水錦葵(Monochoriavaginalis)、三角葉濱藜[(中亞濱藜)(Atriplexcentralasiatica)]以及高丹草等[1]。南方主要種植紫云英(Astragalussinicus)、紫花苕(V.villosa)、藍花子(Raphanussativusvar.raphanistroides)、綠豆、飛機草(Eupatoriumodoratum)等喜溫濕氣候的綠肥品種[11-13]。

綠肥的種植種類較多，按栽培季節(jié)分為冬季綠肥、春季綠肥、夏季綠肥、秋季綠肥和多年生綠肥作物，按生長環(huán)境分為旱地綠肥作物和水生綠肥作物，按用途劃分為綠肥作物和兼用綠肥作物。另外，根據所施用的對象分為稻田用，棉田用，麥田用，果、茶、桑園和經濟林木園林用綠肥作物等。按植物學科、屬、種分類，可分為豆科(Leguminosae)、禾本科(Gramineae)、十字花科(Brassicaceae)和菊科(Compositae)綠肥作物等。

1.1豆科 豆科綠肥根系發(fā)達且穿透力較強，龐大的根系可以疏松土壤，培肥地力。同時，豆科綠肥根部有根瘤，可固定空氣中氮素，起到固氮作用，是強大的生物資源源泉。豆科綠肥主要包括草木樨屬(Melilotus)的草木樨、大豆屬(Glycine)的大豆、甘草屬(Glycyrrhiza)的甘草、槐屬(Sophora)的苦豆子、黃耆屬(Astragalus)的紫云英、豇豆屬(Vigna)的綠豆、赤豆和烏頭葉豇豆、決明屬(Cassia)的羊角豆、苜蓿屬(Medicago)的紫花苜蓿和青海苜蓿、山黧豆屬(Lathyrus)的山黧豆、田菁屬(Sesbania)的田菁、 錦雞兒屬(Caragana)的檸條、沙打旺和豌豆屬(Vicia)的箭筈豌豆和光葉紫花苕子等。

1.2禾本科 禾本科綠肥與豆科綠肥同樣擁有發(fā)達的根系，可以疏松土壤、培肥地力。與豆科綠肥不同的是，禾本科不能固氮，但是禾本科植物的C/N較高，根系發(fā)達，有利于增加土壤有機質。

禾本科綠肥主要包括高粱屬(Sorghum)的蘇丹草和高丹草、黑麥草屬(Lolium)的黑麥草、披堿草屬(Elymus)的老芒麥、燕麥草屬(Arrhenatherum)的燕麥草和羊茅屬(Festuca)的葦狀羊茅。

1.3十字花科 十字花科綠肥具有促進磷轉化的作用。十字花科綠肥主要包括蘿卜屬(Raphanus)的藍花子、諸葛菜屬(Orychophragmus)的二月蘭和蕓薹屬(Brassica)的油菜。

1.4菊科 菊科綠肥不僅有可以作為飼草的小苦荬屬(Ixeridium)的苦荬菜，而且還有具有藥用價值的綠肥作物，如沙苦荬屬(Chorisis)的沙苦荬菜和澤蘭屬(Eupatorium)的飛機草都具有清熱解毒、散瘀止痛和止血的功效。

另外，綠肥還有莧科的紅莧菜和美國籽粒莧以及雨久花科的水錦葵等。

不同的科屬綠肥間具有不同的養(yǎng)分效應，因此，在我國的綠肥研究中，可以實行綠肥混播，能更好地改善土壤理化性狀，達到增產增收的目的。我國綠肥有500多個品種[1]，但從20世紀80年代起，綠肥生產利用的研究停滯，很多的綠肥品種資源的工作沒有得到延續(xù)，綠肥品種種性混雜、退化。目前，國內許多綠肥研究者為了保護綠肥資源，做了大量的綠肥種質資源的篩選及引進工作，為我國綠肥資源保護做出了巨大貢獻。

2 綠肥應用栽培模式

中國是利用綠肥肥田最早，綠肥種植面積最大的國家。早在公元前1 000多年就開始利用除掉的雜草來養(yǎng)地，公元前300多年，就有關于利用栽培作物做綠肥的記載，后魏賈思勰在《齊民要術》一書中，對綠肥的栽培與利用有較為系統(tǒng)的論述[14]。我國廣大農民經過長期的生產實踐，已經深刻認識到綠肥在農業(yè)生產中有著重要作用。

2.1種植模式的研究 目前，國內綠肥應用模式主要包括間套作模式、輪作模式、肥飼兼用型綠肥牧草生產模式和果園綠肥種植模式[15-36](表1)。

2.2種植模式的區(qū)域適應性 我國跨緯度多，東西距離海洋遠近不同，地形復雜多樣導致我國具有多種氣候類型，包括熱帶季風氣候、亞熱帶季風氣候、溫帶季風氣候、溫帶大陸性氣候和高原山地氣候。不同的氣候類型種植的農作物模式不同，因此，間套作、輪作、肥飼兼用型綠肥牧草生產和果園綠肥種植4種綠肥種植模式在我國的區(qū)域適應性有所不同。

間套作模式主要分布在農作物種植模式以一年二熟或三熟制的地區(qū)，包括屬于溫帶季風氣候的我國最大的平原黃淮海平原地區(qū)，具有典型的亞熱帶季風氣候的長江中下游平原、亞熱帶和熱帶氣候的華南地區(qū)，成都盆地、西南高原盆地中底部的河川谷地或平壩以及南疆地區(qū)。

輪作模式主要分布在農作物種植模式以一年一熟為主的地區(qū)，包括土地平坦、肥沃，屬溫帶季風氣候的東北平原、具有典型的亞熱帶季風氣候的長江中下游平原、屬高原山地氣候的青藏高原地區(qū)的河谷地帶，西南高原盆地中較高處的旱坡地，以及西北高原地區(qū)。

表1 近年來我國綠肥應用模式的研究現狀Table 1 The research situation on green manure application mode in china during recent years

肥飼兼用型綠肥牧草生產模式主要分布在我國主要牧區(qū)，包括新疆、內蒙古、西藏、青海以及甘肅等地。

果園綠肥種植模式主要分布在黃淮海平原地區(qū)、長江中下游平原以及華南地區(qū)。

3 綠肥效應分析

3.1改良土壤環(huán)境效應，促進生態(tài)平衡 綠肥作為一種重要的有機肥，具有提高土壤有機質含量、培肥地力的作用。油菜盛花期還田能提高土壤有機質、全氮和全磷含量，培肥地力；并且有增加稻田土壤的總孔隙度，減少容重，改善土壤物理性狀的作用[37]。茶園套種經濟綠肥在高溫期能平均降低地表溫度6.64 ℃，其中0～10、10～20和20～30 cm土層溫度分別降低5.54、2.95和1.97 ℃；0～30 cm土層含水量平均提高1.93%；土壤有機質、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀分別提高2.68、0.09、27.81、2.92和5.13 mg·kg-1；套種經濟綠肥還可以減少茶園泥沙流失量，改善生態(tài)環(huán)境，促進生態(tài)平衡[38]。綠肥聚垅、秸稈還土和綠肥聚垅+秸稈還土均能在一定程度上提高貴州喀斯特山區(qū)黃壤和石灰土土壤有機質及養(yǎng)分含量，改善土壤物理性狀，提高土壤肥力；促進作物(特別是玉米)生長發(fā)育，改善作物經濟性狀，提高產量，培肥增產作用明顯[39]。盛良學等[40]研究表明，不同經濟綠肥改土效果不同，降低土壤容重效果依次是豌豆(Pisumsativum)、決明(C.tora)<蠶豆<小黑麥<大豆；孔隙度增加效果依次是豌豆>決明、蠶豆>小黑麥>大豆；干旱季節(jié)0～20 cm土層土壤含水量增加效果依次是豌豆>決明>蠶豆>小黑麥>大豆；提高有機質和有效養(yǎng)分作用依次是豌豆>決明>蠶豆、小黑麥>大豆。總之，綠肥的種植對改善土壤環(huán)境效應明顯。

3.2提高作物產量和品質 黃平娜等[41]通過連續(xù)3年的綠肥-煙-稻輪作田間定位試驗發(fā)現，綠肥還田其養(yǎng)分釋放可明顯提高土壤速效氮、磷、鉀養(yǎng)分含量，促進烤煙植株對土壤養(yǎng)分的吸收利用，顯著提高煙葉產量；且改善煙葉品質，其煙葉外觀表現為結構疏松、成熟度好、光澤強、顏色均勻且雜色少。綠肥壓青對甘蔗(Saccharum)具有增產增糖效應，其中以大豆壓青的增產增糖效果最好，其次是綠豆，花生(Arachishypogaea)是收獲莢果后壓青，效果最差，說明綠肥養(yǎng)地在大田生產上是有效可行的[42-43]。許多研究表明，綠肥對提高作物的產量和品質效果明顯，是一種優(yōu)質、環(huán)保、經濟型肥料。

4 綠肥研究展望

4.1種質資源 加強現有綠肥種質資源的收集、整理、提純、復壯、引入、保存和培育等工作，保持綠肥種質資源的持續(xù)性與多樣性。綠肥種質資源是綠肥生產利用的基礎，我國綠肥種質資源豐富， 生產上常用的有4科20屬26種，500多個品種，但由于綠肥生產利用的停滯， 綠肥品種資源的搜集和整理工作也被擱淺，導致品種混雜、 退化， 影響了綠肥資源的合理開發(fā)和利用[1]。因此，保存、引進和選育適宜各個地區(qū)的多抗品種資源是目前從事綠肥研究的重要工作之一，可以提高我國品種資源的活力，擴大品種資源的儲備與利用；加大綠肥的系統(tǒng)研究可以為選擇更適合我國或者某地區(qū)的優(yōu)良品種提供可靠的依據，對于緩解日益嚴重的全球能源危機和化肥污染環(huán)境壓力也具有現實意義。

4.2綠肥產業(yè) 綠肥不僅僅是養(yǎng)分完全的肥料，也是優(yōu)質的飼料，具有廣闊的飼料市場，加大綠肥肥效研究的同時，更應深入考慮綠肥飼料的產業(yè)化前景，使其發(fā)揮最大的經濟效益。有研究表明[44]，一年生的綠肥飼用粗蛋白含量能達到3.76%，多年生的紫花苜蓿飼用價值粗蛋白含量最高達4.91%，綠肥的飼料價值如果能充分利用，將為發(fā)展畜牧業(yè)提供重要的資源。

4.3綠肥效應評價與分析 國內外的肥料效應研究多集中在化肥領域，關于綠肥對土壤氧化還原反應及殘留效應研究較少。不同的綠肥在相同的土壤中改良的效應不同，同樣的綠肥在不同的土壤中改良的效應也不同，這些就需要進一步研究綠肥的效應評價與分析，建立綠肥相應的效應模型，為綠肥的發(fā)展提供可依據參數。

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