綠肥作物紫云英研究進展

李忠義+唐紅琴+何鐵光+張野+韋彩會+俞月鳳+李婷婷+董文斌+胡鈞銘+王瑾+蒙炎成

摘 要 紫云英作為一種綠肥作物，有改善土壤理化性狀、增加土壤微生物數(shù)量和多樣性及提高土壤肥力的作用。本文概述中國紫云英主要種質(zhì)資源，總結(jié)紫云英種植模式與栽培技術(shù)要點、還田腐解特征及其還田后對土壤地力和后茬作物的影響，以期為紫云英的合理利用和農(nóng)田養(yǎng)分的科學管理提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 綠肥 ；紫云英 ；種質(zhì)資源 ；腐解特征 ；還田效應

中圖分類號 S551；S142 文獻標志碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.11.006

Abstract As a sort of green manure， Chinese milk vetch （Astragalus sinicus） has been suggested to improve the soil conditions through maintaining beneficial microbial populations. This paper has introduced the germplasm resource and cultivation techniques， mainly summarized the characteristics of decomposition and the influence on soil fertility and succeeding crops， which provided reference for rational utilization of Chinese milk vetch and the scientific management of farmland nutrients.

Keywords Green manure ； chinese milk vetch（Astragalus sinicus） ； germplasm resource ； decomposition characteristics ； field effect

紫云英（Astragalus sinicus）又名紅花草、翹搖、草子等，是豆科黃芪屬越年生草本植物，為中國傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植綠肥作物之一，具有改善土壤理化性狀、增加土壤微生物數(shù)量和多樣性及提高土壤肥力的作用。中國紫云英種植發(fā)展歷史悠久，最早在公元261～303 年，吳陸璣在《毛詩草木鳥獸蟲》中就記載有翹搖；到明清時代，紫云英在長江流域種植廣泛；至民國年間，紫云英種植涵蓋浙江、寧波、揚州、安徽、江西、河南、湖北、湖南、廣東、廣西、四川、陜西等諸多省市區(qū)域，紫云英的種植，對于維持土壤肥力發(fā)揮了重要作用，是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)用地養(yǎng)地的重要措施[1]。建國之后，紫云英品種選育和技術(shù)推廣獲得新的發(fā)展，種植品種多，覆蓋面積廣，到20 世紀60～70年代，其種植面積占稻區(qū)種植面積的60%～70%[2]。自20世紀90年代，隨著農(nóng)村家庭聯(lián)產(chǎn)承包經(jīng)營責任制的落實和種植產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整（冬種馬鈴薯、蔬菜、烤煙等經(jīng)濟作物），冬閑田種植紫云英面積逐漸減少；此外，勞動力減少，廣大群眾用地養(yǎng)地意識單薄，習慣施用化肥以降低成本。據(jù)統(tǒng)計，中國化肥施用總量從1980年的1 296.4×104 t增長至2010年的5 561.7×104 t，年均增長率為5%[3]。從而加劇了紫云英種植面積的下降，到2000年，部分區(qū)域和省份的紫云英種植逐步面臨絕跡[1]。近年來，隨著土壤環(huán)境的惡化，人們對綠色農(nóng)產(chǎn)品的需求不斷增加[4]，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)呼喚傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)精華的回歸[5]。2015年，農(nóng)業(yè)部提出，到2020年實現(xiàn)“一控兩減三基本”的目標，也制定了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》。而種植、利用綠肥作物紫云英，恰好是一項保護農(nóng)田生態(tài)環(huán)境和減量施用化肥的技術(shù)措施。因此，合理利用紫云英，對保障農(nóng)產(chǎn)品安全、保護農(nóng)田生態(tài)環(huán)境及促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。本文概述了中國紫云英主要種質(zhì)資源，總結(jié)其種植模式與栽培技術(shù)要點、還田腐解特征及還田效應，以期為綠肥作物紫云英的合理利用和農(nóng)田養(yǎng)分的科學管理提供參考依據(jù)。

1 種質(zhì)資源及栽培技術(shù)

1.1 種質(zhì)資源

中國紫云英種質(zhì)資源豐富，按開花和成熟期遲早可分為特早熟種、早熟種、中熟種、遲熟種，全生育期分別為215～220、220～225、225～230、230～235 d。各省區(qū)主要地方品種和選育品種見表1。

1.2 種植模式與栽培技術(shù)

紫云英性喜溫暖的氣候，有明顯的越冬期。幼苗期時在低于8℃的環(huán)境下生長緩慢，開春后，日平均溫度達到6～8℃以上，生長速度明顯加快。紫云英性喜濕潤的土壤，但忌田間積水，生長最適土壤含水量為20%～25%，土壤以質(zhì)地偏輕的壤土為主[12]。其栽培模式主要有輪作模式（稻-稻-紫云英輪作[13-14]、西瓜-水稻-紫云英輪作[15]、椒-稻-紫云英輪作[16]、稻-玉米-紫云英輪作[17]）、混套作模式（紫云英-油菜混作[18-19]、紫云英-果園套作[20]、紫云英-茶園混作[21]）、肥飼兼用改良土壤模式[6，22]等。

為充分利用冬閑田，中國中南部主要水稻產(chǎn)區(qū)因地制宜地頒布了紫云英相關(guān)技術(shù)規(guī)程（表2），主要以稻底套播輕簡栽培技術(shù)為主，其生產(chǎn)和利用技術(shù)要點為：播種前做好擦種、選種、菌肥拌種等前處理，在晚稻收獲前10～20 d，齊穗勾頭后進行稻底套播，之后做好后期田間管理工作；在還田利用上，適宜翻壓時期為盛花期，可安排在早稻插秧前7～15 d翻壓，翻壓量以2.25×104～3.75×104 kg/hm2為宜。翻壓方式有干耕和水耕2種，在機械化程度高的地方，可采用干耕法，即耕深15～20 cm，后曬田2～3 d，再灌水耙田；水耕法是翻壓前灌入一層淺水，保證翻壓后田面有1～2 cm的水層，在翻壓時，可施用石灰300～450 kg/hm2，以消除紫云英腐解過程中產(chǎn)生的還原性物質(zhì)。

2 紫云英還田腐解特征

2.1 紫云英秸稈的腐解特征

紫云英翻壓還田后，受土壤環(huán)境、氣候條件影響，其腐解過程一般包括快速腐解期和緩慢腐解期。王飛等[23]研究亞熱帶單季稻區(qū)紫云英盛花期不同翻壓量下的腐解和養(yǎng)分釋放特征，結(jié)果表明，不同翻壓量下紫云英干物質(zhì)腐解速率均為前20 d最高，至60 d后進入緩慢腐解階段；鄧小華等[24]在對煙田進行研究時發(fā)現(xiàn)，第0～2周為紫云英快速腐解期，翻壓后14 d 時的累計腐解率為37.02%，平均每周的腐解率為18.51%；第3～7周為中速腐解期，至翻壓后49 d時的累計腐解率達到70.57%，平均每周的腐解率為6.71%；第8～20周為緩慢腐解期，翻壓后140 d時的累計腐解率為79.01%，平均每周的腐解率為0.65%。紫云英前期腐解快，后期腐解慢，其原因可能是在腐解前期秸稈中可溶性有機物及無機養(yǎng)分較多，為微生物提供了大量的碳源和養(yǎng)分，微生物數(shù)量增加，活性增強；后期隨著腐解的進行，秸稈中可溶性有機物逐漸減少，剩余部分主要為難分解的有機物質(zhì)，導致微生物活性降低，秸稈的腐解也隨之變慢[25-26]。

2.2 紫云英養(yǎng)分的釋放特征

紫云英翻壓后其植株氮、磷、鉀養(yǎng)分的釋放會對后茬作物生長產(chǎn)生影響。劉威[27]研究表明，紫云英在翻埋和純水浸泡環(huán)境下，養(yǎng)分釋放速度表現(xiàn)為鉀>磷>氮；黃晶等[28]研究表明，不同施肥處理下紫云英氮、磷、鉀最大累計釋放率分別為84.2%～86.7%、85.3%～89.3%、89.9%～98.0%，養(yǎng)分釋放速度表現(xiàn)為鉀>磷>氮；梅麗[29]研究表明，旱地和水田的還田方式下紫云英養(yǎng)分釋放速度表現(xiàn)為鉀>磷>氮。從養(yǎng)分的礦化速率來看，一般情況下鉀的釋放速率最大，其次是磷、氮，主要原因可能是莖稈中鉀不以化合態(tài)形式存在，而是以K+形態(tài)存在于細胞中或植物組織內(nèi)，很容易被水浸提釋放出來，釋放最快；磷、氮以難分解的有機態(tài)為主，物理作用下不容易分解，釋放較慢[30]。

3 紫云英還田效應

3.1 改善土壤理化性狀，提升土壤地力

紫云英作為一種純天然生物有機肥料，對于改善土壤理化性狀、提高土壤地力有著重要的作用。劉春增等[31]研究表明，翻壓紫云英未顯著提高大團聚體的含量，卻明顯提高了團聚體穩(wěn)定性，改善了土壤結(jié)構(gòu)，且團聚體穩(wěn)定性與土壤有機碳含量呈正相關(guān)；鄧小華等[32]研究表明，3年翻壓紫云英的土壤容重降低5%，土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀（質(zhì)量分數(shù)）分別提高3.7%、2%、37%、5%；官會林等[33]開展紫云英輪作與退化山地紅壤肥力恢復研究，結(jié)果表明，紫云英冬季旱地輪作可降低土壤體積質(zhì)量，提高土壤含水量，增加有機質(zhì)含量，調(diào)節(jié)pH值，抑制紅壤磷素養(yǎng)分退化；朱貴平等[34]研究表明，在盛花期翻壓紫云英對土壤有機質(zhì)含量影響最顯著，相比基礎(chǔ)土壤有機質(zhì)含量提高6.6%；張珺穜等[35]研究表明，紫云英與化肥配施能改善土壤養(yǎng)分狀況，明顯提高土壤速效磷、速效鉀、全氮含量。此外，紫云英作為有機物料，在改良土壤重金屬污染方面也有一定作用。崔芳芳[36]、杜爽爽[37]分別研究稻草、紫云英用量及配比對潮土、酸性土鎘、砷有效性的影響，結(jié)果均表明稻草、紫云英單獨使用以及二者配合使用都顯著降低交換態(tài)鎘的含量，增加氧化物結(jié)合態(tài)、緊有機結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)鎘的含量，且單獨添加紫云英的效果最明顯，同時添加紫云英可降低土壤中砷的有效性。

3.2 增加土壤微生物數(shù)量，改善土壤酶活性

土壤微生物和土壤酶共同參與和推動土壤中各種有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化及物質(zhì)循環(huán)過程，使土壤表現(xiàn)出正常代謝機能，對土壤生產(chǎn)性能和土地經(jīng)營產(chǎn)生很大影響[38]。翻埋綠肥以及種植綠肥作物，根系的胞外分泌物不僅直接增加了土壤有關(guān)酶類，還提供了多種易被根際微生物利用的營養(yǎng)和能源物質(zhì)，從而增加了土壤微生物和酶類的活性[39]。萬水霞等[40-41]研究紫云英-水稻輪作模式下不同量紫云英與化肥配施對稻谷增產(chǎn)效果及稻田土壤生物學特性的影響，結(jié)果表明，以紫云英2.25×104 kg/hm2配施70%的當?shù)卮筇锘视昧康奶幚硇Ч詈?；整個水稻的生育期，與對照相比，施紫云英的土壤微生物碳、氮量分別提高21.03%～142.33%、19.97%～83.91%，土壤脲酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶活性分別提高10.12%～100.33%、10.22%～43.23%、0.14%～7.28%；此外，紫云英還田提高了微生物活度，使土壤好氣性細菌、真菌數(shù)量增加，放線菌數(shù)量減少。顏志雷等[42]研究發(fā)現(xiàn)，紫云英-水稻長期輪作情況下，化肥配施紫云英可以顯著提高微生物碳量和微生物氮量；唐海明等[43]研究表明，雙季稻區(qū)冬閑田免耕直播紫云英可提高稻田土壤產(chǎn)甲烷細菌、甲烷氧化細菌、硝化細菌和反硝化細菌的數(shù)量。

3.3 生物覆蓋，改善土壤生態(tài)環(huán)境

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，覆蓋作物可減少土壤裸露、減低表土徑流、減少硝態(tài)氮淋溶和增加碳蓄積等作用[44-45]。紫云英在早播密植情況下，對冬閑田的覆蓋度可達60%～100%，作綠肥田可覆蓋130～150 d，作留種田可覆蓋160～175 d[6]。王麗宏等[45]研究表明，南方水稻冬閑田覆蓋紫云英可增加稻田生態(tài)系統(tǒng)碳蓄積效應，其地上部、地下部碳蓄積分別為1 799.6 kg/hm2和1 023.8 kg/hm2；蘭延等[46]研究發(fā)現(xiàn)，紫云英-稻-稻輪作能提高土壤有機碳質(zhì)量分數(shù)和土壤碳庫管理指數(shù)，有利于改善土壤質(zhì)量；俞巧鋼等[47]研究發(fā)現(xiàn)，山地新生果園套種紫云英可減少33.9%的徑流水量、55.2%的泥沙流失、49.3%的總氮流失、55.6%的總磷流失，保水固土效果好；高菊生等[48]研究發(fā)現(xiàn)，長期稻-稻-紫云英輪作能夠明顯降低田間雜草密度，減少早稻期間田間雜草的種類，但對晚稻時期田間雜草種類的影響不明顯；陳洪俊等[49]研究表明，紫云英-早稻-晚稻處理對雜草發(fā)生種類和密度有顯著影響，并且有利于提高雜草均勻度，弱化稻田優(yōu)勢種雜草在田間的危害性。

3.4 減少化肥施用量，促進后茬作物生長，是發(fā)展有機水稻的重要措施之一

在后茬作物種植前翻壓綠肥，使其腐解釋放養(yǎng)分以供主作物生長利用，從而減少化肥施用量，達到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)本增效的目的[50]。但過多或單一應用綠肥會影響后茬農(nóng)作物產(chǎn)量[51-52]，而最佳的化肥替代率根據(jù)作物種類、土壤類型和土壤肥力而定[53]。紫云英根瘤菌能與紫云英共生，形成有效根瘤，進行共生固氮，其中根瘤固氮量約占紫云英植株總氮量的42.40%[54]。紫云英還田可減少無機氮肥的施用量，后茬作物水稻化肥施用量可減少20%～40%[20]。Xie等[55]研究表明，江西雙季稻區(qū)紫云英替代20%或40%的化肥的情況下，土壤肥力和早晚稻產(chǎn)量均高于單施氮肥的處理；李雙來等[56]研究表明，湖北雙季稻區(qū)紫云英替代20%的化肥、翻壓量在2.25×104 kg/hm2比較合適；趙冬等[57]在太湖地區(qū)嘗試紫云英還田條件下免施基肥，同時補充133 kg/hm2無機氮作追肥，既可以大大減少無機肥的投入、保證水稻產(chǎn)量，也可以減少稻田氮素的排放量，實現(xiàn)水稻產(chǎn)量效應和環(huán)境效應的協(xié)調(diào)。此外，紫云英是進行無公害生產(chǎn)和綠色食品生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)肥料，在有機水稻生產(chǎn)區(qū)實行有機水稻-紫云英輪作，是發(fā)展有機水稻的重要措施之一。劉亞柏[58]研究表明，有機水稻-紫云輪作模式下水稻株高、穗長分別比有機水稻-小麥輪作模式提高5.7%、7.5%，有效穗增加83.54萬穗/hm2，飽滿率提高19.80個百分點，千粒質(zhì)量增加0.32 g，稻谷產(chǎn)量增加3 206.88 kg/hm2。

4 問題與展望

近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，中國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀[59]，耕地總體質(zhì)量持續(xù)下降[60]，農(nóng)業(yè)面源污染問題日益突出。自80年代，由于國家政策性投入和引導不足，紫云英種植利用處于自發(fā)狀態(tài)，種源缺乏，品種退化，產(chǎn)量下降，技術(shù)人員缺乏也制約著紫云英的推廣利用。如今，農(nóng)業(yè)部制定了關(guān)于土壤有機質(zhì)提升和化肥減量使用的方案，人們對農(nóng)田環(huán)境保護意識和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的需求不斷提高，因此，恢復和發(fā)展綠肥勢在必行[4]。

4.1 政府扶持，積極引導

政府部門應加強對綠肥作物紫云英的重視，強化宣傳，組織培訓，積極引導，將發(fā)展紫云英生產(chǎn)作為消滅冬閑田的重要戰(zhàn)略措施來抓，推進中國紫云英生產(chǎn)快速有序發(fā)展。

4.2 加快繁種，健全繁育體系

加強紫云英品種的收集、選育與留種，搞好良種繁育和提純復壯，建立種質(zhì)資源圃和良種繁育基地，完善紫云英種子生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化體系，為紫云英的大面積推廣提供優(yōu)質(zhì)廉價的種子。

4.3 綜合利用，提高效益

探索飼肥兼用、菜肥兼用、養(yǎng)蜂產(chǎn)蜜、觀光旅游等綜合利用的方式，著力提高紫云英生產(chǎn)的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。

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