不同播期對紫云英“信紫1號”生長狀況、產(chǎn)量及養(yǎng)分積累的影響

劉春增，呂玉虎，李本銀*，常單娜，潘茲亮,曹衛(wèi)東

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所,河南 鄭州 450002；2.信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 信陽 464000；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081)

紫云英(AstragalussinicusL.)又名紅花草，屬于豆科黃芪屬作物，一般在秋季套播于稻田，是我國南方稻田主要的冬季綠肥[1]。紫云英還田可以增加稻田土壤養(yǎng)分，改善稻田的物理、化學(xué)及生物學(xué)性狀，提高水稻產(chǎn)量[2-5]。紫云英通過固氮作用可以減少化肥氮的施用和氮素流失[6-7]，還可以減少稻田溫室氣體N2O和CH4的排放，對改善稻田的生態(tài)環(huán)境具有重要意義[8-9]。同時，紫云英可以用作牧草和蔬菜，也可以生產(chǎn)一種營養(yǎng)價值很高的花蜜。

早在1987年，農(nóng)業(yè)部就確定信陽地區(qū)是國家級紫云英種子生產(chǎn)基地，信陽地區(qū)每年除了向我國南方稻區(qū)提供紫云英種子外，同時還出口日本、韓國[10]。豫南稻區(qū)存在大量的冬閑田，為紫云英的種植提供了廣闊的空間。為了滿足紫云英種子內(nèi)銷和出口的需要，選育出了紫云英新品種“信紫1號”[10]。對于選育出來的“信紫1號”新品種需要探明配套的高產(chǎn)栽培管理技術(shù)體系，適宜的播期是其中關(guān)鍵的一項技術(shù)。播期影響作物的出苗速度、生長狀況、養(yǎng)分積累、產(chǎn)量和品質(zhì)等各個方面[11-13]。紫云英翻壓肥田時需要較高的產(chǎn)草量和養(yǎng)分積累量，作為種質(zhì)資源時則需要較高的種子產(chǎn)量。適時播種可以滿足紫云英對光熱資源的需求，改善其生長狀況從而獲得較高的產(chǎn)量。關(guān)于播期對紫云英產(chǎn)量及養(yǎng)分積累的影響已有報道[14-15]，但不同的紫云英品種以及不同地區(qū)的氣候條件和種植制度對播期有不同的要求。紫云英作為綠肥不同于其他作物，它的播種與收獲還要與主作物相協(xié)調(diào)。因此，本文以水稻收獲時間為依據(jù)設(shè)置不同的播期，在田間條件下研究播期對紫云英生長狀況、產(chǎn)草量、種子產(chǎn)量、養(yǎng)分積累及生態(tài)效應(yīng)的影響，為豫南稻區(qū)紫云英的適宜播期的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點概況

試驗地點在信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗園區(qū)，該地區(qū)屬亞熱帶向暖溫帶過渡區(qū)，日照充足，年平均氣溫15 ℃，無霜期平均220 d左右；年均降水量900～1 400 mm。試驗田前季作物為水稻，土壤類型為水稻土，土壤有機質(zhì)19.85 g/kg、堿解氮80.94 mg/kg、有效磷(P)15.50 mg/kg、速效鉀(K)100.62 mg/kg、有效鈣3 205.35 mg/kg、有效鎂12.65 mg/kg、有效鐵95.54 mg/kg、有效錳18.24 mg/kg、有效銅9.87 mg/kg、有效鋅22.14 mg/kg、pH 值5.76。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置5個播期，即2015年8月20日、8月30日、9月9日、9月19日、9月29日。紫云英品種為“信紫1號”，該品種苗期生長健壯，后期生長勢強，莖葉均為紅色，葉片寬大，花淺紫色，每個花序有7～11朵小花，頂生的最多可達30朵，分枝能力和結(jié)莢能力均較強，千粒重3.2 g，抗寒、抗旱及抗病力強。本試驗紫云英播種量為30 kg/hm2。試驗隨機區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積13 m2。

紫云英播種時，種子與細沙混合均勻后條播，每公頃基施復(fù)合肥(15-15-15)750 kg，即N、P2O5、K2O用量均為112.5 kg/hm2。生長過程中不進行追肥，僅根據(jù)土壤水分狀況進行合理灌溉。各處理于苗期(2015年11月2日)、越冬期(2015年12月2日)、返青期(2016年3月2日)、盛花期(2016年4月15日)每個小區(qū)按照S型取10株調(diào)查紫云英株高和分枝數(shù)；每個處理隨機取3個30 cm×50 cm樣方，分地上部和根部烘干稱重；取盛花期的樣品磨碎后進行養(yǎng)分測定。2016年5月25日收獲種子，隨機取3個1.2 m2的樣方收割后裝入尼龍網(wǎng)袋，懸掛晾干后脫粒，除去雜質(zhì)后稱重。

1.3 測定項目及方法

植物樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消煮，流動注射分析儀測定N、P含量。植物樣品經(jīng)HNO3-HClO4消化，ICP-OES(美國)測定鉀和中、微量元素含量[16]。

養(yǎng)分積累量=干物質(zhì)量×養(yǎng)分含量

1.4 數(shù)據(jù)處理

Excel 2013處理數(shù)據(jù)，Origin 8.5作圖，Canoco 5主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同播期對紫云英“信紫1號”各生育期生長狀況的影響

在紫云英的幾個關(guān)鍵時期(苗期、越冬期、返青期、盛花期)對紫云英的生長狀況進行調(diào)查，選取株高、分枝數(shù)、地上部干重、地下部干重幾個能夠表征生長狀況的指標(biāo)進行分析，由于紫云英鮮重受植株含水量的影響變異較大，本研究選取用干重。由表1可以看出，播期對紫云英的生長狀況有一定的影響。不同播期的株高、分枝數(shù)、地上干重、地下干重在苗期差異最大，各指標(biāo)均隨播期的推遲而降低，即8月20日最高，9月29日最低，不同播期的株高和地上部干重均差異顯著。8月20日、8月30日、9月9日3個播期分枝數(shù)無差異，9月19日與29日也無差異，但后兩個播期的分枝數(shù)均顯著低于前3個播期。8月20日與30日的地下部干重差異顯著 (P<0.05)，而9月9日與19日間的地下部干重?zé)o差異，但這兩個播期顯著低于前兩個播期，又顯著高于9月29日。隨著生育期進程的推移，不同播期紫云英各指標(biāo)的差異逐漸變小。盛花期時，不同播期紫云英株高、分枝數(shù)已無差異。不同播期地上部和地下部干重還有差異，9月9日的地上部干重最高(4 354.22 kg/hm2)，顯著高于9月19日和29日；8月20日的地下部干重最大，與8月30日、9月9日、9月19日均無差異，但這4個播期均顯著高于9月29日。綜上結(jié)果，播期對紫云英的生長狀況產(chǎn)生了一定的影響，在苗期影響最大，隨生育期的推遲逐漸減小，9月9日前播種有利于獲得較高的產(chǎn)草量。

表1 播期對紫云英各生育期生長狀況的影響

注：同列中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

2.2 不同播期對紫云英“信紫1號”種子產(chǎn)量的影響

由圖1可知，播期對紫云英種子產(chǎn)量有顯著影響。9月19日播種的種子產(chǎn)量最高(1 080 kg/hm2)，8月20日播種的種子產(chǎn)量最低(630 kg/hm2)，前者是后者的1.71倍，差異顯著。9月29日播種的產(chǎn)量為962 kg/hm2,顯著低于9月19日，顯著高于8月20日、8月30日、9月9日。綜上結(jié)果，9月19日至29日播種有利于獲得較高的種子產(chǎn)量。

圖1 播期對紫云英“信紫1號”種子產(chǎn)量的影響注：圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

2.3 不同播期對紫云英“信紫1號”養(yǎng)分吸收的影響

2.3.1 對紫云英“信紫1號”盛花期碳、氮、硫含量及積累量的影響

與其他元素不同的是，紫云英植株中的絕大部分碳、氮和少量的硫是從大氣中獲得的。由表2可知，播期對盛花期紫云英地上部碳、氮、硫的含量及積累量有一定的影響。紫云英地上部碳含量范圍在437.15～457.18 g/kg，變幅較小，8月30日處理最高，9月29日處理最低，不同播期無顯著差異。紫云英地上部碳積累量范圍在1 465.38～1 773.47 kg/hm2，9月9日處理最高，9月29日最低；9月9日處理的碳積累量顯著高于8月20日和30日，8月20日和30日的碳積累量又顯著高于9月19日和29日。紫云英地上部氮含量范圍在34.42～37.82 g/kg，播期9月9日最高，9月19日最低，前3個播期的氮含量顯著高于后2個播期。紫云英地上部氮積累量范圍在115.87～164.64 kg/hm2，播期9月9日最高，9月19日最低，9月9日處理的氮積累量顯著高于其它播期。紫云英地上部硫含量范圍在4.17～6.10 g/kg，播期9月9日最高，9月29日最低，差異顯著。紫云英地上部硫積累量范圍在13.99～26.61 kg/hm2，播期9月9日最高，9月29日最低；其差異規(guī)律與碳積累量差異規(guī)律一致。綜上結(jié)果，在8月20日至9月9日播種有利于獲得較高的碳、氮、硫積累量，9月9日播種最適宜。

表2 不同播期對紫云英“信紫1號”盛花期地上部碳、氮、硫含量及積累量的影響

2.3.2 對紫云英“信紫1號”盛花期磷、鉀、鈣、鎂含量及積累量的影響

由表3可以看出，播期對紫云英盛花期地上部磷、鉀、鈣、鎂含量及積累量有一定的影響。紫云英地上部磷含量范圍在4.33～5.61 g/kg，隨播期的推遲而升高，播期8月20日最低，9月29日最高，差異顯著。磷的積累量范圍在17.19～22.50 kg/hm2，播期9月9日的積累量最高，并顯著高于其它播期，而其它播期無顯著差異。鉀含量范圍在22.06～26.52 g/kg，播期8月20日最低，9月9日最高，差異顯著。鉀的積累量范圍在83.58～115.66 kg/hm2，播期9月9日的積累量最高，并顯著高于其它播期，而其它播期無顯著差異。鈣含量范圍在7.63～9.84 g/kg，鈣含量隨播期的推遲而降低，前4個播期鈣含量無顯著差異，均顯著高于9月29日。鈣積累量范圍在25.63～38.81 kg/hm2，隨播期推遲鈣積累量不斷降低，播期8月20日最高，9月29日最低，差異顯著。鎂含量范圍在1.76～2.27 g/kg，播期8月30日含量最高，9月29日含量最低，差異顯著。鎂積累量范圍在5.88～8.54 kg/hm2，隨播期的推遲鎂積累量不斷降低，播期8月20日最高，9月29日最低，前3個播期顯著高于后2個播期。綜上，8月20日至9月9日播種有利于鈣、鎂的積累，播期8月20日最高；播期對磷積累的影響不明顯，磷、鉀的積累量均以播期9月9日最高。

表3 不同播期對盛花期“信紫1號”紫云英地上部磷、鉀、鈣、鎂含量及積累量的影響

2.3.3 對紫云英“信紫1號”盛花期銅、鋅、鐵、錳含量及積累量的影響

由表4可以看出，播期對紫云英盛花期地上部銅、鋅、鐵、錳含量及積累量有一定的影響。紫云英地上部銅含量范圍在7.47～9.09 mg/kg，播期9月9日最高，8月30日最低，差異顯著。銅積累量范圍在25.83～39.60 g/hm2，播期9月9日最高，顯著高于其它播期，9月29日最低。鋅含量范圍在121.31～185.51 mg/kg，隨播期的變化規(guī)律與銅含量一致。鋅積累量范圍在445.45～808.58 g/hm2，播期9月9日最高，8月30日最低，差異顯著。鐵含量范圍在696.32～954.05 mg/kg，播期8月30日最高，9月29日最低，除8月30日外，整體上隨播期的推遲而降低。鐵積累量范圍在2 335.15～3 504.07 g/hm2，前3個播期顯著高于后2個播期，播期9月9日最高。錳含量范圍在91.30～211.77 mg/kg，播期9月19日含量最高，8月20日最低，差異顯著。錳積累量范圍在338.22～715.02 g/hm2，播期9月19日最高，8月30日最低，差異顯著。綜上，9月9日至19日播種有利于銅、鋅、錳的積累，播期9月9日最高。

表4 不同播期對紫云英“信紫1號”盛花期地上部微量元素含量及積累量的影響

2.3.4 紫云英“信紫1號”養(yǎng)分積累的主成分分析

由圖2可知，主成分分析產(chǎn)生兩個主成分，PCA1累積方差貢獻率為54.63%，PCA2累積方差貢獻率為34.44%，兩個成分累積方差貢獻率為89.07%。主成分分析結(jié)果顯示，播期對紫云英的養(yǎng)分積累產(chǎn)生了明顯的影響，除8月20日和30日這兩個播期的養(yǎng)分積累量較近，其它播期則完全區(qū)分開。從圖中可以看出，播期9月9日樣本與碳、氮、硫、磷、鉀、銅、鋅積累量的相關(guān)性最大，與上述分析結(jié)果播期9月9日碳、氮、硫、磷、鉀、銅、鋅的養(yǎng)分積累量最大相一致；播期9月19日樣本與錳的積累量相關(guān)性最大，與上述分析結(jié)果播期9月29日錳的養(yǎng)分積累量最大相一致；播期8月20日和30日的樣本與鈣、鐵、鎂的積累量相關(guān)性較好，與上述分析結(jié)果鈣、鐵、鎂的積累量在這兩個播期較高一致。從圖中還可以看出，各養(yǎng)分的積累量均與紫云英的干物質(zhì)重成正相關(guān)關(guān)系，這說明獲得高的產(chǎn)草量是積累更多的養(yǎng)分的關(guān)鍵。整體來看，9月9日是紫云英獲得較高養(yǎng)分積累的最佳播期。

圖2 紫云英養(yǎng)分積累的主成分分析

注：圖中1～15代表不同的播期：1、2、3代表8月20日；4、5、6代表8月30日；7、8、9代表9月9日；10、11、12代表9月19日；13、14、15代表9月29日。

3 討論

3.1 不同播期對紫云英“信紫1號”生長狀況及產(chǎn)量的影響

播期能夠顯著影響植物的生長狀況[11-13]，本試驗中播期對紫云英生長狀況的影響在苗期最大，隨后逐漸減小。這是因為隨播期的推遲積溫和光照越來越少，苗期時積溫和光照成為限制性因素，早播的紫云英有更多的積溫和光照時間，積累更多物質(zhì)，生長狀況更好。進入返青期以后，積溫和光照越來越多，紫云英進入快速生長階段。盛花期時，不同播期紫云英的株高和分枝數(shù)已無差異；紫云英的地上和地下干重還有一定差異。早播有利于獲得較高的地上部和地下部干重積累量。與本試驗結(jié)果不同，潘福霞等[14]在湖北荊州市設(shè)置不同播期對紫云英生長及養(yǎng)分積累的影響試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨播期的推遲紫云英的各生長指標(biāo)都逐漸降低。盛花期時，紫云英各生長指標(biāo)也基本符合隨播期的推遲而降低的趨勢。這是因為兩個試驗設(shè)置的播期時間不同，本試驗所在的河南省信陽市是單季稻區(qū)，設(shè)置的播期最早是8月20日，最晚是9月29日，而潘福霞等人布置的試驗位于湖北省荊州市，屬于雙季稻區(qū)，設(shè)置的播期最早是9月25日，最晚是11月6日，播期過晚影響紫云英的出苗數(shù)，這是無法通過后期快速生長彌補的。

本試驗中,9月9日至19日播種有利于獲得較高的種子產(chǎn)量，這是因為早播的紫云英在苗期生長過旺，越冬期時發(fā)生了菌核病，從而影響了種子產(chǎn)量。研究表明，在豫南地區(qū)紫云英在秋末或者初春很容易發(fā)生菌核病[17]，紫云英經(jīng)過返青期的旺盛生長，抗病性增強，病害停止蔓延。本試驗中最低的種子產(chǎn)量(630 kg/hm2)遠高于潘福霞等人的試驗中最高種子產(chǎn)量(227 kg/hm2)，這主要受地區(qū)氣候影響，潘福霞試驗地處湖北省荊州市，那里每年3月底到4月初紫云英盛花期時正值雨季，紫云英不易授粉，影響開花和結(jié)莢，從而無法獲得較高的種子產(chǎn)量。信陽地區(qū)的紫云英產(chǎn)量一般高于南方地區(qū)，這是因為信陽地區(qū)地處大別山北麓，每年3月底到4月初光照充足，有利于花粉傳播，易于獲得較高的種子產(chǎn)量。

3.2 紫云英“信紫1號”的生態(tài)效應(yīng)

紫云英作為冬季覆蓋作物，增加了冬季稻田的植被覆蓋度，紫云英除了可以固定CO2釋放O2，還提高了對SO2、N2O和粉塵等主要空氣污染物的凈化功能[18]。從本試驗的研究結(jié)果來看，早播有利于紫云英對碳、氮、硫的積累，即有利于提高紫云英的生態(tài)效應(yīng)。本試驗條件下，盛花期時紫云英地上部碳積累范圍在1 465.38～1 952.05 kg/hm2。王麗宏等[19]試驗發(fā)現(xiàn)紫云英地上部碳積累量為1 799.60 kg/hm2，與本研究的紫云英碳蓄積效應(yīng)相當(dāng)，但其研究表明相同條件下黑麥草地上部碳蓄積量為4 044.90 kg/hm2，油菜地上部碳積累量為1 023.80 kg/hm2，這說明不同的綠肥品種具有不同的碳蓄積效應(yīng)。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國南方15個省區(qū)有冬閑水田2 000多萬hm2[20]，若用來種植紫云英，按1 500 kg/hm2碳積累量算，則每年南方稻田紫云英地上部碳積累量可達3 000萬t以上。

紫云英作為一種豆科綠肥，與根瘤菌結(jié)合發(fā)生共生固氮作用，在結(jié)瘤良好的情況下，固氮量占植株總氮量可達到80%[21]，按紫云英氮積累量140 kg/hm2，來自生物固氮的約110 kg/hm2，可節(jié)約大量的能源及工業(yè)投入。本研究中紫云英地上部氮含量為34.42～37.33 g/kg，地上部氮積累量范圍為115.87～164.64 kg/hm2，遠高于其他研究中的結(jié)果[7,14]，這可能是本研究中施用了充足的磷肥，磷肥可促進結(jié)瘤,達到以磷增氮的效果。不同稻區(qū)的試驗表明種植翻壓紫云英可以減少無機化肥的施用量,紫云英翻壓15 000～30 000 kg/hm2，減施化肥20%～40%，仍能保證水稻不減產(chǎn)[2,22-24]，同時減少了稻田氮素流失，減輕農(nóng)業(yè)面源污染。

植物除了從土壤中吸收硫外，還可以從大氣中吸收硫化氫、二氧化硫等供生長需要，通過這種方式吸收的硫占植株總硫量10%～20%[25]。本研究中紫云英地上部硫積累量范圍在13.99～26.61 kg/hm2，紫云英可從大氣中獲得的硫為1.40～5.32 kg/hm2，紫云英對大氣中硫化物的吸收減輕了大氣污染，在一定程度緩解了酸雨危害。

3.3 紫云英“信紫1號”的肥田效應(yīng)

紫云英作為綠肥最重要的目的就是“以小肥換大肥”[26]，提高土壤肥力，為水稻提供養(yǎng)分，紫云英養(yǎng)分積累對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要作用。從本試驗的研究結(jié)果來看，早播有利于大部分養(yǎng)分的積累，特別是鈣和鎂，磷、鉀、銅、鋅的積累量則是播期9月9日最高。錳的積累量是播期9月19日最高，9月9日的積累量略低于9月19日，差異并不顯著。因此，整體來看，9月9日是獲得紫云英最佳養(yǎng)分積累的播期。

紫云英磷的積累量最高為22.50 kg/hm2，遠低于投入量(112.5 kg/hm2)，紫云英鉀的積累量最高為115.66 kg/hm2，稍高于投入量(112.5 kg/hm2)，說明紫云英對磷的吸收較少，對鉀的吸收較多，是一種高氮高鉀低磷的作物。在不施用中、微量元素的情況下，紫云英對鈣、鎂、銅、鋅、鐵、錳的積累量最高分別可達38.81、8.54、39.60、808.58、3 504.07、715.02 g/hm2，這說明紫云英對土壤中微量元素的活化和富集有一定的作用。這主要是紫云英根系可以分泌各種有機酸[27]，這些有機酸不但可以活化土壤中的難溶性磷，還可以活化土壤中的中、微量金屬元素[28]，這些金屬元素活化后容易被紫云英吸收，從而促進了中、微量元素在土壤中的循環(huán)。

4 結(jié)論

不同播期對紫云英“信紫1號”苗期的生長狀況影響比較明顯，苗期時，紫云英的株高、分枝數(shù)、地上部干重、地下部干重均隨播期的推遲而逐漸下降，不同播期株高和地上部干重均差異顯著。盛花期時，不同播期紫云英株高和分枝數(shù)已無顯著差異，地上部和地下部干重還有一定的差異。8月20日至9月9日播種有利于獲得較高的地上部產(chǎn)草量，9月19日至29日播種能夠獲得較高的種子產(chǎn)量。養(yǎng)分積累的主成分分析表明，播期對紫云英養(yǎng)分積累產(chǎn)生了明顯的影響，8月20日至9月9日播種有利于獲得較高的養(yǎng)分積累和生態(tài)效應(yīng)。本試驗條件下，紫云英新品種“信紫1號”8月20日至9月9日播種有利于獲得較高的產(chǎn)草量、養(yǎng)分積累量和生態(tài)效應(yīng)，9月19日至29日播種能夠獲得較高的種子產(chǎn)量。生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)紫云英的不同用途選擇適宜的播期,做綠肥和飼草時要適當(dāng)早播(不遲于9月9日)，繁育種子時要適當(dāng)晚播(不早于9月19日)。

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