隴東旱塬區(qū)夏綠肥篩選及還田對冬小麥生長的影響

浩立軍 羅康寧 張文偉 李利利

（1.慶陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 甘肅慶陽 745000；2.平?jīng)鍪修r(nóng)業(yè)科學(xué)院 甘肅平?jīng)?744000）

綠肥屬于清潔有機(jī)肥源， 還田后可提高土壤中氮、磷、鉀素含量，同時顯著提高土壤中水溶性有機(jī)碳和微生物碳氮含量，對土壤起到良好的培肥作用[1]。種植綠肥是改良土壤的重要途徑。 一方面可迅速增進(jìn)土壤速效養(yǎng)分[2]、提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[3]、降低土壤容重[4]。 另一方面，綠肥根系分泌的有機(jī)酸可將不易被作物利用的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為有效養(yǎng)分[5]，進(jìn)而促進(jìn)后茬作物對土壤中養(yǎng)分的吸收利用。 綠肥在耕地質(zhì)量提升、增加糧食和經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量、促進(jìn)農(nóng)牧結(jié)合、合理利用土地資源等方面具有重要作用。種植綠肥，尤其是油菜可以增強(qiáng)后茬作物生物病蟲害防御能力[6]、顯著增加后茬冬小麥單株分蘗數(shù)和單位面積穗數(shù)[7]，并通過形成生物空隙改善土壤結(jié)構(gòu)及相應(yīng)有機(jī)組分的分布格局。 冬、夏綠肥的種植和后茬作物的利用研究逐漸成為近年來的一個熱點。 夏休閑期復(fù)種綠肥有益于西北旱地小麥抗旱增產(chǎn)[7]。 因此，綠肥作物與糧食作物輪作倒茬、 間作可以促進(jìn)糧食作物的綠色可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)糧油兼豐[8]。 本試驗所在的隴東黃土旱塬區(qū)，小麥?zhǔn)斋@后休閑期降雨量多且集中，可以合理利用休閑期水、熱、土資源，提高土地利用效率。 但由于該區(qū)連續(xù)多年施用化肥、有機(jī)肥投入少，造成土壤結(jié)構(gòu)破壞，板結(jié)嚴(yán)重，為了保障隴東旱塬地區(qū)旱地土地持續(xù)生產(chǎn)力， 明確種植綠肥作物對土壤的培肥效果， 筆者通過在夏閑期開展不同綠肥品種的篩選和還田對后茬冬小麥生長的影響研究， 旨在篩選出適宜隴東地區(qū)夏播的綠肥品種， 為糧田土壤減肥提質(zhì)、增產(chǎn)增效提供支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗點設(shè)在甘肅省寧縣和盛鎮(zhèn)湫包頭村（35°25′07″N、107°47′36″E），海拔 1 233 m，土層深厚，光照充足，氣候溫和，屬干旱半干旱氣候。年均氣溫7～10℃，年日照時數(shù) 2 250～2 600 h，無霜期 140～180 d，年均降水480～660 mm。 土壤為黑壚土，質(zhì)地均勻，通氣性好。 前茬作物為冬小麥，土壤肥力中上等，結(jié)構(gòu)良好。

1.2 試驗設(shè)計

試驗一始于2018年7月上旬，收集和引進(jìn)夏綠肥品種7個，分別為飼油2號、隴黃3號、毛苕子、紫云英、草木犀、紫花槐、田箐。 采用田間隨機(jī)區(qū)組排列，3 次重復(fù)，小區(qū)面積5 m×10 m，在前作冬小麥?zhǔn)斋@后，采用免耕直播方式種植綠肥。種植時不施肥，行距固定為20 cm。 飼油2號播量為 1 kg/畝， 隴黃3號播量為15 kg/畝，紫云英播量為2 kg/畝，毛苕子、田菁、草木犀和紫花槐播量均為3 kg/畝。

試驗二始于2019年7月上旬，對上一年初步篩選出的綠肥品種飼油2號、 隴黃3號開展進(jìn)一步大田試驗種植。 前作小麥?zhǔn)斋@后，采用機(jī)械旋耕整地，不施肥。試驗設(shè)CK（不種植綠肥）、處理1（飼油2號）和處理2（隴黃3號）共3個處理，各處理小區(qū)面積均大于8 畝。2019年7月4日用精量播種機(jī)播種，調(diào)節(jié)播種機(jī)播量， 將飼油2號和隴黃3號播種量分別控制在 0.4 kg/畝和 15.0 kg/畝，播種深度 4～5 cm，行距20 cm。

于9月20日采用秸稈粉碎還田機(jī)將綠肥粉碎于地表，然后深耕翻壓。 基肥采用施肥旋耕一體機(jī)施入，按磷酸二銨（養(yǎng)分含量≥64%）、尿素（N 含量46%）、農(nóng)業(yè)用硫酸鉀（K2O 含量 51%）比例為 3∶1∶1 混合施入。CK 施肥量為45 kg/畝， 處理1 和處理2 施肥量均為CK 的 80%，即 36 kg/畝。冬小麥于 2019年9月26日采用機(jī)械播種，品種為銅麥6號，播量為12 kg/畝,行距20 cm。 2020年3月16日，返青期所有處理采用機(jī)械追施尿素，畝施肥量10 kg。

1.3 樣品采集與測定方法

試驗一測定不同綠肥作物生育期及粉碎翻耕前地上生物量，生物量鮮重采用全區(qū)收獲計產(chǎn)，計算折合地上生物量鮮重。

試驗二記載綠肥生育期及粉碎翻壓前的農(nóng)藝性狀。 于2019年9月16日測定地上植株生物量鮮重及植株混合樣目標(biāo)性狀。 每個混合樣按照“S”采樣法采集20 株作為分析樣。 測定植株水分及碳、氮、磷、鉀養(yǎng)分含量，并計算生物量干重及養(yǎng)分累積量。 測定綠肥翻壓后種植的冬小麥農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量指標(biāo)。 產(chǎn)量測定于2020年6月28日在不同處理各選取3個樣點，每個樣點收獲小麥50 m2，折合計產(chǎn)。

指標(biāo)測定法： 水分采用烘干法測定； 全碳采用TOC 干燒法測定；全氮、全磷和全鉀采用H2SO4-H2O2消解，分別用流動分析儀、鉬銻抗比色和火焰分光光度法測定。

養(yǎng)分累積量=干物質(zhì)量×養(yǎng)分含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 夏綠肥品種篩選

前作小麥?zhǔn)斋@后， 綠肥播種時間均為7月15日，受干旱天氣影響，播種時間較小麥?zhǔn)斋@時間延遲10 d。試驗結(jié)果（表1）表明，飼油2號、毛苕子和田菁出苗時間較早，出苗時間為5 d，草木犀出苗時間較晚，出苗時間為8 d。 7種綠肥作物在9月16日采樣測產(chǎn)，生長天數(shù)介于53~56 d。 翻耕時地上生物量鮮重較高的分別為飼油2號、隴黃3號、草木犀，折合地上生物 量 鮮 重 分 別 為 19 362.0 kg/hm2、14 140.7 kg/hm2、12 880.6 kg/hm2。 通過夏播綠肥生育期和生物量測定，綜合考慮種子成本、植株含水量、根系固氮及田間長勢等因素， 初步篩選出在出苗后60 d 左右地上生物量較大， 適合粉碎翻耕還田的飼油2號、 隴黃3號，可作為夏季綠肥培肥土壤的優(yōu)選資源。

表1 不同綠肥作物生長時間及地上生物量

2.2 優(yōu)選夏綠肥生育期及生物量

受不同綠肥作物地上植株含水量的影響， 翻壓時地上生物量鮮重和干重差異大（表2）。 結(jié)果表明，飼油 2號于 7月9日出苗，7月25日進(jìn)入 5 葉期，8月4日進(jìn)入 10 葉期，9月10日現(xiàn)蕾期，至 9月20日粉碎翻壓時進(jìn)入初花期，出苗至初花期在70 d 左右。株高為96.6 cm，密度為121 萬株/hm2。粉碎翻壓時折合地上生物量鮮重為29 644.3 kg/hm2， 折合干重為2 573.1 kg/hm2。隴黃 3號于 7月11日出苗，8月3日為旺苗期，8月20日為花芽分化期，9月11日進(jìn)入結(jié)莢期，至9月20日生育天數(shù)為68 d。 粉碎翻壓時株高67.6 cm，密度為135 萬株/hm2，折合地上生物量鮮重為14 000.7 kg/hm2，折合干重為3 827.8 kg/hm2。

表2 優(yōu)選綠肥作物農(nóng)藝性狀及地上生物量

2.3 不同綠肥還田時養(yǎng)分含量及累積量

從表3 可以看出， 不同綠肥品種養(yǎng)分含量顯著不同， 因生物干重不同， 影響到養(yǎng)分累積量顯著不同。 隴黃3號地上植株總碳含量高于飼油2號，氮含量與飼油2號差異不明顯。 隴黃3號碳含量較飼油2號高 3.55 g/kg，氮含量高 1.77 g/kg。 隴黃 3號地上植株全磷和全鉀含量較低，與飼油2號相比，分別低1.32 g/kg 和 22.81 g/kg， 幅 度 分 別 為 33.67% 和53.75%。 結(jié)果表明，隴黃3號地上植株總碳、氮含量高于飼油2號，而磷、鉀含量極顯著低于飼油2號。

表3 不同綠肥品種地上植株養(yǎng)分含量（單位：g/kg）

由表4 可知，隴黃3號至結(jié)莢期地上植株總碳、全氮累積量分別為161.01 kg/hm2和124.86 kg/hm2，分別極顯著高于飼油2號61.91 kg/hm2和45.99 kg/hm2，幅度分別達(dá)到62.47%和58.31%。飼油2號與隴黃3號地上植株全磷累積量差異不明顯，在9.79~9.94 kg/hm2。飼油2號全鉀累積量顯著高于隴黃3號30.67 kg/hm2，幅度達(dá)40.82%。 從養(yǎng)分累積量上看，麥后復(fù)種綠肥，因品種、生物量和養(yǎng)分含量不同，地上植株對碳、氮、磷和鉀養(yǎng)分累積量差異較大。

表4 不同綠肥品種地上植株養(yǎng)分累積量（單位：kg/hm2）

2.4 綠肥還田對后茬冬小麥生長及產(chǎn)量的影響

不同綠肥粉碎翻壓還田后種植冬小麥， 對后茬冬小麥農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量影響不同（表5）。 2個綠肥品種粉碎翻壓還田對后茬銅麥6號株高、 穗長、 穗粒數(shù)、 有效穗數(shù)和千粒重較無綠肥還田對照均顯著增加， 分別增加了 1.4～2.2 cm、1.6 cm、0.1~1.7 粒、1.2 萬~2.5 萬穗/畝和 0.7～1.4 g。 在綠肥還田，化肥減施 20%的情況下， 飼油2號和隴黃3號粉碎還田處理后茬冬小麥產(chǎn)量均較對照顯著增產(chǎn)。 飼油2號還田處理銅麥6號產(chǎn)量最高，產(chǎn)量為7 254.78 kg/hm2，較對照顯著增產(chǎn)8.13%。隴黃3號還田處理銅麥麥6號產(chǎn)量為7 092.47 kg/hm2，較對照增產(chǎn)5.71%。 不同綠肥還田處理下小麥的綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)優(yōu)良， 小麥顯著增產(chǎn)。

表5 不同夏綠肥還田后茬冬小麥生長及產(chǎn)量性狀

3 討論與結(jié)論

綠肥的栽培條件、地域差異、取樣時間和綠肥品種的不同，綠肥的生育期、生物產(chǎn)量及體內(nèi)的 N、P、K含量也有很大的變化[9]，因此對土壤肥力的影響也截然不同。 本研究結(jié)果表明，7種參試綠肥品種中飼油2號、毛苕子和田菁出苗早、草木犀出苗相對較晚，至冬小麥播種前約有60 d 的生長期。 綜合考慮成本及經(jīng)濟(jì)效益， 飼油2號和隴黃3號田間長勢好、 地上植株生物產(chǎn)量高， 適宜在隴東夏閑期復(fù)種綠肥。 經(jīng)過進(jìn)一步試驗， 飼油2號和隴黃3號在粉碎還田時因植株特性不同， 表現(xiàn)出株高和生長密度不同， 進(jìn)而影響地上植株生物量鮮重和干重差異較大。 粉碎翻壓時折合地上生物量鮮重分別為29 644.3 kg/hm2和14 000.7 kg/hm2， 折合干重分別為2 573.1 kg/hm2和3 827.8 kg/hm2。

綠肥品種對養(yǎng)分吸收積累不同， 是造成生物量顯著差異的主要因素。 趙秋[10]等研究認(rèn)為，品種是影響綠肥碳、氮含量和蓄積量的重要因素，養(yǎng)分蓄積量反映了綠肥對土壤養(yǎng)分吸收并積累的數(shù)量。 在隴東旱塬區(qū)復(fù)種模式下種植綠肥后， 隴黃3號地上植株全碳含量及累積量、 全氮含量及氮素累積量均顯著高于飼油2號，而全磷含量、全鉀含量及鉀素累積量顯著低于飼油2號，磷素累積量差異不明顯。

種植綠肥對土壤有機(jī)氮礦化、作物氮素吸收、土壤殘留氮素等具有重要影響。 綠肥翻壓還田能夠改善土壤理化性狀，增加土壤有機(jī)質(zhì)和有效養(yǎng)分含量，利于作物根系對土壤養(yǎng)分的吸收[11]。養(yǎng)分吸收是作物高產(chǎn)和品質(zhì)改善的重要基礎(chǔ)[12]。 本研究表明，飼油2號和隴黃3號粉碎翻壓還田后，后茬小麥株高、穗長、穗粒數(shù)、有效穗數(shù)、千粒重等均有不同程度改善，進(jìn)而影響小麥產(chǎn)量顯著高于未種植綠肥的對照。 飼油2號和隴黃 3號還田處理銅麥 6號產(chǎn)量分別為7 254.78 kg/hm2和 7 092.47 kg/hm2，較對照分別增產(chǎn)8.13%和5.71%。初步研究結(jié)果表明，在隴東旱塬區(qū)夏閑期種植飼油2號和隴黃3號，均可不同程度的增加植株體內(nèi)養(yǎng)分累積量， 在化學(xué)肥料作為基肥施用量投入減少20%的情況下， 綠肥還田可有效增加后茬冬小麥產(chǎn)量，是適宜該區(qū)域種植的夏綠肥品種，對后續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)減肥增效及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。