增施绿肥与降低肥对小麦产量和土壤肥力的影响

增施绿肥与降低N肥对小麦产量和土壤肥力的影响

张久东^1，2　包兴国²　王婷²

杨文玉²　舒秋萍²　李全福²　王健¹

（1西北农林科技大学资源环境学院　陕西杨凌712100；2甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所　甘肃兰州　730070；3中国农业科学院农业资源与农业区划研究所　北京　100081）

摘要：在甘肃河西绿洲灌区，通过田间试验研究了增施绿肥7500kg/hm²后减施无机N肥施用量对小麦产量、经济性状、土壤肥力和土壤微生物数量的影响。结果表明，绿肥+ 70%N处理比当地农民习惯施肥模式（FFP）增产829～1525kg/hm²，增产率为10.7%～ 22.9%，且土壤碱解N、速效P、速效K和有机质含量均较高，能显著促进土壤微生物尤其是细菌的活动，较农民习惯施肥处理细菌数量增加62.8%。增施绿肥7500kg/hm²可降低施用无机N肥67.5kg/hm²左右，并能提升土壤肥力，增加小麦产量，具有较好的经济效益和生态效益。

关键词：绿肥；有机质；无机N；微生物；小麦

绿肥是指利用其生长过程中产生的全部或部分，直接或间接翻压到土壤中作为肥料的绿色植物^[1]。绿肥是生态农业的重要组成部分，是我国传统农业的精华。绿肥作物栽培利用历史悠久，曾对我国农业生产起到举足轻重的作用^[2]。施用绿肥可以明显提升土壤N含量，因为绿肥比较鲜嫩，翻压后腐解矿化快，能迅速释放出养分供作物吸收利用，还可增加有机质、速效P和速效K的含量^[3]，也可使土壤容重下降、孔隙度和水稳性结构体增加^[4]。绿肥在提高土壤肥力的同时，还能减少土壤侵蚀，保持水土，对退化耕地的改良具有很好的效果^[5]。

毛叶苕子（Vicia Villosa Roth）属巢菜属，一年生或越年生豆科草本植物。箭筈豌豆（Vacia Sativa L），又名大巢菜、野豌豆、救荒野豌豆等，一年生或越年生豆科草本植物，是巢菜属中主要的栽培品种，其根系发达，主根肥大，入土不深，根上具有大量粉红色根瘤，喜排水良好的壤土及沙壤土[6～7]。

近年来，由于生产中只注重无机肥料的施用，造成耕地土壤理化性状变差，肥力下降，病害加重，严重影响到作物产量和品质的提高，不利于农村经济的可持续发展^[8]。本试验研究了以毛叶苕子和箭筈豌豆为绿肥与不同用量化肥配合施用对小麦产量及土壤养分的影响，为甘肃河西地区小麦合理施用化肥和绿肥技术提供理论依据，从而带动绿肥种植，保护生态环境。

注：本文发表于《核农学报》，2011，25（5）：998～1003.

表1　不同处理施肥量表

Table 1 Scale fertilization of different treatments

1　材料与方法

1.1　材料

供试小麦品种为甘肃省武威市农科所培育的“武春3号”，毛叶苕子为“土库曼毛叶苕子”，箭筈豌豆为“陇箭一号”。

1.2　试验区概况

试验于2009年3月至2010年10月在甘肃省农业科学院武威绿洲农业试验站进行。该地区海拔1504m，年平均气温7.7℃，≥10℃的有效积温3016℃，年日照时数2800～3300h，无霜期150d，平均降雨量222mm，蒸发量2021mm，为温带大陆性干旱气候，属石羊河流域井水灌区。土壤为灌漠土，土层较深。播前0～20cm耕层土壤理化性质为：土壤有机质为19.1g/kg，速效N 74.3mg/kg，速效P（P₂O₅）9.9mg/kg，速效K 169.7（K₂O）mg/kg，pH值为8.31。

1.3　试验设计

试验设8个处理，不同的处理施肥量见表1。处理中，农民习惯施肥模式化肥用量分别为纯N 225kg/hm²，其中80%做底肥，20%苗期追肥，P₂O₅150kg/hm²，全部作底肥；绿肥为盛花期收割的毛叶苕子与箭筈豌豆风干后粉碎的混合物（含全N35g/ kg，全P8.2g/kg，全K33g/kg）。小麦播种期为每年的3月中旬，播种量为450kg/hm²；绿肥播种期为每年的小麦收获前（7月上旬），毛叶苕子与箭筈豌豆混播，播种量为毛叶苕子30kg/hm²，箭筈豌豆60kg/hm²。小麦行距15cm，人工开沟播种。复种绿肥的处理在浇麦黄水前将毛叶苕子和箭筈豌豆撒播到小麦地，并于绿肥盛花期收割测定其生物量。每处理重复3次，共24个小区，随机区组排列。小区之间筑50cm×30cm的地埂，小区面积20m²（4m×5m）。

1.4　样品采集与测定方法

2009年采集各小区播种前基础土样，并于每年绿肥收获后，按照S形随机取0～ 20cm耕作层土壤样本5个充分混合，经风干后用四分法留取1kg左右土壤样本，研磨过0.25mm筛，测定土壤有机质、碱解N、速效磷P和速效K。有机质含量测定采用重铬酸钾—外加热法；碱解N含量采用碱解扩散法；速效P含量采用0.5mol/L NaHCO₃浸提比色法；速效K含量采用NH₄H₄OAc浸提火焰光度法^[9]。土壤微生物数量测定的土壤样本在9月下旬按照S形随机取0～ 20cm耕作层新鲜土壤样本5个，充分混合后四分法留取1kg，采用稀释平板计数法测定微生物数量^[10]。

小麦成熟后对各小区进行单打单收，测定其产量。每小区取样20株进行考种（穗长、株高、穗粒数和千粒重）。

1.5　数据处理

采用Excel 2003和DPS 9.50数据分析软件中的LSD法进行数据分析和差异显著性检验。

2　结果

2.1　绿肥与降低N肥施用对小麦产量的影响

产量结果表明（表2），2009年翻压绿肥后不同处理间小麦产量存在显著差异，其中施100%N小麦产量（6657kg/hm²）与单施绿肥的小麦产量（6896kg/hm²）明显低于施绿肥+70%N、绿肥+60%N的小麦产量（分别为8182kg/hm²和7990kg/hm²）的小麦产量，施100%N又较单施绿肥的产量低239kg/hm²，施用绿肥后减施N肥的5个处理小麦产量均高于施100%N或单施绿肥处理，其中以绿肥+70%N处理产量最高，较FFP（农民传统施肥）增产22.9%，绿肥+60%N处理次之，增产20%，绿肥+80% N处理增产17.9%，绿肥+100%N和绿肥+ 90%N处理较100%N处理增产不显著。2010年产量结果表明施用绿肥后相应减少N肥用量的小麦产量高低趋势与2009年基本一致，而CK和单施绿肥处理产量较2009年的急剧下降，其余施肥处理产量较第一年都有所增加，且绿肥+70%N产量较FFP达显著水平，增产829kg/hm²，增产幅度为10.7%，各处理的产量由高到低依次为绿肥+70%N＞绿肥+80%N＞绿肥+90% N＞绿肥+60%N＞绿肥+100%N处理＞对照。

可见，施用绿肥7500kg/hm²后不降低化学N肥用量，小麦不增产或增产幅度很小；而降低N肥20%～30%后却表现出增产效果，充分说明翻压绿肥后可降低N肥用量，且还能使小麦增产10.7%～22.9%。

2.2　增施绿肥与降低N肥对小麦经济性状的影响

通过对各小区收获时取样20株进行考种得出不同施肥处理间小麦经济性状，结果如表3所示。增施绿肥与N肥减施后各处理小麦株高、穗长和千粒重2010年均高于2009年，且高于FFP处理。FFP处理连续2年结果相比，株高2010年略低于2009年。绿肥+80%N与绿肥+70%N处理的各项经济性状均较高，这与小麦产量结果一致。绿肥+100%N处理在各项经济性状指标上并没有表现出较高的水平，说明增施绿肥在不降低无机N肥施用量得条件下并不能有效提高小麦各项经济性状。

2.3　增施绿肥与降低N肥对小麦根层（0～20cm）土壤养分的影响

由土壤养分结果（表4）可以看出，不同施肥处理土壤中有机质含量均为2010年高于2009年，在施N较高条件下，由于C/N降低，促进了绿肥的腐解并释放养分，导致残留土壤含量上升，当施N量为FFP的80%时，有机质含量最高，为23.0g/kg。配施绿肥后，各处理碱解N含量随着施N肥量的减少而降低，但差异不显著，2009年和2010年的最大值分别出现在绿肥+ 90%和绿肥+100%的2个处理中，为72.3kg/hm²和71.2mg/kg，这与施N量较高而产生的高N残留有关；绿肥+80%N处理速效P含量最高为43.0mg/kg和36.3mg/ kg，当N肥降低到60%时，速效磷P随着施N量的降低而显著降低；可见施用绿肥7500kg/hm²后，施N量减少到FFP的20%～30%左右时具有较好的增肥效果。

表2　不同施肥处理对小麦产量的影响

Table 2　Effect of green manure utilization and decreasing N fertilizers on wheat yield

注：不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平，下表均同。本文以FFP为对照计算增产量和增产率，以便利于指导农业生产。Note:Different small letters indicate significant differences in the level of 5%，the same as following tables.In this paper，the control FFP increased yield and yield rate calculation in order to help guide the agricultural production.

表3　不同施肥处理对小麦经济性状的影响

Table3　Effect of green manure utilization and decreasing N fertilizers of chief characteristics of wheat

2.4　增施绿肥与降低N肥对小麦收获后0～20cm土壤微生物数量的影响

土壤微生物数量及其活性是土壤肥力的重要指标之一。微生物数量多、区系复杂，表明土壤微生态系统平衡，有利于作物的健康生长。从微生物种类来讲，细菌和放线菌种类多、数量多，不仅有利于土壤养分的转化，而且通过营养抗性来抵御和抑制有害生物如土传病害的生长繁殖^[11～13]。从2010年土壤微生物数量（表5）可以看出，翻压绿肥后土壤微生物总量与CK相比均显著增加，尤其是细菌和真菌数量，其中绿肥+70%N处理细菌数量最多，为14.0×10⁶cfu/g干土，较FFP增加62.8%，其次为绿肥+60%N（13.2×10⁶cfu/g干土）和单施绿肥（13.1×10⁶cfu/g干土），随着无机N施用量的降低，细菌数量增加，可见在增施绿肥7500kg/hm²后随着无机N施用量的增加抑制了细菌的活动^[14-15]。与增施绿肥处理相比，CK与FFP处理真菌数量达到显著水

表4　不同施肥处理增施绿肥与降低N肥对小麦耕层土壤养分的影响

Table4 E ffect of green manure utilization and decreasing N fertilizers for soil fertility（0～20cm）

表5　不同施肥处理对土壤微生物数量的影响（2010年）

Table5　Effect of green manure utilization and decreasing N fertilizers on soil microbial quantity of harvested wheat（2010）　（106cfu/g）

平，分别为3.1×10⁴cfu/g干土和3.6×10⁴cfu/g干土。不同施肥处理对放线菌数量影响差异不显著。

3　讨论

据田间观测，单施绿肥的小麦前期长势较差，而FFP处理小麦生长后期会有脱肥现象发生，这是造成穗小、千粒重下降的主要原因。单施绿肥造成土壤N含量不足，C/N较高，小麦生长前期地温低，影响了微生物的生命活动，绿肥不能及时腐解，从而导致土壤养分不足，不能满足小麦正常的生长需要^[16]；单施化肥在短期内无机肥料迅速矿化，造成养分的高损失，在石灰性土壤中长期施用无机肥可明显增加土壤细菌特别是硝化细菌数量，促进了氨挥发损失，同时由于有机肥料不足，不能为微生物活动提供充足的碳源，影响其生命活动，导致小麦生育后期土壤养分含量下降，无法满足小麦对养分的需求^[17]。而绿肥与N肥配施的小麦在整个生育期长势均较好，充分说明绿肥与无机N肥配施具有增产效果，在有外加N肥的情况下对微生物的影响与碳源有关，施用有机肥不但增加了土壤养分，同时也为微生物提供充足的C源，使土壤微生物显著高于单施化肥的处理^[18]。

在不减少N肥施用量的情况下，增施绿肥的小麦增产效果较FFP增产不显著。增施绿肥可带入大量的N，绿肥腐解释放养分速率缓慢，错开了与无机N同时对小麦的供给，但使施N总量增大，在小麦收获后土壤碱解N残留量高，容易造成土壤N的淋失，形成资源的浪费，经济与生态效益低下。而绿肥+80%N和绿肥+70%N处理的产量分别达到8414kg/hm²和8565kg/ hm²，较FFP增产8.8%和10.7%，且这2种处理下的小麦生物产量、千粒重以及土壤养分含量均较高，这是由于毛叶苕子与箭筈豌豆二者混合绿肥含N量高，其养分可在当年5、6月份随着气温的升高而快速释放，同时还有P、K和有机质等养分，满足了当季小麦的生长需要^[19～20]。

4　结论

第一，增施绿肥7500kg/hm²，代替部分无机N肥，不仅能使小麦产量达到最高，并能促进土壤微生物活动，尤其是对细菌和真菌数量影响显著。增施绿肥并降低N用量能加速土壤固结养分的释放，从而提升耕地肥力。

第二，小麦收获后复种绿肥毛叶苕子与箭筈豌豆，能充分利用秋闲地，生产优质饲草与绿肥，具有较高的经济和生态效益。