长期翻压紫云英对中低产水稻土的培肥效果

　　中国南方是水稻的主产区，其水稻播种面积占全国水稻总播种面积的 90% 以上，但其中低产田占据相当大的比例［1 －2］。因此，提高我国南方中低产水稻田的供肥能力显得尤其重要。紫云英是中国的主要绿肥作物，在培育土壤、改善环境、提高农产品产量和品质、减少化肥投入等方面发挥着重要作用［3 －6］。随着国家与社会对土壤质量提升和生态环境保护的重视，绿肥得到了广泛关注，也促进了南方紫云英绿肥的恢复性种植，紫云英 － 水稻种植体系已逐渐成为南方农田尤其是中低产田重要的种植利用方式。

　　土壤结构是调控土壤物理、生物过程和土壤有机质分布的重要因素之一，土壤团聚体是土壤结构的基本单元［7］。土壤团聚体在土壤中具有保证和协调土壤中的水肥气热、影响土壤酶的种类和活性、维持和稳定土壤疏松熟化层的作用［8］。土壤活性有机碳是土壤中有效性较高、易被土壤微生物分解利用、对植物养分供应最直接的有机碳。Dalal 和 Haynes 认为土壤活性有机碳可作为土壤肥力和土壤质量及持续性评价的有效参数，是土壤潜在生产力和土壤管理措施变化引起土壤有机质变化的早期预警指示［9］。合理的农业措施可促进土壤团聚体的形成和增加土壤有机碳含量，进而提高土壤的质量和生产力［10 －11］。为了探索紫云英 －水稻种植体系下土壤肥力的变化，笔者以连续 5 年种植翻压紫云英的长期定位单季稻试验田为平台，研究了连续翻压紫云英下耕层水稻土土壤结构性能及有机碳含量的变化，旨在揭示长期翻压紫云英对中低产水稻土的培肥效果，为红壤丘陵地区中低产田的持续培肥提供依据。

　　1 材料与方法

　　1． 1 试验区概况 试验地位于福州市闽侯县白沙镇溪头村的土肥所野外观测站(东经 119°7'、北纬 26°21') 。该区属亚热带季风气候区，水、热资源丰富，年平均降水量为 1673． 9 mm。试验于 2008 年 9 月开始，试验前耕层土壤 pH 4． 93，有机质 22． 6 g/kg，碱解 N138． 0 mg / kg，速效 P 26． 2 mg / kg，速效 K 43． 7 mg / kg。

　　1． 2 试验设计 试验共设 4 个处理: 不施肥(CK) 、施用化肥、紫云英翻压、紫云英翻压 + 施用化肥。每个处理设 3 次重复，小区面积 15 m2，每个小区栽水稻 300丛。施用化肥的处理施纯氮135 kg/hm2，N∶ P2O5∶ K2O= 1∶ 0． 4∶ 0． 7; 氮肥用尿素，磷肥用过磷酸钙，钾肥用氯化钾。各处理(对照除外) 的磷肥全部作基肥施用; 氮、钾肥基肥占 60%，分蘖肥占 40%。

　　试验田作物轮作制度为紫云英 － 水稻。紫云英品种为闽紫7 号，于每年9 月中下旬套播闽紫7 号于中稻田间，翌年 4 月初盛花期翻压，年翻压鲜草量为 18000kg / hm2; 同年 7 月初移栽中稻，品种为宜香优 2292，于10 月初收获。

　　1． 3 测定项目和方法 在水稻收割后，按“S”形多点分别采集土壤样本以及 0 ～20 cm 土壤混合样，并在自然条件下风干、备用; 用平均值代表小区的各项测定值。

　　采用 Cambardella and Elliot(1992) 描述的方法测定土壤水稳性颗粒团聚体(53 ～2000 μm) 。将 20 g 风干土样放入三角瓶中，加入 5 g/L 的六偏磷酸钠 100mL，用振荡器以 90 r / min 的转速振荡 18 h 后，在土壤团粒分析仪内依次放入 2000、250、53 μm 的筛，使土壤依次过各分离筛，并用蒸馏水小心冲洗，保证各类土壤颗粒全部通过筛子。保留在各类筛上的土壤即相应粒径的颗粒态组分; 将它们在 60 ℃下烘干、称重，并测定有机碳含量。采用 Lefroy 和 Blair 提出的 333 mmol/L高锰酸钾氧化剂法测定土壤活性有机碳(易氧化有机碳) 含量，不能被 333 mmol/L KMnO4氧化的为非活性有机碳。具体方法如下: 称取过 0． 25 mm 筛的含 15 ～30 mg 碳的风干土样，置于 100 mL 的离心管中，加入333 mmol / L 高锰酸钾氧化剂 25 mL，在 25 ℃ 下振荡 1h，以 2000 r / min 的转速离心 5 min; 取上清液，用去离子水按 1∶250 的比例稀释，然后将稀释液在 565 nm 处比色，重复 3 次。根据 KMnO4浓度的变化求出样品中活性有机碳的含量(在氧化过程中，1 mmol/L 高锰酸钾氧化剂消耗 0． 7 mmol/L 或 9 mg 碳) 。用环刀法［12］测定土壤容重; 利用重铬酸钾容量法 － 外加热法［12］测定土壤总有机碳含量。土壤孔隙度通过以下公式计算得到: 孔隙度(%) = (1 － 土壤容重/土壤密度) ×100［12］，式中土壤密度为 2．65 g/cm3。

　　采用 Excel 2003 及 DPS 统计软件进行数据分析。

　　2 结果与分析

　　2． 1 连续种植翻压紫云英对土壤有机碳含量的影响

　　2． 1． 1 总有机碳含量及土壤肥力指标 5 年连续种植翻压紫云英能引起土壤总有机碳及各项土壤肥力指标的变化。土壤有机碳含量取决于有机物输入量与输出量之间的动态关系。将紫云英作为有机物质翻压入土，理论上可有效提高土壤的有机碳含量，促进土壤肥力提升。从表 1 可以看出: 单独翻压紫云英处理的土壤总有机碳含量最高，与不施肥对照和单施化肥处理的总有机碳含量差异显著; 其次是紫云英 + 化肥处理。

　　分析土壤肥力各项指标发现，翻压紫云英处理的碱解氮含量和全氮含量均最高，显著高于不施肥对照及单施化肥处理的。这可能是因为紫云英是豆科固氮作物，能富集土壤中的氮肥。

　　2． 1． 2 土壤易氧化有机碳含量 在土壤活性有机碳研究中，不同学者依据自身研究的需要和测定的方法采用不同的术语表征土壤活性有机碳，常用的术语有:有效碳、可溶性有机碳、易氧化有机碳、可矿化碳、微生物量碳等。土壤易氧化有机碳是土壤有机碳库中易氧化、分解的有机碳，可用于指示土壤有机碳短暂的和微小的波动。土壤活性有机碳比率可以指示有机碳的活性强度，该值越大说明有机碳活度越高，其矿化潜力越大。由表 2 得知: 翻压紫云英处理的土壤易氧化有机碳含量最高，紫云英 + 化肥处理的次之，这两个处理的土壤易氧化有机碳含量均显著高于不施肥对照以及单施化肥处理的; 而紫云英 + 化肥处理的土壤活性有机碳比例最高，达 38．5%，这说明经紫云英 + 化肥处理后有机碳的活度最高，有机碳矿化的潜力也最大。

　　2． 1． 3 土壤微生物量碳、氮含量 土壤微生物量是土壤有机质的活性部分，也是土壤中最活跃的因子，是活的土壤有机质部分［13］。许多学者研究发现土壤微生物量与土壤肥力、土壤健康有十分紧密的关系。由表 3可知: 施用化肥处理的土壤微生物量 C、微生物量 N 的含量与不施肥对照相当; 但与不施肥对照相比，紫云英+ 化肥处理、单独紫云英翻压处理的微生物量 C、微生物量 N 含量却显著上升，尤其是紫云英 + 化肥处理。

　　2． 2 连续种植翻压紫云英对土壤结构性能的影响

　　2． 2． 1 土壤水稳性颗粒团聚体 农学上通常以直径在 250 ～10000 μm 的水稳性颗粒团聚体含量判别土壤结构的优劣，如果含量多则土壤结构优，少则劣［14］。

　　有研究表明，在一定粒径范围内，水稳性颗粒团聚体的粒径有随土壤肥力提高而增大的趋势。另外，土地利用方式会影响土壤表层团聚体的组成、数量及质量［15］。从表 4 可知: 在不同施肥条件下，土壤中 250 ～2000 μm 颗粒所占比例均最高，53 ～ 250 μm 颗粒的比例均次之，这两种直径颗粒占到了总颗粒的 78． 9% ～84． 7% ; 大于 2000 μm 的颗粒所占比例均最低。在 4个处理中，以紫云英 + 化肥处理的大颗粒的比例相对较高。说明长期种植翻压紫云英有助于提高土壤中大颗粒团聚体(250 μm) 的比例。与不施肥对照相比，各施肥处理均提高了不同直径土壤颗粒中碳组分的含量，平均含量提高了 9． 9% ～16． 1%。具体而言: 中长期翻压紫云英处理的土壤颗粒碳组分含量提升最多，各粒径碳含量比不施肥对照提高了 13． 5% ～18． 5 %，平均提高了 16． 4%，其中大于 2000 μm 颗粒以及 250～ 2000 μm 颗粒中碳组分含量提升最多，提升幅度均达到了 18．5%; 紫云英 + 化肥处理的各粒径土壤碳组分含量提升较多，比对照平均提高了 15．4%。

　　2． 2． 2 土壤容重及孔隙度 容重是土壤的重要物理性质，是衡量土壤紧实程度的一个指标。在土壤质地相似的条件下，土壤容重可反映土壤的松紧程度，容重小，表明土壤疏松多孔，结构性良好; 反之则表明土壤紧实板硬，缺乏团粒结构。土壤容重的大小对土壤结构性能、通气性作物根系发育等均有不同程度的影响。对于作物的生长发育来说，土壤过分紧实会妨碍作物的根系伸展; 土壤过分疏松则会漏风跑墒。一般含有机质多而结构好的农田土壤容重宜在 1． 00 ～1． 25g / cm3之间。由表 4 可知: 与不施肥对照相比，施用化肥处理的土壤耕层容重上升了 3．4%; 翻压紫云英处理的土壤容重下降最多，比对照下降了 8． 5%; 紫云英 +化肥处理的土壤容重变化较小，只比对照下降了3． 4% 。在 4 个处理中，以单独翻压紫云英处理的土壤孔隙度最大。

　　3 结论

　　本研究结果表明: 与不施肥对照相比，紫云英翻压和紫云英 + 化肥处理均能显著地提高耕层土壤的有机碳含量、土壤易氧化有机碳含量，促进土壤大颗粒团聚体的形成，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，从而改善土壤结构; 紫云英 + 化肥处理的微生物量 C、微生物量N 含量均最高，土壤活性有机碳比例高达 38． 5% 。

　　参考文献:
　　［1］邢世和． 福建林地资源评价［M］． 北京: 中国农业出版社，2006．
　　［2］张琳，张凤荣，姜广辉，等． 我国中低产田改造的粮食增产潜力与食物安全保障［J］． 农业现代化研究，2006(1) :22 －24．
　　［3］林新坚，曹卫东，吴一群，等． 紫云英研究进展［J］． 草业科学，2011，28(1) : 135 －140．
　　［4］曹卫东，黄鸿翔． 关于我国恢复和发展绿肥若干问题的思考［J］． 中国土壤与肥料，2009(4) : 1 －3．
　　［5］王伯诚，赖小芳，陈银龙，等． 带籽紫云英翻耕对水稻产量及稻田土壤性质的影响［J］． 南方农业学报，2013，44(3) : 437－ 441．
　　［6］朱贵平，张惠琴，吴增琪，等． 紫云英和油菜不同时期翻压对土壤培肥效果的影响［J］． 南方农业学报，2012，43(2) : 205－ 208．
　　［7］安婷婷，汪景宽，李双异． 施肥对棕壤团聚体组成及团聚体中有机碳分布的影响［J］． 沈阳农业大学学报，2007，38(3) :407 － 409．
　　［8］王清奎，汪思龙． 土壤团聚体形成与稳定机制及影响因素［J］． 土壤通报，2005，36(3) :415 －421．
　　［9］沈宏，曹志洪． 土壤活性有机碳的表征及其生态效应［J］． 生态学杂志，1998，18(3) : 32 －38．