薛乃雯，高志強(qiáng)，楊珍平

（1.山西大同大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，山西 大同 037009；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801）

小麥?zhǔn)俏覈蠹Z食作物之一，在糧食產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[1]；冬小麥?zhǔn)屈S土高原旱塬區(qū)的主要糧食作物，其生產(chǎn)對保障晉南地區(qū)的糧食安全具有重要意義[2-3]。嚴(yán)重的風(fēng)蝕和水蝕、不適當(dāng)?shù)母髦贫纫约坝袡C(jī)肥料的嚴(yán)重缺乏導(dǎo)致黃土高原正逐漸面臨土壤質(zhì)量退化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[4]。綠肥是用新鮮的綠色植物作為肥料，直接或間接地將植物體翻壓到土壤中，利用植物體腐解后的養(yǎng)分來供應(yīng)主要作物的生長，有提高土壤質(zhì)量、培肥優(yōu)良的耕層土壤、提高肥料利用率和促進(jìn)作物生長的作用[5]。其中，豆科綠肥可以固定大氣中的氮，減少雜草，提高土壤物理和生物特性，改善土壤碳和氮循環(huán)[6]；非豆科綠肥主要用于防止土壤侵蝕、積累養(yǎng)分、減少養(yǎng)分淋失和提高土壤有機(jī)碳儲量[7]。王丹英等[8]研究表明，在水稻田中種植并翻壓紫云英和油菜綠肥，顯著提高了土壤中全氮、堿解氮以及有機(jī)質(zhì)的含量。在水田種植綠肥的研究還表明，綠肥作為有機(jī)肥通過對磷素的吸收和分解，將土壤中難以被作物吸收利用的無機(jī)磷轉(zhuǎn)化成容易被作物吸收利用的有機(jī)磷，從而提高了土壤中磷素的利用率[9]。羅玲等[10]研究結(jié)果表明，夏閑期種植油菜可以顯著提高旱地土壤中的速效鉀含量。晉南黃土高原旱塬麥區(qū)為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，年降水量400 mm左右，不足以支持一年兩熟，一般麥?zhǔn)蘸蟮?—9月農(nóng)田土壤休閑裸露，而此期的降雨充足，約為全年降水量的60%～70%。為此，引入綠肥作物于休閑期復(fù)種、壓青還田，以充分利用此期充足的光熱水資源并培肥土壤具有重要的實(shí)踐意義。

本研究以華中農(nóng)業(yè)大學(xué)育成的“菜、花、飼、油、肥”多用途油菜品種——華油雜62號和山西農(nóng)業(yè)大學(xué)育成品種晉大78號（夏大豆，生育期短）為供試綠肥作物，以旱地小麥典型對照品種晉麥47號為供試小麥品種，比較分析旱地冬小麥夏閑期種植翻壓不同綠肥作物對后茬小麥產(chǎn)量、養(yǎng)分及土壤養(yǎng)分的影響，以期為該區(qū)旱地小麥的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和土壤培肥提供一定的理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2015年7月至2016年6月在山西省聞喜縣邱家?guī)X村進(jìn)行。該試驗(yàn)地位于北緯35°09′，東經(jīng)110°59′，屬黃土高原丘陵地帶，具有大陸性季風(fēng)氣候，每年7—9月降水量大，10月至次年6月降水偏少。近10 a平均降雨量和年平均氣溫分別為478.81 mm和13.44℃，試驗(yàn)期間的月平均氣溫和降水如圖1所示。試驗(yàn)地沒有灌溉設(shè)施，種植制度包括一個夏季休閑期，從小麥?zhǔn)斋@后一直持續(xù)到下一個小麥生長季前（6月中旬至9月底），在此期間，農(nóng)田是裸地狀態(tài)。試驗(yàn)田0～20 cm土壤基本理化性質(zhì)為：p H值8.6，速效氮含量36.47 mg/kg，全氮含量0.91 g/kg，速效磷含量1.42 mg/kg，全磷含量1.00 g/kg，速效鉀含量206.14 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量4.09 g/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試小麥品種為晉麥47號，綠肥覆蓋作物為油菜和大豆，品種分別為華油雜6號和晉大78號，均由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用雙因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，主區(qū)為3個不同的油菜播量（7.5、15.0、22.5 kg/hm2）和大豆播量（105 kg/hm2），在上茬小麥?zhǔn)斋@后于2015年7月3日播種。副區(qū)為不同的綠肥翻壓處理，即將綠肥作物全部翻壓入土和僅將綠肥作物的地下部翻壓入土。對照為裸地，不種植任何綠肥作物，在上茬小麥?zhǔn)斋@后進(jìn)行機(jī)械深松，深松深度為35～40 cm。試驗(yàn)共設(shè)8個處理，分別為：油菜播量7.5（G1）、15.0（G3）、22.5 kg/hm2（G5）和大豆播量105 kg/hm2（G7）為綠肥全量還田處理，油菜播量7.5（G2）、15.0（G4）、22.5 kg/hm2（G6）和大豆播量105 kg/hm2（G8）為綠肥僅地下部還田處理。試驗(yàn)小區(qū)的面積為11.5 m×3.0 m，每個處理重復(fù)3次。在2015年7月1日施入了“沃豐”生物有機(jī)肥（含活菌2×108個/g，有機(jī)質(zhì)含量≥25%，N+P2O5+K2O含量≥65%），施入量為1 500 kg/hm2。小麥?zhǔn)斋@后留茬25 cm和生物有機(jī)肥使用深翻機(jī)進(jìn)行翻耕，翻耕深度為25～30 cm。在7月28日基施尿素、P2O5和K2O，施肥量均為150 kg/hm2。綠肥作物于9月27日粉碎并使用旋耕機(jī)翻壓入土，在10月1日采用壟膜溝播的方式種植后茬冬小麥，壟上覆膜，溝內(nèi)播種，壟寬35 cm，溝寬30 cm。

1.4 測定指標(biāo)及方法

在成熟期，每個小區(qū)收獲16 m2小麥計(jì)算每公頃穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量以及產(chǎn)量。收獲指數(shù)（HI）是小麥籽粒產(chǎn)量與地上部生物量之比。

在每個小區(qū)選定15株具有代表性的小麥，將小麥植株各部分用剪刀分為莖、葉、籽粒，放入烘箱105°C殺青1 h，然后80°C烘干至恒質(zhì)量，用小型粉碎機(jī)粉碎，采用濃H2SO4-H2O2消煮制備待測液，采用AA 3流動注射分析儀測定各部分全氮含量，采用鉬黃比色法測定各部分全磷含量，采用火焰光度計(jì)法測定各部分全鉀含量[11]。

用直徑4 cm的土鉆以20 cm為一個土層，取深至60 cm的土壤，每個小區(qū)取土3次，所有土樣裝入有記號筆標(biāo)記的自封袋中，自然風(fēng)干后測定土樣的總氮、總磷、速效氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)的含量。采用烘干法測定土壤相對含水量。采用硫酸消化法和凱氏蒸餾法測定總氮含量，采用堿擴(kuò)散法測定土壤速效氮含量，采用硫酸-高氯酸消化法測定總磷含量，采用0.5 mol/L NaHCO3萃取法測定速效磷含量，采用1.0 mol/L NH4OA提取法測定速效鉀含量，采用濃硫酸消煮法測定有機(jī)質(zhì)含量[11]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)采用SAS 8.0軟件（LSR法）對各項(xiàng)指標(biāo)不同處理的差異顯著性進(jìn)行比較，并進(jìn)行Pearson簡單相關(guān)性分析；采用Excel 2010制表。

2 結(jié)果與分析

2.1 夏閑期種植翻壓綠肥對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

從表1可以看出，夏閑期種植并翻壓綠肥不能提高后茬冬小麥的穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，反而有降低穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量的趨勢。CK的千粒質(zhì)量比G1、G7和G8處理分別顯著高36.87%、30.72%和30.81%（P＜0.05），但是與其他綠肥處理的千粒質(zhì)量間差異不顯著。CK的產(chǎn)量顯著最高，比其他處理平均高出45.13%。在小麥?zhǔn)斋@時，CK和G8處理的地上部生物量顯著較高，高于其他翻壓油菜的處理。在所有處理中，G5處理的收獲指數(shù)顯著最高，G8處理的收獲指數(shù)顯著最低。

表1 不同綠肥翻壓處理對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響Tab.1 Effects of differ ent gr een manure turning treatments on winter wheat yield and its components

2.2 夏閑期種植翻壓綠肥對成熟期冬小麥植株養(yǎng)分的影響

從表2可以看出，G6處理的葉片含氮率和含磷率最高，G4處理的葉片含鉀率最高。

表2 小麥成熟期葉片氮磷鉀含量分析Tab.2 Contents of nitrogen，phosphorus and potassium in leaves at the mature stage of wheat %

由表3可知，G6處理的莖稈含氮率最高；G7處理的莖稈含磷率最高，G2處理的莖稈含鉀率顯著最高。

表3 小麥成熟期莖稈氮磷鉀含量分析Tab.3 Contents of nitrogen，phosphorus and potassium in stems at the mature stage of wheat %

從表4可以看出，G6處理的籽粒含氮率最高，G7處理的籽粒含磷率最高，G8處理的籽粒含鉀率顯著最高，比CK高出11.30%。

表4 小麥成熟期籽粒氮磷鉀含量分析Tab.4 Contents of nitr ogen，phosphor us and potassium in gr ains at the matur e stage of wheat %

2.3 夏閑期種植翻壓綠肥對小麥成熟期0～60 cm土壤養(yǎng)分的影響

由表5可知，在小麥?zhǔn)斋@時，G7處理顯著提高了表層土壤的速效氮含量和全氮含量，速效氮含量比其他處理提高了20.45%～51.40%，全氮含量比其他處理提高了95.12%～135.29%。G7處理的表層土壤速效磷含量最高，但是與處理G1、G3和CK間差異不顯著。G5處理的表層土壤全磷含量顯著最高，比其他處理提高了25.00%～45.83%。CK的土壤速效鉀含量最低，但是僅顯著低于G2處理，與其他處理間差異不顯著。G7處理的有機(jī)質(zhì)含量最高，但與處理G5、G3和CK間差異不顯著。

表5 小麥?zhǔn)斋@時0～20 cm土壤養(yǎng)分含量分析Tab.5 Soil nutrient content at 0-20 cm at har vest time of wheat

由表6可知，G1處理在20～40 cm土層的速效氮含量最高，但是與G2處理間差異不顯著。G5處理在20～40 cm土層的全氮含量顯著最高，比其他處理高出了6.94%～42.59%。G1處理在20～40 cm土層的速效磷含量顯著最高，比其他處理高出了79.00%～477.42%。G5處理的全磷含量最高。CK的速效鉀含量顯著最低，比其他處理降低了20.77%～41.67%。G5處理的有機(jī)質(zhì)含量最高，且顯著高于G1、G2和G8處理。

表6 小麥?zhǔn)斋@時20～40 cm土壤養(yǎng)分含量分析Tab.6 Soil nutrient content at 20-40 cm at harvest time of wheat

從表7可以看出，G7處理在40～60 cm土層的速效氮含量最高，但與G1、G2、G4和G5處理間差異不顯著。G3和G5處理的土壤全氮含量最高，但與G1和G2處理間差異不顯著。G1和G3處理顯著提高了40～60 cm的土壤速效磷含量。CK在40～60 cm的全磷含量顯著最低，比其他處理降低12.50%～26.79%。G8處理的速效鉀含量最低，但與G1、G3、G4、G6和G7處理間差異不顯著。G5處理的有機(jī)質(zhì)含量最高，且顯著高于G6處理。

表7 小麥?zhǔn)斋@時40～60 cm土壤養(yǎng)分含量分析Tab.7 Soil nutrient content at 40-60 cm at harvest time of wheat

2.4 0～20 cm土壤養(yǎng)分與小麥成熟期植株葉片、莖稈以及籽粒養(yǎng)分之間的相關(guān)性分析

從表8可以看出，表層土壤的速效氮含量與莖稈含氮率呈顯著正相關(guān)，與籽粒含氮率呈極顯著正相關(guān)；表層土壤的有機(jī)質(zhì)含量與籽粒含鉀率呈極顯著正相關(guān)。小麥成熟期葉片含磷率與莖稈含氮率和籽粒含氮率均呈顯著負(fù)相關(guān)；莖稈含氮率與籽粒含氮率呈顯著正相關(guān)。

?

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)表明，夏閑期種植翻壓大豆和飼料油菜有降低后茬冬小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量的趨勢，從而降低了冬小麥產(chǎn)量。姚致遠(yuǎn)等[12]研究表明，在不同的年份，綠肥作物對小麥產(chǎn)量的影響不同，有些年份可能會減少小麥的產(chǎn)量。ZHANG等[13]研究發(fā)現(xiàn)，在黃土旱塬降水相對較少的地區(qū)，綠肥作物通常在豐水年可以增加后茬冬小麥的產(chǎn)量，而在干旱年可能降低后茬小麥的產(chǎn)量。本研究與姚致遠(yuǎn)等[12]和ZHANG等[13]的研究結(jié)果一致，可能是種植年份遇到了干旱年，綠肥處理在夏閑期消耗了比對照更多的土壤水分，使小麥播前土壤貯水量降低，導(dǎo)致水分供應(yīng)不足，從而減產(chǎn)。

本試驗(yàn)表明，綠肥翻壓還田有提高后茬冬小麥葉片氮素和磷素含量，莖稈氮素含量、磷素含量以及籽粒氮素、磷素和鉀素含量的趨勢。陳正剛等[14]研究表明，翻壓綠肥顯著增加了玉米植株氮磷鉀養(yǎng)分的吸收量，植株全氮、全磷和全鉀的吸收量與對照相比分別增加了22.1%、7.7%、19.2%。有研究發(fā)現(xiàn)，與豆科作物進(jìn)行輪作，能夠增加土壤的氮素含量，從而促進(jìn)下茬作物對土壤氮素的吸收利用[15-16]。在低磷土壤上，綠肥作為前茬作物可以增加下茬小麥的磷素吸收，種植白羽扇豆，后茬小麥磷素效率提高最顯著，種植鷹嘴豆并將其殘茬還田可以提高小麥磷素的吸收[17]。楊寧等[18]研究發(fā)現(xiàn)，小麥與秋豆輪作可以提高花后氮磷養(yǎng)分的積累，減少花后鉀素的損失，收獲期籽粒氮、磷和鉀累積量分別增加了40.3%、34.8%和17.1%。本研究與前人的研究結(jié)果一致，但是對于這一結(jié)果的影響機(jī)制，仍需深入研究。

本試驗(yàn)表明，在小麥成熟期，綠肥種植翻壓能夠提高0～20 cm土壤的速效氮和全氮含量，增加20～40 cm的速效鉀含量和40～60 cm的全磷含量，改善0～60 cm的有機(jī)質(zhì)含量。在煙土上3 a的田間定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，連年翻壓綠肥可以增加土壤碳、氮以及微生物量碳、氮含量，土壤有機(jī)碳、全氮、堿解氮分別提高了27.8%～53.8%、8.9%～40.9%和11.6%～20.9%，隨著翻壓年限的增加效果越明顯[19]。綠肥與化肥配施，土壤全氮和堿解氮最多分別增加了22.2%和15.4%[20]。張達(dá)斌等[21]研究表明，渭北旱塬夏季休閑期種植翻壓豆科綠肥，有機(jī)質(zhì)、全氮含量分別提高了3.9%～11.7%、4.5%～10.8%。長期進(jìn)行冬季綠肥的翻壓，可以顯著增加土壤無機(jī)磷的總量[22]。在湘南紅壤稻田土壤上30 a的長期定位試驗(yàn)表明，冬季種植綠肥，土壤有機(jī)質(zhì)隨年份的增加出現(xiàn)增長的趨勢，有機(jī)質(zhì)年均增加量為0.26～0.31 g/kg，土壤有效磷增加16.3%～20.3%[23]。曹衛(wèi)東等[24]研究發(fā)現(xiàn)，綠肥種植5 a以后，可以提高土壤有機(jī)質(zhì)0.1%～0.2%。本研究與前人的研究結(jié)果基本一致，種植翻壓綠肥作物可以增加土壤中的氮磷鉀養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)，可能是綠肥作物本身具有吸收土壤中氮磷鉀的特性，但是對土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)的改善需要長期的定位研究來驗(yàn)證，由于本試驗(yàn)的研究年限較短，所以對土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)的提高效果不顯著。

本研究結(jié)果表明，夏閑期種植并翻壓綠肥有降低后茬冬小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量的趨勢，產(chǎn)量比CK平均顯著降低了45.13%。小麥?zhǔn)斋@時，綠肥翻壓處理的葉片、莖稈和籽粒的氮素、磷素和鉀素含量比CK都有升高的趨勢。在小麥成熟期，G7處理顯著提高了0～20 cm土壤的速效氮含量和全氮含量；G5處理在20～40 cm的全氮含量顯著最高；G1處理在20～40 cm土層的速效磷含量顯著最高；所有綠肥處理在20～40 cm的速效鉀含量和40～60 cm的全磷含量顯著高于對照，G7處理在0～20 cm的有機(jī)質(zhì)含量以及G5處理在20～40、40～60 cm的有機(jī)質(zhì)含量有升高的趨勢。0～20 cm土壤的速效氮含量與籽粒含氮率呈極顯著正相關(guān)；土壤的有機(jī)質(zhì)含量與籽粒含鉀率呈極顯著正相關(guān)。綜上，夏閑期種植翻壓綠肥顯著降低了后茬冬小麥的產(chǎn)量，有提高植株葉片、莖稈和籽粒氮素、磷素和鉀素含量的趨勢，能夠在一定程度上改善土壤的養(yǎng)分，黃土旱塬在豐水年推薦采用G5（油菜播量22.5 kg/hm2全量還田）的綠肥種植方式來培肥土壤。