吳科生，車(chē)宗賢*，包興國(guó)，張久東，曹衛(wèi)東，盧秉林，楊新強(qiáng)，楊蕊菊，崔 恒

（1 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅蘭州 730070；2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甘肅耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，甘肅蘭州 733070；3 中國(guó)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）

大量施用化肥是我國(guó)作物高產(chǎn)的重要支撐[1]，然而，長(zhǎng)期大量施用化肥也帶來(lái)了土壤有機(jī)質(zhì)下降，資源環(huán)境壓力加大，面源污染嚴(yán)重，土壤質(zhì)量退化[2]等諸多問(wèn)題，嚴(yán)重制約了土地和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。通過(guò)輪作、間作、套種綠肥，翻壓綠肥作為農(nóng)作物生長(zhǎng)和培肥地力在我國(guó)有悠久的歷史，綠肥是將其植株翻壓，促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)和改善土壤理化性狀的綠色植物[3]。具有改良土壤[4]，降低土壤容重[5]，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成和累積[6]，促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育以及觀賞、飼用等多方面的作用。因此，綠肥是農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的有效物質(zhì)支撐[7]。科學(xué)施用綠肥能減少化肥施用量，有效提高土壤肥力、改善生態(tài)環(huán)境[8]，對(duì)保障我國(guó)糧食安全和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展意義重大。前人在施用綠肥能有效提高作物產(chǎn)量和肥料利用率[9–10]、提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)[11]、提高水肥利用效率[12–13]、改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[14]、施用綠肥替代或減施化肥[15–16]以及減少溫室氣體排放[17]等方面闡述了綠肥的施用效果和作用機(jī)理，但以上研究大多是基于綠肥的短期研究結(jié)果。灌漠土是河西綠洲灌區(qū)主要的土壤類(lèi)型之一，灌漠土長(zhǎng)期施用綠肥的土壤肥力演變規(guī)律和作物產(chǎn)量穩(wěn)定性等研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究利用1988年在武威設(shè)置的灌漠土培肥長(zhǎng)期定位田間試驗(yàn)，從較長(zhǎng)時(shí)間尺度上探索灌漠土長(zhǎng)期施用綠肥條件下，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀等土壤肥力指標(biāo)31年間的演變規(guī)律和綠肥肥料貢獻(xiàn)率，以及對(duì)作物產(chǎn)量的變化過(guò)程、穩(wěn)定性和可持續(xù)性進(jìn)行分析，以期更科學(xué)地揭示長(zhǎng)期施用綠肥對(duì)提高土壤肥力和增加作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)，為科學(xué)施用綠肥和綠肥培肥土壤提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究在甘肅省武威市涼州區(qū)永昌鎮(zhèn)白云村(38°37′N(xiāo)，102°40′E)，海拔 1504 m，年均溫 7.7℃，無(wú)霜期150天左右，降水量150 mm，蒸發(fā)量2021 mm。日照時(shí)數(shù)3028 h，相對(duì)濕度53%。一年中≥10℃的有效年積溫3016℃，年太陽(yáng)輻射總量580～660 kJ/cm2，麥?zhǔn)蘸蟆?0℃的有效年積溫為1350℃[18]，屬典型的兩季不足，一季有余的自然生態(tài)區(qū)。區(qū)內(nèi)降水量少蒸發(fā)量大，主要集中在6―9月，降水在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的可利用率較低。灌溉方式以地下水(井灌)灌溉為主。試驗(yàn)地土壤為石灰性灌漠土，表土質(zhì)地為輕壤，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)耕層(0—20 cm)土壤理化性質(zhì)為：pH 8.8、有機(jī)質(zhì) 16.4g/kg、全氮 1.06 g/kg、全磷 1.50 g/kg、全鉀 17.6 g/kg、堿解氮 64.5 mg/kg、有效磷 13.1 mg/kg、速效鉀 180 mg/kg、土壤容重 1.40 g/cm3[18]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與施肥方法

選擇長(zhǎng)期定位試驗(yàn)中的4個(gè)處理進(jìn)行了分析：1) 綠肥磷肥配施 (綠肥 45000 kg/hm2+P2O5150 kg/hm2，GP)；2)綠肥氮磷配施 [綠肥 22500 kg/hm2+N 187.5 kg/hm2+P2O5150 kg/hm2，1/2 (G+N) P]；3)氮磷配施 (N 375 kg/hm2+P2O5150 kg/hm2，NP)；4)空白對(duì)照(CK)。小區(qū)長(zhǎng)6.9 m，寬4.5 m，小區(qū)面積31.05 m2，各處理肥料施用量為每年總用量，所用綠肥為箭筈豌豆 (Viciasativa)，其有機(jī)碳 455 g/kg、N 36.9 g/kg、P 7.0 g/kg、K 30.3 g/kg，品種為隴碗 2 號(hào)，在播種前將綠肥粉碎翻壓在30 cm的耕作層內(nèi)。小麥?zhǔn)斋@前最后一次灌溉時(shí)在小麥行撒播套種箭筈豌豆，翻壓量中一部分是在小麥行種植的箭筈豌豆，不足部分用異地種植的相同品種綠肥補(bǔ)足，所用綠肥全部作基肥。氮肥為尿素，其中20%為底肥，在小麥播種前結(jié)合整地翻入土壤耕層；20%為小麥拔節(jié)期追肥，追施在小麥行；30%為玉米拔節(jié)期追肥，追施在玉米行；30%為玉米灌漿期追肥，追施在玉米行。磷肥用過(guò)磷酸鈣，施肥量150 kg/hm2，對(duì)照不施磷肥，其余處理作基肥一次性施入耕層[19]。

1.3 種植制度與栽培管理

試驗(yàn)開(kāi)始于1988年，栽培作物為小麥和玉米。種植模式是從1988年開(kāi)始，以小麥/玉米間作―小麥單作―玉米單作為一個(gè)輪作周期種植。1999年以后至今，采用小麥/玉米間作的種植模式。小麥/玉米間作采用傳統(tǒng)的6∶2高產(chǎn)栽培模式，帶幅寬1.5 m，其中小麥帶寬70 cm，種6行小麥，玉米帶寬80 cm，種2行玉米。每小區(qū)設(shè)3個(gè)小麥玉米組合種植帶，中間一個(gè)組合種植帶為取樣和測(cè)產(chǎn)帶。試驗(yàn)栽培作物為小麥和玉米，小麥品種為武春121或隴春系列，3月中旬播種，行距12 cm，播種量為600 kg/hm2，4月中上旬出苗，7月中旬收獲；玉米品種為中單系列或武科2號(hào)，4月下旬覆膜播種，株距20 cm，行距 40 cm，保苗 67500 株/hm2，5 月初出苗，10月上旬收獲。試驗(yàn)全生育期共灌水6～7次[19]。

1.4 樣品采集與測(cè)定方法

每年作物收獲前在中間組合帶選取有代表性植株作為考種樣品，每個(gè)小區(qū)小麥取20株，玉米取10株，風(fēng)干后測(cè)定其農(nóng)藝性狀。取樣后小區(qū)剩余部分單打單收，將收獲的果穗晾曬風(fēng)干后脫粒稱(chēng)重。用烘干法測(cè)定作物籽粒含水量，采用標(biāo)準(zhǔn)含水量計(jì)算作物產(chǎn)量，測(cè)產(chǎn)面積為 10.35 m2(1.5 m×6.9 m)。每茬作物收獲后，在各小區(qū)用土鉆按“S”形路線取0―20 cm的耕作層土樣，土壤樣品在室內(nèi)風(fēng)干后按測(cè)定項(xiàng)目要求研磨過(guò)篩，進(jìn)行土壤理化性質(zhì)測(cè)定分析。pH采用電位法(土水比為1∶2.5)，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化―油浴加熱法，全氮含量采用凱氏定氮法，全磷含量采取氫氧化鈉熔融―鉬銻抗比色法，全鉀含量采用氫氧化鈉熔融―火焰光度法，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法，有效磷采用Olsen法，速效鉀采用乙酸銨浸提―火焰光度法測(cè)定[20]。

1.5 計(jì)算方法與數(shù)據(jù)處理

產(chǎn)量穩(wěn)定性以統(tǒng)計(jì)學(xué)變異系數(shù) (coefficient of variation，CV) 表示，用于衡量作物產(chǎn)量年際間的變異程度，CV 越大，說(shuō)明產(chǎn)量穩(wěn)定性越低[21]。產(chǎn)量可持續(xù)性以可持續(xù)產(chǎn)量指數(shù) (sustainable yield index，SYI)表示，用于表征產(chǎn)量可持續(xù)性，指數(shù)越高，說(shuō)明該系統(tǒng)的可持續(xù)性越好[22]。

式中：σ 為標(biāo)準(zhǔn)差 (kg/hm2)；為平均產(chǎn)量 (kg/hm2)；Ymax為所有年份中產(chǎn)量的最大值(kg/hm2)。

肥料貢獻(xiàn)率 (fertilizer contribution rate，F(xiàn)CR)指施用肥料增加的作物產(chǎn)量占總產(chǎn)量的百分比，反映了年投入肥料的生產(chǎn)能力[23]。

式中：Y為施肥區(qū)作物產(chǎn)量；Y0為不施肥區(qū)作物產(chǎn)量。

采用 Microsoft Excel 2016 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖，并用SAS 8.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用綠肥對(duì)土壤肥力的影響

2.1.1 土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH 施用綠肥提升了土壤有機(jī)質(zhì)含量，隨綠肥施用年限的延長(zhǎng)土壤有機(jī)質(zhì)含量逐年增加(圖1)。各處理土壤有機(jī)質(zhì)含量大小順序是，GP>1/2 (G+N) P>NP>CK。GP、1/2 (G+N) P、NP、CK歷年平均值較試驗(yàn)初始值分別增加28.1%、21.1%、11.1%、4.8%。GP、1/2 (G+N) P較 NP 處理分別增加 15.3%、9.0%。2018 年 GP、1/2 (G+N) P、NP、CK比試驗(yàn)初始數(shù)值分別提高68.8%、56.6%、30.9%、11.3%。GP、1/2 (G+N) P 較 NP 分別增加29.0%、19.6%。經(jīng)方差分析，各處理歷年平均值GP、1/2 (G+N) P、NP 之間差異顯著，NP 與 CK 差異不顯著。

圖1 不同處理土壤有機(jī)質(zhì)含量隨試驗(yàn)?zāi)晗薜淖兓疐ig.1 Variation of soil organic matter with fertilization years

2018年測(cè)定的土壤pH結(jié)果見(jiàn)圖2。1988年試驗(yàn)初始值 pH 為 8.8，2018 年 GP、1/2 (G+N) P、NP、CK各處理pH分別為8.41、8.36、8.41、8.53，較試驗(yàn)初始值分別降低了0.39、0.44、0.39、0.27。CK處理的pH顯著高于3個(gè)施肥處理，而綠肥氮磷配施土壤pH最小，相比初始值(8.8)降低幅度為5.0%。

圖2 不同施肥處理土壤pHFig.2 Soil pH under different fertilization treatments

2.1.2 土壤全氮和堿解氮含量 土壤全氮含量隨綠肥施用量的增加而增加，隨著施用年限的延長(zhǎng)而上升 (圖3)。GP、1/2 (G+N) P、NP、CK 逐年平均值較試驗(yàn)初始值分別增加30.4%、25.3%、10.3%、12.1%，GP、1/2 (G+N) P 較 NP 分別增加 18.2%、13.6%。2018 年，GP、1/2 (G+N) P、NP、CK 較試驗(yàn)初始數(shù)值分別提高75.8%、56.3%、22.6%、46.2%，GP、1/2 (G+N) P 較 NP 分別增加 43.3%、27.4%。各處理歷年平均值GP、1/2 (G+N) P之間差異不顯著，NP與CK差異不顯著，前兩者與后兩者差異顯著。土壤堿解氮含量年際間變異較大(圖3)。GP、1/2 (G+N)P、NP、CK逐年平均值較試驗(yàn)初始值分別增加36.4%、25.2%、14.9%、10.7%，GP、1/2 (G+N)P較NP分別增加18.8%、9.0%。2018年，GP、1/2(G+N) P、NP、CK比試驗(yàn)初始值分別增加73.5%、53.2%、14.5%、7.1%，GP、1/2 (G+N) P 較 NP 分別增加51.5%、33.8%。各處理歷年平均值GP、1/2 (G+N)P、NP之間差異顯著，NP與CK差異不顯著。

圖3 不同施肥處理全氮和堿解氮含量隨試驗(yàn)?zāi)晗薜淖兓疐ig.3 Variations of soil total N and available N contents with fertilization years

2.1.3 土壤全磷和有效磷含量 土壤全磷含量隨種植年限的延長(zhǎng)下降趨勢(shì)明顯(圖4)。與試驗(yàn)初始值相比，只有GP處理全磷含量31年平均增加了0.9%，GP、1/2 (G+N) P 較 NP 分別增加了 4.9%、1.5%，在第 31 年 (2018 年)，GP、1/2 (G+N) P、NP、CK 處理的全磷含量比初始值分別降低了20.3%、27.8%、32.7%、48.4%，GP、1/2 (G+N) P 較 NP 分別增加了18.4%、7.2%。經(jīng)方差分析，各處理歷年平均值GP、1/2 (G+N) P 之間差異不顯著，GP、NP、CK 之間差異顯著。土壤有效磷含量不同處理隨試驗(yàn)?zāi)晗薜淖兓町愝^大(圖4)。GP處理呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，1/2(G+N) P處理穩(wěn)中有升，NP處理始終低于翻壓綠肥的兩個(gè)處理，而CK則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，GP、1/2 (G+N)P較NP分別增加了142.0%、54.1%。各處理歷年平均值GP、1/2 (G+N) P、NP處理的土壤有效磷含量較試驗(yàn)初始值分別增加176.4%、76.1%、14.2%，CK降低了9.4%。以2018年與初始值比較，GP、1/2 (G+N) P、NP 分別增加 464.6%、260.3%、102.5%，CK 降低 70.0%，GP、1/2 (G+N) P 較 NP 增加178.8%、77.9%。經(jīng)方差分析，各處理歷年平均值 GP、1/2 (G+N) P、CK 之間差異顯著，1/2 (G+N)P、NP差異不顯著。

圖4 不同施肥處理土壤全磷和有效磷含量隨試驗(yàn)?zāi)晗薜淖兓疐ig.4 Variations of soil total P and available P contents with fertilization years

2.1.4 土壤全鉀和速效鉀含量 不同施肥處理的土壤全鉀含量變化規(guī)律基本一致，前10年為逐年增加，到1997年達(dá)到最高值，之后的7年(1997―2004 年)快速下降，保持相對(duì)穩(wěn)定(2004―2012年)，之后又降低。31年土壤平均全鉀含量GP、1/2(G+N) P、NP、CK 處理較試驗(yàn)初始值分別增加了34.9%、33.1%、31.3%、34.2%。GP、1/2 (G+N) P 較NP分別增加了2.8%、1.4%。經(jīng)方差分析，各處理歷年平均值 GP、1/2 (G+N) P、NP、CK 之間差異不顯著。2018 年，GP、1/2 (G+N) P、NP、CK 較試驗(yàn)初始數(shù)值分別提高16.1%、18.0%、14.2%、16.1%，GP、1/2 (G+N) P 較 NP 分別增加 1.7%、3.3%。不同處理的土壤速效鉀含量在年際間變化規(guī)律不明顯(圖5)。31年平均值中，只有GP較試驗(yàn)初始值增加 2.8%，1/2 (G+N) P、NP、CK 分別降低 13.7%、31.3%、17.9%，GP、1/2 (G+N) P 較 NP 處理分別增加49.6%、25.7%。2018年速效鉀含量與初始值比較均有所下降，GP、1/2 (G+N) P、NP、CK 分別降低15.0%、37.2%、52.0%、29.8%，GP、1/2 (G+N) P較NP分別增加了77.2%、30.9%。經(jīng)方差分析，各處理歷年平均值 GP、1/2 (G+N) P、NP、CK 之間差異顯著。

圖5 不同施肥處理土壤全鉀和速效鉀含量隨試驗(yàn)?zāi)攴莸淖兓疐ig.5 Variations of soil total K and available K contents with fertilization years

2.2 施用綠肥對(duì)小麥/玉米間作體系作物產(chǎn)量的影響

長(zhǎng)期施用綠肥小麥產(chǎn)量相對(duì)其他處理較高(表1)。GP、1/2 (G+N) P、NP、CK 連續(xù) 28 年小麥平均產(chǎn)量分別為 4109、4052、3804、1713 kg/hm2。GP 和 1/2(G+N) P差異不顯著，但二者與NP差異顯著，分別較NP增加305、248 kg/hm2，增幅分別為8.3%、6.8%。相關(guān)分析表明，小麥產(chǎn)量與土壤全氮(R2=0.577，P<0.05)、土壤全磷(R2=0.838，P<0.01)和土壤有效磷(R2=0.715，P<0.05)呈顯著或極顯著正相關(guān)(表2)。

表1 不同處理小麥/玉米間作體系歷年平均產(chǎn)量Table 1 Average yield of wheat and maize intercropping system with different treatments over the years

施用綠肥對(duì)玉米產(chǎn)量影響較大(表1)。GP、1/2(G+N) P、NP、CK連續(xù)27年玉米平均產(chǎn)量分別為7578、9081、9116、3762 kg/hm2。NP 和 1/2 (G+N)P差異不顯著，但二者與GP差異顯著，分別較GP增加1538、1503 kg/hm2，增幅分別為20.3%、19.8%。相關(guān)分析表明，玉米產(chǎn)量與土壤全磷(R2=0.772，P<0.01)和土壤有效磷(R2=0.612，P<0.05)呈顯著正相關(guān) (表2)。

長(zhǎng)期綠肥化肥配施對(duì)小麥/玉米間作體系產(chǎn)量影響最大 (表1)。GP、1/2 (G+N) P、NP、CK 連續(xù)24年小麥/玉米間作體系平均產(chǎn)量分別為10938、12690、12363、5032 kg/hm2。NP 和 1/2 (G+N) P 差異不顯著，但二者與GP差異顯著，分別較GP增加1425、1752 kg/hm2，增幅分別為13.0%、16.0%。相關(guān)分析表明，間作體系總產(chǎn)量與土壤全磷(R2=0.812，P<0.01)、土壤有效磷(R2=0.659，P<0.05)呈極顯著或顯著正相關(guān)(表2)。

表2 土壤養(yǎng)分特征與作物產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系(R2）Table 2 Correlation coefficients of soil nutrient characteristics and yield of crops

2.3 施用綠肥的作物產(chǎn)量穩(wěn)定性、可持續(xù)性和肥料貢獻(xiàn)率

不同作物和種植方式下，作物產(chǎn)量的變異系數(shù)(CV)差異較大(表3)。小麥產(chǎn)量的變異系數(shù)大小順序?yàn)?CK>NP>1/2 (G+N) P>GP，兩個(gè)綠肥配施化肥(GP、1/2 (G+N) P) 處理的小麥產(chǎn)量穩(wěn)定性好于NP處理，又大大好于CK。玉米產(chǎn)量變異系數(shù)大小順序?yàn)?CK>GP>1/2 (G+N) P> NP，不施氮肥 (GP 和CK處理)大大降低了玉米產(chǎn)量的穩(wěn)定性。權(quán)衡小麥/玉米間作體系產(chǎn)量，其CV大小為CK>GP>NP>1/2(G+N) P，說(shuō)明整個(gè)體系在綠肥配合氮磷肥下獲得的產(chǎn)量最穩(wěn)定，單施氮磷肥獲得的產(chǎn)量穩(wěn)定性好于不施氮肥的GP處理。

表3 施肥對(duì)作物產(chǎn)量穩(wěn)定性(CV)、可持續(xù)性(SYI)和肥料貢獻(xiàn)率(FCR)的影響Table 3 Effects of fertilization on crop yield stability (CV), sustainability (SYI) and fertilizer contribution rate (FCR)

作物的可持續(xù)性指數(shù)(SYI)不論小麥、玉米還是小麥/玉米間作體系，均以1/2 (G+N) P處理最大，不施肥CK的可持續(xù)性最低。就小麥來(lái)講，肥料的貢獻(xiàn)率以GP和1/2 (G+N) P處理較高，換句話說(shuō)，翻壓綠肥提高了肥料對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率；而就玉米或者小麥/玉米間作體系來(lái)講，施用氮肥提高肥料貢獻(xiàn)率的作用更重要。

3 討論

3.1 施用綠肥對(duì)土壤肥力的影響

張久東等[24]在甘肅河西綠洲灌區(qū)的研究結(jié)果顯示，長(zhǎng)期減施30%化肥配合復(fù)種毛葉苕子，土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量分別提高了1.8 g/kg和10.5 mg/kg。李繼明等[25]在紅壤上26年的定位試驗(yàn)結(jié)果表明，綠肥與化肥長(zhǎng)期配合施用可減少化肥用量，化肥氮、磷、鉀養(yǎng)分的農(nóng)學(xué)利用效率高達(dá)60%以上。王勁松等[26]在紅壤上也證明了綠肥和化肥配施能顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，改良土壤結(jié)構(gòu)。在本研究中，小麥玉米間作體系下長(zhǎng)期復(fù)種并翻壓箭筈豌豆能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀含量。其中綠肥磷肥配施土壤有機(jī)質(zhì)含量歷年平均值和2018年末值，較試驗(yàn)初始值分別提高28.1%和68.8%，較氮磷配施分別提高15.3%和29.0%。說(shuō)明綠肥磷肥配施能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，而且隨著施用年限延長(zhǎng)呈逐年連續(xù)增加趨勢(shì)。綠肥氮磷配施歷年平均值和2018年末值較試驗(yàn)初始值、氮磷配施分別提高21.1%和56.5%、9.0%和19.6%?？梢钥闯鼍G肥氮磷配施和綠肥磷肥配施均能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。由此，長(zhǎng)期施用綠肥對(duì)提高土壤肥力的貢獻(xiàn)可歸納為3個(gè)方面。一是施用綠肥土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高；二是隨綠肥施用年限延長(zhǎng)土壤肥力持續(xù)增加；三是隨著綠肥施用量增加培肥土壤的貢獻(xiàn)增大。長(zhǎng)期氮磷配施土壤有機(jī)質(zhì)含量略有提高，空白對(duì)照土壤有機(jī)質(zhì)含量呈下降或基本保持穩(wěn)定狀態(tài)。原因是長(zhǎng)期施用化肥和不施肥土壤有機(jī)碳主要來(lái)源于作物枯枝落葉、根茬、以及土壤微生物和小動(dòng)物，沒(méi)有其他外源有機(jī)物料輸入，長(zhǎng)期施用化肥的作物生物量較大，留在土壤中的枯枝落葉和根茬相對(duì)較多，不施肥對(duì)照則較少，因此土壤有機(jī)質(zhì)含量降低。綠肥磷肥配施和綠肥氮磷肥配施土壤全氮和堿解氮含量顯著高于氮磷配施和空白對(duì)照處理，原因是化學(xué)氮肥多為無(wú)機(jī)態(tài)，施入土壤后容易發(fā)生揮發(fā)和硝酸鹽淋失[27]，而有機(jī)態(tài)綠肥養(yǎng)分釋放較慢，肥料利用率高。

綠肥與化肥長(zhǎng)期配合施用對(duì)土壤全磷有累積效應(yīng)[25]。本研究結(jié)果表明，土壤全磷含量逐年降低。主要原因是1988年以前的種植制度是單作小麥，之后以小麥玉米間作為主，間作相對(duì)于單作作物生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、產(chǎn)量高，磷素?cái)y出量高，而施磷量一直不變，導(dǎo)致土壤全磷含量逐年降低。綠肥磷肥配施和綠肥氮磷配施土壤全磷含量歷年平均比氮磷配施分別增加4.9%和1.5%，2018年末值較氮磷配施處理分別增加18.4%和7.2%。說(shuō)明施用綠肥能提高土壤全磷含量，并隨綠肥施用量的增加而增加。另外，土壤有效磷含量顯著提高。原因是石灰性土壤中CaCO3含量較高，有效磷施入土壤后易被Ca2+固定而轉(zhuǎn)化為緩效態(tài)磷[28]。施用綠肥后增加了土壤有機(jī)質(zhì)，在其轉(zhuǎn)化過(guò)程中能產(chǎn)生有機(jī)酸等物質(zhì)，可減少土壤對(duì)速效磷酸鹽的固定，促進(jìn)了無(wú)機(jī)磷的溶解[29–30]。

鄧小華等[31]、陳曉波等[32]研究表明，綠肥翻壓還田能提高土壤全鉀含量1.24%～5.15%，能顯著提高土壤速效鉀含量335%以上。王勁松等[26]研究表明，綠肥和化肥配施能明顯增加土壤中速效鉀含量，維持土壤鉀素平衡。本研究中全鉀含量先增加后降低。其原因是施用綠肥補(bǔ)充了鉀素，導(dǎo)致土壤鉀素增加。而隨著試驗(yàn)種植年限的延長(zhǎng)，間作體系鉀素?cái)y出量大，導(dǎo)致土壤全鉀含量逐年降低。但歷年平均值和2018年末值都比試驗(yàn)初始值高，綠肥磷肥配施高于綠肥氮磷肥配施或者氮磷配施，說(shuō)明土壤中鉀素含量仍處于較高水平。綠肥磷肥配施和綠肥氮磷肥配施土壤速效鉀含量較氮磷配施增加25.7%～77.2%。原因是不施用外源化學(xué)鉀肥條件下，綠肥施入土壤后會(huì)帶入一部分鉀素，而且不同處理作物的生物量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量不同，導(dǎo)致鉀素的攜出量不同，進(jìn)而影響了土壤鉀含量。

3.2 施用綠肥對(duì)作物產(chǎn)量的影響

作物產(chǎn)量是衡量肥料效果的一項(xiàng)重要指標(biāo)。有研究表明，長(zhǎng)期綠肥與化肥配施能增加作物產(chǎn)量，提高土壤微生物量及酶活性[33–34]。本研究結(jié)果表明，在本試驗(yàn)條件下，施用綠肥對(duì)小麥產(chǎn)量增產(chǎn)貢獻(xiàn)最大，對(duì)玉米產(chǎn)量增產(chǎn)貢獻(xiàn)小于化學(xué)氮肥。小麥/玉米間作體系總產(chǎn)量的歷年平均值以綠肥氮磷配施最高，綠肥磷肥配施較低。原因是小麥生物量比玉米小，需要吸收的土壤養(yǎng)分相對(duì)較少。在本研究綠肥施用量下，能夠滿足小麥全生育期的養(yǎng)分需求，加上綠肥顯著的培肥累積效應(yīng)疊加，小麥產(chǎn)量顯著高于氮磷配施處理。相反玉米生物量大，僅施綠肥不能充分滿足玉米全生育期對(duì)氮素的需求，玉米生長(zhǎng)后期出現(xiàn)脫肥現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)量低于氮磷配施。為探索長(zhǎng)期施用綠肥對(duì)土壤肥力和作物產(chǎn)量的累積效應(yīng)，進(jìn)一步對(duì)2018年土壤養(yǎng)分和作物產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明，小麥產(chǎn)量與土壤全氮、全磷、有效磷呈顯著正相關(guān)，玉米產(chǎn)量、間作體系總產(chǎn)量與土壤全磷和有效磷呈顯著正相關(guān)。可見(jiàn)，本試驗(yàn)的綠肥施用量對(duì)小麥/玉米間作體系作物產(chǎn)量影響較大。在生產(chǎn)中可以考慮適當(dāng)減少綠肥用量，增加氮磷施用量的綠肥化肥協(xié)同配施提高作物產(chǎn)量。

3.3 施用綠肥作物產(chǎn)量的穩(wěn)定性、可持續(xù)性和肥料貢獻(xiàn)率

作物產(chǎn)量穩(wěn)定性是判斷農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)[35]。本研究表明，小麥產(chǎn)量穩(wěn)定性最好的是綠肥磷肥處理，其次是綠肥氮磷肥配施。玉米產(chǎn)量穩(wěn)定性最好是氮磷配施，綠肥氮磷配施次之。這與王婷等[36]的研究結(jié)果一致。小麥/玉米間作體系中各處理穩(wěn)定性均較好，其中綠肥氮磷配施作物產(chǎn)量穩(wěn)定性好于綠肥磷肥配施，說(shuō)明綠肥化肥配施是保持作物產(chǎn)量穩(wěn)定性的更好措施。

可持續(xù)性(SYI)是衡量農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是否能持續(xù)生產(chǎn)的一個(gè)重要參數(shù)[37]。SYI值大于0.55時(shí)產(chǎn)量可持續(xù)性為較好，0.45～0.55為一般，小于0.45為較差[38]。在相同降水年型，氮肥+磷肥、秸稈+氮肥+磷肥冬小麥26年種植期產(chǎn)量可持續(xù)性均高于CK[36]。本研究得出了相似的結(jié)果，綠肥氮磷配施小麥、玉米產(chǎn)量及總產(chǎn)量的SYI值分別為0.36、0.49、0.62，綠肥磷肥配施分別為0.33、0.37、0.54，空白對(duì)照僅為0.14、0.28、0.48。說(shuō)明小麥、玉米在綠肥磷肥配施、綠肥氮磷配施下產(chǎn)量可持續(xù)性一般，而小米/玉米間作體系總產(chǎn)量的可持續(xù)性均較好，尤其綠肥氮磷配施的產(chǎn)量可持續(xù)性最好，SYI為0.62。原因是不同處理對(duì)小麥和玉米產(chǎn)量影響不同。綠肥磷肥配施小麥產(chǎn)量最高，玉米產(chǎn)量較低，氮磷配施玉米產(chǎn)量最高小麥產(chǎn)量較低，小麥/玉米間作體系總產(chǎn)量是小麥玉米產(chǎn)量之和，對(duì)體系總產(chǎn)量而言，綠肥氮磷配施和氮磷配施處理都表現(xiàn)出較好的產(chǎn)量可持續(xù)性，而且綠肥氮磷配施的可持續(xù)性好于綠肥磷肥配施。

綠肥磷肥配施對(duì)小麥、小麥/玉米間作體系的肥料貢獻(xiàn)率較高，分別為0.58、0.53。這也再次證明了綠肥磷肥配施對(duì)小麥生產(chǎn)的貢獻(xiàn)主要來(lái)自于綠肥的高肥料貢獻(xiàn)率。綠肥氮磷配施對(duì)小麥、玉米、小麥/玉米間作體系的肥料貢獻(xiàn)率分別為0.58、0.57、0.59，氮磷配施分別為0.55、0.58、0.59?？梢?jiàn)，綠肥氮磷配施的肥料貢獻(xiàn)率最大。這與樊廷錄等[39]在黃土高原黑壚土進(jìn)行的24年定位試驗(yàn)結(jié)果一致，原因是綠肥養(yǎng)分全面且釋放慢，而化肥養(yǎng)分單一而見(jiàn)效快，綠肥氮磷配施能適時(shí)適量和長(zhǎng)時(shí)間為作物提供養(yǎng)分，更適宜促進(jìn)作物的健康生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成。

4 結(jié)論

在河西灌漠土區(qū)，小麥、玉米產(chǎn)量與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和有效磷含量顯著相關(guān)。與單施化肥相比，長(zhǎng)期施用綠肥可顯著提升土壤有機(jī)質(zhì)、全氮及有效磷含量，顯示出較好的土壤持續(xù)培肥效果。綠肥磷肥或者綠肥氮磷肥配施提高間作體系中小麥的產(chǎn)量但降低玉米的產(chǎn)量，肥料貢獻(xiàn)率、產(chǎn)量穩(wěn)定性和可持續(xù)性的效果好于單施化肥，綠肥與氮磷肥配合施用的增產(chǎn)貢獻(xiàn)、產(chǎn)量穩(wěn)定性、可持續(xù)性最好。從提高土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀含量，增加作物產(chǎn)量等方面綜合考慮，綠肥和化肥配合施用對(duì)提升土壤肥力和增加作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大。因此，在本試驗(yàn)綠肥施用量的基礎(chǔ)上，適當(dāng)減少綠肥用量、增加氮磷施用量的綠肥化肥協(xié)同配施模式是在甘肅河西綠洲灌區(qū)灌漠土上實(shí)現(xiàn)培肥土壤和增加產(chǎn)量雙贏的施肥模式。