全 文 ：紫云英配施不同用量化肥对土壤养分、团聚性
及水稻产量的影响
刘春增 1，刘小粉 1 *，李本银 1，王守刚 1，吕玉虎 2，潘兹亮 2，曹卫东 3
（1.河南省农业科学院 植物营养与资源环境研究所，河南 郑州 450002；
2.信阳市农业科学院，河南 信阳 464000；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：利用田间定位试验，探讨翻压等量紫云英条件下，减施化肥对土壤养分、团聚性、团聚体有机碳和全氮分布及水稻
产量的影响。共设置4个处理，即紫云英还田分别与100%化肥（A1，当地常规化肥施用量）、80%化肥（A2）、60%化肥（A3）和
40%化肥（A4）配施。结果表明，尽管土壤有机碳和全氮含量在处理间无差异，但在化肥施用量减少到60%或80%情况下，>
2 mm和0.25 ~ 2 mm团聚体内有机碳和全氮含量却明显提高，有机碳和全氮规律分别为A3 > A2、A1 > A4和A2 > A1 >
A3、A4；0.25 ~ 2 mm团聚体是土壤中占绝对优势的粒级，它对土壤有机碳和全氮的贡献也最大，化肥施用量的减少有利于
其形成和积累，这利于良好土壤结构的形成；速效氮、磷随化肥施用量的降低而减少，水稻产量并未下降，大小为A1、A2 <
A4 < A3。总之，施80%和60%化肥效果优于100%化肥，施40%化肥即可达到100%化肥的效果。因此，在施用等量紫云英
（22500 kghm-2）条件下，化肥施用量可减少到40%。
关 键 词：团聚体；有机碳；全氮；水稻产量
中图分类号：S152.4文献标识码：A 文章编号：0564-3945（2013）02-0409-05
收稿日期：2012-04-26；修订日期：2012-05-31
基金项目：公益性行业（农业）科研专项经费项目 (201103005)、农业科技成果转化资金项目 (2010GB2D000271)和河南省省院科技合作项目
（112106000018）资助
作者简介：刘春增(1967-)，男，河南鲁山人，本科，副研究员，主要从事绿肥利用评价与循环农业研究工作。E-mail:Liucz321@yahoo.com.cn
*通讯作者：E-mail:liuxiaofenok@126.com
土 壤 通 报
ChineseJournalofSoilScience
第 44卷第 2期
2013年 4月
Vol .44 ,No .2
Apr . , 2013
紫云英是优质的豆科牧草、观赏植物、绿色蔬菜和
蜜源作物，也是我国稻田最主要的冬季绿肥作物。豫
南稻区每年有大量的冬闲田，紫云英作为豫南稻区的
主要绿肥品种，在中低产田土壤改良、培肥地力和改善
生态环境方面都发挥了重要作用。研究表明，合理种
植并适时翻压紫云英，能有效提升土壤肥力、提高土壤
质量、防止水土流失和改善生态环境，对水稻可持续生
产具有重要意义[1~5]。但近30年来，农业生产中过度依
赖化肥，忽视有机肥或绿肥投入的现象十分严重。一
方面，施用化肥能迅速增加土壤的速效养分，提高作物
产量[6]，对保障国家粮食生产起到重要作用；另一方
面，化肥的过量施用造成了土壤酸化板结、土壤微生物
多样性减少、地下水硝酸盐污染、湖泊和近海水体富营
养化[7~9]等农业生产和生态环境方面的问题。因此，倡
导施用有机肥或绿肥，同时尽可能减少化肥施用量，对
保障土壤质量及作物产量和品质至关重要。
研究表明，与单施化肥相比，有机肥与化肥混施或
者单施有机肥能增加土壤有机碳，改善土壤团聚性和
提高作物产量[10~13]。而关于紫云英与化肥混施对水稻
土物理性质影响的探讨比较缺乏，以往在该试验点的
研究也主要集中于对土壤养分、农艺性状和水稻产量
的探讨[14,15]。因此，本研究拟以信阳水稻土为对象，利用
田间定位试验，探讨翻压等量紫云英条件下，减施化肥
对土壤养分、团聚性、团聚体有机碳和全氮分布及水稻
产量的影响，为合理施用化肥提供依据。
1 材料与方法
1.1 实验设置
试验于2009年在信阳市农业科学研究所试验园
区（N 32°07′，E 114°05′）进行，供试土壤为水稻土（耕
层土壤质地为黏壤土）。供试水稻品种为信阳市农业科
学院选育的珍辐糯，绿肥紫云英为信阳当地品种。共设
置4个处理，即紫云英还田分别与100%化肥（当地常
规化肥施用量）(A1)、80%化肥 (A2)、60%化肥（A3）和
40%化肥（A4）配施。当地常规化肥施用氮、磷、钾肥源
分别为碳酸氢铵、普通过磷酸钙和氯化钾，氮（N）、磷
（P2O5）、钾（K2O）施用量分别为 225、135、135 kg hm-2。
其中，磷、钾肥全部基施，氮肥按基肥：分蘖肥：孕穗
肥=3∶2∶1的比例施用。紫云英异地翻压，翻压鲜重
为22500 kghm-2。每个处理设置3个重复，每个重复
面积均为6.67 m2，重复之间做田埂并用塑料薄膜分隔
以防串水串肥，同时留0.3 m宽沟以便灌水、排水和进
第 44 卷土 壤 通 报
行田间管理。
1.2 项目测定与分析
2011年9月水稻成熟期调查水稻产量及其构成
要素，水稻产量数据为实打实收。水稻收获后，采集0
~ 15 cm土层的6个点混合土样，风干后过8mm筛备
用。依据Kemper和Rosenau[16]土壤团聚体湿筛测定方
法，将50 g样品放置于孔径自上而下为2、0.25、0.05
mm的套筛顶端，快速湿润并持续5 min，随后垂直上
下振荡10 min（团聚体湿筛机械参数为：垂直上下移
动30次 min-1；上下移动垂直距离4 cm）；把各级筛层
上的土粒转移至铝盒中，60℃烘干至质量恒定，3次
重复。团聚体分布用团聚体百分比 f(xi)=
wi
Σwi
×100计
算，团聚体稳定性用平均重量直径 MWD=
n
i=1
Σwixi来衡
量，其中，xi为团聚体平均直径，wi 为对应粒径团聚体
的质量。土壤及各粒径团聚体内有机碳和全氮含量用
碳氮仪干烧法测定[17]。有效氮用2.0 mol L-1氯化钾浸
提法，有效磷用0.5 mol L-1碳酸氢钠浸法，速效钾用
1.0 mol L-1乙酸铵浸提法[18]。
用SPSS11.0（SPSS, 2001）进行数据的方差和相关
性分析，显著性分析水平为 P < 0.05。采用最小显著差
异法（least significant difference, LSD）比较处理间平均
值的差异显著性。
2 结果与讨论
2.1 不同施肥处理对水稻产量及其构成要素的影响
由表1看出，减施化肥后水稻的有效穗和结实率
无明显变化，千粒重和产量明显增加，千粒重的增加趋
势为A1 < A2 < A3、A4，产量的增加趋势为A1 < A4 <
A3 < A2。与A1相比，化肥减至40%时仍能保证水稻
不减产，施60%和80%化肥时水稻产量显著提高了
5.83%和8.74%，施用40%、60%和80%化肥时千粒重
分别提高1.91%、5.10%和3.87%。说明在翻压紫云英
前提下，施用40%化肥也能保持水稻产量，60%和80%
化肥则能达到明显增产效果。张丽霞等[14]和刘春增
等[15]也都发现与100%化肥相比，80%化肥的水稻产量
最高，这与我们的研究结果一致；但化肥减少到60%
和40%时，水稻产量均有下降趋势，这与我们的结果
不同，可能与定位试验的年限长短有关；另外，本研究
中各处理的水稻产量明显高于之前的研究结果，说明
水稻产量随施肥年限的增加呈现增加趋势。
表 1 不同施肥处理对水稻产量及其构成要素的影响
Table1 Thericeyieldandyieldcomponentsasaffectedbydifferentfertilizationtreatments
注：A1、A2、A3、A4指紫云英分别与100%、80%、60%、40%化肥配施。化肥为碳酸氢铵、普通过磷酸钙和氯化钾，施100%化肥时的氮 (N)、磷
(P2O5)、钾(K2O)施用量分别为225、135、135kghm-2，各处理紫云英翻压鲜重均为22500kghm-2。同一列数据后不同字母表示 P<0.05时处理
间差异显著，下同。
处理
Treatment
A1
A2
A3
A4
有效穗(104hm-2)
Effectivepanicles
202a
200a
200a
195a
结实率(%)
S edsettingrate
74.09a
77.01a
79.13a
77.55a
千粒重(g)
1000-grainweight
23.52b
23.97ab
24.72a
24.43a
水稻产量（104kghm-2）
Riceyield
1.03c
1.12a
1.09ab
1.05bc
2.2 不同施肥处理下土壤有机碳、全氮及有效氮、磷、
钾含量的变化
表2显示翻压等量紫云英条件下，减量施用化肥
（A2、A3和A4）与施100%化肥（A1）相比，其有机碳和
全氮含量无显著变化，有效氮磷钾却有不同程度的变
化：有效氮、磷随化肥递减呈减少趋势（A1 > A2 > A3、
A4）；施80%化肥时，有效钾含量比A1提高了7.21%，
A3、A4则与A1无显著差异。总之，化肥施用量递减不
能引起土壤有机碳和全氮的变化，说明土壤有机碳和
全氮含量主要是受紫云英影响，而和化肥施用量关系
甚微。但化肥的递减却能明显降低土壤中有效养分的
含量，说明在翻压等量紫云英时，化肥施用量不同是引
起有效养分变化的主要因素。关于有机碳、速效氮和速
效磷的变化，刘春增等[15]的研究结果与我们一致。他们
同时发现，速效钾含量也是随着化肥施用量的递减而
递减，这与我们的研究结果不同，可能是采样误差所
致，其原因有待进一步探明。
2.3 不同施肥处理下团聚体分布及其稳定性变化
表3描述了不同施肥处理下团聚体分布及其稳定
变化情况。相同处理下不同粒径团聚体分布情况为：
0.25 ~ 2 mm团聚体含量最高（约占52% ~ 60%），其
次为0.05 ~ 0.25 mm和> 2 m团聚体，< 0.05 mm团
聚体含量最低（约占4% ~ 6%）。处理间相比，0.05 ~
0.25 mm和 < 0.05 mm团聚体含量均无显著差异，而
0.25 ~ 2 mm和> 2 mm团聚体含量在处理间均存在
明显不同。0.25 ~ 2 mm团聚体是土壤中占绝对优势的
410
2 期
粒级，化肥施用量的减少有利于其形成和积累，它在处
理间的分布规律为A1 < A2 < A4 < A3。> 2 mm团聚
体含量虽不高，变化却很明显，其在处理间的分布为
A1 > A3、A4 > A2。尽管团聚体分布发生了变化，施肥
处理却未引起团聚体平均重量直径（MWD）的显著变
化（表3），即团聚体稳定性在处理间无显著性差异。
表 2 不同处理下土壤有机碳、全氮及有效氮、磷、钾的含量
Table2 ThecontentsofsoilorganicC,totalN,andavailableN,P,andKunderdifferenttreatments
处理
Treatment
A1
A2
A3
A4
有机碳（gkg-1）
OrganicC
15.17a
15.55a
15.09a
13.48a
全氮（gkg-1）
TotalN
1.45a
1.58a
1.59a
1.35a
有效氮（mgkg-1）
AvailableN
56.42a
55.82a
54.79ab
52.17b
有效磷（mgkg-1）
AvailableP
11.42a
11.03ab
9.06b
9.25b
有效钾（mgkg-1）
AvailableK
73.14b
78.41a
75.17ab
73.09b
表 3 不同施肥处理下土壤团聚体分布（%）及其稳定性
Table3 Soilaggregatedistributionandstabilityunderdifferentfertilizationtreatments
处理
Treatment
A1
A2
A3
A4
>2
16.39a
9.24b
11.16ab
11.52ab
0.25~2
52.16b
55.94ab
59.75a
57.64ab
0.05~0.25
24.62a
29.02a
23.51a
25.40a
<0.05
6.83a
5.80a
5.58a
5.44a
平均重量直径
MWD
4.19a
5.05a
5.48a
4.72a
团聚体粒径Aggregatesize (mm)
在本研究中，由于紫云英翻压量一致，团聚体分布
的变化主要和化肥种类及其施用量密切相关。Haynes
和Naidu[19]发现磷肥能使PO43-离子和Al3+离子形成
AlPO4沉淀，形成的沉淀物能够作为粘结剂形成稳定
的团聚体，因此磷肥能促进土壤的团聚化；相反的，铵
态化肥能够使粘粒产生分散作用，不利于团聚体的形
成，但随着NH4+离子转变成NO3-离子，分散作用会随
之降低。因此，在施用等量绿肥情况下，由化肥（碳酸氢
铵、普通过磷酸钙和氯化钾）施用量减少所引起的分散
和团聚作用的大小变化，可能是导致团聚体在处理间
分布差异的主要原因。
关于团聚体与土壤有机碳的关系，前人研究指出，
当土壤有机碳含量达到17.40 ~ 20.30 gkg-1时，能够
有效提高团聚体稳定性[20]，水稳性团聚体含量和团聚
体稳定性都与土壤有机碳含量成正相关 [21,22]。本研究
中，土壤有机碳含量介于13.48 ~ 15.55 gkg-1之间，各
处理的团聚体稳定性无显著差异，这支持了前人的观
点。相关分析表明，MWD 与占绝对优势的团聚体
（0.25 ~ 2 mm）含量密切相关（r = 0.888），但与土壤有
机碳含量相关度较低（r = 0.173）。另外，水稻产量与
MWD也存在一定的相关性（r = 0.780）。
2.4 团聚体内有机碳和全氮含量及其对土壤有机碳
和全氮的贡献
图1展示了不同的施肥处理下团聚体有机碳和全
氮含量的分布情况。各级团聚体有机质含量均介于
8.07 ~ 22.19 gkg-1之间，全氮含量均介于1.33 ~ 2.00
gkg-1之间。对于> 2 mm和0.25 ~ 2 mm团聚体，有机
碳含量在处理间存在差异，其规律大致为A2 > A1 >
A3、A4，全氮含量仅在> 2 mm团聚体内表现出差异
性，规律为A3 > A2、A1 > A4；对于0.05 ~ 0.25 mm和
< 0.25 mm团聚体，有机碳和全氮含量在处理间均无
显著差异。对于同一处理，有机碳和全氮含量均随团聚
体粒径减小而呈现下降趋势，即> 2 mm粒径最高，其
次是0.25 ~ 2 mm，0.05 ~ 0.25 mm和< 0.05 mm粒径
最低。总之，尽管土壤有机碳和全氮含量在处理间无差
异，但团聚体有机碳和全氮含量却表现出差异：施用
80%和60%化肥好于100%化肥，施40%化肥即能达到
100%化肥的效果。另外，大团聚体中有机碳含量高于小
团聚体，可能是维持不同粒径团聚体稳定性所需要的
胶结剂不同所致[23,24]。Elliott[25]的等级模型认为，大团聚体
是由小团聚体通过含碳量高的不稳定的粘结剂（真菌
菌丝、根系、微生物和植物源的多糖）粘结而成的，故大
团聚体比小团聚体含有更多有机质（有机碳）[26]。
图1还显示了个各粒级团聚体对整土有机碳和全
氮的贡献。0.25 ~ 2 mm团聚体是贡献最高的粒级，占
土壤总碳的56% ~ 64%，> 2 mm和< 0.05 mm团聚体
所占土壤有机碳的比例相对较小（3% ~ 20%），这主要
是因为这两个粒级的含量较少（表3），且< 0.05 mm
团聚体内部有机碳含量也最少（全氮的贡献趋势与有
机碳一致，不再赘述）。因此，0.25 ~ 2 mm团聚体对土
壤有机碳的固持和累积起主要作用，这与一些研究结
果一致[27,28]。但也有研究发现，韩国水稻土中大于70%
的有机碳是与< 0.05 mm团聚体相结合的，只有8% ~
17%存在于0.25 ~ 2 mm团聚体中[29]。同样是水稻土，
刘春增等:紫云英配施不同用量化肥对土壤养分、团聚性及水稻产量的影响 411
第 44 卷土 壤 通 报
实验结果却大相径庭，原因可能是他们的供试水稻土
排水不畅，易导致团聚体分散，而我们试验的土壤是干
湿交替轮换进行的。Yang等[30]研究证明，与干湿交替
条件相比，给水稻土持续灌水确实使水稳性大团聚体
含量减少，且减少量高达42% ~ 45%。
3 结论
在翻压等量紫云英条件下，连续2年减量施用化
肥，使得水稻土养分含量、团聚性、团聚体有机碳和全
氮分布及水稻产量均发生了不同程度的变化：尽管土
壤有机碳和全氮含量在处理间无差异，但在化肥施用
量减少到60%和/或80%情况下，>2mm和0.25~2mm
团聚体内有机碳和全氮含量却明显提高，有机碳和全
氮规律分别为 A3 > A2、A1 > A4和 A2 > A1 > A3、
A4；0.25 ~ 2 mm团聚体是土壤中占绝对优势的粒级，
对土壤有机碳和全氮的贡献也最大，化肥施用量的减
少有利于其形成和积累（A1 < A2 < A4 < A3），这利于
良好土壤结构的形成；速效氮、磷虽随化肥施用量的降
低而减少，却并未引起水稻减产（水稻产量规律为A1、
A2 < A4 < A3）。总之，施80%和60%化肥优于100%
化肥，施40%化肥即能达到100%化肥的效果。因此，
在施用等量紫云英（22500 kg hm-2）条件下，化肥施用
量可减少到40%。
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图 1 施肥处理下各粒径团聚体内有机碳和全氮的含量及其对土壤有机碳和全氮的贡献
Fig.1 OrganicC(OC)andtotalNconcentrationsofdifferentaggregatesandtheircontributionstosoilOCandtotalNunderdifferenttreatments
注：不同字母代表处理间差异显著（P<0.05）。
412
2 期
Effects of Applying Chinese Milk Vetch with Different Amounts of
Chemical Fertilizer on Soil Nutrients, Aggregation and Rice Yield
LIUChun-zeng1,LIUXiao-fen1*,LIBen-yin1,WANGShou-gang1,
LVYu-hu2,PANZi-liang2,CAOWei-dong3
(1.Institute of Plant Nutrition and Resource Environment, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China;
2. Xinyang Academy of Agricultural Sciences, Xinyang 464000, China;
3. Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China)
Abstract: Based on the located field experiment, this study aimed to investigate the influences of applying Chinese
milk vetch (Astragalus sinicus)combined with different amounts offertilizer on soil nutrients, aggregation, distribution
of aggregate organic carbon and total nitrogen, and rice yield. Four fertilizer treatments were established: the same
amount of Chinese milk vetch combined with 100% fertilizer (A1), 80% fertilizer (A2), 60% fertilizer (A3), and 40%
fertilizer (A4), respectively. The results indicated that, soil organic C and total N showed nodifference, but theywere
obviously improved in the aggregates > 2 mm and 0.25 - 2 mm when fertilizer application rates decreased to 60% or
80%, followingthe trend ofA3 > A2, A1 > A4 and A2 > A1 > A3, A4, respectively. The 0.25 - 2 mmaggregate size
was dominant among four aggregate sizes and contained the highest organic C and total N contents. Reduction in
fertilizer application resulted in the formation and accumulation of 0.25 - 2 mm aggregates, which improved soil
structure. Available N and P contents decreased as fertilizer was reduced, whereas the rice yields were in the trend of
A1 and A2 < A4 < A3. In conclusion, compared to 100% fertilizer, applying 80% and 60% fertilizer could improve
soil qualityand rice yield, and applying 40% fertilizer could achieve the same effect. Therefore, on applying the same
amount ofChinese milk vetch (22500 kghm-2), the application rate offertilizer could be reduced to40%.
Key words: Aggregates; Organic carbon; Total nitrogen; Rice yield
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