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紫云英利用后减施化肥对水稻产量和产值及土壤碳氮含量的影响



全 文 :
湖南农业大学学报(自然科学版) 2014年 6月 第 40卷 第 3期
Journal of Hunan Agricultural University (Natural Sciences), Jun. 2014, 40(3):225–230
DOI:10.13331/j.cnki.jhau.2014.03.001
投稿网址:http://www.hunau.net/qks
紫云英利用后减施化肥对水稻产量和产值及
土壤碳氮含量的影响
周兴 1,2,李再明 3,谢坚 1,4,廖育林 1,4,杨曾平 1,4,鲁艳红 1,4,聂军 1,4*,曹卫东 5
(1.湖南省土壤肥料研究所,湖南 长沙 410125;2.中南大学研究生院隆平分院,湖南 长沙 410125;3.云溪区农
业发展局,湖南 岳阳 414009;4.农业部湖南耕地保育科学观测实验站,湖南 长沙 410125;5.中国农业科学院
农业资源与农业区划研究所,北京 100081)

摘 要:通过大田定位试验,研究连续 5年紫云英利用后不同化肥施用量对水稻产量和稻谷经济效益及土壤碳、
氮含量的影响。试验共设 6 个处理,处理 CK:不施紫云英和化肥(对照);处理 CF:不施紫云英,施 100%化肥
(N、P2O5、K2O施用量分别为 150、75、120 kg/hm2);处理 A1:紫云英(22 500 kg/hm2,下同)+100%化肥+100%
磷肥;处理 A2:紫云英+80%氮、钾肥+100%磷肥;处理 A3:紫云英+60%氮、钾肥+100%磷肥;处理 A4:紫云
英+40%氮、钾肥+100%磷肥。结果表明:施肥可以显著提高水稻产量,紫云英利用后化肥的增产效果更为显著,
与 CF相比,处理 A2的早稻产量提高了 7.7%,处理 A3的水稻产量基本持平;紫云英利用后适当减少化肥用量可
以增加水稻产值,与 CF 相比,处理 A1的水稻产值增加了 5.92%,处理 A2的水稻产值的增加效果次之,增加了
4.08%;处理 A4提高水稻土壤有机碳和全氮含量的效果明显优于处理 CF,A2处理的土壤有机碳、全氮含量比 CF
显著降低。综合以上研究结果,认为翻压紫云英可以代替部分化肥,增加水稻产量,减少生产成本,提高养分利
用效率。
关 键 词:紫云英;化肥施用量;水稻;产量;经济效益;土壤碳氮含量
中图分类号:S142+.1;S143.1 文献标志码:A 文章编号:1007−1032(2014)03−0225−06

Effect of reducing chemical fertilizer on rice yield,output value, content
of soil carbon and nitrogen after utilizing the milk vetch
ZHOU Xing1,2 , LI Zai-ming3,XIE Jian1,4, LIAO Yu-lin1,4,YANG Zeng-ping1,4,LU Yan-hong1,4, NIE Jun1,4*, CAO Wei-dong5
(1.Soil and Fertilizer Institute of Hunan Province, Changsha 410125, China; 2.Longping Branch of Central South
University, Changsha 410125, China; 3.Agricultural Development Bureau of Yunxi Area, Yueyang, Hunan 414009, China;
4.Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation (Hunan), Ministry of Agriculture,
Changsha 410125, China; 5.Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural
Sciences, Beijing 100081, China)

Abstract: A located field experiment was carried out to study the effects of different amount of chemical fertilizer usage
on rice yield, economic benefits of rice, soil carbon(C) and total nitrogen (TN) under ploughing back of Chinese milk
vetch for 5 consecutive years. Six treatments were included in the experiment, they are CK (unfertilized), CF (100%
chemical fertilizer with the amount of N, P2O5, K2O being 150, 75, 120 kg/hm2 respectively), A1 (22 500 kg/hm2 Chinese
milk vetch and 100% chemical fertilizer), A2 (Chinese milk vetch and 80% nitrogen and potassium fertilizer and 100%
phosphate fertilizer), A3 (Chinese milk vetch and 60% nitrogen and potassium fertilizer and 100% phosphate fertilizer),
A4 (Chinese milk vetch and 40% nitrogen and potassium fertilizer and 100% phosphate fertilizer). The results were as

收稿日期:2013–11–30
基金项目:农业公益性行业科研专项(201103005–08);国家“十二·五”科技支撑计划项目(2012BAD05B05–3);国际植物营养研究所
科研项目(Hunan–16)
作者简介:周兴(1986—),男,湖南韶山人,硕士研究生,主要从事植物营养与施肥研究,evenxing@sina.cn;*通信作者,junnie@foxmail.com


226 湖南农业大学学报(自然科学版) http://www.hunau.net/qks 2014 年 6 月
follows: application of fertilizer could increase the yield of rice, while Chinese milk vetch combined with fertilizer
application had a much more increase effect in rice yield. Under the condition of milk vetch application with 22 500 kg/hm2,
the early rice yield of the treatment A1 was significantly increased by 7.7% compared with that of CF. And the yield of
treatment A3 was basically identical to or slight increase in comparison with that of CF. Decreasing amount of fertilizers
cloud improve output value of rice in the case of the utilization of Chinese milk vetch. The treatment A1 increased output
value of rice by 5.92% in comparison of CF, and treatment A2 was by 4.08% in the next. Treatment A4 showed much better
effect in increasing soil organic carbon and total nitrogen in the paddy soil than those of treatments applying mineral fertilize
only. There was a significant reduction on soil organic carbon and TN in treatment A2 in comparison with that of CF. In
general, amount of application of milk vetch with 22 500 kg/hm2 could replace chemical fertilizer partially, it also could
improve rice yield, decrease the production cost, and raise the utilization efficiency of nutrients.
Key words: Chinese milk vetch; chemical fertilizer amounts; rice; yield; economic benefits; content of soil C and total N

湖南省是绿肥生产大省[1]。20 世纪 70 年代,
湖南省绿肥播种面积近 200万 hm2 。20世纪 80年
代,受化肥大规模应用、农业产业结构调整、农村
劳动力转移以及缺乏政策扶持等因素[2–5]的影响,
绿肥播种面积急剧减少。紫云英(Astragalus sincus)
是中国南方稻田最主要的绿肥作物。紫云英翻压还
田能够提高土壤肥力,减少化肥施用量,改良土壤,
提升水稻产量和稻米品质,对农业生产可持续发展
具有重要意义[1, 6–8]。笔者探讨连续 5年(2008—2012
年)翻压紫云英定位试验后,2012年减少化肥(氮肥
和钾肥)用量对水稻产量、稻谷经济效益以及水稻土
壤有机质、全氮含量的影响,旨在更好地了解紫云
英在双季稻生产中发挥的作用。
1 材料与方法
1.1 材 料
2012 年早稻品种为‘两优 25’,晚稻品种为‘金
优 163’。
1.2 试验点概况
湖南省南县三仙湖乡万元桥村(北纬 29°13′,东
经 112°28′,海拔高度 30 m)位于中亚热带到北亚热
带的过渡区,属季风湿润气候,年平均气温 16.6 ℃,
年平均降水量 1 237.7 mm,年日照时间 1 775.7 h。
供试土壤为河流沉积物发育的紫潮泥。试验土壤 pH
为 7.7,有机质含量为 48.4 g/kg,全氮、全磷、全
钾含量分别为 3.28、1.28、22.2 g/kg,碱解氮、有
效磷、有效钾含量分别为 261、15.6、98 mg/kg。
1.3 试验设计
2008—2012年连续 5年翻压紫云英。2012年 3
月底播种早稻,4月中、下旬移栽。晚稻于 6月中旬
播种,7月中、下旬移栽。试验共设 6个处理(表 1)。
表 1 各处理的肥料施用方案
Table 1 Fertilization schemes of different treatments
单位面积肥料施用量/(kg·hm–2)
处理
N P2O5 K2O 紫云英
CK 不施肥 0 0 0 0
CF 100%化肥 150 75 120 0
A1 紫云英+100%化肥+ 100%磷肥 150 75 120 22 500
A2 紫云英+80%N、K肥+ 100%磷肥 120 75 96 22 500
A3 紫云英+60% N、K肥+ 100%磷肥 90 75 72 22 500
A4 紫云英+40% N、K肥+ 100%磷肥 60 75 48 22 500

N、P、K 化肥品种分别为尿素、过磷酸钙和
氯化钾。基肥于移栽前 1 d施入;追肥在分蘖盛期
施入;磷肥和钾肥均在移栽前作基肥施入。基肥施
入后立即用铁耙耖入 5 cm深的土层中。紫云英于
早稻移栽前 5 d翻压入田,用浅水湿润腐解。小区
面积 20 m2。重复 3次,随机区组排列。各处理早
稻、晚稻化肥施用量相同。在水稻整个生育期内,
各处理农田管理措施完全一致。2012 年收获时,
按小区单打单晒,扬净后测定各小区稻谷产量。收
获后,在各小区田块中采用“S”形采集 0~15 cm
土壤样品。
1.4 测定指标及方法
土壤碳含量采用浓硫酸–重铬酸钾外加热法测
定;土壤全氮含量采用浓硫酸消煮–凯氏定氮法[9]
测定。
1.5 数据处理
用 Excel 2003 软件进行数据处理;用 SPSS 19.0
进行方差分析。


第 40卷第 3期 周兴等 紫云英利用后减施化肥对水稻产量和产值及土壤碳氮含量的影响 227
2 结果与分析
2.1 各处理水稻的产量
2.1.1 早稻产量
由表 2 可见,处理 CF 与 CK 早稻稻谷产量间
的差异无统计学意义。导致 CF 处理减产的可能原
因是,2012年春季连续低温多雨,整个早稻生育期
仅有 6~8个晴天,水稻生长受到严重影响。这说明
在灾害性气候条件下,单施化肥并不能保证早稻产
量。与 CK相比,A1、A2处理的增产幅度较大,分
别增产 22.1%、16.9%,增产效果显著(P<0.05),表
明在紫云英利用的基础上,施用 100%化肥和
80%N、K肥可以维持早稻稳产或增产。
表 2 2012 年各施肥处理早稻稻谷的产量
Table 2 Grain yield of early rice under different fertilization
treatments in 2012 kg/hm2
处理 产量 比 CK增产 增幅/% 比 CF增产 增幅/%
CK 4 998.2b
CF 5 423.4b 425.2 8.5
A1 6 102.3a 1 104.1 22.1 678.9 12.5
A2 5 841.2a 843.0 16.9 417.8 7.7
A3 5 416.0ab 417.8 8.4 –7.4 –0.1
A4 5 042.9b 44.7 0.9 –380.5 –7.0

表 2结果表明,与 CF处理相比,A1、A2的早
稻产量增产幅度较大,分别增产 12.5%、7.7%;A3
基本与 CF平产;A4表现出一定程度的减产。这表
明,在维持稻田平产或增产的前提下,翻压紫云英
22 500 kg/hm2可只施用 60%~80%N、K肥,即紫
云英施用可大幅度降低水稻生产成本,增加水稻生
产效益。
2.1.2 晚稻稻谷的产量
由表 3可见,CK晚稻平均产量 6 266.7 kg/hm2,
说明紫潮泥水稻田土壤晚稻基础产量较高。这可能
是由于夏季温度的升高,紫潮泥土壤养分释放较
多,因而表现出基础生产力较高。处理 CF 和处理
A1~A4的晚稻平均产量为 7 085.0 kg/hm2,相比 CK
增产 13.1%。与 CF相比,A1、A2处理的晚稻产量
略有增产;A3、A4处理略有减产,但差异均无统计
学意义(P<0.05)。以上结果表明,在紫潮泥稻田,
早稻移栽前翻压紫云英 22 500 kg/hm2对晚稻具有
一定的后续肥效,在晚稻生产中可以只施用 60%~
80%的 N、K肥。
表 3 2012 年各施肥处理晚稻稻谷的产量
Table 3 Grain yield of late rice under different fertilization
treatments in 2012 kg/hm2
处理 产量 比 CK增产 增幅/% 比 CF增产 增幅/%
CK 6 266.7b
CF 7 166.7a 900.0 14.4
A1 7 400.0a 1 133.3 18.1 233.3 3.3
A2 7 241.7a 975.0 15.6 75.0 1.0
A3 6 891.7ab 625.0 10.0 – 275.0 – 3.8
A4 6 725.0ab 458.3 7.3 – 441.7 – 6.2

2.1.3 两季稻谷的总产量
由表 4 可见,CF 和 A1~A4处理年平均总产量
为 12 650.2 kg/hm2,相比 CK增产 12.3%,增产效
果显著(P<0.05)。
表 4 2012 年各处理两季稻谷的总产量
Table 4 Total grain yield of double–rice under different
fertilization treatments in 2012 kg/hm2
处理 平均产量 比 CK增产 增产/% 比 CF增产 增产/%
CK 11 264.9c
CF 12 590.1ab 1 325.2 11.8
A1 13 502.3a 2 237.4 19.9 912.2 7.2
A2 13 082.8a 1 818.0 16.1 492.8 3.9
A3 12 307.6abc 1 042.8 9.3 –282.4 –2.2
A4 11 767.9bc 503.0 4.5 –822.2 –6.5

从表 4看出,与 CF相比,A1、A2两季水稻总
产量分别增产 7.2%、3.9%,但增产效果不明显
(P<0.05);A3、A4均表现出略有减产,但减产幅度
无统计学意义。A1、A3较 A4分别增产 1 779.1、
1 359.6 kg/hm2,增幅分别达 15.2%、11.6%。两季
水稻的总产量表明,在翻压紫云英 22 500 kg/hm2
条件下,施用 40%~80%N、K 肥能够维持水稻产
量,其中以施用 80%N、K肥的效果最优。
2.2 各处理水稻稻谷的经济效益
不计农药、灌溉等成本,仅考虑投入化肥、紫
云英种子和紫云英播种与施肥劳动力成本以及稻
谷收入,分析各处理水稻稻谷的经济效益。紫云英
种子、肥料及稻谷价格以 2012 年价格(紫云英种子
18元/kg;N、P2O5、K2O肥分别为 4.67、5.2、5.47
元/kg;早、晚稻稻谷价格分别为 2.54、2.60元/kg)
为准;劳动力成本按 2012 年工价(120 元/d)计算。
试验结果表明,与 CK相比(表 5),CF和 A1~A4处
理早稻的平均收入减少了 3.76%,这是由于早稻受


228 湖南农业大学学报(自然科学版) http://www.hunau.net/qks 2014 年 6 月
到了灾害性气候的影响。与 CF相比(表 5),A1的早
稻收入最高,增收幅度达 9.18%;其次是 A2,增收
幅度达 5.92%;A3处理早稻收入与 CF 基本持平;
A4减收 6.42%。综上分析可知,翻压紫云英 22 500
kg/hm2后,施用 60%~80%N、K 肥能明显提高早
稻收入。
表 5 各处理水稻的经济效益
Table 5 Economic benefits of rice under different treatments 元/hm2
单位面积产值 单位面积成本 增收额 增收率/%
处理
早稻 晚稻 合计 早稻 晚稻 比 CK 比 CF 比 CK 比 CF
CK 12 695.43 16 293.42 28 988.85 0.00 0.00
CF 13 775.44 18 633.42 32 408.86 1 746.90 1 746.90 –73.79 –0.25
A1 15 499.84 19 240.00 34 739.84 2 366.90 1 746.90 1 637.19 1 710.99 5.65 5.92
A2 14 836.65 18 828.42 33 665.07 2 095.52 1 475.52 1 105.18 1 178.97 3.81 4.08
A3 13 756.64 17 918.42 31 675.06 1 824.14 1 204.14 –342.07 –268.28 –1.18 –0.93
A4 12 809.22 17 485.00 30 294.22 1 552.76 932.76 –1 180.15 –1 106.36 –4.07 –3.83

与 CK相比,CF、A1~A4处理晚稻的平均收入
增收效果优于早稻(表 5),增收 706.39 元/hm2,增
收幅度达 4.34%。各施肥处理晚稻经济效益的增收
趋势与早稻基本相同,增收效果不如早稻。与 CF
相比,A1的晚稻增收效果最好,增收 606.58元/hm2,
增收幅度达 3.58%;A2略有增收;A3、A4略有减产。
以上结果表明,早稻翻压紫云英对晚稻增收有一定
效果。
由表 5 可见,CF 和 A1~A4处理两季水稻的平
均收入与 CK基本持平。与 CF相比,A1处理两季
水稻的增收效果最好,增收 5.92%;其次是 A2,增
收 4.08%;A3处理基本与 CF持平;A4减收 3.83%。
2.3 各处理水稻成熟期耕层土壤的有机碳含量
2.3.1 早稻成熟期耕层土壤的有机碳含量
试验前土壤有机碳含量为 27.9 g/kg。图 1结果
表明,CK土壤有机碳含量较试验前土壤有机碳含量
有一定增长,这可能与每年水稻根茬等残留物、径
流或灌溉水以及气候条件等相关。与 CK 相比,A4
和 CF 的土壤有机碳含量分别提高了 6.1%、4.6%,
差异均达到了显著水平(P<0.05);其次是 A1略有提
高,但差异无统计学意义;A3 和 A2 分别下降了
12.4%、22.6%,差异均达到显著水平(P<0.05)。其原
因可能是翻压紫云英 22 500 kg/hm2条件下,80%或
60%N、K肥用量能够有效激发土壤有机碳的矿化,
使有机碳含量下降。A1和 A4处理早稻成熟期土壤有
机碳含量与 CF间的差异均无统计学意义;A2和 A3
分别比 CF 降低了 26.0%,16.2%,差异均达到显著
水平(P<0.05),表明翻压紫云英 22 500 kg/hm2,5年
后 80%和 60%N、K 肥用量不利于紫潮泥早稻土壤
有机碳含量积累。以上结果表明,在翻压紫云英 22
500 kg/hm2后,早稻成熟期耕层土壤有机碳含量随
着 N、K 肥施用量从 100%降至 40%呈先降后升趋
势变化,其中 80%N、K 肥用量土壤有机碳的积累
最少。
20
25
30
35
40

CK CF A1 A2 A3 A4
处理
图1 2012年各处理早稻成熟期的土壤有机碳含量
Fig.1 Soil organic C content of early rice in mature stage under
different treatments in 2012
2.3.2 各处理晚稻成熟期耕层土壤的有机碳含量
由图 2可见,各处理晚稻成熟期土壤的有机碳
含量较早稻均有提高。与 CK相比,A4土壤有机碳
含量提高了 5.6%,差异显著(P<0.05);CF、A1 和
A3 与 CK 间的差异均无统计学意义;A2 下降了
17.8%,差异显著。早稻紫云英利用后,A1 和 A3
晚稻成熟期土壤有机碳含量与 CF基本持平;A2的
土壤有机碳积累最少,比 CF 降低了 17.7%,A4提
高了 5.8%,差异均达到显著水平。







/(g
·k
g–
1 )

c
ab
bc
e
d
a


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30
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CK CF A1 A2 A3 A4
处理
图 2 2012 年不同处理晚稻成熟期土壤的有机碳含量
Fig.2 The soil organic C content of late rice in mature stage
under different treatments in 2012
2.4 不同处理水稻成熟期耕层土壤的全氮含量
2.4.1 不同处理早稻成熟期耕层土壤的全氮含量
由图 3 可见,与 CK 相比,除了 CF 土壤全氮
含量与 CK间的差异无统计学意义外,其余处理土
壤全氮含量与 CK间的差异均达显著水平,A4、A1
分别提高了 15.8%、6.6%;A3、A2分别下降了 4.7%、
19.5%。与 CF相比,各施肥处理土壤全氮含量均与
之存在显著差异,A1 处理增加了 4.7%,表明在相
同化肥处理下,翻压紫云英 22 500 kg/hm2能够显著
提高紫潮泥稻田早稻成熟期耕层土壤全氮含量;
A2、A3分别下降了 21.0%、6.5%;A4提高了 13.7%。
以上结果表明,紫潮泥稻田早稻翻压紫云英耕层土
壤全氮含量随 60%~100%N、K 肥用量的变化趋势
与早稻有机碳含量的变化趋势类似,其中 80%N、
K肥施用量土壤的有机碳含氮量最低。
0
1
2
3
4

CK CF A1 A2 A3 A4
处理
图3 2012年不同处理早稻成熟期土壤的全氮含量
Fig.3 Soil total N content of early rice in mature stage under
different treatments in 2012
2.4.2 不同处理晚稻成熟期耕层土壤的全氮含量
图 4结果表明,各处理土壤的全氮含量中只有
A2与 CK间的差异达到显著水平(P<0.05),A2降低
了 13.9%,表明早稻翻压紫云英,晚稻 80%N、K
肥用量不利于土壤全氮积累。晚稻成熟期土壤全氮
含量A1比CF提高了 5.5%,A2比CF降低了 12.5%,
其余处理与 CF 间的差异均无统计学意义。以上结
果表明,晚稻成熟期各处理耕层土壤全氮含量的变
化趋势与早稻各处理的基本相似。
0
1
2
3
4

CK CF A1 A2 A3 A4
处理
图4 2012年不同处理晚稻成熟期土壤的全氮含量
Fig.4 Soil total N content of late rice in mature stage under
different treatments in 2012
3 结论与讨论
在作物生产中,绿肥利用后,较常规施肥减量
15%~40%化肥或氮肥处理的产量与常规施肥处理
持平或有显著提高[10–12]。紫云英与化肥配施,一方
面能够满足水稻对速效养分的利用需求;另一方面
因紫云英养分释放缓慢,可持续不断为水稻生长提
供所需养分,维持水稻产量。本试验中,常规施肥
条件下,翻压紫云英能够促进水稻稳产或增产;等
量紫云英翻压下,80%N、K肥施用量有增产趋势,
60%N、K肥施用量都能够维持水稻稳产。从经济效
益和生态效益的可持续发展来看,与单施化肥处理
相比,翻压紫云英的 100%化肥处理能够提高水稻生
产的收入,80%N、K肥施用量的处理能够维持水稻
生产的收入。
有机肥和无机肥配施条件下,直接向土壤输入
外援有机质能够显著增加土壤的有机碳含量[8,13–15]。
本试验中,单施化肥能够有效增加土壤的有机碳含
量,这是由于施用化肥能够促进作物根系生长,增
加作物地下部分的生物量,即外源有机质的进入显
著提高了土壤有机碳含量。这与 A. Mandal等[16]和
尹云峰等[17]的研究结果类似。单施化肥虽然能够促
进作物根系的增加,但也引起土壤碳氮比值降低。
土壤碳氮比值降低不仅会导致根系增加的有机碳
分解,而且会造成原始有机碳的活化分解,不利于
土壤有机碳的积累[13, 18],因此,施用化肥对土壤有
机碳含量的影响是比较复杂的,这与作物、土壤性






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·k
g–
1 )








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·k
g–
1 )
b b b
c
b
a
c c
b
e
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·k
g–
1 )
ab b
a
c
ab ab


230 湖南农业大学学报(自然科学版) http://www.hunau.net/qks 2014 年 6 月
质、土壤矿化条件等多种因素有关。
本试验中,紫云英利用后 100%化肥处理的土
壤有机碳、全氮含量较 100%化肥处理的无明显增
加,这可能与土壤性质、作物种类、土壤矿化条件
和试验周期等有关。在紫云英利用下,土壤有机碳、
全氮含量随 N、K 肥施用量从 100%降至 40%呈
“凹”形变化趋势,水稻产量则呈递减趋势,其中
80%N、K肥施用量处理土壤有机质、全氮含量最
低,而且显著低于不施紫云英和化肥处理。这说明
在一定紫云英利用下,土壤有机碳、全氮含量与 N、
K肥施用量和水稻产量有一定的相关性,具体原因
有待研究。
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责任编辑:王赛群
英文编辑:王 库