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豆科与禾本科绿肥饲草作物混播增肥及改土效果研究



全 文 :收稿日期:2011-06-09;修回日期:2011-08-02
基金项目:公益性行业(农业)科研专项经费项目“西北旱区绿肥
作物生产利用技术集成研究及示范”(201103005-04);国家科技支
撑项 目 “西 北 退 化 耕 地 地 力 恢 复 技 术 模 式 研 究 与 示 范”
(2006BAD05B07)
作者简介:包兴国(1957- ),男,甘肃玉门人,推广研究员,学士,
毕业于甘肃农业大学,主要从事绿肥及耕作栽培技术研究与示范,发
表论文40多篇,E-mail:xinguobao@yahoo.com.cn.
文章编号:1673-5021(2012)01-0043-05
豆科与禾本科绿肥饲草作物混播增肥及改土效果研究
包兴国1,杨文玉1,曹卫东2,王 婷1,刘兴春3
(1.甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所,甘肃 兰州 730070;2.中国农业科学院农业资源与
农业区划研究所,北京 100081;3.甘肃凉州区永昌镇农技站,甘肃 武威 733017)
  摘要:采用四因素单形重心混料设计,对豆科与禾本科绿肥作物混播增肥改土效果及其混播技术进行研究,结
果表明:箭筈豌豆、毛苕子、谷子混播为最佳混播方式,其用种量为箭筈豌豆75.0kg/hm2、毛苕子30kg/hm2、谷子20
kg/hm2,在小麦扬花期撒播,鲜草产量可达36138kg/hm2,较单播箭筈豌豆、毛苕子、谷子分别增产34.6%、
1.9%、156.3%;鲜根量可达3534kg/hm2,较单播箭筈豌豆、毛苕子、谷子分别增加81.4%、67.2%、28.9%。混播区
较单播区土壤有机质含量增加0.148~0.43g/kg,全氮增加-0.04~0.11g/kg,碱解氮增加2.1mg/kg,速效磷增加
1mg/kg,全磷基本保持平衡,土壤容重减轻0.01~0.02g/cm3,土壤孔隙度提高0.33%~0.66%。
关键词:豆科;禾本科;混播;鲜草产量;改土
中图分类号:S55   文献标识码:A
  近年来,许多学者对人工草地的多年生豆科、禾
本科饲草混播技术进行了深入的研究[1~6],但研究
主要集中在多年生饲草和草原、草田轮作区,对农区
一年生绿肥饲草采用豆科禾本科进行混播的研究报
道相对较少。本研究通过2006~2008年定位研究
农区豆科绿肥与禾本科绿肥混播的生产力及土壤肥
力变化,探讨混播绿肥饲草作物的增产、改土效果,
以期为农区绿肥饲草生产与利用技术提供科学依
据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验设于甘肃省武威市凉州区永昌镇白云村
(北纬38°37′~38°43′、东经102°40′~102°43′),海
拔1504m。土壤为灰钙土,前茬为春小麦,播前土壤
理化性质为:有机质15.54g/kg、全氮1.16g/kg、碱
解氮 61mg/kg、全磷 1.44g/kg、速效磷 (P)4.5
mg/kg、速效钾(K2O)156mg/kg,pH值8.4。
1.2 试验设计
试验于2006~2008年定位进行。采用四因素
单形重心设计,随机排列,重复3次。小区面积
20m2,选用箭筈豌豆(Vicia sativa L.)、毛苕子(Vi-
cia cracca L.)、草木樨(Melilotus officinalis L.)、
谷子(Setaria italica L.)四种一年生绿肥作物不同
配比进行混播试验(表1)。各种绿肥作物每年在6
月20日至7月5日小麦浇麦黄水时套播于麦田中。
供试绿肥常规播量设计为箭筈豌豆225kg/hm2、毛
苕子90kg/hm2、草木樨45kg/hm2、谷子60kg/hm2。
主作物小麦播量375kg/hm2。小麦播种时施农家肥
60000kg/hm2、N 肥 187.5kg/hm2、P2O590kg/hm2。
绿肥在小麦收割后,追施N肥30kg/hm2,其他管理
同绿肥高产田。
1.3 测定项目和方法
1.3.1 鲜草产量及根量
于2006~2008年9月下旬按小区刈割鲜草并称
重测定鲜草产量。在小区取3个50cm×50cm×30cm
的样方掘根,摘出所有的根并测定鲜根量。
1.3.2 土壤有机质及养分含量
在田间试验实施前和2006~2008每年的9月下
旬鲜草刈割后,每小区随机取5点,剔除石砾和植物残
根等杂物,用混合法采集(0~20cm)根层土带回实验
室,风干后过0.25mm筛备用。有机质含量采用油浴
-重铬酸钾外加热法测定,土壤全氮用半微量凯氏法
测定,碱解氮采用碱解扩散法测定,土壤全磷和速效磷
采用碳酸氢钠-钼锑抗比色法测定,速效钾采用乙酸
铵提取-火焰光度法测定,pH用酸度计法测定。
—34—
第34卷 第1期          中 国 草 地 学 报          2012年1月
  Vol.34 No.1          Chinese Journal of Grassland          Jan.2012  
表1 试验设计方案
Table 1 Experimental design
处理
Treatments
绿肥混播用种量(kg/hm2)
Quantity of seeds for mixed sowing(kg/hm2)
箭筈豌豆
Vicia
sativa L
毛苕子
Vicia
cracca L.
草木樨
Melilotus
officinalis L.
谷子
Setaria
italica L.
1  225.0  0  0  0
2  0  90  0  0
3  0  0  45  0
4  0  0  0  60.0
5  112.5  45  0  0
6  112.5  0  22.5  0
7  112.5  0  0  30.0
8  0  45  22.5  0
9  0  45  0  30.0
10  0  0  22.5  30.0
11  75.0  30  15.0  0
12  75.0  30  0  20.0
13  75.0  0  15.0  20.0
14  30  15.0  20.0
1.3.3 土壤物理性状
在田间试验实施前和2006~2008每年的9月下
旬鲜草刈割后,每小区随机取3点,用环刀法分别在
土壤剖面0~10cm、10~20cm采集土样,分别用自封
袋密封带回实验室测定土壤含水量(采用烘干法测
定)、容重(采用环刀法测定)。土壤容重=(W1-W0)
×(1-W%)/V,式中 W0 为环刀的重量(g);W1 为环
刀与自然结构的总重量(g);W%为以新鲜样为基础
的土壤含水量;V为环刀的容积(100cm2)。土壤孔隙
度(%)=(1-容重/比重)×100。
1.4 数据统计分析
数据统计和处理均采用Excel和DPS软件进
行,不同处理间采用LSD法进行差异显著性检验。
2 结果与分析
2.1 绿肥混播对绿肥鲜草产量的影响
试验结果表明,在减少单播豆科绿肥常规播种
量的基础上,另加其他豆科或禾本科(谷子)进行混
播较单播豆科绿肥鲜草产量增加30%~42.9%,根
量增加20%~40%。其中,以豆科作物箭筈豌豆
75kg/hm2、毛苕子30kg/hm2 与禾本科作物谷子
20kg/hm2 混播鲜草产量最高,可达36138kg/hm2,
较单播箭筈豌豆、毛苕子、谷子分别增产34.6%、
1.9%、156.3%;其鲜根量可达3534kg/hm2,较单
播箭筈豌豆、毛苕子、谷子分别增加81.4%、67.2%、
28.9%。采用草木樨22.5kg/hm2、谷子30kg/hm2 进
行混播,鲜根量可达9934kg/hm2 以上,可为土壤增加
大量有机物质(表2)。
表2 不同混播方式对绿肥鲜草产量及根量的影响
Table 2 Influence of mixed sowing on fresh grass yield and biomass of roots of forage legumes
处理
Treatments
鲜草产量(kg/hm2)
Fresh grass yield(kg/hm2)
鲜根量(kg/hm2)
Biomass of root(kg/hm2)
2006年 2007年 2008年 平均 Mean  2006年 2007年 2008年 平均 Mean
1  34067CD  19500DEF  26978CD  26848CD  3840H 804G 1200FG  1948C
2  38601AB  30500AB  37320AB  35474AB  2741I 1361G 2240E 2114C
3  16866DH  14801EF  11636F 14434F 11040A 10001B 9921A 10321A
4  17733GH  10700F 13860F 14098F 5400FG  1301G 1521EFG  2741C
5  41067A 34500A 39525A 38364A 5003G 1520FG  2040EF  2854C
6  22601FG  18000DEF  15855F 18819EF  6720D 10320B  7481B 8174AB
7  26271EF  19800DEF  20418DF  22163DE  5400FG  1395G 1001FG  2599C
8  30066DE  27800AB  29517CD  29128BCD  5001G 2520EF  1601DFG  3041C
9  36800BC  31700AB  37700AB  35400AB  3279HI  920G 1200FG  1800C
10  14801H 13398EF  13860F 14020F 11001A 12321A 6480C 9934A
11  30867DE  32700AB  30057CD  31208ABC  6161DE  3200E 3461D 4274BC
12  37467BC  35700A 35247ABC  36138AB  5801EF  3200E 1601DFG  3534C
13  19001GH  22000CDE  15285F 18762EF  8561C 4881D  1680EFG  5041BC
14  27467EF  32300AB  29487CD  29751BC  10200B 6281C 840G 5774BC
  注:F0.01=2.96
—44—
中国草地学报 2012年 第34卷 第1期
2.2 绿肥混播对培肥改土的作用
2.2.1 对改善土壤物理性状的影响
禾本科饲草的根系细而密,混播情况下根量增
加且主要分布在表土层,可促进土壤团粒结构的形
成,改善耕层土壤中的通透性。试验结果表明,混播
区0~10cm耕层土壤容重较播种前有所降低,其中
以箭筈豌豆75kg/hm2、毛苕子30kg/hm2、草木樨
15kg/hm2 混播处理降低最多,降到1.29g/cm3,降
低了0.06g/cm3。混播区土壤孔隙度由播种前的
49.04%提高到49.73%~51.38%,提高了0.33%
~1.98%。单播 区 土 壤 容 重 降 到 1.30~1.32
g/cm3,降低了0.03~0.05g/cm3;土壤总孔隙度提
高到50.39%~51.05%,提高0.99%~1.65%。混
播区与单播区比较,土壤容重减轻0.01~0.02
g/cm3,同时土壤的三相比较单播区更加协调和改
善(表3)。
表3 豆科、禾本科绿肥混播对土壤物理性状的影响(2006~2008年平均值)
Table 3 Influence of mixed planting of gramineous and leguminous forages on
soil physical properties(Mean values of 2006~2008)
处理
Treatments
土壤容重(g/cm3)
Bulk density(g/cm3)
土壤孔隙度(%)
Soil porosity(%)
土壤三相比(%)
Soil three phases

Solid-phase

Gas-phase

Liquid-phase
土壤孔隙比
Soil void ratio
1  1.32  50.39  49.50  35.91  14.59  1.02
2  1.32  50.39  49.61  36.58  13.65  1.02
3  1.32  50.39  49.50  35.62  14.88  1.02
4  1.30  51.05  49.28  34.92  16.13  1.04
5  1.34  49.73  50.16  35.55  14.29  1.00
6  1.33  50.06  49.94  36.36  13.70  1.00
7  1.32  50.39  49.50  35.56  14.94  1.02
8  1.32  50.39  49.50  37.25  13.25  1.02
9  1.30  51.05  49.06  35.46  15.48  1.04
10  1.33  51.38  49.83  36.38  13.79  1.01
11  1.29  51.05  49.06  36.88  14.06  1.04
12  1.30  51.05  48.51  36.63  14.86  1.07
13  1.30  51.05  48.95  36.93  14.12  1.04
14  1.31  50.72  49.28  37.6  13.12  1.03
2.2.2 对土壤有机质含量的影响
由于混播绿肥根系数量多,加上禾本科含纤维
素多、碳氮比值大,因而土壤有机质积累比单播豆科
绿肥多。混播区除箭筈豌豆112.5kg/hm2、谷子
30kg/hm2 混播与箭筈豌豆 75kg/hm2、毛 苕 子
30kg/hm2、草木樨15kg/hm2 混播土壤有机质分别
降低0.59g/kg、0.06g/kg外,其余混播区的土壤有
机质较播前增加0.04~1.42g/kg。其中,箭筈豌豆
112.5kg/hm2 与毛苕子45kg/hm2 混播土壤有机质
增加最多,由播种前的15.54g/kg增加到16.96g/kg,
增加了1.42g/kg;次之,箭筈豌豆75kg/hm2、草木
樨15kg/hm2、谷子20kg/hm2 混播的土壤有机质为
16.32g/kg,增加了0.78g/kg。单播区除草木樨处
理为16.11g/kg,增加了0.57g/kg外,箭筈豌豆、毛
苕子、谷子单播区土壤有机质分别降低了0.06g/kg、
0.74g/kg、0.39g/kg。混播区较单播区土壤有机质
增加了0.148~0.43g/kg(表4)。
2.2.3 对土壤速效养分含量的影响
混播情况下,由于豆、禾共存引起的生理和根际营
养上的相辅相成作用有利于豆科绿肥主要根向更深土
体伸展,从而更有效地汇集土壤中的营养元素。混播
区的土壤养分比单播区有不同程度的增加,全氮混播
区为0.92~1.10g/kg,较单播区的0.96~0.99g/kg增
加-0.04~0.11g/kg;全磷混播区为1.28~1.43g/kg,
单播区为1.28~1.45g/kg,基本平衡;碱解氮混播区为
59.5~70.0mg/kg,较单播区57.4~67.9mg/kg增加
2.1mg/kg;速效磷混播区为4.5~6.0mg/kg,较单播区
3.5~5.0mg/kg增加1.0mg/kg(表4)。
—54—
包兴国 杨文玉 曹卫东 王 婷 刘兴春   豆科与禾本科绿肥饲草作物混播增肥及改土效果研究
表4 豆科、禾本科绿肥混播对土壤有机质及养分的影响(2008年)
Table 4 Influence of mixed planting of gramineous and leguminous forages on soil
organic matters and nutrient properties(2008)
处理
Treatments
有机质(g/kg)
Organic
matters
(g/kg)
全氮(g/kg)
Total N
(g/kg)
全磷(g/kg)
Total P
(g/kg)
碱解氮(mg/kg)
Available N
(mg/kg)
速效磷P(mg/kg)
Available P
(mg/kg)
速效钾(mg/kg)
Available K
(mg/kg)
pH值
1  15.48  0.99  1.45  60.2  5.0  150  8.6
2  14.84  0.99  1.28  67.9  4.0  125  8.6
3  16.11  0.96  1.35  61.6  3.5  155  8.5
4  15.05  0.96  1.28  57.4  4.0  135  8.6
5  16.95  1.00  1.43  60.9  6.0  140  8.6
6  15.48  0.92  1.40  63.0  4.0  135  8.6
7  14.95  1.04  1.28  62.3  4.0  135  8.4
8  15.58  1.07  1.37  70.0  4.0  150  8.5
9  15.58  0.97  1.35  67.2  5  155  8.6
10  15.58  1.02  1.43  59.5  5  145  8.4
11  15.48  1.11  1.43  60.9  6  145  8.6
12  15.79  0.99  1.42  59.5  5  145  8.6
13  16.32  1.03  1.37  60.2  4.5  140  8.6
14  15.58  1.00  1.40  61.6  5  160  8.4
3 小结
3.1 豆科与禾本科绿肥混播可充分发挥品种间的
优势,是增加绿肥鲜草、根系生物量、活化和聚积土
壤养分、积累土壤有机质、改善土壤物理性状的有效
措施。豆科与禾本科绿肥混播可较单播鲜草产量增
加30%~42.9%,根量增加20%~40%,土壤有机
质增加 0.148~0.43g/kg,全氮增加 -0.04~
0.11g/kg,碱解氮增加 2.1mg/kg,速效磷增加
1mg/kg,土壤容重减轻0.01~0.02g/cm3,土壤孔
隙度提高0.33%~0.66%。
3.2 以箭筈豌豆、毛苕子、谷子混播为最佳混播方
式,其用种量为箭筈豌豆 75.0kg/hm2、毛苕子
30kg/hm2、谷子20kg/hm2,在小麦扬花期撒播,鲜
草产量可达36138kg/hm2;或采用毛苕子、谷子混
播,其用种量为毛苕子45kg/hm2、谷子30kg/hm2,
产鲜草亦可达35400kg/hm2。采用草木樨22.5
kg/hm2、谷 子 30kg/hm2 进 行 混 播,鲜 根 量 达
9934kg/hm2,可为土壤增加大量有机物质,培肥土
壤效果相当明显。
3.3 采用豆科与禾本科绿肥混播的目的是为了获
得量多、质好的鲜草。因此,从混播技术上要求豆科
与禾本科绿肥之间个体与群体生长协调一致,这需
要确定合适的种子比例、混播方法、施用肥料等。
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Soil Fertility Improvement by Mixed Planting of
Leguminous and Gramineous Green Manure Crops
BAO Xing-guo1,YANG Wen-yu1,CAO Wei-dong2,WANG Ting1,LIU Xing-chun3
(1.Soil and Fertilizer and Water-saving Institute,Gansu Academy of Agricultural Sciences,
Lanzhou730070,China;2.Institute of Agricultural Resources and Regional Planning,
Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing100081,China;3.Yongchang Town
Agricultural Technology Extension Station of Liangzhou,Wuwei 733017,China)
Abstract:The effects of mixed planting of leguminous and gramineous green manure crops on fresh bi-
omass and soil properties were investigated with a four-factor simple center mixture design.The mixture of
vetch,hairy vetch and milet,with seeding rate 75.0kg/hm2,30kg/hm2 and 20kg/hm2 respectively,was
one of the most productive patterns.After sowed in mixture during wheat flowering time,fresh biomass of
al three crops yielded over 36138kg/hm2,which was 34.6%,1.9%and 156.3% more than those of mono-
culture of vetch,hairy vetch and milet separately.The residues of roots in the mixture was 3534kg/hm2,
which was 81.4%,67.2%and 28.9% more than those of corresponding monocultured vetch,hairy vetch
and milet,respectively.The soil fertility of the mixture was improved,compared with three monoculture
cropping.Soil organic matter,total N,available N,available P in the mixture were increased by 0.148~
0.43g/kg,-0.44~0.11g/kg,2.1mg/kg and 1mg/kg,respectively,and bulk density was decreased by
0.01~0.02g/cm3,and soil porosity was increased by 0.33%~0.66%,compared with corresponding
monocultured cropping.The results indicated that technique of leguminous and gramineous mixed sowing
increases fresh forage biomass and root residues,and improves soil fertility and physical properties.
Key words:Leguminosae;Gramineae;Mixed sowing;Fresh grass yield;Soil enrichment
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包兴国 杨文玉 曹卫东 王 婷 刘兴春   豆科与禾本科绿肥饲草作物混播增肥及改土效果研究