目前，已知的绿肥种类有3 000多种，其中，主要属豆科、十字花科和禾本科。豆科绿肥紫云英(Astragalus sinicus L.)具有较强的固氮能力，广泛应用[1]，但紫云英单播应对自然灾害能力较差[2]，且紫云英虽含氮多，但磷、钾相对较少，C/N值低，对后作养分供应不均衡[3-4]；同时，紫云英单作翻压会因其较高的氮素供应存在好禾不好谷的弊病[5]，会使水稻生育期延迟，贪青晚熟，还可能会诱发病虫害的暴发[6]。十字花科绿肥如满园花(Ro-phanus sativus L. var. Raphahistroides (Makin))能够活化土壤中的难溶性磷，提高磷肥利用效率；禾本科绿肥如黑麦草(Lolium perenne L.)C/N较高，翻压还田能有效提高土壤有机质含量，但短期内对作物稳产增产效果有限，应用范围较小。如何将不同绿肥作物结合起来发挥最大优势，克服土壤障碍因子，是当前面临的重要课题。

本研究在前人研究的基础上，探讨不同种类绿肥混作翻压还田替代部分基施化学氮肥对双季早、晚稻产量形成特性的影响，以期筛选最为合理的双季稻田绿肥混作方式，为实现稻田高效养分管理、克服土壤障碍因子提供理论依据与技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验设计

于2016-2017年在浏阳市沿溪镇花园村农场开展双季稻大田定位试验，供试材料为中早39(早)和泰优390(晚)；供试土壤为典型红壤土：pH值6.22，全氮1.23 g/kg，全磷0.52 g/kg，全钾16.37 g/kg，有机质19.72 g/kg，碱解氮124.20 mg/kg，速效钾99.03 mg/kg，有效磷10.92 mg/kg。

试验设置4个绿肥混作处理：紫云英单作(As)、紫云英与满园花混作(AR)、紫云英与黑麦草混作(AL)、紫云英与满园花与黑麦草混作(ARL)，以冬闲处理为对照处理(CK)。前4个处理绿肥作物播种量分别为：紫云英37.5 kg/hm2、紫云英22.5 kg/hm2+满园花6 kg/hm2、紫云英22.5 kg/hm2+黑麦草15 kg/hm2、紫云英22.5 kg/hm2+满园花3 kg/hm2+黑麦草7.5 kg/hm2。试验采用随机区组设计，共5个处理，3次重复，小区面积50 m2。10月下旬(前茬晚稻收割前)撒播绿肥种子，早稻移栽前10～15 d翻压，绿肥生长过程只施用过磷酸钙(P2O5 37.5 kg/hm2)。早稻于3月中旬播种，4月20日左右移栽；晚稻于6月中旬播种，7月中旬移栽。移栽方式为抛秧，抛秧密度为37.5万丛/hm2左右。各处理早、晚稻总施氮量均为150 kg/hm2，基肥∶蘖肥∶穗肥=5∶3∶2，N∶P2O5∶K2O为1∶0.5∶0.5，其中，早稻氮肥用量需扣除绿肥氮积累量，磷肥用量需扣除绿肥季已施磷肥量。试验所用氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为氯化钾，磷钾肥作基肥一次施用。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 绿肥产量 绿肥翻压前随机取绿肥鲜草5 m2×1 m2，洗净，烘干，测定干质量(m0，kg)。绿肥干基产量=m0/5×10 000/1 000(t/ hm2)。

1.2.2 绿肥养分积累量 将烘干称质量后，混合均匀，粉碎，再混匀，过0.015 mm筛，H2SO4-H2O2法消煮，转移定容。连续流动分析仪测定全N和全P含量，火焰分光光度计测全K含量。

1.2.3 水稻生长发育特性 每小区定点10穴，每5 d观察记载一次茎蘖数；于分蘖盛期、孕穗期、抽穗期、乳熟期和成熟期，每小区取样3穴，测定水稻叶面积(长宽法)，计算叶面积指数(LAI)；分部位装袋，105 ℃杀青30 min后经80 ℃烘干至恒质量，测定水稻干质量。

1.2.4 水稻叶片叶绿素相对含量 于分蘖盛期、孕穗期、抽穗期、乳熟期和成熟期取样，测定最上面一片全展叶的SPAD值，每小区测定10片叶，取平均值。

1.2.5 产量及产量构成 成熟期每小区调查连续60穴水稻有效穗数，计算单穴有效穗数，然后每小区按平均单穴有效穗数取样5穴，带回实验室考察穗粒数、结实率和千粒质量。各小区随机实收2 m2水稻，分收分晒，按13.5%的含水量折算实际产量。

1.3 数据处理

采用Excel 2010软件进行数据统计分析，采用SPSS 22.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理绿肥(干基)产量与养分累积量

2年数据表明(表1)，各处理中以AS、AR、ARL处理绿肥产量(干基，下同)较高，AL处理产量较AS、ARL低，差异显著，冬闲处理(杂草)产量最低。绿肥氮素含量以AS处理显著较高，较AR、AL、ARL、CK分别高10.0%，18.8%，9.4%，125.4%(2016)和13.0%，11.7%，17.2%，118.3%(2017)；2年平均高11.5%，15.3%，13.3%，121.8%；AR、AL与ARL处理间氮素含量差异不显著；冬闲处理氮素含量显著低于其他处理。冬闲处理杂草磷含量显著高于其他4个处理，且非冬闲处理间差异不显著；5个处理绿肥钾含量无显著差异，以绿肥混作处理稍高。绿肥氮素积累量以AS、AR、ARL处理较高，其中AS处理较AL处理高36.9%(2016年)和29.2%(2017年)，较CK处理高55.12(2016年)，55.01 kg/hm2(2017年)。各绿肥还田处理绿肥替施化肥氮比例，2016年为28.98%～39.68%，2017年为30.55%～39.47%，以AS处理较大，AL处理最低。

注：同列不同字母表示0.05水平显著差异。表2-5同。

Note：Different letter represented significant difference at 0.05 level in the same column. The same as Tab.2-5.

2.2 水稻产量及产量构成

由表2可知，各绿肥还田处理均有较好的增产效果，但不同模式间差异明显。2016年各处理早稻产量(实际产量)呈AS>AR>ARL>AL>CK，其中，AS和AR处理产量显著高于CK处理，其规律与理论产量规律基本一致；各处理间水稻单位面积有效穗数无显著差异，CK处理结实率显著较低。2017年各处理早稻产量(实际产量)呈AR>AS>AL>ARL>CK，其中，AS和AR处理显著高于ARL 和CK处理，其产量差异规律与理论产量类似；具体到产量形成，CK处理单位面积有效穗显著较低，其他绿肥还田处理间无显著差异，AL、ARL处理水稻穗粒数显著低于其他3处理，千粒质量和结实率各处理间无显著差异。

2016年各处理晚稻产量(实际产量)中CK处理水稻显著较低，其他绿肥还田处理间无显著差异，与理论产量规律大致相同；各处理间单位面积有效穗数呈AS>AR>ARL>CK>AL，其中，AS和AR处理显著高于CK和AL处理，且ARL和CK处理显著高于AL处理；各处理穗粒数呈AL>AR>ARL>AS>CK，其中，AL和AR处理显著高于其他3处理，且ARL处理显著高于CK处理；CK处理千粒质量较高，且显著高于AR和AL处理，其他各处理间差异不显著，可见，千粒质量对单位面积有效穗和穗粒数差异有一定的补偿作用；而各处理水稻结实率无显著差异。2017年各处理晚稻产量(实际产量)呈AR>AS>AL>ARL>CK，其中，除AS处理外，AR处理产量显著高于其他3处理，且CK处理显著低于绿肥还田的4个处理；具体到产量形成规律，AL、CK处理单位面积有效穗显著较低，其他绿肥还田处理间无显著差异；各处理水稻穗粒数规律呈CK>AS>AL>ARL>AR，除AS外，CK处理显著高于其他3处理，且ARL和AR处理显著低于其他3处理，其大致与单位面积有效穗数差异规律相反，补偿效应明显；各处理水稻千粒质量无显著差异；各处理间结实率呈AR>ARL>AL=AS>CK，以AR处理显著较高，CK显著较低，另3个处理间差异不大。

总的来看，2016年早、晚稻以AS、AR处理产量较高，两处理早、晚稻分别高于CK处理7.3%和6.0%，8.5%和7.1%；2017年早、晚稻也以AR、AS处理产量较高，两处理早、晚稻分别高于CK处理7.2%和5.5%，5.5%和4.7%。

2.3 水稻产量形成特性

2.3.1 茎蘖动态 2016，2017年定位试验早晚稻茎孽动态结果如图1所示，早、晚稻在移栽返青后，茎蘖数均呈先升后降最后趋于稳定的趋势。早稻，2016，2017年各处理早稻茎蘖数在6月24日左右(齐穗期)均无显著差异，但与2016年不同的是，2017年各处理早稻在6月4日后(孕穗期)茎蘖数迅速下降。晚稻在8月13日(分蘖盛期)前茎蘖数迅速增加，2016年晚稻在最高苗期后，茎蘖数下降缓慢，且各处理间水稻茎蘖数无显著差异，而2017年在最高苗期后，茎蘖数下降较快，且各处理间亦无显著差异。可见，绿肥替代部分化学氮肥基施条件下，对水稻分蘖的发生和无效分蘖的死亡无显著影响。

2.3.2 叶面积动态 如表3所示，2016年早稻各处理中，孕穗期叶面积指数(LAI)以AS和CK处理显著较高，齐穗期各处理差异不显著，乳熟期以AR和AL处理较高；2017年早稻各处理孕穗期LAI以ARL和CK处理较高，齐穗期以CK处理最高，显著高于AS、AR和AL处理，但齐穗之后CK处理LAI下降最快，乳熟期CK处理LAI显著低于各绿肥还田处理，乳熟期LAI最大的处理是AL(2016)和ARL(2017)。

2016年晚稻各处理中，孕穗期ARL处理水稻LAI显著较高，齐穗期以AS和ARL处理较高，乳熟期以AS处理较高，其次是ARL处理，其他处理间无显著差异。2017年晚稻各处理中，孕穗期以AS和AR处理LAI显著较高，齐穗期以AR处理较高，乳熟期为AR处理显著较高，其余各处理间差异不显著。

结合2年数据来看，绿肥还田处理使早稻齐穗期前LAI 减小，但齐穗后较高，说明绿肥替代尿素基施有一定的缓释效果，有利于维持早稻生育后期较大的叶面积；而晚稻各处理间规律在2年间表现并不明显，从维持灌浆期较大叶面积来看，以AS(2016)和AR(2017)处理表现较好。

2.3.3 干物质积累动态 水稻各时期干物质积累量是水稻各时期生物产量的有效表征，也是水稻经济产量的重要生物基础和有效的参考。如表4中2年数据所示，早、晚稻干物质积累量随着生育进程推进呈增长趋势。2016年早稻各处理中，AL处理干物质积累在孕穗-乳熟期均较低；AS、AR处理水稻干物质积累在全生育期均较高；成熟期各绿肥还田处理均显著高于CK，其中AS处理最高。2017年早稻各处理中，孕穗期以AR处理显著较高，齐穗期以AL和CK处理较低，乳熟期各处理无显著差异，成熟期以AR和AS处理较高，另3个处理间无显著差异。晚稻方面，CK处理水稻干物质积累量在2年间均呈现前期较高、后期较低的趋势，说明CK处理水稻具有一定的早发优势。成熟期干物质积累量，2年均以CK处理较低。可见，绿肥还田可明显提高早、晚稻干物质积累量，2016年以AS处理效果最好，2017年以AR处理效果最好。

2.3.4 叶片SPAD值动态 由表5可见，2016-2017年早、晚稻叶片SPAD值从孕穗期到齐穗期是上升趋势，从齐穗期到乳熟期开始下降，整体呈现先上升后下降的趋势，以齐穗期水稻叶片SPAD值最大。2016年早稻各处理间，AR处理孕穗期叶片SPAD值显著较低，其他各处理间差异不显著；齐穗期各处理间无显著差异；乳熟期以AS、AR、ARL处理稍高，AS处理显著高于AL处理，CK处理显著较低。2017年早稻各处理间，孕穗期呈AL、AR

2016年晚稻各处理间，AR、AL处理孕穗期叶片SPAD值显著较高，其他各处理间差异不显著；齐穗期各绿肥处理间无显著差异，CK处理显著较低；乳熟期以CK处理稍低，AR处理显著高于CK处理。2017年晚稻各处理间，孕穗期呈AS>ARL>AL>CK>AR，其中AS与AL、CK、AR间差异显著；齐穗期ARL处理显著较低；乳熟期以ARL、CK 处理显著较低。

总体来看，绿肥还田处理有利于提高早晚稻灌浆期叶片SPAD值，早稻以AS处理效果较好，而晚稻以AR处理效果较好。

3 讨论与结论

3.1 不同混作方式下绿肥养分含量分析

豆科绿肥作物紫云英具有较强的固氮能力，含氮多但磷、钾相对较少，C/N值低，对后作养分种类及释放供应不均衡[3-4]；而十字花科绿肥满园花能够活化土壤中的难溶性磷，提高磷肥利用效率[7-8]；禾本科绿肥如黑麦草C/N较高，翻压还田能有效提高土壤有机质含量[9-10]，但短期内对作物稳产增产效果有限。研究表明，绿肥混作有利于平衡绿肥的营养比例，红花草籽、油菜、满园花混播比红花草籽单播可使P2O5增加32%，K2O增加49%[11]。本研究发现，紫云英单作(AS)绿肥干草含氮量最高，分别较紫云英+满园花混作(AR)、紫云英+黑麦草混作(AL)、紫云英+满园花+黑麦草混作(ARL)高11.5%，15.3%，13.3%(2年均值)；除冬闲处理外，各绿肥干草磷含量无显著差异，而冬闲处理干草生物量太小，对磷素吸收积累总量十分有限；各处理间绿肥干草钾含量无显著差异。可见，单从绿肥生物量和养分积累角度来看，紫云英单作更具优势，且满园花对土壤磷的活化作用未在各处理中得到体现，需进一步对土壤养分含量进行分析，用以判断是否需要调整其混作播种比例。而钾肥更多以活化离子态形式存在于土壤水溶液中，不同绿肥混作对钾离子的吸收积累在还田后基本可保持活化离子态钾总量不变，故各处理间钾含量差异不大，也符合这一规律。

3.2 不同混作方式绿肥替代部分基施化学氮肥对水稻生长发育的影响

绿肥还田配合常规施肥能促进水稻的营养生长和生殖生长，能促进水稻的分蘖速度，增加有效穗和穗粒数，提高水稻的生物产量[12-13]。但绿肥还田与氮肥减量配施，特别是在减量配施基肥尿素条件下，非速效氮素比例过高，理论上来讲，对促进水稻生育前期壮苗早发是不利的。然而研究表明，与常规施肥相比，绿肥(紫云英)还田配合减量施肥(包括NPK)总体上对分蘖发生和全生育期的叶片SPAD值影响不大，但能显著提高水稻生育后期的成穗数[14]。本研究中，不同混作绿肥替代部分基施化学氮肥处理与常规施氮处理在水稻茎蘖动态上无显著差异，但有利于提高水稻灌浆期叶面积指数、叶片SPAD值与干物质积累量，进而提高有效穗数和结实率，这可能与绿肥中有机氮释放较为缓慢，同时提高了土壤的有机质含量和改善了土壤团粒结构有关，此方面的影响机制有待进一步研究。

3.3 不同混作方式绿肥替代部分基施化学氮肥对水稻产量的影响

土壤养分含量是实现水稻高产的营养基础，在绿肥替代部分基施化学氮肥条件下，若能保持水稻不减产甚至增产，对减少化肥使用和提高土壤地力意义重大。黄晶等[15]通过长期定位试验证明了绿肥紫云英替代尿素施肥的可行性，结果表明，紫云英翻压后，减少化学氮肥用量20%～40%，不会降低稻谷和稻草产量；另有研究发现，与冬闲模式相比，紫云英还田模式水稻最高产量提高10.27%，而最高产量对应施肥量降低了30.34%[16]。本研究发现，不同混作绿肥替代部分基施化学氮肥条件下，当年水稻即有较好的增产效果，且早、晚稻均以紫云英还田效果最好，其增产幅度分别为7.3%和8.5%。可见，紫云英还田替代部分化学氮肥是可行性。从绿肥替代化肥氮的比例来看，本研究中，2016年各绿肥还田处理为28.98%～39.68%，2017年为30.55%～39.47%，其中，以紫云英单作处理处理较大，紫云英+黑麦草混作处理最低。可见，绿肥替代化肥氮的比例可达40%，且仍能使水稻增产，此结果与黄晶等[15]、诸海焘等[17]的研究结果一致。

有研究指出，不同地力水平下，优化绿肥混作方式和比例，可以最大限度均衡土壤养分，调节土壤养分结构[4，18]。但短期内绿肥混作还田配合减量施氮模式较紫云英单作配合减量施氮模式，使水稻产量提高的研究还鲜有报道。为探讨在氮肥等量减施条件下较优的绿肥混作模式，本研究设计了紫云英单作、紫云英与满园花混作、紫云英与黑麦草混作、紫云英与满园花与黑麦草混作等4种绿肥混作模式，通过连续2年定位试验比较研究了不同模式对水稻产量形成的影响，发现2016年试验中早、晚稻产量均以紫云英还田处理产量最高，其次是紫云英+满园花处理，而2017年试验中早、晚稻产量均以紫云英和满园花混作处理的增产效果最好，其次是紫云英还田处理。从2年的试验结果来看，氮肥等量减施条件下，紫云英还田、紫云英和满园花混作还田对水稻均有较好的增产效果；同时，还能看到一种趋势，即长期的紫云英和十字花科作物混作还田对水稻的效果比紫云英单作还田更好，其原因可能与十字花科作物的C/N较合理、磷钾供应能力较强有关[19-20]。但是，本试验只开展了2年，还需要长期定位试验来验证。同时，本试验中其他的绿肥混作模式(紫云英与黑麦草混作、紫云英与满园花与黑麦草混作)的长期效果也有待验证。

紫云英单作处理绿肥干基产量、氮素含量和氮素总积累量均较高，其中，干草含氮量较紫云英+满园花、紫云英+黑麦草、紫云英+满园花+黑麦草混作和冬闲处理高11.5%，18.0%，13.3%，121.8%(2年均值)；各处理干草磷、钾含量无显著差异。各绿肥还田处理绿肥替代化肥氮比例，2年均以紫云英单作处理较大，接近40%，紫云英+黑麦草处理最低，在30%左右。

各绿肥还田处理绿肥替代化肥氮比例，2016年在28.98%～39.68%，2017年在30.55%～39.47%，以紫云英单作处理较大，紫云英+黑麦草处理最低。

各绿肥替代部分基施化肥处理均有较好的增产效果，但不同模式间差异明显，2016年早、晚稻均以紫云英单作处理增产效果最好，其次是紫云英+满园花处理；2017年早、晚稻均以紫云英+满园花处理增产效果最好，其次是紫云英单作处理。

绿肥替代部分基施化肥对水稻分蘖动态无显著影响，有利于提高水稻灌浆期叶面积指数、叶片SPAD值与干物质积累量，进而提高有效穗数和结实率；各处理在年际间有一定差异，但一般以紫云英单作和紫云英+满园花处理表现较好。

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Impact of Substitution of Green Manure under Different Mixed Cropping Modes to Chemical N Fertilizer on Yield Formation Characters of Double Cropping Rice

LIU Sichao，TANG Lizhong，LI Chao，YANG Jing，SHI Quan， CHEN Pingping，TU Naimei，YI Zhenxie，ZHOU Wenxin

(College of Agronomy，Hunan Agricultural University， South Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops in China，Changsha 410128，China)

Abstract：To probe the optimal green manure mixed cropping modes under condition of chemical fertilizer reduction，the effects of Different green manure mixed cropping modes(Astragalus smicus monoculture，AS； Astragalus smicus+ Ro-phanus sativus L. mixed cultivation，AR； Astragalus smicus+Lolium perenne L.，AL； Astragalus smicus+ Ro-phanus sativus L.+ Lolium perenne L. mixed cultivation，ARL； Winter fallow，CK)and nitrogen reduction application on yield formation characters of early and late rice were studied with Zhongzao 39 and Taiyou 390 as early and late rice materials，respectively. The results showed that：the substitution proportion of green manure to chemical nitrogen in treatments of green manure return to field was 28.98%-39.68% in 2016 and 30.55%-39.47% in 2017 respectively，which in AS treatment was bigger and which in AL treatment was the lowest. The substitution of green manure to basal chemical nitrogen had not clear affect on tillering dynamics，while all treatments of green manure return to field had the better yield-increasing effect，and the difference among Different treatments was observed. In 2016，the yield increasing effect of AS treatment on early and late rice was the best (increased by 7.3% and 8.5%，respectively)，and the next was AR treatment (increased by 6.0% and 7.1%，respectively)，while in 2017 the yield increasing effect of AR treatment on early and late rice was the best(increased by 7.2% and 5.5%，respectively)，and the next was AS treatment(increased by 5.5% and 4.7%，respectively).The substitution of green manure to basal chemical nitrogen was advantageous to heighten the leaf area index and leaf SPAD value at filling stage and dry matter accumulation，and then improve the effective panicles and seed setting rate，while the effect was Different among Different treatments，and AS and AR treatment performed well in common.So，the substitution of green manure to basal chemical nitrogen fertilizer was advantageous to heighten yield of double cropping rice，and astragalus smicus monoculture and astragalus smicus+ Ro-phanus sativus L. mixed cultivation performed well.

Key words:Green manure； Nitrogen fertilizer reduction； Double cropping rice；Yield formation

收稿日期：2018-05-19

基金项目：国家重点研发计划“粮食丰产增效科技创新”重点专项(2017YFD0301500；2018YFD0301005)；农业部行业计划项目(201503123-05)

作者简介：刘思超(1991-)，男，湖南桂阳人，在读硕士，主要从事作物生理生态与高效栽培技术研究。

通讯作者：

易镇邪(1975-)，男，湖南冷水江人，教授，博士，博士生导师，主要从事作物高产生理与资源高效利用研究。

周文新(1967-)，男，湖南沅江人，研究员，博士，硕士生导师，主要从事作物高产生理与资源高效利用研究。

中图分类号：S143.1

文献标识码：A

文章编号：1000-7091(2018)05-0218-08

doi:10.7668/hbnxb.2018.05.030