稻茬种植多花黑麦草对水稻土土壤肥力的影响

乔伟艳+顾洪如+沈益新

摘要：为了探索多花黑麦草（Lolium multiflorum）—水稻（Oryza sativa）轮作技术在南方农区的应用，对多花黑麦草—水稻轮作种植下土壤肥力的变化进行了研究，研究结果表明：2年轮作种植周期完成后，多花黑麦草—水稻轮作中土壤有机质含量分别增加了 5.31%和9.81%、全氮含量分别增加了 4.83%和7.5%、全磷含量分别增加 1385%和18.94%，全钾含量分别增加16.96%和21.3%。在南方农区水稻水稻收获后种植多花黑麦草不仅能为农区养殖业提供大量饲草，还能改善土壤肥力，增加土壤养分，为后作水稻生长发育提供良好的土壤条件。

关键词：多花黑麦草；水稻；土壤肥力

中图分类号： S158；S511.06 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2017）18-0060-04

收稿日期：2016-05-04

基金项目：国家牧草产业技术体系项目（编号：CARS-35-31）；國家科技支撑计划（编号：2011BAD17B02-04）。

作者简介：乔伟艳（1989—），女，硕士，研究方向为饲草调制与加工。E-mail：284202728@qq.com。

通信作者：顾洪如，研究员，研究方向为牧草与草食动物。E-mail：guhongrujs@163.com。 土壤是一个复杂的生命体，不同作物的耕作方式对土壤生态环境影响不同，土壤物理性状和矿质元素、水分的吸收受作物根系的影响不同。轮作种植是一种既能够充分利用农田土地，还能消除一定的农田连作障碍的耕作技术。在我国南方，轮作主要是在水稻为基础上结合其他作物的耕作方式，主要类型包括水稻—小麦、水稻—油菜、水稻—绿肥等，不同的轮作模式对水稻土的微生态环境都有不同程度的影响。在稻草轮作种植下，土壤的物理化学性状不同作物2季轮作下相互作用相互影响存在明显差异[1-3]，并且系统中土壤的干湿2季交替作用能够一定程度上抑制杂草的孳生[4]，减少作物病虫害的发生[5]。

南方农区冬闲田的闲置是目前我国亟待解决的问题。目前，多花黑麦草—水稻轮作的这种水旱轮作方式在我国广东、云南等地方已有了一定的应用，这种轮作种植方式既能够为草食家畜提供饲料，还能改善稻田土壤状况，并且已经被研究出适宜当地土壤条件的种植方式，本试验通过在江苏地区研究多花黑麦草—水稻轮作种植技术下土壤肥力的变化，以期为这种水旱轮作技术能解决我国南方农区冬闲田问题提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验土壤 试验于2014年和2015年在南京江苏省农业科学院畜牧研究所试验基地温室内（32°03′N、118°46′E）进行。试验基地位于长江中下游地区，土壤类型为丘陵马肝土，初始土壤理化性质：pH值6.37，容重1.31 g/cm3，有机质、腐殖酸、全磷、全氮、全钾含量分别为22.6、2.60、1.32、145、5.95 g/kg。该地区属于亚热带季风气候，温室棚内年平均气温为21.6 ℃，试验期间2年内月平均气温见图1，试验土壤前茬作物为水稻。

1.1.2 试验材料 多花黑麦草品种为劲杰，播种量为 1.5 g/m2，小麦品种为扬麦，播种量为4.0～6.0 g/m2，水稻品种为南粳9108，播种量为4.5～6.0 g/m2，播种后覆土2 mm。

1.1.3 试验设计 试验采用单因素随机区组设计，设多花黑麦草—水稻轮作种植和小麦—水稻轮作种植处理区以及冬闲—水稻连作种植作为对照区，试验分别于2013年12月30日和2014年12月10日在中转箱中覆土进行播种多花黑麦草和小麦，点播，采取随机区组设计。播前对前茬为水稻的田进行翻耕、耙细整平后，称取相同质量的冬闲稻田土壤放入中转箱，每箱中土壤30 kg。每个处理设置3个重复，每个中转箱的面积为 42 cm×32 cm，每个处理设3个重复，在多花黑麦草和小麦收获后，种植水稻，点播，直至水稻收获，完成轮作种植试验。在同一生境条件下，做好田间管理工作。

1.2 试验方法

1.2.1 测定项目 试验于2013年12月26日和2014年12月15日播种前即初始时期进行第1次土壤样品的采集，分别于2014年5月6日和2015年5月19日，多花黑麦草和小麦收获后（即黑麦草收获期）进行第2次采样，于2014年10月22日和2015年11月3日，对水稻进行收获后（即水稻收获期），此时进行第3次土样的采集，取样后将样品进行风干处理，用于土壤肥力的测定。

1.2.2 测定方法 土壤容重测定采用环刀法；土壤pH值的测定采用电位测定法，根据南方土壤的特性，水土比采用 2.5 ∶ 1 进行pH值的检测[6]。土壤腐殖酸采用焦磷酸钠-氢氧化钠浸提液提取腐殖质，测定采用重铬酸钾氧化外加热法[7]；土样有机质采用重铬酸钾容量法测定，利用可控温消解炉加热样品反应液进行土壤有机质测定，设置消解炉温度230 ℃，反应液微沸5 min，结束后溶液无需转移，直接滴定[8]。采用凯氏定氮法测定土壤中全氮含量[7]；采用NaOH熔融-火焰光度计法测定土壤全钾含量[7]；全磷的测定方法采用HClO4-H2SO4消煮法来分解土壤中的含磷化合物[7]。

1.3 数据分析

利用Microsoft Excel 2013进行基础数据的处理，采用SAS 9.1统计软件进行方差分析，分别对同一处理不同取样时间和不同处理同一取样时间进行单因素方差分析，并用SATA模块中的ANOVA程序对年份、处理、取样时间及其互作进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理下土壤物理性状及pH值的变化

试验期间不同处理下土壤容重、田间持水量以及土壤pH值的差异变化见表1。

2年试验中，多花黑麦草—水稻与小麦—水稻处理区轮作种植完成后，土壤的田间持水量较冬闲—水稻对照区均有增加，在多花黑麦草—水稻轮作周期结束后，其增加幅度要低于小麦—水稻轮作，并且在其不同取样时期，土壤田间持水量的变化均表现为上升趋势，而冬闲—水稻对照区田间持水量则呈先升后降趋势。多花黑麦草收获后，不同处理之间田间持水量增加情况表现为：小麦—水稻处理区>冬闲—水稻对照区>多花黑麦草—水稻处理区；水稻收获后，处理间土壤田间持水量差异表现为：小麦—水稻处理区>多花黑麦草—水稻处理区>冬闲—水稻对照区。土壤田间持水量在同一处理不同取样时期差异显著（P<0.05），同一取样时间不同处理之间差异极显著（P0.05）。endprint

作物根系对土壤容重的影响表现为通过根系的作用，使土壤的孔隙度增大，紧实度降低，从而使容重下降。试验中，土壤初始时的容重均为1.31 g/cm3。2年试验中，土壤容重在多花黑麦草—水稻和小麦—水稻处理区中容重均表现为先下降后上升趋势，对照区则表现为缓慢下降趋势，多花黑麦草—水稻处理区、小麦—水稻处理区和冬闲—水稻对照区的土壤容重在第一年多花黑麦草收获后，较初始时水稻冬闲田容重分别下降了2.29%、3.05%和4.58%（P<0.05），下降的原因可能由田间管理措施和作物根系引起的；水稻收获后，其土壤容重在轮作处理区上升，对照区则继续下降，较初始时的土壤容重，多花黑麦草—水稻和小麦—水稻处理区分别增加了5.34%和15.27%，小麦—水稻处理区土壤容重迅速增加（P005）。

不同处理下土壤pH值的变化有显著的作用。不同取样时期，多花黑麦草—水稻和小麦—水稻处理区的土壤pH值分别呈现出先降后升和缓慢上升的相反趋势。与初始时土壤pH值相比，2年试验中土壤pH值，在多花黑麦草收获后，多花黑麦草—水稻处理区分别下降至6.05和6.13，下降幅度为5.03%和7.68%，在小麦—水稻处理区分别上升了2.20%和1.85%，水稻收获后，处理区均开始上升，且土壤pH值之间存在极显著差异（P<0.01）；而冬闲—水稻对照区中，不同取样时期的土壤pH值在第1年中呈现缓慢上升和第2年缓慢下降的相反趋势，水稻收获后，土壤pH值在第1年上升了12.24%，第2年则下降了2.07%。方差分析表明，年份、取样时期及不同处理对土壤pH值互作效应明显（P<0.05）。综合以上分析表明，不同的种植模式对土壤物理性状差异不明显，对土壤pH值有较大影响，综合来看，轮作模式对土壤的影响高于连作模式。

2.2 不同处理下土壤养分及土壤有机质、腐殖酸的变化

不同处理对土壤养分、有机质及腐殖酸的影响变化如表2所示。

通过测定不同种植模式下土壤养分含量的变化可以看出，处理区中土壤全氮、全磷和全钾含量均高于对照区，其变化情况表现为多花黑麦草—水稻处理区>小麦—水稻处理区>冬闲—水稻对照区。各模式完成1个种植周期后，不同时期的土壤全氮含量在多花黑麦草—水稻处理区中表现为先增加后减少；在小麦—水稻处理区和冬闲—水稻对照区中则为先减少后增加（P<0.01）。不同时期土壤的全磷含量在多花黑麦草—水稻处理区中呈上升趋势；在小麦—水稻处理区中表现为下降趋势；在冬闲对照区中则为先降后升趋势（P<0.001）。不同时期土壤全钾含量在多花黑麦草—水稻处理区中表现为上升趋势；在小麦—水稻处理区和冬闲—水稻对照区表现为先升后降趋势，但是在水稻收获后其含量依然高于初始时期的土壤（P<0.01）。易杰祥等在研究中指出，土壤酸化能引起土壤环境盐基离子淋失的不良影响，淹水条件下的土壤对碳酸盐有较大的缓冲能力导致土壤pH值都倾向于向中性移动，因此多花黑麦草种植下土壤中养分元素含量变化明显[9]。以上分析表明，不同种植模式下土壤养分含量的变化明显（P<0.01），与小麦—水稻种植模式和冬闲—水稻种植模式相比，多花黑麦草—水稻种植模式对农田土壤养分含量的影响更明显。

不同模式种植完成后，土壤腐殖酸含量在多花黑麦草—水稻处理区中增加，在小麦—水稻处理区和冬闲—水稻对照区中减少（P<0.001）。多花黑麦草收获和小麦后，多花黑麦草—水稻处理区中土壤腐殖酸含量在2年期间分别增加了13.76%和28.65%；小麦—水稻处理区中分别下降了1846%和3.49%；冬闲—水稻对照区则在第一年下降了20%，第2年增加了5.1%（P<0.05）；水稻收获后，多花黑麦草—水稻处理区中土壤腐殖酸含量降低，小麦—水稻处理区和冬闲—水稻对照区土壤腐殖酸含量则继续下降（P<001）。

种植周期试验完成后，多花黑麦草—水稻处理区中，不同时期的土壤有机质含量呈先升后降趋势，小麦—水稻处理区和冬闲—水稻对照区在第一年均呈下降趋势， 第二年表现为上升趋势（P<0.01）。多花黑麦草和小麦收获后，多花黑麦草—水稻处理区土壤有机质含量在2年试验中分别增加了8.5%、14.01%，到水稻收获后，土壤有机质含量缓慢下降（P<0.001）；小麦—水稻处理区中土壤有机质含量缓慢下降，至水稻收获后下降了6.86%（P<0.01），在第2年试验期间其有机质含量差异不明显。综合表明，不同的种植模式下，多花黑麦草—水稻处理区中腐殖酸和有机质含量变化明显，可能是由于其土壤中活跃的原生动物和微生物的分解代谢作用影响。

3 讨论

目前，在我国南方农区，不同作物与水稻的轮作是缓解土壤生态环境压力的一种重要的耕作技术，这种种植技术能够显著改变农田土壤的物理、化學以及土壤肥力性状。研究发现，稻田年内水旱轮作能使土壤有机质、全N、全P含量增加，并可以明显增加速效N、P、K养分的含量[11-12]；并且稻草轮作下土壤的理化性状的变化显著，不仅可以降低土壤的抗压强度，还能够增加土壤孔隙度、促进土粒的聚合[13]。王子芳等在稻田长期水旱轮作对土壤肥力的影响研究中发现，轮作有利于土壤水稳团聚体的形成，其中

多花黑麦草的根系发达，具有极强的须根，在土壤的表层10 cm左右，其数量就可以达到597～ 1 148 g/m2[15]，甚至能够将根际周围的土壤全部覆盖，根系作用非常明显。土壤pH值和腐殖酸含量的变化是由作物的根系作用和作物残茬在土壤中的分解作用来增加土壤中有机质和腐殖质，并通过有机物质分解产生的有机酸和腐殖质分解的腐殖酸含量变化来影响土壤pH值[10]。在本试验中可以明显发现，多花黑麦草和小麦种植后均能降低土壤的pH值，增加土壤腐殖酸含量，但是多花黑麦草种植区中土壤pH值明显低于小麦种植区，这可能与多花黑麦草的根系作用有关。

本试验研究中，发现种植试验周期完成后，轮作种植对土壤的物理性状影响明显，由于作物根系的不同，影响程度不同，但均能适当增加土壤孔隙度，即容重值略有下降。本试验中，多花黑麦草—水稻处理区和小麦—水稻处理区中土壤有机质和土壤养分含量较冬闲—水稻对照区均有所上升，但多花黑麦草—水稻处理区中增幅较高，这是由于多花黑麦草—水稻处理区土壤中多花黑麦草的残茬腐烂分解和土壤微生物的代谢作用，从而使土壤中有机质、全磷、全钾含量在水稻收获后明显增加[16-17]。冬闲—水稻对照区和小麦—水稻处理区中土壤全氮含量在水稻收获后均有上升，但在多花黑麦草-水稻处理区中则下降，其原因可能是由于微生物氮比植物残体中的氮周转率快，通过微生物生物量库的氮素，其年通量比其他库的通量要大得多[18]导致。综合分析表明，多花黑麦草—水稻处理下土壤肥力的变化情况明显。endprint

4 结论

不同的耕作方式可显著改变土壤物理、化学性质[19-21]，使土壤异质性降低，水分及C、N、P等营养元素的含量、使土壤结构等发生改变。经过研究在稻茬冬闲田土壤不同耕作模式种植下土壤物理化学性状的变化，发现轮作种植下土壤状况良好，并能提高土壤的肥力，更有利于改善土壤的生态环境。通过在稻田茬后分别进行多花黑麦草—水稻轮作和小麦—水稻轮作的种植试验，发现多花黑麦草庞大的根系能够改善土壤的物理结构，使土壤的通透性增加，且多花黑麦草收获后，收获后留在土壤中的残茬腐烂分解对土壤的pH值有明显的影响，还能增加土壤中有机质、氮、磷、钾等养分的含量，从而提高土壤的肥力。综合对土壤肥力变化的分析表明，在我南方农区实施多花黑麦草—水稻轮作技术，不仅能够增加草食家畜的绿肥饲料，还能显著改善水稻连作带来的危害，增加土壤肥力，为后作水稻的种植提供良好的土壤条件。

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