冬季覆盖作物对水稻生长及稻田土壤养分状况的影响

摘要 为了筛选冬季适宜湖北地区稻田种植的覆盖作物，在湖北武汉开展了大田试验，研究了不同冬季覆盖作物对水稻产量、养分及土壤养分含量的影响。结果表明，冬季覆盖作物可以促进水稻增产6.95%～12.91%，冬季种植绿肥比油菜秸秆还田在一定程度上更利于提高水稻产量。冬季覆盖作物主要影响水稻的每穗粒数，可提高水稻的干物质量12.15%～18.22%，氮素积累量增加3.44%～13.66%，钾素积累量增加3.17%～11.12%，秸秆还田对于提高水稻钾素积累量效果明显。冬季覆盖作物可以增加水稻收获期根际土壤脲酶、磷酸酶和转化酶的活性，使水稻收获后土壤的碱解氮、有效磷和速效钾含量分别增加3.42%～7.92%、2.81%～21.77%和2.05%～8.55%，种植肥田油菜水稻收获后土壤中碱解氮和有效磷含量最高，秸秆还田土壤中速效钾含量最高。

关键词 冬季覆盖作物；水稻；产量；土壤酶；土壤养分

中图分类号 S145.6  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）17-0156-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.17.036

Effects of Winter Covering Crops on Rice Growth and Soil Nutrient Status in the Paddy Fields

WANG Su-ping1， ZENG Fan-ju2，ZHOU Ren-ping2 et al

（1.Institute of Environment and Security， Wuhan Academy of Agricultural Sciences， Wuhan， Hubei 430070;2.Anlu Agricultural Technology Promotion Center， Anlu， Hubei 432600）

Abstract In order to screen suitable winter covering crops for rice cultivation in Hubei region， field experiments were conducted in Wuhan， Hubei to study the effects of different winter covering crops on rice yield， nutrients， and soil nutrient content. The results showed that winter planting of covered crops could promote rice yield by 6.95%-12.91%， and planting green manure in winter was more conducive to improving rice yield than returning rapeseed straw to the field to a certain extent. Winter covering crops mainly affected the number of grains per panicle of rice， which could improve the dry matter quality of rice by 12.15%-18.22%， increase nitrogen accumulation by 3.44%-13.66%， and potassium accumulation by 3.17%-11.12%. Returning straw to the field had a significant effect on increasing potassium accumulation in rice. Winter covering crops could increase the activity of urease， phosphatase， and invertase in the rhizosphere soil during the rice harvest period， resulting in an increase of 3.42%-7.92%， 2.81%-21.77%， and 2.05%-8.55% in the alkaline hydrolyzed nitrogen， available phosphorus， and available potassium content of the soil after rice harvest. Planting rapeseed and rice in a fertile field had the highest alkaline hydrolyzed nitrogen and available phosphorus content in the soil after rice harvest， while straw returning had the highest available potassium content in the soil.

Key words Winter covering cropr;Rice;Yield;Soil enzyme;Soil nutrient

基金项目 武汉市农业农村局科技专项（HA01）。

作者简介 王素萍（1985—），女，山东德州人，农艺师，硕士，从事蔬菜养分资源管理与现代施肥技术研究。通信作者，高级农艺师，博士，从事养分资源管理与新型肥料研发。

收稿日期 2023-10-27

湖北是我国主要的水稻种植区之一，保持该区域稻田土壤肥力的稳定和持续是水稻高产、稳产的重要基础，冬季覆盖作物是稻田土壤质量可持续发展的重要组成部分［1］。近几年，随着农村产业结构调整，农村剩余劳动力向城市转移，导致大量冬闲田出现［2］。 冬季农田覆盖作物有利于提高土壤质量、土壤养分利用和下季作物产量［3-6］，减少土壤侵蚀和化学径流，且能够抑制杂草生长，能够充分利用稻田冬、春自然资源。另外稻田冬季覆盖作物栽培［7］，可增加冬季稻田绿色作物覆盖量，减少冬季土壤裸露，增加单位面积生物产量和土壤有机碳，抑制硝态氮淋溶，增加碳、氮蓄积，改善农田生态环境，有利于确保粮油作物生产安全［8］。

笔者利用武汉地区目前主要的冬闲田利用模式布置田间试验，探究不同冬季覆盖作物对稻田土壤生态环境、水稻产量及养分吸收量等的影响，旨在促进稻田多元化生物培肥技术的发展，为形成可推广可复制的冬闲田合理利用模式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

在湖北省武汉市黄陂区王家河街布置田间试验，土壤类型为潮土，由江河冲积物发育而成。试验前取耕作层（0～20 cm）土壤，土壤基本理化性状：pH 6.17，有机质17.04 g/kg，碱解氮132.09 mg/kg，有效磷22.12 mg/kg，速效钾142.19 mg/kg，全氮1.31 g/kg，全磷0.55 g/kg，全钾10.21 g/kg。

1.2 试验设计

设空闲田-水稻（K-R）、紫云英-水稻（Z-R）、肥田油菜-水稻（Y-R）、油菜秸秆还田-水稻（J-R）4种轮作模式，绿肥季均不施肥，紫云英品种为余江大叶，油菜品种为华油杂9号。

紫云英和油菜均于2021年11月3日播种，紫云英播种量27 kg/hm2，肥田油菜播种量10 kg/hm2，2022年3月21日紫云英和肥田油菜盛花期作为绿肥还田，秸秆还田油菜在非试验小区种植，在5月2日收获，将收获的油菜秸秆切成5～7 cm长度，均匀铺撒在整个小区中，按照全量6 000 kg/hm2还田，腐熟剂用量为15 kg/hm2，水稻品种为黄华占（Oryza sativa L.），株行距20 cm×27 cm。水稻于2022年5月7日育秧，6月14日移栽，10月16日收获。稻季施氮（N）水平为150 kg/km2，施磷（P2O5）水平为45 kg/km2，施钾（K2O）水平为120 kg/km2。氮肥在6月14日、7月7日和8月7日按基肥、分蘖肥和穗肥以4∶3∶3的比例施入，磷肥和钾肥作为基肥一次性施用。试验小区面积40 m2，3次重复，随机区组排列。小区四周设置保护行，小区间垒土埂并用薄膜覆盖，防止水稻生育期串水串肥。

供试化肥包括尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O5 16%）、氯化钾（含K2O 60%）。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤样品。

水稻收获后，采集每个小区耕层混合土壤样品，测定土壤的理化性质。土壤pH测定采用pH计，土壤有机质测定用重铬酸钾容量法-外加热法，土壤碱解氮测定用碱解扩散法，土壤速效磷测定用0.5 mol/L NaHCO3提取，钼锑抗比色法测定，土壤速效钾测定用NH4OAc浸提-火焰光度法，土壤全氮测定用半微量凯氏法，土壤全磷测定用氢氧化钠碱溶-钼锑抗比色法，土壤全钾测定用氢氧化钠碱溶-火焰光度法［9］。

水稻收获期采集根际土样测定土壤酶含量，过氧化氢酶采用KMnO4滴定法，以1 g土壤消耗的0.002 mol/L KMnO4毫升数表示；脲酶采用苯酚钠比色法，以3 h后100 g土的NH4+-N的毫克数表示；转化酶采用硫代硫酸钠滴定法，以24 h后1 g土中0.1 mol/L硫代硫酸钠毫升数表示；碱性磷酸酶和中性磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法测定，以24 h后1 g土中酚的毫克数表示［10］。

1.3.2 水稻。

水稻产量：收获期各处理采样6株进行考种，调查单位面积有效穗数、每穗粒数、千粒重、结实率，各小区单独采收，记录产量。

水稻养分含量：分别测定水稻籽粒和秸秆中全氮、全磷、全钾含量。采用浓H2SO4-H2O2消化，流动分析仪（德国SEAL-AA3）测定氮、磷含量，火焰光度计（FP640）测定钾含量［9］。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2007和SPSS 17软件进行处理，差异显著性水平（P<0.05）通过最小显著法（LSD）进行检验。

2 结果与分析

2.1 不同冬季覆盖作物对水稻产量构成因素和产量的影响

由表1可知，各处理千粒重无显著差异，但与K-R处理相比，种植绿肥和秸秆还田处理的千粒重均呈不同程度的增加趋势，千粒重增幅为1.02%～3.56%。

各处理的有效穗数为Y-R>Z-R>J-R>K-R。与K-R处理相比，种植绿肥和秸秆还田处理的有效穗数均增加，增幅为2.58%～7.73%，其中Y-R处理的有效穗数最大，为627个/m2，其次为Z-R处理，Z-R、Y-R处理与J-R处理之间差异不显著。

种植绿肥可以显著提高每穗粒数，与K-R处理相比，Y-R、Z-R和J-R处理的水稻每穗粒数分别增加27.0、25.0和2.0粒/穗，增幅为10.04%、9.29%和0.74%，Z-R处理、Y-R处理与J-R处理的每穗粒数无显著差异。

各处理结实率为Y-R>J-R>Z-R>K-R，但各处理结实率无显著差异。

种植绿肥和秸秆还田显著提高了水稻产量，各处理产量为Y-R>Z-R>J-R>K-R，与K-R处理相比，种植紫云英绿肥、种植肥田油菜和油菜秸秆还田处理的产量分别增加895、1 077、580 kg/hm2，增产率分别为10.73%、12.91%和6.95%。Z-R处理和Y-R处理的产量高于J-R处理，但三者之间产量差异不显著。