在水稻生产中，农户倾向于增施化肥尤其是氮肥以获得高产，然而长期过量施肥可能会造成养分流失，降低肥料利用率，还会引发环境污染[1-2]。绿肥作为优质有机肥料，是改良这一现状的重要途径。绿肥主要包括紫云英、苜蓿、苕子、肥田萝卜等。紫云英是南方冬闲稻区主要的豆科绿肥作物，属一年或越年生半匍匐草本植物，含氮、磷、钾、有机质以及微量元素等，其通过根瘤菌可固定空气中的氮，并活化土壤中的磷、钾。研究表明，紫云英还田可以替代部分化肥，以培肥地力、增加作物产量，从而降低生产成本和减少农业面源污染[3-4]。基于此，本研究设置绿肥还田与无绿肥还田2种条件下的水稻肥料利用率田间试验，探讨绿肥还田对水稻生长和肥料利用率的影响，以期为紫云英绿肥的推广应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验田基本情况
试验于2023—2024年在湖南省龙山县红岩溪镇比沙社区（29°20′ N，109°35′ E）进行。该地属亚热带季风湿润气候区，年平均降水量1 357.1 mm，年平均气温在15.4～16.6 ℃，年平均日照时数1 273 h，4—6月的暴雨和8—10月的干旱是主要灾害性天气。试验田位于丘陵下部，海拔458 m，土种为河砂泥田，土质为黏壤土，肥力中等，前茬作物为水稻，2023年秋季撒播紫云英种子。
1.2 试验材料
供试水稻品种为旌优312（国审稻20206010），氮肥为尿素（N 46%），磷肥为钙镁磷肥（P2O5 16%），钾肥为氯化钾（K2O 60%），均购于当地农资市场；紫云英品种为安紫3号，购于安徽皖紫生态农业科技有限公司。
1.3 试验设计
试验设2个大区，分别为绿肥（紫云英，MV）还田区与无绿肥还田区，每个大区设4个处理，分别为无氮（PK）、无磷（NK）、无钾（NP）、氮磷钾（NPK），每个处理3次重复，共24个小区。小区面积20 m2（10 m×2 m），随机区组排列，小区间筑高50 cm、宽30 cm的田埂，并用塑料薄膜覆盖，防止串水、串肥。氮、磷、钾肥施用量（纯量）分别为180、90、135 kg/hm2。其中，50%氮肥和60%钾肥作基肥，磷肥全部作基肥；30%氮肥作分蘖肥；20%氮肥和40%钾肥作穗肥；种植紫云英不施肥。除施肥外，各小区田间管理措施相同。各处理施肥量详见表1。
表1 不同处理施肥量 (kg/hm2) |
| 处理 | 施肥情况 | N | P2O5 | K2O |
|---|---|---|---|---|
| MV+PK | 紫云英还田+磷钾肥 | 0 | 90 | 135 |
| MV+NK | 紫云英还田+氮钾肥 | 180 | 0 | 135 |
| MV+NP | 紫云英还田+氮磷肥 | 180 | 90 | 0 |
| MV+NPK | 紫云英还田+氮磷钾 | 180 | 90 | 135 |
| PK | 仅施磷钾肥 | 0 | 90 | 135 |
| NK | 仅施氮钾肥 | 180 | 0 | 135 |
| NP | 仅施氮磷肥 | 180 | 90 | 0 |
| NPK | 氮磷钾 | 180 | 90 | 135 |
紫云英于2023年11月中旬播种，播种量为30 kg/hm2，2024年4月翻压还田，将无绿肥还田区生长的紫云英刈割移至绿肥还田区，并平铺均匀。水稻于4月初育苗，5月中旬施底肥并移栽（双本），稻苗栽插行距为30 cm，株距均为18 cm，5月底追施分蘖肥，7月下旬追施穗肥，9月上旬收获测产。
1.4 测定指标与方法
1.4.1 农艺性状
在水稻成熟期，每小区按对角线五点取样法选取5株大小一致、具有代表性的稻株。选取每株水稻的最高稻枝，用直尺测量其基茎直径、剑叶长度、剑叶宽度和稻穗长度，取平均值计为水稻的株高、基茎粗、剑叶长、剑叶宽和穗长。
1.4.2 干物质量
于收获前1～2 d在每个小区中，避开田边，按“S”形采样法选取5个样点，每个样点选择1～2株典型样株从茎基部剪断，将茎叶和穗分开，放入不同网袋并注明标签。风干后，称量记录茎叶、穗的风干重；然后脱粒，记录籽粒风干重。各取茎叶、籽粒200 g左右的样品，称重、烘干，计算风干样的含水量，并粉碎、保存，用于氮、磷、钾养分含量的测定。其中，秸秆干物质量即茎叶的风干重，籽粒干物质量即籽粒风干重。
1.4.3 产量及产量构成因素
水稻收获时每个小区单打、单收、单计产。按对角线五点取样法，采集5株大小一致、具有代表性的稻株，测定水稻产量指标。首先，对每株水稻的有效穗数（实粒数超过5颗的稻穗）进行计数，取平均值；然后将采集的稻穗进行脱粒，晒干后，人工数出实粒数和瘪粒数，再从实粒数中数出1 000颗稻谷进行称重，即为千粒重。于水稻分蘖末期观察水稻最高分蘖数，结合考种时测定的有效穗数，计算成穗率。如式（1 ）～（4 ）。
每穗粒数=（实粒数+瘪粒数）/有效穗数
结实率（%）=实粒数/（实粒数+瘪粒数）×100
总颖花量=有效穗数×每穗粒数
成穗率（%）=有效穗数/最高分蘖数×100
1.4.4 肥料利用率
参考NY/T 2017—2011《植物中氮、磷、钾的测定》，分别利用凯氏定氮法、钼锑抗比色法和火焰光度法测定茎叶和籽粒中的全氮、全磷和全钾含量。氮、磷、钾肥的农学利用率、偏生产力和吸收利用率计算公式相同。以氮肥为例，计算如式（5 ）～（7 ）。
氮肥农学利用率（kg/kg）=（氮磷钾区水稻产量－不施氮区水稻产量）/氮磷钾区施氮量
氮肥偏生产力=氮磷钾区水稻产量/氮磷钾区施氮量
氮素吸收利用率（%）=[（氮磷钾区籽粒产量×籽粒氮素养分含量+氮磷钾区茎叶产量×茎叶氮素养分含量）－（不施氮区籽粒产量×籽粒氮素养分含量+不施氮区茎叶产量×茎叶氮素养分含量）]/施氮量×100
1.5 数据处理
采用WPS软件进行数据整理和表格制作；利用DPS v15.10软件进行统计学分析，采用最小显著性差异法（LSD）进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 对水稻农艺性状的影响
由表2可知，各处理间水稻的穗长、剑叶长、剑叶宽差异无统计学意义（P>0.05）；除NP处理的水稻株高、剑叶宽高于MV+NP处理外，其余绿肥还田处理的水稻株高、穗长、基茎粗、剑叶长、剑叶宽在相同施肥条件下，均高于无绿肥还田处理，差异无统计学意义（P>0.05）；其中，MV+NPK处理的水稻株高、穗长、基茎粗、剑叶长、剑叶宽分别较NPK处理提高2.24%、2.16%、10.53%、0.31%、3.41%。说明绿肥还田在一定程度上促进了水稻生长发育。
表2 不同绿肥还田与施肥处理下水稻成熟期农艺性状 单位：cm |
| 处理 | 株高 | 穗长 | 基茎粗 | 剑叶长 | 剑叶宽 |
|---|---|---|---|---|---|
| MV+PK | 111.9 b | 22.9 a | 0.82 b | 59.9 a | 1.72 a |
| MV+NK | 115.7 ab | 23.9 a | 0.93 a | 64.8 a | 1.83 a |
| MV+NP | 111.7 b | 24.8 a | 0.92 a | 65.1 a | 1.71 a |
| MV+NPK | 118.9 a | 23.6 a | 1.05 a | 64.4 a | 1.82 a |
| PK | 110.0 b | 22.8 a | 0.78 b | 58.1 a | 1.70 a |
| NK | 115.2 ab | 23.7 a | 0.86 ab | 60.5 a | 1.66 a |
| NP | 113.5 ab | 24.3 a | 0.85 ab | 61.5 a | 1.73 a |
| NPK | 116.3 a | 23.1 a | 0.95 a | 64.2 a | 1.76 a |
|
2.2 对水稻干物质量的影响
由表3可知，除NK处理的水稻成熟期秸秆干物质量高于MV+NK处理外，在相同施肥条件下，绿肥还田处理的水稻成熟期秸秆干物质量、籽粒干物质量及地上部干物质量均高于无绿肥还田处理，差异无统计学意义（P>0.05）。与NPK处理相比，MV+NPK处理的秸秆、籽粒及地上部干物质量分别增加4.23%、3.81%、4.03%，而MV+PK、MV+NK、MV+NP处理均有不同程度的下降。说明绿肥还田一定程度上可促进水稻干物质积累，但若缺少氮、磷、钾三素的任意一种，即使绿肥还田，其对干物质积累的提升效应也无法弥补缺素造成的不利影响。
表3 不同绿肥还田与施肥处理下水稻干物质量 |
| 处理 | 秸秆干物质量/（t/hm2） | 比例/% | 籽粒干物质量/（t/hm2） | 比例/% | 地上部干物质量/（t/hm2） |
|---|---|---|---|---|---|
| MV+PK | 7.13 b | 55.79 | 5.65 b | 44.21 | 12.78 b |
| MV+NK | 7.22 b | 50.92 | 6.96 ab | 49.08 | 14.18 ab |
| MV+NP | 7.37 b | 51.97 | 6.81 ab | 48.03 | 14.18 ab |
| MV+NPK | 8.37 a | 50.60 | 8.17 a | 49.40 | 16.54 a |
| PK | 7.09 b | 56.72 | 5.41 b | 43.28 | 12.50 b |
| NK | 7.35 b | 52.43 | 6.67 ab | 47.57 | 14.02 ab |
| NP | 7.18 b | 51.65 | 6.72 ab | 48.35 | 13.90 ab |
| NPK | 8.03 a | 50.50 | 7.87 a | 49.50 | 15.90 a |
2.3 对水稻产量及其构成因素的影响
相同施肥条件下，绿肥还田可提高水稻产量，MV+PK、MV+NK、MV+NP、MV+NPK处理的水稻产量分别较PK、NK、NP、NPK处理提高2.75%、1.41%、5.12%、7.69%；其中以MV+NPK处理水稻产量最高，明显高于除NPK外的其他处理（P<0.05），但MV+PK、MV+NK、MV+NP处理水稻产量均低于NPK处理，说明绿肥还田只能替代部分化肥作用。各处理间的千粒重和结实率差异无统计学意义（P>0.05）。在相同施肥条件下，绿肥还田处理的每穗粒数、总颖花量均高于无绿肥还田处理；而MV+PK、MV+NK、MV+NP处理的有效穗数则分别低于PK、NK、NP处理。除MV+NP处理水稻成穗率略低于NP处理，相同施肥条件下，绿肥还田处理水稻成穗率均高于无绿肥还田处理，且MV+NK处理明显高于NK处理（P<0.05）（表4）。说明绿肥还田对水稻产量提升具有一定的促进作用。
表4 不同绿肥还田与施肥处理下水稻产量及其构成因素 |
| 处理 | 有效穗数/（×104穗/hm2） | 每穗粒数/粒 | 总颖花量/（×108个/hm2） | 千粒重/g | 结实率/% | 产量/（t/hm2） | 成穗率/% |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MV+PK | 231.1 c | 115.5 ab | 2.67 b | 23.18 a | 81.3 a | 5.60 bc | 84.2 ab |
| MV+NK | 275.6 ab | 130.0 ab | 3.58 ab | 23.09 a | 80.6 a | 7.19 b | 87.7 a |
| MV+NP | 286.7 ab | 118.2 b | 3.39 ab | 22.85 a | 80.1 a | 6.77 b | 81.5 b |
| MV+NPK | 337.0 a | 143.0 a | 4.81 a | 22.69 a | 81.2 a | 8.26 a | 89.7 a |
| PK | 240.7 b | 99.2 c | 2.39 b | 22.65 a | 82.3 a | 5.45 c | 76.7 b |
| NK | 277.8 ab | 120.2 ab | 3.34 ab | 23.15 a | 83.6 a | 7.09 b | 81.0 b |
| NP | 292.2 ab | 110.9 b | 3.24 ab | 22.39 a | 80.5 a | 6.44 b | 82.3 b |
| NPK | 314.8 a | 137.3 ab | 4.32 a | 22.59 a | 81.6 a | 7.67 ab | 86.2 ab |
2.4 绿肥还田对水稻肥料利用率的影响
由表5可知，与NPK处理相比，MV+NPK处理的氮、磷、钾肥的农学利用率分别提高2.5、5.5、1.9 kg/kg，偏生产力分别提高3.3、6.6、4.4 kg/kg；氮肥和钾肥的吸收利用率分别提高3.4和2.6个百分点。说明绿肥还田可提高肥料利用率。
表5 不同绿肥还田与施肥处理下水稻肥料利用率 |
| 处理 | 农学利用率/（kg/kg） | 偏生产力/（kg/kg） | 吸收利用率/% | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 氮肥 | 磷肥 | 钾肥 | 氮肥 | 磷肥 | 钾肥 | 氮肥 | 磷肥 | 钾肥 | |
| MV+NPK | 14.8 | 11.9 | 11.0 | 45.9 | 91.8 | 61.2 | 39.6 | 21.1 | 50.2 |
| NPK | 12.3 | 6.4 | 9.1 | 42.6 | 85.2 | 56.8 | 36.2 | 22.9 | 47.6 |
3 结论与讨论
紫云英还田是一种重要的化肥减量增效技术。王慧等[5]研究表明，在水稻冬闲期间种植紫云英可以通过固氮作用提高土壤氮库，进而减少后茬作物对氮肥的投入。紫云英翻压还田，可为农田提供大量的有机物料，不仅可替代部分化肥，降低化肥用量，提高资源利用效率，还可改善土壤结构，提高土壤肥力，有利于水稻生长及产量提升[6-7]。本研究中，在相同施肥条件下，绿肥还田处理下水稻个体特征与水稻群体特征均优于无绿肥还田处理；同时，绿肥还田处理下，水稻每穗粒数、总颖花量和产量均高于无绿肥还田处理。但与氮磷钾全量施用相比，缺氮、缺磷或缺钾处理，即使在绿肥还田前提下，水稻的生长特征也表现较差，且产量降低。这表明绿肥还田只能替代部分化肥，因此，在实际生产中要注意绿肥还田与化肥的合理配施。李燕青[8]研究发现，绿肥翻压还田可提高肥料贡献率和农学利用率；高嵩涓等[9]研究发现，紫云英还田与化肥减量配施较常规施肥，氮肥利用率明显提高。本研究发现，与无绿肥还田处理相比，绿肥还田处理可提高水稻的肥料利用率，表明绿肥还田促进了水稻对氮、磷、钾等营养元素的吸收利用。
综上，本研究通过水稻肥料利用率田间试验，探究了绿肥还田对水稻产量和肥料利用率的影响。结果表明，冬季水稻闲田种植紫云英，并于次年翻压还田，有助于促进水稻生长，提高水稻产量与肥料利用率，具有一定的推广潜力。