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绿肥科研 | 长期种植绿肥替代部分化肥提高双季稻系统作物产量和土壤质量

 昵称37581541 2022-09-27 发表于江苏

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文章信息

原名Long-term green manuring to substitute partial chemical fertilizer simultaneously improving crop productivity and soil quality in a double-rice cropping system

译名:长期种植绿肥替代部分化肥提高双季稻系统作物产量和土壤质量

期刊European Journal of Agronomy


研究背景

同步提高作物产量、产量稳定性和土壤质量是发展可持续农业的关键。南方双季稻区,集约化种植导致农业对化肥依赖性大,长期高量化肥投入易造成土壤质量下降。冬种绿肥紫云英可充分利用南方双季稻区冬闲季的光温资源,截获环境养分,翻压利用能够替代部分化肥。然而在双季稻区紫云英替代氮钾肥的适宜比例以及其翻压利用对产量稳定性和土壤质量的长期效应尚不明确。本研究通过连续监测(13年)紫云英替代氮钾肥的水稻产量响应和土壤质量变化,探讨紫云英对氮钾肥的最佳替代比例,评估长期紫云英翻压利用替代部分氮钾肥对土壤综合质量和水稻产量稳定性的影响。


研究方法

采用田间定位试验(2008-2020),连续监测不施肥(CK),常规施肥(F100),紫云英配施100%、80%、60%和40%化学氮钾肥条件下(MV+F100、MV+F80、MV+F60和MV+F40)双季稻的产量和土壤养分变化。通过不同土壤养分指标构建最小数据集(MDS),采用权重分析方法计算土壤质量指数(SQI)。利用相对重要性模型对各土壤养分指标对产量的贡献度大小进行排序。研究长期紫云英替代部分氮钾肥条件下双季稻产量稳定性指数(SYI)和SQI的变化。

表 1 土壤质量指标主成分分析结果及各土壤质量指标的权重

Soil parameters

PC1

PC2

Communaliy

Total Weight

pH

-0.16

0.84

0.730

0.101

SOM

0.76

-0.13

0.598

0.158

TN

0.81

-0.09

0.662

0.177

AN

0.51

0.42

0.437

0.190

AP

0.86

-0.20

0.785

0.172

AK

0.49

0.53

0.520

0.203

Proportion Explained

0.4184

0.2037




主要结果

1. 在长期利用紫云英(MV)替代不同比例氮钾肥的条件下,早稻和晚稻产量表现出明显差异。与常规施肥(F100)相比,MV配施100%和80%的氮钾肥时早稻产量分别显著增加15.6%和11.3%,产量稳定性指数(SYI)分别增加3.6%和4.2%;晚稻产量增幅分别为9.3%和6.3%,SYI增幅分别为2.9%和7.2%。MV配施60%的氮钾肥,早稻产量与F100处理相比差异不显著,而晚稻产量和SYI呈降低趋势。与F100处理相比,紫云英替代早稻季氮钾肥超过40%,晚稻季超过20%时水稻产量均呈降低趋势。

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图1 紫云英配施不同比例氮钾肥对双季稻产量的影响

2. 紫云英配施不同比例的氮钾肥均显著提高了土壤有机质(SOM)、全氮(TN)和速效磷(AP)含量。与F100处理相比,紫云英配施100%、80%和60%氮钾肥条件下,早稻季土壤SOM含量分别平均增加了2.1%、3.5%和3.7%,晚稻季土壤SOM含量分别增加了3.8%、3.9%和4.2%。类似地,与F100处理相比,MV配施100%、80%和60%氮钾肥条件下,早稻季土壤AP含量分别增加了21.3%、16.7%和22.6%,晚稻季土壤AP含量分别增加了10.2%、18.2%和10.4%。相对重要性排序结果显示,土壤AP含量对早晚稻产量的贡献最大。

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图2 紫云英配施不同比例氮钾肥对土壤速效养分含量的影响

3. 长期种植利用紫云英可提高土壤质量指数(SQI)。与F100处理相比,MV配施100%、80%和60%氮钾肥的条件下,早稻季土壤SQI值分别提高了12.4%、9.4%和10.3%;晚稻季土壤SQI值分别提高了13.1%、12.8%和9.6%。与F100处理相比,紫云英替代早稻和晚稻季氮钾肥的比例超过40%时,SQI值呈降低趋势。早晚稻产量和SYI均随着SQI值增加而线性增加。而产量变异系数(CVy)则随SQI值的增加而降低。

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图3 土壤质量指数SQI的变化及其与产量稳定性间的关系


结论

长期利用紫云英替代早稻季0-40%的氮钾肥和晚稻季0-20%的氮钾肥可同步提高双季稻产量、产量稳定性和土壤质量指数。紫云英替代早稻季和晚稻季氮钾肥的比例分别超过40%20%时,土壤质量指数呈降低趋势。土壤有机质含量随紫云英替代氮钾肥的比例增加而显著增加。各土壤养分指标中,土壤速效磷含量对产量的相对贡献最大,且在种植利用紫云英条件下存在磷肥减施的空间。土壤质量指数可以反映双季稻产量和产量稳定性的变化趋势。

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湖南省农业科学院土壤肥料研究所张江林博士为论文第一作者,廖育林研究员与鲁艳红研究员为共同通讯作者。研究得到国家重点研发计划(2021YFD1700200)、国家绿肥产业技术体系(CARS-22)及国家自然科学基金联合基金(U19A2046)等资金项目的支持。

【引文方式】Zhang JL., Nie J., Cao WD., Gao YJ., Lu YH and Liao YL. 2023. Long-term green manuring to substitute partial chemical fertilizer simultaneously improving crop productivity and soil quality in a double-rice cropping system. European Journal of Agronomy. 142: 126641.

【原文链接】/10.1016/j.eja.2022.126641

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