陈晓芬，张路平，秦文婧，陈静蕊，徐样庚，刘明，李忠佩，徐昌旭，刘佳*

（1.江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所，国家红壤改良工程技术研究中心，江西 南昌330200；2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，耕地培育技术国家工程实验室，北京100081；3.鹰潭市余江区植保植检站，江西 鹰潭335200；4.中国科学院南京土壤研究所，江苏 南京210008）

红壤广泛分布于我国南方16 省（区），总面积约218 万km2，耕地面积占全国耕地总面积的36%，其中红壤旱地约占该地区耕地面积的40%［1-2］。红壤区气候温暖，雨量丰沛，生物类型多样，自然条件十分优越，是我国重要的粮油生产基地［2］。然而，强烈的风化淋溶以及长期以来不合理的土地利用和粗放管理，使红壤自然肥力低下、养分贫瘠化加剧［3-4］。红壤旱地土壤养分退化程度尤为严重，旱地作物如花生（Arachis hypogaea）［5］、玉米（Zea mays）［6］的平均产量远低于北方地区，大大限制了红壤区生产力的提高及可持续发展。充分利用红壤区良好的水、热条件，重建红壤旱地养分库，提高土壤肥力已成为保障红壤区农业可持续发展的迫切需求。

诸多研究表明，种植利用绿肥作物在培肥养地、提高后茬作物产量品质、替代化肥、保持水土、净化环境等方面效果显著［7-10］。当前，我国南方红壤区存在较大面积的冬闲旱地，具有种植利用冬绿肥的时空潜力。在红壤旱地上发展冬绿肥，既可以增加南方季节性休闲期耕地的植被覆盖度、减少长期地表裸露造成的养分淋失和径流损失，又可以通过植物吸收、光合作用、生物固氮等增加土壤系统的养分输入，从而有效提升红壤旱地肥力水平［11］。播种量是决定绿肥作物产量及其肥效发挥的关键因素之一［12-13］。绿肥作物若播种量太少会导致其生物量不足，达不到绿肥还田“以小肥换大肥”的目的；若播种量太多，不仅会造成种子浪费，还会因植株群体过大而抑制自身生长［14］。一些研究指出，实际生产中采用的经验播种量往往与经科学研究确定的适宜播种量存在较大偏差［13］。因此，有针对性地探明绿肥品种的适宜播种量是合理利用绿肥作物的重要前提。

我国绿肥种质资源丰富，实践和研究表明，鼠茅草（Vulpia myuros，禾本科）、毛叶苕子（Vicia villosa，豆科）、冬油菜（Brassica napus，十字花科）和肥田萝卜（Raphanus sativus，十字花科）均可在红壤旱地上作为冬绿肥进行种植且具有广泛适应性［15-17］。鼠茅草具有须根系的特点，有利于改良土壤结构，还可以提高易受侵蚀土壤的稳定性［18］。毛叶苕子根上具有大量根瘤，固氮能力强，是优质绿肥作物［16］。冬油菜能够活化释放土壤中难溶性营养元素，特别是难溶态磷，从而提高土壤中养分的生物有效性；肥田萝卜也具有较强的活化土壤中磷和钾的能力［19-20］。然而，上述绿肥作物在红壤旱地上种植时的适宜播种量目前尚不明确，亟须探明。因此，本研究在红壤旱地上开展鼠茅草、毛叶苕子、冬油菜和肥田萝卜的小区试验，设置不同播种量处理，研究播种量对不同品种绿肥鲜、干物质量，大、中量养分元素含量及积累量的影响，以期确定上述冬绿肥品种在红壤旱地上的适宜播种量，从而为绿肥作物推广利用、红壤旱地科学培肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本研究在江西省农业科学院赣东北红壤综合试验区进行，该试验区位于江西省抚州市东乡区（116°35′11″E，28°10′59″N），属中亚热带湿润气候，年均温18.0 °C，年均降水量2180.6 mm，降水集中于每年的3-6月。供试土壤为第四纪红黏土发育的红壤，每年种植一季花生，花生4月中下旬播种，8月下旬收获。试验前（前茬花生收获后）耕层土壤pH 为5.50，有机质15.41 g·kg-1，全氮1.14 g·kg-1，碱解氮102.90 mg·kg-1，速效磷69.17 mg·kg-1，速效钾288.60 mg·kg-1，交换性钙2484 mg·kg-1，交换性镁244.80 mg·kg-1。

1.2 试验设计

供试绿肥为一年生鼠茅草、毛叶苕子、冬油菜和肥田萝卜，其中鼠茅草为禾本科丛生绿肥，毛叶苕子为豆科蔓生绿肥，冬油菜和肥田萝卜为十字花科直立型绿肥。鼠茅草购自北京嘉禾源硕生态科技有限公司；毛叶苕子品种为土库曼毛苕，由甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所提供；冬油菜品种为中双11，由中国农业科学院油料作物研究所提供；肥田萝卜品种为赣肥萝1 号，由江西省红壤研究所提供。参考当前生产推荐播种量［18，21-23］，考虑到红壤旱地肥力水平较低，同时也为方便操作，试验统一设5 个播种量处理，分别为15、30、45、60 和75 kg·hm-2。每个处理3 次重复，随机区组排列，小区面积9 m2（3 m×3 m）。播种前开沟、整地，施尿素（含N 46%）、钙镁磷肥（含P2O512%）和氯化钾（含K2O 60%）作为基肥，每个小区N、P2O5和K2O 用量均为45 kg·hm-2。绿肥种子于2018年10月17日播种，播种方式为条播，行距为30 cm。2019年4月5日收获绿肥（大约花生种植前1～2周），收获时鼠茅草处于营养生长旺盛期，毛叶苕子处于盛花期，冬油菜和肥田萝卜处于盛花末期。

1.3 测定内容与方法

收获各小区全部绿肥地上部分，称取鲜样质量。每个小区取鲜草样1 kg 运回实验室，置于105 °C 烘箱中杀青30 min，而后80 °C 下烘干。烘干样品经粉碎混匀后，采用重铬酸钾氧化-外加热法测定植株全碳（C）含量；凯氏定氮法测定全氮（N）含量；钒钼黄比色法测定全磷（P）含量；火焰光度法测定全钾（K）含量；植株样品经HNO3-HClO4消化后，采用原子吸收分光光度法测定钙（Ca）和镁（Mg）的含量［24］。养分积累量=干物质量×养分含量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2013 软件进行数据整理，PASW 18.0（SPSSinc，Chicago，IL，USA）软件进行方差分析，差异显著性检验用Duncan 法（P＜0.05 置信水平）。运用Origin 9.0 软件进行绘图。本研究所列结果均为3个重复测定结果的平均值±标准偏差。

2 结果与分析

2.1 播种量对4 种冬绿肥生物量的影响

不同播种量对4 种冬绿肥地上部生物量影响显著（图1）。播种量为30 kg·hm-2时，鼠茅草鲜重和干重最高，分别达4673 和1265 kg·hm-2，播种量大于30 kg·hm-2时，鼠茅草生物量降低并有趋于稳定的趋势。鼠茅草的鲜重和干重与播种量均呈极显著的三次函数关系，方程拟合结果显示，在播种量分别为31.0 和32.3 kg·hm-2时，鼠茅草的鲜重和干重分别达到理论最大值。当播种量≤60 kg·hm-2时，毛叶苕子生物量随播种量的增加而增加，最高鲜重和干重分别为61275 和11305 kg·hm-2。冬油菜生物量的变化趋势与毛叶苕子基本一致，播种量为60 kg·hm-2时，其鲜重和干重最高，分别为24288 和5438 kg·hm-2。同样地，肥田萝卜也在播种量为60 kg·hm-2时鲜重和干重达到最高，分别为103100 和14972 kg·hm-2。毛叶苕子、冬油菜和肥田萝卜的生物量（鲜重和干重）均与播种量呈极显著二次函数关系，即随着播种量的增加，3 种绿肥生物量均呈现出先升高后降低或趋于平稳的趋势。根据各拟合方程计算出毛叶苕子、冬油菜和肥田萝卜达到理论最大鲜重时所对应的播种量分别为59.6、61.4 和63.3 kg·hm-2，达到理论最大干重时所对应的播种量则分别为53.1、58.1 和63.0 kg·hm-2。

图1 不同播种量下4 种冬绿肥地上部生物量Fig.1 Aboveground biomass of the four winter green manures under different seeding rates

2.2 播种量对4 种冬绿肥养分含量的影响

播种量对冬绿肥各养分元素含量的影响不同（表1）。在15 和30 kg·hm-2播种量下，鼠茅草C 含量显著低于播种量为45 和75 kg·hm-2的处理，而N 含量则表现为15 kg·hm-2播种量下最高（38.31 g·kg-1），75 kg·hm-2播种量下最低（32.57 g·kg-1）。随播种量的增加，鼠茅草P、K 和Mg 的含量均呈降低趋势，而Ca 含量却表现出增加趋势。毛叶苕子C 含量总体随播种量增加而增加，Mg 含量则相反。播种量为60 kg·hm-2时，毛叶苕子N 和P 含量最高，分别为48.58 g·kg-1和5.99 g·kg-1，而Ca 含量最高时对应的播种量处理为45 kg·hm-2。对于毛叶苕子的K含量，播种量对其影响不显著。在30 kg·hm-2播种量下，冬油菜C 含量和Ca 含量分别为373.8 g·kg-1和10.79 g·kg-1，均显著高于其他播种量处理。冬油菜N、P 和K 的含量整体上都随播种量的增加而降低。播种量≤45 kg·hm-2时冬油菜Mg 含量较高，平均为2.25 g·kg-1。肥田萝卜C 含量在30 kg·hm-2播种量下最低（341.0 g·kg-1），但其P、K 和Mg 含量在该播种量下均为最高，分别为4.60 g·kg-1、41.36 g·kg-1和2.87 g·kg-1。随播种量的增加，肥田萝卜N 含量呈增加趋势。播种量为15 和45 kg·hm-2时，肥田萝卜的Ca 含量分别达到最低值（12.61 g·kg-1）和最高值（15.47 g·kg-1）。

表1 不同播种量下4 种冬绿肥养分含量Table 1 Nutrient contents of the four winter green manures under different seeding rates

4 种冬绿肥养分元素含量与播种量的相关性分析结果显示，鼠茅草和毛叶苕子的植株C 含量与播种量呈极显著的正相关关系（表2）。鼠茅草和冬油菜的N、P、K 含量均与播种量呈显著或极显著的负相关关系，而肥田萝卜的N 含量却与播种量呈极显著的正相关关系。鼠茅草和肥田萝卜的Ca 含量与播种量呈显著的正相关关系，鼠茅草、毛叶苕子和冬油菜的Mg 含量与播种量则呈极显著的负相关关系。

表2 4 种冬绿肥养分含量与播种量的相关性Table 2 Correlation coefficients between nutrient contents and seeding rates of the four winter green manures

2.3 播种量对4 种冬绿肥养分积累量的影响

由表3可知，不同播种量下绿肥各养分元素的积累量差异显著。鼠茅草的C 积累量在45 kg·hm-2播种量下最高，N、P、K 及Mg 积累量在30 kg·hm-2播种量下最高，而Ca 积累量则在播种量为75 kg·hm-2时最高。毛叶苕子、冬油菜和肥田萝卜各养分元素的积累量随播种量的增加总体呈先升后降的趋势。毛叶苕子大量元素（C、N、P 和K）及Mg 的积累量在60 kg·hm-2播种量下最高，而Ca 积累量最高时的播种量为45 kg·hm-2。播种量为60 kg·hm-2时，冬油菜C、K 和Ca 的积累量最高，其N、P 和Mg 积累量最高时对应的播种量为45 kg·hm-2。肥田萝卜的P 积累量随播种量的增加而增加，其他元素的积累量均在60 kg·hm-2播种量下最高。

表3 不同播种量下4 种冬绿肥养分积累量Table 3 Nutrient accumulation of the four winter green manures under different seeding rates（kg·hm-2）

将供试绿肥各养分元素积累量与播种量的关系进行回归拟合，得出各元素理论上的最高积累量及其对应的播种量（表4）。鼠茅草的播种量为30.7～32.7 kg·hm-2时，其大量元素和Mg 的理论积累量最高，鼠茅草Ca 的积累量与播种量的关系不明显。毛叶苕子、冬油菜和肥田萝卜的播种量分别为50.4～63.4、53.5～58.6 和66.4～80.1 kg·hm-2时，可以获得各绿肥品种大、中量元素的理论最高积累量。

表4 4 种冬绿肥养分积累量与播种量的关系Table 4 Relationship between nutrient accumulation and seeding rates of the four winter green manures

2.4 红壤旱地上4 种冬绿肥适宜播种量范围

综合考虑不同播种量条件下4 种冬绿肥在红壤旱地上的植株鲜重、干重以及大、中量元素的积累量（表5），可确定鼠茅草的最适播种量范围在30.7～32.7 kg·hm-2，毛叶苕子的最适播种量范围在50.4～63.4 kg·hm-2，冬油菜的最适播种量范围在53.5～61.4 kg·hm-2，肥田萝卜的最适播种量范围在63.0～80.1 kg·hm-2。

表5 4 种冬绿肥在红壤旱地上的适宜播种量范围Table 5 Ranges of appropriate seeding rate of the four winter green manures in upland red soil（kg·hm-2）

3 讨论

适宜的播种量是作物高产的物质基础，高生物量（鲜草产量）是种植绿肥作物的重要目标。播种量不同导致群体内小气候因子和土壤微环境发生改变，显著影响作物产量，适宜的种植密度可以构建合理的群体结构，最大限度地利用水、肥、光、热和空间，从而获得较高的产量［25-26］。研究显示，作物生物量随播种量的增加而增加，且一定范围内增产幅度较大，若继续增加播种量则增产幅度减小甚至产量下降［25，27-28］，播种量过大也可直接导致部分作物生物量降低［13］。本研究与前人研究结果一致，随着播种量增加，供试4 种冬绿肥地上部生物量（鲜重和干重）均表现出先升后降或趋于平稳的变化趋势。其中，毛叶苕子、冬油菜和肥田萝卜的生物量都在60 kg·hm-2播种量下最高，而鼠茅草则在播种量为30 kg·hm-2时生物量最高。可见，不同绿肥品种的适宜播种量存在较大差异。

有研究表明，棉花（Gossypiumspp.）单株N、P、K 养分含量随种植密度的增大而减少［29］；也有研究发现，播种量对紫云英（Astragalus sinicus）植株大、中、微量元素含量没有显著影响［25］；本研究中，不同播种量处理间绿肥植株大量和中量元素含量均表现出显著差异。播种量对同一绿肥如鼠茅草的不同养分元素含量的影响不同，这与胡敏等［22］报道播种量对晚播油菜绿肥C、N 影响不显著，但显著影响其K 含量的结果类似。对于同一种养分元素，不同绿肥品种对播种量的响应也不同。以N、P 和K 为例，鼠茅草和冬油菜的N、P、K 元素含量均与播种量呈显著或极显著的负相关关系，而毛叶苕子的N、P、K 含量与播种量的相关性却不明显。特别需要指出的是，本研究发现鼠茅草的C 和Ca 含量、毛叶苕子的C 含量以及肥田萝卜的N 和Ca 含量均与播种量呈显著或极显著的正相关关系，这说明较大的群体结构有利于上述绿肥品种协同吸收C、Ca 或N 等营养元素。绿肥品种能否生物固氮（豆科和非豆科）、根系（直根和须根）和地上部（蔓生、丛生和直立型）形态学性状以及对土壤中养分元素的特异性需求都可能是导致植株体内养分含量对播种量响应差异的重要原因。

绿肥最重要的作用是养分还田，其养分积累量尤为重要。本研究中，随播种量增加，毛叶苕子、冬油菜和肥田萝卜的养分积累量总体呈现先上升后下降的变化趋势，与以往报道结果类似［22，30］。鼠茅草、毛叶苕子、冬油菜和肥田萝卜翻压还田后可为土壤提供的C 量分别为292～429 kg·hm-2、2402～4129 kg·hm-2、324～1966 kg·hm-2和2880～5299 kg·hm-2，对于提高土壤有机质含量具有积极作用。本试验条件下，通过施肥投入的N、P 和K 分别为45.0、19.6 和37.3 kg·hm-2。鼠茅草生物量较低，其N（32.67～44.69 kg·hm-2）和K（27.55～42.60 kg·hm-2）的积累量与化肥投入量相差不大，但P（3.32～5.17 kg·hm-2）积累量远低于肥料投入量，说明在本试验条件下鼠茅草对土壤N、P 和K 的吸收、活化及归还作用有限。毛叶苕子和肥田萝卜生物量高，其积累的N、P 和K 量分别是肥料投入量的8.93 和8.69 倍、2.65 和2.23 倍以及9.91 和11.22 倍（以不同播种量的平均值计算），对于土壤养分补充具有重要意义。播种量高于15 kg·hm-2时，冬油菜N 和K 的积累量明显高于化肥投入量，但P 积累量与投入量相当。本研究中，通过施用钙镁磷肥投入的Ca 和Mg 分别为120.5 和27.0 kg·hm-2，仅肥田萝卜在播种量≥30 kg·hm-2时Ca 积累量高于投入量，Mg 积累量接近投入量。为达到“以小肥换大肥”目的，实际生产中应考虑绿肥生物量并适当减少化肥施用量，供试绿肥的适宜肥料用量仍有待于进一步研究确定。

相较于只考虑绿肥鲜草产量，通过综合考虑绿肥的鲜、干物质量以及养分元素积累量来确定绿肥品种的适宜播种量范围，结果更为客观全面［30-31］。本研究测定绿肥地上部生物量以及大、中量养分元素含量并计算养分积累量，借助拟合方程明确了鼠茅草、毛叶苕子、冬油菜和肥田萝卜的适宜播种量范围。然而，在瘠薄红壤旱地上种植绿肥，本研究得出的冬油菜和肥田萝卜的适宜播种量明显高于稻田冬绿肥采用的播种量［23，32］。可见，土壤条件对绿肥播种量也有较大影响。尽管可以通过提高播种量在红壤旱地上获得较高的绿肥产量，但也应考虑大量绿肥原地还田的科学性，实际生产中应结合目标产量、推荐还田量等进一步有针对性地确定各绿肥品种的适宜播种量。

4 结论

播种量会影响鼠茅草、毛叶苕子、冬油菜和肥田萝卜的生物量、养分含量及养分积累量。随着播种量增加，4种冬绿肥地上部生物量（鲜重和干重）呈先上升后下降或趋于平稳的变化趋势。养分元素含量对播种量的响应因元素种类和绿肥品种而异，4 种绿肥的养分积累量随播种量增加总体呈先升后降的趋势。综合考虑绿肥生物量及养分积累量，鼠茅草、毛叶苕子、冬油菜和肥田萝卜在红壤旱地上的适宜播种量范围分别为30.7～32.7 kg·hm-2，50.4～63.4 kg·hm-2，53.5～61.4 kg·hm-2和63.0～80.1 kg·hm-2。