紫花苜蓿綠肥對南方水稻生長和稻田生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、磷積累和轉(zhuǎn)運的影響.pdf

1、紫花苜蓿（Medicago sativaL.）產(chǎn)量高、再生性強(qiáng)，是一種優(yōu)良的豆科牧草資源，營養(yǎng)十分豐富，有“牧草之王”的稱譽，同時由于紫花苜蓿莖葉富含氮和磷，又是優(yōu)良的綠肥植物資源，但是有關(guān)紫花苜蓿作為綠肥在我國南方稻田中的應(yīng)用鮮有報道。本研究選擇長江中下游常用的綠肥作物—蠶豆（Vicia fabaL.）為對照，研究紫花苜蓿綠肥對水稻（Oryza sativaL.）生長和稻田生態(tài)系統(tǒng)C、N、P的影響。試驗設(shè)置二個氮肥水平（0和200 k

2、g N ha-1），二種綠肥（紫花苜蓿和蠶豆），采用裂區(qū)試驗設(shè)計，以綠肥作為主區(qū)，氮肥作為副區(qū)，采用單施或是組合施用，共六個處理：
　　1）不施用氮肥，不添加綠肥（對照）；
　　2）僅添加紫花苜蓿綠肥，用量為3000 kg DM ha-1（苜蓿綠肥處理）；
　　3）僅添加蠶豆綠肥，用量為3000 kg DM ha-1（蠶豆綠肥處理）；
　　4）只施用200 kg N ha-1,氮肥（氮肥處理）；
　　5）紫

3、花苜蓿綠肥（3000 kg DM ha-1）和氮肥（200 kg N ha-1）組合處理（苜蓿綠肥+N肥處理）；
　　6）蠶豆綠肥（3000 kg DM ha-1）和氮肥（200 kg N ha-1）組合處理（蠶豆綠肥+N肥處理），試驗歷時五年（2010-2014年），主要結(jié)果如下：
　　1.紫花苜蓿綠肥比蠶豆綠肥能夠更有效地提高水稻的籽實產(chǎn)量，并且，紫花苜蓿綠肥單獨處理的水稻籽實產(chǎn)量接近 N肥處理，二者之間無顯著差異，節(jié)肥

4、潛力巨大。在全部試驗處理中，紫花苜蓿綠肥+N肥處理的增產(chǎn)效果最顯著，與N肥處理相比，紫花苜蓿綠肥+N肥處理的水稻籽實產(chǎn)量平均增幅達(dá)到8.21%-13.38%。
　　2.紫花苜蓿綠肥比蠶豆綠肥能更有效地提高水稻籽實和葉片的N、P含量，以及土壤總氮和速效磷含量（p<0.05）；紫花苜蓿綠肥處理的水稻籽實產(chǎn)量與 N肥處理之間無顯著差異，但籽實磷含量、葉片磷含量和土壤速效磷含量顯著提高（p<0.05）。通徑分析表明，孕穗期和灌漿期的葉片P

5、含量對籽實增產(chǎn)具有顯著的直接效應(yīng)，同時間接效應(yīng)也非常明顯，通過葉片N含量間接促進(jìn)籽實產(chǎn)量，因此，紫花苜蓿綠肥通過增加葉片P的積累和轉(zhuǎn)運而促進(jìn)葉片N的增產(chǎn)效果，從而，緩減稻田磷缺乏對水稻生長的限制作用。
　　3.與蠶豆綠肥和氮肥處理相比，紫花苜蓿綠肥更有效地提高了土壤中可利用磷（NaHCO3-Pi、NaOH-Pi和NaHCO3-Po）含量和主要酶的活性（脫氫酶、脲酶、酸性磷酸酯酶和β-葡萄糖甘酶），提高了水稻對磷的吸收和利用效率。土

6、壤中NaHCO3-Pi、NaOH-Pi和NaHCO3-Po分級磷含量與籽實產(chǎn)量顯著正相關(guān)，對水稻籽實產(chǎn)量的直接效應(yīng)分析和間接效應(yīng)分析均十分顯著，對水稻籽實產(chǎn)量產(chǎn)生顯著的影響。結(jié)合氮肥使用進(jìn)一步促進(jìn)了紫花苜蓿綠肥對水稻增產(chǎn)的直接效應(yīng)和間接效應(yīng)，籽實產(chǎn)量在全部處理中最高，與此同時，脲酶、酸性磷酸酯酶和β-葡萄糖甘酶的活性，以及磷的吸收效率均達(dá)到最高。
　　4.與氮肥處理相比，CH4排放量在蠶豆綠肥+N肥和紫花苜蓿綠肥+N肥處理下分別平

7、均增加了50.77%和36.11%，N2O增加了30.70%和75.04%，蠶豆綠肥+N肥處理下的CH4排放量最大，而N2O在紫花苜蓿綠肥+N肥處理下排放量最大。由于2013年土壤溫度比2012年平均提高2.1℃，導(dǎo)致2013年水稻生態(tài)系統(tǒng)CO2、CH4和N2O的排放量均顯著高于2012年，但是二個綠肥+N肥處理的CH4和N2O排放量在2013年增加的幅度比氮肥和對照處理的增幅低，并且Q10值在紫花苜蓿綠肥+N肥處理下最小。蠶豆綠肥+N

8、肥處理的凈全球變暖潛力（net global warming potential，NGWP）和溫室氣體排放強(qiáng)度（greenhouse gas intensity，GHGI）最高，而紫花苜蓿綠肥+N肥處理的凈系統(tǒng)碳收支（net ecosystem carbon budget，NECB）以及土壤碳儲量最高，紫花苜蓿綠肥明顯提高了稻田生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能，即使在2013年極端高溫年，氮肥和對照處理稻田變成碳源的情況下，紫花苜蓿綠肥+氮肥處理仍然

9、維持了良好碳匯功能。
　　5.通過對DNDC模型本地化調(diào)整，評估紫花苜蓿綠肥對水稻產(chǎn)量和溫室氣體排放的影響，結(jié)果表明，水稻產(chǎn)量和甲烷排放模擬值與實測值基本吻合，其中，DNDC模型對產(chǎn)量的模擬值十分準(zhǔn)確，與實測值之間的決定系數(shù)（R2）為0.89，相對平均誤（RMD）為-0.8%。模擬預(yù)測結(jié)果表明，在減少1/2氮肥用量的情況下，紫花苜蓿綠肥處理的水稻籽實產(chǎn)量仍可達(dá)到氮肥處理水平。稻田生態(tài)系統(tǒng)CH4和N2O排放對溫度、CO2濃度、土壤有

10、機(jī)碳和土壤粘粒等非常敏感，其中，大氣溫度、CO2濃度和土壤有機(jī)碳與CH4和N2O的排放量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，而土壤粘粒與CH4排放量呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。
　　綜上所述，稻田磷缺乏是限制水稻生長的一個重要因子。紫花苜蓿的C/N和C/P比均比較低，作為綠肥能夠增加土壤有機(jī)磷投入、促進(jìn)土壤中穩(wěn)定態(tài)磷轉(zhuǎn)化為活性磷，增加土壤可利用磷含量，提高氮肥的利用效率，從而，提高水稻產(chǎn)量。土壤可利用磷的提高與土壤酶（包括脫氫酶、脲酶、酸性磷酸酯酶和β-