【摘 要】
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包括天津在内的华北玉米产区干旱缺水、小麦面积压减而形成的冬闲田面积逐渐增多,如何利用冬闲田、改善农田生态环境、维持土壤肥力,是本地区需要面对的新挑战。为此,本研究在20种冬绿肥中筛选出适合本地区种植的二月兰（Orychophragmus violaceus）、毛叶苕子（Vicia villosa Roth）、黑麦（Secale cereal L.）、黑麦草（Lolium L.）等4种绿肥品种,通过
【基金项目】
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公益性行业科研专项绿肥作物生产与利用技术集成研究与示范（201103005-01-03）; 国家绿肥产业技术体系项目（CARS22）
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包括天津在内的华北玉米产区干旱缺水、小麦面积压减而形成的冬闲田面积逐渐增多,如何利用冬闲田、改善农田生态环境、维持土壤肥力,是本地区需要面对的新挑战。为此,本研究在20种冬绿肥中筛选出适合本地区种植的二月兰（Orychophragmus violaceus）、毛叶苕子（Vicia villosa Roth）、黑麦（Secale cereal L.）、黑麦草（Lolium L.）等4种绿肥品种,通过冬绿肥-春玉米轮作（M-WGM）7年定位试验,分析冬绿肥养分累积、腐解矿化过程、玉米生长发育、土壤养分循环、转化和积累过程等,揭示轮作模式对土壤肥力、玉米生产等效应,以综合评估M-WGM的培肥效果、玉米生产力及生态价值。主要研究结果如下:1.供试冬绿肥具有较高碳蓄积、养分吸收能力及降低冬春土壤氮素损失风险,增加土壤磷素有效利用和钾素固持等综合作用。4月下旬冬绿肥总生物产量在4991-7262kg/hm~2之间,氮、磷、钾养分累积总吸收量在334.5-423.2kg/hm~2之间,毛叶苕子氮吸收最高,黑麦磷、钾吸收最高;冬绿肥翻压前土壤硝态氮、有效磷含量显著降低,土壤速效钾含量显著增加。2.冬绿肥翻压后腐解先快后慢,0-28d内腐解速度最快,28-42d速度变慢,42-112d腐解渐趋平稳;不同绿肥最终腐解率达79.78-92.47%;C、N、P和K可矿化比分别为83.99%、88.72%、82.03%和91.04%;冬绿肥混播与毛叶苕子单播相比,延缓了C、N、P和K的释放,增加养分持续供应时间,尤其是N素。3.M-WGM改善了土壤理化性质。与冬闲对照（M-WF）相比,M-WGM土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量增加14.63-21.50%、3.31-12.40%、4.05-20.27%和0.63-4.44%;土壤有效磷和速效钾含量增加趋势明显;土壤饱和持水量增幅为8.50-20.80%;二月兰、黑麦草与春玉米轮作处理土壤容重显著降低,土壤总孔隙度显著增加。M-WGM土壤活性有机碳含量和碳库管理指数显著提高16.46%和5.22%以上,土壤碳固存量、碳稳定系数显著增加,冬绿肥混播-玉米轮作效果最明显。4、M-WGM改善了土壤生物学性质。与M-WF相比,M-WGM土壤脲酶活性显著增加6.59-20.47%,黑麦毛叶苕子混播、毛叶苕子、黑麦与玉米轮作土壤磷酸酶活性显著增加,黑麦、黑麦草与玉米轮作土壤蔗糖酶活性显著增加,二月兰毛叶苕子混播、毛叶苕子与玉米轮作土壤过氧化氢酶活性显著增加,毛叶苕子、黑麦草、二月兰和黑麦与玉米轮作土壤多酚氧化酶活性显著增加。轮作体系土壤细菌数量、放线菌数量和真菌数量显著增加,土壤细菌群落多样性增加,绿肥处理优势菌群占比增加;土壤微生物量碳和微生物量氮平均增加57.44%和36.94%,冬绿肥混播-春玉米轮作增幅最大。5.M-WGM改善玉米生长状况,提高产量,增加养分吸收与利用效率。与M-WF相比,M-WGM玉米各生育时期（苗期除外）玉米叶面积指数、叶片叶绿素含量和叶片光合速率值提高;玉米籽粒产量提高4.94-11.62%,玉米籽粒氮、磷、钾含量显著增加;玉米籽粒中N、P累积量显著;玉米氮、磷、钾的农学利用效率分别增加16.6-22.72%,9.29-23.81%和9.25-23.82%,以毛叶苕子-玉米轮作最高。6.采用华北地区M-WGM生态价值评估体系结果证明,M-WGM体系生态价值明显提高,生态系统净产值、土壤养分累积价值、农田保持土壤价值、水分涵养价值和气体调节价值5个方面总计6.76-8.34万元/hm~2,是M-WF的1.87-2.31倍。综上,M-WGM显著增加了冬春耕地地表覆盖,改善了土壤理化性质、生物学特性及综合肥力,提高了春玉米生产力及肥料农学利用效率,生态服务功能价值大幅提升。因此,M-WGM是天津地区值得推广的创新生产模式。
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