紫云英是我国南方稻区冬季重要的绿肥作物，在水稻种植区利用冬季休闲空间种植绿肥紫云英，来年进行翻压还田可为后茬水稻提供一定量的速效养分，甚至可以替代部分化肥，在化肥减施30%情况下完全可以提供水稻所需的速效养分并显著提高水稻产量^[1-3]。同时绿肥翻压还可以提高养分吸收利用率，提高水稻干物质积累量、氮素利用效率，提高氮磷钾肥的表观利用率和养分农学利用效率^[4-5]。紫云英翻压还田还能提高土壤肥力，更新土壤腐殖质，改善土壤理化性质和生物学性状，提高土壤的速效养分^[2]。同时紫云英翻压还能增加水稻种植的净收益，提高水稻生产的产投比^{[4, 6-8]}。

目前我国水稻的氮肥农学效率只有10.4 kg·kg^-1，氮肥利用率只有28.3%^[9]，氮肥的合理施用和氮肥肥效的充分发挥是近些年来研究化肥减施的热点和重点。合理施用氮肥是水稻高产栽培的重要措施，但在部分双季稻区较多采用“重视基肥、早施分蘖肥”的氮肥运筹方式来增加穗数以提高水稻产量，这种方式会导致无效分蘖较多，中期群体过大，成穗率大幅下降，从而影响产量；而将氮肥集中施于生殖生长期，会因为施肥过多造成贪青晚熟，引起减产，同时氮肥不恰当施用还会导致氮素生产力下降，增加生产成本，且会引起环境污染和水稻品质下降，不利于水稻生产的可持续发展^[10]。研究表明，在氮肥运筹中，减少基、蘖肥，适当提高穗肥比例可以增加抽穗-成熟期的叶片含氮量，有利于促进干物质积累而提高产量和氮素吸收；前氮后移提高穗肥比例能为水稻整个生育期提供比较平衡的氮素供应，保证土壤综合肥力的可持续性，提高氮肥当季利用效率和水稻持续稳产^[11-12]。而在秸秆还田条件下进行氮肥运筹时，适当减氮并加大追肥比例，随着穗肥施氮比例的增加，既能稳定双季稻产量，又能促进稻株氮素吸收，提高氮肥利用率；在等量施氮下，基肥/分蘖肥/穗肥施肥比例为5/2/3的的水稻产量及氮肥利用率最高，可作为稻草还田后推荐氮肥运筹方式^{[10, 13]}。

因此紫云英翻压条件下结合氮肥运筹将对水稻生长、水稻产量以及肥料利用率具有重要的作用，但是关于这方面研究较少，目前大部分报道集中在秸秆还田条件下氮肥运筹对水稻产量以及肥料利用率等方面^{[10, 13-14]}。紫云英作为优质的绿肥资源，与秸秆等其他有机肥源差异很大，含氮量高达2.11%，碳氮比13~16:1，将紫云英翻压向土壤带入大量的氮素，形成较低的碳氮比则不利于其植株的腐解，因此平衡土壤碳氮比和调控氮素运筹^{[3, 15]}，成为绿肥翻压还田中所需要的关键技术。本试验以此为研究切入点通过绿肥紫云英翻压配合化学肥料施用的情况下，采用氮肥运筹的措施，探明沿江双季稻区适宜的紫云英翻压还田量和化肥施用量下水稻优质高产氮肥运筹技术。本试验通过连续3年（2011—2013）田间试验研究紫云英全量还田配施化肥，结合氮肥运筹对双季稻产量、肥料利用率以及经济效益的影响，为水稻高产、氮肥的合理利用提供技术支撑。

试验采用田间定位试验研究方法。试验于2011—2013年连续3年在安徽省池州市进行。供试土壤属于洪积物发育的青石灰泥田土，土壤质地为黏土。试验前采集耕层土壤并分析其理化性质：有机质31.2 g·kg^-1，全氮1.98 g·kg^-1，碱解氮152.0 mg·kg^-1，速效磷17.3 mg·kg^-1，速效钾95.0 mg·kg^-1，pH 5.7。轮作方式：紫云英-早稻-晚稻轮作。

本试验设7个处理，见表 1。

表 1　紫云英翻压下不同氮肥运筹的试验处理 Table 1　The treatments of nitrogen management with incorporation of Chinese milk vetch

表选项

紫云英翻压入田泡水，15 d后进行早稻移栽，晚稻是在原早稻试验小区继续栽插。早稻和晚稻的化肥施用量和施肥方法一致，其中处理中常规化肥施用量分别为：纯氮用量165 kg·hm^-2，P₂O₅用量75 kg·hm^-2，K₂O用量120 kg·hm^-2。紫云英翻压量为15 000 kg·hm^-2。试验中磷肥、钾肥全部基施。肥料施用中氮肥选用尿素，磷肥选用过磷酸钙，钾肥选用氯化钾。小区面积21 m²，设3次重复，随机排列。其他栽培管理措施一致。在每季水稻成熟后实收每小区产量，同时取样进行常规室内考种。

（1）产量稳定性用统计学中变异系数（CV）表示，来衡量早、晚稻在不同年份不同处理的平均产量间的变异程度，其值越小，说明产量稳定性越高。

变异系数CV=σY^-1

式中：Y为水稻平均产量，kg·hm^-2；σ为标准差。

（2）产量可持续性指数（SYI）是衡量系统是否能持续稳定生产的一个可靠参数，SYI值越大，系统的可持续性越好。

产量可持续性指数SYI=（Y-σ）×Y_max^-1

式中：Y_max为水稻最高产量，kg·hm^-2。

（3）化肥偏生产力（PFP_N），是指单位投入的肥料所能生产的作物籽粒产量。

化学偏生产力PFP_N=Y×F^-1

式中：F代表化肥的投入量，kg·hm^-2。

（4）化肥农学效率（AE_N），是指单位施肥量所增加的水稻产量。

化肥农学效率AE_N＝（Y-Y₀）×F^-1

式中：Y₀为不施肥条件下水稻产量，kg·hm^-2。

（5）经济效益=水稻产量（kg）×稻谷单价-单次用工费×用工次数，水稻价格2.56元·kg^-1，一次施肥用工费585元·hm^-2（按照当地用工费用计）。

本文数据均采用Excel 2010软件和SPSS 20.0软件进行统计分析。采用Duncan法对试验数据进行方差分析和显著性检验。

紫云英翻压条件下氮肥运筹对早稻产量的影响见表 2。在不同施肥处理之间，对照的产量均是最低，与其他施肥处理相比均达到显著差异（P < 0.05）。相同氮肥运筹下，连续3年G₅处理的早稻产量均高于F₁，其中2011年和2012年均达到显著性差异（P < 0.05），G₅早稻均产比F₁提高了7.77%，且所有紫云英翻压处理的早稻平均产量都高于单化肥处理，这表明紫云英的翻压有利于早稻产量的提升。在5种氮肥运筹方式处理中，G₅早稻平均产量最高，其次是G₃处理，且二者之间差异不显著。同时随着种植年限的增加，G₃处理对早稻增产的效果逐渐提高，表明了追施穗肥有利于早稻增产。早稻平均产量最低的是G₁处理，即化肥作为基肥一次性施入的方式下早稻产量最低，比G₅降低5.97%。

表 2　紫云英翻压下不同氮肥运筹的早稻产量、变异系数和可持续性指数 Table 2　The yield, CV and SYI values of early rice under nitrogen management with incorporation of Chinese milk vetch

表选项

从不同处理的产量变异性和产量可持续性来看，对照不施肥处理的产量变异系数最高，可持续指数最低，表明不施肥处理产量稳定性和可持续性都较差。相同氮肥运筹的G₅和F₁之间，G₅的变异系数低于F₁，而可持续性指数则高于F₁，说明紫云英翻压提高了早稻产量的稳定性和产量可持续性。对比5种氮肥运筹，G₅和G₃处理的变异系数均较低，可持续指数较高，说明这两个处理产量具有较高的产量稳定性和高产可持续性。

表 3显示的是氮肥运筹结合紫云英翻压对晚稻产量的影响。不施肥处理晚稻产量最低，与其他处理达到显著性差异（P < 0.05）。相同氮肥运筹条件下，单施化肥处理和紫云英翻压相比，连续3年G₅处理晚稻产量均高于F₁，且都达到显著水平（P < 0.05），平均产量比F₁提高了10.88%。相同紫云英翻压下5种氮肥运筹处理相比，G₁处理晚稻产量最低，其晚稻平均产量比G₅处理低13.84%，这反映了在晚稻种植中紫云英翻压条件下氮肥作基肥一次性施入不利于晚稻产量的提升。G₅处理连续3年的晚稻平均产量最高，G₄产量次之，且二者呈现出显著性差异（P < 0.05）。

表 3　紫云英翻压下不同氮肥运筹的晚稻产量、变异系数和可持续性指数 Table 3　The yield, CV and SYI values of late rice under nitrogen management with incorporation of Chinese milk vetch

表选项

对于晚稻产量变异性和可持续性指数（表 3），G₄和G₃的产量变异系数较低，可持续性指数较高，表明这两个施肥方式下的产量稳定性和可持续性都是较高，有利于晚稻产量持续性稳产。而G₅与F₁相比，G₅产量变异系数较高，可持续性最低，表明紫云英翻压下晚稻产量的稳定性和产量可持续性都较差，这可能因为紫云英翻压的后效对晚稻稳定性和可持续性不明显。

连续3年的早、晚稻以及整个轮作周期的化肥偏生产力和化肥农学效率见表 4。早稻中，紫云英翻压处理的化肥偏生产力和肥料农学效率均高于单施化肥的处理。因此在早稻中，紫云英翻压有利于化肥偏生产力和化肥农学利用效率的提高。不同氮肥运筹之间，G₅肥料利用率最高，G₃次之，而G₁最低。在晚稻中相同氮肥运筹G₅处理的肥料利用率也高于F₁。不同氮肥运筹之间，G₂和G₁的偏生产力和化肥农学效率偏低，甚至还低于单施化肥处理；而G₅和G₄的偏生产力和农学效率均较高，这反映了在晚稻种植时适当减少基肥的投入量则更有利于提高肥料利用率。对于整个轮作周期，相同氮肥运筹条件下，G₅的化肥偏生产力和农学效率明显高于F₁，这表明早稻紫云英还田有利于提高双季稻的肥料利用率。对比不同氮肥运筹，G₅和G₄具有较高的化肥偏生产力和化肥农学效率，而G₁最低，甚至低于F₁处理。

表 4　紫云英翻压下不同氮肥运筹的肥料平均利用率（kg·kg^-1） Table 4　The fertilizer using efficiency with the incorporation of Chinese milk vetch(kg·kg^-1)

表选项

若不考虑灌溉、种子、化肥和农药成本，仅从稻谷收入和劳动力投入来分析紫云英翻压下，不同氮肥运筹方式对早稻、晚稻及轮作周期水稻的经济效益，结果见表 5。在早稻中，G₁的经济效益最高，G₃次之，G₂最低。但各个处理之间差异不大，G₁的经济收益仅比G₃提高0.48%。而晚稻的不同氮肥运筹间经济效益差异比较明显，G₅经济效益最高，G₄的经济效益次之。在一个轮作周期中，G₅经济效益最高，G₄次之；效益最低的是G₂，比同样施两次肥G₄处理低4.20%。

表 5　紫云英翻压下不同氮肥运筹3年平均水稻经济收益（元·hm^-2） Table 5　The average economic efficiency of rice under nitrogen management with incorporation of Chinese milk vetch(Yuan·hm^-2)

表选项

本试验中，在相同氮肥运筹下，紫云英翻压条件下配施化肥比单施化肥显著提高了早、晚稻的产量，其中早稻和晚稻均产分别增加7.77%和10.88%，这与之前大量研究结果一致^[3-4]。这可能是由于紫云英翻压能显著增加土壤NH₄⁺-N含量，而土壤NH₄⁺-N含量与水稻产量关系最为密切；同时紫云英本身含氮量高达2.11%，其翻压向土壤带入较多的氮素营养，同时紫云英本身具有固氮功能，提高土壤全氮含量；另外紫云英翻压促进有机物的固定，增加有机碳的积累和活性有机碳氮以及优化活性有机碳氮比例^{[4, 15-16]}。另外紫云英作为有机肥源，与化肥配施可以促进化学肥料与有机肥之间的螯合能力，提高土壤速效养分含量；二者配施还可以相互补充，改善有机肥释放养分速度慢、化肥后劲不足的缺点，进而提高作物产量^{[10, 17-19]}。

紫云英翻压配施氮肥与单施化肥相比显著提高了早稻产量稳定性和可持续性，但对晚稻的影响较小。这可能是由于紫云英翻压还田后紧接着进行早稻种植，紫云英腐解为早稻生长带来较多的速效养分，这些速效养分是影响早稻产量稳定性的主要因素；而在晚稻生长期间，紫云英腐解提供养分量逐渐降低，对晚稻产量的影响也随之减弱^[3]。同时与单施化肥相比，紫云英翻压配施化肥显著提高了氮肥农学效率和氮肥偏生产力。本试验中紫云英翻压的早稻的化肥偏生产力和农学效率比单施化肥分别提高了7.74%和17.75%。在一个轮作周期里紫云英翻压的化肥偏生产力和农学效率分别比单施化肥提高9.35%和10.11%，这可能是由于翻压绿肥能够改善土壤物理、化学和生物学性状，改善土壤的团聚体结构和通透性，有利于土壤养分运移和提高肥料利用率^{[4, 20-21]}。

氮肥运筹对水稻产量及肥料利用率具有重要的作用，合理改变氮肥运筹能够有效提高氮素的利用率^[11]。氮肥是影响水稻高产的一个重要因素，氮素养分供应与作物吸收同步是促进作物高产和氮素养分高效利用的基本途径。在本试验中，紫云英翻压能够提高水稻产量和肥料利用率，且紫云英翻压配合氮肥运筹提高化肥的利用效率。在相同氮肥用量和紫云英翻压下，一个轮作周期内氮肥按照基肥/分蘖肥/穗肥比例50/30/20（G₅）处理比氮肥一次性施入（G₁）化肥的偏生产力和化肥利用效率分别提高9.87%和24.15%，产量提高了9.89%。而秸秆还田配合氮肥运筹时，氮肥按照基蘖穗比为60/20/20是较好的施肥方式；同时在施氮量相同情况下，氮肥适当后移有利于早稻及晚稻对氮素的吸收，提高早晚稻的氮肥利用效率^{[9, 22]}。常用的速效氮肥如尿素，氮素养分释放率快，养分多，肥效短。作物秸秆还田时，秸秆具有较高的碳氮比，秸秆翻压向土壤带来较多的碳源，为加快秸秆腐解和养分释放，应该在前期施入较多的氮肥来平衡土壤的碳氮比，以达到较佳的碳氮比。而紫云英与作物秸秆不同，其含氮量较高，碳氮比较低，大约在13~16:1，在紫云英翻压时，不利于紫云英植株的腐解，因此在紫云英翻压时要控制化学氮肥作为基肥的投入量，提高土壤的碳氮比^[14]。本试验中早稻种植氮肥运筹G₅和G₃是较好的施肥方式。可能由于本试验中紫云英是在早稻种植之前翻压，紫云英含氮量也很丰富，紫云英翻压30 d内大部分有机物矿化成无机物，可以向土壤提供较多的速效氮肥，因此在前期要减少氮肥作为基肥的施入量；而在早稻生长后期特别是抽穗期，追施穗肥可显著提高水稻灌浆期叶片和籽粒的全氮、铵态氮和硝态氮含量，后期氮肥显著提高早稻生育后期干物质积累量、植株氮素含量、氮素积累量、氮素收获指数、穗粒数和千粒重，进而提高肥料的利用率和早稻的产量^[23-24]。而在晚稻种植中G₅和G₄是较好的施肥方式，此时紫云英翻压提供速效养分减少，施入部分基肥只够水稻生长初期的营养需求，但在分蘖期土壤速效养分不足以维持晚稻生长所需的氮素营养，此时需要及时补充氮肥，保证晚稻生长和晚稻的产量。因此紫云英翻压结合氮肥运筹可以协调养分提供时间，达到养分释放和作物需求的同步，因而使氮肥利用率大幅度增加，进一步提高了肥料的利用效率。无论是早稻还是晚稻，氮肥一次性施入（G₁）的水稻产量和肥料利用率偏低，造成氮素养分流失，肥料前期损失大，肥效短，后期养分供应不足。从经济效益来看，氮肥一次性施入的早稻经济收益较高，这可能是由于早稻整体产量不如晚稻产量，且一次性施入化肥只用一次工，投入的成本较低，但与其他氮肥运筹的经济效益差异较小。

综上，结合水稻产量、氮肥农学效率和氮肥偏生产力以及经济效益等方面考虑，认为早稻G₃、晚稻G₅的施肥方式是双季稻种植中最佳的施肥方式，可以保证水稻产量、肥料利用率和水稻经济效益。

（1）与不施肥处理比，紫云英翻压配施氮肥和单施化肥显著提高了早、晚稻产量。相同氮肥运筹下，紫云英翻压G₅的早稻和晚稻产量显著高于单施化肥F₁，分别增产7.77%和10.88%，且G₅早稻的产量稳定性和可持续性指数明显高于F₁。紫云英翻压条件下，G₅和G₃氮肥运筹的早稻产量及产量稳定性较高；G₅处理晚稻产量最高，但其产量稳定性和可持续性指数较低。

（2）紫云英翻压有利于提高早、晚稻的化肥偏生产力和化肥农学效率，比单施化肥处理分别提高9.35%和22.60%。折算经济效益，早稻种植时各个处理之间的经济收益差异不明显，而在晚稻中G₅的经济效益最高。综合水稻产量、肥料利用率以及经济效益，在紫云英翻压条件下G₃和G₅分别是早稻和晚稻种植的最佳施肥方式，可以实现水稻产量、肥料利用率和经济效益最大化。