绿肥种植与利用

　　**章中国绿肥生产概况　　绿肥是指利用植物生长过程中所产生的全部或部分新鲜植物体原地或异地直接翻压或者经过堆沤发酵后施用到土地中作肥料的绿色植物体［1］，顾名思义也即“绿色的肥料”。它是生态农业的重要组成部分，是中国传统农业的精华，曾在农业生产中起到举足轻重的作用，为中国粮食稳定和发展做出了重大贡献。　　**节绿肥种植发展历史　　中国是世界上从事农业生产*早的国家之一，几千年以前，中国劳动人民就采用了耕作、施肥、改土、轮作换茬等一系列农业措施来促进农业生产，其中利用绿肥培育地力，则是古代农业技术突出的成就之一。　　根据《中国农史》记载［2］，早在西周和春秋战国时代（公元前1066—公元前211年），人们就开始利用锄掉的腐烂杂草来肥田，已有烂草肥田的意识。到西汉时期（公元前32—公元前7年），已提出“须草生，至可耕时，有雨即种，土相亲，苗独生，草秽烂，皆成良田”的养草肥田农业措施，类似于现代生草轮作制度。公元129年张骞出使西域时带回了苜蓿，促进了利用野生绿肥和养草肥田向利用栽培品种的演变，开创了栽培绿肥的生产体系。之后几百年间，人们不仅利用苜蓿养畜，而且广泛种植苕子作稻田冬绿肥，对于维持古老的土壤肥力起到了不可磨灭的作用。魏、晋、南北朝时期（主要是公元386—534年），由于南方经济发展迅速，黄河流域土地利用面积增大，农业生产中肥料需求量大，绿肥被提到了重要地位，栽培广泛、迅速发展，不仅绿肥品种增多，还将利用范围从大田发展到园艺上，生产的发展促进了科学的发展。当时一位伟大的农业科学家——贾思勰通过总结大量农业科学措施，编写了《齐民要术》。书中研究并回答了一些技术理论，例如：测定了不同绿肥种类的肥效；比较了绿肥和有机肥的效果；研究了绿肥在轮作中的地位，确定了绿肥轮作制；总结桑、果行间间种绿肥的经验；提出使用绿肥肥田是省工省力的观点；提出了适宜的绿肥压青时间等。可以说此书系统地总结了中国绿肥生产经验，初步奠定了中国绿肥轮作制度，开创了绿肥试验研究的先例，对推动以后绿肥的发展起到了重大的历史作用，因此《齐民要术》一书是中国绿肥发展史上的一个重要里程碑。　　到了唐、宋、元、明、清时代，绿肥种植已广泛传播，种植面积和种类已越来越多。绿肥主要种植品种从元代之前的绿豆、小豆(Vigna angularis)、胡麻(Cannabis sativa)、苕草、芜菁、蚕豆、大麦、苜蓿等发展到明清时代的紫云英、满江红、紫苜蓿、金花菜、香豆子、爬山豆、绿豆、小豆、胡麻、苕子、蚕豆、梅豆、油菜、萝卜、黧豆、茅草、大麦、小麦、水苔、萍、蔓菁等，栽培种类翻了一番多。20世纪40年代，中国绿肥面积大约在2 500万亩以上，多种植在粮食单产较高的商品粮产区，如苏南太湖流域、浙江宁绍地区、上海市郊县、成都平原、现湖平原等，说明这些地区的高产主要肥源是绿肥。　　新中国成立后，中国各级政府十分重视绿肥的科学研究和生产上的推广应用。从中央到省、地市的农业科研单位均设有专门研究绿肥的机构或专人，形成了一个独立的学科体系。并根据生产和学科发展的需要，农业部于1963年组建了全国绿肥试验网，以紫云英为主的水田冬绿肥发展很快。全国绿肥种植面积20世纪60年代中期扩大到16亿亩，70年代中期达到22亿亩，达到中国绿肥种植*高峰。70、80年代，随着中国种植业结构调整，轮作制度改革，复种指数提高，特别是化肥用量大幅上升，绿肥面积逐年减少，下降到1986年的12亿亩，2007年再减少到7 680万亩［3］。　　进入21世纪，中国农业农村慢慢呈现了一些问题，长期大量化学制品投入，导致资源环境压力加大、面源污染加重；耕地质量持续退化；农业生产投入成本越来越大、投入产出比率越来越小；生产和生态不协调、经济和环境不统一、经济发展和农产品质量不匹配等矛盾普遍存在，国家及社会开始越来越关注环境健康和农产品健康。因而2006年国家又开展了土壤有机质提升项目，主要是对种植绿肥进行补贴政策，推动了绿肥生产的迅速回升［4］。可以说，通过大力发展绿肥生产、改善土壤理化性状来降低化肥应用强度，是习总书记倡议的“绿水青山就是金山银山”生态环保发展理念的现实要求，也是现代农业生产可持续发展的必然要求。中国水田面积达4 400万亩，旱地种植面积约1亿亩，果园面积近2 000万亩。当前区域性、结构性、季节性闲置耕地面积约6 000万～7 000万亩［5］，这些空置闲田为发展绿肥提供了空间。今后较长的时期内，种植业结构调整、农业面源污染削减、农田生态改善、耕地用养结合、农产品提质增效等是中国持续发展农业的主要战略性任务，绿肥在这些任务中具有不可替代的作用，绿肥生产势必会得到不断发展［4］。　　第二节绿肥在现代可持续农业中的作用　　在现代农业生产中，绿肥作为农作物需求的养分来源其意义越来越小，而在改良土壤、培肥地力，保证农作物稳产、高产、优质，发展可持续农业，保护生态环境的作用则越来越大。有机无机相结合，缓急相济，互补长短，可达用地养地的目的。　　一、绿肥在提升耕地土壤肥力中的作用　　改革开放30多年，伴随中国经济的快速发展，工业化、城镇化、交通等建设占用优质良田面积越来越多，出现耕地面积和质量双双下降之势。虽然后来实施“占补平衡”政策，但补上的一般为偏远的山垄田、新开发耕地等，导致耕地肥力进一步下降。另一方面，长期过度注重生产及大量化肥施用，也加剧了耕地酸化、板结、养分不平衡等质量退化问题。因而改善耕地质量成为当前乃至很长时期的一个持续重要任务。传统有机肥由于家畜养殖过程在饲料中添加大量重金属元素和抗生素，往往造成粪便中重金属和抗生素含量超标，应用于耕地容易污染耕地，难以作为洁净的肥源来改善耕地质量。绿肥是绿色清洁的有机肥源，含有丰富的大量、中微量营养元素，较高的有机质［6］，对提高土壤有机质、活化营养成分、改善土壤结构、提高土壤微生物和酶活性具有显著的效果［6-10］。同时，绿肥一般适应性较强，生长迅速，可充分利用山坡地、荒地种植，也可利用空茬或果园地进行间作、套种、混播等，解决了农业生产中清洁有机肥源施用不足的问题。绿肥种植是用地和养地、改善耕地土壤理化性状、改良中低产田及新垦耕地、建设高标准农田的有效途径。　　二、绿肥在提高农产品产量和质量中的作用　　通过绿肥翻压入土，形成有机肥腐熟缓慢释放和化肥快速溶出的土壤供肥机制，既提高了肥料利用效率，也保证了农作物各阶段的需肥要求，从而可有效提高后茬作物产量。刘晓霞等人［11］在连续4年种植绿肥试验调查中发现，与未种植稻田相比，种植绿肥可提高水稻产量42％～104%；陈洪俊等人［12］比较了紫云英、黑麦草、油菜及混播对后期水稻产量影响，结果显示种植绿肥可显著提高水稻营养期的积累量进而增产70％～141%。在经济作物甘蔗田种植绿肥，不同绿肥品种种植区比对照区产量可增13％～140%［13］，并提高了甘蔗的抗旱能力。另外，绿肥种植可减少化肥使用量［14］及防治病虫害农药量［15］，降低农产品有害物含量，提高农产品的品质，如改善烟叶品质和增加甘蔗糖分含量［1］、提高葡萄可溶性糖含量（21％～66%）和维生素C含量（40％～64%）［16］，并增加土壤对金属元素的吸附能力及可交换态含量而降低农产品吸收积累量［17,18］等，因而绿肥是一种经济、优质、环保型肥料，对保障中国粮食数量和质量安全意义重大。　　三、绿肥在防止耕地水土流失中的作用　　水土流失被认为是全球性土壤退化的一个主过程［19］，尤其是它引起的土壤表层氮、磷养分流失是土地质量退化的重要原因［20］，也是农业面源污染的主要污染物［21］。通过绿肥种植，可提高土壤的入渗性能及耐溅蚀能力，并能为裸露地表提供覆盖物，增加地表覆盖面积，提高土壤保水能力，减少养分流失量。栾好安［22］等在三峡库区橘园套种多种绿肥调查显示，降雨期间可减少地表水径流量64％～294%，总氮和总磷流失量分别下降83％～408%和75％～579%；朱青等人［23］也在贵州坡度较高的山坡耕地测量后认为，5—9月份由于种植绿肥耕地覆盖率增加188％～667%，地表水径流量和土壤侵蚀量分别下降了316％～626%和624％～784%，有效减少了耕地养分流失。同时，种植绿肥也有效防止农田土壤的风蚀影响，特别在多风干旱的华北地区，浮尘、扬尘、沙尘暴等灾害频发，增加地表覆盖率更显迫切［24］。　　四、绿肥在防止生态环境污染中的作用　　水稻作为全球主要的粮食作物，其种植面积占了整个耕地面积的11%，而稻田系统的甲烷排放已经成为全球CH4一个*主要排放源，大气中10%～20%的CH4来源于水稻种植［25］。黄睿等［26］、Xavier等［27］及兰廷等［28］认为施用绿肥可显著提高稻田土壤有机碳和有机氮含量，增加土壤碳储存及氮总量，从而减少向空中排放温室气体（CH4、N2O）；同时，由于绿肥还田减少了无机养分应用量，土壤溶液中NH+4-N、NO-3-N浓度降低，减少了稻季氮素随排水向河流等水体的迁移，降低水环境的污染风险［29］。绿肥对土壤中有毒有害污染物也有很好的去除作用，据李秀芬100天的盆栽试验［30］，种植紫云英及紫云英结合根瘤菌处理去除持久性有机污染物多氯联苯（polychlorinated biphenyls，PCBs)分别达230%和531%，显著高于对照处理；陈强培［31］对治理另一种致畸、致癌、致突变的难降解有机污物芘（PAHs）试验中也表明，添加与未添加根瘤菌剂的绿豆植株对芘的去除率分别为768％～892%和856％～904%，认为添加根瘤菌后种植绿豆并将绿豆收获后的生物质还田可作为污染土壤芘去除的有效措施；而部分绿肥可显著降低土壤中重金属（Zn、Cd、Cu、Pb）综合污染指数，为土壤重金属的绿色修复找到了一种既廉价又实用的环保调控措施［32］。　　五、绿肥在农牧业协调发展中的作用　　绿肥既是重要的耕地地力培育的有机肥源，也是畜牧业良好的饲料原料，是种植业和养殖业共同发展的纽带。绿肥中所含营养成分丰富而全面，如光叶紫花苕，干草中含粗蛋白质140％～205％、粗脂肪26％～30％、粗纤维22％～272％、无氮浸出物295％、粗灰分102％、钙102％、磷037％及丰富的维生素和微量元素［33］；草木樨含蛋白质88％～246％，用去除香豆素草木樨与间作的玉米秆饲喂奶牛，产奶量提高50％～80%，喂猪时添加脱毒的草木樨粉，日增重可达234%［34］；潘磊等［35］研究也表明，采用紫云英青贮料搭配配合饲料对猪质量增加效果和料肉比与单喂配合饲料基本相同，但节约了1/3的精饲料，减低了生产成本。绿肥作物茎叶养畜、根茬还田，一举两得，效益成倍增长。绿肥作饲料过程中茎叶中30%左右养分被家畜吸收转化为肉、奶等动物蛋白，其余70%养分转化为粪尿被还田培肥地力［36］，肥饲兼用，促进农业生态的良性循环。　　六、绿肥在美化田园环境中的作用　　随着人们经济收入不断增加，生活水平不断提高，观光旅游与休闲旅游在各地蓬勃发展。发展绿肥生产应该坚持冬种绿肥与美化乡村、休闲农业、乡村旅游相结合，以不断满足新形势下人民日益增长的美好生活需要。在晚稻收割后，选择花色艳、花期长的观赏性高的绿肥品种（紫云英、油菜、紫花蓿苜等），充分利用冬闲田发展绿肥生产，既提升土壤有机质，提高土壤保肥、保水能力，改善和保护生态环境，又美化冬春田野，打造田绿、花香、人美的胜景和“农家乐”休闲旅游景点，实现培肥地力和增加农民收入的有机结合，促进美丽乡村、幸福乡村建设。当前，各级政府根据2018年中央一号文件《中共中央国务院关于实施乡村振兴战略的意见》的要求，大力发展“美丽田园”农业，必然推动绿肥发展跃上新台阶。　　第三节绿肥种质资源　　中国是利用绿肥培育土壤*早的国家，也是绿肥面积*大的国家，种质资源丰富、分布区域广泛［1］。自20世纪50年代开始引种绿肥起，陆续从国内原产及国外引进的大量绿肥品种资源中，选择和培育出了一批适应中国不同自然条件和耕作制度的绿肥种类和品种。目前共有绿肥品种98种，其中豆科72种，非豆科26种，而栽培面积较大的有6科20属32种，其中豆科26种，非豆科6种［6］。按照植物学上分类，可分为豆科(Ieguminosae)、禾本科(Gramineae)、十字花科(Brassicaceae)和菊科(Compositae)等绿肥作物；根据生长季节来分，有冬季绿肥和夏季绿肥，冬季绿肥指秋冬播种、次年春夏收割的绿肥，如紫云英、苕子、蚕碗豆、茹菜、油菜等。夏季绿肥指春夏播种、夏秋收割的品种，如田菁(Sesbania cannabina)、竹豆(Phaseolus calcaltus Roxb)、柽麻等；按生态环境分为旱地绿肥、水生绿肥和稻底绿肥；按利用方式分为稻田绿肥、麦田绿肥、棉田绿肥、覆盖绿肥、肥菜兼用绿肥、肥饲兼用绿肥、肥粮兼用绿肥等，还有根据生长期分一年生绿肥和多年生绿肥等。　　不同学科的绿肥品种具有不同的特点：豆科绿肥有根系发达、抗逆性强、生长迅速、结实量大、繁殖方便等生物学特点，同时，豆科作物根部的根瘤菌可固定空气中的氮元素，是重要的培肥地力生物资源。主要品种有草木樨(Melilotus officinalis)、箭舌豌豆(Vicai sativa)、蚕豆(Vfaba)、黄豆(Glycine max)、绿豆(Vradiata)、赤豆(Vangularis)、紫花苜蓿(Msativa)、紫云英(Astragalus sinicus)等。禾本科绿肥和豆科绿肥一样，同样具有发达的根系、不易倒伏、再生迅速等，培肥地力效果佳，但禾本科作物没有固氮能力，植物体中C/N比较高，对提高土壤有机质含量具有优势。主要栽培品种有高丹草、苏丹草（Sorghum sudanense)、黑麦草(Lperenne)、燕麦草(Arrhenatherum elatius)、老芒麦(Elymus sibiricus)及苇状羊茅(Festuca arundinacea)等。十字花科较耐寒和较强自繁能力，对光照要求不高，鲜草含氮量不高，纤维素含量高，入土后分解缓慢，且具有促进磷转化的作用，主要品种有蓝花子(Raphanus sativus varraphanistroides)、二月兰(Orychophragmus violaceus)、油菜(Bcampestris)、肥田萝卜(Raphanus sativus L)等。菊科绿肥应用于培肥地力较少，饲料和药用价值上体现更多，如飞机草(Eupatorium odoratum)具有清热解毒、散瘀止痛和止血的功效。在实际应用中，可根据不同科属间绿肥品种不同功能，实行绿肥混播，能更好地改善土壤理化性状，达增产增收的目的［1］。　　在区域分布上，中国地域广阔、气候差异大、土壤类型千差万别，因此绿肥的地域性较强，南北种植的绿肥品种存在很大差异。南方是亚热带季风气候，夏季高温多雨，冬季温和少雨，且以酸性土壤为主，种植业基础条件好，以湖南省、浙江省、安徽省和贵州省为代表，较为适宜并种植广泛的绿肥品种有：黄豆、豌豆、蚕豆、紫云英、油菜、萝卜(Raphanus sativus L)、花生(Arachis hypogaea Linn)、箭舌豌豆、苕子(Vicia L)、乌豇豆(Vigna cylindrica（L)Skeels)、黑小豆、竹豆、红萍(Azolla imbircata（Roxb)Nakai)、水浮莲(Lemna minor)、水葫芦(Eichhornia crassipes)、水花生(空心莲子草，Alternanthera philoxeroides(Mart)Griseb)、紫穗槐(Amorpha fruticosa Linn)、印度豇豆(Vigna sesquipedalis)、草木樨、田菁、细绿萍(Azolla filiculoides（Lam))、羊角豆(Cassia occidentalis)、猪屎豆(Crotalaria pallida Ait)、绿豆、黑麦草、白三叶(白车轴草，Trifolium repens L)、紫花苜蓿、黄花苜蓿(Medicago falcata L)［37-42］。北方是温带季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，土壤以肥沃的黑土为主，牧业发展较好，以黑龙江、内蒙古、青海为例，黑龙江主要的绿肥品种有肇东苜蓿（Medicsgo sativa zhaodong)、阿尔冈金（Algonqui n)、苦荚菜（Ixeridium sonc hifolium)、沙苦荬菜(Chorisis repens)、红苋R104(Amaranthus hypochondriacusCVR1O4)、美国籽粒苋（Ahypochondriacus)、高丹草、苏丹草以及四月慢油菜。内蒙古主要绿肥品种包括草木樨、沙打旺(Astragalus adsurgens)、柠条(Caragana korshinskii)、紫花苜蓿、箭舌豌豆以及四籽野豌豆(Vtetrasperma)。青海主要绿肥品种资源包括箭舌豌豆、苕子(Vdasycarpa)、山黧豆(Lathyrus sativus)、蚕豆、香豆子(Cicer arietinum)、青海苜蓿(Marchiducis-nicolai)、油菜(Bcampestris)以及燕麦草等。黄淮海地区筛选适宜种植的主要绿肥品种有黄豆、绿豆、赤豆、黑豆(Glycine max)、野豆子(Dunbaria villosa)、乌豇豆(Vaconitifolius)、苦豆子(Sophora alopecuroides)、羊角豆、田菁、柽麻(Crotalaria)、苜蓿、毛光苕子(Vvillosa)、草木樨、沙打旺、小冠花(Coronilla varia)、一年生黑麦草(Lolium multiflorum)、多年生黑麦草(Lperenne)、老芒麦、苇状羊茅、二月兰、油菜、甘草(Glycyrrhiza uralensis)、水锦葵(Monochoria vaginalis)、三角叶滨藜(中亚滨藜、Atriplex centralasiatica)以及高丹草等［1］。　　鉴于绿肥生产生态效益较突出、经济效益不明显的特征，大多数农民并未意识到种植绿肥的重要性，虽然科技工作者对绿肥在土壤中的改良作用做了大量的研究工作，但绿肥品种资源的收集及其研究相关工作并不多，特别是在生态农业中筛选高观赏性品种方面鲜有报道，影响了绿肥资源的合理开发和利用。因此，加大绿肥的系统研究可以为选择更适合全国或者区域性的优良品种提供可靠的依据，对于缓解日益严重的全球能源危机、降低化肥污染环境压力及促进可持续生态农业的发展也具有现实意义。　　……