A study of the appropriate seeding rates for four winter green manure crops in an upland red soil of Southern China

doi:10.11686/cyxb2020359

Abstract

Abstract:

This research studied effects of seeding rate in four winter green manure crops： Vulpia myuros， Vicia villosa， Brassica napus and Raphanus sativus， sown in a field trial in an upland red soil. The trial included five seeding rate treatments： 15， 30， 45， 60 and 75 kg·ha^-1. The effects of the different seeding rates on aboveground biomass， nutrient contents and nutrient accumulations of the tested varieties were investigated to determine the appropriate seeding rates of the four winter green manures， and to provide the relevant technical information for increasing soil fertility by green manure planting， so as to ensure sustainable agricultural development in the red soil region. It was found that the aboveground biomass （fresh and dry weight） of the four winter green manures followed a pattern of increase with increasing seeding rate at lower seeding rates and then decreased or tended to be stable at higher seeding rates. The biomass of V.myuros was highest when sown at the seeding rate of 30 kg·ha^-1， while biomass of the other three crops was highest when sown at 60 kg·ha^-1. Seeding rates significantly affected elemental concentrations of carbon， nitrogen， phosphorus， potassium， calcium and magnesium of the various green manure crops. Also， particular nutrient elements of different green manure crops responded differently to crop seeding rate. The nutrient accumulation of the four green manure crops increased with increasing seeding rate at lower seeding rates， and decreased at higher seeding rates. From multivariate evaluation of biomass and nutrient accumulation and based on regression equations， the appropriate seeding rates of V. myuros， V. villosa， B. napus and R. sativus in upland red soil under this experimental condition were 30.7-32.7 kg·ha^-1， 50.4-63.4 kg·ha^-1， 53.5-61.4 kg·ha^-1 and 63.0-80.1 kg·ha^-1， respectively.

Key words: winter green manure, seeding rate, biomass, plant nutrient content, plant nutrient accumulation

Xiao-fen CHEN, Lu-ping ZHANG, Wen-jing QIN, Jing-rui CHEN, Yang-geng XU, Ming LIU, Zhong-pei LI, Chang-xu XU, Jia LIU. A study of the appropriate seeding rates for four winter green manure crops in an upland red soil of Southern China[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2021, 30(10): 137-146.

Figures/Tables 6

References 32

1	Zhao Q G， Xu M J， Wu Z D. Agricultural sustainability of the red soil upland region in Southeast China. Acta Pedologica Sinica， 2000， 37（4）： 432-442.
	赵其国，徐梦洁，吴志东. 东南红壤丘陵地区农业可持续发展研究. 土壤学报， 2000， 37（4）： 432-442.
2	Huang G Q， Zhao Q G. Initial exploration of red soil ecology. Acta Ecologica Sinica， 2014， 34（18）： 5173-5181.
	黄国勤，赵其国. 红壤生态学. 生态学报， 2014， 34（18）： 5173-5181.
3	Kong H M， He Y Q， Wu D F， et al. Effect of long-term fertilization on crop yield and soil fertility of upland red soil. Chinese Journal of Applied Ecology， 2004， 15（5）： 782-786.
	孔宏敏，何圆球，吴大付，等. 长期施肥对红壤旱地作物产量和土壤肥力的影响. 应用生态学报， 2004， 15（5）： 782-786.
4	Liu J， Liu M， Wu M， et al. Soil pH rather than nutrients drive changes in microbial community following long-term fertilization in acidic Ultisols of southern China. Journal of Soils and Sediments， 2018， 18（5）： 1853-1864.
5	Liu J， Chen J R， Xie J， et al. Effects of nitrogen application time on biomass and nitrogen accumulation of peanut in upland red soil. Chinese Journal of Oil Crop Sciences， 2017， 39（4）： 515-523.
	刘佳，陈静蕊，谢杰，等. 不同施氮时期对红壤旱地花生生物量和氮素累积的影响. 中国油料作物学报， 2017， 39（4）： 515-523.
6	Zhong W H， Gu T， Wang W， et al. The effects of mineral fertilizer and organic manure on soil microbial community and diversity. Plant and Soil， 2010， 326： 511-522.
7	Yang Y H， Zhang S， Wang S， et al. Yield and nutrient concentration in common green manure crops and assessment of potential for nitrogen replacement in different regions of China. Acta Prataculturae Sinica， 2020， 29（6）： 39-55.
	杨叶华，张松，王帅，等. 中国不同区域常见绿肥产量和养分含量特征及替代氮肥潜力评估. 草业学报， 2020， 29（6）： 39-55.
8	Wanic M， Zuk-Golaszewska K， Orzech K. Catch crops and the soil environment： A review of the literature. Journal of Elementology， 2019， 24（1）： 31-45.
9	Liu Z K， Feng W， Qin W L， et al. Research advance of the soil and fertilizer effect of green manure. Journal of Grassland and Forage Science， 2017（4）： 1-6， 17.
	刘忠宽，冯伟，秦文利，等. 绿肥种植的土壤肥料效应研究进展. 草学， 2017（4）： 1-6， 17.
10	Cao W D， Bao X G， Xu C X， et al. Reviews and prospects on science and technology of green manure in China. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer， 2017， 23（6）： 1450-1461.
	曹卫东，包兴国，徐昌旭，等. 中国绿肥科研60年回顾与未来展望. 植物营养与肥料学报， 2017， 23（6）： 1450-1461.
11	Wang Y Q， Gao S J， Cao W D， et al. Fertility and nitrification characteristics of two typical paddy soils after application of milk vetch （Astragalus sinicus） for 8 years. Acta Prataculturae Sinica， 2017， 26（2）： 180-189.
	王艳秋，高嵩涓，曹卫东，等. 多年冬种紫云英对两种典型双季稻田土壤肥力及硝化特征的影响. 草业学报， 2017， 26（2）： 180-189.
12	Liu J Q， Li M， Hu Y， et al. Effect of planting density of sorghum as green manure on root growth factors of facilities cucumber. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery， 2018， 49（5）： 323-329.
	刘金泉，李明，胡云，等. 高粱绿肥种植密度对设施黄瓜根系生长相关因子的影响. 农业机械学报， 2018， 49（5）： 323-329.
13	Hu T C， Li H Y， Cao Q H， et al. Effects of green manure variety and growth density on forage value and soil fertility in dry land. Journal of Northwest A & F University （Natural Science Edition）， 2015， 43（4）： 44-52.
	胡铁成，李红燕，曹群虎，等. 旱地不同绿肥品种及种植密度的肥饲效应研究. 西北农林科技大学学报（自然科学版）， 2015， 43（4）： 44-52.
14	Han S. Study on screening of green manure crops for citrus orchard in Zigui， Hubei Province and their key technique of production and utilization. Wuhan： Huazhong Agricultural University， 2013.
	韩上. 湖北省秭归地区橘园绿肥适宜品种筛选及其种植利用关键技术研究. 武汉：华中农业大学， 2013.
15	Cui A H， Zhou L H， Yang B J， et al. Ecological evaluation of different multiple cropping systems in red soil dry lands. Chinese Journal of Applied Ecology， 2017， 28（2）： 456-464.
	崔爱花，周丽华，杨滨娟，等. 红壤旱地不同复种方式的生态功能评价. 应用生态学报， 2017， 28（2）： 456-464.
16	Liu J， Zhang J， Qin W J， et al. Decomposition and nutrient release characteristics of different Vicia villosa green manure applications in red soil uplands of South China. Acta Prataculturae Sinica， 2016， 25（10）： 66-76.
	刘佳，张杰，秦文婧，等. 红壤旱地毛叶苕子不同翻压量下腐解及养分释放特征. 草业学报， 2016， 25（10）： 66-76.
17	Liang B， Dong J， Sui F G， et al. Decomposition characteristics of a Vulpia myuros covercrop in an orchard soil and its effect on N supply. Acta Prataculturae Sinica， 2016， 25（3）： 245-250.
	梁斌，董静，隋方功，等. 果园土壤中鼠茅草的降解特性及其对氮素供应的影响. 草业学报， 2016， 25（3）： 245-250.
18	Luan H A， Wang X Y， Han S， et al. Effects of green manure planting on loss of soil nutrient in citrus orchard in Three Gorges Reservoir Area. Journal of Soil and Water Conservation， 2016， 30（2）： 68-72.
	栾好安，王晓雨，韩上，等. 三峡库区橘园种植绿肥对土壤养分流失的影响. 水土保持学报， 2016， 30（2）： 68-72.
19	Wang W H， Zhou X B， Zhou Y X， et al. The mechanism of rhizosphere phosphorus activation of two rape genotypes （Brassica napus L.） with different P efficiencies. Plant Nutrition and Fertilizer Science， 2011， 17（6）： 1379-1387.
	王文华，周鑫斌，周永祥，等. 不同磷效率油菜根际土壤磷活化机理研究. 植物营养与肥料学报， 2011， 17（6）： 1379-1387.
20	Cui J Y， Wang J G， Zhang F S. Mobilization and utilization of structural potassium in phlogopite as affected by plant species. Plant Nutrition and Fertilizer Science， 1999， 5（4）： 328-334.
	崔建宇，王敬国，张福锁. 肥田萝卜、油菜对金云母中矿物钾的活化与利用. 植物营养与肥料学报， 1999， 5（4）： 328-334.
21	Zhang J D， Bao X G， Cao W D， et al. Study on planting patterns about wheat inter-cropping and multiple cropping of leguminous crops in Gansu Hexi Oasis Irrigation Area. Journal of Nuclear Agricultural Sciences， 2015， 29（4）： 786-791.
	张久东，包兴国，曹卫东，等. 河西灌区小麦与豆科作物间作和复种模式研究. 核农学报， 2015， 29（4）： 786-791.
22	Hu M， Lu J W， Wang Z， et al. Study on the appropriate seeding rate of late sowing oilseed rape as green manure. Crops， 2016（6）： 120-123.
	胡敏，鲁剑巍，王振，等. 晚播油菜绿肥适宜播种量研究. 作物杂志， 2016（6）： 120-123.
23	Bai J S， Cao W D， Fan Y Y， et al. Nutrient characteristics of four kinds of winter green manure and their influences on soil mineral nitrogen before incorporation. Plant Nutrition and Fertilizer Science， 2013， 19（2）： 413-419.
	白金顺，曹卫东，樊媛媛，等. 苏南稻田 4 种冬绿肥养分特性及对翻压前土壤无机氮的影响. 植物营养与肥料学报， 2013， 19（2）： 413-419.
24	Lu R K. Analytical methods of soil agricultural chemistry. Beijing： Chinese Agricultural Science and Technology Press， 2000.
	鲁如坤. 土壤农业化学分析方法. 北京：中国农业科技出版社， 2000.
25	Pan F X， Li X K， Lu J W， et al. Effect of seeding rate on growth and nutrient accumulation of Chinese milk vetch. Chinese Journal of Eco-Agriculture， 2011， 19（3）： 574-578.
	潘福霞，李小坤，鲁剑巍，等. 播种量对紫云英生长及物质养分积累的影响. 中国生态农业学报， 2011， 19（3）： 574-578.
26	Guo Z W， Chen S L， Yang Q P， et al. Effects of stand density on Oligostachyum lubricum leaf carbon， nitrogen， and phosphorus stoichiometry and nutrient resorption. Chinese Journal of Applied Ecology， 2013， 24（4）： 893-899.
	郭子武，陈双林，杨清平，等. 密度对四季竹叶片 C、N、P 化学计量和养分重吸收特征的影响. 应用生态学报， 2013， 24（4）： 893-899.
27	Han W B， Ren S M， Luo Y C， et al. Effects of sowing date and sowing rate on yields and agronomic traits of grass pea intercropped with citrus. Pratacultural Science， 2015， 32（12）： 2089-2093.
	韩文斌，任胜茂，罗阳春，等. 播期和播量对橘园间作下山黧豆产量及农艺性状的影响. 草业科学， 2015， 32（12）： 2089-2093.
28	Tang J W， Qiao A H， Ma L， et al. The effect of the rowing technologies on yield and agronomic characters of Roegneria grandiglumis. Acta Agrestia Sinica， 2019， 27（5）： 1425-1430.
	唐俊伟，乔安海，马力，等. 播种技术对大颖草产量及农艺性状的影响. 草地学报， 2019， 27（5）： 1425-1430.
29	Lou S W， Gao Y G， Guo R S， et al. Effects of planting density on nutrition characteristics and yield of cotton. Plant Nutrition and Fertilizer Science， 2010， 16（4）： 953-958.
	娄善伟，高云光，郭仁松，等. 不同栽培密度对棉花植株养分特征及产量的影响. 植物营养与肥料学报， 2010， 16（4）： 953-958.
30	Zhou Y， Wei Q S， Guan Y X， et al. Effects of different sowing rates on growth and nutrient accumulation of later-sown Chinese milk vetch. Soils， 2020， 52（3）： 482-486.
	周影，魏启舜，管永祥，等. 播种量对晚播紫云英生长及养分积累的效应. 土壤， 2020， 52（3）： 482-486.
31	Peng C L， Chen X M， Liang Y J， et al. Suitable sowing rate and sowing time of green manure in tobacco-growing areas of Zunyi. Hubei Agricultural Sciences， 2014， 53（23）： 5713-5715， 5723.
	彭成林，陈小明，梁永江，等. 遵义烟区绿肥适宜播种量与播种期研究. 湖北农业科学， 2014， 53（23）： 5713-5715， 5723.
32	Deng L C， Li M， Fan L Y， et al. Effects of green manure rape returned to field on rice yield and soil fertility. Hunan Agricultural Sciences， 2018（2）： 18-20.
	邓力超，李莓，范连益，等. 绿肥油菜翻压还田对土壤肥力及水稻产量的影响. 湖南农业科学， 2018（2）： 18-20.

绿肥品种 Green manure variety	播种量 Seeding rate （kg·hm^-2）	C （g·kg^-1）	N （g·kg^-1）	P （g·kg^-1）	K （g·kg^-1）	Ca （g·kg^-1）	Mg （g·kg^-1）
鼠茅草V. myuros	15	337.1±1.2b	38.31±0.57a	4.29±0.05a	33.81±0.70a	2.56±0.06ab	1.67±0.02a
	30	338.4±6.3b	35.33±1.12b	4.09±0.03b	33.68±0.66a	2.49±0.03b	1.60±0.05a
	45	355.6±9.7a	35.49±0.53b	3.65±0.10c	30.96±1.64b	2.62±0.01ab	1.41±0.03b
	60	349.6±1.7ab	35.84±0.26b	3.63±0.02c	30.24±0.26b	2.63±0.17ab	1.41±0.09b
	75	357.2±15.3a	32.57±0.38c	3.33±0.03d	30.31±0.48b	2.84±0.35a	1.37±0.05b
毛叶苕子V. villosa	15	339.0±4.6b	43.61±1.08b	5.68±0.12b	39.22±0.90a	5.60±0.07c	2.82±0.02a
	30	309.9±6.3d	36.28±1.32c	5.21±0.14c	38.57±0.53a	5.65±0.05c	2.65±0.06b
	45	321.7±1.6c	35.86±0.98c	5.29±0.05c	38.78±0.66a	8.65±1.60a	2.67±0.08b
	60	365.3±3.7a	48.58±2.59a	5.99±0.05a	38.46±0.28a	6.87±0.04bc	2.60±0.04b
	75	367.0±4.2a	46.23±3.27ab	5.08±0.15c	39.07±0.56a	7.09±0.11b	2.44±0.05c
冬油菜B. napus	15	358.9±4.3bc	33.21±1.13a	4.82±0.29a	47.61±0.21a	8.18±0.18c	2.24±0.10a
	30	373.8±4.4a	32.09±1.38ab	4.37±0.11b	37.75±0.24c	10.79±0.06a	2.17±0.07a
	45	351.1±3.4c	30.67±0.25b	4.34±0.26b	42.46±1.11b	9.63±0.19b	2.34±0.10a
	60	361.5±3.1abc	27.66±0.27c	3.19±0.10d	41.99±1.12b	9.33±0.43b	1.67±0.10c
	75	365.0±13.4ab	28.08±0.90c	3.74±0.04c	38.62±0.73c	9.22±0.31b	1.84±0.10b
肥田萝卜R. sativus	15	355.6±2.6a	26.40±0.59c	3.43±0.05d	38.07±0.98b	12.61±0.23c	2.27±0.10b
	30	341.0±4.0b	34.68±1.24ab	4.60±0.07a	41.36±1.49a	14.99±0.61ab	2.87±0.14a
	45	362.1±6.5a	33.43±0.56b	3.67±0.02c	31.17±0.24d	15.47±0.19a	2.21±0.13b
	60	353.9±5.6a	35.16±0.33a	3.35±0.11d	34.69±0.66c	15.40±0.21ab	2.12±0.03b
	75	355.6±8.6a	35.71±1.07a	4.00±0.08b	37.11±0.21b	14.77±0.23b	2.15±0.12b

绿肥品种 Green manure variety	播种量 Seeding rate （kg·hm^-2）	C （g·kg^-1）	N （g·kg^-1）	P （g·kg^-1）	K （g·kg^-1）	Ca （g·kg^-1）	Mg （g·kg^-1）
鼠茅草V. myuros	15	337.1±1.2b	38.31±0.57a	4.29±0.05a	33.81±0.70a	2.56±0.06ab	1.67±0.02a
	30	338.4±6.3b	35.33±1.12b	4.09±0.03b	33.68±0.66a	2.49±0.03b	1.60±0.05a
	45	355.6±9.7a	35.49±0.53b	3.65±0.10c	30.96±1.64b	2.62±0.01ab	1.41±0.03b
	60	349.6±1.7ab	35.84±0.26b	3.63±0.02c	30.24±0.26b	2.63±0.17ab	1.41±0.09b
	75	357.2±15.3a	32.57±0.38c	3.33±0.03d	30.31±0.48b	2.84±0.35a	1.37±0.05b
毛叶苕子V. villosa	15	339.0±4.6b	43.61±1.08b	5.68±0.12b	39.22±0.90a	5.60±0.07c	2.82±0.02a
	30	309.9±6.3d	36.28±1.32c	5.21±0.14c	38.57±0.53a	5.65±0.05c	2.65±0.06b
	45	321.7±1.6c	35.86±0.98c	5.29±0.05c	38.78±0.66a	8.65±1.60a	2.67±0.08b
	60	365.3±3.7a	48.58±2.59a	5.99±0.05a	38.46±0.28a	6.87±0.04bc	2.60±0.04b
	75	367.0±4.2a	46.23±3.27ab	5.08±0.15c	39.07±0.56a	7.09±0.11b	2.44±0.05c
冬油菜B. napus	15	358.9±4.3bc	33.21±1.13a	4.82±0.29a	47.61±0.21a	8.18±0.18c	2.24±0.10a
	30	373.8±4.4a	32.09±1.38ab	4.37±0.11b	37.75±0.24c	10.79±0.06a	2.17±0.07a
	45	351.1±3.4c	30.67±0.25b	4.34±0.26b	42.46±1.11b	9.63±0.19b	2.34±0.10a
	60	361.5±3.1abc	27.66±0.27c	3.19±0.10d	41.99±1.12b	9.33±0.43b	1.67±0.10c
	75	365.0±13.4ab	28.08±0.90c	3.74±0.04c	38.62±0.73c	9.22±0.31b	1.84±0.10b
肥田萝卜R. sativus	15	355.6±2.6a	26.40±0.59c	3.43±0.05d	38.07±0.98b	12.61±0.23c	2.27±0.10b
	30	341.0±4.0b	34.68±1.24ab	4.60±0.07a	41.36±1.49a	14.99±0.61ab	2.87±0.14a
	45	362.1±6.5a	33.43±0.56b	3.67±0.02c	31.17±0.24d	15.47±0.19a	2.21±0.13b
	60	353.9±5.6a	35.16±0.33a	3.35±0.11d	34.69±0.66c	15.40±0.21ab	2.12±0.03b
	75	355.6±8.6a	35.71±1.07a	4.00±0.08b	37.11±0.21b	14.77±0.23b	2.15±0.12b

绿肥品种Green manure variety	C	N	P	K	Ca	Mg
鼠茅草 V. myuros	0.661^**	-0.817^**	-0.966^**	-0.837^**	0.519^*	-0.879^**
毛叶苕子V. villosa	0.681^**	0.456	-0.172	-0.095	0.470	-0.887^**
冬油菜B. napus	-0.001	-0.903^**	-0.802^**	-0.549^*	0.101	-0.696^**
肥田萝卜 R. sativus	0.217	0.774^**	-0.030	-0.349	0.617^*	-0.480

绿肥品种Green manure variety	C	N	P	K	Ca	Mg
鼠茅草 V. myuros	0.661^**	-0.817^**	-0.966^**	-0.837^**	0.519^*	-0.879^**
毛叶苕子V. villosa	0.681^**	0.456	-0.172	-0.095	0.470	-0.887^**
冬油菜B. napus	-0.001	-0.903^**	-0.802^**	-0.549^*	0.101	-0.696^**
肥田萝卜 R. sativus	0.217	0.774^**	-0.030	-0.349	0.617^*	-0.480

绿肥品种 Green manure variety	播种量 Seeding rate （kg·hm^-2）	C	N	P	K	Ca	Mg
鼠茅草V. myuros	15	292±30c	33.15±2.85b	3.72±0.33c	29.25±2.50c	2.22±0.25c	1.45±0.16c
	30	428±11a	44.69±1.39a	5.17±0.03a	42.60±1.16a	3.15±0.03ab	2.02±0.05a
	45	429±13a	42.80±1.59a	4.40±0.17b	37.34±2.43b	3.16±0.07ab	1.70±0.07b
	60	319±59bc	32.67±5.77b	3.32±0.62c	27.55±4.83c	2.38±0.29bc	1.27±0.15c
	75	375±13ab	34.25±0.83b	3.50±0.08c	31.87±0.85c	3.49±0.93a	1.44±0.04c
毛叶苕子V. villosa	15	2402±303c	308.09±28.53d	40.29±5.39c	277.76±34.84c	39.60±4.36d	19.96±2.19d
	30	3073±235bc	358.96±8.97c	51.65±2.94b	382.35±27.70b	55.97±3.15c	26.30±1.99b
	45	3200±107bc	356.53±5.29c	52.62±2.35b	385.86±16.91b	86.38±18.84a	26.51±1.07b
	60	4129±91a	548.63±13.32a	67.75±1.59a	434.72±12.00a	77.66±1.94ab	29.38±0.69a
	75	3481±147b	438.01±24.24b	48.18±1.61b	370.42±6.24b	67.21±2.22bc	23.15±0.79c
冬油菜B. napus	15	324±45c	29.93±3.20c	4.36±0.66d	42.98±5.40d	7.39±1.01c	2.03±0.35d
	30	1053±45b	90.46±6.63b	12.31±0.84c	106.41±6.20c	30.42±1.76b	6.13±0.52c
	45	1843±498a	161.23±45.00a	22.57±4.89a	221.90±55.63a	50.37±12.91a	12.18±2.96a
	60	1966±82a	150.41±4.02a	17.32±0.59b	228.23±3.54a	50.73±2.84a	9.04±0.31b
	75	1650±101a	127.29±13.49ab	16.95±1.38b	174.71±12.15b	41.66±2.24a	8.31±0.38bc
肥田萝卜R. sativus	15	2880±245d	213.73±17.13e	27.77±2.41e	308.61±31.82c	102.19±9.79d	18.42±2.06d
	30	3043±90d	309.72±19.92d	41.04±2.27d	368.84±4.68b	133.65±2.85c	25.62±0.77c
	45	4516±175c	416.74±7.47c	45.71±1.18c	388.62±5.48b	192.86±5.91b	27.55±1.23bc
	60	5299±266a	526.30±21.57a	50.16±2.26b	519.37±23.90a	230.51±9.08a	31.73±1.72a
	75	4873±110b	489.36±18.11b	54.85±1.37a	508.51±3.82a	202.42±1.78b	29.49±1.55ab