綠肥在湘西煙田中的腐解和養(yǎng)分釋放動(dòng)態(tài)

鄧小華，羅 偉，周米良，田 峰，張明發(fā)，江智敏，鄭宏斌，張仲文

1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，長(zhǎng)沙市芙蓉區(qū)農(nóng)大路1 號(hào) 410128

2.湖南省煙草公司湘西自治州公司，湖南省吉首市人民南路118 號(hào) 416000

3.浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，杭州市建國(guó)南路288 號(hào) 310009

湘西自治州地處武陵山區(qū)，生態(tài)條件優(yōu)越，光、熱、水資源豐富，是中國(guó)優(yōu)質(zhì)煙葉的重要產(chǎn)區(qū)之一［1-4］。由于長(zhǎng)期種煙和大量施用化肥，植煙土壤品質(zhì)衰退已成為湘西煙葉產(chǎn)業(yè)發(fā)展的障礙因素之一。烤煙種植一般為一年一熟，從10 月至翌年4月休閑期達(dá)6 個(gè)月，極大地浪費(fèi)了光、熱資源。如果填閑種植綠肥，不僅可以充分利用土地資源，還可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和培肥地力［5-8］，達(dá)到維護(hù)和改良植煙土壤的目的，對(duì)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。而了解綠肥的腐解礦化過程和養(yǎng)分釋放規(guī)律是合理利用綠肥的基礎(chǔ)，這方面前人曾進(jìn)行了相關(guān)研究，潘福霞等［9］采用盆栽方式模擬研究了箭舌豌豆、苕子、山黧豆的腐解和養(yǎng)分釋放特征；寧東峰等［10］提出了油菜、毛葉苕子、冬牧70 黑麥在華北地區(qū)棉田翻壓的腐解及養(yǎng)分釋放規(guī)律；趙娜等［11］試驗(yàn)了西北旱地長(zhǎng)武懷豆、大豆和綠豆的腐解及養(yǎng)分釋放動(dòng)態(tài)；孔偉等［12］研究了湖北省恩施煙田光葉紫花苕子的腐解及養(yǎng)分釋放動(dòng)態(tài)。上述研究雖采用的都是網(wǎng)袋田間埋植法，但綠肥所在的地域和環(huán)境條件不同。另外，不同種類綠肥的組成成分不同，其碳氮比（C/N）、養(yǎng)分含量的差異亦很大，在不同環(huán)境條件下的腐解和養(yǎng)分釋放規(guī)律也不盡相同。而且對(duì)于光葉紫花苕子（Vicia villosa Roth var.）、箭舌豌豆（Vicia sativa L.）、紫云英（Astragalus sinicus L.）、黑麥草（Lolium perenne）等綠肥在湘西州煙區(qū)烤煙生長(zhǎng)季節(jié)的大田中腐解和養(yǎng)分釋放動(dòng)態(tài)研究報(bào)道相對(duì)較少［13-15］。為此，利用網(wǎng)袋田間埋植法，對(duì)不同種類綠肥在植煙狀態(tài)下的大田腐解及碳、氮、磷、鉀養(yǎng)分的釋放規(guī)律進(jìn)行了田間試驗(yàn)，旨在了解綠肥在土壤中的腐解動(dòng)態(tài)，為南方旱作煙區(qū)合理選用綠肥品種、確定綠肥翻壓量和化肥配施量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2013年5—8月進(jìn)行，試驗(yàn)地位于湘西自治州鳳凰縣千工坪鄉(xiāng)巖板井村（海拔452 m，經(jīng)度E109.30°，緯度N28.01°），屬中亞熱帶山地濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年日照時(shí)數(shù)1 266.3 h，年平均氣溫15.9，年降雨量1 308.1 mm，無(wú)霜期276 d；土壤為石灰?guī)r母質(zhì)發(fā)育的旱地土壤，pH 6.23，有機(jī)質(zhì)10.46 g/kg，堿解氮38.20 mg/kg，有效磷9.75 mg/kg，速效鉀108.76 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試綠肥為豆科光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英和禾本科黑麥草。4 種綠肥于初花期取地上部分鮮草剪切至2 cm 左右的小段，養(yǎng)分含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）見表1。供試尼龍網(wǎng)袋規(guī)格為15 cm × 25 cm，孔徑為75 μm。

表1 翻壓前綠肥地上部含水率及養(yǎng)分含量①Tab.1 Moisture and nutrient contents of tobacco shoot before green manure burying

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為真實(shí)反映綠肥中養(yǎng)分在田間的釋放狀況，采用尼龍網(wǎng)袋埋植法，每一個(gè)尼龍網(wǎng)袋裝鮮草100 g，封緊袋口后埋入煙壟上2株烤煙中間15 cm 深處，每2 株烤煙之間埋1 袋。在烤煙移栽前20 d 煙田起壟時(shí)翻埋綠肥，然后分別于7，14，21，28，35，42，49，63，77，91 和140 d 隨機(jī)取樣，每次取樣3 袋（相當(dāng)于3 次重復(fù)）。取出尼龍網(wǎng)袋后，除去表面黏附的泥土，于60烘箱中烘干樣品。

1.4 測(cè)定方法

式中:C0為綠肥初始養(yǎng)分含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；Ct為t時(shí)刻綠肥養(yǎng)分含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；M0為綠肥初始干物質(zhì)量；Mt為t時(shí)刻綠肥干物質(zhì)量（殘留量）；Tt為t時(shí)刻的天數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2003 和SPSS12.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行數(shù)據(jù)間差異顯著性多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠肥腐解的動(dòng)態(tài)變化

由圖1～圖3 可知，4 種綠肥翻壓后的干物質(zhì)殘留量、腐解速率和累計(jì)腐解率隨時(shí)間的變化曲線基本一致，其腐解過程主要分為3個(gè)階段:快速腐解期（第0～2周）、中速腐解期（第2～7周）和緩慢腐解期（第7周以后）。從圖1可看出，綠肥翻壓后第1周的腐解量較少，從第2周開始至第5周綠肥腐解量快速增加，至翻壓后20周（烤煙收獲完畢）1 kg 的光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麥草鮮草殘留量分別為33.66，35.31，35.67 和43.00 g。從圖2 來(lái)看，翻壓后至第7 周，4 種綠肥的腐解速率較快，均以第2 周最高，此時(shí)的光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麥草的腐解速率分別為6.95，5.90，6.29 和6.90 g/（d·kg）。從圖3 來(lái)看，第0～2 周為綠肥快速腐解期，翻壓后14 d 時(shí)的光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麥草的累計(jì)腐解率分別為38.35%，26.64%，37.02%和25.00%，平均每周的腐解率分別為19.18%，13.22%，18.51%和12.50%；第3～7周為綠肥中速腐解期，至翻壓后49 d時(shí)的光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麥草的累計(jì)腐解率分別達(dá)到69.18%，60.64%，70.57%和67.90%，平均每周的腐解率分別為6.16%，6.80%，6.71%和8.58%；第8～20 周為綠肥緩慢腐解期，4種綠肥的累計(jì)腐解率變化趨于平緩，翻壓后140 d的光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麥草的累計(jì)腐解率分別為78.53%，80.43%，79.01%和80.37%，平均每周的腐解率分別為0.72%，1.52%，0.65%和0.96%。

圖1 不同綠肥品種干物質(zhì)殘留量的動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of residual dry matter weights of different green manures

圖2 不同綠肥品種腐解速度的動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of decomposition speeds of different green manures

圖3 不同綠肥品種累計(jì)腐解率的動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of decomposition rates of different green manures

不同綠肥品種的腐解動(dòng)態(tài)存在差異。從圖1 看出，翻壓后至第3周，禾本科綠肥（黑麥草）干物質(zhì)殘留量高于豆科綠肥（光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英）；第4周至第12周，黑麥草、箭舌豌豆的干物質(zhì)殘留量高于光葉紫花苕子、紫云英。從圖2來(lái)看，在綠肥翻壓后的第3、4周，禾本科綠肥腐解速率顯著高于豆科綠肥，而其他時(shí)期綠肥品種間差異不顯著。從圖3 看出，在翻壓后腐解速率最快的第2 周，不同綠肥品種的累計(jì)腐解率為光葉紫花苕子＞紫云英＞箭舌豌豆＞黑麥草，其中光葉紫花苕子、紫云英的累計(jì)腐解率顯著高于箭舌豌豆、黑麥草；從第3周至第12周，箭舌豌豆的累計(jì)腐解率顯著低于其他綠肥，而光葉紫花苕子、紫云英、黑麥草的累計(jì)腐解率間差異不顯著。說(shuō)明箭舌豌豆的腐解，特別是后期腐解較其他綠肥緩慢。

2.2 碳釋放的動(dòng)態(tài)變化

由圖4可知，4種綠肥翻壓后在大田的全碳釋放率隨時(shí)間的變化曲線基本一致。在綠肥翻壓后14 d，光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麥草的全碳累計(jì)釋放率分別為39.12%，27.41%，37.86%和26.10%，平均每周的釋放率分別為19.56%，13.70%，18.93%和13.05%；此階段的光葉紫花苕子、紫云英的碳累計(jì)釋放率顯著高于箭舌豌豆和黑麥草。在綠肥翻壓后49 d 的光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麥草的全碳累計(jì)釋放率分別達(dá)到70.30%，62.17%，71.32%和69.20%，第3～7 周平均每周的釋放率分別為6.23%，6.95%，6.69%和8.62%；此階段箭舌豌豆的全碳累計(jì)釋放率顯著低于其他綠肥，而光葉紫花苕子、紫云英、黑麥草的全碳累計(jì)釋放率間差異不顯著。在綠肥翻壓后140 d 的光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麥草的全碳累計(jì)釋放率分別為79.57%，81.46%，79.79%和81.35%，第8～20周平均每周的釋放率分別為0.71%，1.48%，0.65%和0.93%。

圖4 不同綠肥品種碳釋放的動(dòng)態(tài)變化Fig.4 Dynamic changes of carbon release rates of different green manures

2.3 氮釋放的動(dòng)態(tài)變化

由圖5可知，4種綠肥翻壓后在大田的氮釋放率隨時(shí)間的變化曲線基本一致。綠肥翻壓后的前14 d，氮釋放最快，此階段的禾本科綠肥的氮累計(jì)釋放率顯著低于豆科，光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麥草的氮累計(jì)釋放率分別為53.18%，46.88%，50.33%和40.15%，平均每周的釋放率分別為26.59%，23.44%，25.26%和20.08%。綠肥經(jīng)過7周的較快腐解，氮素釋放緩慢并逐漸趨于穩(wěn)定，至綠肥翻壓后49 d 光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麥草的氮累計(jì)釋放率分別為83.03%，75.68%，79.06%和79.28%，平均每周的釋放率分別為5.97%，5.76%，5.71%和7.83%。在綠肥翻壓后140 d，光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麥草的氮累計(jì)釋放率分別達(dá)到89.50%，89.85%，89.14%和91.34%，第8～20 周平均每周的釋放率分別為0.50%，1.09%，0.78%和0.93%。

圖5 不同綠肥品種氮釋放的動(dòng)態(tài)變化Fig.5 Dynamic changes of nitrogen release rates of different green manures

2.4 磷釋放的動(dòng)態(tài)變化

由圖6 可知，綠肥翻壓后的前2 周磷釋放最快，在14 d 時(shí)測(cè)定的光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麥草的磷累計(jì)釋放率分別為52.16%，36.01%，44.67%和35.71%，平均每周的釋放率分別為26.08%，18.00%，22.33%和17.86%?？梢?，光葉紫花苕子、紫云英的磷累計(jì)釋放率顯著高于箭舌豌豆、黑麥草。綠肥中磷素釋放經(jīng)過7 周的較快腐解變得緩慢并逐漸趨于穩(wěn)定，在綠肥翻壓后49 d測(cè)定磷累計(jì)釋放率，光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麥草分別為84.78%，70.61%，82.34%和73.86%，平均每周的釋放率分別為4.47%，4.48%，5.29%和4.66%。在綠肥翻壓后140 d 測(cè)定磷累計(jì)釋放率，光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麥草的磷累計(jì)釋放率分別為93.29%，88.32%，91.00%和83.18%，第8～20 周平均每周的釋放率分別為0.65%，1.36%，0.67%和0.72%。

圖6 不同綠肥品種磷釋放的動(dòng)態(tài)變化Fig.6 Dynamic changes of phosphorus release rates of different green manures

2.5 鉀釋放的動(dòng)態(tài)變化

由圖7 可知，在綠肥翻壓后鉀釋放最快的前兩周，光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麥草的鉀累計(jì)釋放率分別為44.26%，38.81%，41.21%和33.95%，平均每周的釋放率分別為22.13%，19.41%，20.60%和16.97%，豆科綠肥的鉀累計(jì)釋放率顯著高于禾本科。再經(jīng)過7 周的較快腐解，至綠肥翻壓后49 d，綠肥中鉀素釋放緩慢并逐漸趨于穩(wěn)定，光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麥草的鉀累計(jì)釋放率分別為79.47%，73.88%，80.12%和76.40%，平均每周的釋放率分別為7.04%，7.01%，7.78%和8.49%。在綠肥翻壓后140 d測(cè)定光葉紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麥草的鉀累計(jì)釋放率，分別達(dá)到86.13%，88.74%，86.10%和86.09%，平均每周的釋放率分別為0.51%，1.14%，0.46%和0.75%。

圖7 不同綠肥品種鉀釋放的動(dòng)態(tài)變化Fig.7 Dynamic changes of potassium release rates of different green manures

2.6 碳氮比的動(dòng)態(tài)變化

由圖8可知，4種綠肥翻壓后的C/N總體上均呈上升趨勢(shì)。翻壓后的光葉紫花苕子C/N 為12.85～25.00，第1～3周C/N上升較快，以后緩慢上升；至翻壓后第11 周，C/N 超過24。翻壓后的箭舌豌豆C/N為13.28～21.05，呈緩慢上升趨勢(shì)。翻壓后的紫云英C/N 為17.92～33.33，有兩個(gè)快速增加期，分別為第1～2 周和第11～13 周；至翻壓后第7 周，C/N 超過24。翻壓后的黑麥草C/N為15.68～33.75，有兩個(gè)快速增加期，分別為第1～3周和第9～11周；至翻壓后第9周，C/N超過24。潘福霞等［9］研究認(rèn)為綠肥翻壓前10 d，C/N 均呈上升趨勢(shì)，10 d 后C/N 均呈下降趨勢(shì)；寧東峰等［10］研究認(rèn)為冬牧70 黑麥在翻壓前15 d C/N 呈上升趨勢(shì)，比值由22 上升至36，以后呈下降趨勢(shì)，這些結(jié)果與本研究結(jié)論不一致，可能與綠肥的鮮嫩程度和環(huán)境條件有關(guān)。

圖8 不同綠肥品種C/N 的動(dòng)態(tài)變化Fig.8 Dynamic changes of C/N of different green manures

3 結(jié)論與討論

（1）綠肥在煙田中的有機(jī)物腐解和養(yǎng)分釋放量以翻壓前兩周分解速率最快，第3～7 周分解速率中等，7 周以后較慢，這與文獻(xiàn)［9,12,18］中的研究結(jié)果基本一致。而寧東峰等［10］認(rèn)為綠肥翻壓前3 d 腐解速率最快，以后呈降低趨勢(shì)并變緩；趙娜等［11］提出前期腐解快、后期腐解慢，高峰均出現(xiàn)在最初的1個(gè)月內(nèi)，與本研究結(jié)果不完全一致。主要原因可能是寧東峰等［10］的試驗(yàn)中翻壓前期是在華北地區(qū)的9月，趙娜等的試驗(yàn)中翻壓前期是在西北地區(qū)的9月，本試驗(yàn)與孔偉等［12］的試驗(yàn)中翻壓前期均是在華中地區(qū)的4～5 月?？梢姡陨显囼?yàn)的綠肥翻壓后生態(tài)環(huán)境條件存在差異，導(dǎo)致其有機(jī)物腐解和養(yǎng)分釋放的高峰期不同。

（2）不同種類綠肥腐解和養(yǎng)分釋放速率不同。禾本科綠肥黑麥草的含水率較低，翻壓等量鮮綠肥時(shí)，其干物質(zhì)量相對(duì)最大，在綠肥快速腐解的前2周，黑麥草有機(jī)物腐解和養(yǎng)分釋放慢于其他綠肥。箭舌豌豆在綠肥中速腐解的第3～7周內(nèi)有機(jī)物腐解和養(yǎng)分釋放慢于其他綠肥，可能與箭舌豌豆植株的組織結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分組成有關(guān)［10］。

（3）鮮綠肥翻壓后在土壤中的分解過程會(huì)引起土壤性質(zhì)的變化，如消耗土壤中的水分和氧、產(chǎn)生某些還原性的中間產(chǎn)物、微生物固定土壤速效養(yǎng)分等［17］。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，綠肥的快速腐解是在翻壓后2周以內(nèi)。因此，在烤煙移栽前15～20 d翻壓綠肥，待土壤性質(zhì)變化得以緩解后再移栽煙苗較適宜。

（4）一般認(rèn)為微生物分解有機(jī)物最適宜的C/N為24，大于此數(shù)值，微生物與作物間會(huì)爭(zhēng)奪土壤中的無(wú)機(jī)氮素，而造成作物缺氮［10］，應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充氮肥［19-20］。根據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果，光葉紫花苕子、紫云英、黑麥草的C/N超過24的時(shí)間分別為第11周、第7周、第9周，箭舌豌豆C/N 始終小于24，說(shuō)明當(dāng)?shù)責(zé)熖锞G肥翻壓時(shí)不需額外補(bǔ)充氮素。

（5）試驗(yàn)結(jié)果表明:4種綠肥在煙田翻壓后的7周內(nèi)釋放出其整個(gè)植株所含氮素的75.68%～83.03%，而且50%以上的氮素主要集中在翻壓后的前3 周內(nèi)。文獻(xiàn)［7，12］中也有相似的研究結(jié)論。因此，在湖南省湘西煙區(qū)翻壓綠肥，其氮素釋放特點(diǎn)符合烤煙養(yǎng)分的吸收規(guī)律，只要翻壓量適當(dāng)，不會(huì)出現(xiàn)后期氮素供應(yīng)過多而影響烤煙正常成熟落黃的問題。

（6）因試驗(yàn)中沒有同步研究4種綠肥在腐解過程中植煙土壤物理特性和養(yǎng)分特性的變化，無(wú)法定量明確綠肥翻壓后有機(jī)物腐解和養(yǎng)分釋放對(duì)土壤的作用，但施用綠肥對(duì)植煙土壤的培肥作用是不容置疑的［15，21-22］。結(jié)果表明:4 種綠肥在整個(gè)烤煙生育期內(nèi)氮、磷、鉀累計(jì)釋放率分別為89.14%～91.34%，83.18%～93.29%和86.10%～88.74%。按照當(dāng)?shù)貞T用的煙田綠肥翻壓量15 000 kg/hm2計(jì)算，綠肥翻壓當(dāng)年可提供煙田氮素52～81 kg/hm2，磷素5～11 kg/hm2，鉀素32～42 kg/hm2。因此，煙田翻壓綠肥后可減少化肥用量，特別是要適當(dāng)減少氮肥用量。

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