旱地不同綠肥品種和種植方式提高土壤肥力的效果

李紅燕，胡鐵成，曹群虎，魚(yú)昌為，曹衛(wèi)東，黃冬琳，翟丙年，高亞軍，4

（1 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌 712100；2 陜西省長(zhǎng)武縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，陜西長(zhǎng)武 713600；3 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；4 農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100）

旱地不同綠肥品種和種植方式提高土壤肥力的效果

李紅燕1，胡鐵成1，曹群虎2，魚(yú)昌為2，曹衛(wèi)東3，黃冬琳1，翟丙年1，高亞軍1，4*

（1 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌 712100；2 陜西省長(zhǎng)武縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，陜西長(zhǎng)武 713600；3 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；4 農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100）

【目的】黃土高原旱地土壤貧瘠，夏閑期雨熱資源難以被充分利用。本研究通過(guò)田間試驗(yàn)研究不同夏季綠肥品種及其種植方式對(duì)綠肥鮮重、綠肥養(yǎng)分還田量、土壤養(yǎng)分含量、土壤酶活性、土壤水溶性有機(jī)碳和微生物量碳含量的影響，旨在篩選出適宜當(dāng)?shù)叵拈e期種植的綠肥品種及種植方式，為促進(jìn)黃土高原地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)支持?！痉椒ā勘狙芯坎捎秒S機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，以夏季裸地休閑為對(duì)照，設(shè)綠肥（綠豆、長(zhǎng)武懷豆、毛葉苕子、油菜）和綠肥種植方式（麥后播種、麥田套種）為研究因素，共 9 個(gè)處理。綠肥盛花期全區(qū)齊地收割地上部并稱重計(jì)鮮草產(chǎn)量，分析綠肥地上部氮磷鉀含量；每個(gè)小區(qū)采集 50 株綠肥下長(zhǎng)、寬、深均為20 cm 的土體中的根系，稱重并進(jìn)行分析；綠肥收獲翻壓 20 天后，于各小區(qū)采集 0—20 cm 土壤樣品，測(cè)定土壤養(yǎng)分含量，土壤微生物量碳，土壤水溶性有機(jī)碳含量以及主要酶含量?！窘Y(jié)果】綠肥麥后播種生物量要高于麥田套種；麥后播種以懷豆和油菜生物量較高，套種以油菜生物量顯著高于其他處理。不同種植方式下綠肥總養(yǎng)分還田量與生物量規(guī)律類似；麥后播種長(zhǎng)武懷豆顯著提高了氮素和磷素還田量，麥后播種油菜顯著提高了磷素和鉀素還田量；套種時(shí)氮、磷和鉀還田量由高到低順序?yàn)橛筒耍久~苕子＞綠豆＞長(zhǎng)武懷豆，不同綠肥間差異達(dá)到顯著水平。翻壓油菜土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷及速效鉀含量都要顯著高于休閑處理；麥后播種長(zhǎng)武懷豆并翻壓 2年后，0—20 cm 土壤有機(jī)質(zhì)、總氮、礦質(zhì)氮、速效磷及速效鉀含量較休閑分別提高了 12.4%、22.2%、95.9%、28.6% 和 11.2%。種植綠肥與休閑相比，土壤水溶性有機(jī)碳和微生物量碳含量均有所提高，其中套種油菜增加達(dá)顯著水平，麥后播種各綠肥間土壤微生物量碳含量差異不顯著，但都顯著高于休閑。與休閑相比，麥后播種綠肥均提高了土壤酶活性；套種綠肥除綠豆處理的脲酶和過(guò)氧化氫酶低于休閑外，其他處理均提高了土壤酶活性。土壤各測(cè)定指標(biāo)與綠肥生物量之間均有顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系，表明土壤肥力的提高主要取決于還田綠肥的生物量?！窘Y(jié)論】長(zhǎng)武懷豆和油菜翻壓入土后，能夠增加土壤的養(yǎng)分含量和酶活性，培肥效果優(yōu)于綠豆和毛葉苕子。麥后播種綠肥的生物量、養(yǎng)分還田量顯著高于套種，土壤養(yǎng)分含量及土壤酶活性也較高。所以在黃土旱塬地區(qū)可選擇麥后播種長(zhǎng)武懷豆和油菜可有效改善土壤肥力。

懷豆；油菜；麥后播種；土壤性質(zhì)

黃土高原大部分區(qū)域光、熱、水資源滿足作物一熟有余而兩熟不足，因此常有大片土地夏季或冬季處于休閑狀態(tài)。利用這些剩余的資源插播短期綠肥作物不僅可以減少雜草生長(zhǎng)和病蟲(chóng)害發(fā)生［1］，而且能提高土地和勞動(dòng)力資源利用率［2-3］。夏閑期種植作物在一定程度上消耗了土壤水分，對(duì)后季作物（如冬小麥）產(chǎn)量的影響會(huì)由于降水量等環(huán)境因素不同而存在差異［4］，在降水正常的年份，播種綠肥通常不會(huì)降低后季作物產(chǎn)量［5-6］，有利于充分利用土地資源，保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

綠肥作物種植方式多種多樣，有間、套、復(fù)種（麥后播種），不同作物與不同種植方式的效果不同。如玉米與苜蓿間作，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升，體積質(zhì)量下降，土壤全氮、全磷、全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高［7］。豌豆與大麥間作時(shí)，由于豌豆對(duì)大麥存在一個(gè)遮陰的效應(yīng)，導(dǎo)致大麥籽粒不飽滿［8］。小麥和大豆套種可以有效調(diào)節(jié)土壤濕度、溫度及理化性狀，促使氮素向有利于作物吸收及減少損失方向發(fā)展［9］。在麥行間套作鷹嘴豆可以增加土壤的有效磷含量從而緩解土壤缺磷情況［10］。麥茬復(fù)種油菜，由于油菜根系能分泌大量有機(jī)物活化分解土壤中難溶性磷素，激活土壤生物活性，加速麥茬在土壤中的有機(jī)腐化，提高土壤肥力［11］。綠肥種類繁多，既有豆科綠肥，也有禾本科、十字花科綠肥等。那么在黃土高原地區(qū)適合種植哪些品種的綠肥，并且哪種種植方式更有效有待研究。

本研究采用田間試驗(yàn)，以長(zhǎng)武懷豆（大豆的當(dāng)?shù)仄贩N）、綠豆、毛葉苕子和油菜為研究對(duì)象，比較其麥后播種與套種對(duì)旱地土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)的影響，以期篩選出該地區(qū)培肥效果最佳的綠肥種類及種植方式，為黃土高原地區(qū)可持續(xù)農(nóng)業(yè)建立合理的土地用養(yǎng)制度提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于黃土高原中南部的陜西省長(zhǎng)武縣丁家鎮(zhèn)丁家村，海拔 1220 m，屬西北內(nèi)陸暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，雨熱同季，四季冷暖干濕分明，年均氣溫 9.1℃，無(wú)霜期 171 d。熱量豐富，年平均日照 2226.5 h，積溫 2994℃，多年平均降水 584 mm，且季節(jié)性分布不均，多集中于夏秋季節(jié)。試驗(yàn)地土壤為黃蓋粘黑壚土（Cumuli-Ustic Isohumosols，系統(tǒng)分類名稱：堆墊干潤(rùn)均腐土），母質(zhì)為中壤質(zhì)馬蘭黃土，土層深厚，全剖面土質(zhì)均勻疏松，通透性好，土壤養(yǎng)分含量為：有機(jī)質(zhì) 14.1 g/kg、全氮 0.89 g/kg、全磷 0.61 g/kg、硝態(tài)氮 12.42 mg/kg、銨態(tài)氮2.32 mg/kg、速效磷 5.43 mg/kg、速效鉀 153.3 mg/kg，pH 為 7.80。研究區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要依賴生育期的天然降水和前期土壤蓄水，屬于典型的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，主要種植制度為一年一熟。

1.2試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采取兩因素（綠肥種類和綠肥種植方式）完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。綠肥種類包括綠豆（播種量 113 kg/hm2）、長(zhǎng)武懷豆（播種量 150 kg/hm2）、毛葉苕子（播種量 150 kg/hm2）和油菜（播種量 15 kg/hm2）；種植方式為麥后播種（小麥?zhǔn)斋@后硬茬播種綠肥）和麥田套種（小麥生長(zhǎng)后期麥田撒播綠肥），以休閑不種綠肥為對(duì)照，共 9 個(gè)處理。小區(qū)面積為 100 m2（4 m×25 m），重復(fù)4次。

綠肥套種 2011年于 6月15日施行，麥后播種于 6月30日小麥?zhǔn)斋@后施行，8月30日用旋耕機(jī)將綠肥直接翻壓于土壤中，翻壓深度 10—20 cm。2012年6月5日綠肥套種，麥后 6月30日播種綠肥，9月 1日翻壓綠肥。

1.3測(cè)定項(xiàng)目及方法

綠肥盛花期齊地收割全區(qū)綠肥地上部，稱重計(jì)鮮草產(chǎn)量；每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取 20 株綠肥地上部進(jìn)行植株養(yǎng)分分析，隨機(jī)選取 50 株綠肥，采集其下部長(zhǎng)、寬、深均為 20 cm 的土體中的根系，用自來(lái)水將根系沖洗干凈，晾干水分后稱重，并將其中 20 株根系用作分析樣品。綠肥收獲翻壓 20 天（2012年9月 20日）后于各小區(qū)采集 0—20 cm 土壤樣品，進(jìn)行土壤肥料指標(biāo)分析。

綠肥植物樣品 95℃ 殺青 30 分鐘，于 65℃ 烘至恒重，計(jì)算含水量；烘干植物樣經(jīng)粉碎混勻后，用硫酸過(guò)氧化氫濕法消解，流動(dòng)分析儀測(cè)定全氮含量，鉬黃比色法測(cè)定全磷含量，火焰光度法測(cè)定全鉀含量；采用烘干法測(cè)定土壤樣品水分含量，用 1 mol/L 氯化鉀浸提連續(xù)流動(dòng)分析儀法測(cè)硝銨態(tài)氮含量，用 0.5 mol/L 的碳酸氫鈉浸提比色法測(cè)有效磷含量，火焰光度法測(cè)速效鉀含量，凱式定氮法測(cè)定全氮含量，采用氯仿熏蒸浸提用 TOC 有機(jī)碳分析儀測(cè)定微生物量碳含量；重鉻酸鉀外加熱法測(cè)有機(jī)質(zhì)含量；用蒸餾水 2∶1 進(jìn)行浸提，25℃ 下恒溫震蕩 30 min，（250次/min）離心 10 min（4000 轉(zhuǎn)/min）后采用重鉻酸鉀法測(cè)定水溶性有機(jī)碳含量，磷酸苯二鈉比色法測(cè)堿性磷酸酶含量，靛酚藍(lán)比色法測(cè)定脲酶含量，3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定蔗糖酶含量，容量滴定法測(cè)定過(guò)氧化氫酶［12］含量。土壤總體酶活性的計(jì)算方程如下：

計(jì)算式表述為：將測(cè)出的整個(gè)土壤酶活性計(jì)算其平均值，將其平均值作為對(duì)照，然后再計(jì)算各種土壤酶活性的相對(duì)值，最后總和作為總體酶活性。式中， Xi表示的是各種供試土壤第 i 種土壤酶活性的測(cè)定值，X 為相同酶的活性的平均，Et 值表示總體酶活性的大?。?3］。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2013 和 DPS7.5 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，LSD 法檢驗(yàn)差異顯著性（P＜0.05）。

2　結(jié)果分析

2.1種植方式對(duì)不同綠肥鮮重的影響

由表1看出，麥后播種懷豆地上部鮮重顯著高于綠豆、毛葉苕子與油菜，后三者之間無(wú)顯著差異（P＜0.05）；根系生物量由高到低為懷豆＞油菜＞綠豆＞毛葉苕子，差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。綠肥套種時(shí)，地上部生物量由高到低為油菜＞毛葉苕子＞綠豆＞懷豆，差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）；根系生物量的高低與地上部規(guī)律類似?？傮w來(lái)說(shuō)，麥后播種綠肥地上部鮮重高于麥田套種。2012年種植方式對(duì)綠肥鮮重的影響與第一年相似，只有麥后播種油菜鮮重提高，與麥后播種懷豆無(wú)顯著差異，麥后播種懷豆和油菜的鮮重都要顯著高于其他處理。綜合兩年結(jié)果看，綠肥麥后播種生物量要高于麥田套種，播種懷豆和油菜鮮重較高，套種油菜鮮重最高。套種條件下，綠肥種子體積大的綠肥鮮重小于體積小的，可能因?yàn)榉N子過(guò)大無(wú)法入土發(fā)苗。

表1　2011年和 2012年麥后播種和套種不同綠肥的鮮重（kg/hm2，F(xiàn)W）Table 1　Green manure biomass sown after wheat harvest and intercropped with wheat in 2011 and 2012

2.2種植方式對(duì)不同綠肥處理養(yǎng)分還田量的影響

2011年和 2012年總養(yǎng)分還田量見(jiàn)表2。麥后播種綠肥時(shí)，氮素還田量長(zhǎng)武懷豆與毛葉苕子之間沒(méi)有顯著差異，但都顯著高于綠豆和油菜（P＜0.05）；磷素還田量長(zhǎng)武懷豆與油菜之間沒(méi)有顯著差異，但顯著高于綠豆與毛葉苕子（P＜0.05）；鉀素還田量油菜顯著高于其他三種綠肥（P＜0.05）。綠肥套種時(shí)，氮素還田量由高到低為油菜＞毛葉苕子＞綠豆＞長(zhǎng)武懷豆，且差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）；磷素和鉀素還田量高低與氮素類似?？傮w來(lái)說(shuō)，麥后播種綠肥養(yǎng)分還田量高于套種綠肥，這與綠肥生物量規(guī)律類似，說(shuō)明生物量越高，養(yǎng)分還田量越高。

2.3種植方式對(duì)不同綠肥處理 0—20 cm 土壤養(yǎng)分含量的影響

綠肥翻壓 20 天后的土壤養(yǎng)分結(jié)果（表3）表明，麥后播種綠肥時(shí)，不同綠肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量之間均無(wú)顯著差異；長(zhǎng)武懷豆和毛葉苕子處理的土壤礦質(zhì)氮含量差異不顯著，但均顯著高于油菜處理（P＜0.05）；油菜處理土壤速效磷含量與長(zhǎng)武懷豆處理相當(dāng)，但顯著高于綠豆和毛葉苕子處理（P＜0.05）；不同綠肥處理土壤速效鉀無(wú)顯著差異。麥后播種長(zhǎng)武懷豆時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效氮磷鉀含量均顯著高于休閑處理；麥后播種油菜時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷和速效鉀含量均顯著高于休閑處理。套種綠肥時(shí)，油菜處理有機(jī)質(zhì)含量顯著高于懷豆處理；四種綠肥處理土壤全氮含量和礦質(zhì)氮含量之間均無(wú)顯著差異；油菜處理土壤速效磷含量顯著高于毛葉苕子、長(zhǎng)武懷豆和綠豆處理（P＜0.05）；油菜處理土壤速效鉀含量顯著高于懷豆處理（P＜0.05）。套種長(zhǎng)武懷豆時(shí)，土壤養(yǎng)分含量與休閑處理間無(wú)顯著差異；套種油菜時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷和速效鉀含量均顯著高于休閑處理。長(zhǎng)武懷豆麥后播種時(shí)土壤養(yǎng)分含量顯著高于套種，而其他三種綠肥麥后播種與套種對(duì)土壤養(yǎng)分含量影響不大。

表2　2年綠肥總養(yǎng)分還田量（kg/hm2）Table 2　Total green manure nutrients returned to soil in the two years’ period

表3　種植翻壓綠肥 2年后不同處理土壤養(yǎng)分含量Table 3　Soil nutrient contents of different treatments after 2 years of the green manure application

由表4可見(jiàn)，麥后播種綠肥時(shí)，4 種綠肥處理的土壤微生物量碳和水溶性有機(jī)碳含量間均無(wú)顯著差異；然而，麥后播種懷豆和油菜時(shí)，土壤水溶性有機(jī)碳含量均顯著高于休閑處理；與休閑相比，麥后播種四種綠肥時(shí)均顯著提高了微生物量碳含量。套種綠肥時(shí)，油菜處理的土壤微生物量碳和水溶性有機(jī)碳含量均顯著高于長(zhǎng)武懷豆處理（P＜0.05）；與休閑相比，套種油菜時(shí)顯著提高了土壤微生物量碳和水溶性有機(jī)碳含量。長(zhǎng)武懷豆麥后播種時(shí)土壤微生物量碳含量均顯著高于套種處理，其他三種綠肥麥后播種與套種時(shí)土壤碳含量均無(wú)顯著差異。

2.4種植方式對(duì)不同綠肥處理 0—20 cm 土壤酶活性的影響

翻壓綠肥兩年后土壤酶活性結(jié)果（表5）表明，四種綠肥麥后播種時(shí)，脲酶活性和蔗糖酶活性均無(wú)顯著差異；毛葉苕子處理的土壤磷酸酶活性顯著低于其他三種綠肥；油菜處理的土壤過(guò)氧化氫酶活性顯著高于綠豆處理（P＜0.05）。綠肥麥后播種時(shí)土壤酶活性總體高于休閑處理。套種綠肥時(shí)，種植油菜處理的土壤磷酸酶、蔗糖酶和過(guò)氧化氫酶活性均顯著高于長(zhǎng)武懷豆和綠豆處理，但與毛葉苕子處理間差異不顯著。油菜和毛葉苕子套種時(shí)土壤酶活性總體高于休閑處理。長(zhǎng)武懷豆麥后播種時(shí)土壤酶活性高于套種，而其他綠肥麥后播種時(shí)土壤酶活性與套種時(shí)差異不大。總體酶活性高低順序?yàn)辂満蟛シN時(shí)懷豆＞油菜＞綠豆＞毛葉苕子，套種時(shí)油菜＞毛葉苕子＞綠豆＞懷豆，總體看來(lái)麥后播種時(shí)土壤總體酶活性高于套種。不論綠肥麥后播種還是套種，土壤酶活性均高于休閑。

表4　翻壓 2年后不同綠肥處理土壤微生物量碳和水溶性有機(jī)碳含量（mg/kg）Table 4　SMBC and DOC of different treatments after 2 years of the green manure application

表5　不同綠肥處理的土壤酶活性Table 5　Soil enzyme activities in different treatments

2.5綠肥生物量與土壤性狀的相關(guān)性

從表6可以看出，綠肥生物量與土壤各種養(yǎng)分含量及土壤酶活性之間均有顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系，表明土壤肥力的提高主要取決于還田綠肥的生物量。

3　討論

3.1不同種植方式對(duì)土壤性質(zhì)的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，麥后播種綠肥生物量要高于麥田套種生物量（表1），說(shuō)明種植方式明顯影響綠肥生物量大小。其原因主要可能是一方面套種時(shí)撒播綠肥種子，有一部分種子（特別是顆粒較大的綠肥種子）很難與土壤有緊密接觸，因此，出苗較少，尤其是小麥生長(zhǎng)后期如果降水量不足會(huì)大大降低套種綠肥的密度，因此生物量較低；另一方面可能是因?yàn)辂満蟛シN時(shí)綠肥在生長(zhǎng)過(guò)程中與其競(jìng)爭(zhēng)養(yǎng)分和光照的作物較少，有充足的養(yǎng)分和光照保證其生長(zhǎng)，所以麥后播種時(shí)生物量要高于套種。

表6　綠肥生物量與土壤養(yǎng)分和酶活性的相關(guān)性Table 6　Relationships between green manure biomass and soil properties

有研究發(fā)現(xiàn)，綠肥生物量與地力提高之間有一個(gè)顯著的正相關(guān)關(guān)系，即綠肥生物量越高，能給土壤提供的新鮮有機(jī)物質(zhì)越多，也就越有利于地力的提高［14］。本研究也發(fā)現(xiàn)，由于麥后播種綠肥生物量比麥間套種生物量高，所以麥后播種綠肥養(yǎng)分還田量都要高于套種（表2）。而且，一般翻壓入土的生物量越大，培肥效果越好［15］，若綠肥翻壓的生物量較小，則起不到改良土壤以及為后茬作物提供養(yǎng)分的作用［16］。本研究也發(fā)現(xiàn)，各土壤的性質(zhì)和綠肥生物量之間存在顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系（表6），因?yàn)榫G肥作物在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些分泌物和凋落物，增加了土壤的酶含量，從而活化了土壤中的一些有機(jī)物質(zhì)，達(dá)到提高土壤肥力的效果。Shah 等［17］研究也認(rèn)為，隨著翻壓綠肥生物量的提高，土壤養(yǎng)分也隨之增加。本研究中，雖然麥后播種綠肥生物量要高于套種，但是這兩種種植方式下的土壤養(yǎng)分、含碳量及各種酶之間并沒(méi)有表現(xiàn)出明顯差異，原因一方面可能是種植綠肥年限不夠長(zhǎng)；另一方面可能是套種綠肥種植時(shí)間比麥后播種綠肥早，套種綠肥更早、更多分泌有機(jī)物及形成凋落物。但是，總體來(lái)說(shuō)，麥后播種綠肥時(shí)土壤養(yǎng)分含量有高于套種綠肥的趨勢(shì)。但是麥后播種綠肥和套種綠肥畢竟是兩個(gè)不同的種植方式，對(duì)土壤養(yǎng)分的活化機(jī)理是否一致還有待于進(jìn)一步研究。

3.2不同綠肥品種對(duì)土壤性質(zhì)的影響

綠肥的培肥效果因綠肥種類和種植地域的差異而不同。例如，李銀平等［18］發(fā)現(xiàn)，在新疆連作 8年的棉田種植并翻壓 4 種不同綠肥后對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量有顯著不同的效果：與不種綠肥相比，草木樨使土壤有機(jī)質(zhì)含量提高 1.44 g/kg，大豆使有機(jī)質(zhì)含量提高 0.17 g/kg；而油菜和油葵則使土壤有機(jī)質(zhì)含量分別降低 1.58 和 0.17 g/kg。王曉軍等［19］研究發(fā)現(xiàn)，在黑龍江綠肥和小麥套種 3年并翻壓還田后，毛葉苕子對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)以及速效氮、磷、鉀的增加最明顯且效果最好。本研究發(fā)現(xiàn)，2年翻壓綠肥后不管是麥后播種油菜還是麥間套種油菜，油菜還田后土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷及速效鉀含量都要顯著高于休閑，原因之一可能是盛花期油菜碳氮比為 20～25∶1，更有利于植株被分解［20］；再加上油菜根系的分泌物可增強(qiáng)土壤微生物和土壤生化活性作用，并能溶解和利用土壤中的難溶性磷［16］，所以效果較佳。王曉軍［21］則認(rèn)為豆科綠肥氮還田量高于十字花科，原因應(yīng)該與油菜自身不能固氮有關(guān)，本研究也有類似的結(jié)果。懷豆處理僅麥后播種土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、礦質(zhì)態(tài)氮、速效磷及速效鉀顯著高于休閑，麥間套種與休閑之間差異不顯著，可能是因?yàn)辂満蟛シN懷豆生物量比較高造成的。

土壤水溶性有機(jī)碳和微生物量碳都表征土壤中微生物的活性，其中水溶性有機(jī)碳有些來(lái)自地表枯枝落葉，有些來(lái)自腐殖物質(zhì)的分解，還可以通過(guò)微生物及植株根系分泌有機(jī)物而形成［22］；本研究發(fā)現(xiàn)，綠肥處理的土壤水溶性有機(jī)碳的含量均高于休閑處理（表4），說(shuō)明種植綠肥并翻壓還田后能夠增加土壤中水溶性有機(jī)碳含量。王伯誠(chéng)等［23］也認(rèn)為綠肥翻壓還田后，隨著植物體根莖的腐爛，產(chǎn)生許多可溶性有機(jī)化合物，使得土壤水溶性有機(jī)碳含量增加。土壤中的微生物量碳與土壤中有機(jī)質(zhì)的含量成顯著正相關(guān)［24-25］。本研究發(fā)現(xiàn)，除麥套懷豆處理外，其他綠肥處理均顯著增加了土壤中微生物量碳含量（表4），與土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化一致。麥后播種時(shí)油菜和懷豆對(duì)水溶性有機(jī)碳和微生物量碳含量的提升作用更明顯；麥間套種時(shí)油菜的提升作用較其他綠肥效果更佳，原因可能與生物量有關(guān)。

土壤中的酶活性大小可以代表土壤中生物化學(xué)反應(yīng)的強(qiáng)弱。武雪萍等［26］、劉國(guó)順等［27］研究表明，翻壓綠肥能明顯提高植煙土壤酶活性。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與休閑相比，麥后播種油菜和懷豆、麥間套種油菜都能夠顯著提高土壤酶活性，可能與其生物量較高有關(guān)。不管是麥后播種油菜還是套種油菜，土壤酶活性都較高，原因可能是因?yàn)橛筒藶橹备底魑铮涓翟谏L(zhǎng)過(guò)程中對(duì)土壤形成穿刺效應(yīng)，根老化凋亡后，土壤形成很多微孔隙，改善了土壤的通氣狀況，因而提高了土壤的有氧呼吸效率，提高了酶活性［19］。

4　結(jié)論

在黃土高原地區(qū)，可選擇在麥?zhǔn)蘸蟮南男蓍e期播種綠肥作物，并于盛花期翻壓還田，可以起到改善土壤肥力的作用。綠肥品種以長(zhǎng)武懷豆和十字花科油菜效果較好。

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Effect of improving soil fertility by planting different green manures in different patterns in dryland

LI Hong-yan1，HU Tie-cheng1，CAO Qun-hu2，YU Chang-wei2，CAO Wei-dong3，HUANG Dong-lin1，ZHAI Bing-nian1，GAO Ya-jun1，4*
（1 College of Natural Resources and Environment， Northwest A&FUniversity， Yangling， Shaanxi 712100， China；2 Shaanxi Changwu District Agro-technology Extension Center， Changwu， Shaanxi 713600， China；3 Institute of Agricultural Resources and Regional Planning， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081， China；4 Key Laboratory of Plant Nutrition and the Agri-environment in Northwest China， Ministry of Agriculture，Yangling， Shaanxi 712100， China）

【Objectives】 The soil of dryland areas of the Loess Plateau is often barren， the heat and precipitation resources can not be fully utilized during summer fallow period. Therefore， a field experiment was conducted to investigate effects of green manure crop varieties and planting patterns on their biomass， nutrient contents， soil nutrient contents， soil enzyme activities， soil microbial biomass carbon（SMBC）and dissolve organic carbon（DOC）to determine the best green manure crop variety and planting pattern， which can be regarded as the theoretic base and technical support for the development of sustainable agriculture in the Loess Plateau.【Methods】 An experiment with randomized complete block design was conducted. The bare fallow in summer was used as control， two factors were green manure varieties（Mung bean， Huai bean， Hairy vetch and Rape）and planting patterns（after wheat harvest and intercropped with wheat）， counting to 9 treatments. The green manure was harvested in full blooming stage and the yield of fresh grass was weighted， the N， P and K contents were analyzed. The root samples were collected inside volume 20 cm×20 cm×20 cm at the bottom of 50 plants in each plot and weighted， soil samples（0-20 cm deep）were collected 20 days after the green manure was returned into field， and the contents of nutrients， soil microbial biomass carbon（SMBC）and dissolve organic carbon（DOC）， as well as the activities of main soil enzymes， were determined.【Results】The results indicated that the after wheat harvest had greater biomass than intercropping， the Huai bean and rape treatments had greater biomass than other green manures in the after wheat harvest， and the biomass of rape treatments was significantly increased in contrast with other green manures in the intercropped with wheat. The changes of green manure nutrient contents were similar to those biomass in different planting patterns. Huai bean provided the highest amounts of nitrogen and phosphorous， while rape offered the highest amounts of phosphorous and potassium through incorporation in the after wheat harvest， and the amounts of nitrogen，phosphorous and potassium through incorporation in the intercropped with wheat were rape＞hairy vetch＞Mung bean＞Huai bean. The rape treatment significantly increased soil organic matter（SOM）， available phosphorous and available potassium compared with the fallow. After 2 years of the after wheat harvest， the Huai bean treatment enhanced soil organic matter（SOM）， total nitrogen， mineral nitrogen， available phosphorous and available potassium contents in the depth of 0-20 cm by 12.4%， 22.2%， 95.9%， 28.6% and 11.2%， respectively， compared with the fallow. Incorporation of green manure during summer fallow period increased soil microbial biomass carbon（SMBC）content and dissolve organic carbon（DOC）content compared with the fallow， and the rape treatments significantly increased soil microbial biomass carbon（SMBC）and dissolve organic carbon（DOC）in the intercropped with wheat. There were no significant differences of soil microbial biomass carbon（SMBC）between the green manure treatments in the after wheat harvest， however，the contents were greater than those of the fallow（P＜0.05）. Green manure in the after wheat harvest enhanced soil enzyme activities compared with the fallow， and other intercropped with wheat green manures increased soil enzyme activities except the Mung bean treatment which decreased the enzyme activities of urease and catalase. The significant correlations between soil properties and green manure biomass indicated that the soil fertility was determined by the amount of green manure biomass to soil.【Conclusions】 The Huai bean and rape treatments could significantly increase soil nutrient contents and soil enzyme activities and they were better than Mung bean and hairy vetch. As for the planting patterns， the after wheat harvest was better than the intercropped with wheat. Huai bean and rape as green manure applied after wheat harvest can effectively improve soil quality in dryland of the Loess Plateau.

huai bean； rape； after wheat harvest； soil property

S551；S553

A

1008-505X（2016）05-1310-09

2015-10-14接受日期：2016-03-06

日期：2016-06-03

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201103005，201503124）；國(guó)家自然科學(xué)基金（41401330）；國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（小麥）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-03-1-31）；國(guó)家農(nóng)作物種質(zhì)資源平臺(tái)；農(nóng)業(yè)科研杰出人才及其創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)計(jì)劃資助。

李紅燕（1987—），女，貴州遵義人，碩士，主要從事土壤與肥料方面的研究工作。E-mail：81328568@qq.com

E-mail：yajungao@nwsuaf.edu.cn