輪作綠肥對(duì)鹽堿地土壤性質(zhì)、后作青貯玉米產(chǎn)量及品質(zhì)的影響*

郭耀東, 程 曼, 趙秀峰, 郝保平, 張延芳, 曹衛(wèi)東, 鄭普山**

(1. 山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所 忻州 034000; 2. 山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所 太原 030031;3. 山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 太原 030031; 4. 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)

鹽堿地改良措施包括水利工程措施、化學(xué)改良措施和農(nóng)業(yè)改良措施。水利工程措施是最早采用、也是效果最好的改良措施, 但需要大量的淡水資源和投資, 且用于維護(hù)與管理的代價(jià)也較大?；瘜W(xué)改良措施是通過(guò)施用化學(xué)物質(zhì)來(lái)降低土壤較高的 pH,但化學(xué)措施必須與農(nóng)田基本建設(shè)和水利措施相結(jié)合。目前燃煤電廠脫硫副產(chǎn)品脫硫石膏已替代天然石膏用于鹽堿地改良, 但個(gè)別電廠的脫硫石膏中某些重金屬含量較高, 長(zhǎng)期或過(guò)量施用存在重金屬污染土壤和進(jìn)入食物鏈的風(fēng)險(xiǎn)[1], 還人為地增加土壤鹽分含量。農(nóng)業(yè)改良措施是通過(guò)精耕細(xì)作、淺溝種植、地面覆蓋、增施有機(jī)肥改善土壤結(jié)構(gòu)等措施減少土表水分蒸發(fā)和抑制鹽分上移表聚與耕層積鹽,或通過(guò)篩選耐鹽、喜鹽的作物進(jìn)行適應(yīng)性種植, 但農(nóng)業(yè)改良措施改良鹽堿地的效果均受到水源、改良時(shí)間、土壤含鹽量及鹽堿化程度等條件的制約。

大同盆地是山西省鹽堿地主要分布區(qū), 面積20.4萬(wàn) hm2, 占全省鹽堿地面積的 66%[2], 類型復(fù)雜、蘇打含量高, 表層含鹽量高, 但土地資源豐富,開(kāi)發(fā)潛力巨大。大同盆地氣候?qū)倥瘻馗珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候, 平均海拔 1 100 m, 年均溫 7.0 ℃左右, 多年平均降雨量398.9 mm, 蒸發(fā)量1 876 mm, 70%的降雨主要集中在7—9月。氣候冷涼、春旱嚴(yán)重。20世紀(jì)90年代以來(lái), 隨著地下水位整體下降, 土壤鹽堿程度有所降低, 但大面積分布的中度及中度以上蘇打鹽堿地, 土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分含量低、土壤結(jié)構(gòu)差、種植效益不佳, 嚴(yán)重影響該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和畜牧養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展。

綠肥是清潔的有機(jī)肥源, 也是現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要組成部分[3-4]。翻壓綠肥能夠明顯提高土壤酶活性和土壤肥力水平[5-7], 改善土壤的物理性狀, 提高土壤有機(jī)質(zhì)和各種礦質(zhì)養(yǎng)分含量[8-10]。豆科綠肥可以利用根部根瘤菌的固氮作用, 增加土壤中的氮含量[11], 綠肥可以通過(guò)自身的生長(zhǎng)降低土壤對(duì)磷的吸附和富集作用,還可以通過(guò)自身的氧化還原過(guò)程, 活化土壤中難以被利用的磷和鉀[12]。綠肥作物普遍具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和耐鹽堿能力。李燕青等[13]研究表明, 毛葉苕子(Vicia villosaRoth.)、田菁(Sesbania cannabinaPoir.)、紫花苜蓿(Medicago sativaL.)均可在全鹽量 2～4 g?kg-1的中度氯化物-硫酸鹽鹽漬土上種植。王曉棟[14]研究認(rèn)為在沙打旺(Astragalus adsurgensPall.)、檸條(Caragana korshinskiiKom.)、毛葉苕子、紅豆草(Onobrychis viciaefoliaScop.)、黃花草木樨[Melilotus officinalis(L.)Desr.]和扁蓿豆[Melissilus ruthenicus(L.)]這幾種作物中, 毛葉苕子和黃花草木樨具有較強(qiáng)的耐鹽性。藺海明等[15]研究表明種植翻壓毛葉苕子可明顯降低土壤中可溶性鹽分, 同時(shí)可以改變可溶性鹽分和鹽離子層次分布及鹽分離子組成, 有效地防止土壤次生鹽漬化。黑麥草(LoliumperenneL.)也具有耐瘠薄和耐鹽特性[3,16], 筈箭豌豆(Vicia sativaL.)耐旱耐瘠, 是山西省北部常見(jiàn)的旱地綠肥作物, 很容易獲得種子。本研究選取毛葉苕子、田菁、草木樨、紫花苜蓿、箭筈 豌豆和黑麥草等 6種綠肥種植于中度蘇打鹽堿地, 研究不同綠肥作物在試區(qū)適應(yīng)性差異及其改土培肥效果, 為綠肥高效利用提供實(shí)證和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

田間試驗(yàn)于2015年5月—2016年9月在山西省山陰縣古城鎮(zhèn)古城村(9°25′28″N, 112°55′34″E)進(jìn)行。該試驗(yàn)地海拔940 m, 屬溫帶干旱大陸性季風(fēng)氣候。年均氣溫7.0 ℃, 年均降水量410 mm, 季節(jié)性分布不均, 多集中于夏、秋季, 雨熱同季; 蒸發(fā)量為1 870 mm, 強(qiáng)烈蒸發(fā)期在春季和秋季; 初霜期為9月下旬, 無(wú)霜期130 d, 作物一年1熟。該試區(qū)除冬前可引水灌溉1次外, 基本屬于雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。供試土壤為堿化潮土, 質(zhì)地為輕壤, 試驗(yàn)地耕層土壤(0～20 cm)農(nóng)化性狀為: 有機(jī)質(zhì)3.32 g?kg-1,全 氮 0.31 g?kg-1, 堿 解 氮 3.25 mg?kg-1, 速 效 磷3.36 mg?kg-1, 速效鉀96.2 mg?kg-1, 全鹽量1.16 g?kg-1,pH9.12, 電導(dǎo)率(EC)3.31 ms?cm-1, 堿化度(ESP)13.2%。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用土庫(kù)曼毛苕、華東田菁、黃花草木樨、‘中苜 1號(hào)’紫花苜蓿、‘筈春箭豌豆3號(hào)’、雅晴黑麥草等綠肥品種由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所提供, ‘瑞德 2號(hào)’青貯玉米(Zea maysL.)從當(dāng)?shù)剞r(nóng)資市場(chǎng)購(gòu)買。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

綠肥種植試驗(yàn)共7個(gè)處理: 對(duì)照(不種綠肥, 休閑), 種植毛葉 苕 子、田菁、草木樨、箭 筈 豌豆、紫花苜蓿和黑麥草, 采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 每處理重復(fù)3次, 共21個(gè)小區(qū)。小區(qū)之間筑40 cm×30 cm的地埂,小區(qū)面積30 m2(6 m×5 m)。

2015年6月12日結(jié)合整地, 施入復(fù)合肥(N-P2O5-K2O=15-10-5)375 kg?hm-2。6月15日條播綠肥,播種量(參照各種綠肥常規(guī)播種量)分別是: 毛葉苕子60 kg?hm-2、田菁60 kg?hm-2、草木樨15 kg?hm-2筈、箭豌 豆 60 kg?hm-2、紫花苜蓿15 kg?hm-2和黑麥草30 kg?hm-2; 出苗后30 d中耕除草1次, 生長(zhǎng)期間不施肥、不灌溉。9月25日收獲地上部、切碎后就地均勻撒施, 之后用小型機(jī)械翻壓。2015年11月10日引水冬灌1次, 灌水量為900 m3?hm-2。2016年4月25日結(jié)合整地,撒施復(fù)合肥(N-P2O5-K2O=18-12-5)750 kg?hm-2作底肥,旋耕20 cm, 5月2日播種青貯玉米, 行距50 cm, 播種量45 kg?hm-2; 出苗后30 d左右中耕1次, 乳熟期收獲。

1.4 樣品采集與測(cè)定方法

2015年綠肥出苗后, 每隔15 d左右用交叉法在各小區(qū)采取耕層0～20 cm混合土樣, 用于土壤含水量、pH及EC變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè); 綠肥翻壓前每小區(qū)選取平均長(zhǎng)勢(shì)的2 m×3 m樣方, 測(cè)定綠肥地上部生物量并隨機(jī)抽取1 000 g左右鮮樣, 稱重后在烘箱內(nèi)90 ℃殺青30 min, 60 ℃條件下烘干48 h, 稱重、粉碎后裝瓶, 用于測(cè)定全氮、全磷和全鉀, 根據(jù)測(cè)定結(jié)果推算不同翻壓綠肥處理地上部返回土壤的養(yǎng)分?jǐn)?shù)量。2016年4月28日整地前在各小區(qū)隨機(jī)采取0～20 cm混合土樣, 風(fēng)干處理后室內(nèi)分析土壤pH、EC、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀。青貯玉米乳熟期分別收獲各小區(qū), 測(cè)定產(chǎn)量。

土壤pH采用酸度計(jì)測(cè)定(土水比為1∶2.5), EC采用電導(dǎo)儀測(cè)定(土水比為1∶5); 土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀均采用常規(guī)方法測(cè)定;青貯玉米蛋白質(zhì)含量采用濃H2SO4-H2O2消煮, 半微量凱氏定氮法測(cè)定全氮后乘系數(shù)6.25得出[17]。

1.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003和SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。各處理間的差異顯著性用Fisher’s LSD檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠肥生長(zhǎng)期間 0～20 cm 土層土壤含水量、pH和EC的變化

2.1.1 種植綠肥期間土壤含水量的變化

由圖1可知, 不同處理的土壤含水量在綠肥生長(zhǎng)期間均呈先波動(dòng)上升、后波動(dòng)下降的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。綠肥生長(zhǎng)前期(6月23日—7月25日), 對(duì)照與種植不同綠肥的小區(qū), 其0～20 cm土層土壤含水量無(wú)顯著差異。綠肥生長(zhǎng)中后期(8月 9日—9月 23日), 6個(gè)種植綠肥處理的土壤含水量比對(duì)照提高1.0～6.2個(gè)百分點(diǎn), 分析顯示, 除8月9日田菁處理的土壤含水量與對(duì)照之間不顯著外, 其他種植綠肥處理4個(gè)監(jiān)測(cè)期的土壤含水量均與對(duì)照之間差異顯著(P＜0.05), 表明種植綠肥增加了地表覆蓋, 可顯著保蓄土壤水分。5個(gè)豆科綠肥處理0～20 cm土層土壤含水量均顯著高于禾本科綠肥黑麥草處理的土壤含水量, 其中毛葉苕子和草木樨2個(gè)處理的土壤含水量比黑麥草處理提高 1.2%～5.2%和1.0%～5.0%。

圖1 種植不同綠肥對(duì)綠肥生長(zhǎng)期間0～20 cm土層土壤含水量的影響Fig. 1 Effect of different green manure crops planting on water content in 0-20 cm soil layer during growth period of green manure corps

2.1.2 種植綠肥期間土壤pH的變化

由圖2可知, 在綠肥生長(zhǎng)前期(6月23日—7月25日), 6個(gè)綠肥處理的0～20 cm土層土壤pH與對(duì)照相比變化不大, 綠肥生長(zhǎng)中后期(8月9日—9月23日), 6個(gè)綠肥處理的土壤pH均低于對(duì)照。分析結(jié)果顯示, 綠肥生長(zhǎng)中后期, 黑麥草處理 4個(gè)監(jiān)測(cè)期的土壤pH與對(duì)照之間差異不顯著, 毛葉苕子、田箐、草木樨、紫花苜蓿和箭 筈 豌豆等 5個(gè)豆科綠肥處理4個(gè)監(jiān)測(cè)期的土壤pH均與對(duì)照之間差異顯著，其中毛葉苕子處理和草木樨處理的土壤pH最低。5個(gè)豆科綠肥處理中后期土壤 pH均與禾本科綠肥黑麥草處理的土壤 pH之間差異顯著, 其中毛葉苕子和草木樨處理中后期的土壤 pH分別比黑麥草處理降低0.06～1.30 和 0.06～1.27。

2.1.3 種植綠肥期間土壤EC的變化

圖2 種植不同綠肥對(duì)綠肥生長(zhǎng)期間0～20 cm土壤pH的影響Fig. 2 Effect of different green manure crops planting on soil pH in 0-20 cm soil layer during growth period of green manure corps

從圖3看出, 7個(gè)處理的土壤EC在綠肥生長(zhǎng)前期(6月23日—8月9日)均呈現(xiàn)持續(xù)降低的趨勢(shì), 但在綠肥生長(zhǎng)中期(8月9日)之后各處理的土壤EC形成不同分化: 對(duì)照區(qū)土壤EC先緩慢升高, 到綠肥翻壓前快速上升; 黑麥草處理的土壤 EC呈持續(xù)緩慢升高趨勢(shì); 紫 花苜蓿、箭筈 豌豆和田菁3個(gè)處理的土壤EC變化相對(duì)穩(wěn)定; 毛葉苕子和草木樨2個(gè)處理的土壤EC呈持續(xù)穩(wěn)定下降趨勢(shì)。分析結(jié)果顯示, 綠肥生長(zhǎng)中后期的4個(gè)監(jiān)測(cè)期, 6個(gè)綠肥處理的土壤EC監(jiān)測(cè)值均與同期對(duì)照之間差異顯著。表明種植綠肥可有效降低土壤EC, 5個(gè)豆科綠肥處理降低土壤EC的幅度均大于禾本科綠肥黑麥草處理, 其中以毛葉苕子處理和草木樨處理降低土壤 EC的幅度較大, 分別比黑麥草處理降低土壤 EC 0.08～0.51 mS?cm-1和 0.07～0.47 mS?cm-1。

圖3 不同綠肥生長(zhǎng)對(duì)綠肥生長(zhǎng)期間0～20 cm土層土壤EC的影響Fig. 3 Effect of different green manure crops planting on soil EC in 0-20 cm soil layer during growth period of green manure corps

2.2 翻壓綠肥對(duì)返回土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)量及土壤農(nóng)化性狀的影響

2.2.1 不同綠肥翻壓期的地上部生物量和N、P2O5、K2O養(yǎng)分還田量

由表1可知, 5種豆科綠肥的翻壓量達(dá) 17 882～35 521 kg?hm-2, 黑麥草的翻壓量為 8 221 kg?hm-2, 5 種豆科綠肥的翻壓量與黑麥草的翻壓量之間差異顯著; 5種豆科綠肥 N、P2O5、K2O的養(yǎng)分還田量分別為68.0～195.4 kg?hm-2、12.5～58.8 kg?hm-2和 72.4～127.9 kg?hm-2, 均顯著高于黑麥草的 N、P2O5、K2O 的養(yǎng)分還田量, 因此翻壓綠肥可以還田大量的有機(jī)物料和礦質(zhì)養(yǎng)分, 從而有利于改善土壤肥力。就不同種類綠肥的N、P2O5、K2O養(yǎng)分還田量而言, 翻壓毛葉苕子、草木樨、紫花苜蓿和箭 筈 豌豆 4種綠肥的養(yǎng)分還田量為 N＞K2O＞P2O5, 翻壓田菁和黑麥草的養(yǎng)分還田量則表現(xiàn)為K2O＞N＞P2O5。本試驗(yàn)條件下, 不同綠肥翻壓后返回土壤 N、P2O5、K2O的養(yǎng)分總量由大到小的順序?yàn)槊~苕子＞草木樨＞紫花苜蓿＞箭筈豌豆＞田箐＞黑麥草, 其中翻壓毛葉苕子和草木樨比翻壓黑麥草返回土壤 N、P2O5、K2O的養(yǎng)分增加179.8 kg?hm-2和 150.3 kg?hm-2、40.9 kg?hm-2和 36.2 kg?hm-2、65.0 kg?hm-2和 93.4 kg?hm-2。

表1 不同綠肥翻壓期地上部生物量與返回土壤的養(yǎng)分量Table 1 Biomasses and returned nutrient amounts to soil after overturning of different green manure crops

2.2.2 翻壓綠肥后土壤農(nóng)化性狀的變化

表2表明, 與對(duì)照相比, 翻壓綠肥處理的土壤pH 降低 0.01～0.08, 有機(jī)質(zhì)提高 0.42～1.86 g?kg-1、全氮提高0.05～0.34 g?kg-1, 堿解氮、速效磷和速效鉀分別提高 0.5～32.3 mg?kg-1、0.42～4.65 mg?kg-1和3.8～26.1 mg?kg-1, 其中5個(gè)翻壓豆科綠肥處理的土壤 pH顯著降低, 土壤有機(jī)質(zhì)、全氮及速效養(yǎng)分含量顯著提高, 而翻壓禾本科綠肥黑麥草處理僅土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量顯著提高。翻壓豆科綠肥培肥土壤的效果優(yōu)于翻壓禾本科綠肥, 其中翻壓毛葉苕子和翻壓草木樨2個(gè)處理對(duì)提高土壤肥力的效果最顯著。

表2 翻壓不同綠肥對(duì)0～20 cm土層土壤農(nóng)化性狀的影響Table 2 Chemical properties of 0-20 cm soil layer with the overturning of different green manure crops

2.3 翻壓綠肥對(duì)青貯玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

2.3.1 翻壓綠肥對(duì)青貯玉米鮮草產(chǎn)量的影響

從圖4可知, 在7個(gè)試驗(yàn)處理中, 翻壓毛葉苕子處理的青貯玉米鮮草產(chǎn)量最高, 達(dá) 45 997 kg?hm-2, 其次是翻壓草木樨處理的青貯玉米鮮草產(chǎn)量, 達(dá) 42 803 kg?hm-2, 對(duì)照的青貯玉米鮮草產(chǎn)量最低, 為 26 606 kg?hm-2。6個(gè)翻壓綠肥處理輪作青貯玉米的鮮草產(chǎn)量分別比對(duì)照提高 19 391 kg?hm-2、4 658 kg?hm-2、16 197 kg?hm-2、12 910 kg?hm-2、7 401 kg?hm-2和 1 294 kg?hm-2,比對(duì)照分別增產(chǎn)72.9%、17.5%、60.9%、48.5%、27.8%和4.87%, 其中5個(gè)翻壓豆科綠肥輪作青貯玉米處理的鮮草產(chǎn)量均顯著高于黑麥草輪作青貯玉米處理與對(duì)照,而翻壓黑麥草處理輪作青貯玉米的鮮草產(chǎn)量與對(duì)照之間差異不顯著。本試驗(yàn)條件下, 5個(gè)翻壓豆科綠肥處理中, 毛葉苕子和草木樨處理的青貯玉米鮮草產(chǎn)量分別比黑麥草處理提高 18 097 kg?hm-2和 14 903 kg?hm-2。

圖4 翻壓不同綠肥后的青貯玉米產(chǎn)量Fig. 4 Yield of silage maize with the overturning of different green manure crops

2.3.2 翻壓綠肥對(duì)青貯玉米品質(zhì)的影響

蛋白質(zhì)是青貯玉米品質(zhì)的重要指標(biāo)之一, 提高青貯玉米蛋白質(zhì)含量在生產(chǎn)中具有重要意義。從圖5看出, 5個(gè)翻壓豆科綠肥處理的青貯玉米蛋白質(zhì)含量均與黑麥草處理和對(duì)照的青貯玉米蛋白質(zhì)含量之間差異顯著, 而翻壓黑麥草處理的青貯玉米蛋白質(zhì)含量與對(duì)照之間差異不顯著。6個(gè)翻壓豆科綠肥處理中, 毛葉苕子處理的蛋白質(zhì)含量最高, 為 94.7 mg?g-1, 草木樨處理為 90.4 mg?g-1, 黑麥草處理為71.2 mg?g-1, 5個(gè)翻壓綠肥處理的青貯玉米蛋白質(zhì)含量比對(duì)照提高 10.2～23.9 mg?g-1, 而翻壓黑麥草處理青貯玉米的蛋白質(zhì)含量?jī)H比對(duì)照提高0.4 mg?g-1。與翻壓禾本科綠肥相比, 翻壓豆科綠肥給土壤提供了更多的N素, 提高了青貯玉米的蛋白質(zhì)含量, 從而改善了青貯玉米品質(zhì), 其中毛葉苕子處理和草木樨處理青貯玉米蛋白質(zhì)含量分別比黑麥草處理提高 23.5 mg?g-1和 19.2 mg?g-1。

圖5 翻壓不同綠肥的青貯玉米蛋白質(zhì)含量Fig. 5 Protein content of silage maize with the overturning of different green manure crops

3 討論

3.1 種植綠肥利于鹽堿土蓄水, 降低耕層土壤 pH和鹽分含量

鹽堿地耕層土壤含水量的變化與土壤鹽分的上下遷移與表聚密切相關(guān)。本研究過(guò)程中監(jiān)測(cè)種植綠肥生長(zhǎng)期耕層土壤含水量、pH和EC的變化, 在于了解不同綠肥在不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)耕層土壤蓄水保墑、抑制土壤鹽分表聚與改良鹽堿地的效果。本研究表明, 綠肥生長(zhǎng)前期, 不同監(jiān)測(cè)期不同綠肥處理與對(duì)照(不種植綠肥)土壤含水量呈波動(dòng)上升趨勢(shì),但各處理之間土壤含水量相差不大; 而在綠肥生長(zhǎng)中后期, 除禾本科綠肥黑麥草處理外, 5個(gè)豆科綠肥處理的土壤含水量與對(duì)照之間差異顯著。這一方面與當(dāng)?shù)刈匀唤涤暧嘘P(guān), 另一方面與綠肥的適應(yīng)性(耐鹽堿、耐旱特性)與生長(zhǎng)特性有關(guān): 綠肥生長(zhǎng)前期,植株個(gè)體和群體較小, 覆蓋地表率低, 土表蒸發(fā)量大。綠肥生長(zhǎng)中后期, 適應(yīng)性較強(qiáng)的豆科綠肥隨著群體不斷增大和地表覆蓋度的增加, 抑制了地表水分的蒸發(fā), 保蓄了土壤水分, 提高了耕層土壤含水量。其中毛葉苕子、草木樨兩種綠肥適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)速度快、分枝多, 群體和地表覆蓋率快速增大, 因此毛葉苕子處理和草木樨處理保蓄土壤水分的效果最顯著。比較而言, 供試的 5種豆科綠肥在鹽堿地的適應(yīng)性均優(yōu)于禾本科綠肥黑麥草。在鹽堿地推廣種植綠肥時(shí), 為獲得較高的綠肥生物量, 應(yīng)選擇適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)速度快的豆科綠肥并適時(shí)早播。

土壤 pH、EC是衡量鹽堿地土壤鹽堿程度與鹽堿地改良效果的重要指標(biāo)。本研究表明, 種植綠肥可降低耕層土壤pH和EC, 可能是綠肥生長(zhǎng)過(guò)程中根系分泌的有機(jī)酸中和了土壤膠體上的 CO32-和HCO3-, 降低了土壤 pH, 同時(shí)綠肥覆蓋地表減少了土壤水分的直接蒸發(fā), 提高了耕層土壤含水量, 從而抑制了土壤中鹽分離子向地表遷移和聚集, 降低了土壤EC。本研究結(jié)果與魏忠平等[18]鹽堿地種植田菁、苜蓿降低土壤pH、含鹽量的研究結(jié)論相一致。

3.2 翻壓綠肥顯著提高鹽堿土的土壤肥力

土壤有機(jī)質(zhì)是衡量土壤肥力狀況的重要指標(biāo),翻壓綠肥可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。趙秋等[19]種植毛葉苕子和二月藍(lán)[Orychophragmus violaceus(L.) O.E. Schulz]作為冬綠肥, 2年試驗(yàn)結(jié)果表明, 冬綠肥區(qū)碳蓄積量是冬閑區(qū)的2.4～3.6倍, 氮蓄積量約為冬閑區(qū)的 4.0～4.7 倍, 有機(jī)碳含量比冬閑區(qū)提高4.5%～5.7%。趙秋等[20]還在冬季空閑耕地種植二月藍(lán)、毛苕、黑麥草、草木樨和紫花苜蓿作為冬閑覆蓋綠肥, 研究結(jié)果表明, 5 種覆蓋綠肥的全碳蓄積量為 1.80～3.14 t?hm-2, 是冬閑田碳蓄積量的 1.9～3.3倍, 氮素蓄積量以種植苜蓿最高, 為 202.8 kg?hm-2,并提高土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.90～2.86 g?kg-1)。孫文彥等[21]在鹽堿苗圃地樹(shù)苗行間空地連續(xù)3 a種植并翻壓耐鹽綠肥作物毛葉苕子和二月藍(lán), 0～40 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)由 8.43 g?kg-1上升到 10.51 g?kg-1以上,土壤全氮增加近 1 倍, 速效磷由 4.36～4.67 mg?kg-1增加到 12.0 mg?kg-1以上, 速效鉀增加10.37%～10.71%。

本研究結(jié)果表明翻壓綠肥返回土壤 N 15.6～195.4 kg?hm-2、P2O55.3～58.8 kg?hm-2和 K2O 34.5～127.9 kg?hm-2, 其中翻壓豆科綠肥返回土壤的N、P2O5和 K2O養(yǎng)分量均顯著高于黑麥草; 與對(duì)照相比, 春播青貯玉米前耕層翻壓綠肥處理的土壤pH降低 0.01～0.08, 有機(jī)質(zhì)提高 0.42～1.86 g?kg-1、全氮提高 0.05～0.34 g?kg-1, 堿解氮、速效磷和速效鉀分別 提高 0.5～32.3 mg?kg-1、 0.42～4.65 mg?kg-1和3.8～26.1 mg?kg-1, 表明翻壓綠肥提高了土壤養(yǎng)分含量, 培肥了土壤。

需要指出的是, 本研究中2015年秋季綠肥翻壓后—冬灌階段氣溫較低, 綠肥翻壓后只有少部分可以腐解, 自冬灌后至2016年4月上旬為試驗(yàn)地土體封凍期, 綠肥不能腐解和釋放養(yǎng)分, 故 2016年春播前土壤理化性質(zhì)的分析結(jié)果只反映了少量綠肥腐解后釋放的營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn), 大部分綠肥的腐解和養(yǎng)分釋放必須在春播之后的青貯玉米生長(zhǎng)季才能進(jìn)行, 對(duì)青貯玉米生長(zhǎng)期間的綠肥腐解和養(yǎng)分釋放情況還需開(kāi)展進(jìn)一步的研究。

3.3 輪作綠肥利于青貯玉米產(chǎn)量提高和品質(zhì)改善

馬磊等[22]研究發(fā)現(xiàn), 施用氮肥均顯著增加青貯玉米的產(chǎn)量和莖葉比, 并顯著提高青貯玉米的SPAD值和全株粗蛋白含量。胡春花等[23]研究青貯玉米不同種植密度、收獲期和施肥水平對(duì)產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響, 結(jié)果表明不同種植密度、收獲期和施肥水平均極顯著影響青貯玉米的產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì),其中氮肥對(duì)青貯玉米的鮮、干生物產(chǎn)量的提高及青貯玉米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、飼用價(jià)值的提高貢獻(xiàn)最大, 其次是磷肥, 鉀肥的影響較小。說(shuō)明增加 N素營(yíng)養(yǎng)有利于提高青貯玉米的產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量。

本研究表明, 綠肥翻壓后, 黑麥草處理的青貯玉米鮮草產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量分別比對(duì)照提高 1 294 kg?hm-2和 0. 4 mg?g-1, 而翻壓毛葉苕子等 5 種豆科綠肥處理的青貯玉米鮮草產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量分別比對(duì)照提高 1 294～19 391 kg?hm-2和 10.0～23.9 mg?g-1,本研究結(jié)果與馬磊等[22]、胡春花等[22-23]研究結(jié)果相一致。說(shuō)明在本試驗(yàn)條件下采用綠肥輪作青貯玉米,對(duì)提高青貯玉米的鮮草產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量, 促進(jìn)試驗(yàn)地的畜牧業(yè)發(fā)展和提高養(yǎng)殖效益具有實(shí)證作用和理論依據(jù)。

3.4 對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的指導(dǎo)作用

鹽堿地是重要的土壤資源, 在農(nóng)家肥難以滿足供應(yīng)土壤時(shí), 種植綠肥無(wú)疑是培肥土壤最經(jīng)濟(jì)有效的途徑。本研究結(jié)果表明, 種植綠肥可改良鹽堿地、提供土壤養(yǎng)分、提高牧草的產(chǎn)量和品質(zhì), 對(duì)鹽堿土地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。綠肥最重要的作用就是養(yǎng)分還田[10], 以小肥換大肥, 提供養(yǎng)分, 培肥土壤。本研究中, 翻壓豆科綠肥返回土壤的N、P2O5和K2O數(shù)量也遠(yuǎn)高于綠肥播種前施入土壤中復(fù)合肥中的N、P2O5和K2O(56.3 kg?hm-2、37.5 kg?hm-2和 18.8 kg?hm-2)的數(shù)量。本研究表明,種植和翻壓豆科綠肥可有效改良中度蘇打鹽堿地,顯著提高土壤肥力, 提供無(wú)機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥,提高優(yōu)質(zhì)牧草的生產(chǎn), 是適合大同盆地中度蘇打鹽堿地經(jīng)濟(jì)、有效和環(huán)保的改良模式, 對(duì)穩(wěn)定耕地面積、保證糧食安全具有重要意義。同時(shí), 利用種植和翻壓綠肥改良、培肥鹽堿地, 也符合我國(guó)農(nóng)業(yè)科技“十三五”規(guī)劃提出的“耕地質(zhì)量提升、肥料減施增效”農(nóng)業(yè)資源高效利用發(fā)展要求及國(guó)家農(nóng)業(yè)部提出的“兩減一增”(減肥減藥, 增加有機(jī)肥)農(nóng)業(yè)發(fā)展大方向。

4 結(jié)論

中度蘇打鹽堿地種植綠肥, 可顯著提高 0～20 cm土層土壤含水量1.0%～6.2%, 降低土壤pH和含鹽量, 有效改良鹽堿地; 翻壓綠肥可返還土壤 N 15.6～195.4 kg?hm-2、P2O55.3～58.8 kg?hm-2和 K2O 34.5～127.9 kg?hm-2, 提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀含量, 培肥土壤, 提高青貯玉米的鮮草產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量 1 294～19 391 kg?hm-2和0.4～23.9 mg?g-1。種植和翻壓豆科綠肥改良中度蘇打鹽堿地的效果均顯著優(yōu)于禾本科綠肥黑麥草, 其中以種植和翻壓毛葉苕子綠肥改良、培肥鹽堿地的效果最好, 其次是草木樨。建議本研究結(jié)果在同類型地區(qū)大力推廣。

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