不同施氮水平對紫云英腐解與土壤供氮特性的影響

馬艷芹　楊文亭　黃國勤

摘要：【目的】探討不同施氮水平下紫云英腐解特征及對土壤供氮特性的影響，為南方稻田冬季綠肥資源的合理利用和農(nóng)田養(yǎng)分科學(xué)管理提供理論依據(jù)?！痉椒ā坎捎门柙苑▽⒆显朴⒀b入尼龍網(wǎng)袋內(nèi)后置于水稻盆中，設(shè)不同的施氮水平（A：不施氮；B：減氮40%，1.8 g/盆；C：常規(guī)施氮，3.0 g/盆），分別于裝盆后第3、6、10、20、30、40、50、60、70、80和90 d取樣測定紫云英全氮含量，并于網(wǎng)袋取走后收集土樣測定土壤全氮、堿解氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。【結(jié)果】不同施氮水平下紫云英的腐解速率表現(xiàn)出前期快、后期慢的特征，其中前10 d為快速腐解期，10～50 d為緩慢腐解期，50～90 d為穩(wěn)定腐解期，經(jīng)過90 d腐解，3個處理的紫云英腐解率均在60.0%以上；紫云英腐解前30 d，水稻群體吸氮量整體較低，3個處理間無顯著差異（P>0.05，下同），40 d后水稻群體吸氮量開始迅速增加，第90 d時3個處理的水稻群體吸氮量均達最大值；施氮對紫云英還田后的土壤氮素含量有一定影響，尤其是對堿解氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮影響明顯，但對全氮影響不明顯。相關(guān)性分析結(jié)果表明，紫云英腐解第3 d時，土壤全氮與施氮量間呈極顯著相關(guān)（P<0.01，下同），土壤堿解氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮與施氮量間呈顯著相關(guān)（P<0.05），前30 d中，施氮量與紫云英養(yǎng)分釋放量、植株群體吸氮量間相關(guān)性不顯著，到第40 d時，紫云英施氮量、水稻群體吸氮量則與土壤全氮和堿解氮間呈極顯著相關(guān)?！窘Y(jié)論】不同施氮水平下紫云英腐解和氮素釋放量均呈現(xiàn)出前期快后期慢的特征，適當(dāng)?shù)牡适┯昧靠纱碳ぷ显朴⒏夂偷蒯尫牛黾油寥乐袎A解氮、全氮和礦質(zhì)態(tài)氮含量，提高土壤氮庫活性成分和土壤供氮能力，以常規(guī)施氮基礎(chǔ)上減施40%氮效果較好。

關(guān)鍵詞： 施氮；紫云英；腐解；土壤氮素

中圖分類號： S158.3 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-1191（2018）09-1745-08

0 引言

【研究意義】紫云英是我國南方水稻區(qū)主要的冬種綠肥作物之一，其在改良土壤、改善土壤生態(tài)環(huán)境、增加后茬作物產(chǎn)量方面發(fā)揮著重要作用（林多胡和顧榮申，2008）。紫云英翻壓還田后可活化土壤中的營養(yǎng)元素，改善土壤物理性狀，提高土壤養(yǎng)分含量（劉英等，2007；徐明崗等，2008；趙娜等，2011；呂鵬超等，2015）和有機碳庫管理指數(shù)（楊濱娟等，2014），促進作物對養(yǎng)分的吸收利用。近年來，我國耕地重用地輕養(yǎng)地，且無機化肥施用量過高，導(dǎo)致一些地區(qū)耕地退化、土壤質(zhì)量下降，作物病蟲害加重，嚴(yán)重影響了水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的提高（徐祥玉等，2009）。冬季種植紫云英翻壓還田，可替代部分化學(xué)氮肥，是當(dāng)前國家化肥減量作物增效的重要方式之一，也是南方稻區(qū)重點推廣的耕作模式之一。因此，了解紫云英的腐解規(guī)律和養(yǎng)分釋放特征，明確紫云英翻壓還田后對土壤養(yǎng)分及作物養(yǎng)分吸收狀況的影響，有利于充分合理利用綠肥，減少稻田無機化肥用量，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。【前人研究進展】目前，已有學(xué)者對綠肥還田后的腐解速度和養(yǎng)分釋放規(guī)律進行研究。王巖和劉國順（2006）研究了綠肥翻壓后的分解規(guī)律及其對煙葉品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，經(jīng)過13周的分解，苜蓿中有機碳的礦化率高達81%，氮素礦化率為54%，黑麥草有機碳的礦化率為63%，氮素礦化率為22%。王允青等（2010）研究表明，前期低量紫云英還田腐解最快，腐解率達58.07%～62.08%，高量紫云英還田腐解最慢，腐解率為40.50%～50.31%，施肥可提高紫云英的腐解率。趙娜等（2011）研究了旱地豆科綠肥（長武懷豆、大豆和綠豆）在土壤中長達287 d的養(yǎng)分釋放狀況，結(jié)果顯示3種綠肥均表現(xiàn)出前期腐解快、后期腐解慢的特點，氮、磷、鉀在最初的21 d內(nèi)快速釋放，其中鉀釋放最徹底。牟小翎等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，二月蘭和毛苕子兩種綠肥均在翻壓后14 d內(nèi)腐解較快，隨后腐解速率變慢，翻壓80 d時，累積腐解率分別為66.92%和63.12%。鄧小華等（2015）研究表明，綠肥養(yǎng)分在翻壓后7周內(nèi)以氮的釋放量最大。黃晶等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，紫云英還田后，不同施肥處理對其腐解及養(yǎng)分釋放無明顯影響，氮、磷、鉀最大累計釋放率分別為84.2%～86.7%、85.3%～89.3%和89.9%～98.0%。李忠義等（2017）研究了覆蓋還田、土埋還田和水淹還田方式下豆科植物拉巴豆莖稈腐解和養(yǎng)分釋放規(guī)律，結(jié)果表明3種處理下的拉巴豆莖稈在0～20 d腐解速率較快，之后腐解緩慢，至100 d時的累計腐解率分別達42.4%、74.3%和66.9%?！颈狙芯壳腥朦c】目前關(guān)于綠肥腐解的研究多集中在旱作土壤（棉田、果園、煙田），關(guān)于稻田綠肥腐解及養(yǎng)分釋放規(guī)律的研究較少。同時，紫云英還田后，水稻不同施肥量會對土壤肥力狀況、土壤養(yǎng)分形態(tài)及有效性產(chǎn)生一定影響（徐昌旭等，2011），必然會影響紫云英的腐解特征，而目前關(guān)于不同施肥量下紫云英腐解規(guī)律與養(yǎng)分釋放規(guī)律的研究鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】采用盆栽法將紫云英裝入尼龍網(wǎng)袋后置于水稻盆中，設(shè)不同施氮水平，定期取樣分析紫云英養(yǎng)分釋放和腐解情況，對紫云英還田后的腐解和土壤供氮特性進行研究，以期揭示施氮對紫云英腐解與土壤供氮機制的影響，為南方稻田冬季綠肥資源的合理利用和農(nóng)田養(yǎng)分科學(xué)管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗地概況

試驗于2015年3—7月在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)科技園生態(tài)科學(xué)研究中心稻田長期定位試驗田（東經(jīng)115°55′，北緯28°46′）中進行。試驗地氣候類型為亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，濕潤溫和，日照充足，夏冬季長，春秋季短；年平均氣溫17.0～17.7 ℃，極端最高氣溫40.6 ℃，極端最低氣溫-9.7 ℃；年降雨量1600～1700 mm，降水日147.0～157.0 d，年平均暴雨日5.6 d，年平均相對濕度78.5%；年日照時數(shù)1723～1820 h，日照率40%；年平均風(fēng)速2.3 m/s；年無霜期251～272 d。

1. 2 試驗材料

供試土壤采自江西鷹潭市余江縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所長期定位試驗點0～20 cm的表層土壤，為土質(zhì)肥沃的泥沙淤積土，土壤晾干后用20目篩子剔除枯枝落葉雜草等，充分混勻后裝盆備用。試驗前盆栽土的肥力狀況見表1。

供試紫云英品種為余江大葉籽，收割盛花期的鮮草，采集后立即運回放入0 ℃冰箱鮮藏待用，紫云英水含率87%，含氮率3.41%。水稻品種為金優(yōu)458，移栽時間2015年5月2日。供試容器為直徑40 cm、高28 cm的塑料盆，每盆裝土15 kg。尼龍網(wǎng)袋規(guī)格為14 cm×14 cm，孔徑大小200目，紫云英剪成3～4 cm小段，混勻裝入袋中，每袋30.00 g，共計108袋。使用的化肥為尿素（N 46%）、鈣鎂磷肥（P2O5 12%）和氯化鉀（K2O 60%）。

1. 3 試驗方法

設(shè)3個施氮處理：（A）不施氮；（B）減氮40%（1.8 g/盆，相當(dāng)于90 kg/ha）；（C）常規(guī)施氮（3.0 g/盆，相當(dāng)于150 kg/ha），每處理36盆（即36次重復(fù)）。水稻盆栽磷肥和鉀肥參照常規(guī)用量，分別為5.3 g/盆（70 kg/ha）和1.4 g/盆（120 kg/ha），肥料全部作基肥，在裝盆時與土壤混勻后使用。裝盆時，把裝有紫云英的尼龍袋埋入盆中，頂層覆蓋3 cm土層，在埋入第7 d時，每盆移栽水稻1蔸（3株）。試驗過程中不定期加水，時刻保持盆內(nèi)土壤濕潤。

1. 4 測定項目及方法

取樣方法：采用毀滅性取樣法，每次各處理隨機取3盆。（1）紫云英取樣：分別于裝盆后第3、6、10、20、30、40、50、60、70、80和90 d取樣，用蒸餾水緩慢沖凈粘附在網(wǎng)袋上的泥漿，先將樣品放入烘箱后在105 ℃下殺青30 min，60 ℃下烘干，稱重（即紫云英干物質(zhì)剩余量），磨碎后測定紫云英全氮含量，并計算紫云英養(yǎng)分腐解率和釋放率。（2）土壤取樣：裝有紫云英的網(wǎng)袋取走后，盆中泥土混勻后取鮮土壤50 g，用于測土壤全氮、堿解氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量。（3）水稻植株取樣：用蒸餾水緩慢沖凈水稻根部泥土，按根、莖、葉、穗分開，在105 ℃烘箱內(nèi)殺青30 min，80 ℃烘干至恒重，稱重并粉碎過篩（100目），測定植株根、莖、葉、穗中的氮含量。

植株全氮和土壤全氮采用半微量凱氏法測定；土壤堿解氮采用堿解擴散法測定；銨態(tài)氮采用靛酚藍比色法測定；硝態(tài)氮采用酚二磺酸比色法測定（韓瑛祚，2016）。

紫云英干物質(zhì)累積腐解率（%）=（加入時干物質(zhì)

2. 2 不同施氮水平下紫云英氮素釋放特征

由圖2可看出，在整個試驗過程中，紫云英的氮素累積釋放量與干物質(zhì)腐解規(guī)律類似，前10 d時紫云英氮素釋放較快，第10 d時處理A、B、C的氮素累積釋放量分別為83.21、87.39和83.68 mg/盆，其中處理B顯著高于其他處理（P<0.05，下同），氮素累積釋放率分別為62.57%、65.71%和62.92%；第10～50 d氮素累積釋放量及釋放率與前一時期相比增幅較小，第50 d時，處理A、B、C的氮素累積釋放量分別為110.42、97.17和104.36 mg/盆，累積釋放率分別為83.03%、73.06%和78.48%；第50～90 d為氮素穩(wěn)定釋放期，該時期內(nèi)氮素累積釋放量及釋放率均表現(xiàn)為處理A>處理C>處理B。

2. 3 不同施氮水平下水稻氮素吸收量

由圖3可看出，紫云英腐解前30 d，水稻群體吸氮量在3個處理間無顯著差異（P>0.05，下同），40 d后水稻群體吸氮量開始迅速增加，由第10 d時的3.44、3.92和3.71 mg/盆分別增加至15.14、22.32和24.06 mg/盆，其原因是水稻生長前期，植株根系不發(fā)達，吸氮能力較弱，而水稻生長中后期，根系發(fā)育迅速，水稻適應(yīng)環(huán)境能力和吸氮能力增強；第90 d時3個處理的水稻群體吸氮量均達最大值，分別為36.53、77.07和76.96 mg/盆，處理B、C與處理A間差異顯著，第40～90 d水稻的群體吸氮量約占整個生育期的58.56%～71.04%。

2. 4 不同施氮水平下土壤氮素變化特征

由圖4可看出，施氮對紫云英還田后的土壤氮素含量有一定影響，尤其是對堿解氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮影響明顯，但對全氮影響不明顯。隨著腐解時間的延長，處理B和C的土壤全氮含量總體上呈逐漸下降趨勢，處理A則呈先減少后增加的變化趨勢（圖4-A）。施氮及紫云英腐解后，土壤堿解氮含量隨著腐解時間的延長而逐漸增加，到第10 d時各處理的堿解氮含量分別為285.83、278.83和339.50 mg/kg，10 d后處理A的堿解氮含量開始逐漸下降，到第40 d時達最低值，僅為141.17 mg/kg，處理B的堿解氮含量繼續(xù)增加，到第30 d后才開始逐漸減少，到第80 d時達最低值，為145.83 mg/kg，處理C則是在第60 d后才開始下降，第90 d達最低值（圖4-B）。各處理的土壤銨態(tài)氮含量整體上呈波動式下降趨勢，至第80～90 d時達較低值（圖4-C）。土壤硝態(tài)氮含量整體上呈先上升后下降的變化趨勢，40 d后各處理硝態(tài)氮含量開始逐漸下降，到第80～90 d時達較低值（圖4-D）。

2. 5 不同施氮水平下紫云英氮素釋放、水稻氮素吸收及土壤氮素含量間的相關(guān)性

施肥及紫云英腐解主要發(fā)生于前40 d，故選取前40 d的紫云英養(yǎng)分釋放量及土壤氮素含量進行相關(guān)性分析，其結(jié)果如表2所示。由表2可看出，紫云英腐解第3 d時，土壤全氮與施氮量間呈極顯著相關(guān)（P<0.01，下同），土壤堿解氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮與施氮量間呈顯著相關(guān)，土壤堿解氮與銨態(tài)氮和硝態(tài)氮間呈顯著相關(guān)。在前30 d中，施氮量與紫云英養(yǎng)分釋放量、水稻群體吸氮量間相關(guān)性不顯著，說明施氮對紫云英氮素釋放量和水稻吸氮量無顯著影響，但到第40 d時，紫云英施氮量、水稻群體吸氮量與土壤全氮和堿解氮間呈極顯著相關(guān)。在前40 d中，土壤銨態(tài)氮與硝態(tài)氮間均呈極顯著正相關(guān)。

3 討論

3. 1 施氮對紫云英腐解的影響

本研究結(jié)果顯示，新鮮紫云英翻壓入土后，其腐解特征表現(xiàn)為前10 d為快速腐解期，在第10～50 d時腐解較緩慢，在第50～90 d時累積腐解速率較低，基本處于穩(wěn)定時期，這種前期腐解較快、后期腐解較慢的規(guī)律與前人的研究結(jié)果（陳小燕等，2008；李新舉等，2008；寧東峰等，2011；呂鵬超等，2015）相似。同時，本研究中前10 d時，不同施氮水平下各處理的紫云英累積腐解率以施氮90 kg/ha最高，而第10 d以后各處理的累積腐解速率并無明顯規(guī)律，說明紫云英翻壓還田后前10 d，減少一定量氮肥有利于促進紫云英的腐解，10 d以后施氮肥已不再是影響紫云英腐解的關(guān)鍵因素。在整個試驗過程中，各處理的紫云英累積腐解率達62.8%～63.7%，該結(jié)果低于黃晶等（2016）的大田試驗研究結(jié)果（64.8%～68.3%），高于劉威（2010）的模擬紫云英田間翻壓結(jié)果（49.7%～51.0%），原因可能是紫云英翻壓還田后，其在土壤中的腐解過程較復(fù)雜，受紫云英的鮮嫩程度、養(yǎng)分含量、碳氮比、翻壓量、翻壓深度及土壤溫度、水分等環(huán)境因素的共同影響。

3. 2 施氮對紫云英養(yǎng)分釋放的影響

本研究結(jié)果表明，紫云英翻壓還田后的氮素釋放特征與腐解特征動態(tài)曲線較相似，也表現(xiàn)為前期較快，后期較緩慢，符合紫云英養(yǎng)分釋放特征。前10 d的紫云英氮素釋放較快，各處理的累積釋放率達62.57%～65.71%，其氮素釋放量占整個生育期（90 d）的73.8%～82.6%，第10 d時處理B的氮素累積釋放率顯著高于其他兩個處理，說明在紫云英翻壓前期適當(dāng)?shù)牡适┯昧靠纱碳ぷ显朴⒌牡蒯尫?；?0 d時各處理的累積釋放率為71.36%～73.54%，占整個生育期（90 d）的比例達85.4%～91.3%，說明紫云英翻壓后其氮素釋放主要集中于前30 d，第30 d后仍有一定釋放，但釋放量明顯減少。不施氮處理的紫云英氮素累積釋放量及釋放率在第30 d后一直顯著高于施氮處理，可能是由于30 d后水稻處理生長中后期，對氮素吸收利用較高。徐明崗等（2008）研究認(rèn)為孕穗期至成熟期的養(yǎng)分累積總量占整個生育期的65.00%以上。不施氮處理無外源性氮肥補充，土壤氮素的匱乏和水稻植株生長的需要刺激了紫云英氮素的釋放。徐昌旭等（2011）研究表明，翻壓紫云英22500 kg/ha可替代20%～40%化肥用量，其養(yǎng)分釋放主要集中于前10 d，如果該時期施入大量氮肥，則會造成水稻僵苗死苗，而水稻氮素吸收利用主要集中于水稻生長的中后期，因此對水稻氮肥的運籌應(yīng)集中在中后期，適當(dāng)減少基肥施用量，增加分蘗肥和穗肥的施用量，但三者間的搭配比例有待進一步研究。

3. 3 施氮對土壤供氮特性的影響

土壤中的氮素含量是評價土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，與作物的產(chǎn)量和品質(zhì)密切相關(guān)。土壤中的氮素主要包括有機氮和無機氮兩種氮素類型，其中可被植物直接吸收利用的無機態(tài)氮主要是銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，土壤供氮對水稻吸氮至關(guān)重要。眾多研究結(jié)果表明，水稻整個生育期所需的氮素有50%～80%來源于土壤（樊紅柱等，2009；宋文博，2012；劉洋，2014），且隨著施氮量增加，土壤供氮量隨之增加，存在氮肥的激發(fā)效應(yīng)（劉洋，2014）。本研究結(jié)果表明，在水稻生產(chǎn)前期，水稻的群體吸氮量與施氮量、土壤含氮量間無顯著相關(guān)性，主要是由于該時期水稻剛移栽，根系吸收氮素能力較弱，雖然該時期土壤含氮量較高，但其對水稻氮素吸收影響較小，土壤供氮能力較弱。水稻分蘗盛期后，根系發(fā)育較快，吸氮能力增強，施氮對水稻植株吸氮量影響顯著，水稻孕穗后植株吸氮量與土壤全氮和堿解氮顯著相關(guān)。陳安磊等（2007）、朱霞等（2009）研究表明，氮素礦化和有機氮含量呈正相關(guān)，有機肥和化肥配合施用與不施肥的土壤相比，可顯著增加土壤中堿解氮、全氮和礦質(zhì)態(tài)氮含量，提高土壤氮庫積累及其活性成分、土壤供氮能力，本研究結(jié)果與之類似。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，不同施氮水平下紫云英腐解和氮素釋放量均呈現(xiàn)出前期快后期慢的特征，適當(dāng)?shù)牡适┯昧靠纱碳ぷ显朴⒌母夂偷蒯尫牛猿Ｒ?guī)施氮基礎(chǔ)上減氮40%的效果較好；同時鑒于紫云英腐解前期養(yǎng)分釋放較多，建議水稻田紫云英翻壓后適當(dāng)減少水稻基肥施用量。紫云英還田與氮肥配施能顯著增加土壤中的堿解氮、全氮和礦質(zhì)態(tài)氮含量，提高土壤氮庫活性成分和土壤供氮能力。

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（責(zé)任編輯 王 暉）