青海高原長期復(fù)種綠肥毛葉苕子對土壤供氮能力的影響

韓 梅，胥婷婷，曹衛(wèi)東

(1.青海省農(nóng)林科學(xué)院土壤肥料研究所,青海 西寧 810016；2.中國農(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)

近年來，我國農(nóng)田生態(tài)環(huán)境狀況不斷惡化，出現(xiàn)土壤肥力嚴(yán)重失調(diào)、土壤理化性狀變差、肥料利用率下降等問題，引發(fā)出一系列環(huán)境問題，如地表水富營養(yǎng)化、地下水污染、溫室效應(yīng)等[1-2]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，氮肥、磷肥等無機肥料的盲目施用是導(dǎo)致以上問題的原因之一[3-4]。隨著我國對資源以及環(huán)境問題的日益重視，農(nóng)業(yè)逐漸向有機、循環(huán)模式發(fā)展。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)長期的發(fā)展過程中，綠肥栽培、壟溝栽培、地表覆蓋、秸稈還田等方式，是減少化肥施用、增加農(nóng)業(yè)物質(zhì)投入的重要手段，也是改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的需要[5]。

農(nóng)田作物生長限制的關(guān)鍵因素之一是氮素[5]，研究土壤氮素在土壤中的循環(huán)問題是解決農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)引發(fā)的環(huán)境污染的突破口。而研究氮素循環(huán)的關(guān)鍵就在于研究氮素的轉(zhuǎn)化過程、轉(zhuǎn)化機制及其影響因素[6-8]，田間減施氮肥和不同栽培模式對土壤氮素的固持釋放規(guī)律有何影響，尚缺乏研究。因此，研究田間不同措施下土壤中的氮素構(gòu)成情況，動態(tài)分析不同栽培培肥措施對土壤無機氮庫的影響[9-12]，揭示土壤各形態(tài)氮素在數(shù)量和質(zhì)量上的變化情況，對有機物料、無機化肥等資源的合理利用，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的影響都具有重要的理論及實踐指導(dǎo)意義[13-14]。

青海省河湟地區(qū)氣候資源較為豐富，作物生長兩季不足，一季有余。小麥7月上、中旬收獲后到10月中旬，這三個月多月時間雨熱充分；但這些地區(qū)除有少部分復(fù)種蔬菜等生育期較短的作物外，大多數(shù)土地處在裸露、閑置狀態(tài)，從而造成土地的巨大浪費，還有可能導(dǎo)致水土流失，引起沙塵暴等環(huán)境污染。針對上述問題,構(gòu)建了小麥(油菜)-豆科綠肥的生產(chǎn)技術(shù)模式，豆科綠肥可翻壓作為綠肥, 以及“留茬肥地、過腹還田”，可以有效改善生態(tài)環(huán)境,綜合應(yīng)用潛力巨大。本試驗通過小麥?zhǔn)斋@后復(fù)種綠肥，然后翻壓、留茬，研究復(fù)種綠肥對培育土壤無機氮庫的影響，以探索綠肥的節(jié)肥效應(yīng)，為該模式下合理施用化肥提供依據(jù)和指導(dǎo)。

1 試驗方案

1.1 試驗材料

供試綠肥品種為毛葉苕子；供試油菜品種為浩油11號；供試肥料品種分別為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%)。

1.2 試驗地概況設(shè)計

試驗地位于青海省西寧市城北區(qū)，海拔為2 300 m，氣候冷涼，屬高原大陸性半干旱氣候。年平均氣溫5.9℃，作物生長期為220.2 d。全年平均氣溫日較差為13.5℃，年平均降水量367.5 mm,年均蒸發(fā)量為1 729.8 mm。試驗區(qū)水源及灌溉條件十分方便，主要水源為北川渠。土壤類型為栗鈣土，前茬作物為小麥。

1.3 試驗設(shè)計

該試驗是2010年開始的一個綠肥長期定位試驗,模擬青海省綠肥作物適種區(qū)主栽作物小麥、油菜輪作模式， 2016年以油菜為主作，試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計。試驗共設(shè)5個處理，分別為:(1)100%化肥+綠肥根茬(F100+GM根茬)；(2)不施肥+綠肥根茬(F0+GM根茬，CK)；(3)100%化肥+綠肥翻壓(F100+GM翻壓)；(4)不施肥(F0)；(5)100%化肥(F100)。油菜100%的施肥量為N54.6 kg·hm-2、P2O569.0 kg·hm-2。綠肥根茬即綠肥盛花期將地上部分刈割，地下部分翻入土壤；綠肥翻壓即綠肥盛花期將綠肥地上、地下部全部翻入土壤。4次重復(fù)，小區(qū)面積20.0 m2(5.0 m×4.0 m)[15]。

1.4 試驗實施

3月17日，進行油菜播種，播量7.5 kg·hm-2。播種前將肥料均勻撒施，深翻。

毛葉苕子于上年在小麥?zhǔn)斋@后進行播種，播量105.0 kg·hm-2，播種后立即灌水。需壓青的處理區(qū)，將該區(qū)收獲的毛葉苕子鍘切成10 cm左右，然后進行翻壓， 毛葉苕子翻壓量為20 000 kg·hm-2。

1.5 土壤采集

分別在油菜播種期、苗期、花期、成熟期對不同層次0～10 cm、20～40 cm、50～60 cm、70～80 cm、90～100 cm土壤進行采集，共采集樣品180個。

1.6 測定項目

土壤全氮、堿解氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量。

1.7 測定方法

土壤全氮用凱氏定氮法，土壤堿解氮用堿解擴散法，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮采用0.01 mol·L-1的 CaCl2浸提 TRAACS-2000型連續(xù)流動分析儀測定[16]。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003進行數(shù)據(jù)整理，用DPS軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對油菜產(chǎn)量的影響

產(chǎn)量結(jié)果(表1)表明，所有施100%化肥處理的產(chǎn)量都高于不施肥料處理，毛葉苕子收割、留茬處理產(chǎn)量均比純施肥料處理高。施100%化肥條件下，翻壓毛葉苕子處理比毛葉苕子收割留根茬處理產(chǎn)量高，增產(chǎn)率達10.12%，說明翻壓綠肥處理比綠肥收割留茬處理效果好。在不施肥條件下，綠肥收割留茬比不種綠肥增產(chǎn)效果好。

表1 不同處理對油菜產(chǎn)量的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note: Diefferent lowercase letters after the same columm indicate signifficant difference between treatments(P<0.05).

2.2 綠肥種植對土壤全氮時空變化影響

不同施肥方式對青海高原農(nóng)田耕層土壤全氮有顯著影響，有機物料的投入都能不同程度地提高青海農(nóng)田土壤氮素養(yǎng)分的含量和作物產(chǎn)量。通過復(fù)種綠肥，后茬作物油菜0～100 cm土壤全氮含量隨土層深度的增加而逐漸減小。油菜施基肥前,土壤全氮整體含量較低；油菜苗期土壤全氮整體含量較高，土壤全氮含量變化順序為苗期>花期>成熟期>播種前(見圖1)。

不同施肥處理間0～20 cm土壤全氮含量差異顯著，與不施肥處理相比，施肥顯著提高了土壤全氮含量，其中化肥配施毛葉苕子處理較單一施肥土壤全氮含量有所提高。土壤全氮含量排在前三位的是F100+GM翻壓、F100+GM根茬、F0+GM翻壓，其中F100+GM翻壓效果最好，土壤全氮含量與CK相比提高28.69%，與100%化肥相比提高7.87%。結(jié)果表明，化肥配施綠肥毛葉苕子能夠提高土壤全氮含量。

2.3 綠肥種植對土壤堿解氮時空變化影響

復(fù)種綠肥對后茬作物油菜土壤堿解氮有不同程度的影響(圖2)。通過后茬作物油菜不同生育期0～100 cm土壤剖面土壤堿解氮比較，油菜土壤堿解氮含量隨土層深度的增加而逐漸減小。根據(jù)生育期比較，土壤堿解氮含量變化順序為苗期>成熟期>花期>播種期。不同施肥處理間0～20 cm土壤堿解氮含量差異顯著，與不施肥處理相比，施肥顯著提高了土壤堿解氮含量。各生育期土壤堿解氮含量排在前三位的是F100+GM根茬、F100+GM翻壓、F100。土壤堿解氮含量則是隨著綠肥的施入而增高，綠肥的投入能提高土壤堿解氮。

2.4 綠肥種植對土壤硝態(tài)氮的影響

圖1 不同生育期油菜土壤全氮含量的變化Fig.1 Change of soil total N at different rapeseed growth stages

圖2 不同生育期油菜土壤堿解氮含量的變化Fig.2 Changes of soil available N at different rapeseed growth stages

圖3 不同生育期油菜土壤硝態(tài)氮含量的變化Fig.3 Changes of N-N in soil at different rapeseed growth stages

2.5 綠肥種植對土壤銨態(tài)氮的影響

復(fù)種綠肥對后茬作物油菜土壤銨態(tài)氮影響程度較小(圖4)。通過后茬作物油菜0～100 cm土壤剖面土壤銨態(tài)氮比較，油菜土壤銨態(tài)氮含量隨土層深度的增加呈現(xiàn)下降趨勢，遞減幅度減慢。根據(jù)生育期比較，土壤銨態(tài)氮含量變化順序為花期>成熟期>苗期>播種期。不同施肥處理間0～20 cm土壤銨態(tài)氮含量接近，差異不顯著。與不施肥處理相比，化肥配施毛葉苕子處理較單一施肥顯著增加了土壤銨態(tài)氮含量，較CK提高9.54%～18.33%，較100%化肥提高0.94%～19.28%。

3 討 論

本文探討了施用綠肥毛葉苕子情況下油菜生育期土壤全氮、堿解氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量的時空變化。長期復(fù)種綠肥毛葉苕子增加了后茬作物土壤氮庫的總貯量，尤其是翻壓綠肥能使土壤氮庫顯著增加，提高氮素養(yǎng)分的有效性；而單施化肥只能維持土壤氮素肥力，長期不施肥處理由于沒有肥料的施入，土壤全氮含量越來越低、氮庫貯量減小[18-19]。

豆科綠肥作物本身富含氮素，其鮮草還田作為綠肥輸入油菜-綠肥生產(chǎn)系統(tǒng)，氮素除部分或被植株當(dāng)季吸收利用或通過各種途徑損失外[20-21]，還有部分殘留于土壤中，對后茬作物具有一定后效[22-24]。與單施尿素相比，尿素配施毛葉苕子顯著降低了油菜生育期土壤中硝態(tài)氮含量，卻增加了土壤全氮、堿解氮、銨態(tài)氮含量。毛葉苕子氮對土壤中總氮和各形態(tài)無機氮的貢獻率均顯著低于尿素氮[25-26]。與長期單施化肥相比，有機肥與化肥配施降低了土壤中胡敏酸分子縮合度并提高其能態(tài)而延緩老化[27]，這可能是尿素配施綠肥毛葉苕子顯著提高土壤總氮含量的原因之一。

圖4 不同生育期油菜土壤銨態(tài)氮含量的變化Fig.4 Changes of N-N at different rapeseed growth stages

4 結(jié) 論

在青海高原地區(qū),小麥?zhǔn)斋@后復(fù)種綠肥毛葉苕子、后茬種植油菜的情況下，油菜生育期0～100 cm土層土壤全氮、堿解氮、銨態(tài)氮積累量均表現(xiàn)為有毛葉苕子處理高于無毛葉苕子處理,硝態(tài)氮積累量均表現(xiàn)為有毛葉苕子處理低于無毛葉苕子處理。毛葉苕子與化肥配施效果好，毛葉苕子施用對提高和保持土壤全氮、堿解氮、銨態(tài)氮含量，化肥配施毛葉苕子處理較單一施肥土壤硝態(tài)氮含量有所降低。