高寒地區(qū)不同綠肥的腐解特征及其對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

常春麗 王盼盼 李金秋 賀國(guó)強(qiáng) 王晶英

摘要：為明確綠肥對(duì)高寒地區(qū)土壤的培肥效果，在盆栽培養(yǎng)條件下采用尼龍網(wǎng)袋法，探討了草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥等4種綠肥的腐解特征及其對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響。結(jié)果表明，4種綠肥在處理30 d內(nèi)快速腐解，腐解率均達(dá)到了50%以上，其中紫花苜蓿的腐解速率高于其他綠肥，30 d后腐解較為緩慢。不同綠肥對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響效果不同，并且不同綠肥對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響效果隨著施用時(shí)間的變化不斷變化。4種綠肥在施用 270 d 內(nèi)均能使土壤速效鉀和速效磷的含量顯著增高，使土壤pH值顯著降低，而對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和全磷含量無(wú)顯著影響。除此之外，草木犀和紫花苜蓿還能顯著提高土壤堿解氮和全氮含量。因此選用綠肥植物改良黑龍江煙區(qū)土壤是可行的，且選用草木犀和紫花苜蓿的培肥效果更好。

關(guān)鍵詞：高寒地區(qū);綠肥;土壤養(yǎng)分含量;腐解特征

中圖分類(lèi)號(hào)： S142? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）05-0260-03

基金項(xiàng)目：黑龍江省煙草專(zhuān)賣(mài)局科技攻關(guān)項(xiàng)目（編號(hào)：HN201603）。

作者簡(jiǎn)介：常春麗（1990—），女，河南周口人，碩士研究生，研究方向?yàn)榫G肥。E-mail：1559255980@qq.com。

通信作者：王晶英，博士，教授，主要從事植物逆境生理、營(yíng)養(yǎng)生理研究。E-mail：wangjingying801@163.com。

綠肥是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥，養(yǎng)分含量豐富，能為作物提供各種營(yíng)養(yǎng)成分，具有培肥土壤、防止水土流失等作用，綠肥還田有利于土壤中有機(jī)碳、有機(jī)氮的礦化，磷鉀營(yíng)養(yǎng)的釋放以及土壤中原有機(jī)質(zhì)的礦化，從而提高土壤微生物及土壤酶類(lèi)的活性，對(duì)培肥土壤、改良低產(chǎn)土壤、防止水土流失、修復(fù)荒坡廢地、改善生態(tài)環(huán)境等具有重要意義[1]。黑龍江省位于我國(guó)的東北部，是我國(guó)緯度最高的省份，屬寒溫帶大陸季風(fēng)性氣候，也是人們所說(shuō)的高寒地帶，全省年平均氣溫在-5～5 ℃，冬季漫長(zhǎng)寒冷、夏季短暫炎熱、春秋干燥涼爽[2]。全省無(wú)霜期在100～160 d[3]。由于這種獨(dú)特的氣候環(huán)境，該省1年只能露天種植1茬農(nóng)作物，土地閑暇時(shí)間較長(zhǎng)，利用冬閑時(shí)期養(yǎng)地對(duì)提高該省農(nóng)作物產(chǎn)量意義非凡。大量研究表明，綠肥可以顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀等養(yǎng)分的含量[4-7]，起到了很好的養(yǎng)地效果;不同綠肥對(duì)土壤的作用效應(yīng)也有所不同[8]，如綠肥作物的根和地上部分在腐解過(guò)程中能釋放磷和鉀，不同綠肥的釋放進(jìn)度不同[9] 。為探討選用綠肥植物改良高寒地區(qū)土壤的可行性，并篩選出養(yǎng)分效應(yīng)最好的綠肥種類(lèi)，本試驗(yàn)在黑龍江省的代表煙區(qū)寧安開(kāi)展了對(duì)黑麥草、草木犀、紫花苜蓿和小麥4種綠肥腐解速率及對(duì)土壤養(yǎng)分的影響的研究，以期為高寒地區(qū)土壤的健康、可持續(xù)利用提供科學(xué)參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試綠肥為草木犀、紫花苜蓿、黑麥草和小麥。4種綠肥均在盛花期取地上部樣品切成約4 cm小段后105 ℃殺青，65 ℃ 烘干混勻裝入尼龍網(wǎng)袋（網(wǎng)袋規(guī)格：20 cm×15 cm，孔徑75 μm，200目），每個(gè)網(wǎng)袋中加入相應(yīng)綠肥10 g，封口備用。

試驗(yàn)于2016年在黑龍江省牡丹江市寧安范家鄉(xiāng)牡丹江煙草科學(xué)研究所試驗(yàn)基地內(nèi)開(kāi)展。供試土壤的基本理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)含量為23.04 g/kg，pH值為7.215，堿解氮含量為95.57 mg/kg，速效磷含量為2.62 mg/kg，速效鉀含量為273.5 mg/kg，全氮含量為1.40 g/kg，全磷含量為65.64 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)有5個(gè)處理：草木犀，紫花苜蓿，黑麥草，小麥，對(duì)照（無(wú)綠肥）。在高13 cm、口徑16 cm的塑料盆中先加 0.4 kg 土壤，然后將裝有綠肥的網(wǎng)袋平鋪于土壤上，再鋪上0.4 kg土壤 。每盆壓入1個(gè)網(wǎng)袋，每個(gè)處理15盆。每盆加水0.22 kg，將盆置于室內(nèi)，試驗(yàn)過(guò)程中適時(shí)加水，保持土壤濕潤(rùn)。于腐解開(kāi)始后第10、30、50、90、270天取樣。采用毀滅性取樣法取出尼龍網(wǎng)袋內(nèi)的綠肥65 ℃烘干并稱(chēng)質(zhì)量。取尼龍袋下方的土壤作為土樣，每次各處理隨機(jī)取3盆，風(fēng)干后測(cè)定土壤pH值和有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷含量。

1.3 測(cè)定方法與數(shù)據(jù)處理

采用常規(guī)分析方法測(cè)定土壤pH值和有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷含量[10]。

累積腐解率=（第0天干物質(zhì)總量-第n天干物質(zhì)總量）/第0天干物質(zhì)總量×100%。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2010進(jìn)行整理，用DPS 7.05進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠肥干物質(zhì)的腐解特征

隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，不同綠肥的干物質(zhì)累積腐解率均呈先快后慢的增加趨勢(shì)，但處理前期（0～30 d）增加較快，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥處理在處理30 d時(shí)累積腐解率分別達(dá)到64.18%、63.83%、65.57%和54.17%，30 d后累積腐解率增加變緩，處理270 d時(shí)各處理干物質(zhì)的最終腐解率依次為74.18%、70.66%、66.66%和66.26%（圖1）。

2.2 不同綠肥處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

整體來(lái)看，經(jīng)過(guò)4種綠肥處理后，土壤的有機(jī)質(zhì)含量均有所升高。處理10 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別較對(duì)照高出7.35%、4.86%、3.11%和0.45%;處理30 d后，黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別較對(duì)照高出3.52%、4.93%和4.25%，草木犀顯著高于對(duì)照1195%;處理50 d后，黑麥草和紫花苜蓿較對(duì)照高出0.23%和1.56%，草木犀和小麥較對(duì)照降低13.51%和0.92%;處理90 d后，黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別較對(duì)照高出3.89%、099%和2.00%，草木犀較對(duì)照降低8.17%;處理270 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別較對(duì)照高出1.85%、334%、0.74%和2.87%（圖2）。

2.3 不同綠肥處理對(duì)土壤pH值的影響

由圖3可知，4種綠肥處理均使土壤的pH值顯著降低。處理10 d后，黑麥草和小麥處理的土壤pH值分別低于對(duì)照1.27%和1.93%，紫花苜蓿顯著低于對(duì)照2.28%，草木犀高于對(duì)照0.31%;處理30 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別顯著低于對(duì)照7.03%、4.23%、7.71%和4.11%;處理50 d后，紫花苜蓿和小麥低于對(duì)照2.63%和2.30%，草木犀和黑麥草較對(duì)照顯著降低5.95%和4.74%;處理90 d后，黑麥草和小麥較對(duì)照高出1.50%、0.40%，草木犀、紫花苜蓿分別較對(duì)照顯著降低2.65%和4.20%;處理270 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別較對(duì)照顯著性降低2.72%、325%、3.46%和3.48%。

2.4 不同綠肥處理對(duì)土壤堿解氮含量的影響

4種綠肥提高了土壤堿解氮的含量。處理10 d后，草木犀、黑麥草和小麥處理的土壤堿解氮含量分別高于對(duì)照497%、30.24%和9.71%，紫花苜蓿顯著高于對(duì)照52.10%;處理30 d后，草木犀、紫花苜蓿分別顯著高于對(duì)照59.73%、35.38%，黑麥草和小麥高于對(duì)照11.49%和17.86%;處理 50 d 后，草木犀顯著高于對(duì)照26.04%，黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別低于對(duì)照2.93%、2.93%和7.20%;處理90 d后，草木犀、黑麥草和小麥分別高于對(duì)照2.37%、3.21%和3.72%，紫花苜蓿低于對(duì)照6.60%;處理270 d后，黑麥草、小麥分別高于對(duì)照22.40%、33.33%，草木犀、紫花苜蓿顯著高于對(duì)照48.63、40.98%（圖4）。

2.5 不同綠肥處理對(duì)土壤速效磷含量的影響

4種綠肥提高了土壤速效磷的含量。處理10 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥處理的土壤速效磷含量分別高于對(duì)照6.18%、4.23%、15.37%和6.94%;處理30 d后，黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別高于對(duì)照15.19%、19.28%和1321%，草木犀顯著高于對(duì)照28.46%;處理50 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別較對(duì)照降低11.35%、459%、4.31%和6.69%，差異均不顯著;處理90 d后，草木犀、紫花苜蓿和小麥分別顯著高于對(duì)照13.68%、18.52%和19.01%，黑麥草低于對(duì)照5.447%;處理270 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別顯著高于對(duì)照22.31%、17.81%、13.77%和24.51%（圖5）。

2.6 不同綠肥處理對(duì)土壤速效鉀含量的影響

4種綠肥均顯著提高了土壤速效鉀含量。處理10 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥處理的土壤速效鉀含量分別顯著高于對(duì)照60.20%、47.72%、37.10%和41.06%;處理 30 d 后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別顯著高于對(duì)照63.98%、64.04%、64.63%和49.78%;處理50 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別顯著高于對(duì)照58.70%、6136%、82.18%和69.73%;處理90 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別顯著高于對(duì)照48.75%、61.46%、5673%和53.75%;處理270 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別較對(duì)照顯著性升高53.63%、58.12%、61.32%和62.39%（圖6）。

2.7 不同綠肥處理對(duì)土壤全氮含量的影響

處理10 d后，草木犀、小麥處理的土壤全氮含量高于對(duì)照2.32%、8.44%，黑麥草和紫花苜蓿低于對(duì)照5.15%和119%;處理30 d后，草木犀、黑麥草和紫花苜蓿分別低于對(duì)照0.31%、3.00%和0.70%，小麥高于對(duì)照0.72%;處理50 d后，草木犀、紫花苜蓿分別較對(duì)照顯著高出5.44%、6.65%，黑麥草和小麥高出對(duì)照1.86%、2.38%;處理90 d后，草木犀、紫花苜蓿分別較對(duì)照顯著高出14.99%、15.01%，小麥高出對(duì)照5.21%，黑麥草低于對(duì)照1.32%;處理270 d后，草木犀、紫花苜蓿分別較對(duì)照顯著高出12.83%、13.87%，小麥高出對(duì)照3.43%，黑麥草低于對(duì)照3.04%（圖7）。

2.8 不同綠肥處理對(duì)土壤全磷含量的影響

處理10 d后，草木犀、黑麥草處理的土壤全磷含量低于對(duì)照0.27%、3.59%，紫花苜蓿和小麥高于對(duì)照4.01%和932%;處理30 d后，草木犀、紫花苜蓿和小麥分別低于對(duì)照1.21%、3.07%和4.66%，黑麥草高于對(duì)照0.86%;處理50 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別較對(duì)照高出

701%、9.88%、8.67%和8.00%，差異均不顯著;處理90 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別低于對(duì)照2.22%、2.72%、11.24%和8.68%;處理270 d后，草木犀、黑麥草高于對(duì)照0.13%、1.45%，紫花苜蓿和小麥分別低于對(duì)照765%、2.87%（圖8）。

3 討論與結(jié)論

4種綠肥的干物質(zhì)腐解均呈前期（0～30 d）快后期（30～270 d）慢的變化趨勢(shì)，這與前人研究結(jié)果[11-13]相似。植物有機(jī)化合物腐解由易到難的順序?yàn)閱翁恰⒌矸?、?jiǎn)單蛋白質(zhì)>粗蛋白>半纖維素>纖維素>脂肪>木質(zhì)素[14]。處理初期，易分解有機(jī)物質(zhì)豐富，可為土壤微生物提供大量碳源及養(yǎng)分，故而腐解較快。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，易分解有機(jī)物逐漸減少，較難分解的有機(jī)化合物比例升高，所以后期腐解緩慢。對(duì)比4種綠肥的快速腐解階段，發(fā)現(xiàn)草木犀、紫花苜蓿的腐解速率明顯高于其他2種綠肥。

土壤酸堿度作為土壤的基本性質(zhì)，是影響土壤肥力的重要因素之一，它直接影響土壤成分的存在形態(tài)、轉(zhuǎn)化和有效性。4種綠肥均顯著降低了土壤pH值。白小軍等經(jīng)過(guò)研究也得出了綠肥能降低土壤pH值的結(jié)論[6，15]。這很大程度上與綠肥在翻壓腐熟過(guò)程中產(chǎn)生較多的小分子有機(jī)酸有關(guān)。紫花苜蓿處理對(duì)土壤pH值的降低作用最為顯著。

4種綠肥處理均能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，其中黑麥草、紫花苜蓿和小麥處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量無(wú)顯著性影響，草木犀在處理30 d時(shí)顯著高于對(duì)照。以上結(jié)果與郇恒福等關(guān)于施用大戟科綠肥可有效增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，有著良好的培肥地力效果，但其效果隨種質(zhì)與施用時(shí)間的不同而異的研究結(jié)果[16]基本一致。

草木犀、紫花苜蓿處理使土壤堿解氮、全氮含量顯著高于對(duì)照;黑麥草、小麥處理對(duì)土壤堿解氮、全氮的含量無(wú)顯著性影響。這是因?yàn)椴菽鞠妥匣ㄜ俎Ｍ瑢俣箍疲箍浦参锏母鼍軌蚬痰?。以上結(jié)果與鄧小華等的研究結(jié)果[8]相一致。

4種綠肥對(duì)土壤全磷含量無(wú)顯著性影響。4種綠肥處理均能顯著提高土壤速效磷的含量。這與徐祥玉等的研究結(jié)果[17-18]相一致。綠肥通過(guò)根系分泌的酸和根際土壤中的解磷微生物吸附并分解土壤中的難溶性磷，故隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)，4種綠肥對(duì)土壤速效磷含量的提升效果越來(lái)越顯著。

4種綠肥均顯著提高了土壤速效鉀含量。這與徐祥玉等的研究結(jié)果[17-18]相一致。分析發(fā)現(xiàn)各養(yǎng)分中速效鉀的含量增高最為顯著，是因?yàn)殁浽谥参矬w中以離子態(tài)存在于細(xì)胞或組織中，在處理初期絕大部分的鉀很容易被水浸提釋放[14]。

4種綠肥在處理30 d內(nèi)快速腐解，腐解率均達(dá)到了50%以上，其中紫花苜蓿的腐解速率高于其他綠肥。4種綠肥均能使土壤速效磷和速效鉀的含量顯著增高，土壤pH值顯著降低，而對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和全磷含量無(wú)顯著影響。除此之外，草木犀和紫花苜蓿還能顯著提高土壤堿解氮和全氮含量。因此選用綠肥植物改良黑龍江煙區(qū)土壤是可行的，且選用草木犀和紫花苜蓿的培肥效果更好。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾 莎，張 煉，張玉平. 綠肥生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀及綠肥還田研究進(jìn)展[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017（9）：132-134.

[2]劉雨娜.黑龍江省高寒地區(qū)早春生產(chǎn)葉用萵苣的關(guān)鍵性栽培技術(shù)[J]. 北方園藝，2014（9）：62-63.

[3]汪 磊，王 超，陳柏杰，等. 黑龍江省裸仁南瓜栽培關(guān)鍵技術(shù)[J]. 黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（11）：161-162.

[4]秦景逸，張 云，王秀梅，等. 綠肥間作模式對(duì)蘋(píng)果園土壤養(yǎng)分含量的影響[J]. 北方園藝，2016（11）：169-172.

[5]王秀領(lǐng)，閆旭東，徐玉鵬. 覆蓋大豆綠肥腐解規(guī)律及其對(duì)土壤養(yǎng)分的影響[J]. 中國(guó)土壤與肥料，2012（5）：57-60.

[6]白小軍，馮海萍，張麗娟，等. 種植及翻壓綠肥對(duì)設(shè)施土壤養(yǎng)分及微生物區(qū)系的影響[J]. 北方園藝，2014（23）：144-147.

[7]Cherr C M，Scholberg J S，Mcsorley R. Green manure approaches to crop production[J]. Agronomy Journal，2006，98（2）：302-319.

[8]鄧小華，石 楠，周米良，等. 不同種類(lèi)綠肥翻壓對(duì)植煙土壤理化性狀的影響[J]. 煙草科技，2015，48（2）：7-10，20.

[9]Talgre L，Lauringson E，Roostalu H，et al. Phosphorus and potassium release during decomposition of roots and shoots of green manure crops[J]. Biological Agriculture & Horticulture，2014，30（4）：264-271.

[10]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M]. 3版.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000：25-114.

[11]Yang H X，Zhou M H，Junliang L I，et al. Decay and nutrient release in grasses，a species suitable for soil conservation in temperate zone orchards[J]. Acta Prataculturae Sinica，2015，24（4）：208-213.

[12]Zhao N，Zhao H B，Chang W U，et al. Nutrient releases of leguminous green manures in rainfed lands[J]. Plant Nutrition & Fertilizer Science，2011，17（5）：1179-1187.

[13]Wang F，Lin C，Qing H I，et al. A study on organic carbon and nutrient releasing characteristics of different Astragalus sinicus manure use levels in a single cropping region of subtropical China[J]. Acta Prataculturae Sinica，2012，21（4）：319-324.

[14]劉 佳，張 杰，秦文婧，等. 紅壤旱地毛葉苕子不同翻壓量下腐解及養(yǎng)分釋放特征[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào)，2016，25（10）：66-76.

[15]楊文葉，王 忠，李 丹，等. 不同冬綠肥對(duì)水稻田土壤有機(jī)質(zhì)及酸堿度的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58（2）：239-240.

[16]郇恒福，周建南，高 玲，等. 不同野生大戟科綠肥對(duì)酸性土壤有機(jī)質(zhì)含量的動(dòng)態(tài)影響[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)，2014，35（4）：678-685.

[17]徐祥玉，王海明，袁家富，等. 不同綠肥對(duì)土壤肥力質(zhì)量及其煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，25（13）：58-61.

[18]陳曉波，官會(huì)林，郭云周，等. 綠肥翻壓對(duì)煙地紅壤微生物及土壤養(yǎng)分的影響[J]. 中國(guó)土壤與肥料，2011（4）：74-78.王建生，張杏鋒，張學(xué)洪，等. 土壤鉻污染和腐殖酸對(duì)李氏禾生長(zhǎng)和光合生理的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（5）：263-267.