黃河故道地區(qū)綠肥種植及翻壓對土壤養(yǎng)分的影響

劉 沖，邢錦城，魏福友，劉 永，董 靜，趙寶泉，朱小梅，洪立洲,

（1. 江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 鹽城 224002；2. 鹽城市新洋農(nóng)業(yè)試驗站， 江蘇 鹽城 224049；3. 濱海縣耕地質(zhì)量與肥料管理站，江蘇 濱海 224500）

綠肥種植是我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)，綠肥翻壓或堆漚后施用到土壤中作肥料，可以有效改善土壤理化性狀，增加土壤養(yǎng)分[1]。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中，將不同種類的綠肥還田以提升耕地質(zhì)量已被廣泛采用。有研究表明，利用煙田冬閑時間種植綠肥并翻壓可以有效增加土壤有機質(zhì)含量，降低土壤容重，增加土壤氮、磷、鉀含量，從而提高土地生產(chǎn)能力[2-3]。

黃河故道是由于黃河向南侵入淮河而形成的一段主河道流經(jīng)的區(qū)域，位于黃河、淮河、蘇北灌溉總渠之間，流經(jīng)豫、魯、皖、蘇四省22 個縣（市），總長度約730 km，土地總面積約2.4 萬km2。該地域土壤土種為飛沙土，土壤砂性重，養(yǎng)分低，結(jié)構(gòu)散，物理結(jié)構(gòu)差。有研究表明，該區(qū)域中（碭山縣）土壤有機質(zhì)的含量僅有4 g/kg[4-6]。

蠶豆、黑麥草和苕子用作綠肥已有悠久的歷史，在我國有較大面積的栽培和利用[7-9]。劉陽等[10]發(fā)現(xiàn)，施用蠶豆綠肥覆蓋和翻壓顯著提高了川、渝地區(qū)紫色土土壤全氮、有機質(zhì)含量。另外，在湘西自治州的植煙土壤上種植、翻壓黑麥草、苕子，亦能夠明顯提高土壤肥力[3]。

通過田間試驗，研究在黃河故道地區(qū)種植綠肥，下季翻壓后，當?shù)赝寥鲤B(yǎng)分含量的變化趨勢，以期為黃河故道地區(qū)耕地質(zhì)量提升提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗在江蘇省鹽城市濱?？h界牌鎮(zhèn)三壩村（北緯33°43′，東經(jīng)119°37′）進行。供試土壤為脫鹽潮土，土壤有機質(zhì)含量3.25 g/kg，全氮0.28 g/kg，全磷0.21 g/kg，全鉀48 g/kg。

1.2 試驗設(shè)計及田間管理

試驗種植模式為旱旱輪作，課題組于2017 年11月15 日種植綠肥，并與2018 年5 月15 日將綠肥翻壓，隨后種植玉米。綠肥品種為蠶豆、苕子和黑麥草，小區(qū)面積5.0 m×8.0 m（40 m2）。分別于2018 年5 月14日（綠肥翻壓前）、2018 年9 月14 日（綠肥翻壓120 d）采集0～20 cm 土樣，測定土壤容重、總孔隙度、土壤有機質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量，以及土壤脲酶、L-亮氨酸氨基肽酶（LAP）酶活性。

1.3 測定項目及方法

土壤容重、孔隙度采用環(huán)刀法測定，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法，全氮、全磷、全鉀含量測定采用鮑士旦方法[11]；土壤脲酶采用苯酚鈉比色法；LAP 酶活性測定采用微孔板熒光法[12]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠肥種植及翻壓對土壤物理性狀的影響

由圖1 所示，在3 種綠肥植物翻壓后，土壤容重均小于翻壓前，翻壓苕子、蠶豆和黑麥草的土壤容重分別下降5.1%、9.2%和9.1%；土壤總孔隙度均大于翻壓前，翻壓苕子、蠶豆和黑麥草的土壤總孔隙度分別提高10.1%、15.2%和12.6%；可見，種植并翻壓綠肥可明顯降低土壤容重，提高土壤總孔隙度。這主要是由于綠肥翻壓后，植物殘體經(jīng)腐爛分解后改善了土壤耕層的物理結(jié)構(gòu)。相比而言，翻壓蠶豆和黑麥草的效果較顯著。

2.2 綠肥種植及翻壓對土壤有機質(zhì)的影響

土壤有機質(zhì)是衡量土壤肥力的重要指標，同時也是影響土壤穩(wěn)定性和生產(chǎn)力的重要因素[13]。從圖2 可以看出，綠肥植物翻壓后，土壤有機質(zhì)含量提高。翻壓苕子、蠶豆和黑麥草的土壤有機質(zhì)含量分別比翻壓前提高13.8%、25.7%和17.1%。

2.3 綠肥種植及翻壓對土壤全氮、全磷、全鉀的影響

速效養(yǎng)分（氮磷鉀）是土壤養(yǎng)分的直接指標，其對植物早期的生長發(fā)育起著重要的作用，可作為土壤肥力的重要參數(shù)[14]。從圖3 可以看出，綠肥植物翻壓后，土壤養(yǎng)分含量均有所提高，其提高幅度高低次序分別為全氮＞全磷＞全鉀。綠肥品種不同，養(yǎng)分指標提高幅度也有所不同，其中以蠶豆的翻壓效果較顯著，蠶豆翻壓后土壤全氮、全磷、全鉀含量分別提高16.6%、12.5%和8.0%。

2.4 綠肥種植及翻壓對土壤脲酶、LAP 的影響

土壤酶活性是土壤微生態(tài)環(huán)境中生理活性最強的部分，其已作為評價土壤微生物的活性和土壤肥力的重要指標[15]。土壤脲酶直接參與土壤中含氮有機化合物的轉(zhuǎn)化，LAP 是土壤中氮代謝的關(guān)鍵酶，兩種酶活性高低在一定程度上反應(yīng)了土壤供氮水平狀況[15-16]。從圖4 可以看出，綠肥植物翻壓后，土壤脲酶、LAP酶活性均有所提高，LAP 酶活性提高幅度大于脲酶活性。3 個綠肥品種中，黑麥草翻壓對土壤LAP 酶活性的提高幅度最大，達52.5%。

3 結(jié)論與討論

江蘇省黃河故道地區(qū)土壤母質(zhì)沙性大，有機質(zhì)分解和消耗過程較快，不利于積累，因此有機質(zhì)含量很低，多數(shù)低于1%。土壤質(zhì)地差，保水保肥能力低，是江蘇省荒地資源較多的地區(qū)，同時，也是土地生產(chǎn)潛力較大的地區(qū)[18]。

種植綠肥并翻壓，可成為一種經(jīng)濟、環(huán)保的優(yōu)質(zhì)肥源[19]。綠肥種植后可通過強大的根系，活化、吸收土壤中難溶養(yǎng)分并將其蓄積到植株體中。翻壓后，綠肥養(yǎng)分還田，不僅可增加土壤有機質(zhì)含量，為作物生長提供速效養(yǎng)分，還可實現(xiàn)土壤養(yǎng)分的良性循環(huán)，為經(jīng)濟作物提供產(chǎn)量的保證[17]。研究表明，種植綠肥并翻壓可以增加土壤有機質(zhì)及氮、磷、鉀含量 ，提高土地生產(chǎn)能力，在湘西自治州種植可以提升煙葉品質(zhì)，提高烤煙產(chǎn)質(zhì)量[20]，在瀏陽市種植可以顯著提高雙季稻產(chǎn)量[21]。種植苕子、蠶豆和黑麥草等綠肥并在下季翻壓可顯著降低土壤容重，提高土壤總孔隙度，從而有效改善土壤物理結(jié)構(gòu)，蠶豆和黑麥草效果較顯著。有研究表明，連續(xù)種植光葉苕子的耕層土壤的機械穩(wěn)定性團聚體含量顯著高于未種植綠肥土壤[22]。這主要是由于綠肥作物的根系分布、根系的活動以及根系分泌物、根際微生物、根瘤菌等都會不同程度影響土壤的物理結(jié)構(gòu)[23]。前期研究表明，綠肥翻壓區(qū)土壤有機質(zhì)含量、全氮、有效磷、速效鉀含量較閑置區(qū)土壤顯著提高，其中，有機質(zhì)含量提高了0.63 g/kg[24]，試驗研究結(jié)論與此較為一致。苕子、蠶豆和黑麥草等綠肥在下季翻壓后，土壤有機質(zhì)含量、土壤養(yǎng)分（全氮、全磷、全鉀）含量均有所提高。 蠶豆和黑麥草翻壓后，土壤有機質(zhì)含量提高較顯著；蠶豆翻壓后，土壤養(yǎng)分（全氮、全磷、全鉀）含量提高較顯著。

土壤酶來自動、植物和微生物的活體或殘體的分泌和釋放，其活性是評價土壤生物活性和土壤肥力的重要指標，提高酶活性能促進土壤的代謝作用，從而提高土壤肥力，改善土壤性質(zhì)[25]。綠肥植物翻壓后，土壤脲酶、LAP 酶活性均明顯提高，且以黑麥草翻壓對土壤LAP 酶活性的提高效果較顯著。主要是由于綠肥翻壓后，植株殘體腐解加速，增強了微生物活性，從而促進了土壤酶活性的提高[16]，這與孫穎等[26]研究綠肥在翻壓后可激活土壤酶活性的研究結(jié)論較為一致。

綜上所述，在黃河故道地區(qū)種植綠肥并翻壓可顯著改善當?shù)赝寥牢锢斫Y(jié)構(gòu)，降低容重，提高總孔隙度。土壤有機質(zhì)及養(yǎng)分均有顯著提高，土壤脲酶、LAP 酶活性顯著提高。綠肥中以蠶豆和黑麥草的效果較顯著。