?油菜綠肥的腐解特征及養(yǎng)分釋放對(duì)土壤肥力的影響?

?劉新紅 周興 鄧力超 范連益 曲亮 李莓?

摘 要：以油肥1號(hào)（甘藍(lán)型）、紫葉芥（芥菜型）和南縣白（白菜型）油菜為材料，采用網(wǎng)袋包埋法研究不同類型油菜用作綠肥的腐解特征、養(yǎng)分釋放規(guī)律及對(duì)土壤肥力的影響。結(jié)果表明：各類型油菜的快速腐解期均為埋填后0～28 d，腐解率均在60%以上;埋填后28～102 d為緩慢腐解期，最終腐解率均在80%左右。肥力釋放規(guī)律與腐解規(guī)律相似，至102 d碳累積釋放率為76.16%～79.65%，鉀累積釋放率均在98%以上，氮的累積釋放率為74.79%～85.92%，磷的累積釋放率為71.68%～78.56%。3種油菜養(yǎng)分的累積釋放率無(wú)顯著差異;碳釋放量表現(xiàn)為油肥1號(hào)>紫葉芥>南縣白，氮釋放量表現(xiàn)為紫葉芥>油肥1號(hào)>南縣白，3種類型油菜的磷和鉀的釋放量相當(dāng)。油肥翻壓后在一定程度上能提高土壤有機(jī)質(zhì)及水解性氮、有效磷、速效鉀等養(yǎng)分的含量。

關(guān)鍵詞：油菜;綠肥;腐解特征;養(yǎng)分釋放特征

中圖分類號(hào)：S142文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-060X（2020）05-0031-06

Decomposition Characteristics of Rape Green Manure and Effect of Nutrient Release on Soil Fertility

LIU Xin-hong，ZHOU Xing，DENG Li-chao，F(xiàn)AN lian-yi，QU liang，LI Mei

（Hunan Crop Research Institute， Changsha 410125， PRC）

Abstract： Using Youfei No.1 （Brassica napus）， Ziyejie （Brassica juncea） and Nanxianbai （Brassica campestris） as materials， the decomposition characteristics， nutrient release law and the of different types of rape as green manure effect on soil fertility were studied by net bag embedding method. The results showed that the fast decay period of all kinds of rape was 0-28 days after burying， and the decay rate was more than 60%; 28-102 days after burying， it was a slow decay period， and the final decay rate was about 80%. The law of fertility release is similar to that of decay. At 102 days， the cumulative release rate of carbon was 76.16%-79.65%， the cumulative release rate of potassium was over 98%， the cumulative release rate of nitrogen was 74.79%-85.92%， and the cumulative release rate of phosphorus was 71.68%-78.56%. There was no significant difference in the cumulative release rate of three kinds of rape nutrients; the amount of carbon emission was Youfei No.1>Ziyejie>Nanxianbai. The amount of nitrogen emission was Ziyejie>Youfei No.1>Nanxianbai. The release amount of phosphorus and potassium in three types of rape was equal. The content of soil organic matter， hydrolytic nitrogen， available phosphorus， available potassium and other nutrients could be increased to a certain extent after the rape green manure was turned over.

Key words： rape; green manure; decomposition characteristics; nutrient release characteristics

綠肥作為一種高效的生物肥源，改土培肥及提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的作用明顯，是我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的精華。但隨著化肥的大量施用、有機(jī)肥用量減少及生物培肥措施的廢棄，農(nóng)田耕作層變淺、土壤有機(jī)質(zhì)含量下降、土壤酸化加劇、理化性質(zhì)變劣等問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）數(shù)據(jù)表

明，中國(guó)耕地土壤肥力基礎(chǔ)薄弱，耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量平均值為18.63 g/kg，為世界平均值32.54 g/kg的57%，僅居中下游水平[1]。耕地質(zhì)量下降嚴(yán)重制約了糧食生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，國(guó)家推出了系列有關(guān)加強(qiáng)耕地質(zhì)量建設(shè)的方針，并啟動(dòng)《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》，為全國(guó)發(fā)展綠肥生產(chǎn)改良土壤質(zhì)量提供戰(zhàn)略性機(jī)遇。

油菜作為十字花科綠肥，相較于紫云英，具有養(yǎng)分均衡、抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性寬、繁殖率高和生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)[2]，對(duì)增強(qiáng)后茬作物病蟲(chóng)害生物防治能力、激發(fā)土壤難溶性磷活化以及土壤重金屬污染治理等也具有獨(dú)特的作用。另外綠肥油菜還具有苗薹可食用、花期美化環(huán)境的用途，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著超越其他綠肥的優(yōu)勢(shì)[3-5]。明確綠肥的腐解過(guò)程是合理應(yīng)用綠肥的基礎(chǔ)。前人在不同類型油菜盛花期翻壓對(duì)土壤理化性質(zhì)、微生物的影響[6-9]及后季作物的影響[4，10-13]等方面做了大量研究，但對(duì)油菜盛花期青稈翻壓后的腐解特征及碳、氮、磷、鉀養(yǎng)分釋放規(guī)律等方面卻研究不多，因而有必要開(kāi)展進(jìn)一步的探討。筆者以3種類型油菜（甘藍(lán)型油菜、白菜型油菜和芥菜型油菜）為研究對(duì)象，利用盆栽試驗(yàn)采用網(wǎng)袋包埋法比較各品種油菜盛花期青稈掩埋下的腐解及養(yǎng)分釋放特征及其土壤肥力的影響，以期為油菜作綠肥的合理利用和后茬農(nóng)田養(yǎng)分科學(xué)管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料分別為白菜型油菜品種“南縣白”（L1）、甘藍(lán)型油菜品種“油肥1號(hào)”（L2）、芥菜型油菜品種“紫葉芥”（L3），均來(lái)源于湖南省作物研究所。

供試土壤為紅壤土，取自湖南省作物研究所試驗(yàn)田，檢測(cè)土樣基本理化性質(zhì)得知，pH值5.85，有機(jī)質(zhì)、活性有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量分別為18.9、13.2、1.2、1.02和11.6 g/kg，水解性氮、有效磷和速效鉀含量分別為93、48.8和209 mg/kg。

供試容器為高27 cm、口徑36 cm的塑料盆，供試尼龍網(wǎng)袋規(guī)格為20 cm×15 cm，孔徑為74 μm。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2019年3月8日至6月14日在湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院盆栽場(chǎng)進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理，即：白菜型油菜、甘藍(lán)型油菜、芥菜型油菜。分別于翻壓后第0、7、14、21、28、42、72和102 d取樣。每個(gè)處理24袋，采用毀滅性取樣法，每次處理隨機(jī)取3袋，共取樣8次。取樣后將尼龍網(wǎng)袋帶回實(shí)驗(yàn)室沖洗干凈，將網(wǎng)袋中剩余的植株樣品烘干后稱重、磨碎，測(cè)定有機(jī)碳（C）、氮（N）、磷（P）、鉀（K）含量，將盆內(nèi)的土混合均勻，取土樣，烘干磨碎，測(cè)定土壤pH值、活性有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量。

翻壓方法：先在盆中加3 kg土壤，然后將網(wǎng)袋并排垂直放置（每個(gè)網(wǎng)袋中加入100 g綠肥鮮樣，扎緊袋口，每盆壓入3個(gè)網(wǎng)袋），再加入4.5 kg土壤，鋪平后，每盆加水2 kg，試驗(yàn)過(guò)程中適時(shí)加水，保持土壤濕潤(rùn)。試驗(yàn)用水為蒸餾水。腐解期為3～6月，每個(gè)月的平均溫度分別為10～18、16～24、21～28和25～31℃

1.3 測(cè)定方法

（1）植物樣品水分：綠肥新鮮植株105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重。

（2）植物樣品養(yǎng)分測(cè)定：有機(jī)碳采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定，全氮采用SKALAR間隔流動(dòng)分析儀測(cè)定，全磷用鉬銻抗比色法測(cè)定，全鉀用火焰光度計(jì)測(cè)定。

（3）土壤指標(biāo)測(cè)定：pH值采用玻璃電極法測(cè)定（水土比 2.5︰1），有機(jī)質(zhì)采用元素分析儀測(cè)定，全氮采用半微量開(kāi)氏法測(cè)定，全磷采用氫氧化鈉堿熔-鉬銻抗比色法測(cè)定，全鉀采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法測(cè)定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法測(cè)定。

1.4 計(jì)算方法

累積腐解量（g）=M0-Mt? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

累計(jì)腐解率（%）=（M0-Mt）/M0×100? ? ? ? ? ? （2）

腐解速率（mg/d）=（M0-Mt）/Tt×1 000? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

養(yǎng)分累計(jì)釋放量（mg）=（C0×M0-Ct×Mt）×1 000? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

養(yǎng)分累計(jì)釋放率（%）=（C0×M0-Ct×Mt）/C0×M0×100? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（5）

式中，M0為參試材料初始干物重，Mt為t時(shí)刻綠肥干物重（殘留量），C0為參試材料初始養(yǎng)分濃度，Ct為t時(shí)刻參試材料的養(yǎng)分濃度，Tt為t時(shí)刻的天數(shù)，1 000為將g換算為mg的換算系數(shù)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)在Excel 2007中進(jìn)行處理并作圖，方差分析采用SPSS 17.0進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型油菜翻壓前養(yǎng)分和水分含量比較

由表1可知，參試油菜在盛花期的含水量均較高，為84.26%～92.52%，其中油肥1號(hào)的含水量顯著低于其他品種，在翻壓等量鮮物重時(shí)，其干物質(zhì)顯著高于其他品種。植株的養(yǎng)分檢測(cè)表明，油菜地上部分的C含量為35.9%～40.7%，N、P、K的含量分別為2.1%～3.01%、0.36%～0.80%、3.14%～6.58%，大量元素含量非常豐富。其中油肥1號(hào)的C含量最高，N、P、K含量較低。由表2可知，油菜的C積累順序?yàn)椋河头?號(hào)>紫葉芥>南縣白，N積累順序?yàn)椋鹤先~芥>油肥1號(hào)>南縣白，3種類型油菜的P和K的積累量相當(dāng)。適當(dāng)?shù)腃/N比值有助于微生物發(fā)酵分解，參試油菜的C/N比值為10.95～19.38，其中油肥1號(hào)碳氮比更接近最適比例25∶1，更適合于微生物的分解。

2.2 不同類型油菜的腐解特征

3種油菜埋入土壤后，其腐解過(guò)程主要分為2個(gè)階段，快速腐解期和緩慢腐解期。0～28 d為干物質(zhì)累計(jì)釋放率的快速上升期，南縣白、油肥1號(hào)和紫葉芥的累計(jì)腐解量分別為5.54、9.59和7.06 g（圖1），累計(jì)腐解率為78.40%、60.93%和72.34%（圖2）;翻壓后28～102 d為緩慢腐解期，此階段內(nèi)3種油菜的累積腐解率變化趨于平緩，南縣白、油肥1號(hào)和紫葉芥的累計(jì)腐解量分別為0.5、2.87和1.06 g，累積腐解率為6.71%、18.21%和10.85%，顯著低于前28 d。3種油菜的累計(jì)腐解率無(wú)顯著差異，腐解量表現(xiàn)為油肥1號(hào)最高，紫葉芥次之，南縣白最低。

2.3 不同類型油菜養(yǎng)分釋放規(guī)律

油菜碳釋放規(guī)律（圖3和圖4）與腐解規(guī)律相似，前28 d快速釋放，3種油菜碳累積釋放率為52.79%～61.61%。翻壓后28～102 d碳釋放趨于平緩，翻壓102 d后，南縣白、油肥1號(hào)和紫葉芥的碳累積釋放量分別為2 261、5 073和3 237 mg，分別占相應(yīng)加入量的76.16%、79.19%和79.65%。3種油菜的碳累計(jì)釋放率無(wú)顯著差異，釋放量表現(xiàn)為油肥1號(hào)最高，紫葉芥次之，南縣白最低。

油菜的氮素在翻壓后的前28 d內(nèi)釋放較快，此時(shí)南縣白、油肥1號(hào)和紫葉芥的氮累積釋放率分別為77.71%、70.88%和81.94%;翻壓后28～102 d氮的釋放基本停滯，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，南縣白、油肥1號(hào)和紫葉芥的氮累積釋放量分別為189、247和299 mg，占相應(yīng)加入量的84.18%、74.79%和85.92%。紫葉芥和南縣白的氮累計(jì)釋放率相當(dāng)，略高于油肥1號(hào);紫葉芥的氮釋放量最高，油肥1號(hào)次之，南縣白最低（圖5和圖6）。

油菜翻壓后前28 d內(nèi)磷素釋放量較大，28 d時(shí)南縣白、油肥1號(hào)和紫葉芥的磷累積釋放率分別為64.06%、52.56%和62.59%;翻壓后28～102 d磷的釋放變緩，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，南縣白、油肥1號(hào)和紫葉芥的磷累積釋放量分別為41.04、44.14和42.99 mg，占相應(yīng)加入量的71.68%、78.56%和76.71%。由圖7和圖8可以看出，三者的磷累積釋放率的變化趨勢(shì)與累積釋放量相同，無(wú)明顯差異。

與碳、氮和磷的釋放不同，鉀的釋放較快，翻壓后42 d基本釋放完畢，此時(shí)南縣白、油肥1號(hào)和紫葉芥的鉀累積釋放量分別為468、487和488 mg，分別占相應(yīng)加入量的99.34%、97.5%和98.78%。3者的累積釋放率的變化趨勢(shì)與累積釋放量相同，無(wú)明顯差異（圖9和圖10）。

2.4 不同類型油菜各養(yǎng)分比例的變化特征

3種油菜的碳氮比均表現(xiàn)為先升后降，翻壓21～28 d內(nèi)快速上升，而后下降直至穩(wěn)定（圖11）。在整個(gè)腐解過(guò)程中，紫葉芥和南縣白的碳氮比變化趨勢(shì)一致，均小于油肥1號(hào)。南縣白、油肥1號(hào)和紫葉芥的碳氮比在21～28 d達(dá)到最大值，分別為16.65、27.66和15.91。至試驗(yàn)結(jié)束時(shí)則降至11.72、15.99和11.80。油肥1號(hào)的碳氮比降低的最多。

3種油菜的碳磷比在腐解過(guò)程中變化幅度較小（圖12），整個(gè)腐解過(guò)程中，油肥1號(hào)的碳磷比最高，為99.89～114.29，紫葉芥次之，為41.39～67.65，南縣白最低，為24.56～48.68。

3種油菜的碳鉀比變化幅度較大，翻壓前28 d內(nèi)緩慢上升，28～42 d呈直線上升，之后趨于穩(wěn)定（圖13）。南縣白、油肥1號(hào)和紫葉芥的碳鉀比均在42 d左右時(shí)達(dá)到最高，分別為180.72、182.06和127.56，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)分別比翻壓前增加191.81、165.89和127.53 ，翻壓前三者的碳磷比相當(dāng)，翻壓后南縣白略高于油肥1號(hào)，顯著高于紫葉芥。

2.5 油菜腐解對(duì)土壤肥力的影響

綠肥翻壓的最終目標(biāo)是為了給作物提供養(yǎng)分和培肥土壤。表3展示了不同類型油菜在盛花期全量還田翻壓102 d 后各處理的土壤性質(zhì)。各類型油菜腐解均能提高土壤有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀等養(yǎng)分的含量，但效果略有差異?？傮w表現(xiàn)為甘藍(lán)型油菜油肥1號(hào)對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、氮、鉀含量的提高幅度最大，其與對(duì)照處理的差異達(dá)到顯著水平;白菜型油菜南縣白還田，除pH值和有效磷含量未顯著提高外，其他各養(yǎng)分指標(biāo)均得到顯著提高;芥菜型油菜紫葉芥還田后水解性氮和速效鉀得到顯著提高，其他指標(biāo)提高未達(dá)到顯著水平。

3 結(jié)論與討論

研究發(fā)現(xiàn)，3種類型油菜盛花期翻壓還田，其腐解速率均表現(xiàn)為前期迅速、后期緩慢，最終干物質(zhì)累計(jì)腐解率達(dá)75.05%～85.11%，這與前人[14-16]的研究結(jié)論一致。已有研究表明，植物有機(jī)化合物腐解由易到難的順序?yàn)閱翁?、淀粉、?jiǎn)單蛋白質(zhì)>粗蛋白>半纖維素>纖維素>脂肪>木質(zhì)素[17-18]。油菜翻壓初期，青稈水分含量高達(dá)90%左右、且含有豐富的易分解有機(jī)物，因此腐解較快。隨著腐解的繼續(xù)，植株殘?bào)w中易分解有機(jī)物逐漸減少，而較難分解的粗纖維和木質(zhì)素的比例升高，因此后期腐解緩慢。王允青等[19]研究認(rèn)為，油菜等秸稈還田的快速腐解期為0～15 d，而研究中3種類型油菜的腐解和養(yǎng)分釋放主要集中在翻壓后0～28 d。快速腐解期延長(zhǎng)的原因可能與試驗(yàn)期間的氣候條件特別是氣溫有關(guān)。已有研究表明，在一定范圍內(nèi)溫度（10～30℃）升高，物質(zhì)腐解加速[20]。試驗(yàn)期間3月氣溫為10～18℃，溫度較低，不利于綠肥腐解，可能對(duì)減緩腐解速度有一定的影響。

在試驗(yàn)條件下，白菜型油菜南縣白和芥菜型油菜紫葉芥的累計(jì)腐解率相當(dāng)，均略高于甘藍(lán)型油菜油肥1號(hào)，這可能與不同品種油菜植株的組成成分與組織結(jié)構(gòu)差異有關(guān)。腐解過(guò)程中不同養(yǎng)分的釋放速率不同，表現(xiàn)為鉀的釋放率顯著高于氮和磷，這與潘福霞等[21]、李逢雨等[22]的研究結(jié)果一致。各養(yǎng)分的釋放速率與其存在形態(tài)關(guān)系密切，鉀以離子態(tài)存在，易溶于水，釋放最快;氮 、磷以難分解的有機(jī)態(tài)為主，物理作用下不容易分解，釋放較慢[23]。各養(yǎng)分的釋放量也表現(xiàn)出一定差異，表現(xiàn)為C>N>K>P，這主要由油菜青稈中養(yǎng)分元素積累量（見(jiàn)表1）所決定。

前人研究表明，油菜能活化和吸收利用土壤中的礦物態(tài)的磷素，油菜根系能分泌蘋果酸、檸檬酸等有機(jī)酸，改善土壤理化性質(zhì)。芥菜型油菜富含硫苷尤其是脂肪族脂肪硫苷，對(duì)土壤有很好的熏蒸作用[24-26]。研究測(cè)定了各類型油菜翻壓102 d后的土壤養(yǎng)分變化，進(jìn)一步表明了綠肥翻壓在一定程度上能提高土壤有機(jī)質(zhì)及水解性氮、有效磷、速效鉀等養(yǎng)分的含量。但試驗(yàn)是在盆栽條件下進(jìn)行，研究材料也不夠廣泛，與田間實(shí)際環(huán)境也存在一定的差異，因此還需要通過(guò)大田生產(chǎn)試驗(yàn)進(jìn)一步研究與驗(yàn)證。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）

收稿日期：2019-11-21

基金項(xiàng)目：湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年引導(dǎo)項(xiàng)目（2018QN15）;現(xiàn)代農(nóng)業(yè)

產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-12）;長(zhǎng)沙市科技計(jì)劃項(xiàng)目（kq190

7051）;湖南省油菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（2020）

作者簡(jiǎn)介：劉新紅（1990—），女，湖南婁底市人，助理研究員，主要從事油菜遺傳育種工作。

通信作者：李 莓