綠肥毛葉苕子養(yǎng)分積累量及碳釋放規(guī)律研究

白 璐，蔣福禎，曹衛(wèi)東，李正鵬，嚴清彪，韓 梅*

(1.青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，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)

引言

綠肥作為一種天然的綠色肥料，具有培肥地力，改善土壤的作用。大量研究表明，種植綠肥作物有利于土壤有機質(zhì)提升、化肥施用量減少，有利于提高耕地質(zhì)量。青海省地處高海拔地區(qū)，氣候冷涼，種植作物兩季不足，一季有余，且麥收后土壤裸露時間較長。為充分利用光熱條件，提高復(fù)種指數(shù)，提高土壤有機質(zhì)，保護生態(tài)環(huán)境。項目組在河湟灌區(qū)，開展麥后復(fù)種綠肥減施化肥研究。翻壓還田的綠肥作物還易受環(huán)境及溫度等影響，其腐解速率的快慢和養(yǎng)分積累量多少也受影響[1]。研究表明，旱地條件下不同綠肥作物在還田15d內(nèi)為快速腐解期，15-70d腐解速率逐漸變緩[2]；前期快后期慢為綠肥作物腐解的特征，可能由于前期綠肥作物在開始腐解過程中養(yǎng)分含量充足，土壤中微生物含量較多，后期隨著綠肥中養(yǎng)分逐漸減少，導(dǎo)致微生物含量降低，從而腐解速率隨之減緩[3]。也有研究表明，隨著翻壓還田時間的增加，綠肥的干物質(zhì)量含量降低，從而導(dǎo)致腐解速率的降低[4]，同時可提高翻壓后第二年的土壤養(yǎng)分含量。在青海高原地區(qū)綠肥腐解及養(yǎng)分釋放情況還不太明確。通過本研究，闡明了不同處理下綠肥作物毛葉苕子養(yǎng)分累積、腐解規(guī)律及碳養(yǎng)分釋放率，對綠肥翻壓還田后土壤培肥提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本試驗設(shè)在青海省西寧市二十里鋪村，海拔為2261m，年平均氣溫7.5℃，最高氣溫34.7℃，氣候干燥冷涼，年平均降水量為371mm，多集中于夏季，年均蒸發(fā)量為1729.8mm。試驗區(qū)土壤為栗鈣土，有機質(zhì)16.67g/kg、全氮1.11g/kg、全磷2.18g/kg、全鉀26.33g/kg、堿解氮98mg/kg、速效鉀139mg/kg、有效磷 13.1mg/kg、pH 8.31，灌溉水源為北川渠水。

1.2 試驗設(shè)計

供試材料為青海早熟小麥品種青春38號，毛葉苕子為土庫曼毛苕。試驗小區(qū)為4×5=20m2，共設(shè)8個處理，三次重復(fù)，采用隨機區(qū)組排列。不同化肥—綠肥配方見表1。在每一處理間設(shè)置一個隔離小區(qū)，隔離區(qū)寬為0.5m。按照上述處理設(shè)計施肥，100%化肥的用量為N225kg/hm2，P2O5112.5kg/hm2。氮肥分兩次施肥，70%基施，30%追施。磷肥于小麥播種前結(jié)合翻地一次性底施。毛葉苕子2019年小麥秋收后(8月6日)播種，播種量105kg/hm2，當年10月17日綠肥初花期翻壓入土，毛葉苕子鮮草翻壓量30000kg/hm2左右。翻壓后來年繼續(xù)播種小麥。

表1 試驗處理

1.3 樣品采集與測定方法

本試驗于2019年10月16日綠肥初花期對毛葉苕子測產(chǎn)后，取毛葉苕子按鮮重130g稱量好后，裝入300目的尼龍網(wǎng)袋(網(wǎng)袋長為25cm，寬為14cm)中封緊口。在田間開溝，深為20cm，將網(wǎng)袋平鋪于溝內(nèi)，兩個網(wǎng)袋之間間隔30cm左右，隨后覆土。分別在第7d、14d、21d、28d、35d、42d、49d、56d、63d、70d、77d、84d、91d、98d、105d、112d、119d、12d6、133d、140d、147d及154d取樣,每次取樣3袋，共取樣22次。

取出后的腐解袋用蒸餾水沖凈網(wǎng)袋上粘附的泥漿及雜物，將網(wǎng)袋中剩余的植株殘體取出，在60℃下烘干，稱重，磨細并過篩后，測鮮重和干重、含水量及碳含量，并計算養(yǎng)分積累量、腐解率、腐解速率及碳養(yǎng)分釋放率等。

有機碳[5]：重鉻酸鉀容量法(外加熱法)。

綠肥腐解率(%)=(初始干物重-剩余干物重)/初始干物重×100；

腐解速率(g/d)=(翻壓n天干物重-翻壓m天干物重)/(m-n)×100；

碳累計釋放率=碳累計減少量/初始碳含量×100；

養(yǎng)分積累量=干物質(zhì)量×養(yǎng)分含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對綠肥養(yǎng)分積累量的影響

由圖1可以看出，化肥與綠肥配施比例的不同對綠肥中各養(yǎng)分積累有顯著影響，各養(yǎng)分間變化趨勢雖相同，但碳、氮、磷、鉀含量影響不同(由于F0+G0和F100處理無復(fù)種綠肥，所以下圖不做比較)。其中，F(xiàn)90+G處理養(yǎng)分含量為最低，最高的為F70+G處理，該處理下毛葉苕子的碳、氮、磷、鉀含量顯著高于其他處理，且較復(fù)種綠肥但不施肥的F0+G處理高出5%，碳含量最高為25.27kg/hm2、氮含量為276.39kg/hm2、磷含量為19.83kg/hm2及鉀含量為194.45kg/hm2。從養(yǎng)分的積累量上看，麥后復(fù)種綠肥可影響綠肥中各養(yǎng)分含量，綠肥—化肥的配施比例不同對毛葉苕子中碳、氮、磷、鉀積累量影響不同。

圖1 不同處理對綠肥養(yǎng)分積累量的影響

2.2 綠肥腐解規(guī)律變化

綠肥還田后腐解率的動態(tài)變化如圖2和3所示。如圖根據(jù)線性擬合方程可以看出，綠肥還田后，腐解率隨著時間的逐漸延長呈上升趨勢，總體表現(xiàn)出前期快，后期慢的特征。還田初期，綠肥快速腐解，翻壓7d時，積累腐解率為8%，腐解速率達到29.21g/d。到還田42d時，腐解率逐漸呈緩慢上升趨勢，腐解速率呈緩慢下降趨勢；翻壓98d后，腐解率持續(xù)保持較低水平，腐解速率變化同樣相對較小，基本保持不變。毛葉苕子的腐解速率由7d的29.21g/d下降到154d的11.29%。在小麥田環(huán)境中，毛葉苕子的腐解率與腐解速率基本呈相反趨勢。

圖2 綠肥腐解率

圖3 綠肥腐解速率

2.3 綠肥碳釋放特征

由圖4和5可已看出綠肥碳釋放特征。還田后毛葉苕子的有機碳釋放率的變化隨著翻壓時間的增加而增加，可大致將其分為三個階段：還田0-7d，毛葉苕子有機碳累計釋放率較快，碳儲量與其腐解速率的趨勢相同，隨著時間的增加而迅速下降；7-42d時有機碳累計釋放率逐漸減緩，碳儲量下降速度減慢；42-91d時，碳累計釋放率與碳儲量變化均不明顯，此階段碳累計釋放率達到41%，有機碳儲量為23.24gkg-1；試驗結(jié)束時為還田154d，有機碳儲量由38.86gkg-1下降到16.69gkg-1，碳累計釋放率由0.7%上升到60%左右。

圖4 綠肥腐解有機碳含量

圖5 綠肥碳累計釋放率

3 結(jié)論與討論

3.1 綠肥腐解規(guī)律

綠肥腐解規(guī)律對了解麥后復(fù)種毛葉苕子養(yǎng)分積累量變化具有重要意義。綠肥毛葉苕子還田初期，綠肥腐解率快速上升，42d后開始進入平緩期，腐解率無顯著變化，154d趨近平緩且?guī)缀醪蛔?，整體表現(xiàn)為先快后慢的規(guī)律，這與崔志強[5]等研究結(jié)果一致。綠肥腐解速率受毛葉苕子的含水量及養(yǎng)分含量的影響，還田初期，含水量高，腐解速率快，隨著時間的延長，綠肥含水量逐漸降低，腐解速率也隨之減慢[6]，這與李逢雨等通過研究麥稈、油菜稈還田腐解速率及養(yǎng)分釋放規(guī)律結(jié)果一致。

3.2 綠肥碳釋放特征

利用網(wǎng)袋法研究綠肥腐解及養(yǎng)分釋放特征[7]，表現(xiàn)為碳釋放量前期快后期慢，最終趨于穩(wěn)定的趨勢，這與本試驗毛葉苕子碳儲量隨著時間的延長而逐漸減少，碳累積釋放率隨著時間的增加而增大的結(jié)果保持一致。這可能是由于溫度的影響，導(dǎo)致釋放率變化[8]，從10月16日翻壓還田后，到了44d為11月27日，氣溫逐漸變冷，土壤溫度下降，碳釋放率隨之減緩，90d左右氣溫逐漸升高，直至154d(8月31日)到達以上。

3.3 綠肥養(yǎng)分積累量差異

麥后復(fù)種毛葉苕子還田后，不同處理下碳、氮、磷、鉀各養(yǎng)分的積累含量不同，但趨勢相同。從積累量上來看，綠肥—化肥配施后對綠肥中碳、氮、磷、鉀養(yǎng)分含量有一定影響[9]，不同的配施方法養(yǎng)分含量不同，與F0+G0與F100兩個不施綠肥處理相比較，碳的積累量在19.37-25.27kg/hm2，氮的積累量在276.39-211.90kg/hm2，磷氮的積累量在19.83-15.20kg/hm2，鉀的積累量在194.45-149.08kg/hm2，其中表現(xiàn)最好的處理為F70+G，說明了綠肥—化肥的配施可以有效提高碳、氮、磷、鉀各養(yǎng)分積累量，可代替化肥減少施用量，從而促進養(yǎng)分富集，提高化肥利用率等作用[10]。