麥茬高度對(duì)綠肥生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收的影響

謝 帥，宋明丹，韓 梅，李正鵬

(青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，青海 西寧 810016)

青海河湟農(nóng)業(yè)區(qū)屬于高寒干旱氣候，光、熱、水資源豐富，農(nóng)作物種植具有一季有余、兩季不足的特點(diǎn)[1]。該地區(qū)主栽作物是小麥，從每年8月份左右收獲后到入冬前，麥田會(huì)有2～3個(gè)月的休閑期，此時(shí)正值雨熱同季，為了更好地利用光、水、土等資源，一般會(huì)在小麥灌漿期復(fù)種綠肥。綠肥是一種營(yíng)養(yǎng)成分較高的清潔肥料、有效的土壤改良劑，其中豆科綠肥在土壤中發(fā)揮著重要的生物固氮作用，被廣泛應(yīng)用在北方麥后復(fù)種的農(nóng)業(yè)模式中[2]。毛葉苕子(ViciavillosaRoth)和箭筈豌豆(ViciasativaL.)是青海河湟農(nóng)業(yè)區(qū)麥后復(fù)種的主要綠肥。復(fù)種綠肥不僅有效利用了該地區(qū)的農(nóng)業(yè)資源，還可以通過地表覆蓋綠肥，削弱太陽對(duì)地表的輻射量，起到對(duì)農(nóng)田土壤蓄水保墑的作用[3-4]；同時(shí)，還能有效減少冬季青海地區(qū)風(fēng)沙對(duì)土壤的侵蝕，第2年翻壓綠肥入土后，伴隨其腐解和養(yǎng)分釋放，可有效改善土壤理化性狀，促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，提高土地生產(chǎn)力，保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境[5]。

前人對(duì)綠肥的研究主要集中在種質(zhì)資源的篩選、合理的種植模式、還田后養(yǎng)分的釋放，以及土壤的培肥作用和對(duì)下茬作物生長(zhǎng)的影響[6-8]，但對(duì)綠肥的生長(zhǎng)及對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收、固定研究較少。近幾年在西北地區(qū)興起的麥后留茬套種模式，即麥稈留茬套種綠肥，第2年將綠肥和麥稈翻壓入土，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤養(yǎng)分的歸還，符合當(dāng)今保護(hù)性耕作措施的要求[9]。其中，綠肥的產(chǎn)量和養(yǎng)分的固定量決定了土壤養(yǎng)分的歸還量。有研究發(fā)現(xiàn)，在南方稻區(qū)稻草高留茬(30 cm)會(huì)增加當(dāng)季紫云英的產(chǎn)草量和植株含氮量[10]，但也有研究表明，隨著留茬高度的增加，遮光效應(yīng)越明顯，會(huì)導(dǎo)致后茬作物莖干變細(xì)，葉片變小、變細(xì)，降低干物質(zhì)的累積[11]?？梢?，不同留茬高度會(huì)影響下茬作物的生長(zhǎng)發(fā)育。目前，在西北干旱半干旱地區(qū)，關(guān)于麥后不同留茬高度對(duì)綠肥生長(zhǎng)情況和養(yǎng)分吸收影響的研究鮮少。鑒于此，本文通過3年的田間小區(qū)試驗(yàn)，分析麥稈不同高度留茬復(fù)種不同綠肥對(duì)綠肥生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收情況的影響，旨在為合理利用麥稈和綠肥資源提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)開展于青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)試驗(yàn)地(36°56′N，101°45′E)，海拔2 290 m。年均氣溫為5.9 ℃，年均降水量、蒸發(fā)量分別為367.5 mm、1 729.8 mm，年均日照時(shí)數(shù)、日照率分別為2 748 h、62.8%，光合輻射總量為612.5 J/cm2。土壤為栗鈣土，土壤有機(jī)碳24.59 g/kg、全氮1.47 g/kg、全磷3.09 g/kg、全鉀23.2 g/kg、堿解氮120.17 mg/kg、速效磷41.67 mg/kg、速效鉀228.67 mg/kg，pH為8.33。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2018—2020年期間，每年7—10月份進(jìn)行麥后復(fù)種綠肥試驗(yàn)，在小麥灌漿期將綠肥撒播套種于行距為30 cm的麥田內(nèi)，綠肥播種量為15 kg/hm2。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)麥茬高度水平：0 cm留茬(H0)、20 cm留茬(H1)、40 cm留茬(H2)；2個(gè)綠肥品種水平：箭筈豌豆(J)、毛葉苕子(M)，共6個(gè)處理，分別為JH0、JH1、JH2、MH0、MH1、MH2，各處理設(shè)3次重復(fù)。小區(qū)面積3 m×5 m，共18個(gè)小區(qū)，完全隨機(jī)組合。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 植株重量 在綠肥盛花期調(diào)查其生長(zhǎng)情況，每個(gè)小區(qū)通過“S”形取樣法，采集10株綠肥，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)稱量鮮重并分離各器官，在105 ℃殺青30 min后，75 ℃烘干至恒重，稱其干重，計(jì)算含水量、莖葉比、根冠比。各處理隨機(jī)選取1 m2的樣方測(cè)定其鮮草產(chǎn)量及干草產(chǎn)量。

1.3.2 綠肥養(yǎng)分 將不同綠肥器官粉碎過0.25 mm篩，稱取0.20 g放入消煮管中，通過H2SO4-H2O2法消解后用流動(dòng)分析儀測(cè)綠肥含氮量和含磷量[12]，用火焰光度計(jì)測(cè)綠肥含鉀量[13]。

植株吸氮量[14](kg/hm2)=綠肥產(chǎn)量×綠肥含氮量

植株吸磷量、吸鉀量計(jì)算方法同上。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)整理；利用SPSS 20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncan多重比較法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn);用Origin 2018軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同留茬高度對(duì)綠肥物質(zhì)積累的影響

由表1可知，兩種綠肥的地上鮮重在相同留茬高度下無顯著性差異。同一綠肥品種地上鮮重，隨留茬高度的升高表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。箭筈豌豆地上鮮重表現(xiàn)為JH0>JH1>JH2，留茬處理JH1、JH2相較不留茬處理JH0，地上鮮重分別降低了21.19%、23.22%；毛葉苕子地上鮮重表現(xiàn)出和箭筈豌豆相同的趨勢(shì)(MH0>MH1>MH2)，留茬處理MH1、MH2地上鮮重顯著低于不留茬處理MH0，分別低27.75%、41.46%，留茬處理MH1和MH2間無顯著性差異。

表1 綠肥收獲期物質(zhì)積累

留茬會(huì)降低綠肥的地上干重。箭筈豌豆地上干重表現(xiàn)為JH0>JH2>JH1，留茬處理JH1、JH2顯著低于不留茬處理JH0，分別低20.68%、20.65%；毛葉苕子地上干重表現(xiàn)為MH0>MH1>MH2，留茬處理MH1、MH2顯著低于不留茬處理MH0，分別低26.35%、35.51%。

在留茬20 cm和40 cm時(shí)，兩種綠肥的地下干重?zé)o顯著性差異。箭筈豌豆的地下干重隨留茬高度的升高而增加，表現(xiàn)為JH0MH2>MH1，留茬處理MH1、MH2顯著低于不留茬處理MH0，分別低36.54%、30.21%。

留茬對(duì)兩種綠肥總干重的影響不同，箭筈豌豆的總干重表現(xiàn)為JH0>JH2>JH1，留茬處理JH1、JH2顯著低于不留茬處理JH0，分別低18.95%、18.17%；毛葉苕子的總干重隨留茬高度的升高表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)(MH0>MH1>MH2)，留茬處理MH1、MH2顯著低于不留茬處理MH0，分別低27.09%、36.02%。

留茬對(duì)兩種綠肥的根冠比影響不同，箭筈豌豆的根冠比隨留茬高度的升高而升高，表現(xiàn)為JH0MH1)。

2.2 不同留茬高度對(duì)綠肥養(yǎng)分吸收量的影響

由圖1可知，兩種綠肥在相同留茬高度下，對(duì)氮、磷養(yǎng)分吸收量無顯著性差異。相同綠肥品種對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量，留茬處理相較于不留茬處理有下降的趨勢(shì)。箭筈豌豆對(duì)氮的吸收量表現(xiàn)為JH0>JH2>JH1，留茬處理JH1和JH2對(duì)氮的吸收量無顯著性差異，但均顯著低于不留茬處理JH0，分別降低了26.91%、23.52%；毛葉苕子對(duì)氮的吸收量表現(xiàn)為MH0>MH1>MH2，留茬處理MH1、MH2對(duì)氮的吸收量顯著低于不留茬處理MH0，分別低31.38%、41.26%。箭筈豌豆對(duì)磷的吸收量表現(xiàn)為JH0>JH1>JH2，留茬處理JH1和JH2對(duì)磷的吸收量無顯著性差異，但均顯著低于不留茬處理JH0，分別降低了26.14%、39.21%；毛葉苕子對(duì)磷的吸收量表現(xiàn)為MH0>MH2>MH1，留茬處理MH1、MH2顯著低于不留茬處理MH0，分別低35.66%、26.13%。箭筈豌豆對(duì)鉀的吸收量表現(xiàn)為JH0>JH1>JH2，留茬處理JH1和JH2間無顯著性差異，但均顯著低于不留茬處理JH0，分別降低了25.35%、33.07%；毛葉苕子對(duì)鉀的吸收量表現(xiàn)為MH0>MH1>MH2，留茬處理MH2對(duì)鉀的吸收量顯著低于不留茬處理MH0，降低了18.88%?？梢娏舨缣幚硐拢煌G肥品種對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量都有下降的趨勢(shì)。

圖中不同小寫字母表示不同處理間的差異顯著(P<0.05)，下同。

2.3 不同留茬高度對(duì)綠肥養(yǎng)分含量的影響

由圖2可知，不同綠肥品種在相同留茬高度下，對(duì)植株氮、磷、鉀養(yǎng)分含量存在顯著性差異。毛葉苕子的氮含量顯著高于箭筈豌豆，高14.44%。相同綠肥品種的氮含量，隨留茬高度的升高而降低，磷、鉀含量在不同綠肥品種中呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。箭筈豌豆的氮含量，不留茬處理JH0顯著高于留茬處理JH1、JH2，分別高8.58%、43.92%；毛葉苕子的氮含量，不留茬處理MH0顯著高于留茬處理MH1、MH2，分別高7.42%、9.95%。箭筈豌豆的磷含量在不同留茬處理間表現(xiàn)為JH0>JH1>JH2，不留茬處理JH0的磷含量顯著高于留茬處理JH1、JH2，分別高8.57%、31.03%；毛葉苕子的磷含量在不同留茬處理間表現(xiàn)為MH2>MH0>MH1，留茬處理MH2顯著高于不留茬處理MH0和留茬處理MH1，分別高13.64%、38.89%。箭筈豌豆的鉀含量在不同留茬處理間表現(xiàn)為JH0>JH1>JH2，不留茬處理JH0的鉀含量顯著高于留茬處理JH1、JH2，分別高6.81%、18.73%；毛葉苕子的鉀含量在不同留茬處理間表現(xiàn)為MH1>MH2>MH0，留茬處理MH1顯著高于不留茬處理MH0和留茬處理MH2，分別高6.95%、6.13%。說明留茬會(huì)降低毛葉苕子和箭筈豌豆體內(nèi)氮養(yǎng)分含量。

圖2 不同處理下綠肥養(yǎng)分含量

3 討論與結(jié)論

綠肥作為清潔的有機(jī)肥源，翻壓入土后會(huì)釋放養(yǎng)分，在培肥地力和替代化肥方面具有重要作用，而決定養(yǎng)分釋放量的關(guān)鍵因素是綠肥的產(chǎn)量和養(yǎng)分含量。本研究發(fā)現(xiàn)麥稈留茬20、40 cm相較于不留茬處理，不同綠肥品種的地上鮮重和總干重均顯著降低，箭筈豌豆地上鮮重和總干重分別降低了21.19%、23.22%和18.95%、18.17%；毛葉苕子地上鮮重和總干重分別降低了27.75%、41.46%和27.09%、36.02%，這與前人[15-17]的研究結(jié)果相似。原因可能是留茬減少了土壤的裸露面積，麥茬的遮陰作用降低了土壤溫度和冠層輻射，影響作物形態(tài)，使作物莖干變細(xì)，葉片變長(zhǎng)變窄，不利于綠肥早期的生長(zhǎng)，導(dǎo)致綠肥減產(chǎn)[18-19]；雖然在綠肥生長(zhǎng)后期，高留茬對(duì)綠肥柔軟匍匐莖生長(zhǎng)有一定的支撐作用，避免了倒伏、霉變、腐爛等狀況，增加了綠肥對(duì)光能的捕獲，增強(qiáng)光合作用，有利于干物質(zhì)的積累，但在本研究中表現(xiàn)出的遮陰作用對(duì)綠肥地上生物量的影響大于后者。

因?yàn)榫G肥的主要作用是養(yǎng)分還田，所以獲得較高的養(yǎng)分吸收量是栽培的關(guān)鍵。周影等[20]研究發(fā)現(xiàn)紫云英養(yǎng)分吸收量隨稻茬高度升高而顯著增加。本研究結(jié)果與其相反，不同綠肥品種隨麥稈留茬高度的升高，對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量均表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。留茬20 cm相較于不留茬處理，毛葉苕子養(yǎng)分吸收量分別降低了31.38%(N)、35.66%(P)、1.28%(K)，箭筈豌豆養(yǎng)分吸收量分別降低了26.91%(N)、26.14%(P)、25.35%(K)；留茬40 cm相較于不留茬處理，毛葉苕子養(yǎng)分吸收量分別降低了41.26%(N)、26.13%(P)、18.88%(K)，箭筈豌豆養(yǎng)分吸收量分別降低了23.52%(N)、39.21%(P)、33.07%(K)。原因可能是留茬降低了綠肥的光照環(huán)境，在弱光的生長(zhǎng)環(huán)境下，蒸騰作用減弱，根系吸收水分和養(yǎng)分的能力減弱，同時(shí)，綠肥的光合色素含量和光合酶活性下降，影響其物質(zhì)遷移和能量轉(zhuǎn)換的能力[21-22]。

綜上所述，在西北高寒、旱區(qū)，留茬會(huì)降低箭筈豌豆和毛葉苕子的總干重、氮吸收量及養(yǎng)分含量。其中，不留茬復(fù)種箭筈豌豆，產(chǎn)量最高，養(yǎng)分吸收最優(yōu)。建議在青海河湟農(nóng)業(yè)區(qū)麥后復(fù)種綠肥時(shí)采用不留茬復(fù)種箭筈豌豆。