渭北旱塬毛葉苕子不同翻壓量下養(yǎng)分變化特征

馬 欣，段志龍，王晨光，李 靜，朱 琳，楊 潔

(1.延安市農(nóng)業(yè)科學研究所，陜西延安 716000；2. 陜西省農(nóng)業(yè)技術推廣中心，陜西西安 710003；3. 延安市農(nóng)業(yè)技術推廣站，陜西延安 716000)

毛葉苕子() 為豆科巢菜屬一年生或越年生草本植物，根系發(fā)達，根上具有大量粉紅色根瘤， 固氮能力強，是優(yōu)質(zhì)綠肥作物。它能充分利用冬閑時期的水、光、熱和土地資源，翻壓還田后不僅為后茬作物提供養(yǎng)分，起到化肥減施的效果，還能改善土壤理化性狀，提高作物產(chǎn)量，改善生態(tài)環(huán)境。段志龍等通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)毛葉苕子枯死時覆蓋地表厚度4～7 cm，表層含水量12.3%，減少了水分蒸發(fā)，增加了土壤生物蚯蚓的數(shù)量，覆蓋層保水保墑為主作物的生長發(fā)育提供養(yǎng)分和水分。

綠肥翻壓后其腐解規(guī)律和養(yǎng)分釋放特征因地域、作物種類、土壤類型的不同存在明顯差異，李帥等研究發(fā)現(xiàn)不同土壤類型翻壓冬牧70均表現(xiàn)為前期腐解速度較快，40 d后降低；薄晶晶等研究發(fā)現(xiàn)綠肥腐解速率呈“快速上升-緩慢增加-中低速增長”的倒“S”型，長武懷豆的腐解速率、累積腐解率高于黑麥草，其氮釋放也相對較快。毛葉苕子在不同土壤類型下其腐解特征及養(yǎng)分釋放規(guī)律亦有所不同，張成蘭等在豫南稻田不同施肥條件下毛葉苕子腐解及養(yǎng)分釋放特征的研究表明，不同施肥處理下毛葉苕子養(yǎng)分釋放率表現(xiàn)為鉀>磷>碳>氮，翻壓148 d 氮、磷、鉀的累積釋放率分別為78.2%～81.2%、89.8%～91.4%、96.3%～97.0%。劉佳等在紅壤旱地的研究表明，毛葉苕子腐解過程為前期迅速、后期緩慢，碳、氮、磷、鉀均在翻壓后的前20 d大量釋放，且增加翻壓量會對養(yǎng)分的釋放率和釋放速率產(chǎn)生影響。因此采用尼龍網(wǎng)袋法研究毛葉苕子干物質(zhì)養(yǎng)分釋放特征，可明確綠肥翻壓對土壤養(yǎng)分的貢獻，為合理確定綠肥翻壓量和化肥配施量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

試驗于2020年9—12月在陜西省延安市洛川縣鳳棲鎮(zhèn)西井村(109°26′25″E，35°46′19″N)進行，該地區(qū)位于渭北黃土高原溝壑區(qū)，海拔1 180 m，暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年平均氣溫為9.2 ℃，晝夜溫差15.7 ℃，無霜期167 d，日照時數(shù)2 552 h，年均降水量622 mm。土壤類型為黑壚土，有機質(zhì)含量10.65 g/kg，全氮含量0.49 g/kg，全磷含量0.54 g/kg，全鉀含量30.22 g/kg。

試驗設3個不同翻壓量處理：①180 g/袋(T,低翻壓量，相當于30 000 kg/hm)；②270 g/袋(T,中翻壓量，相當于45 000 kg/hm)；③315 g/袋(T，高翻壓量，相當于52 500 kg/hm)。于2020年9月將盛花期毛葉苕子植株剪成3～4 cm的小段，分裝于20 cm×30 cm的尼龍網(wǎng)袋內(nèi)，翻埋于空白果樹行間，深度15～20 cm。毛葉苕子品種為蒙苕1號，采用隨機區(qū)組排列，3次重復。裝袋時毛葉苕子鮮體的含水量為76.36%，養(yǎng)分狀況：N 23.37 g/kg,P 2.76 g/kg,K 24.42 g/kg。

于翻壓后3、10、17、27、37、47、61、75 d進行埋袋樣品取樣，取樣后去除表面泥土及雜物，將網(wǎng)袋中毛葉苕子殘留樣品于80 ℃烘箱中烘干稱量，計算其植株含水量；粉碎后測定N、P、K養(yǎng)分含量。植株樣品經(jīng)HSO-HO消煮后，全氮用凱氏定氮法測定，全磷用釩鉬黃比色法測定，全鉀用火焰光度法測定。

采用Excel 2016進行數(shù)據(jù)整理和制作圖表，SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件進行顯著性和相關性分析。計算公式:

質(zhì)量減少量(g)=-+1

養(yǎng)分累積釋放量(g)=×-×

式中，為毛葉苕子初始養(yǎng)分含量，為毛葉苕子時刻養(yǎng)分含量；為毛葉苕子初始干物質(zhì)質(zhì)量，為毛葉苕子時刻干物質(zhì)質(zhì)量。

2 結(jié)果與分析

毛葉苕子翻壓后干物質(zhì)含水量的動態(tài)變化見圖1。從圖1可以看出，隨著時間推移不同翻壓量毛葉苕子的干物質(zhì)含水量均呈降低趨勢，47 d后T、T含水量略有上升，至試驗結(jié)束時各處理干物質(zhì)的最終含水量依次為55.13%、56.68%和52.74%。 在翻壓37 d時，T干物質(zhì)含水量顯著高于T、T(<0.05)，高出9.88%、10.11%；翻壓47 d時，T、T干物質(zhì)含水量顯著高于T(<0.05)，高出21.40%、27.29%。

注:不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05) Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments (P<0.05)圖1 毛葉苕子干物質(zhì)含水量的動態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of dry matter moisture content in Vicia villosa

毛葉苕子翻壓后干物質(zhì)質(zhì)量變化見圖2。由圖2可知，隨著時間推移不同翻壓量毛葉苕子的干物質(zhì)質(zhì)量減少量與含水量變化趨勢類似，均呈逐漸降低趨勢，翻壓47 d時T、T處理干物質(zhì)質(zhì)量減少量略有上升，61 d時干物質(zhì)質(zhì)量減少量呈降低趨勢，至試驗結(jié)束各處理干物質(zhì)質(zhì)量減少量趨于一致，含量為6.01～6.65 g。在翻壓3、10 d時，T、T干物質(zhì)質(zhì)量減少量顯著高于T(<0.05)，高出41.59%、71.37%和56.03%、49.38%；翻壓61 d時，各處理干物質(zhì)質(zhì)量減少量差異顯著(<0.05)，T干物質(zhì)質(zhì)量減小量顯著高于T、T處理599.46%、92.83%，T干物質(zhì)質(zhì)量減小量顯著高于T處理262.73%。

注:不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05) Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments (P<0.05)圖2 毛葉苕子干物質(zhì)質(zhì)量變化特征Fig.2 Characteristics of dry matter quality of Vicia villosa

隨著時間推移不同翻壓量毛葉苕子的氮養(yǎng)分累積釋放量均呈逐漸增加趨勢(圖3)，縱觀翻壓后各時期氮養(yǎng)分變化特征，整體表現(xiàn)為T>T>T，至試驗結(jié)束時各處理氮養(yǎng)分累積釋放量依次為2.83、4.36和5.23 g。在翻壓10、17、27、37 d時，T、T氮養(yǎng)分累積釋放量顯著高于T(<0.05)；翻壓47、61、75 d時，各處理氮養(yǎng)分累積釋放量差異顯著(<0.05)。

注:不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05) Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments (P<0.05)圖3 毛葉苕子氮養(yǎng)分變化特征Fig 3 The characteristics of nitrogen nutrient in Vicia villosa

隨著時間推移不同翻壓量毛葉苕子的磷養(yǎng)分累積釋放量與氮養(yǎng)分累積釋放量變化趨勢類似，均呈逐漸增加趨勢(圖4)，縱觀翻壓后各時期磷養(yǎng)分變化特征，整體表現(xiàn)為T>T>T。至試驗結(jié)束時各處理磷養(yǎng)分累積釋放量依次為0.37、0.52和0.64 g，此時T磷養(yǎng)分累積釋放量顯著高于T、T處理72.83%、23.52%，T處理顯著高于T處理39.92%。在翻壓3、10、17、27、37、47 d時，T、T磷養(yǎng)分累積釋放量顯著高于T(<0.05)。

注:不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05) Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments (P<0.05)圖4 毛葉苕子磷養(yǎng)分變化特征Fig.4 The characteristics of phosphorus nutrient in Vicia villosa

隨著時間推移不同翻壓量毛葉苕子的鉀養(yǎng)分累積釋放量與氮、磷養(yǎng)分累積釋放量變化趨勢類似，均呈逐漸增加趨勢(圖5)；縱觀翻壓后各時期鉀養(yǎng)分變化特征，整體表現(xiàn)為T>T>T，翻壓17、27、37 d時T鉀養(yǎng)分累積釋放量略高于T，但未表現(xiàn)出顯著差異。至試驗結(jié)束時各處理鉀養(yǎng)分累積釋放量依次為3.96、5.38和6.66 g，此時T鉀養(yǎng)分累積釋放量顯著高于T、T處理68.17%、23.65%，T顯著高于T處理36.01%。在翻壓3、10、47 d時，T、T鉀養(yǎng)分累積釋放量顯著高于T(<0.05)；在翻壓27、37 d時，T鉀養(yǎng)分累積釋放量顯著高于T(<0.05)；翻壓61 d時，各處理鉀養(yǎng)分累積釋放量差異顯著(<0.05)。

對毛葉苕子植株含水量、干物質(zhì)質(zhì)量減少量與養(yǎng)分累積釋放量進行Pearson相關性分析(表1)，結(jié)果表明，植株含水量與干物質(zhì)質(zhì)量減少量呈極顯著正相關關系(<0.01)，與氮、磷、鉀養(yǎng)分累積釋放量呈極顯著負相關關系(<0.01)；干物質(zhì)質(zhì)量減少量與氮、鉀養(yǎng)分累積釋放量呈極顯著負相關關系(<0.01)，與磷養(yǎng)分累積釋放量呈顯著負相關關系(<0.05)；氮、磷、鉀養(yǎng)分累積釋放量間呈極顯著正相關關系(<0.01)。

注:不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05) Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments (P<0.05)圖5 毛葉苕子鉀養(yǎng)分變化特征Fig.5 The characteristics of potassium nutrient in Vicia villosa

表1 不同翻壓量下毛葉苕子養(yǎng)分釋放量間的相關性Table 1 The correlation between nutrient release of different Vicia villosa green manure applications

3 討論與結(jié)論

綠肥作物翻壓還田后，受不同土壤環(huán)境以及氣候條件等的影響，腐解速率不同，但其腐解過程一般包括快速腐解期和緩慢腐解期。該研究發(fā)現(xiàn)，隨著時間推移不同翻壓量毛葉苕子的干物質(zhì)質(zhì)量減少量與含水量變化趨勢類似，呈逐漸降低趨勢，但前期(0～17 d)降低速度迅速，至試驗結(jié)束時各處理干物質(zhì)質(zhì)量減少量趨于一致，含量為6.01～6.65 g，這與薄晶晶等和劉佳等研究結(jié)果相似。主要是由于翻壓初期毛葉苕子植株水分含量高，水溶性有機物多糖、氨基酸、有機酸等有機物質(zhì)被微生物利用，加速了腐解進程；同時腐解前期植株秸稈中微生物偏嗜性高的可溶性糖類、蛋白質(zhì)和(半)纖維素等物質(zhì)會快速分解。隨翻壓時間的延長，植株秸稈中易分解有機物質(zhì)逐漸減少，含水量逐漸降低，腐解隨之緩慢。

不同養(yǎng)分的釋放率與其在植物體內(nèi)的存在形態(tài)和分布位置有關，該研究中隨著時間推移不同翻壓量毛葉苕子氮、磷、鉀養(yǎng)分累積釋放量呈逐漸增加趨勢。至試驗結(jié)束時各處理氮養(yǎng)分累積釋放量依次為2.83、4.36和5.23 g，磷養(yǎng)分累積釋放量依次為0.37、0.52和0.64 g， 鉀養(yǎng)分累積釋放量依次為3.96、5.38和6.66 g，養(yǎng)分釋放量表現(xiàn)為鉀>磷>氮，這是由于鉀在植株體內(nèi)以離子形式存在, 易溶于水而容易被釋放出來；氮、磷元素以難分解的有機態(tài)為主, 釋放需要微生物分解，且釋放過程較慢。相關性分析發(fā)現(xiàn)，毛葉苕子質(zhì)量減少量與氮、鉀養(yǎng)分累積釋放量呈極顯著相關，與磷養(yǎng)分累積釋放量呈顯著相關，高翻壓量下毛葉苕子養(yǎng)分釋放量高于低翻壓量。