不同覆蓋作物對(duì)砂姜黑土剖面硝態(tài)氮?jiǎng)討B(tài)的影響

徐靜怡，張中彬，王玥凱，3，趙馨雅，4，孫海軍，郭自春，彭新華，3

（1.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院/南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210037；2.中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008；3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4.海南大學(xué)熱帶作物學(xué)院，?？?570228）

施用氮肥是維持作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵措施[1]，氮肥中的氮素多以礦物態(tài)形式存在，其進(jìn)入土壤后能夠快速被植物吸收利用。但是，硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化快、易淋溶損失，導(dǎo)致氮肥平均利用率僅有39%[2]。黃淮海平原是我國(guó)重要的糧食主產(chǎn)區(qū)[3]，氮肥過(guò)量施用致使該地區(qū)硝態(tài)氮在土壤剖面中累積加劇，地下水污染風(fēng)險(xiǎn)增加[4-5]。陳肖如等[6]研究發(fā)現(xiàn)，1978—2019 年華北平原2 m 深包氣帶農(nóng)田土壤硝態(tài)氮累積存儲(chǔ)量占氮肥投入量的14%。因此，如何通過(guò)環(huán)境友好的種植管理模式吸收土壤中殘余氮素、降低土壤中硝態(tài)氮累積，進(jìn)而優(yōu)化土壤氮素管理，對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重要的指導(dǎo)意義。

覆蓋作物是在糧食或經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)間隙種植，為了減少或避免土壤在時(shí)間或空間上裸露而不是為了收獲而種植的作物[7]。種植覆蓋作物可以實(shí)現(xiàn)改善土壤結(jié)構(gòu)和水力特性、增加土壤有機(jī)質(zhì)、提高土壤生物多樣性、降低土壤硝態(tài)氮累積等多方面的效益，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一[8]。在糧食或經(jīng)濟(jì)作物收獲后，立即種植生長(zhǎng)速度快、根系發(fā)達(dá)的覆蓋作物是降低土壤中硝態(tài)氮含量的重要措施[4]。覆蓋作物主要通過(guò)其根系不斷向深層土壤生長(zhǎng)，大量吸收殘留在土壤剖面中的硝態(tài)氮以用于自身生長(zhǎng)發(fā)育，從而降低土壤中硝態(tài)氮的累積和淋溶風(fēng)險(xiǎn)[9]。Garba 等[10]收集了516 組數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)作物種植前，覆蓋作物處理較休閑處理土壤礦物態(tài)氮儲(chǔ)量下降25%。覆蓋作物吸收土壤殘余硝態(tài)氮的能力與其根系特征、生物量、生長(zhǎng)時(shí)期密切相關(guān)，Hirsh等[9]和巨昇容等[11]發(fā)現(xiàn)根系深度與地上部分生物量及作物吸收硝態(tài)氮的能力呈正相關(guān)。張繼宗等[12]發(fā)現(xiàn)作物吸氮速率隨生育期變化，且不同作物變化規(guī)律不同：甜玉米種植30 d后吸氮速率較之前迅速增加，而高丹草、紅葉莧菜、空心菜、小麥種植30 d后吸氮速率緩慢增加，且吸氮量顯著低于甜玉米。不同種類覆蓋作物吸收土壤中硝態(tài)氮的能力具有一定差異。豆科作物可以通過(guò)固氮細(xì)菌共生從大氣中獲取并固定氮素，因此與非豆科作物相比，豆科作物吸收土壤中硝態(tài)氮的效果有所減弱[13]。Thapa等[14]通過(guò)Meta分析發(fā)現(xiàn)非豆科覆蓋作物處理比休閑處理減少了56%的土壤硝態(tài)氮淋失，減少量顯著高于豆科覆蓋作物。覆蓋作物的種植方式也會(huì)影響其吸收土壤中硝態(tài)氮的效果，Gaimaro 等[15]研究發(fā)現(xiàn)將多種覆蓋作物混合播種比單一播種某種覆蓋作物吸收土壤中硝態(tài)氮的能力更強(qiáng)。而Antoine 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，豆科與十字花科覆蓋作物混合播種降低土壤中硝態(tài)氮的效果與單獨(dú)播種十字花科覆蓋作物相同，土壤中礦物態(tài)氮均減少了59%。此外土壤類型和氣候條件也可能影響覆蓋作物對(duì)土壤剖面中硝態(tài)氮的吸收利用。Nouri 等[17]的研究表明，與休閑處理相比，種植覆蓋作物使老成土、軟土、有機(jī)土、始成土和新成土的硝態(tài)氮淋溶分別下降77%、37%、78%、77%和42%，卻可能增加了淋溶土的硝態(tài)氮淋溶；同時(shí)也有研究發(fā)現(xiàn)覆蓋作物降低硝態(tài)氮淋溶的效果隨降雨量的增加而逐漸降低[18]。綜上所述，覆蓋作物對(duì)土壤硝態(tài)氮累積的消減作用在國(guó)內(nèi)外已被認(rèn)可，其作用效果受到多種因素的影響。但是目前，對(duì)于不同生育期不同覆蓋作物對(duì)土壤硝態(tài)氮?jiǎng)討B(tài)變化的影響研究相對(duì)較少。因此本研究觀測(cè)了砂姜黑土區(qū)不同覆蓋作物在播種后、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)期對(duì)土壤硝態(tài)氮?jiǎng)討B(tài)變化的影響，結(jié)果對(duì)指導(dǎo)華北平原農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

砂姜黑土是黃淮海地區(qū)重要的土壤類型之一，具有黏粒含量高、有機(jī)質(zhì)含量低等特點(diǎn)，加上長(zhǎng)期不合理的耕作，導(dǎo)致其土壤結(jié)構(gòu)退化、耕層變薄、犁底層壓實(shí)，從而影響了土壤硝態(tài)氮遷移轉(zhuǎn)化以及作物吸收利用[19]。趙允格等[20]的研究表明，壓實(shí)導(dǎo)致土壤殘留硝態(tài)氮增加，土壤硝態(tài)氮淋溶減少；但是Parvin 等[21]則發(fā)現(xiàn)，壓實(shí)增加了土壤硝態(tài)氮淋溶。本項(xiàng)目組前期的研究表明在典型砂姜黑土區(qū)種植覆蓋作物可以有效緩解土壤壓實(shí)，改善土壤導(dǎo)水導(dǎo)氣性，促進(jìn)作物根系生長(zhǎng)[22]，然而在典型砂姜黑土區(qū)壓實(shí)與不壓實(shí)條件下不同覆蓋作物處理土壤硝態(tài)氮在整個(gè)生育期內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化尚未明確。因此，本研究選取安徽龍亢農(nóng)場(chǎng)典型砂姜黑土，研究在壓實(shí)和不壓實(shí)條件下3 種覆蓋作物處理（苜蓿、油菜、蘿卜+毛苕子混播）和休閑處理的土壤剖面中硝態(tài)氮含量隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，篩選更有效吸收硝態(tài)氮的覆蓋作物種類，以期為砂姜黑土氮素管理提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本研究區(qū)位于安徽省懷遠(yuǎn)縣龍亢農(nóng)場(chǎng)（33°32′N，115°59′E），屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)。常年年均氣溫14.8 ℃，年均降雨量約900 mm；本次試驗(yàn)覆蓋作物生長(zhǎng)季（2021 年11 月—2022 年5 月）降雨量為355 mm。該區(qū)域土壤類型為河湖相石灰性沉積物發(fā)育的砂姜黑土，其砂粒（＞0.05 mm）、粉粒（0.05～0.002 mm）、黏粒（＜0.002 mm）含量分別為80、541、379 g·kg-1。試驗(yàn)開(kāi)始前耕層（0～20 cm）土壤容重為1.50 g·cm-3，有機(jī)碳8.14 g·kg-1，全氮0.88 g·kg-1，全磷0.45 g·kg-1，全鉀14.48 g·kg-1，堿解氮64.62 mg·kg-1，速效磷21.22 mg·kg-1和速效鉀144.58 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)始于2017 年秋季，種植模式為冬季覆蓋作物（10 月—次年5 月）-夏季玉米（6—10 月）輪作。試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為不壓實(shí)（Non-compacted，NC）和壓實(shí)（Compacted，C）2 個(gè)處理，副區(qū)為休閑（Con，不種覆蓋作物）、苜蓿（Alf）、油菜（Rap）、蘿卜+毛苕子混播（Rhv）4 個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3 次，各小區(qū)面積70 m2（10 m×7 m）。其中，壓實(shí)與不壓實(shí)處理僅在2017 年試驗(yàn)初始時(shí)實(shí)施1 次。壓實(shí)處理土壤采用7 400 kg四驅(qū)大型農(nóng)業(yè)機(jī)械（凱特迪爾KAT1504輪式拖拉機(jī)，前輪胎型號(hào)14.9-26，后輪胎型號(hào)18.4-38，功率150 kW）以輪跡平排的方式連續(xù)碾壓3 遍；不壓實(shí)處理利用深松機(jī)間隔疏松土壤，深松深度35 cm。

此外，為便于播種，每季作物種植前需以小型旋耕機(jī)淺旋（5～10 cm）一次，然后人工播種覆蓋作物或玉米。為平衡土壤肥力，覆蓋作物與休閑處理分別于2017 年（N 60 kg·hm-2，P2O545 kg·hm-2）和2018 年（N 30 kg·hm-2）施用少量化肥，2019、2020年和2021年不施肥；玉米每季施基肥，N、P2O5和K2O 分別為100、60 kg·hm-2和90 kg·hm-2，追施氮肥（N）80 kg·hm-2。每年5 月玉米種植前，人工刈割覆蓋作物地上部，并移出田塊，地下部根系還田；其后，播種玉米（株行距30 cm×60 cm），10 月玉米收獲后，地上部秸稈移除，根茬還田。各處理其余田間管理一致。

1.3 土壤采集與測(cè)定

各處理剖面土壤樣品采集3 次，時(shí)間分別為：覆蓋作物播種后（2021 年11 月5 日）、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期（2022年3 月12 日）和收獲期（2022 年5 月5 日）。用土鉆采集0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120 cm 7 個(gè)土層土樣，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選2 個(gè)樣點(diǎn)混合成一個(gè)土樣。通過(guò)紫外分光光度法測(cè)定新鮮土壤硝態(tài)氮含量[23]。

覆蓋作物收獲后（2022 年5 月7 日）立即采集土壤原狀環(huán)刀樣品（100 cm3），采樣深度分別為0～10、10～20、20～30 cm 和30～50 cm。105 ℃下烘干測(cè)定土壤容重，并計(jì)算土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量[6]。

式中：F為土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量，kg·hm-2；Ci為各層土壤硝態(tài)氮含量，mg·kg-1；Zi為各土層厚度，cm；Di為各層土壤容重，g·cm-3。

1.4 覆蓋作物樣品采集與測(cè)定

在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期（2022 年3 月14 日）和生殖生長(zhǎng)期（2022 年5 月6 日）采集覆蓋作物植株樣品。每個(gè)小區(qū)選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻的0.5 m×0.5 m 樣方采樣，測(cè)定地上、地下（0～40 cm 土層）部分生物量。植物樣于105 ℃殺青，80 ℃烘干至質(zhì)量恒定，粉碎過(guò)篩后用元素分析儀測(cè)定植物樣本中氮含量，計(jì)算覆蓋作物地上和地下部分氮素累積量[24]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 25.0 進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA），并用Duncan法進(jìn)行多重比較。相關(guān)分析采用Pearson雙變量相關(guān)分析。采用Origin2022進(jìn)行圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋作物處理土壤剖面硝態(tài)氮含量和儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化

壓實(shí)和不壓實(shí)條件下，與覆蓋作物播種季（2021年11 月）相比，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期（2022 年3 月）Con 處理平均每個(gè)土層中土壤硝態(tài)氮含量先升高35.6%，生殖生長(zhǎng)期（2022 年5 月）又下降30.1%。而Alf、Rap、Rhv 處理土壤硝態(tài)氮含量持續(xù)下降，各處理0～120 cm 土層平均分別下降了43.3%、53.9%、57.5%。

不壓實(shí)條件下，覆蓋作物播種季，0～40 cm 土層Rap和Rhv處理土壤硝態(tài)氮含量較Con處理分別降低了42.7%和38.3%（P＜0.05，圖1a）。100～120 cm 土層各覆蓋作物處理土壤硝態(tài)氮含量均低于Con處理（P＜0.05，圖1a）。營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，與Con 處理相比，各覆蓋作物處理顯著降低了0～120 cm 各土層中土壤硝態(tài)氮含量；10～20 cm 土層Alf 處理的土壤硝態(tài)氮含量高于Rap 和Rhv 處理（P＜0.05，圖1b）。生殖生長(zhǎng)期，10～20 cm土層Alf、Rap和Rhv處理土壤硝態(tài)氮含量較Con處理分別降低37.2%、32.0%和25.2%（P＜0.05，圖1c）；40～60 cm 土層Alf處理土壤硝態(tài)氮含量較Con處理降低了44.0%（P＜0.05，圖1c）。

圖1 不同壓實(shí)水平下覆蓋作物對(duì)土壤剖面硝態(tài)氮含量動(dòng)態(tài)的影響Figure 1 Effects of cover crop treatments on dynamic changes of NO-3-N in soil profiles under different compaction levels

壓實(shí)條件下，覆蓋作物播種季0～20 cm土層Rap、Rhv 處理土壤硝態(tài)氮含量大于Con 與Alf 處理（P＜0.05，圖1d）。營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，相較于Con 處理，Alf、Rap和Rhv 處理均降低了0～60 cm 各土層土壤硝態(tài)氮含量，100～120 cm 土層Alf 與Rhv 處理土壤硝態(tài)氮含量下降了83.5%和73.5%（P＜0.05，圖1e）。生殖生長(zhǎng)期，0～10 cm 土層Rap 處理土壤硝態(tài)氮含量較Con 處理下降了42.5%（P＜0.05，圖1f），10～20 cm 土層Rap、Rhv處理土壤硝態(tài)氮含量均較Con 處理分別下降40.4%和49.9%（P＜0.05，圖1f）。

與不壓實(shí)條件相比，覆蓋作物播種季壓實(shí)減少了Con 處理0～40 cm 土層與Alf 處理0～40 cm 和60～80 cm土層硝態(tài)氮含量，各處理平均降幅為42.9%和39.6%（P＜0.05）。營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期壓實(shí)減少了Con 處理60～80 cm 土層土壤硝態(tài)氮含量，平均減幅為55.7%（P＜0.05）。生殖生長(zhǎng)期壓實(shí)增加了Rap 處理20～40 cm 土層土壤硝態(tài)氮含量，增幅為47.7%（P＜0.05）。

不壓實(shí)條件下，覆蓋作物播種季，Rap 與Rhv 處理0～120 cm 深度土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量較Con 處理分別降低了27.2%和30.5%（P＜0.05，圖2a）。營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，與Con處理相比，3個(gè)覆蓋作物處理土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量降幅均達(dá)到顯著水平，平均降幅為60.7%。Alf處理土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量（72.2 kg·hm-2）為Rap（50.1 kg·hm-2）、Rhv（50.1 kg·hm-2）的1.44倍（P＜0.05，圖2b）。生殖生長(zhǎng)期，與Con處理相比，Alf和Rap處理土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量顯著降低，降幅分別為39.0%和38.4%（P＜0.05，圖2c）。

圖2 不同壓實(shí)水平下覆蓋作物對(duì)土壤剖面硝態(tài)氮儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)的影響Figure 2 Effects of cover crop treatments on dynamic changes of -N in soil profiles under different compaction levels

壓實(shí)條件下，覆蓋作物播種季，Rhv 處理土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量為93.9 kg·hm-2，為Alf 處理的1.70 倍（P＜0.05，圖2a）。營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，與Con 處理相比，3 個(gè)覆蓋作物處理土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量降幅均達(dá)到顯著水平，平均降幅為52.7%（P＜0.05，圖2b）。生殖生長(zhǎng)期，壓實(shí)處理下Alf、Rap 和Rhv 土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量較Con 處理平均降低了40.2%（P＜0.05，圖2c）。

與不壓實(shí)土壤相比，壓實(shí)降低了覆蓋作物播種季Con 與Alf 處理和營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期Alf 處理土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量（P＜0.05，圖2a、2b）。

2.2 不同覆蓋作物處理地上、地下部生物量

覆蓋作物生長(zhǎng)季，壓實(shí)和不壓實(shí)條件下Alf、Rap和Rhv 處理生殖生長(zhǎng)期地上部生物量較營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期（圖3a 和圖3b）平均增加了4.92、3.68 倍和4.13 倍。兩個(gè)采樣時(shí)期，壓實(shí)和不壓實(shí)條件下，Rap 處理地上部生物量都高于Alf 和Rhv 處理（P＜0.05）。與不壓實(shí)條件相比，壓實(shí)降低了營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期Alf（26.0%）和Rap（27.1%）以及生殖生長(zhǎng)期Rap（15.9%）的地上部生物量（P＜0.05）。

圖3 不同壓實(shí)和覆蓋作物處理下地上和地下部分生物量Figure 3 Above ground and underground biomass of different cover crop in compacted and non-compacted soil treatments

覆蓋作物生長(zhǎng)季，壓實(shí)和不壓實(shí)條件下，Alf、Rap和Rhv 處理生殖生長(zhǎng)期地下部生物量較營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期（圖3c、圖3d）平均增加了2.34、0.31 倍和0.42 倍。營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，壓實(shí)和不壓實(shí)條件下，Rap 和Rhv 處理的地下部生物量均高于Alf 處理（P＜0.05）；相反，在生殖生長(zhǎng)期Alf 處理地下部生物量高于Rap 和Rhv 處理（P＜0.05）。壓實(shí)條件下Alf處理的地下部生物量在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期低于不壓實(shí)條件（24.3%，P＜0.05），但在生殖生長(zhǎng)期卻高于不壓實(shí)條件（14.7%，P＜0.05）。與不壓實(shí)相比，壓實(shí)減少了Rap 處理營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)（12.6%）和生殖生長(zhǎng)（21.0%）階段的地下部生物量和Rhv處理生殖生長(zhǎng)階段（18.7%）的地下部生物量（P＜0.05）。

2.3 不同覆蓋作物處理地上、地下部氮素累積量

覆蓋作物生長(zhǎng)季，壓實(shí)和不壓實(shí)條件下，Alf、Rap和Rhv 處理生殖生長(zhǎng)期地上部氮素累積量較營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期分別平均增加了2.90、1.59 倍和1.53 倍。營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，壓實(shí)和不壓實(shí)條件下Rap處理的地上部氮素累積都高于Alf 和Rhv 處理（P＜0.05，圖4a）。生殖生長(zhǎng)期，壓實(shí)和不壓實(shí)條件下地上部氮素累積量從大到小為Alf＞Rap＞Rhv（P＜0.05，圖4b）。與不壓實(shí)條件相比，壓實(shí)顯著降低了營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期Alf（25.0%）和Rhv（15.1%）處理以及生殖生長(zhǎng)期Rhv（17.6%）處理的地上部氮素累積（P＜0.05）。

圖4 不同壓實(shí)和覆蓋作物處理下植株地上和地下部分氮素累積量Figure 4 N accumulation of above ground and underground parts of different cover crop in compacted and non-compacted soil treatments

覆蓋作物生長(zhǎng)季，壓實(shí)和不壓實(shí)條件下，Alf處理生殖生長(zhǎng)期地下部氮素累積較營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期平均增加75.2%，Rap和Rhv的氮素累積卻分別降低了10.5%和54.9%。營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，壓實(shí)和不壓實(shí)條件下，Rhv 的地下部分氮素累積量均高于Rap 和Alf的地下部分氮素累積（P＜0.05，圖4c）。在生殖生長(zhǎng)期Alf 地下部氮素累積高于Rhv 和Rap（P＜0.05，圖4d）。營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，壓實(shí)處理下Alf、Rap、Rhv 的地下部氮素累積量均低于不壓實(shí)處理（21.8%、21.1%、17.7%，P＜0.05）。生殖生長(zhǎng)期，與不壓實(shí)處理相比，壓實(shí)處理下Alf的地下部氮素累積增加（12.3%，P＜0.05），Rap 地下部氮素累積降低（17.9%，P＜0.05）。

2.4 不同覆蓋作物處理土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量與生物量、氮素累積量的相關(guān)性

將覆蓋作物全生育期各小區(qū)0～120 cm 深度范圍內(nèi)土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量與覆蓋作物生物量和氮素累積量指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)（表1）：土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量與覆蓋作物地上部分生物量、地下部分生物量、總生物量、總氮素累積量在0.01 水平上呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與覆蓋作物地上部分氮素累積量在0.05 水平上呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。其中覆蓋作物地上部分生物量、總生物量與土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量的相關(guān)性最強(qiáng)（-0.69）。

表1 土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量與覆蓋作物生長(zhǎng)指標(biāo)的相關(guān)性Table 1 The correlations between soil nitrate nitrogen storage and cover crops growth index

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)覆蓋作物處理在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和生殖生長(zhǎng)期較休閑處理均顯著降低土壤剖面中硝態(tài)氮儲(chǔ)量。Lapierre 等[25]也報(bào)道了覆蓋作物可以有效降低土壤中硝態(tài)氮的儲(chǔ)量。本研究相關(guān)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量與覆蓋作物生物量和氮素累積量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），這與Blesh 等[26]的研究結(jié)果一致。且本研究覆蓋作物在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和生殖生長(zhǎng)期地上及地下部分生物量之和分別超過(guò)了1 500 kg·hm-2和8 000 kg·hm-2，地上及地下部分氮素累積量之和都分別超過(guò)55 kg·hm-2和110 kg·hm-2，這些結(jié)果表明覆蓋作物自身生長(zhǎng)吸收土壤氮素是導(dǎo)致土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量顯著低于休閑處理的主要原因[27]。覆蓋作物降低土壤硝態(tài)氮的另一方面原因可能是覆蓋作物根系及其分泌物可以改善微生物活性，從而提升土壤硝態(tài)氮的微生物同化，利于降低土壤中硝態(tài)氮含量[28-29]。Muhammad 等[30]發(fā)現(xiàn)覆蓋作物處理較休閑處理可以將土壤微生物碳和氮分別提高42%和51%，Romero等[31]的研究表明新鮮有機(jī)物的輸入可以大幅度提高硝態(tài)氮的微生物同化，因此種植覆蓋作物導(dǎo)致的微生物同化作用增強(qiáng)也可能導(dǎo)致土壤硝態(tài)氮下降。本研究也發(fā)現(xiàn)生殖生長(zhǎng)期覆蓋作物吸收土壤殘余硝態(tài)氮的能力較營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期明顯減弱，這可能與覆蓋作物整個(gè)生育期對(duì)氮素需求量不同有關(guān)。段玉等[32]研究發(fā)現(xiàn)油菜在苗期-快速生長(zhǎng)期-生長(zhǎng)后期對(duì)氮素吸收經(jīng)歷慢-快-慢的變化過(guò)程；段淑輝等[33]將蘿卜作為填閑作物，發(fā)現(xiàn)土壤中硝態(tài)氮含量先迅速降低后變緩。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明覆蓋作物可以有效降低土壤殘余硝態(tài)氮，其效果表現(xiàn)為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期優(yōu)于生殖生長(zhǎng)期。

值得關(guān)注的是，不壓實(shí)條件下，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期苜蓿處理土壤剖面硝態(tài)氮儲(chǔ)量顯著大于油菜、蘿卜+毛苕子處理。這可能是由于在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)初期苜蓿生長(zhǎng)緩慢，地上和地下部分總的生物量小于油菜和蘿卜+毛苕子。雖然苜蓿地上和地下部分氮素累積總量已經(jīng)高于油菜，接近蘿卜+毛苕子，但是苜蓿是豆科作物，可以固定大氣中的氮素[34]，因而減弱對(duì)土壤中殘余硝態(tài)氮的吸收，從而導(dǎo)致土壤中殘留硝態(tài)氮高于油菜和蘿卜+毛苕子處理。Garba 等[10]報(bào)道了豆科覆蓋作物處理土壤中硝態(tài)氮儲(chǔ)量大于蕓苔類非豆科覆蓋作物，Tribouillois 等[35]進(jìn)一步證明非豆科作物單作與豆科、非豆科作物混播處理的土壤殘余無(wú)機(jī)氮含量接近，均低于豆科作物單獨(dú)種植。本試驗(yàn)中毛苕子雖然也是豆科作物，但蘿卜吸收土壤殘余硝態(tài)氮能力較強(qiáng)[36]，因此蘿卜+毛苕子混播處理的土壤殘留硝態(tài)氮儲(chǔ)量與油菜處理無(wú)顯著差異。覆蓋作物生殖生長(zhǎng)期壓實(shí)和不壓實(shí)條件下覆蓋作物處理土壤剖面硝態(tài)氮儲(chǔ)量無(wú)顯著差異。在生殖生長(zhǎng)期苜蓿長(zhǎng)勢(shì)較好，生物量迅速累積，地上和地下部氮素累積總量明顯高于油菜和蘿卜+毛苕子處理，苜蓿從土壤中吸收的氮素較營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期明顯增加；另外，油菜、蘿卜和毛苕子都是一年生作物，在進(jìn)入生殖生長(zhǎng)后吸收土壤氮素的能力減弱，生殖生長(zhǎng)期地下部氮素累積量也較營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期出現(xiàn)降低的趨勢(shì)。在砂姜黑土區(qū)，3 月份降雨量增加，由于此時(shí)苜蓿處理土壤剖面硝態(tài)氮累積量較高，其剖面硝態(tài)氮隨水分向土壤更深層或地下水淋溶的風(fēng)險(xiǎn)也高于油菜和蘿卜+毛苕子處理[37]。綜上所述，豆科覆蓋作物苜蓿在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期吸收土壤殘余硝態(tài)氮的能力弱于油菜和蘿卜+毛苕子，但在生殖生長(zhǎng)期，苜蓿、油菜和蘿卜+毛苕子降低土壤硝態(tài)氮的效果是一致的。因此，根據(jù)覆蓋作物生長(zhǎng)季對(duì)土壤剖面硝態(tài)氮的影響，綜合其生物量積累及不同發(fā)育階段吸收氮素的表現(xiàn)，為降低砂姜黑土區(qū)硝態(tài)氮累積和淋溶風(fēng)險(xiǎn)，選擇油菜、蘿卜+毛苕子混播作為覆蓋作物更為適宜。

本研究發(fā)現(xiàn)壓實(shí)降低了覆蓋作物播種期休閑處理以及播種期和營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期苜蓿處理的土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量。Yi 等[38]發(fā)現(xiàn)壓實(shí)增加了土壤硝態(tài)氮的淋溶，Parvin等[21]通過(guò)模型模擬發(fā)現(xiàn)硝態(tài)氮的淋溶隨壓實(shí)程度的增加而增加。壓實(shí)降低土壤蒸發(fā)和土壤持水能力，增加了土壤排水，這可能是導(dǎo)致壓實(shí)土壤中的硝態(tài)氮含量下降的原因之一。此外，壓實(shí)可以降低土壤有機(jī)氮的礦化，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量和微生物對(duì)氮的固定，從而降低土壤中的硝態(tài)氮含量[39]。但是，壓實(shí)對(duì)油菜和蘿卜+毛苕子處理土壤硝態(tài)氮無(wú)顯著影響，這表明不同覆蓋作物處理土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量對(duì)壓實(shí)的響應(yīng)并不一致，其原因尚有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

（1）在典型砂姜黑土區(qū)開(kāi)展的田間實(shí)驗(yàn)表明，種植覆蓋作物能顯著降低1.2 m 深度土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量，但其效果在不同生育期不同。與休閑處理相比，壓實(shí)和不壓實(shí)條件下，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期覆蓋作物處理土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量平均分別下降52.7%和60.7%，而生殖生長(zhǎng)期覆蓋作物處理土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量平均分別下降40.2%和35.6%。

（2）營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，不壓實(shí)土壤中，苜蓿處理土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量（72.2 kg·hm-2）顯著高于油菜和蘿卜+毛苕子混播處理（50.1 kg·hm-2和50.1 kg·hm-2）；壓實(shí)土壤中，3 種覆蓋作物處理硝態(tài)氮儲(chǔ)量無(wú)顯著差異。壓實(shí)實(shí)施5 a后仍對(duì)覆蓋作物地上或地下生物量有顯著影響，同時(shí)壓實(shí)也降低了苗期和營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期苜蓿處理土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量，但對(duì)油菜和蘿卜+毛苕子混播處理土壤硝態(tài)氮儲(chǔ)量無(wú)顯著影響。

（3）綜合覆蓋作物整個(gè)生育期降低土壤剖面硝態(tài)氮的能力，與苜蓿相比，油菜或蘿卜+毛苕子混播是砂姜黑土區(qū)更適宜降低土壤硝態(tài)氮累積和淋溶風(fēng)險(xiǎn)的覆蓋作物類型。