不同收获期的籽粒苋绿肥还田对土壤养分的影响

陈国军，闫慧峰，吴凯，杨举田，田雷，谭效磊，宗浩，

陈秀斋3，张永春3，孙延国1，刘海伟1，石屹1*

(1.中国农业科学院烟草研究所，农业部烟草生物学与加工重点实验室，山东 青岛 266101；

2.中国农业科学院研究生院，北京 100081；3.山东省临沂烟草公司，山东 临沂 276003)



不同收获期的籽粒苋绿肥还田对土壤养分的影响

陈国军1,2，闫慧峰1，吴凯1,2，杨举田3，田雷3，谭效磊3，宗浩3，

陈秀斋3，张永春3，孙延国1，刘海伟1，石屹1*

(1.中国农业科学院烟草研究所，农业部烟草生物学与加工重点实验室，山东 青岛 266101；

2.中国农业科学院研究生院，北京 100081；3.山东省临沂烟草公司，山东 临沂 276003)

摘要：为研究不同时期收获的籽粒苋还田后对土壤养分的影响，采用室内恒温培养模拟籽粒苋还田，测定了生长45，55和65 d收获的籽粒苋还田后土壤可溶性碳(DOC)、无机氮(Nmin)、速效钾、缓效钾含量的变化趋势。研究结果表明，不同时期收获的籽粒苋还田后0～14 d，土壤DOC、Nmin、速效钾、土壤缓效钾含量均显著增加，籽粒苋氮表观释放率达到19.5%以上，而钾表观释放率在63.4%以上；还田14～56 d，土壤Nmin、速效钾、缓效钾含量均为生长45 d收获的处理>55 d收获的处理>65 d收获的处理>对照，但此阶段各处理土壤DOC、组成土壤Nmin的铵态氮(除45 d收获的还田处理)与对照之间没有显著差异；还田56 d后，添加籽粒苋的土壤Nmin是对照的3.4倍、速效钾是对照的3.1倍、缓效钾是对照的1.1倍。此外，培养期间生长45 d收获的籽粒苋氮、钾表观释放率低于生长55和65 d收获的籽粒苋。由此表明，籽粒苋还田14 d后对土壤有效养分就有明显改善效果，籽粒苋生长45 d收获还田效果较好。

关键词：籽粒苋；绿肥还田；腐解；土壤养分；不同收获期

绿肥在农业生产中的应用已经比较广泛，绿肥还田进入土壤经过一系列的腐解过程，可明显增加土壤中氮、磷、钾和各种中微量元素含量[1-2]。绿肥在生长过程中吸收土壤残留养分，还田后再将养分释放，供作物吸收；绿肥中的豆科绿肥可以和土壤中根瘤菌形成共生关系，固定空气中的氮素，在一定程度上提高土壤中的 N 素含量。有研究指出豆科绿肥的根瘤固氮量占到总氮的 39%～49%，在贫瘠的土壤上固氮更高达80%以上[3]；此外，绿肥还田明显提高氮素利用率，绿肥作物的氮素不仅在土壤中有更长的滞留时间，而且降低硝酸盐淋洗损失[4-5]。绿肥可以通过其发达的根系，扩大吸磷的空间和范围，同时能够活化土壤中难溶性磷，已有报道指出油菜(Brassicacampestris)和肥田萝卜(Raphanussativus)可以活化并利用所提供的难溶性磷酸盐；并且，绿肥翻压后在腐解过程中产生的有机酸也会通过微生物的还原、酸溶、络合等作用活化土壤中的磷钾养分[6-7]；但不同绿肥种类，甚至同一绿肥不同部位腐解对土壤养分影响都可能产生较大差异[8]。绿肥主要分为豆科绿肥和非豆科绿肥两大类。非豆科绿肥主要包括富钾作用强的菊科、苋科，解磷作用强的十字花科绿肥，以及一些禾本科作物[9-11]。与其他科属的绿肥相比，籽粒苋(Amaranthushypochondriacus)作为苋科绿肥含钾较高，多作为生物钾肥资源，常用于夏绿肥或间作绿肥[12-14]。籽粒苋含钾量高的主要机制是能不断地活化土壤中的缓效性钾和矿物态钾，通过根系吸收转化为生物钾[15]；并通过绿色体、秸秆还田和泡青还田的形式归还土壤，这有利于土壤钾的良性循环和再利用，缓解了土壤缺钾的现象[16-17]。并且，籽粒苋与化肥配施，改善了烟草(Nicotianatabacum)养分吸收状况，对烟叶的产量和质量都有所提高[18]。此外，研究显示不同作物间作可以改善某些作物的营养状况，小麦(Triticumaestivum)-大豆(Glycinemax)两作物间作时，间作小麦的吸氮量、吸磷量始终高于单作小麦[19]，并且李廷轩和马国瑞[20]指出籽粒苋与烟草间作提高了烟叶中钾、硫等部分矿质养分含量。

绿肥与作物间作、轮作或套种，往往会出现与主作物争水争肥的问题。红豆草(Onobrychisviciaefolia)在玉米(Zeamays)行间种植，由于红豆草吸收了大量的水分和养分，进而影响到玉米的生长；在绿肥与果园种植模式中也出现了与果树争水争肥的矛盾[21]。现代农业在施肥与管理、绿肥品种等方面与20世纪60～80年代相比发生了巨大变化，绿肥生产、利用中的各项关键技术达不到现代农业对绿肥综合利用的要求[22]，籽粒苋在间作套种生产中也存在此类问题。此外，前人对籽粒苋的研究多集中在食用[23]、饲用[24]、保健[25]以及作为绿肥间作、化肥配施[26]等方面。为此，本研究将针对间作套种的籽粒苋采取不同时期还田，以期解决间作套种籽粒苋过程中争水争肥等大田生产问题；采用室内模拟培养的方法，更深层次揭示籽粒苋绿肥还田后对土壤可溶性碳含量、无机氮含量、缓效钾含量、速效钾含量等的影响，明确不同收获期籽粒苋还田效果差异，以期为籽粒苋作为绿肥合理使用提供理论依据。

1材料与方法

1.1供试材料

供试籽粒苋品种为R104，播种时间为2014年5月2日，播种地点为山东沂南县双堠镇，种植密度1.4×105株/hm2。不同收获期的籽粒苋自然风干后的基本农化性状见表1。

表1　籽粒苋的基本农化性状

1.2实验设计

采用室内恒温培养模拟籽粒苋还田，实验设置4个处理，分别是K1(添加生长45 d收获的籽粒苋)、K2(添加生长55 d收获的籽粒苋)、K3(添加生长65 d收获的籽粒苋)以及CK(对照不加籽粒苋)。

供试土壤来自山东诸城洛庄烟草实验站的棕壤土。供试土壤基本性状如下：pH值 8.07、有机质含量25.6 g/kg、全氮含量5.53 g/kg、碱解氮含量54.3 mg/kg、全磷含量0.09 g/kg、有效磷含量13.0 mg/kg、全钾含量15.8 g/kg、速效钾含量140 mg/kg。

处理方法为称取过2 mm筛的风干土100 g和粉碎的自然风干的籽粒苋植株2 g(过2 mm筛)，混匀装入直径6 cm，高11 cm的圆柱形塑料桶中，统一调节土壤含水量至田间持水量的70%，桶口用半透膜密封，放入25℃恒温培养箱培养[27]。每隔3 d采用称重法补充水分。每个处理21盆。

在培养的第5 h，2，7，14，28，42，56天进行取样，按处理每次取3个重复。

1.3测定项目及方法

土壤可溶性碳含量，利用0.5 mol/L的K2SO4(水土比为5∶1)浸提，采用Muti N/C-3100型TOC分析仪测定[8]，土壤硝态氮+亚硝态氮含量和铵态氮含量，均利用1 mol/L的KCl(水土比为5∶1)浸提(一般土壤中亚硝态氮含量很低，测定中没有加氨基磺酸消除亚硝态氮)，分别采用紫外分光光度法和靛酚蓝比色法测定，土壤缓效钾含量利用1 mol/L硝酸浸提、土壤速效钾含量利用1 mol/L乙酸铵浸提后，均采用火焰光度法测定。

1.4数据分析

土壤无机氮(Nmin)含量=土壤硝态氮+亚硝态氮含量+土壤铵态氮含量

氮表观释放率=土壤无机氮增量/添加籽粒苋全氮量×100%

钾表观释放率=(土壤缓效钾增量+土壤速效钾增量)/添加籽粒苋全钾量×100%

采用Excel 2003，SAS软件进行方差分析(LSD法)。

2结果与分析

2.1土壤可溶性碳(DOC)含量的动态变化

由表2看出，3种不同时间收获的籽粒苋还田后土壤DOC含量变化趋势基本一致，在腐解开始时，即第5 h，土壤DOC含量显著增加，3组处理K1(45 d收获)、K2(55 d收获)、K3(65 d收获)的土壤DOC含量分别是对照的3.62，2.72，1.41倍。随后在第2 和7 天土壤DOC含量迅速降低。14 d以后所有处理与对照之间没有显著差异，仅略高于对照。不同处理之间，添加45 d收获的籽粒苋的处理(K1)在还田后0～14 d内土壤DOC含量显著高于55 d(K2)和65 d(K3)的处理，而K2(55 d收获)与K3(65 d收获)的土壤DOC含量无显著差异。

表2　不同处理土壤可溶性碳(DOC)含量的动态变化

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同。

Note: Values in the same columns with different letters mean differ significantly at the 5% level. The same below.

2.2土壤无机氮(Nmin)含量的动态变化

图1中显示不同收获期的籽粒苋还田后土壤Nmin、以及组成土壤Nmin的铵态氮与硝态氮+亚硝态氮的变化。还田56 d后，各处理与对照相比土壤铵态氮含量无显著差异，而各处理的土壤无机氮和土壤硝态氮+亚硝态氮含量均显著增加，其中土壤无机氮含量分别是对照的4.50，4.47，3.39倍；此外，添加45 d收获籽粒苋(K1)和添加55 d收获籽粒苋(K2)的处理土壤无机氮和土壤硝态氮+亚硝态氮含量显著高于添加65 d收获籽粒苋(K3)的处理。另外，铵态氮、硝态氮+亚硝态氮、土壤 Nmin培养期间变化曲线显示：一方面，培养期间各处理土壤铵态氮含量均表现为先升高后降低的变化趋势；土壤铵态氮含量在还田后7 d均达到最大，此时，45 d收获的处理(K1)、55 d收获的处理(K2)和65 d收获的处理(K3)土壤铵态氮含量分别为对照的2.45，1.64和1.60倍。另一方面，培养期间各处理土壤无机氮和硝态氮+亚硝态氮含量均表现为先降低后升高的变化趋势；并且在还田2 d后，各处理的土壤无机氮和硝态氮+亚硝态氮含量有降低。与最初起始时(5 h)相比，还田2 d后，K1、K2、K3处理的土壤无机氮含量分别下降了31.7%，6.9%，8.5%。同时籽粒苋还田显著改变了土壤无机氮的构成， 并且从土壤铵态氮与硝态氮+亚硝态氮的比值变化曲线可以看出，除了在还田后第2天与对照没有显著差异外，其余培养阶段土壤铵态氮与硝态氮+亚硝态氮的比值都是显著低于对照。由于培养结束时添加籽粒苋显著增加了土壤硝态氮+亚硝态氮含量(平均增加120.1 mg/kg)，而土壤铵态氮变化不大(平均增加1.8 mg/kg)，因而各处理的土壤铵态氮与硝态氮+亚硝态氮的比例显著降低。

图1　不同处理土壤无机氮含量的动态变化Fig.1　Dynamics on soil mineral nitrogen (Nmin) concentration among different treatments

2.3土壤中速效钾、缓效钾含量的动态变化

土壤中速效钾含量的变化见表3。与对照相比，不同处理土壤速效钾含量均表现出先增加后降低的趋势。在56 d的培养过程中，添加45 d收获籽粒苋的处理(K1)和添加55 d收获籽粒苋的处理(K2)在还田后0～14 d土壤速效钾含量持续增加，还田14 d时分别为对照的4.46和3.79倍，添加65 d收获籽粒苋的处理(K3)在还田后0～7 d土壤速效钾含量保持增加，还田7 d时为对照的3.78倍。培养结束时(56 d)与对照相比，不同处理均显著提高了土壤速效钾含量，其中K1、K2、K3分别增加445.5，332.3，307.3 mg/kg；此外，K1处理的土壤速效钾含量显著高于K2、K3，而K2与K3无显著差异。

表3　不同处理土壤速效钾含量的动态变化

土壤中缓效钾含量的变化见表4。籽粒苋还田56 d后，不同收获期的籽粒苋还田效果有所差异，与对照相比，K1、K2、K3缓效钾分别增加181.7，129.7，94.5 mg/kg。在还田后腐解过程中，不同腐解阶段土壤缓效钾含量的变化具有差异性。腐解培养7 d以前，土壤缓效钾含量增加的幅度不大，K1、K2、K3分别比5 h的增加了7%，3%和6%；但7～14 d缓效钾增加比较显著，而14 d至培养结束土壤缓效钾含量基本保持稳定。

表4　不同处理土壤缓效钾含量的动态变化

2.4籽粒苋养分表观释放率的动态变化

不同收获期的籽粒苋还田后氮、钾表观释放率的变化见表5。籽粒苋还田后氮、钾的表观释放率存在差异，各处理氮表观释放率在4.3%～34.5%，而钾表观释放率在24.9%～99.2%。还田腐解过程中，一方面，不同收获期籽粒苋氮表观释放率有所差异，其中添加45 d收获的籽粒苋处理(K1)的氮表观释放率显著低于55 d收获(K2)和65 d收获(K3)的处理；另一方面，不同收获期的籽粒苋还田腐解过程中钾表观释放率同样具有差异性，即添加45 d收获的籽粒苋处理(K1)的钾表观释放率显著低于55 d收获(K2)和65 d收获(K3)的处理。

表5　不同处理籽粒苋氮、钾表观释放率

3讨论

3.1籽粒苋绿肥还田后对土壤养分的影响

绿肥籽粒苋还田显著提高了土壤无机氮、速效钾与缓效钾含量，并且显著改变了土壤无机氮组成，使土壤硝态氮显著增加，但对土壤铵态氮没有显著影响。本研究中选择生长45，55和65 d收获的籽粒苋作为实验材料，是根据我们已有的烟草田间套作籽粒苋未公布的实验结果，以及籽粒苋生长规律，播种后40 d进入快速生长[28]，播种后65 d鲜重基本达到最大；并且烟草在移栽后65 d即转入成熟期生长。

种植翻压绿肥有助于土壤养分的提高，一方面，绿肥在生长过程中吸收土壤残留养分，还田后再将养分释放，供作物吸收；另一方面，豆科绿肥可以固氮，十字花科绿肥能够活化土壤中难溶磷，而苋科绿肥能够富集土壤钾；因此，绿肥可以显著提高土壤有效养分的含量[9]。籽粒苋作为苋科绿肥，不仅可以富集钾，而且其碳、氮等养分含量高，所以籽粒苋翻入土壤可以改善土壤养分状况[29]。

大量研究表明，翻压绿肥有利于土壤有机质的提高，其中土壤可溶性碳(DOC)是联系有机质转化与微生物代谢的纽带，也是评价土壤有机质含量的重要指标[30]。有研究表明豆科、苋科、禾本科绿肥还田均可以提高土壤DOC含量[31]。本研究中籽粒苋还田后土壤DOC含量的变化充分证明了这一点。培养初期，随着高含碳量籽粒苋的加入，土壤DOC含量显著增加，而随着培养进程的推进土壤DOC含量出现了显著降低，这与周江敏等[32]采用水稻(Oryzasativa)秸秆进行室内培养实验土壤DOC含量变化趋势是一致的；培养过程中土壤可溶性碳显著降低与土壤微生物快速繁殖，组成可溶性碳的溶解性糖、溶解性酚酸等简单可溶化合物被微生物短时间内消耗殆尽有关[33]。

土壤中氮的形态分为无机氮和有机氮，其中无机氮主要为铵态氮和硝态氮[34]；有研究显示，田菁(Sesbaniasesban)绿肥翻压30 d后，明显提高土壤中的硝态氮，并且至200 d时硝态氮的释放仍维持较高水平[35]。这与本研究中籽粒苋腐解培养28 d时土壤硝态氮+亚硝态氮含量达到较高水平的结果一致。并且巨晓棠等[36]指出土壤中很少积累铵态氮，也就是土壤中无机氮主要以硝态氮的形式存在；此外，研究中土壤铵态氮最初积累，随后降低到最初水平，主要是因为土壤中铵态氮能在好氧细菌作用下短时间内发生硝化作用转化为硝态氮[37]；因此籽粒苋绿肥的投入显著降低了铵态氮与硝态氮+亚硝态氮比值。另外，氮素释放是前期快后期缓慢的过程，绿肥腐解前20 d，氮素释放率能达到50%以上[38]；但本研究中氮素表观释放率较低，主要是因为氮素表观释放率计算中只考虑矿化氮量；另外在培养的过程中，土壤同时也会发生氮的固持，并且可以在土壤微生物的作用下，无机氮转化为有机氮形式[39]。但也有研究中提到苜蓿(Medicagosativa)、黑麦草(Loliumperenne)等经过13周的分解，氮素矿化分别达到了54%和22%[40]，这与本文中只考虑无机氮增量计算的氮表观释放率是一致的。

有试验表明，翻压绿肥、秸秆、有机肥能够提高土壤速效钾和缓效钾含量[41-43]，籽粒苋绿肥对土壤中潜在钾素有较强的活化和吸收能力，是优良的富钾绿肥作物，因而翻入土壤对缓效钾、速效钾具有显著的提升效果[18]。本研究中，还田28 d后，籽粒苋绿肥中有14.3%～31.0%的钾以缓效钾形态存在到土壤中，而45.3%～68.2%的钾以速效钾形态存在土壤中；但普通有机肥料经过150 d的培养，钾转化到土壤中的总量仅为50%～80%[42]。这可能与王隽英等[44]提出的籽粒苋高效的释钾能力有关，即用25倍水浸提籽粒苋24 h，浸出率达90%以上。已有学者报导，土壤中缓效钾与速效钾二者之间存在一定的负相关关系，二者含量与加入有机肥钾总量呈显著正相关，并且土壤速效钾培养初期增加显著，缓效钾增加相对迟缓[45]，这与本研究中土壤速效钾在培养初期增加较快，缓效钾增加迟缓结果一致；还田0～14 d土壤速效钾、缓效钾都表现增加趋势，主要与外来籽粒苋中钾素快速大量释放相关，另外范闻捷等[46]在研究中指出施入钾肥后15 d，土壤速效钾、缓效钾均表现增加趋势，并且二者增量与施钾量呈正相关；因此还田14 d时，速效钾、缓效钾显著增加是有可能的；此外，本研究中籽粒苋腐解转化到土壤中的钾主要以速效钾的形态存在，这与转化到土壤中的钾主要以缓效钾形态存在有一定差异，这可能是因为进入到土壤中的钾向缓效钾转化需培养70 d以上才能趋于平衡[47]，但本研究中培养时间相对较短。另外，籽粒苋还田28 d后，不同处理的钾表观释放率均有不同程度下降，一方面，土壤中钾处在固定-释放的动态平衡过程中，北方土壤中2∶1型的粘土矿物对钾的固定作用尤其明显，进入土壤中的钾有20%～50%可以被土壤固定[48]；另一方面，腐解残留物也可以吸附固定土壤速效钾，可能也会影响到土壤速效钾与缓效钾的量[49-50]。

3.2不同收获期的籽粒苋绿肥还田效果差异的可能机制

绿肥翻入土壤中水溶性物质和粗蛋白分解最快，纤维素等大分子化合物较难分解；不同收获期的绿肥籽粒苋的C/N、纤维素含量、养分含量存在差异，因而不同收获期的绿肥还田后腐解速率以及对土壤养分的影响程度会有差别[51-52]。研究显示，C/N越小的有机物自身养分更易释放[53]；本研究中，在添加量一致的情况下， 45 d收获的籽粒苋(C/N=14.2)还田后土壤无机氮、速效钾、缓效钾含量都高于55 d收获(C/N=22.8)和65 d收获(C/N=35.0)的处理，这可能是由于45 d收获的籽粒苋含氮量高，C/N较低的原因；此外，纤维素含量也影响腐解的进程[54]，主要是因为45 d收获的籽粒苋纤维素含量最低，可溶性碳含量较高，微生物活性高，利于绿肥养分的释放[55]。另外，等量不同收获期籽粒苋腐解对土壤养分影响程度大小的不同，还取决于加入物料的养分含量[8,42]。最后需要指出：本研究中生长45 d收获的籽粒苋氮、钾表观释放率低于其他两个收获期。主要原因可能是45 d收获的籽粒苋腐解前期养分释放量显著高于另外两组处理，期间伴随籽粒苋绿肥残体碳耗竭，进而不能提供足够的有机碳源，最终造成微生物活性低，抑制了后期绿肥残体中养分向土壤转化[56-57]。此外，本研究中的氮钾表观释放率，不是采用直接计算秸秆中氮、钾残余量的方法，而是以土壤无机氮、速效钾和缓效钾增量进行计算，并且没有考量土壤固定。因此，选用计算方法的差异性也可能是造成氮、钾表观释放率差异的原因。

4结论

籽粒苋还田56 d后，氮、钾表观最大释放率分别达到了34.5%和99.2%，改善了土壤中Nmin、速效钾、缓效钾养分含量。通过不同收获期籽粒苋还田效果比较显示，籽粒苋生长45 d还田表现的效果更突出。

References：

[1]Gao J S, Xu M G, Dong C H,etal. Effects of long-term rice-rice-green manure cropping rotation on rice yield and soil fertility. Acta Agronomica Sinica, 2013, 34(2): 343-349.

[2]Benjamin O D, Josephine P O, Isaiah I C W,etal. Legume-wheat rotation effects on residual soil moisture, nitrogen and wheat yield in tropical regions. Advances in Agronomy, 2009, 101: 316-349.

[3]Ramosm M G, Villatoro M A A, Urquiaga S,etal. Quantification of the contribution of biological nitrogen fixation to tropical green manure crops and the residual benefit to a subsequent maize crop using15N-isotope techniques. Journal of Biotechnology, 2001, 91: 105-115.

[4]Glasener K M, Wagger M G, MacKown C T,etal. Contributions of shoot and root nitrogen-15 labeled legume nitrogen sources to a sequence of three cereal crops. Soil Science Society of America Journal, 2002, 66(2): 523-530.

[5]Hooker K V, Coxon C E, Hackett R,etal. Evaluation of cover crop and reduced cultivation for reducing nitrate leaching in Ireland. Journal of Environmental Quality, 2008, 37(1): 138-145.

[6]Kumar K, Goh K M. An agement practices of antecedent leguminous and non-leguminous crop residues in relation to winter wheat yields, nitrogen uptake, soil nitrogen mineralization and simple nitrogen balance. European Journal of Agronomy, 2002, (16): 295-308.

[7]Mclaren A D. Soil Biochemical[M]. Gui J K, translation. Beijing: Beijing Agricultural Press, 1984.

[8]Ba Y L, Tian X H, Wan D,etal. Labile carbon and nitrogen dynamic changes in soils incorporated with different parts of maize plants. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2013, 19(5): 1166-1173.

[9]Li Z S, Lian X J, Wang W,etal. Research progress of green manure in China. Pratacultural Science, 2013, 30(7): 1135-1140.

[10]Sun Y R, Shi Y, Chen G J,etal. Evaluation of the germination characteristics and drought resistance of green manure crops under PEG stress. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(3): 89-98.

[11]Xu J, Zhang X Z, Li T X,etal. Phosphorus absorption and acid phosphatase activity in wild barley genotypes with different phosphorus use efficiencies. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(1): 88-98.

[12]Lang G F. To develop the high potassium green manure grain amaranth to alleviate the new way of potassium source shortage in our province. Chinese Journal of Soil Agro-Chemistry Science, 1995, (10): 29-32.

[13]Sun Y. The Effect of Green Manure on Soil Biological Characteristics[D]. Yangling: Northwest Agriculture and Forestry University of Science and Technology, 2011.

[14]Abbasi D, Rouzbehan Y, Rezaei J. Effect of harvest date and nitrogen fertilization rate on the nutritive value of amaranth forage (Amaranthushypochondriacus). Animal Feed Science and Technology, 2011, 171(1): 6-13.

[15]Li T X, Ma G R, Wang C Q,etal. Mineral potassium activation in rhizospere soils and root exudates of grain amaranth. Chinese Journal of Soil Science, 2003, 34(1): 48-51.

[16]Li T X, Ma G R, Zhang X Z. Root exudates of potassium-enrichment genotype grain amaranth and their activation on soil mineral potassium. Chinese Journal of Applied Ecology, 2006, 17(3): 368-372.

[17]Hang P N, Qing D Z, Long H Y,etal. Effects of green manure-tobacco-paddy rice crop rotation to leaf tobacco yield quality and latter-stubble late rice yield. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2010, 26(1): 103-108.

[18]Shi Y, Ji Y, Jiang P C,etal. Studies on effects of green manure on quality of flue-cured tobacco transplanted in summer. China Tobacco Science, 2002, 23(3): 5-7.

[19]Li L, Yang S C. Dynamic of nitrogen, phosphorus and potassium uptake by intercropped species in the spring wheat/soybean intercropping. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 1999, 5(2): 163-171.

[20]Li T X, Ma G R. Effect of grain amaranth and tobacco intercropping on quality and mineral nutritional composition of tobacco leaf. Journal of Soil and Water Conservation, 2004, 18(1): 138-140, 143.

[21]Liu C X. The development of green manure of orchard soil management and fertilization (4). Northern Fruits, 2005, (5): 45-47.

[22]Cao W D, Huang H X. Ideas on restoration and development of green manures in China. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2009, (4): 1-3.

[23]Martirosyan D M, Miroshnichenko L A, Kulakova S N,etal.Amaranth oil application for coronary heart disease and hypertension. Lipids in Health and Disease, 2007, 6: 1

[24]Lu Y Q, Huang D L, Hou S P. Hay production ofOnbrychiviciaefoliaandMedicagosativaand analysis of their nutrient dynamics. Pratacultural Science, 1989, 6(4): 57-62.

[25]Montoya-Rodriguez A, Milan-Carrillo J, Dia V P,etal. Pepsin-pancreatin protein hydrolysates from extruded amaranth inhibit markers of atherosclerosis in LPS-induced THP-1 macrophages-like human cells by reducing expression of proteins in LOX-1 signaling pathway. Proteome Science, 2014, 12: 30.

[26]Lei B, Wang C Q， Wu R J,etal. Effect of rich-potassium green manure amaranthus on dry matter accumulation, yield and quality of flue-cured tobacco. Journal of China Tobacco, 2011, (5): 69-73.

[27]Zhang J J, Dou S, Jiang Y,etal. Dynamic changes of organic carbon contents in soil during period of decomposition of corn stalks . Journal of Jilin Agricultural University, 2000, 22(3): 67-72.

[28]Gao X L, Wang P K. Characteristic Coarse Grain Industry Technical and Grains Booklet[M]. Shanxi: Northwest Agriculture and Forestry University of Science and Technology Press, 2009.

[29]Deng F C. Eucalyptus young forest intercropping American grain amaranth suitability analysis in Guang-xi. Guangxi Tropical Agricultural Science, 2004, (4): 1-2.

[30]Kalbitz K, Solinger S, Park J H,etal. Controls on the dynamics of dissolved organic matter in soils: a review. Soil Science, 2000, 165(4): 277-304.

[31]Hu X S, Tang S M, Cao W D,etal. Effects of plantation and utilization of green manures during the summer fallow season on soil dissolved organic carbon and nitrogen， and inorganic nitrogen in greenhouse. Soil and Fertilizer Sciences, 2015, (3): 21-28.

[32]Zhou J M, Chen H L, Tang D M,etal. Dynamic changes of dissolved organic matter in the soils amended with rice straw. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2008, 14(4): 678-684.

[33]Bremer E, Kuikman P. Microbial utilization of14C[U] glucose in soil is affected by the amount and timing of glucose additions. Soil Biology and Biochemistry, 1993, 26(4): 511-517.

[34]Marschner H. Mineral Nutrition of Higher Plants[M]. Australia: Elsevier, 2011.

[35]Liu H X. Soil and Fertilizer[M]. Hefei: Anhui Science and Technology Press, 1987.

[36]Ju X T, Liu X J, Zhang F S. Dynamics of various nitrogen forms in soil and nitrogen utilization under application urea and different organic materials. Journal of China Agricultural University, 2002, 7(3): 52-56.

[37]Zhao Y Y, Cai L Q, Wang J,etal. Effects of different conservation tillage on amount and distribution of soil ammonifying bacteria, nitrobacteria and nitrogen-fixing bacteria. Acta Prataculturae Sinica, 2009, 18(4): 125-130.

[38]Pan F X, Lu J W, Liu W,etal. Study on characteristics of decomposing and nutrients releasing of three kinds of green manure crops. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2011, 17(1): 216-223.

[39]Li Z, Liu G S, Jing H X,etal. Effects of green manure application on the microbial biomass C and N contents and of the enzyme activity of tobacco-planting soil. Acta Prataculturae Sinica, 2011, 20(3): 225-232.

[40]Wang Y, Liu G S. Nutrient release from green manures and its effect on quality of tobacco leaves. Acta Pedologica Sinica, 2006, 43(2): 273-279.

[41]Chang S, Yan H F, Yang J T,etal. The comparison of growth dynamic and decomposing characteristics of two kinds of winter green manure. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2015, (1): 101-105.

[42]Zhou X F, Zhang Y C, Li Q Y,etal. Potassium status in barnyard manure, crop residue and green manure and their capability of supplying potassium to soil and crop. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 1999, 14(4): 83-87.

[43]Xin G R, Yang Z Y. “Italian ryegrass-rice” rotation system Ⅶ Decomposition of ryegrass residue and the accompanying nutrient release in paddy fields. Acta Prataculturae Sinica, 2004, 13(3): 80-84.

[44]Wang J Y, Cao W D, Guo Y L,etal. Potassium rich green manure research of grain amaranth. Soils and Fertilizers, 1999, (4): 36-39.

[45]Liu Y Y, Li T X, Yu H Y,etal. Effect of interaction between manure and inorganic fertilizers on soil potassium efficiency in greenhouse soil. Chinese Journal of Soil Science, 2009, 40(5): 1139-1146.

[46]Fan W J, Jie X L, Li Y T. Studies on dynamics of potassium in soil in wheat-maize rotated Chao soil region II. Effects of potash application on crop yield and dynamics of potassium in soil. Journal of Huazhong Agricultural University, 1999, 18(5): 427-430.

[47]Zhou X F, Zhang Y C, Li Q Y. The K supplying capability and characteristics of organic fertilizer to soil. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2003, 11(2): 67-69.

[48]Tan D S, Jin J Y, Huang S W,etal. Effect of long-term application of K fertilizer and wheat straw to soil on potassium fixation capacity of selected soils from northern China. Scientia Agricultura Sinica, 2010, 43(10): 2072-2079.

[49]Zhang S M, Yan H, Zhou J M. Potash, wheat straw and horse dung in the role of soil potassium balance. Xie J C. The North of Potassium in the Soil Fertility and Its Management[M]. Beijing: China’s Agricultural Science and Technology Press, 1995: 351-356.

[50]Li J, Lu J, Li X,etal. Dynamics of potassium release and adsorption on rice straw residue. PloS One, 2014, 9(2): e90440.

[51]Liu Z K, Wang S P， Han J G,etal. Decomposition and nutrients dynamics of plant litter and roots in Inner Mongolia steppe. Acta Prataculturae Sinica, 2005, 14(1): 24-30.

[52]Wang W S, Wang W M, Zhang J Q,etal. Crop residue decomposition of farmland soil in Beijing. China Journal Soil Science, 1989, (3): 113-115, 122.

[53]Saetre P, Stark J M. Microbial dynamics and carbon and nitrogen cycling following re-wetting of soils beneath two semi-arid plant species. Oecologia, 2005, 142(2): 247-260.

[54]Marumoto T, Kaia H, Yoshidaa T,etal. Relationship between an accumulation of soil organic matter becoming decomposable due to drying of soil and microbial cell. Soil Science and Plant Nutrition, 1977, 1: 1-8.

[55]Pizzeghello D, Zanella A, Carletti P,etal. Chemical and biological characterization of dissolved organic matter from silver fir and beech forest soils. Chemosphere, 2006, 65(2): 190-200.

[56]Potthoff M, Dyckmans J, Flessaa H,etal. Dynamics of maize (ZeamaysL.) leaf straw mineralization as affected by the presence of soil and the availability of nitrogen. Soil Biology & Biochemistry, 2005, 37(7): 1259-1266.

[57]Mueller T, Jensen L S, Nielsent N E. Turnover of carbon and nitrogen in a sandy loam soil following incorporation of chopped maize plants, barley straw and blue grass in the field. Soil Biology & Biochemistry, 1998, 30(5): 561-571.

参考文献：

[1]高菊生, 徐明岗, 董春华, 等. 长期稻-稻-绿肥轮作对水稻产量及土壤肥力的影响. 作物学报, 2013, 34(2): 343-349.

[7]Mclaren A D. 土壤生物化学[M]. 闺九康, 译. 北京: 农业出版社, 1984.

[8]把余玲, 田霄鸿, 万丹, 等. 玉米植株不同部位还田土壤活性碳、氮的动态变化. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(5): 1166-1173.

[9]李子双, 廉晓娟, 王薇, 等. 我国绿肥的研究进展. 草业科学, 2013, 30(7): 1135-1140.

[10]孙艳茹, 石屹, 陈国军, 等. PEG模拟干旱胁迫下8种绿肥作物萌发特性与抗旱性评价. 草业学报, 2015, 24(3): 89-98.

[11]徐静, 张锡洲, 李廷轩, 等. 野生大麦对土壤磷吸收及其酸性磷酸酶活性的基因型差异. 草业学报, 2015, 24(1): 88-98.

[12]梁郭富. 大力发展高钾绿肥籽粒苋缓解我省钾源短缺问题的新途径. 土壤农化通报, 1995, (10): 29-32.

[13]孙颖. 绿肥对土壤生物学特征的影响[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2011.

[15]李廷轩, 马国瑞, 王昌全, 等. 籽粒苋根际土壤及根系分泌物对矿物态钾的活化作用. 土壤通报, 2003, 34(1): 48-51.

[16]李廷轩, 马国瑞, 张锡洲. 富钾基因型籽粒苋主要根系分泌物及其对土壤矿物态钾的活化作用. 应用生态学报, 2006, 17(3): 368-372.

[17]黄平娜, 秦道珠, 龙怀玉, 等. 绿肥-烟-稻轮作与烟叶产量品质及后茬晚稻产量效应. 中国农学通报, 2010, 26(1): 103-108.

[18]石屹, 计玉, 姜鹏超, 等. 富钾绿肥籽粒苋对夏烟烟叶品质的影响研究. 中国烟草科学, 2002, 23(3): 5-7.

[19]李隆, 杨思存. 春小麦大豆间作条件下作物养分吸收积累动态的研究. 植物营养与肥料学报, 1999, 5(2): 163-171.

[20]李廷轩, 马国瑞. 籽粒苋—烟草间作对烟叶部分矿质元素含量及品质的影响. 水土保持学报, 2004, 18(1): 138-140, 143.

[21]刘成先. 果园土壤管理与施肥(四)发展绿肥. 北方果树, 2005, (5): 45-47.

[22]曹卫东, 黄鸿翔. 关于我国恢复和发展绿肥若干问题的思考. 中国土壤与肥料, 2009, (4): 1-3.

[24]陆伊奇, 晃德林, 侯淑萍. 美国籽粒苋引种及饲喂奶牛试验初报. 草业科学, 1989, 6(4): 57-62.

[26]雷波, 王昌全, 伍仁军, 等. 富钾绿肥籽粒苋对烤烟干物质积累和产量、质量的影响. 中国烟草学报, 2011, (5): 69-73.

[27]张晋京, 窦森, 江源, 等. 玉米秸秆分解期间土壤中有机碳数量的动态变化研究. 吉林农业大学学报, 2000, 22(3): 67-72.

[28]高小丽, 王鹏科. 特色杂粮产业技术问答谷类分册[M]. 陕西: 西北农林科技大学出版社, 2009.

[29]邓福春. 广西桉树幼林间作美国籽粒苋适宜性分析. 广西热带农业, 2004, (4): 1-2.

[31]胡晓珊, 唐树梅, 曹卫东, 等. 温室夏闲季种植翻压绿肥对土壤可溶性有机碳氮及无机氮的影响. 中国土壤与肥料, 2015, (3): 21-28.

[32]周江敏, 陈华林, 唐东民, 等. 秸秆施用后土壤溶解性有机质的动态变化. 植物营养与肥料学报, 2008, 14(4): 678-684.

[35]刘怀旭. 土壤肥料[M]. 合肥: 安徽科学技术出版社, 1987.

[36]巨晓棠, 刘学军, 张福锁. 尿素配施有机物料时土壤不同氮素形态的动态及利用. 中国农业大学学报, 2002, 7(3): 52-56.

[37]赵有翼, 蔡立群, 王静, 等. 不同保护性耕作措施对三种土壤微生物氮素类群数量及其分布的影响. 草业学报, 2009, 18(4): 125-130.

[38]潘福霞, 鲁剑巍, 刘威, 等. 三种不同绿肥的腐解和养分释放特征研究. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(1): 216-223.

[39]李正, 刘国顺, 敬海霞, 等. 翻压绿肥对植烟土壤微生物量及酶活性的影响. 草业学报, 2011, 20(3): 225-232.

[40]王岩, 刘国顺. 绿肥中养分释放规律及对烟叶品质的影响. 土壤学报, 2006, 43(2): 273-279.

[41]常帅, 闫慧峰, 杨举田, 等. 两种禾本科冬绿肥生长规律及腐解特征比较. 中国土壤与肥料, 2015, (1): 101-105.

[42]周晓芬, 张彦才, 李巧云, 等. 厩肥、秸秆和绿肥的含钾状况及其对土壤和作物钾素的供应能力. 华北农学报, 1999, 14(4): 83-87.

[43]辛国荣, 杨中艺. “黑麦草—水稻”草田轮作系统研究Ⅶ:黑麦草残留物的田间分解及营养元素的释放动态. 草业学报, 2004, 13(3): 80-84.

[44]王隽英, 曹卫东, 郭永兰, 等. 富钾绿肥籽粒苋的研究. 土壤肥料, 1999, (4): 36-39.

[45]刘媛媛, 李廷轩, 余海英, 等. 有机无机肥交互作用对设施土壤钾素变化的影响. 土壤通报, 2009, 40(5): 1139-1146.

[46]范闻捷, 介晓磊, 李有田. 潮土区小麦玉米轮作周期内土壤钾素的动态研究Ⅱ.施钾对作物产量及土壤钾素动态的影响. 华中农业大学学报, 1999, 18(5): 427-430.

[47]周晓芬, 张彦才, 李巧云. 有机肥料对土壤钾素供应能力及其特点研究. 中国生态农业学报, 2003, 11(2): 67-69.

[48]谭德水, 金继运, 黄绍文, 等. 长期施钾及小麦秸秆还田对北方典型土壤固钾能力的影响. 中国农业科学, 2010, 43(10): 2072-2079.

[49]张漱茗, 阎华, 周景明. 钾肥、麦秸、马粪在土壤钾素平衡中的作用. 见: 谢建昌. 北方土壤钾素肥力及其管理[M]. 北京: 中国农业科技出版社, 1995: 351-356.

[51]刘忠宽, 汪诗平, 韩建国, 等. 内蒙古温带典型草原植物凋落物和根系的分解及养分动态的研究. 草业学报, 2005, 14(1): 24-30.

[52]王文山, 王维敏, 张镜清, 等. 农作物残体在北京农田土壤中的分解. 土壤通报, 1989, (3): 113-115, 122.

Green manure returning effect ofAmaranthushypochondriacusharvested at different times on soil fertility

CHEN Guo-Jun1,2, YAN Hui-Feng1, WU Kai1,2, YANG Ju-Tian3, TIAN Lei3, TAN Xiao-Lei3, ZONG Hao3, CHEN Xiu-Zhai3, ZHANG Yong-Chun3, SUN Yan-Guo1, LIU Hai-Wei1, SHI Yi1*

1.InstituteofTobaccoResearchofCAAS,KeyLaboratoryofTobaccoBiologyandProcessing,MinistryofAgriculture,Qingdao266101,China; 2.GraduateSchoolofChineseAcademyofAgriculturalScience,Beijing100081,China; 3.LinyiTobaccoCorporation,Linyi276003,China

Abstract:In order to study the returning effect of Amaranthus hypochondriacus on soil fertility, an incubation experiment was carried out to simulate the returning of A. hypochondriacus as green manure to the field. The dynamic change in concentrations of DOC (soil dissolved organic carbon), Nmin (mineral nitrogen), available potassium and slowly released potassium was measured in the soil with plants harvested on 45, 55 and 65 d after growth. During the first 14 d of incubation, the concentrations of soil DOC, Nmin, available potassium and slowly released potassium increased significantly compared to the control. Apparent nitrogen release rate in A. hypochondriacus was more than 19.5%, and for potassium, it was above 63.4%. During 14-56 d of incubation, soil Nmin, available potassium, slowly released potassium concentrations showed the order as sample harvested on 45 d after growth>55 d>65 d>Control, but there were no differences in soil NH4+-N and DOC concentration between the treatments and control (for NH4+-N, sample harvested on 45 d as an exception). After 56 d of incubation, Nmin concentration in the soil was 3.4 times of that under Control, available potassium concentration was at least 3.1 times and slowly released potassium concentration was at least 1.1 times under all treatments with A. hypochondriacus. In addition, the treatments using A. hypochondriacus harvested on 45 d resulted in lower apparent release rates of nitrogen and potassium than the other two treatments using A. hypochondriacus during the incubation. Conclusively, returning A. hypochondriacus to soils obviously improved soil available nutrients, and the plants harvested on 45 d showed better effect on soil fertility.

Key words:Amaranthus hypochondriacus; green manure returning; decomposition; soil fertility; different harvesting period

*通信作者

Corresponding author. E-mail: shiyi@caas.cn

作者简介：陈国军(1989-)，男，山东菏泽人，硕士。E-mail:chenguojun012@163.com

基金项目：公益性行业(农业)科研专项(201203091)资助。

收稿日期：2015-09-07；改回日期：2015-11-03

DOI：10.11686/cyxb2015415

http://cyxb.lzu.edu.cn

陈国军，闫慧峰，吴凯，杨举田，田雷，谭效磊，宗浩，陈秀斋，张永春，孙延国，刘海伟，石屹. 不同收获期的籽粒苋绿肥还田对土壤养分的影响.草业学报, 2016, 25(3): 215-224.

CHEN Guo-Jun, YAN Hui-Feng, WU Kai, YANG Ju-Tian, TIAN Lei, TAN Xiao-Lei, ZONG Hao, CHEN Xiu-Zhai, ZHANG Yong-Chun, SUN Yan-Guo, LIU Hai-Wei, SHI Yi. Green manure returning effect ofAmaranthushypochondriacusharvested at different times on soil fertility. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(3): 215-224.