绿肥还田腐解特征及培肥地力研究进展

李忠义+张静静+蒙炎成+唐红琴+韦彩会+俞月凤+何铁光

摘要： 绿肥作为一种生物肥源，有改土培肥、提高农产品品质的作用。介绍了我国主要省份的绿肥种质资源，着重阐述绿肥作物翻压后的腐解和养分释放特征，及其还田后对土壤地力和后茬作物的影响，以期为绿肥资源的合理利用和农田养分科学管理提供参考依据。

关键词： 绿肥；腐解特征；养分释放；培肥地力；生态环境；农业可持续发展

中图分类号： S55；S142 文献标志码： A

文章編号：1002-1302（2017）22-0014-04

绿肥是我国传统农业的精华，作为一种生物肥源，有改土培肥、提高农产品品质的作用。在20世纪70年代，全国绿肥播种面积达1.3×107 hm2，但随着化肥的推广应用，自20世纪80年代绿肥种植面积迅速滑坡[1]。近年来，随着土壤环境的恶化，人们对绿色农产品的需求不断增加[2]，农业部制定了土壤有机质提升和化肥减量使用的方案。现代农业呼唤传统农业的精彩回归，因地制宜地种植绿肥，对保障农产品安全、保护农田生态环境、促进农业可持续发展有着重要意义。 本文总结[LL]我国主要省份的绿肥种质资源， 阐述绿肥作物翻压后的腐解和养分释放特征，及其还田后对土壤地力和后茬作物的影响，以期为绿肥资源的合理利用和农田养分科学管理提供参考依据。

1 我国绿肥种质资源

我国幅员辽阔，地域差异性强，不同区域绿肥品种存在很大差异，主要有豆科、禾本科、十字花科、菊科等，不同省份的主要绿肥作物如表1所示。

2 绿肥作物还田腐解特征

2.1 不同绿肥作物还田腐解特征

不同绿肥作物翻压还田后，受土壤环境、气候条件影响[19]，腐解快慢不一，但其腐解过程一般包括快速腐解期和缓慢腐解期。潘福霞等研究了旱地条件下箭舌豌豆、苕子、山黧豆等3种豆科绿肥的腐解和养分释放特征，结果表明，3种绿肥作物在翻压后15 d内为快速腐解期，平均腐解速率分别为0.34、0.30、0.35 g/d，翻压后15～70 d为缓慢腐解期，平均腐解速率仅为0.023、0.026、0.021 g/d，显著小于前 15 d[20]；李逢雨等将油菜置于稻田行间，研究其腐解特征，结果表明油菜秆在腐解过程中，组织结构的破坏主要发生在腐解的前10 d，次生木质部以上的维管形成层、韧皮纤维、皮层薄壁组织和表皮均受到破坏而脱落[21]。绿肥作物前期腐解快，后期腐解慢，原因可能是在腐解前期秸秆中可溶性有机物及无机养分较多，为微生物提供了大量的碳源和养分，微生物数量增加，活性增强；后期随着腐解的进行，秸秆中可溶性有机物逐渐减少，剩余部分主要为难分解的有机物质，导致微生物活性降低，秸秆的腐解也随之变慢[22-23]。豆科绿肥（大豆、绿豆、长武怀豆、紫云英、紫花苜蓿）[24-26]、十字花科绿肥（二月兰）[27]、禾本科绿肥（黑麦草、高羊茅）[26]、菊科绿肥（菊苣、肿柄菊）[26，28]等在腐解中均呈现类似的规律。不同绿肥作物腐解速率不同，可能与碳氮比有关，一般情况下碳氮比在（25～30） ∶ 1时，最有利于微生物活动[29]，有助于有机物的分解。Pereirai等研究菽麻、刀豆、木豆、猪屎豆、拉巴豆、黧豆等豆科绿肥还田腐解时指出，菽麻分解最慢，与其高碳氮比有关，而刀豆分解最快，与其低碳氮比有关[30]。

2.2 不同绿肥作物还田养分释放特征

绿肥翻压后，植株氮、磷、钾养分的释放会对后茬作物生长产生影响，明确绿肥作物翻压后养分的释放规律对科学合理利用绿肥作物具有重要意义。从养分的矿化速率来看，一般情况下钾的释放速率最大，其次是磷、碳、氮。主要原因可能是茎秆中钾不以化合态形式存在，而是以K+形态存在于细胞中或植物组织内，很容易被水浸提释放出来，释放速度最快；磷、氮以难分解的有机态为主，物理作用下不容易分解，释放速度较慢；而碳主要以有机态存在，不容易腐解[31]。潘福霞等研究紫云英、箭舌豌豆、苕子、山黧豆、长武怀豆、大豆、绿豆、二月兰、麦秆、油菜秆等还田后，秸秆的养分释放速率由快到慢均为钾>磷>氮[20-21，24，27，32]；吕鹏超等研究覆盖还田方式下大豆、花生的腐解特征。结果表明，大豆、花生秸秆腐解的养分释放率均为钾>磷>碳>氮[33]；邹雨坤等研究不同还田方式下木薯茎秆、香蕉茎秆、小麦茎秆的腐解特征，腐解释放速率由快到慢表现为钾>磷>氮≈碳[34-36]。

2.3 不同还田方式下绿肥腐解特征[34]

绿肥在土壤中的腐解是一个复杂的过程，不同还田方式对绿肥的腐解特征存在一定的影响。土壤微生物喜欢高温潮湿的环境，在土埋还田的条件下，土壤的通气状况良好，土壤温度提升较快，从而有利于土壤微生物的活动和酶活性的提高。而在水淹条件下，氧气被阻隔，一些好氧微生物由于得不到充分的氧气而降低了活性，所以使水淹条件下残体的腐解速度变慢，腐解量相对减少[37]。武际等研究了不同水稻栽培模式和秸秆还田方式下的油菜、小麦秸秆腐解特征，结果表明，在常规栽培模式（水稻常规栽培是指除“烤田期”外，其他生长阶段土壤表层均保持在浅水层状态）下，秸秆覆盖还田腐解率>秸秆土埋腐解率；在节水栽培模式下（水稻节水灌溉栽培是指采用无水层灌溉技术，即在水稻返青后的各个生育阶段，田面不再建立水层），秸秆土埋腐解率>秸秆覆盖[38]；王允青等研究了露天、水泡和土埋3种田间作物秸秆还田方式，结果表明在土埋情况下，小麦和油菜秸秆腐烂速度快于露天和水泡处理，而氮、磷、钾的养分释放速率由快到慢均为水泡>露天>土埋[39]。在绿肥还田中，不同还田量及还田深度对其腐解特征也有一定的影响。胡宏祥等研究发现，油菜全量还田的秸秆腐解速率<2/3还田量油菜秸秆腐解速率<1/2还田量油菜秸秆腐解速率<1/3还田量油菜秸秆腐解速率[40]；在种植水稻条件下，油菜秸秆还田速度为表层还田>20 cm深度还田>10 cm深度还田，其原因可能是在夏季，水田表层不仅温度高，而且表层土壤中微生物比较活跃，油菜秸秆接触表层土壤时，会接触到很多活性微生物，分解速度较快；在10 cm深度土层水热组合一般，微生物活动较弱；在深度为20 cm土层，由于水稻根系泌氧作用、根部通气作用和微生物活性都较强[41-42]，有助于微生物的活动。endprint

2.4 腐熟剂对绿肥还田腐熟程度的影响

不经过腐熟的绿肥直接还田，腐熟程度缓慢。秸秆腐熟剂富含高效微生物菌，可促进秸秆快速腐解[43-44]，但在不同还田方式下，效果不一。柳玲玲等在土埋还田方式下研究了8种腐熟剂对油菜秸秆腐熟程度，结果表明，8种腐熟剂对油菜秸秆的腐熟均有不同程度的促进作用[45]。王允青等研究表明，在露天和土埋还田方式下，添加腐熟剂处理小麦秆、油菜稈腐解速度比不添加腐熟剂快，而在水泡环境中添加腐熟剂提高秸秆腐解速度的效果不明显[39]；李逢雨等研究表明，在水泡环境下添加腐熟剂并未加速小麦秆、油菜秆的腐解速率，可能是由于所用腐熟剂属于好氧型微生物制剂，在淹水厌氧条件下微生物不能起到促腐作用[21]。

腐熟剂不仅可以影响绿肥的腐熟，同时也可以改善土壤的营养结构。黄秋玉等研究发现，与不施腐熟剂相比，添加腐熟剂后，土壤的有机质含量、碱解氮含量、速效钾含量、阳离子交换含量（cation exchange capacity，简称CEC），均有所提高[46]；王代平等将油菜和小麦秸秆添加腐熟剂还田后发现，土壤养分都有不同程度的增加，且土壤的孔隙度增加、容重降低[47]；吴迎奔等将稻草添加有机物料腐熟剂还田后发现，施加腐熟剂的处理组与未施加处理组相比，土壤全钾含量略有降低，但有机质、全氮、全磷的含量均有所增加，改善了土壤的理化性状[48]。

3 绿肥还田对土壤地力及后茬作物的影响

3.1 绿肥还田对土壤地力的影响

绿肥还田可改善土壤物理性质[49-51]，增加土壤有机质含量[52-53]、保持水土[54-55]、增加土壤氮素[56-58]，活化和富集土壤磷[59-61]、钾[62-63]，增加土壤微生物数量，改善土壤微生物群落结构的功能多样性[64-66]。此外，绿肥在增加土壤有机碳库，改善小区域内生态环境有着积极作用。兰延等研究发现，绿肥轮作尤其是紫云英—稻—稻—油菜/花生—稻能提高土壤有机碳质量分数和土壤碳库管理指数[67]；Sharma等研究发现，玉米—小麦轮作田菁、豇豆、绿豆等豆科绿肥能显著提高土壤有机碳量[68]；刘立生等通过30年长期定位试验结果表明，稻—稻—油菜、稻—稻—紫云英、稻—稻—黑麦草模式与稻—稻—冬闲处理相比，稻田土壤总有机碳含量在不同颗粒中平均分布比例均明显提高，且长期种植绿肥土壤总有机碳含量、粗黏粒有机碳含量、细黏粒有机碳含量与时间（年）呈极显著线性正相关[69]；王莉等通过28年的田间定位试验指出，在常量绿肥还田下稻田系统的耐瘠能力显著高于长期单施化肥处理[70]；彭晚霞等研究发现，与清耕茶园相比，白三叶间作和铺草覆盖加强了茶园生态系统的自我调控能力，产量分别增加 33.99%、26.19%[71]。

3.2 绿肥还田对后茬作物的影响

绿肥在后茬作物种植前翻压，使其腐解释放养分供主作物生长利用，从而减少化肥施用量，达到农业生产节本增效的目的[27]。但过多或单一应用绿肥会影响后茬农作物产量[72-73]，而最佳的化肥替代率根据作物种类、土壤类型和土壤肥力而定[74]。Xie等研究表明，在双季稻区施加氮肥（80%）+紫云英（20%）和氮肥（60%）+紫云英（40%）的情况下，土壤肥力和早晚稻产量高于单施氮肥的处理[75]；张久东等研究表明，增施绿肥（毛叶苕子和箭舌豌豆）7 500 kg/hm2 可降低施用无机氮肥67.5 kg/hm2左右，能提升土壤肥力、增加小麦产量[76]；杨璐等研究表明，翻压绿肥（二月兰）后，化肥减量15%的处理使春玉米平均每株籽粒产量增加29.0 g、地上部吸氮量增加0.65 g，显著高于单施化肥处理[77]。此外，绿肥对提高后茬作物的产量和品质效果明显[78]。万水霞等研究绿肥—水稻轮作生产体系，结果表明施用紫云英绿肥能显著提高水稻产量[79-80]；李燕青等研究发现，翻压绿肥处理的棉花花铃期叶片叶绿素含量值（soil and plant analyzer development，简称SPAD）较不翻压绿肥显著提高，籽棉产量增加近30%[81]；刘国等连续5年进行了烤烟—绿肥轮作还田试验，结果表明，长期绿肥还田能显著提高烤后烟叶含钾量，烟叶外观质量较好，评吸得分较高[82]。

4 展望

2016年中央一号文件明确指出，加强农业资源保护和高效利用，加快农业环境突出问题治理，加强农业生态保护和修复，推动农业绿色发展。2015年农业部提出了到2020年实现“一控两减三基本”的目标，也制定了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》。而种植、利用绿肥作物，恰好是一项保护农田生态环境和化肥减量施用的技术措施，因此恢复和发展绿肥产业在现代农业中越来越被放在更加重要和突出的位置。

自20世纪80年代以来，随着化肥投入的增加、耕地复种指数的提高客观上制约了绿肥的发展空间。此外，国家政策性投入和引导不足，绿肥种植利用处于自发状态。种源缺乏、品种退化、产量下降、劳动力欠缺也制约着绿肥产业的发展。在现今政策的指引下，有阶段、分步骤地恢复和发展绿肥产业对农业可持续发展具有重要意义。

各级政府部门应制定专项扶持方案、设立扶持资金，从绿肥生产、管理及综合利用方面予以扶持，做好宣传工作，扭转重化肥的施肥观念；科研部门加强绿肥品种的收集、选育与留种，搞好良种繁育和提纯复壮，完善绿肥种子生产产业化体系，同时系统地开展绿肥作物的有机肥品质评价，研究其在不同还田方式下的腐解动态，建立绿肥相应的效应模型，确定合理的还田方式，从而为绿肥资源的合理利用提供技术参考；在推广应用上，搞好示范基地，建立示范样板，提倡绿肥—作物轮作、绿肥+作物间套作、粮肥、菜肥、饲肥兼用、果茶园绿肥等一肥多能，综合利用新路子，探索绿肥种植的最优模式，着力提高绿肥生产的经济、社会和生态效益。

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