高寒地区不同绿肥的腐解特征及其对土壤养分的影响

常春丽 王盼盼 李金秋 贺国强 王晶英

摘要：为明确绿肥对高寒地区土壤的培肥效果，在盆栽培养条件下采用尼龙网袋法，探讨了草木犀、黑麦草、紫花苜蓿和小麦等4种绿肥的腐解特征及其对土壤养分含量的影响。结果表明，4种绿肥在处理30 d内快速腐解，腐解率均达到了50%以上，其中紫花苜蓿的腐解速率高于其他绿肥，30 d后腐解较为缓慢。不同绿肥对土壤养分含量的影响效果不同，并且不同绿肥对土壤养分含量的影响效果随着施用时间的变化不断变化。4种绿肥在施用 270 d 内均能使土壤速效钾和速效磷的含量显著增高，使土壤pH值显著降低，而对土壤有机质和全磷含量无显著影响。除此之外，草木犀和紫花苜蓿还能显著提高土壤碱解氮和全氮含量。因此选用绿肥植物改良黑龙江烟区土壤是可行的，且选用草木犀和紫花苜蓿的培肥效果更好。

关键词：高寒地区;绿肥;土壤养分含量;腐解特征

中图分类号： S142  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）05-0260-03

基金项目：黑龙江省烟草专卖局科技攻关项目（编号：HN201603）。

作者简介：常春丽（1990—），女，河南周口人，硕士研究生，研究方向为绿肥。E-mail：1559255980@qq.com。

通信作者：王晶英，博士，教授，主要从事植物逆境生理、营养生理研究。E-mail：wangjingying801@163.com。

绿肥是一种优质的有机肥，养分含量丰富，能为作物提供各种营养成分，具有培肥土壤、防止水土流失等作用，绿肥还田有利于土壤中有机碳、有机氮的矿化，磷钾营养的释放以及土壤中原有机质的矿化，从而提高土壤微生物及土壤酶类的活性，对培肥土壤、改良低产土壤、防止水土流失、修复荒坡废地、改善生态环境等具有重要意义[1]。黑龙江省位于我国的东北部，是我国纬度最高的省份，属寒温带大陆季风性气候，也是人们所说的高寒地带，全省年平均气温在-5～5 ℃，冬季漫长寒冷、夏季短暂炎热、春秋干燥凉爽[2]。全省无霜期在100～160 d[3]。由于这种独特的气候环境，该省1年只能露天种植1茬农作物，土地闲暇时间较长，利用冬闲时期养地对提高该省农作物产量意义非凡。大量研究表明，绿肥可以显著提高土壤有机质、速效氮、速效磷和速效钾等养分的含量[4-7]，起到了很好的养地效果;不同绿肥对土壤的作用效应也有所不同[8]，如绿肥作物的根和地上部分在腐解过程中能释放磷和钾，不同绿肥的释放进度不同[9] 。为探讨选用绿肥植物改良高寒地区土壤的可行性，并筛选出养分效应最好的绿肥种类，本试验在黑龙江省的代表烟区宁安开展了对黑麦草、草木犀、紫花苜蓿和小麦4种绿肥腐解速率及对土壤养分的影响的研究，以期为高寒地区土壤的健康、可持续利用提供科学参考依据。

1 材料與方法

1.1 试验材料

供试绿肥为草木犀、紫花苜蓿、黑麦草和小麦。4种绿肥均在盛花期取地上部样品切成约4 cm小段后105 ℃杀青，65 ℃ 烘干混匀装入尼龙网袋（网袋规格：20 cm×15 cm，孔径75 μm，200目），每个网袋中加入相应绿肥10 g，封口备用。

试验于2016年在黑龙江省牡丹江市宁安范家乡牡丹江烟草科学研究所试验基地内开展。供试土壤的基本理化性质：有机质含量为23.04 g/kg，pH值为7.215，碱解氮含量为95.57 mg/kg，速效磷含量为2.62 mg/kg，速效钾含量为273.5 mg/kg，全氮含量为1.40 g/kg，全磷含量为65.64 mg/kg。

1.2 试验设计

试验设有5个处理：草木犀，紫花苜蓿，黑麦草，小麦，对照（无绿肥）。在高13 cm、口径16 cm的塑料盆中先加 0.4 kg 土壤，然后将装有绿肥的网袋平铺于土壤上，再铺上0.4 kg土壤 。每盆压入1个网袋，每个处理15盆。每盆加水0.22 kg，将盆置于室内，试验过程中适时加水，保持土壤湿润。于腐解开始后第10、30、50、90、270天取样。采用毁灭性取样法取出尼龙网袋内的绿肥65 ℃烘干并称质量。取尼龙袋下方的土壤作为土样，每次各处理随机取3盆，风干后测定土壤pH值和有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷含量。

1.3 测定方法与数据处理

采用常规分析方法测定土壤pH值和有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷含量[10]。

累积腐解率=（第0天干物质总量-第n天干物质总量）/第0天干物质总量×100%。

试验数据用Excel 2010进行整理，用DPS 7.05进行分析。

2 结果与分析

2.1 绿肥干物质的腐解特征

随着处理时间的延长，不同绿肥的干物质累积腐解率均呈先快后慢的增加趋势，但处理前期（0～30 d）增加较快，草木犀、黑麦草、紫花苜蓿和小麦处理在处理30 d时累积腐解率分别达到64.18%、63.83%、65.57%和54.17%，30 d后累积腐解率增加变缓，处理270 d时各处理干物质的最终腐解率依次为74.18%、70.66%、66.66%和66.26%（图1）。

2.2 不同绿肥处理对土壤有机质含量的影响

整体来看，经过4种绿肥处理后，土壤的有机质含量均有所升高。处理10 d后，草木犀、黑麦草、紫花苜蓿和小麦处理的土壤有机质含量分别较对照高出7.35%、4.86%、3.11%和0.45%;处理30 d后，黑麦草、紫花苜蓿和小麦分别较对照高出3.52%、4.93%和4.25%，草木犀显著高于对照1195%;处理50 d后，黑麦草和紫花苜蓿较对照高出0.23%和1.56%，草木犀和小麦较对照降低13.51%和0.92%;处理90 d后，黑麦草、紫花苜蓿和小麦分别较对照高出3.89%、099%和2.00%，草木犀较对照降低8.17%;处理270 d后，草木犀、黑麦草、紫花苜蓿和小麦分别较对照高出1.85%、334%、0.74%和2.87%（图2）。

2.3 不同绿肥处理对土壤pH值的影响

由图3可知，4种绿肥处理均使土壤的pH值显著降低。处理10 d后，黑麦草和小麦处理的土壤pH值分别低于对照1.27%和1.93%，紫花苜蓿显著低于对照2.28%，草木犀高于对照0.31%;处理30 d后，草木犀、黑麦草、紫花苜蓿和小麦分别显著低于对照7.03%、4.23%、7.71%和4.11%;处理50 d后，紫花苜蓿和小麦低于对照2.63%和2.30%，草木犀和黑麦草较对照显著降低5.95%和4.74%;处理90 d后，黑麦草和小麦较对照高出1.50%、0.40%，草木犀、紫花苜蓿分别较对照显著降低2.65%和4.20%;处理270 d后，草木犀、黑麦草、紫花苜蓿和小麦分别较对照显著性降低2.72%、325%、3.46%和3.48%。

2.4 不同绿肥处理对土壤碱解氮含量的影响

4种绿肥提高了土壤碱解氮的含量。处理10 d后，草木犀、黑麦草和小麦处理的土壤碱解氮含量分别高于对照497%、30.24%和9.71%，紫花苜蓿显著高于对照52.10%;处理30 d后，草木犀、紫花苜蓿分别显著高于对照59.73%、35.38%，黑麦草和小麦高于对照11.49%和17.86%;处理 50 d 后，草木犀显著高于对照26.04%，黑麦草、紫花苜蓿和小麦分别低于对照2.93%、2.93%和7.20%;处理90 d后，草木犀、黑麦草和小麦分别高于对照2.37%、3.21%和3.72%，紫花苜蓿低于对照6.60%;处理270 d后，黑麦草、小麦分别高于对照22.40%、33.33%，草木犀、紫花苜蓿显著高于对照48.63、40.98%（图4）。

2.5 不同绿肥处理对土壤速效磷含量的影响

4种绿肥提高了土壤速效磷的含量。处理10 d后，草木犀、黑麦草、紫花苜蓿和小麦处理的土壤速效磷含量分别高于对照6.18%、4.23%、15.37%和6.94%;处理30 d后，黑麦草、紫花苜蓿和小麦分别高于对照15.19%、19.28%和1321%，草木犀显著高于对照28.46%;处理50 d后，草木犀、黑麦草、紫花苜蓿和小麦分别较对照降低11.35%、459%、4.31%和6.69%，差异均不显著;处理90 d后，草木犀、紫花苜蓿和小麦分别显著高于对照13.68%、18.52%和19.01%，黑麦草低于对照5.447%;处理270 d后，草木犀、黑麦草、紫花苜蓿和小麦分别显著高于对照22.31%、17.81%、13.77%和24.51%（图5）。

2.6 不同绿肥处理对土壤速效钾含量的影响

4种绿肥均显著提高了土壤速效钾含量。处理10 d后，草木犀、黑麦草、紫花苜蓿和小麦处理的土壤速效钾含量分别显著高于对照60.20%、47.72%、37.10%和41.06%;處理 30 d 后，草木犀、黑麦草、紫花苜蓿和小麦分别显著高于对照63.98%、64.04%、64.63%和49.78%;处理50 d后，草木犀、黑麦草、紫花苜蓿和小麦分别显著高于对照58.70%、6136%、82.18%和69.73%;处理90 d后，草木犀、黑麦草、紫花苜蓿和小麦分别显著高于对照48.75%、61.46%、5673%和53.75%;处理270 d后，草木犀、黑麦草、紫花苜蓿和小麦分别较对照显著性升高53.63%、58.12%、61.32%和62.39%（图6）。

2.7 不同绿肥处理对土壤全氮含量的影响

处理10 d后，草木犀、小麦处理的土壤全氮含量高于对照2.32%、8.44%，黑麦草和紫花苜蓿低于对照5.15%和119%;处理30 d后，草木犀、黑麦草和紫花苜蓿分别低于对照0.31%、3.00%和0.70%，小麦高于对照0.72%;处理50 d后，草木犀、紫花苜蓿分别较对照显著高出5.44%、6.65%，黑麦草和小麦高出对照1.86%、2.38%;处理90 d后，草木犀、紫花苜蓿分别较对照显著高出14.99%、15.01%，小麦高出对照5.21%，黑麦草低于对照1.32%;处理270 d后，草木犀、紫花苜蓿分别较对照显著高出12.83%、13.87%，小麦高出对照3.43%，黑麦草低于对照3.04%（图7）。

2.8 不同绿肥处理对土壤全磷含量的影响

处理10 d后，草木犀、黑麦草处理的土壤全磷含量低于对照0.27%、3.59%，紫花苜蓿和小麦高于对照4.01%和932%;处理30 d后，草木犀、紫花苜蓿和小麦分别低于对照1.21%、3.07%和4.66%，黑麦草高于对照0.86%;处理50 d后，草木犀、黑麦草、紫花苜蓿和小麦分别较对照高出

701%、9.88%、8.67%和8.00%，差异均不显著;处理90 d后，草木犀、黑麦草、紫花苜蓿和小麦分别低于对照2.22%、2.72%、11.24%和8.68%;处理270 d后，草木犀、黑麦草高于对照0.13%、1.45%，紫花苜蓿和小麦分别低于对照765%、2.87%（图8）。

3 讨论与结论

4种绿肥的干物质腐解均呈前期（0～30 d）快后期（30～270 d）慢的变化趋势，这与前人研究结果[11-13]相似。植物有机化合物腐解由易到难的顺序为单糖、淀粉、简单蛋白质>粗蛋白>半纤维素>纤维素>脂肪>木质素[14]。处理初期，易分解有机物质丰富，可为土壤微生物提供大量碳源及养分，故而腐解较快。随着处理时间的延长，易分解有机物逐渐减少，较难分解的有机化合物比例升高，所以后期腐解缓慢。对比4种绿肥的快速腐解阶段，发现草木犀、紫花苜蓿的腐解速率明显高于其他2种绿肥。

土壤酸碱度作为土壤的基本性质，是影响土壤肥力的重要因素之一，它直接影响土壤成分的存在形态、转化和有效性。4种绿肥均显著降低了土壤pH值。白小军等经过研究也得出了绿肥能降低土壤pH值的结论[6，15]。这很大程度上与绿肥在翻压腐熟过程中产生较多的小分子有机酸有关。紫花苜蓿处理对土壤pH值的降低作用最为显著。

4种绿肥处理均能提高土壤有机质含量，其中黑麦草、紫花苜蓿和小麦处理对土壤有机质含量无显著性影响，草木犀在处理30 d时显著高于对照。以上结果与郇恒福等关于施用大戟科绿肥可有效增加土壤有机质含量，有着良好的培肥地力效果，但其效果随种质与施用时间的不同而异的研究结果[16]基本一致。

草木犀、紫花苜蓿处理使土壤碱解氮、全氮含量显著高于对照;黑麦草、小麦处理对土壤碱解氮、全氮的含量无显著性影响。这是因为草木犀和紫花苜蓿同属豆科，豆科植物的根瘤菌能够固氮。以上结果与邓小华等的研究结果[8]相一致。

4种绿肥对土壤全磷含量无显著性影响。4种绿肥处理均能显著提高土壤速效磷的含量。这与徐祥玉等的研究结果[17-18]相一致。绿肥通过根系分泌的酸和根际土壤中的解磷微生物吸附并分解土壤中的难溶性磷，故随处理时间的延长，4种绿肥对土壤速效磷含量的提升效果越来越显著。

4种绿肥均显著提高了土壤速效钾含量。这与徐祥玉等的研究结果[17-18]相一致。分析发现各养分中速效钾的含量增高最为显著，是因为钾在植物体中以离子态存在于细胞或组织中，在处理初期绝大部分的钾很容易被水浸提释放[14]。

4种绿肥在处理30 d内快速腐解，腐解率均达到了50%以上，其中紫花苜蓿的腐解速率高于其他绿肥。4种绿肥均能使土壤速效磷和速效钾的含量显著增高，土壤pH值显著降低，而对土壤有机质和全磷含量无显著影响。除此之外，草木犀和紫花苜蓿还能显著提高土壤碱解氮和全氮含量。因此选用绿肥植物改良黑龙江烟区土壤是可行的，且选用草木犀和紫花苜蓿的培肥效果更好。

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