山东省冬闲农田种植冬牧70 压青后腐解及养分动态

李帅，王艳，贾龙，崔德杰，柳新伟

青岛农业大学资源与环境学院，山东 青岛 266109

绿肥具有改良土壤的作用，但20 世纪80 年代以来，化肥用量剧增，而忽视有机肥特别是绿肥的作用，土壤中有机质含量减少（李子双等，2013）。近年来，随着土壤环境的不断恶化，绿肥翻压还田又逐渐为人们所重视（Zhang et al.，2016）。

已有研究表明，绿肥具有显著的土壤培肥、改善土壤物理性质、增加土壤生物活性的作用（刘思超等，2018；官会林等，2010；Sharifi et al.，2014）。冬闲农田种植绿肥，可以降低生产成本，提高作物品质（曾彩霞等，2018）。冬种绿肥还田后,有利于土壤养分的循环与转化，改善水稻生长环境和提高作物的养分吸收（黄晶等，2016）。山东省换茬冬闲农田种植二月兰、毛苕子等绿肥作物（牟小翎等，2015），这些研究聚焦于有机物料在土壤中的腐解研究，然而大区域下系统研究分解及养分动态、绿肥还田后养分矿化速率和释放特征的研究相对较少。

针对山东省162×104hm2冬闲农田面积，占总耕地面积的21%。但有关不同换茬冬闲田种植翻后分解研究较少，如何对这些冬闲农田充分利用，获得更好的经济、生态效益是农业绿色发展的重要一环，而绿肥种植则不失为一种有效手段。

本试验利用在冬季到春季农田冬闲期，分别在胶州（马铃薯地）、平度（花生地）、利津（棉花地）不同土壤类型条件下种植冬牧70（禾本科黑麦属冬黑麦一个亚种，是一年生或越年生草本植物，具有抗寒、抗病、品质好、耐盐性强等特点），并进行原位腐解，测定其腐解及养分动态，以期了解其分解动态及养分释放规律，为下茬作物养分管理提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验供试绿肥品种为冬牧70，分别于2017年10 月18 日、10 月19 日、10 月25 日在青岛胶州、青岛平度、东营利津播种，播种量为 225 kg·hm-2，不施肥，前茬作物皆为玉米，后茬分别种植马铃薯、花生、棉花。分别于2018 年4 月17 日、4 月29 日、4 月30 日取样并翻压还田，机械还田深度为10—20 cm，将地上部植株带回实验室内洗净，用滤纸吸干后剪成10 cm 小段，装入网袋中，每袋100 g 左右，记为m0，将尼龙袋埋在绿肥翻耕后的田里，埋深10 cm，每个处理放40 袋。分别在0、20、40、60、80、100、120 d 后取样，每次4袋，样品取回后用蒸馏水冲洗干净，烘干称其质量，记为mt，研磨过筛，测全氮、全磷、全钾及有机碳含量。试验地土壤基础指标见表1。

1.2 试验计算

腐解剩余率(Decomposition residual rate)=t 天时网袋内干物质量mt/初始网袋内干物质量m0×100%

养分累计释放率(Nutrient cumulative release rate)=(初始植株养分总量-t 天时的植株养分总量)/初始植株养分总量×100%

1.3 数据处理

数据处理采用Excel 软件作图，并进行标准差分析。

利用Origin 对结果进行指数曲线拟合，采用Ol-son 指数衰减模型（Olson，1963）：

其中，m0为初始网袋内干物质量，t 为翻压还田时间，m 为t 时刻的残留量，k 为分解常数。

1.4 测定方法

全氮含量：凯氏定氮法（KDN103F凯氏定氮仪）；

全磷含量：钒钼黄比色法（分光光度计）；

全钾含量：火焰光度计法（火焰光度计）；

有机碳含量：重铬酸钾容量法-外加热法（油浴锅）（鲍士旦，2000）；

2 结果与分析

2.1 绿肥还田后的腐解特征

图1 和表2 是不同地区绿肥腐解剩余率动态及拟合方程，腐解剩余率随腐解时间而逐渐减少，总体上呈现出前期腐解快，后期腐解慢的特点：前30 d，腐解较快，胶州、平度，东营3 个处理腐解剩余率分别为55.76%、56.33%、52.26%，平均每天约腐解1.47%、1.45%、1.59%；30 后腐解缓慢，到110 d 时，绿肥腐解剩余率分别为21.33%、20.58%、18.09%，平均每天约腐解0.71%、0.72%、0.74%，腐解速率明显小于前30 d。

图1 绿肥还田后的腐解特征 Fig. 1 Decomposition characteristics of green manure after returning to field

表2 不同地区腐解剩余率回归方程 Table 2 Regression equations for residual rate of decomposition in different regions

2.2 绿肥还田后氮释放特征

图2 是不同地区绿肥还田后氮累计释放率动态，随着腐解时间延长，氮累计释放率均呈逐渐增加趋势，其中绿肥还田30 d，氮释放最快，胶州、平度、东营氮累计释放率分别达到58.65%、54.55%、59.97%，之后释放缓慢，到110 d 均达到90.11%、73.61%、81.99%。其中，胶州地区绿肥腐解过程中氮累计释放率最高，其次是东营地区，平度地区氮释放率最少。

2.3 绿肥还田后磷释放特征

图2 绿肥还田后氮释放特征 Fig. 2 Characteristics of nitrogen release after green manure return to field

图3 绿肥还田后磷释放特征 Fig. 3 Characteristics of phosphorus release from green manure after returning to field

图4 绿肥还田后钾释放特征 Fig. 4 Characteristics of potassium release after green manure returning to field

图3 是不同地区绿肥还田后磷累计释放率动态，随着腐解时间的延长，磷的累计释放率均呈逐渐增加趋势。胶州、平度地区绿肥腐解前30 d 左右磷释放最快，氮累计释放率分别达到48.88%和32.95%，之后磷释放较为缓慢，到110 d 磷释放率分别达到85.82%和80.71%；东营地区绿肥腐解前期磷释放率缓慢，30 d 后磷释放迅速增加，到110 d磷释放率达到83.59%。其中，腐解相同的时间，胶州地区的磷素释放率最高。

2.4 绿肥还田后钾释放特征

图4 是不同地区绿肥还田后钾累计释放率动态，随着腐解时间延长，钾的累计释放率均呈逐渐增加趋势。胶州地区绿肥腐解前30 d 钾释放率较高，达到97.72%，钾每天的释放速率约为3.26%，之后钾释放较为稳定，到110 d 钾释放率约为99.56%；平度和东营地区绿肥腐解前20d 钾释放率较高，分别为92.92%、92.30%，钾每天的释放速率分别约为4.65%、4.62%，之后钾释放较为稳定，到110 d 钾释放率约分别为99.78%、99.87%。

2.5 绿肥还田后碳释放特征

图5 绿肥还田后碳释放特征 Fig. 5 Characteristics of carbon release after green manure returning to field

图5是不同地区绿肥还田后碳累计释放率动态，随着腐解时间的延长，碳的累计释放率均呈逐渐增加的趋势。胶州地区碳的释放率在前20 d 最快，达到35.34%，平均释放率为1.77%，在20—30 d 碳的释放率趋于平稳，之后缓慢上升，到110 d碳的释放率约为87.78%；平度地区碳的释放率在前40 d 最快，达到44.17%，平均释放率为1.10%，之后缓慢上升，到110 d 碳的释放率约为81.39%；东营地区碳的释放率在前40 d 最快，达到60.08%，平均释放率为1.50%，之后缓慢上升，到110 d 碳的释放率约为83.00%。

2.6 绿肥还田后碳氮比

由图6 可知，随着腐解时间延长，3 个处理冬牧70 还田后的碳氮比均表现为减少趋势。整个腐解期，胶州冬牧70 碳氮比在25.40—38.12 之间，平度冬牧70 碳氮比在15.99—44.52 之间，东营冬牧70 碳氮比在24.48—47.98 之间。

图6 绿肥还田后碳氮比 Fig. 6 Carbon-nitrogen ratio after green manure is returned to the field

3 讨论

3.1 绿肥还田后腐解速率不同

绿肥作物翻压还田后，受不同土壤环境以及气候条件等的影响，腐解速率不一，但其腐解过程一般包括快速腐解期和缓慢腐解期（Talgre et al.，2014）。本研究结果表明，冬牧70 在还田后表现出前期腐解快、后期腐解慢的规律，前30 d 左右腐解速度较快，养分的释放也比较快，后期干物质腐解速度和养分释放比较缓慢。夏季翻压时，呈先快后慢的特点，冬季翻压则是“慢—快—慢”的“S”形（崔志强等，2014）；绿肥在烟田中的有机物腐解和养分释放量以翻压前两周腐解速率最快，第3—7 周腐解速率中等，7 周以后腐解速率较慢（邓小华等，2015）。虽然与本结果有所差异，但是进一步分析可以看出，外界环境差异较大，另外其绿肥初始C/N比为24，和本文研究的40 左右差异较大。

绿肥前期腐解较快是因为绿肥体内水溶性有机物及无机养分较多，一方面这些物质容易随水分流失，另一方面这些养分易被土壤中微生物利用，有利于土壤中微生物的生长繁殖，大大增加了土壤中微生物的数量，从而加速了绿肥的腐解。到了腐解后期，可溶性的有机物减少，难分解的物质比重升高，绿肥的腐解速率随之减慢（李增强等，2017）。

3.2 绿肥还田后养分累计释放率不同

试验结果表明：不同地区绿肥翻压还田后，各养分的释放速率不同，累计释放率也有较明显的差距。其中，氮、磷、钾、碳的累计释放率分别为73.61%—90.11%、80.71%—85.82%、99.55%—99.87%、81.39 %—87.78%；可以看出累计释放率表现为钾＞氮＞碳＞磷。不同还田方式下木薯、香蕉茎秆的腐解过程中，秸秆养分的释放速率均表现为钾＞磷＞氮≈碳（邹雨坤等，2014）。

出现这种现象的原因可能是植物中的钾主要以K+的形态存在，易被水浸提释放，故钾的释放速率最快而且释放的最彻底；而磷、氮、碳等元素主要以难分解的有机态为主，不易分解，故释放缓慢（吴珊眉等，1986）。

3.3 绿肥还田后碳氮比不同

秸秆中碳氮含量对秸秆的腐解速率有重要影响，初始的碳氮比（C:N）通常可作为预测秸秆降解动态的重要指标。微生物对有机物降解的适宜C:N 为25:1，C:N 过高或过低均会影响微生物对秸秆的分解和秸秆养分的释放（葛选良等，2017）。本试验表明，平度、东营两地分别在还田50、100 d 碳氮比低于25:1，此时还田后，微生物分解秸秆时必须从土壤中获取可利用的碳源，同时释放出氮素。

与成熟作物秸秆相比，压青绿肥碳氮比低，增加土壤氮素所需要时间短。如在小麦秸秆腐解的前45 d 内，各处理小麦秸秆的碳氮比在30 以上，到45 d 后降到30 以下（刘单卿等，2018）；玉米秸秆还田前期（前60 d）会与作物争夺土壤氮素（卢秉林等，2012）。在实际生产中，要在还田前期补充一定的外部氮源，促进腐解。在还田后期，会释放一定氮素供作物生长之需，可以适当减少化学氮肥用量，而且翻压还田对当季作物提供的氮素更多。

4 结论

（1）冬牧70 还田后前期腐解速率快，后期腐解速率慢；三地的腐解速率表现为胶州＞东营＞平度，根据胶州、平度、东营三地腐解剩余率的回归方程可以推算出绿肥腐解动态，三地分别于97、118、102 d 后腐解达到90%，基本不影响农事操作。

（2）养分累计释放率不同：经过110 d 的腐解，胶州、平度、东营三地N 累计释放率分别为90.11%、73.61%、81.99%；P 累计释放率分别为85.82%、80.71%、83.59%；K 累计释放率分别为99.55%、99.78%、99.87%，C 累计释放率分别为87.78%、81.39%、83.00%，各养分的累计释放率表现为钾＞氮＞碳＞磷，钾素累计释放量较大且速度较快。因此，可以了解不同土壤类型绿肥分解速度和养分释放量动态，避免绿肥翻耕后影响下茬农事操作和作物养分需求，这对生产实践具有重要的指导意义。

（3）冬牧70 还田初期碳氮比明显高于25，影响微生物对绿肥的分解和养分的释放，因此，在种植后季作物时可根据其养分需求规律在还田前期补充一定的外部氮源，促进绿肥腐解，适当减少基肥中钾肥的施用量，合理配施磷肥。