绿肥毛叶苕子养分积累量及碳释放规律研究

白 璐，蒋福祯，曹卫东，李正鹏，严清彪，韩 梅*

(1.青海大学农林科学院，青海 西宁 810016；2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081)

引言

绿肥作为一种天然的绿色肥料，具有培肥地力，改善土壤的作用。大量研究表明，种植绿肥作物有利于土壤有机质提升、化肥施用量减少，有利于提高耕地质量。青海省地处高海拔地区，气候冷凉，种植作物两季不足，一季有余，且麦收后土壤裸露时间较长。为充分利用光热条件，提高复种指数，提高土壤有机质，保护生态环境。项目组在河湟灌区，开展麦后复种绿肥减施化肥研究。翻压还田的绿肥作物还易受环境及温度等影响，其腐解速率的快慢和养分积累量多少也受影响[1]。研究表明，旱地条件下不同绿肥作物在还田15d内为快速腐解期，15-70d腐解速率逐渐变缓[2]；前期快后期慢为绿肥作物腐解的特征，可能由于前期绿肥作物在开始腐解过程中养分含量充足，土壤中微生物含量较多，后期随着绿肥中养分逐渐减少，导致微生物含量降低，从而腐解速率随之减缓[3]。也有研究表明，随着翻压还田时间的增加，绿肥的干物质量含量降低，从而导致腐解速率的降低[4]，同时可提高翻压后第二年的土壤养分含量。在青海高原地区绿肥腐解及养分释放情况还不太明确。通过本研究，阐明了不同处理下绿肥作物毛叶苕子养分累积、腐解规律及碳养分释放率，对绿肥翻压还田后土壤培肥提供了理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验设在青海省西宁市二十里铺村，海拔为2261m，年平均气温7.5℃，最高气温34.7℃，气候干燥冷凉，年平均降水量为371mm，多集中于夏季，年均蒸发量为1729.8mm。试验区土壤为栗钙土，有机质16.67g/kg、全氮1.11g/kg、全磷2.18g/kg、全钾26.33g/kg、碱解氮98mg/kg、速效钾139mg/kg、有效磷 13.1mg/kg、pH 8.31，灌溉水源为北川渠水。

1.2 试验设计

供试材料为青海早熟小麦品种青春38号，毛叶苕子为土库曼毛苕。试验小区为4×5=20m2，共设8个处理，三次重复，采用随机区组排列。不同化肥—绿肥配方见表1。在每一处理间设置一个隔离小区，隔离区宽为0.5m。按照上述处理设计施肥，100%化肥的用量为N225kg/hm2，P2O5112.5kg/hm2。氮肥分两次施肥，70%基施，30%追施。磷肥于小麦播种前结合翻地一次性底施。毛叶苕子2019年小麦秋收后(8月6日)播种，播种量105kg/hm2，当年10月17日绿肥初花期翻压入土，毛叶苕子鲜草翻压量30000kg/hm2左右。翻压后来年继续播种小麦。

表1 试验处理

1.3 样品采集与测定方法

本试验于2019年10月16日绿肥初花期对毛叶苕子测产后，取毛叶苕子按鲜重130g称量好后，装入300目的尼龙网袋(网袋长为25cm，宽为14cm)中封紧口。在田间开沟，深为20cm，将网袋平铺于沟内，两个网袋之间间隔30cm左右，随后覆土。分别在第7d、14d、21d、28d、35d、42d、49d、56d、63d、70d、77d、84d、91d、98d、105d、112d、119d、12d6、133d、140d、147d及154d取样,每次取样3袋，共取样22次。

取出后的腐解袋用蒸馏水冲净网袋上粘附的泥浆及杂物，将网袋中剩余的植株残体取出，在60℃下烘干，称重，磨细并过筛后，测鲜重和干重、含水量及碳含量，并计算养分积累量、腐解率、腐解速率及碳养分释放率等。

有机碳[5]：重铬酸钾容量法(外加热法)。

绿肥腐解率(%)=(初始干物重-剩余干物重)/初始干物重×100；

腐解速率(g/d)=(翻压n天干物重-翻压m天干物重)/(m-n)×100；

碳累计释放率=碳累计减少量/初始碳含量×100；

养分积累量=干物质量×养分含量。

2 结果与分析

2.1 不同处理对绿肥养分积累量的影响

由图1可以看出，化肥与绿肥配施比例的不同对绿肥中各养分积累有显著影响，各养分间变化趋势虽相同，但碳、氮、磷、钾含量影响不同(由于F0+G0和F100处理无复种绿肥，所以下图不做比较)。其中，F90+G处理养分含量为最低，最高的为F70+G处理，该处理下毛叶苕子的碳、氮、磷、钾含量显著高于其他处理，且较复种绿肥但不施肥的F0+G处理高出5%，碳含量最高为25.27kg/hm2、氮含量为276.39kg/hm2、磷含量为19.83kg/hm2及钾含量为194.45kg/hm2。从养分的积累量上看，麦后复种绿肥可影响绿肥中各养分含量，绿肥—化肥的配施比例不同对毛叶苕子中碳、氮、磷、钾积累量影响不同。

图1 不同处理对绿肥养分积累量的影响

2.2 绿肥腐解规律变化

绿肥还田后腐解率的动态变化如图2和3所示。如图根据线性拟合方程可以看出，绿肥还田后，腐解率随着时间的逐渐延长呈上升趋势，总体表现出前期快，后期慢的特征。还田初期，绿肥快速腐解，翻压7d时，积累腐解率为8%，腐解速率达到29.21g/d。到还田42d时，腐解率逐渐呈缓慢上升趋势，腐解速率呈缓慢下降趋势；翻压98d后，腐解率持续保持较低水平，腐解速率变化同样相对较小，基本保持不变。毛叶苕子的腐解速率由7d的29.21g/d下降到154d的11.29%。在小麦田环境中，毛叶苕子的腐解率与腐解速率基本呈相反趋势。

图2 绿肥腐解率

图3 绿肥腐解速率

2.3 绿肥碳释放特征

由图4和5可已看出绿肥碳释放特征。还田后毛叶苕子的有机碳释放率的变化随着翻压时间的增加而增加，可大致将其分为三个阶段：还田0-7d，毛叶苕子有机碳累计释放率较快，碳储量与其腐解速率的趋势相同，随着时间的增加而迅速下降；7-42d时有机碳累计释放率逐渐减缓，碳储量下降速度减慢；42-91d时，碳累计释放率与碳储量变化均不明显，此阶段碳累计释放率达到41%，有机碳储量为23.24gkg-1；试验结束时为还田154d，有机碳储量由38.86gkg-1下降到16.69gkg-1，碳累计释放率由0.7%上升到60%左右。

图4 绿肥腐解有机碳含量

图5 绿肥碳累计释放率

3 结论与讨论

3.1 绿肥腐解规律

绿肥腐解规律对了解麦后复种毛叶苕子养分积累量变化具有重要意义。绿肥毛叶苕子还田初期，绿肥腐解率快速上升，42d后开始进入平缓期，腐解率无显著变化，154d趋近平缓且几乎不变，整体表现为先快后慢的规律，这与崔志强[5]等研究结果一致。绿肥腐解速率受毛叶苕子的含水量及养分含量的影响，还田初期，含水量高，腐解速率快，随着时间的延长，绿肥含水量逐渐降低，腐解速率也随之减慢[6]，这与李逢雨等通过研究麦秆、油菜秆还田腐解速率及养分释放规律结果一致。

3.2 绿肥碳释放特征

利用网袋法研究绿肥腐解及养分释放特征[7]，表现为碳释放量前期快后期慢，最终趋于稳定的趋势，这与本试验毛叶苕子碳储量随着时间的延长而逐渐减少，碳累积释放率随着时间的增加而增大的结果保持一致。这可能是由于温度的影响，导致释放率变化[8]，从10月16日翻压还田后，到了44d为11月27日，气温逐渐变冷，土壤温度下降，碳释放率随之减缓，90d左右气温逐渐升高，直至154d(8月31日)到达以上。

3.3 绿肥养分积累量差异

麦后复种毛叶苕子还田后，不同处理下碳、氮、磷、钾各养分的积累含量不同，但趋势相同。从积累量上来看，绿肥—化肥配施后对绿肥中碳、氮、磷、钾养分含量有一定影响[9]，不同的配施方法养分含量不同，与F0+G0与F100两个不施绿肥处理相比较，碳的积累量在19.37-25.27kg/hm2，氮的积累量在276.39-211.90kg/hm2，磷氮的积累量在19.83-15.20kg/hm2，钾的积累量在194.45-149.08kg/hm2，其中表现最好的处理为F70+G，说明了绿肥—化肥的配施可以有效提高碳、氮、磷、钾各养分积累量，可代替化肥减少施用量，从而促进养分富集，提高化肥利用率等作用[10]。