香蕉间作猪屎豆覆盖还田条件下腐解特征及土壤培肥效果

姚 凯，张炳辰，郭紫惠，王佳靓，常春荣

(海南大学热带作物学院，海口，570228)

香蕉是热带地区重要的水果作物，产量和品质与土壤条件密切相关，培肥土壤已成为减少化肥用量和农药成本、提高香蕉生产效益的重要措施[1]。利用行间空地，尤其在作物生长初期，间作绿肥，不仅可以提高土地利用率，也有利于用养结合，有效维持土壤有机质含量，改善土壤理化性质以及增加土壤养分含量[2-4]，减少作物肥料用量[4]，提高作物产量和品质[5-7]。绿肥利用方式包括直接翻青、过腹还田和自然覆盖还田等方式，不同地区、不同绿肥品种、不同还田方式下绿肥降解特征有显著性差别[7]。李帅等[8]利用网袋法进行原位腐解试验，发现冬牧70在山东省青岛市胶州、青岛市平度市、东营市利津县均于前30 d内快速腐解，由于受不同土壤环境及气候条件的影响，三地的腐解速率表现为胶州>东营>平度。常帅等[9]采用网袋法，发现黑麦和大麦30 d腐解率达80%以上，大麦腐解速率高于黑麦草。李忠义等[10]采用网袋法研究猫豆和赤小豆在免耕覆盖还田和翻压还田的腐解动态发现，绿肥生物量累积腐解率和腐解速率还田后20～100 d均表现为翻压还田>免耕覆盖还田。

长期以来，大量、持续施肥已成为香蕉生产成本的主要组成部分，同时在香蕉生长初期存在株间距较大，林下光热空间资源利用不足的现象，充分利用香蕉行间空闲地种植绿肥是香蕉园土壤培肥、提高生产效益必经之路[1，11-13]。虽然绿肥腐解特征已有较多研究，但香蕉间种绿肥自然覆盖还田方式腐解特征尚未见报道。本文以香蕉间作猪屎豆绿肥为材料，探讨其在自然覆盖还田方式下腐解特征，以期为海南香蕉合理利用猪屎豆绿肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验地点位于海南省澄迈县桥头镇皇帝蕉园，株行距为2.0 m×2.0 m，砖红壤，质地为重壤土。土壤基本理化性质：有机质2.09%，碱解氮102.0 mg/kg，速效磷44.0 mg/kg，速效钾549.3 mg/kg，pH值5.13。

供试绿肥为猪屎豆Crotalariapallida，单行种植于香蕉无喷灌带行间，株行距为25 cm×50 cm。施用钙镁磷肥(P2O5)60 kg/hm2，于2019年4月21日刈割后并进行覆盖还田试验。

1.2 试验设计

根据2017—2018年猪屎豆产量设置了30 t/hm2和60 t/hm2两个还田量处理，采用长×宽为1 m×0.6 m、网孔直径1.0 mm的尼龙网做铺垫材料，猪屎豆在开花期刈割后简单修整为1 m长，两个处理分别称量后放置于香蕉无喷灌带行间，“品”字形放置于猪屎豆植株两侧，平铺于尼龙网上，尼龙网对角插标签，将尼龙线固定在标签上，防止风吹散样品，分别于还田后4、6、8个月取样分析，重复5次。2020年4月取绿肥种植行5～15 cm土层土壤样品测定肥力有关指标。

1.3 分析项目与方法

原始生物体质量：将刈割植株样品取5 kg，擦拭干净，剪成长3～5 cm小段后混匀，取500 g，75 ℃烘干，计算含水量和原初生物量。

残体生物量：植株残体连同尼龙网取回，去除杂质后剪碎混匀，75 ℃烘干，称重(0.01 g)，计算残余质量。

植株全氮、全磷含量的测定采用H2SO4-H2O2消煮，分别采用奈氏比色法、钼锑抗比色法；全钾含量的测定采用干灰化法，火焰光度法测定；残体有机碳含量采用H2SO4-KCr2O7外加热法测定。

土壤样品分析采用常规分析方法[14]。

1.4 数据分析

用Excel 2003对数据进行整理，采用SPSS 18.0进行统计分析。采用单因素ANOVA分析和Duncan’s多重极差检验法进行差异显著性分析。

有关计算公式为：残留率(%)=取样时残体质量/初始生物体质量×100，养分残留率(%)=取样时残体质量×取样时养分含量/(初始生物体质量×初始养分含量)×100，养分释放率(%)=100%-相应阶段养分残留率(%)，C/N=取样时残体质量×取样时有机碳含量/(取样时残体质量×取样时氮含量)。

2 结果与分析

2.1 猪屎豆覆盖还田残体生物量变化

由图1可知，整个观测期内，香蕉行间覆盖猪屎豆还田的残体生物量均有显著变化，还田6个月和8个月时，2个处理的残留率无显著性差异。两个处理4个月内残留率显著减少，30 t/hm2和60 t/hm2处理的生物量释放率分别为32.68%和46.67%；还田6个月，30 t/hm2处理的残留率继续减少，比还田4个月减少30.13个百分点;60 t/hm2处理在还田4～6个月、6～8个月生物量释放率分别保持14.33%和16.60%。说明在相同条件下，猪屎豆覆盖还田量不同影响0～8个月生物体的降解速率。

2.2 猪屎豆覆盖还田残体有机碳变化

由图1可知，8个月观测期内，在香蕉行间猪屎豆覆盖还田残体有机碳总量均有显著变化，有机碳残留率显著降低，变化规律与生物量变化规律相同。在各观察时期，30 t/hm2和60 t/hm2处理的有机碳残留率无显著性差异。说明还田量增加对有机碳残留率影响不显著。

2.3 猪屎豆覆盖还田残体氮总量和C/N变化

由图2可知，在整个观测期内，猪屎豆覆盖还田残体氮残留率变化规律与残体生物量一致。4个月内，30 t/hm2和60 t/hm2处理的残体氮总量减少显著，残体氮释放率分别为30.98%和57.48%；还田6个月、8个月2个处理的氮残留率差异不显著。

对比分析残体生物量、有机碳和氮在整个观测期间的变化，发现还田4个月，两个处理的残体生物量差异主要因素是氮降解差异引起，增加还田量利于提高前期含氮化合物分解。

对比分析残体有机碳和氮在整个观测期间的变化，发现还田4个月，30 t/hm2处理C/N比60 t/hm2处理显著降低，后期二者C/N无显著性差异，与生物残体有机碳、生物量和氮变化规律一致。

2.4 猪屎豆覆盖还田残体磷总量变化

由图2可知，在整个观测期内，猪屎豆覆盖还田的残体磷残留率变化与残体生物量、生物残体氮表现一致。4个月内，30 t/hm2和60 t/hm2处理的残体磷显著减少，残体磷释放率分别为41.01%和48.89%；还田6个月，30 t/hm2残体磷残留率继续减少，减少27.84个百分点；60 t/hm2处理在还田4～6个月、6～8个月残体磷释放率分别保持15.37%和14.69%。在相同条件下，猪屎豆覆盖还田量不同影响0～8个月生物体磷总量的降解速率。

注：不同小写字母表示达到显著水平(p<0.05)。图2和图3同。

图2 香蕉园猪屎豆覆盖还田残体氮总量和磷总量变化

2.5 猪屎豆覆盖还田生物残体钾总量变化

由图3可知，在0～8个月观测期内，不同还田量处理的残体钾残留率变化显著。4个月，30 t/hm2和60 t/hm2处理的钾释放率分别达到92.90%和93.86%；4～6个月，钾释放率分别为3.7%和1.75%，6～8个月钾释放率分别为0.98%和2.6%。因此，相同条件下，猪屎豆覆盖还田量影响还田4～8个月残体钾总量的降解速率，对还田0～4个月钾的降解速率影响不显著。

图3 香蕉园猪屎豆覆盖还田残体钾总量变化

2.6 种植猪屎豆1年后土壤肥力

由表1可知，种植猪屎豆1年后深度5～15 cm土壤容重显著降低，较对照降低7.3%；土壤pH值、有机质含量较对照显著提高，分别提高6.7%和6.2%；对速效钾和速效磷含量影响不显著。因此，香蕉行间种植猪屎豆并没有耗竭土壤养分，而是一定程度改善土壤肥力性状。

表1 种植猪屎豆1年后土壤主要肥力指标

3 结论与讨论

作物生长期间间种或混种绿肥是提高土壤资源利用率、培肥地力与发展生态农业的重要措施[15-17]。影响绿肥培肥效果的因素包括绿肥特性、还田量、还田方式以及环境条件等因素[15，18-21]。本研究采用自然覆盖还田的方法，研究了猪屎豆不同还田量4～8个月其生物量、有机碳、氮总量、磷总量、钾总量的降解规律，发现还田后4个月生物量、有机碳、氮总量、磷总量降解达到50%左右，8个月达到75%以上；钾含量在还田后4个月降解达到92%以上，与牟小翎对二月兰和毛苕子的腐解研究规律一致[21]。有研究发现，增加还田量可减低绿肥降解速率[22]；但我们发现，还田量60 t/hm2的残体生物量、氮、磷、钾总量还田4个月后降解速率比还田量30 t/hm2处理高，这与猪屎豆本身含氮量比较高有关[22-23]。宋莉等采用网袋法发现紫云英绿肥还田90 d后，氮的累积释放率达70%～76.48%[23]；本试验发现，猪屎豆不同还田量处理4个月生物总氮的释放率均低于60%，认为与还田方式和绿肥粉碎程度、木质化程度有关[24-26]。

种植绿肥不仅通过地上部分还田培肥地力，绿肥根系对土壤养分活化和容重等方面的影响也受到关注[13，17，27]。本研究发现，香蕉行间种植绿肥1年可以降低土壤容重，提高土壤有机质和pH值，改善土壤肥力性状，与宋同清等的研究结果一致[28]。本研究发现土壤氮、磷和钾速效养分含量与对照相比差异不显著，这与绿肥刈割后1年内香蕉吸收[1]以及土壤样品取样部位有关[3-4，6]。

综上所述，香蕉间种猪屎豆覆盖还田条件下，还田量60 t/hm2与30 t/hm2相比，均表现为4个月有比较高的释放率，4～8个月释放率缓慢，8个月释放率达到75%以上，是安全还田用量。猪屎豆在香蕉行间覆盖还田可以显著延长绿肥供肥时间，增加还田量利于提高前期含氮化合物分解率。香蕉间种猪屎豆绿肥1年可以提高土壤有机质、pH值，提高土壤肥力。猪屎豆绿肥可以作为速效钾肥施用，而绿肥种植与还田时期是否与香蕉对钾的需求规律一致仍需进一步研究。