譚施北，習(xí)金根，鄭金龍，賀春萍，吳偉懷，梁艷瓊，黃 興，李 銳，易克賢

（中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所/農(nóng)業(yè)部儋州農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，海南 ?？?571101）

劍麻（Agave Sisalana Perrine）為龍舌蘭科（Agavaceae）龍舌蘭屬（Agave linnaeus）多年生硬質(zhì)纖維作物，廣泛分布在我國(guó)廣西、廣東、海南等熱帶亞熱帶地區(qū)，其纖維具有拉力強(qiáng)、堅(jiān)韌耐磨、富有彈性等特點(diǎn)，廣泛用于制作繩纜、編織劍麻地毯、工藝品等，是國(guó)防、漁業(yè)、航海、石油、工礦等領(lǐng)域的重要原料［1］。劍麻假莖及殘留在其周?chē)娜~片基部，整體稱為麻莖。研究發(fā)現(xiàn)，麻莖資源豐富，7～11齡麻莖干重平均達(dá)11.5 kg/株（51.0 t/hm2），占劍麻整株干物質(zhì)含量的40.0%，最高可達(dá)46%，是劍麻生產(chǎn)中重要的廢棄物之一［2-3］。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，麻莖直接還田不但解決了麻莖的處理問(wèn)題，而且有效保持了坡地劍麻種植園多年高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，是麻莖較為合理的利用方式。我國(guó)長(zhǎng)期過(guò)量施用化肥導(dǎo)致土壤中氮素和磷素含量過(guò)高，而有機(jī)質(zhì)和鉀素含量不足，土壤酸化、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)受損、保肥供肥能力減弱、肥料利用率降低等現(xiàn)象日益嚴(yán)重，從而引起了作物連作障礙、缺素性生理病害、作物產(chǎn)量和品質(zhì)不斷下降等一系列問(wèn)題［4-6］。研究表明，秸稈還田不僅能給土壤補(bǔ)充一定的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，且其中的有機(jī)物質(zhì)還能給土壤帶去大量的有機(jī)質(zhì)，維持土壤有機(jī)碳含量，提高土壤生物活性，從而起到改良土壤的作用［7］。秸稈還田是實(shí)現(xiàn)生態(tài)農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。有關(guān)秸稈還田對(duì)土壤理化性質(zhì)、土壤微生物數(shù)量、土壤酶活性以及作物產(chǎn)量的影響研究得比較多［8-10］，但對(duì)秸稈氮素去向以及氮素利用率的研究比較少。前人研究發(fā)現(xiàn)，盆栽條件下，夏谷地上部對(duì)鋪施麥秸氮的利用率為28.3%，而混施條件下其氮素利用率僅為20.6%［11］。大田條件下，小麥地上部對(duì)施入麥秸氮的利用率僅為10.2%［12］。目前有關(guān)麻莖還田的理論基礎(chǔ)研究較少，而有關(guān)劍麻麻莖還田條件下劍麻對(duì)氮素的吸收利用率的研究亦未見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究利用15N示蹤技術(shù)研究粉碎還田條件下麻莖氮素的回收利用率，以期進(jìn)一步提高對(duì)麻莖氮素回收利用效率的認(rèn)識(shí)，為麻莖的合理還田提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

劍麻麻莖采自廣西陸川縣國(guó)營(yíng)紅山農(nóng)場(chǎng)劍麻園，10年麻齡。取其新鮮莖部和葉基部烘干、粉碎，作為腐解試驗(yàn)材料，其養(yǎng)分含量見(jiàn)表1。15N標(biāo)記劍麻麻莖于2012年8月31日以幼苗進(jìn)行盆栽培養(yǎng)，通過(guò)施加15N標(biāo)記尿素（標(biāo)記豐度為10.08%）進(jìn)行同位素標(biāo)記。2013年6月13日收獲地上部，烘干粉碎后低溫保存，其15N原子百分超為2.67%。本試驗(yàn)所用標(biāo)記尿素，標(biāo)記豐度為10.22%。

表1 劍麻莖部、葉基和15N標(biāo)記麻莖養(yǎng)分含量

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

粉碎條件下劍麻麻莖腐解特性試驗(yàn)于海南省文昌市中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院文昌試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)田土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表2。采用網(wǎng)袋法，將粉碎莖部、葉基分別裝入規(guī)格為20 cm×15 cm、0.074 mm的尼龍網(wǎng)袋中，每袋裝25 g。2016年1月29日于文昌基地埋下，埋深25 cm。每30 d取樣一次，共取8次，每次每部位均取樣3袋。樣品用自來(lái)水洗凈后，80℃烘干，用微型植物粉碎機(jī)粉碎。

劍麻粉碎麻莖氮素回收利用率試驗(yàn)于中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物所樓頂試驗(yàn)大棚進(jìn)行。采用盆栽試驗(yàn)，基質(zhì)土壤為實(shí)驗(yàn)室混合調(diào)配土，其理化性質(zhì)見(jiàn)表2。試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，每處理4次重復(fù)，處理代號(hào)、處理方法、尿素用量、粉碎麻莖用量見(jiàn)表3。選取長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的劍麻幼苗（重33～56 g），定植前先剪掉劍麻幼苗根系，2015年11月20日定植，塑料盆規(guī)格為：口徑15.5 cm，底徑11.0 cm，高13.0 cm。粉碎麻莖基施，施用方法為將粉碎麻莖施入塑料盆中部位置，并與土壤混合均勻。尿素穴施，施用方法為幼苗定植30 d后，用小勺子于盆內(nèi)挖10 cm左右小穴，將尿素施入，并覆土。培養(yǎng)期間正常人工除草，處理前非雨天每7 d澆水一次，每次每盆澆100 mL。330 d后采樣并測(cè)定劍麻植株生長(zhǎng)指標(biāo)以及15N豐度。

表2 試驗(yàn)地土壤理化性質(zhì)

表3 盆栽試驗(yàn)處理及方法 （g/株）

1.3 測(cè)定內(nèi)容與計(jì)算方法

植物樣品用H2SO4-H2O2消煮后，全氮含量用奈氏比色法測(cè)定，全磷含量用鉬銻抗比色法測(cè)定，全鉀含量用多元素火焰光度計(jì)測(cè)定［13］，15N用質(zhì)譜法測(cè)定［14］。

麻莖腐解率和養(yǎng)分釋放率計(jì)算方法如下［15］：

質(zhì)量累積減少量（g）=0 d干物質(zhì)量-N d干物質(zhì)量

腐解率（%）=質(zhì)量累積減少量/0 d干物質(zhì)量×100

養(yǎng)分釋放量=0 d養(yǎng)分含量-N d取樣養(yǎng)分含量

養(yǎng)分釋放率（%）=養(yǎng)分釋放量/0 d養(yǎng)分含量×100

氮素利用率計(jì)算方法如下［16］：

15N原子百分超=樣品的15N豐度-15N自然豐度；

標(biāo)記肥料N的比例=植株15N原子百分超/標(biāo)記肥料15N原子百分超

土壤N比例=1-尿素N比例-麻莖N比例；

植株吸收的肥料N量=植株吸N量×肥料N比例

當(dāng)季N利用率=當(dāng)季植株吸收的肥料N量/當(dāng)季施入的肥料N量

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件分析數(shù)據(jù)并繪圖，采用JMP 10統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 粉碎條件下劍麻麻莖腐解率變化特征

粉碎條件下，劍麻麻莖莖部和葉基腐解率差異不明顯，在240 d內(nèi)腐解率分別達(dá)72.4%、78.9%。莖部和葉基在0～30 d腐解率高達(dá)36.5%、28.7%，而30～90 d內(nèi)也保持較大的腐解速率，第90 d腐解率高達(dá)63.4%、51.6%，但在90 d之后腐解速率相對(duì)緩慢。說(shuō)明0～30 d是劍麻麻莖的快速腐解期?？傮w上看，劍麻莖部腐解速率要高于葉基部（圖 1）。

圖1 粉碎條件下劍麻麻莖各部位腐解率

2.2 粉碎條件下劍麻麻莖氮素釋放特征

粉碎條件下，240 d內(nèi)，莖部的氮素釋放率較大，在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)均大于葉基，到240 d達(dá)88.4%；而葉基較小，為88.0%。莖部和葉基氮素釋放速率均在30 d內(nèi)較大，30 d時(shí)其釋放率分別高達(dá)66.0%、54.1%，而30 d后釋放速率變得較為平緩，二者在30～240 d內(nèi)氮素釋放率分別在66.0%～88.4%、54.1%～88.0%之間變化（圖2）。

圖2 粉碎條件下劍麻麻莖各部位氮素釋放率

2.3 粉碎條件下劍麻麻莖磷素釋放特征

粉碎條件下，劍麻麻莖莖部和葉基的磷素釋放率在240 d內(nèi)分別達(dá)72.7%、74.4%。兩者磷素釋放速率均在30 d內(nèi)最大，30 d時(shí)分別高達(dá)53.6%、41.2%，30 d后釋放速率放緩。兩者在30～240 d內(nèi)磷素釋放率變化范圍分別為53.6%～72.7%、41.2%～72.4%。劍麻莖部磷素釋放速率總體高于葉基部（圖3）。

2.4 粉碎條件下劍麻麻莖鉀素釋放特征

圖3 粉碎條件下劍麻麻莖各部位磷素釋放特征

粉碎條件下，劍麻麻莖莖部和葉基的鉀素釋放率在240 d內(nèi)分別達(dá)94.9%、95.5%。兩者在30 d內(nèi)釋放速率最大，其釋放率在30 d時(shí)分別達(dá)63.1%、71.6%。而30～120 d莖部和葉基鉀素釋放較為緩慢，這期間二者變化范圍分別為63.1%～93.0%、71.6%～90.5%。120 d之后莖部和葉基鉀素釋放率均基本保持不變，分別保持在91.9%～94.9%、91.0%～95.5%之間?？傮w上看，莖部和葉基的鉀素釋放特征及釋放速率差異不顯著（圖4）。

圖4 粉碎條件下劍麻麻莖各部位鉀素釋放特征

2.5 粉碎條件下劍麻麻莖還田對(duì)劍麻生長(zhǎng)的影響

通過(guò)盆栽模擬麻莖粉碎單獨(dú)還田及配施氮肥還田對(duì)劍麻生長(zhǎng)的影響。由表4可見(jiàn)，不同處理劍麻幼苗葉數(shù)、葉長(zhǎng)、根長(zhǎng)以及地上部鮮重、干重差異均不顯著?？梢?jiàn)，單施尿素、單施麻莖以及兩者混施在試驗(yàn)期內(nèi)對(duì)劍麻幼苗地上部生長(zhǎng)影響不明顯，可能是因?yàn)樵囼?yàn)用土壤養(yǎng)分較充足，短期內(nèi)麻莖和化學(xué)氮肥效應(yīng)還未體現(xiàn)。劍麻根鮮重和根干重，對(duì)照（CK）最大，其次為單施尿素處理（15N），而添加麻渣處理（15SL、15N+SL、N+15SL）根鮮重和根干重均較小。

表4 不同處理劍麻生長(zhǎng)情況

2.6 粉碎還田條件下麻莖氮素的回收利用率

由表5可見(jiàn)，單施尿素（15N）時(shí)，劍麻吸收的氮素中，來(lái)源于土壤的占81.8%，其余來(lái)源于尿素，占18.2%。說(shuō)明劍麻吸收的氮素主要來(lái)源于土壤，而來(lái)源于尿素的比例較低。單施麻莖時(shí)，來(lái)源于土壤的氮素也占大部分，達(dá)70.0%，而來(lái)源于麻莖的氮素則占30.0%。當(dāng)尿素與麻莖配施時(shí)（15N+SL），來(lái)源于土壤、尿素、麻莖的氮素分別占60.7%、13.6%、25.7%。還可看出，當(dāng)尿素與麻莖配施時(shí)，尿素氮的利用率顯著低于單施尿素處理，而麻莖氮的利用率與麻莖單施時(shí)差異不顯著。由此可見(jiàn)，麻莖配施尿素時(shí)，尿素氮回收利用率有所降低，但對(duì)麻莖氮素利用率的影響較小。

表5 不同處理劍麻氮素的回收利用率 （%）

3 討論

粉碎條件下，除鉀素釋放速率外，莖部腐解速率、氮素釋放速率和磷素釋放速率均高于葉基。莖部和葉基均呈現(xiàn)前期腐解快速后期腐解緩慢特點(diǎn)，快速腐解期在還田后30 d內(nèi)，之后腐解速率放緩，而氮、磷、鉀釋放特征也有類似規(guī)律。這與水稻、小麥、木薯、香蕉等秸稈的腐解特征一致，均表現(xiàn)為前期快，而后期慢的特征［17-19］。這是因?yàn)樽魑餁報(bào)w腐解時(shí)，水溶性物、苯醇溶性物和粗蛋白物質(zhì)分解最快，半纖維素和纖維素次之，而木質(zhì)素最難分解［20］。240 d內(nèi)，莖部氮、磷、鉀的釋放率分別為88.4%、72.7%、94.9%，可見(jiàn)莖部不同養(yǎng)分釋放速率大小依次為鉀＞氮＞磷。240 d內(nèi)，葉基氮、磷、鉀的釋放率分別為88.0%、74.4%、95.5%，說(shuō)明葉基不同養(yǎng)分釋放率與莖部一致。說(shuō)明粉碎還田條件下，麻莖不同養(yǎng)分釋放速率大小均表現(xiàn)為鉀＞氮＞磷。一般認(rèn)為，由于作物秸稈中的鉀主要是以離子形態(tài)存在，所以易溶于水而被釋放出來(lái)；磷則一部分以離子態(tài)存在，另一部分以難分解的有機(jī)態(tài)存在；而氮主要是以較難分解的有機(jī)態(tài)存在，所以較難釋放［21］。所以，一般秸稈還田不同養(yǎng)分釋放速率表現(xiàn)為 K＞P＞N［19-20，22-23］。本試驗(yàn)中麻莖不同養(yǎng)分釋放速率以鉀素最快，這與前人在其它作物上的研究結(jié)果一致。但所不同的是，麻莖氮的釋放速率大于磷，這可能是由于本試驗(yàn)所用麻莖磷素含量較低所致。

不論是單施尿素或麻莖，還是尿素和麻莖配施，劍麻吸收的氮素中來(lái)源于土壤氮的比例均遠(yuǎn)高于來(lái)源于尿素或麻莖氮，這與前人的研究結(jié)果相符［24］，而來(lái)源于麻莖的氮素總體高于尿素。不論單施還是配施，尿素氮的利用率均較高，遠(yuǎn)高于麻莖。麻莖單施和配施尿素時(shí)麻莖氮素利用率分別為5.1%、4.3%，與尿素配施后有所降低，這與玉米秸稈與氮肥配施后的吸收利用規(guī)律一致［16］。這對(duì)麻莖還田以及化學(xué)氮肥減施均具有一定的指導(dǎo)意義，劍麻麻莖可能在一定程度能夠代替化學(xué)氮肥的施用，并且麻莖和化學(xué)氮肥的利用率均具有較大的提升空間。此外，與單施相比，當(dāng)麻莖與尿素配施后，尿素氮的利用率明顯降低，說(shuō)明添加麻莖可影響劍麻對(duì)尿素氮的吸收，這與張?jiān)谛←溕系难芯拷Y(jié)果一致［25］。也有研究表明，秸稈還田可以促進(jìn)氮肥利用率的提高［26］，與本研究結(jié)果有所不同。這可能是因?yàn)槁榍o的施入增加了土壤碳源，促進(jìn)了微生物繁殖，加劇了微生物對(duì)氮素的固持，從而降低了土壤礦質(zhì)態(tài)氮的含量，影響了劍麻對(duì)氮素的吸收［27-28］。加上本試驗(yàn)?zāi)蛩赜昧枯^低，導(dǎo)致土壤氮含量下降，減少了劍麻對(duì)氮素的吸收利用。本試驗(yàn)中，施入麻莖后，根系鮮重與單施尿素或?qū)φ障啾让黠@減小，其原因還有待進(jìn)一步研究。劍麻根系長(zhǎng)勢(shì)弱也將一定程度上影響了尿素氮素的吸收。由該結(jié)果可見(jiàn)，在生產(chǎn)中應(yīng)盡量避免麻莖和尿素同時(shí)施用，以免降低尿素的利用效率。而兩者的施用方法、施用時(shí)間及配比，還需要作進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

劍麻麻莖粉碎還田后240 d，莖部和葉基的腐解率均較大，分別高達(dá)72.4%、78.9%；莖部氮、磷、鉀的釋放率分別為88.4%、72.7%、94.9%；葉基氮、磷、鉀的釋放率分別為88.0%、74.4%、95.5%。莖部和葉基快速腐解期和氮、磷、鉀的快速釋放期均在30 d內(nèi)。莖部腐解速率以及不同養(yǎng)分釋放速率均高于葉基。不論是莖部還是葉基，不同養(yǎng)分釋放速率大小均表現(xiàn)為鉀＞氮＞磷，建議麻莖還田后可以適量減少鉀肥的用量。

劍麻吸收的氮素中來(lái)源于土壤氮的比例均遠(yuǎn)高于來(lái)源于尿素或麻莖氮，而來(lái)源于麻莖的尿素總體高于尿素。單施和配施尿素時(shí)，麻莖氮素回收利用率分別為5.1%、4.3%。麻莖配施尿素均降低了劍麻對(duì)尿素氮和麻莖氮的吸收利用率。