蘇寶財，趙陽佳，張震東，呂鵬輝，徐小萌，王 婷，周吉紅，李潤枝*

(1.農(nóng)業(yè)應用新技術(shù)北京市重點實驗室/植物生產(chǎn)國家級實驗教學示范中心/北京農(nóng)學院，北京102206；2.北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京100029)

綠肥是由綠色植物制成的養(yǎng)分完全的生物肥料，翻壓綠肥對土壤益處頗多。其不僅可以增加土壤肥力、促進土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，還可以為后茬作物的生長提供充足的養(yǎng)分[1]。綠肥的使用在一定程度上可以減少環(huán)境污染[2]；種植綠肥可以使土地合理輪休，防止土地的過度使用而使土壤肥力下降造成土壤退化[3]。由于綠肥含有較多水分，其在翻壓后可迅速腐解，在短時間內(nèi)為后茬作物生長提供充足養(yǎng)分。這種綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展與當代人們追求環(huán)保的理念相符合[4]。翻壓綠肥能夠減少農(nóng)民對化學肥料的使用，同時也不影響作物產(chǎn)量。

土壤肥力對作物產(chǎn)量有重要影響。土壤的水分、pH、全氮、有機碳等理化性狀是評價土壤肥力水平的重要指標。水分與植物體密切相關(guān)，土壤含水量過低會嚴重影響土體中營養(yǎng)物質(zhì)的遷移，對作物生長極為不利[5]。有研究表明，綠肥的翻壓可以改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤中團粒結(jié)構(gòu)數(shù)量，提高土壤蓄水保墑能力，翻壓綠肥對調(diào)節(jié)土壤pH、改善地表溫度等有很大作用[6]。另外，綠肥的翻壓對土壤養(yǎng)分也有重要影響。綠肥翻壓在一定程度上會增加土壤有機碳的含量，土壤有機碳庫的穩(wěn)定對維持全球碳平衡、緩解溫室效應以及維持全球氣候的穩(wěn)定有重要影響[7]。翻壓綠肥不僅會增加土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量，且可以提高大面積閑田利用率，對改善土壤肥力效果顯著[8]。

京郊地區(qū)耕地土壤有機質(zhì)含量較少，土壤肥力中等，冬閑田面積較大，且冬季閑田土地裸露嚴重[9]，綠肥的種植不僅可以提高耕地質(zhì)量，還可以防風固沙，凈化空氣，對減少水土流失也有一定作用[10]。在早期的試驗研究中，篩選出適宜北京氣候特點以及栽培方式的綠肥作物有：十字花科二月蘭、冬油菜；禾本科鼠茅草、黑麥草；豆科三葉草、毛葉苕子、箭舌豌豆、田菁、草木棲、等品種。近年來，梁金鳳[11]研究表明二月蘭適宜北京地區(qū)種植，二月蘭有著較長的花期，花色淡雅，春季形成優(yōu)美的田園風光，也解決了北方冬春兩季農(nóng)田裸露問題，是發(fā)展休閑觀光農(nóng)業(yè)的首選冬種綠肥作物。梁金鳳[12]等在秋播和春播的觀察試驗中得出，一年生黑麥草、三葉草以及毛葉苕子為最適宜的品種，抗旱性、耐低溫性強，越冬后成活率較高。為此，在京郊地區(qū)發(fā)展綠肥種植成為可能。本研究以4種綠肥作物翻壓后對土壤理化性狀的影響，篩選適宜種植的綠肥種類，以期為京郊地區(qū)農(nóng)田土壤改良與生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供指導。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗小麥品種為農(nóng)大212；綠肥作物分別為油菜、紫云英、草木樨、毛葉苕子。

1.2 測定指標及方法

試驗在順義區(qū)北小營鎮(zhèn)進行，其中小麥的播種時間為2017年9月26日，綠肥作物播種時間為2018年3月27日，于2018年6月15日對綠肥進行翻壓，在綠肥苗期進行1次澆水保證出苗率，后期全程無灌溉、不施肥。

植株生物量及養(yǎng)分累積量：在生長期內(nèi)共取5次樣。取樣時間分別為：5月5日、5月11日、5月25日、6月1日、6月15日。方法為：每小區(qū)隨機取10株作物，測量其地上部鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、植株全氮、全碳含量，3次重復。植株干質(zhì)量的測定方法為：105 ℃殺青20 min，降溫到65 ℃烘干，測定干質(zhì)量。

植株全碳全氮：取10～15 mg粉碎后的烘干植株粉末作為分析材料，置于錫舟中，包好無泄漏后置于元素分析儀(LC-10Tvp)中進行分析。

土壤水分：采用土鉆取土法進行田間取土工作，分別取0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm深的土樣，各小區(qū)隨機取樣，重復3次，帶回實驗室測量土壤質(zhì)量，而后置于105 ℃±2 ℃的烘箱中烘至恒重，再次稱重，通過計算求出土壤質(zhì)量含水量。

pH值：采用通過2 mm篩孔的風干土樣，對0～20 cm土層的土壤pH進行測定。取10.00 g土樣置于燒杯中，加入25 mL無二氧化碳的水，用玻璃棒劇烈攪拌1～2 min后，靜置30 min，用pH計(PHS-3C)測定即可。

土壤全氮、全碳：采用萬分之一天平稱取約0.5 mg碳酸鈣為標準樣品于錫舟中包好待用，稱取20～25 mg土壤樣品于錫舟中，包好無泄漏后置于元素分析儀中進行分析。

土壤有機碳：采用萬分之一天平稱取約0.5 mg碳酸鈣為標準樣品于銀舟中包好待用，用天平稱取40～50 mg土壤樣品于銀舟中，滴入1 mol/L稀鹽酸，放入105 ℃烘箱內(nèi)1 h，取出后包好，采用TOC分析儀(RT1901A)進行測定。

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft office 2010整理與分析，利用SPSS 23.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)的多重比較采用LSD最小顯著差異法。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠肥植株生物量和植株碳氮含量的變化

2.1.1 生物量 不同綠肥作物植株隨著生長時間的逐漸增加，其鮮質(zhì)量和干質(zhì)量也逐漸增加。由圖1可以看出，毛葉苕子植株鮮質(zhì)量在快速生長期后顯著高于其他幾種作物(P≤0.05)，紫云英植株鮮質(zhì)量顯著低于小麥。在6月15日翻壓時，毛葉苕子鮮質(zhì)量最大，為211.84 g/株，顯著高于小麥及其他幾種作物；草木樨與小麥鮮質(zhì)量無顯著差異，紫云英鮮質(zhì)量最低，為8.42 g/株，顯著低于小麥和其他幾種綠肥作物。由圖1可以看出，油菜植株干質(zhì)量在前期高于小麥；毛葉苕子干質(zhì)量前期低于小麥，在快速生長期干質(zhì)量不斷累積，后期干質(zhì)量大于小麥，紫云英、草木樨干質(zhì)量相對較低，始終低于小麥。在6月15日翻壓時，毛葉苕子干質(zhì)量最大，為47.82 g/株，顯著高于小麥(P≤0.05)；紫云英干質(zhì)量最小，為2.33 g/株，顯著低于小麥。

圖1 不同生長時期綠肥生物量變化Fig.1 Biomass changes in green manure at different growth stages

2.1.2 植株碳氮含量 隨著植株的生長，植株全氮累積量總體呈現(xiàn)出下降的趨勢。從圖2可以看出，4種綠肥作物的全氮累積量始終高于小麥。在6月15日翻壓時，毛葉苕子的全氮累積量最高，顯著(P≤0.05)高于其他幾種綠肥作物；小麥全氮累積量最低，且與4種綠肥作物差異顯著。

不同作物隨著生育期增加全碳累積量變化不同。從圖2可以看出，毛葉苕子、紫云英、小麥全碳累積量先降低后增加，油菜、草木樨全碳累積量逐漸增加，在6月15日翻壓時，不同綠肥作物全碳累積量均有明顯的增加，其中油菜全碳累積量最大，為636.26 g/kg，顯著(P≤0.05)高于其他4種綠肥作物，4種綠肥作物間全碳累積量無顯著差異。與5月5日相比，油菜的全碳累積量增幅最大，為163.33 g/kg；小麥全碳累積量增幅最小，為14.91 g/kg。

隨著植株的生長，不同作物C/N含量呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。從圖2中可以看出，在作物生長的各時期內(nèi)，小麥的C/N含量均顯著(P≤0.05)高于4種綠肥作物，毛葉苕子C/N含量相對較低，在6月15日翻壓時，可以看出，小麥植株C/N含量最大，為31.15，顯著高于其他4種綠肥作物；毛葉苕子C/N含量最低，為13.82；草木樨、紫云英、油菜植株C/N含量分別為16.70、20.21、22.60，與小麥無顯著差異。

圖2 不同作物生長期植株養(yǎng)分含量Fig.2 Plant nutrient content in different crop growth stages

2.2 綠肥翻壓后的土壤肥力指標

2.2.1 土壤水分 從表1可以看出，翻壓后隨著時間的增加，不同深度的土壤含水量均呈現(xiàn)先增加，后降低的趨勢。翻壓綠肥作物76 d后，在0～20 cm土壤深度下，翻壓油菜的土壤含水量最高，為20.13%，與翻壓小麥土壤含水量差異顯著(P≤0.05)而翻壓其余3種綠肥作物和翻壓小麥土壤含水量相比差異不顯著。在20～40 cm土壤深度下，翻壓油菜的土壤含水量最高，為21.81%，顯著高于翻壓小麥土壤含水量，而翻壓毛葉苕子、紫云英、小麥土壤含水量分別為20.31%、19.87%、19.19%，三者間并無顯著性差異。在40～60 cm土壤深度下，翻壓小麥土壤含水量最低，為19.20%，與翻壓其余4種綠肥作物土壤含水量差異顯著(P≤0.05)。

表1 翻壓后不同時間土壤含水量的變化Tab.1 Changes in soil water content at different times after overturning

2.2.2 土壤pH值 由表2可知，綠肥翻壓后，種植油菜的土壤pH值顯著(P≤0.05)低于小麥及其他幾種作物的土壤pH，翻壓后隨著時間的增加，翻壓不同綠肥作物的土壤pH變化趨勢不同，在翻壓76 d后，翻壓小麥的土壤pH值最高，為7.98，與翻壓其他幾種綠肥作物土壤pH差異顯著；翻壓毛葉苕子的土壤pH最低，為7.67，與翻壓油菜土壤pH無顯著差異，但顯著(P≤0.05)低于翻壓其他幾種綠肥作物的土壤pH。在本試驗中，翻壓毛葉苕子和草木樨兩種綠肥作物后，土壤pH分別下降0.23、0.2，翻壓紫云英后土壤pH無變化；翻壓小麥和油菜后，土壤pH分別增加0.02、0.17。

表2 翻壓后不同時間土壤pH的變化Tab.2 Changes in soil pH at different times after tumbling

2.2.3 土壤養(yǎng)分

1)土壤全碳、全氮含量。從圖3可以看出，土壤全氮含量呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，翻壓綠肥作物76 d后，小麥處理的土壤全氮含量顯著(P≤0.05)低于其他幾種綠肥作物處理，為2.49 g/kg。

從圖3中可以看出，翻壓紫云英、小麥、草木樨后，隨著時間的增加，土壤全碳含量先升高而后降低，翻壓油菜的土壤全碳含量變化不顯著(P≤0.05)，翻壓毛葉苕子的土壤全碳含量總體呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢；在本試驗中，翻壓綠肥作物76 d后，翻壓油菜的土壤全碳含量顯著高于翻壓其他幾種作物，為36.72 g/kg；雖然草木樨腐解對土壤全碳含量的影響在數(shù)值上高于小麥，但差異不顯著。翻壓其他幾種綠肥作物與翻壓小麥對土壤全碳含量均沒有顯著性差異。

圖3 土壤全氮全碳累積量Fig.3 Soil total nitrogen total carbon accumulation

2)土壤有機碳含量。從圖4可以看出，不同作物翻壓前后土壤有機碳含量變化不同?？傮w來看，在翻壓綠肥作物36 d后，翻壓小麥和油菜土壤有機碳含量呈現(xiàn)下降趨勢，而翻壓紫云英、草木樨和毛葉苕子的土壤有機碳含量呈現(xiàn)上升趨勢，其中翻壓毛葉苕子土壤有機碳積累總量最高，為11.26 g/kg。翻壓紫云英的土壤有機碳積累總量最低，為9.88 g/kg。翻壓油菜土壤有機碳含量下降最多，為0.51 g/kg，而翻壓草木樨的土壤有機碳含量增加最多，為1.17 g/kg。

圖4 翻壓后不同時間土壤有機碳含量的變化Fig.4 Changes in soil organic carbon content at different times after tumbling

3 討論和結(jié)論

本試驗對不同作物生物量及養(yǎng)分累積量進行了測定，結(jié)果表明在綠肥翻壓時，不同綠肥作物鮮質(zhì)量、干質(zhì)量變化趨勢均有增加。和其他幾種綠肥作物相比，紫云英鮮質(zhì)量干質(zhì)量均為最低，顯著低于小麥的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量；而毛葉苕子的鮮質(zhì)量干質(zhì)量均為最大，且顯著高于小麥的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量；李俊良[13]研究發(fā)現(xiàn)，較低的C/N更有利于有機肥的分解。本試驗中4種綠肥作物的C/N顯著低于小麥，相比于小麥更易于腐解，其中毛葉苕子C/N最低，為13.82，其腐解速度最快。

李利利[14]的研究表明，翻壓毛苕子和小黑麥的土壤在40 cm土層以下含水量顯著低于對照，而在40 cm以上土層含水量顯著高于對照。本試驗發(fā)現(xiàn)，翻壓綠肥作物76 d后，可以顯著提高0～40 cm土壤含水量，但對40～60 cm土壤影響較小，可能是由于綠肥翻壓深度較淺，未對深層的土壤含水量產(chǎn)生較大影響，但還需進一步試驗驗證。

李宏圖[15]等的研究發(fā)現(xiàn)旱地種植綠肥可降低土壤pH值，且最高可降低0.23個單位。在本試驗中，翻壓毛葉苕子后，土壤pH降幅最大，其下降值為0.23，同樣，翻壓毛葉苕子后土壤pH最低，為7.67；翻壓小麥和油菜后，土壤pH分別為7.98、7.73，其值比翻壓前增加0.02、0.17，但翻壓紫云英后土壤pH無變化；表明部分綠肥的翻壓可以調(diào)節(jié)土壤pH在合理的范圍內(nèi)，使土壤無機鹽離子更易于作物吸收與利用。

李正[16]等研究表明，植煙土壤翻壓綠肥3年后與對照相比，土壤有機碳、全氮含量分別提高了27.84% ～ 53.77%，8.85% ～ 40.95%， 翻壓綠肥還可以提高土壤微生物活性，有利于加快綠肥腐解，提高土壤肥力。呂玉虎[17]等研究發(fā)現(xiàn)，在盛花期翻壓紫云英可以顯著提高土壤速效氮含量，為后茬作物生長提供充足的氮素。其中常規(guī)施肥土壤速效氮含量為46.0 mg/kg，在盛花期前和盛花期后翻壓紫云英土壤速效氮分別為50.9 mg/kg和5.3 mg/kg，而在盛花期翻壓紫云英，土壤耕層速效氮含量含量最高，為56.5 mg/kg，與常規(guī)施肥、盛花期前和盛花期后翻壓紫云英土壤速效氮分別提高了 22. 8% 、11.0%、2. 1%。

綠肥的翻壓在一定程度上增加了土壤有機碳的含量。白璐[18]研究認為復種毛葉苕子可以顯著增加土壤中有機碳含量，馮穎[19]的研究則認為紫云英配施80%的化肥，能夠使土壤有機碳減少降解，從而提高土壤肥力。本研究發(fā)現(xiàn)，翻壓紫云英、草木樨和毛葉苕子的土壤有機碳含量呈現(xiàn)上升趨勢，其中翻壓毛葉苕子土壤有機碳含量最高，為11.26 g/kg。

本試驗中，毛葉苕子翻壓時鮮質(zhì)量和干質(zhì)量最大，而C/N最低，為13.82，相比其他幾種綠肥作物，毛葉苕子在翻壓后腐解速率最快，可以為后茬作物生長提供一定量的速效養(yǎng)分；且其在翻壓腐解后，可以降低土壤pH，增加土壤有機碳含量，經(jīng)過綜合評比，本研究的4種綠肥作物中，毛葉苕子為最優(yōu)種植綠肥作物。