邊巴卓瑪， 宋國英

(西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，西藏拉薩 850032)

近年來，越來越多的學(xué)者開始關(guān)注種植綠肥壓青在培肥地力、改善土壤性狀等方面的作用，其通過生物腐解可以有效地將養(yǎng)分釋放到土壤中，為后作的糧食作物增產(chǎn)增效提供一個良好的生長環(huán)境。豆科綠肥是一種富含養(yǎng)分的、清潔的、可以與作物輪作的優(yōu)質(zhì)生物肥源，其通過自身根瘤菌對空氣中的氮素進(jìn)行固定，根系能深入土壤深層將不易被其他作物所吸收利用的養(yǎng)分積累于豆科綠肥體內(nèi)，通過翻埋后，將自身的營養(yǎng)元素歸還到土壤中，使大量的養(yǎng)分富集在土壤表層和根層中，可以有效提升土壤中的速效氮含量、增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，進(jìn)而有效改良土壤肥力。

大量研究表明，不同類型綠肥品種(包括豆科與禾本科)的生產(chǎn)能力和養(yǎng)分利用能力存在明顯差異，翻壓后腐解特性及養(yǎng)分釋放效果亦有所不同。潘福霞等研究了3 種豆科綠肥在旱地條件下的分解和養(yǎng)分釋放特性，結(jié)果表明，翻耕后15 d迅速分解，15～70 d腐解趨于緩慢，養(yǎng)分累積釋放率大小排序?yàn)殁?K)>磷(P)>氮(N)；寧東峰等對油菜、葉苔和冬牧 70 黑麥的分解和養(yǎng)分釋放的研究表明，前3 d腐解速度最快，后腐解速度變緩，翻壓21 d內(nèi)的N釋放達(dá)到60%以上，翻壓113 d碳礦化率達(dá)到81.9%～93.4%。

為明確高寒地區(qū)綠肥翻壓還田后的生物腐解效應(yīng)，并了解不同綠肥品種的腐解及養(yǎng)分特性。本研究基于前人的研究方法，采用尼龍網(wǎng)袋法，在自然翻壓還田的情況下，初步探討高海拔、低溫氣候條件下救荒野豌豆、胡盧巴、豌豆等3種不同豆科綠肥種植翻壓還田后的腐解特征及養(yǎng)分釋放規(guī)律，合理篩選綠肥品種，明確綠肥翻壓對土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn)，以期為“豆科綠肥—冬青稞”輪作系統(tǒng)的推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2020年10月至2021年1月在西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院資源與環(huán)境研究所四號試驗(yàn)地進(jìn)行，海拔約 3 662 m，年平均溫度為 7.4 ℃，年平均降水量 200～510 mm，主要集中在6—9月，無霜期100～120 d，全年日照時數(shù)3 000 h，屬高原溫帶半干旱季風(fēng)氣候。

供試土壤田上按“S”形10點(diǎn)采樣法采集供試耕層土壤，土壤質(zhì)地為沙壤，基本養(yǎng)分狀況為：平均有機(jī)質(zhì)含量10.94 g/kg、全氮含量1.6 g/kg、全磷含量1.13 g/kg、全鉀含量4.88 g/kg、有效氮含量 0.15 g/kg、速效鉀含量65.95 mg/kg、速效磷含量233.53 mg/kg，pH值為8.18。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計與方法

試驗(yàn)采用尼龍網(wǎng)袋法，設(shè)置3個處理，處理品種分別為胡盧巴(H)、救荒野豌豆(J)、豌豆(Z)。

翻壓還田方法：3種綠肥均在盛花期取地上部樣品切成2～4 cm小段后，混勻裝入尼龍網(wǎng)袋(網(wǎng)袋規(guī)格：20 cm×15 cm，孔徑75 μm，200目)，每個網(wǎng)袋中加入相應(yīng)綠肥 20 g，封口備用。于2020年10月5日埋入土中，分別于翻壓后0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100 d取樣，每個處理44袋，共取樣11次。測定樣品時，每個處理隨機(jī)取4袋，去除表面的浮土和雜物，用清水沖洗網(wǎng)袋上黏附的泥土，將剩余秸稈放入干燥箱中105 ℃殺青30 min，再在80 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量后磨碎，測定其總有機(jī)碳(TOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全鉀(TK)含量，并計算養(yǎng)分釋放率及碳氮比(C/N)。為了更真實(shí)地反映綠肥中養(yǎng)分在田間的釋放狀況，選擇在田間地頭埋入尼龍網(wǎng)袋(其通透性能良好，水分、空氣及肥料養(yǎng)分可自由出入)。覆土?xí)r盡量不破壞原來的土體結(jié)構(gòu)，與地面齊平，埋設(shè)深度為15 cm，水平放置且無重疊，在埋袋行間種植冬青稞，且不施用任何肥料。

相關(guān)指標(biāo)的計算公式如下：

干物質(zhì)殘留量=d的干物質(zhì)總量；

累積腐解量=0 d的干物質(zhì)總量-d 的干物質(zhì)總量；

累積腐解率=累積腐解量/0 d 的干物質(zhì)總量×100%；

足球有著“世界第一運(yùn)動”的稱呼，在農(nóng)村的中學(xué)開展校園足球是最合適的運(yùn)動項(xiàng)目，學(xué)生只需要一塊平坦的足球場地，就能進(jìn)行訓(xùn)練和比賽。在農(nóng)村沒有專業(yè)的球門可以運(yùn)用磚頭、書包等物品進(jìn)行替代。校園足球只需要學(xué)生能夠掌握基本的操作技能、運(yùn)球技術(shù)以及一些簡單的規(guī)則就可以進(jìn)行，掌握足球技能需要學(xué)生擁有一定的耐力和力量，而農(nóng)村中學(xué)的學(xué)生正是擁有這些優(yōu)點(diǎn)。

階段內(nèi)平均腐解速率=階段內(nèi)腐解量/階段天數(shù)；

養(yǎng)分總量=干物質(zhì)總量×養(yǎng)分含量×1 000；

養(yǎng)分累積釋放量=0 d的養(yǎng)分總量-d的養(yǎng)分總量；

養(yǎng)分累積釋放率=養(yǎng)分累積釋放量/0 d的養(yǎng)分總量×100%；

階段內(nèi)平均養(yǎng)分釋放速率=階段內(nèi)養(yǎng)分釋放量/階段天數(shù)。

式中：為翻壓時間，d；1 000為將g換算為mg的換算系數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007軟件及SPSS 21.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，并用最小顯著法()檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的差異性水平(=0.05)。采用SigmaPlot軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同豆科綠肥的養(yǎng)分和水分含量

表1 不同豆科綠肥初始養(yǎng)分和水分含量

2.2 不同豆科綠肥干物質(zhì)的腐解特征

由圖1可知，不同綠肥翻壓后的干物質(zhì)殘留量隨時間延長呈下降趨勢，腐解速率和累計腐解率隨時間的變化曲線基本一致，分為3個階段：快速腐解期(0～30 d)、中速腐解期(30～70 d)和緩慢腐解期(70～100 d)。

0～30 d為綠肥鮮體快速分解期。3種不同豆科綠肥的累積腐解率、腐解速率變化呈快速上升趨勢，干物質(zhì)殘留呈快速下降趨勢。救荒野豌豆干物質(zhì)殘留量變化范圍為2.00～5.00 g，累積腐解率為0～60%，腐解速率為0～0.225 g/d；胡盧巴干物質(zhì)殘留量變化范圍為3.50～6.00 g，累積腐解率為0～41.7%，腐解速率為0～0.125 g/d；豌豆干物質(zhì)殘留量變化范圍為3.25～6.00 g，累積腐解率為0～45.8%，腐解速率為0～0.125 g/d。翻壓至10 d，胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆腐解速率均達(dá)到最高值，分別為0.125、0.225、0.125 g/d，救荒野豌豆的腐解速率顯著高于其他2種綠肥(<0.05)。翻壓至 30 d，胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆的累積腐解率達(dá)到此階段的最高值，分別為41.67%、60.00%、45.83%，品種間差異顯著(<0.05)。

30～70 d為綠肥鮮體中速分解期。胡盧巴干物質(zhì)殘留量變化范圍為3.50～4.00 g，累積腐解率為33.3%～41.7%，腐解速率為0.032～0.083 g/d；救荒野豌豆干物質(zhì)殘留量變化范圍為2.00～2.50 g，累積腐解率為50%～60%，腐解速率為0.036～0.063 g/d；豌豆干物質(zhì)殘留量變化范圍為3.00～3.75 g，累積腐解率為37.5%～50.0%，腐解速率為0.043～0.092 g/d。

70～100 d為綠肥鮮體緩慢分解期。胡盧巴干物質(zhì)殘留量變化范圍為2.75～3.75 g，累積腐解率為37.50%～54.17%，腐解速率為0.032～0.035 g/d；救荒野豌豆干物質(zhì)殘留量變化范圍為1.75～2.50 g，累積腐解率為50.0%～65.0%，腐解速率為 0.033～0.038 g/d；豌豆干物質(zhì)殘留量變化范圍為2.50～3.00 g，累積腐解率為50.0%～58.3%，腐解速率為0.035～0.043 g/d。翻壓至100 d，胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆累積腐解率達(dá)到最高值，分別為54.17%、65.0%、58.34%，干物質(zhì)殘留量分別為2.75、1.75、2.50 g，其中以救荒野豌豆還田處理效果明顯。

2.3 不同豆科綠肥碳、氮養(yǎng)分釋放特征

2.3.1 碳釋放特征 由圖2可知，不同豆科綠肥碳的釋放規(guī)律與腐解規(guī)律基本相似，分為3個階段：快速釋放期(0～30 d)、平穩(wěn)釋放期(30～60 d)和緩慢釋放期(60～100 d)。

0～30 d，不同豆科綠肥處理翻壓后總有機(jī)碳釋放率隨時間的變化曲線基本一致，呈快速增加的趨勢。胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆的總有機(jī)碳養(yǎng)分釋放率分別為0～43.48%、0～68.81%、0～45.64%，累積釋放量為0.00～1 043.89、0.00～1 438.55、0.00～1 038.66 g，釋放速率為0.00～43.70、0.00～109.58、0.00～41.94 g/d。翻壓至30 d，品種間養(yǎng)分釋放率差異達(dá)極顯著水平(<0.01)，表現(xiàn)為救荒野豌豆最高，豌豆次之，胡盧巴最低。翻壓 10 d，品種間養(yǎng)分釋放率差異達(dá)極顯著水平(<0.01)，表現(xiàn)為救荒野豌豆最高，豌豆次之，胡盧巴最低；釋放速率達(dá)到整個腐解過程的最大值，分別為109.50、43.70、41.94 g/d；累積釋放量差異達(dá)極顯著水平(<0.01)，表現(xiàn)為救荒野豌豆>胡盧巴>豌豆。

30～60 d，不同豆科綠肥翻壓后隨時間延長總有機(jī)碳釋放率、累積釋放率變化幅度不大，基本上呈先緩慢下降后上升的趨勢。此期間，胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆碳累積釋放率變化幅度分別為39.93%～45.31%、59.35%～68.81%、38.54%～45.64%，累積釋放量為958.73～1 087.92、1 240.85～1 438.55、877.04～1 038.66 g，釋放速率分別為18.13～34.80、22.47～47.95、15.69～34.62 g/d。翻壓50 d，品種間養(yǎng)分釋放率差異達(dá)顯著水平(<0.05)，表現(xiàn)為救荒野豌豆最高，豌豆次之，胡盧巴最低。

60～100 d，不同豆科綠肥翻壓后隨時間延長總有機(jī)碳釋放率、累積釋放量呈緩慢上升的趨勢，釋放速率變化呈緩慢下降趨勢。翻壓至80 d，品種間的養(yǎng)分釋放率差異達(dá)顯著水平(<0.05)，表現(xiàn)為救荒野豌豆最高，豌豆次之，胡盧巴最低。翻壓至100 d，品種間的養(yǎng)分釋放率差異達(dá)顯著水平(<0.05)，表現(xiàn)為救荒野豌豆最高，胡盧巴次之，豌豆最低；胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆的累積釋放量分別為1 476.28、1 591.09、1 377.38 g，釋放速率分別為14.76、15.91、13.78 g/d。

2.3.2 氮釋放特征 由圖3可知，不同豆科綠肥全氮的釋放規(guī)律分為3個階段：快速釋放期(0～10 d)、緩慢釋放期(10～30 d)和平穩(wěn)釋放期(30～100 d)。

0～10 d快速釋放階段中，3種綠肥全氮的釋放速率差異達(dá)極顯著水平(<0.01)，其中以救荒野豌豆釋放最快，豌豆次之，胡盧巴最慢；翻壓至10 d，三者的全氮養(yǎng)分釋放率分別為70.75%、42.9%、41.42%；累積釋放量分別為178.90、94.08、60.63 g；釋放速率分別為17.89、9.41、6.07 g/d。

10～30 d緩慢釋放階段中，翻壓至30 d，品種間養(yǎng)分釋放率差異極顯著(<0.01)，表現(xiàn)為救荒野豌豆>豌豆>胡盧巴；品種間全氮累積釋放量差異極顯著(<0.01)，表現(xiàn)為救荒野豌豆>豌豆>胡盧巴；品種間全氮釋放速率差異極顯著(<0.01)，表現(xiàn)為救荒野豌豆>豌豆>胡盧巴。

30～60 d平穩(wěn)釋放階段中，不同豆科綠肥全氮釋放率、累積釋放量變化平緩，釋放速率變化呈緩慢下降趨勢。胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆全氮養(yǎng)分釋放率分別為41.03%～50.00%、72.60%～76.05%、52.62%～56.26%，累積釋放量分別為60.06～73.18、183.58～192.30、115.40～123.36 g，釋放速率分別為0.06～2.24、0.39～6.61、0.15～4.35 g/d。翻壓至60 d，胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆的全氮釋放率分別為50.00%、76.00%、56.15%，差異顯著(<0.05)；全氮累積釋放量分別為73.18、192.30、123.12 g，差異極顯著(<0.01)；養(yǎng)分釋放速率分別為0.06、0.39、0.15 g/d，差異極顯著(<0.01)；其全氮釋放速率降到整個腐解過程的最低點(diǎn)。

60～100 d，不同豆科綠肥翻壓后全氮釋放率、累積釋放量緩慢下降后又緩慢增加，釋放速率緩慢上升后趨于平緩。翻壓至70 d，胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆的全氮釋放率分別為16.52%、66.18%、48.06%，差異極顯著(<0.01)；累積腐解量分別為24.19、167.34、105.39 g，差異極顯著(<0.01)；釋放速率分別為0.35、2.39、1.51 g/d，差異極顯著(<0.01)，其中以救荒野豌豆釋放最快，豌豆次之，胡盧巴最慢。翻壓至100 d，胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆的全氮養(yǎng)分釋放率分別為31.56%、75.39%、56.30%，差異極顯著(<0.01)；累積釋放量分別為46.21、190.61、123.45 g，差異極顯著(<0.01)；釋放速率分別為0.46、1.91、1.24 g/d，差異極顯著(<0.01)，其中以救荒野豌豆釋放最快，豌豆次之，胡盧巴最慢。從上述分析可知，整個腐解階段中，救荒野豌豆的全氮養(yǎng)分釋放率和累積釋放量均高于其他2種綠肥。

2.3.3 碳氮比的動態(tài)變化 由圖4可知，3種豆科綠肥碳氮比的動態(tài)變化曲線呈階梯式變化。

0～10 d，品種間差異達(dá)到極顯著水平(<0.01)。對照翻壓前，C/N變化幅度明顯，胡盧巴的C/N由16.40上升至22.97，救荒野豌豆的C/N由8.27上升至13.48，豌豆的C/N由10.38上升至14.90。

20～60 d，C/N變化呈平緩下降趨勢，胡盧巴為16.72～18.13，救荒野豌豆為11.81～12.27，豌豆為13.44～15.09。翻壓20 d，品種間差異達(dá)極顯著水平(<0.01)。對比翻壓10 d，胡盧巴的C/N由22.97降至17.99，救荒野豌豆由13.48下降至12.11，豌豆由14.90上升至15.09。

60～70 d，C/N呈快速下降趨勢，胡盧巴由18.13下降至8.91，救荒野豌豆由12.28下降至8.10，豌豆由13.84下降至9.10。翻壓70～100 d，C/N變化平緩，胡盧巴為8.46～9.21，救荒野豌豆為7.99～8.15，豌豆為8.37～9.50；翻壓80～90 d，品種間的C/N無顯著差異。對比翻壓前，C/N變化幅度較明顯，達(dá)到整個翻壓時期的最低水平。翻壓 90 d，胡盧巴由16.40下降至8.46；翻壓80 d，救荒野豌豆由8.27下降至7.99，豌豆由10.38下降至8.37。

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，3種不同豆科綠肥翻壓還田的腐解過程分為快速腐解期(0～30 d)、中速腐解期(30～60 d)和緩慢腐解期(60～100 d)，與前人的研究結(jié)果較為相似。綠肥翻壓還田在土壤中礦化階段呈現(xiàn)出前期迅速腐解、后期緩慢這一特點(diǎn)，主要是鮮體綠肥在初腐解過程中，易分解出大量的有機(jī)物，如多糖、氨基酸、有機(jī)酸等，可以為土壤微生物提供大量的碳源及養(yǎng)分，加速腐解；隨著翻壓還田時間的延長，綠肥中難分解的纖維素和木質(zhì)素等組分的比例增加，致后期腐解趨于緩慢。研究發(fā)現(xiàn)，翻壓至10 d，胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆的腐解速率達(dá)到整個翻壓期最高值，分別為0.125、0.225、0.125 g/d；翻壓至30 d，救荒野豌豆的腐解率最高，為60.00%，豌豆次之，胡盧巴最低。趙娜等對旱地 3 種豆科綠肥的研究結(jié)果表明，翻埋前28 d快速腐解、達(dá)到分解高峰期，干物質(zhì)量減少了60%左右；常春麗等對高寒地區(qū)4種不同綠肥作物的腐解特征的研究結(jié)果表明，處理30 d內(nèi)快速腐解，腐解率均達(dá)到了50%以上。

大量研究證明，綠肥翻壓后土壤中的腐解和養(yǎng)分釋放活動是一個復(fù)雜的生物化學(xué)過程，整個生物腐解過程受多種因素的影響。因此，在不同生態(tài)環(huán)境下不同綠肥類型翻壓后對土壤的作用效應(yīng)以及對植株N、P、K、TOC養(yǎng)分釋放的進(jìn)度存在著明顯差異。李忠義等研究發(fā)現(xiàn)，紫云英翻埋至100 d后，碳、氮累計腐解率分別為 70.1% 、72.3%；劉新紅等研究發(fā)現(xiàn)，不同類型油菜翻壓至102 d，碳累積釋放率為76.16%～79.65%，氮的累積釋放率為 74.79%～85.92%。本研究結(jié)果表明，救荒野豌豆全碳、全氮養(yǎng)分釋放率最高，豌豆次之，胡盧巴最低，且翻壓30 d生物腐解效果優(yōu)于100 d。主要原因可能是，10月初綠肥還田，前1個月土壤中積累的溫度和水分可以很好地為綠肥快速腐解提供基礎(chǔ)，因此腐解效果較顯著，植株全碳、全氮養(yǎng)分釋放較快。隨著腐解時間的延后，土壤環(huán)境條件限制了土壤微生物活動，致腐解效率及養(yǎng)分釋放率降低。

碳氮比是衡量綠肥腐解情況的重要指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，綠肥翻埋后整體的碳氮比小于翻埋前，這與前人的研究結(jié)論較為相似，但其變化規(guī)律略有不同。趙娜等的研究表明，隨腐解時間的延長，綠肥作物腐解物的C/N先迅速下降，然后緩慢下降直至基本不變；薄晶晶等對長武懷豆和黑麥草2種綠肥在黃土旱塬區(qū)農(nóng)田土壤中的腐解狀況進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，綠肥C/N在試驗(yàn)期間有很大變化，綠肥翻埋后C/N先迅速下降，2～3周達(dá)到最低值后又緩慢增加至基本不變。本研究結(jié)果表明，3種豆科綠肥碳氮比呈上升—下降—平穩(wěn)—下降—平穩(wěn)的階梯式變化，翻壓的前10 d，碳氮比先迅速上升，隨時間的延長回落到最低值后慢慢趨于平緩，此結(jié)果與潘福霞等的結(jié)論較為一致。整體上，對比翻壓前，C/N均呈下降的趨勢。