劉小安 張小毅 劉文露 唐鍔

摘 要：為探究豆科與非豆科綠肥混合還田后的養(yǎng)分腐解和釋放規(guī)律，以豆科綠肥紫云英和箭舌豌豆、非豆科綠肥黑麥草和油菜為材料，在溫室大棚內(nèi)應(yīng)用尼龍網(wǎng)袋法研究了紫云英、紫云英＋黑麥草、紫云英＋油菜、箭舌豌豆＋黑麥草、箭舌豌豆＋油菜5種綠肥混合還田后的腐解特征及氮、磷、鉀養(yǎng)分釋放動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果表明：各處理綠肥腐解過程可分為快速腐解期（0～20 d）、中速腐解期（20～70 d）和緩慢腐解期（70～110 d）3個(gè)階段；其中，紫云英還田的腐解率及養(yǎng)分累積釋放率均在前三階段（0～5 d、5～20 d、20～40 d）較高，而紫云英＋油菜和箭舌豌豆＋油菜還田的在后兩階段（40～70 d、70～110 d）較高；試驗(yàn)結(jié)束時(shí)（110 d），各處理綠肥累積腐解率為57.61%～66.25%，氮、磷、鉀累積釋放率分別為57.75%～69.69%、55.54%～64.38%、93.73%～95.71%，表現(xiàn)為鉀＞氮＞磷，其中，紫云英+油菜混合還田的累積腐解率和氮、磷累積釋放率最高，箭舌豌豆+黑麥草的鉀累積釋放量最高。綜上可知，綠肥腐解速率和養(yǎng)分釋放速率受綠肥種類和不同綠肥混合的影響，紫云英和油菜混合還田更適宜作為長江中下游雙季稻稻區(qū)氮肥減量配施的綠肥模式。

關(guān)鍵詞：豆科綠肥；非豆科綠肥；腐解；養(yǎng)分釋放

中圖分類號(hào)：S142文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-060X（2023）10-0030-05

Decomposition Characteristics and Nutrient Release Dynamics of Mixed Green Manure Back into Fields

LIU Xiao-an1， ZHANG Xiao-yi1， LIU Wen-lu2， TANG E1

（1. Hengyang Vegetable Research Institute， Hengyang 421200， PRC; 2. Hengyang Agricultural Technical Service Center， Hengyang 421200， PRC）

Abstract： In order to clarify the decomposing characteristics and nutrient release dynamics of mixed leguminous and non-leguminous green manure back into fields， a greenhouse experiment was conducted by using nylon mesh bag method with leguminous manure milk vetch （Astragalus sinicus） and common vetch （Vicia sativa）， and non-leguminous green manure ryegrass （Lolium perenne） and rape （Brassica napus） as materials. Five decomposition treatments were set： milk vetch （T1）， milk vetch + ryegrass （T2）， milk vetch + rape （T3）， common vetch + ryegrass （T4）， and common vetch + rape （T5）. Results showed that the decomposition process could be divided into rapid decomposition period （0-20 d）， medium-speed decomposition period （20-70 d） and slow decomposition period （70-110 d）. The decomposing rate and nutrient accumulation release rate of T1 were higher in the first three stages （0-5 d， 5-20 d， 20-40 d）， while those of T3 and T5 were higher in the last two stages （40-70 d， 70-110 d）. At the end of the experiment （110 d）， the cumulative decomposition rates of all treatments were 57.61%-66.25%， and the cumulative release rates of nitrogen， phosphorus and potassium were 57.75%-69.69%， 55.54%-64.38% and 93.73%-95.71%， respectively in the order of K > N > P. Among them， the cumulative decomposition rate and nitrogen and phosphorus cumulative release rates in T3 were the highest， and the cumulative potassium release rate in T4 was the highest. In summary， the decomposition rate and nutrient release rate of green manure are affected by the type of green manure and the mixture of different green manures. Returing the mixture of milk vetch and rape into fields is a more suitable choice for the mode of nitrogen fertilizer reduction combined with green manure application in the double cropping rice area in the middle and lower reaches of the Yangtze River.

Key words：leguminous green manure; non-leguminous green manure; decomposition; nutrients release

收稿日期：2023–05–23

基金項(xiàng)目：衡陽市科技創(chuàng)新重大項(xiàng)目（202150013989）

作者簡介：劉小安（1975—），男，湖南衡陽市人，研究實(shí)習(xí)員，主要從事蔬菜栽培與育種研究。

綠肥是指所有能夠翻壓到土壤中做肥料的綠色植物體[1]。我國綠肥種植歷史悠久，早在《齊民要術(shù)》中就有對(duì)綠肥的相關(guān)記載。綠肥是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華，在保障糧食生產(chǎn)安全、提升土壤肥力等方面發(fā)揮了重要作用[2]。根據(jù)植物學(xué)分類可將綠肥分為豆科綠肥和非豆科綠肥，其二者混合還田具有較好的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，一方面可以利用它們?cè)诟馑俾屎宛B(yǎng)分釋放速率上形成的時(shí)間差，最大限度地發(fā)揮綠肥肥效，從而滿足作物不同生長時(shí)期對(duì)養(yǎng)分的需求，另一方面其氮、磷、鉀養(yǎng)分供應(yīng)均衡，可以充分保障作物生長發(fā)育對(duì)養(yǎng)分的需求。大量研究表明，綠肥的腐解速率受其本身化學(xué)性質(zhì)[3-4]、環(huán)境條件[5-6]、還田方式[7-8]及田間管理措施[9-10]等因素的影響，且腐解過程可以分為快速腐解階段和緩慢腐解階段[11-12]，養(yǎng)分釋放量排序表現(xiàn)為鉀＞磷＞氮[13-14]。項(xiàng)目組前期研究[15]發(fā)現(xiàn)，豆科與非豆科綠肥混合還田可促進(jìn)雙季稻生育后期葉片葉綠素含量的提高，有效延緩生育后期劍葉凈光合速率的下降，增加雙季稻植株干物質(zhì)積累量及產(chǎn)量。筆者擬在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬綠肥還田過程，進(jìn)一步探究豆科與非豆科綠肥混合還田下的腐解特征，明確豆科與非豆科綠肥混合還田后其養(yǎng)分釋放規(guī)律，以期為合理利用綠肥以及水稻高產(chǎn)、高效栽培提供技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)于2021年8—12月在衡陽市蔬菜研究所實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。供試土壤來自岳陽市湘陰縣某雙季稻田0～20 cm耕層，土壤類型為河流沖擊物發(fā)育而成的紫潮泥，于室內(nèi)風(fēng)干后剔除可見的植物根系，過2 mm 篩備用。土壤養(yǎng)分基本情況：有機(jī)質(zhì)15.24g/kg，全氮1.46 g/kg，全磷1.01 g/kg，全鉀14.08 g/kg，堿解氮328.67 mg/kg，有效磷25.51 mg/kg，速效鉀258.58 mg/kg，土壤pH值5.86。

供試綠肥為豆科綠肥與非豆科綠肥2類，豆科綠肥為紫云英和箭舌豌豆，非豆科綠肥為黑麥草和油菜，于50℃烘干后剪切至2 cm左右后干燥保存?zhèn)溆茫漯B(yǎng)分含量見表1。

供試蘑菇袋規(guī)格為20 cm×45 cm，直徑12.7 cm；尼龍袋的規(guī)格為8 cm×10 cm，孔徑200目。

1.2 試驗(yàn)方法

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置5個(gè)綠肥還田處理，詳見表2。為保證試驗(yàn)順利進(jìn)行，每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)處理準(zhǔn)備蘑菇袋15個(gè)，共準(zhǔn)備蘑菇袋75個(gè)。從8月12日開始分別于堆制后的5、20、40、70和110 d進(jìn)行取樣。每次取樣都為破壞性取樣，同1處理取3個(gè)樣品。

以蘑菇袋為容器，先將鋪入土壤300 g，土壤上水平放置已分裝的5個(gè)不同綠肥干樣的尼龍袋，再用300 g土壤覆蓋尼龍袋，最后用蒸餾水將土壤含水量調(diào)為25%，用橡皮筋扎緊蘑菇袋口，放實(shí)驗(yàn)室室溫避光培養(yǎng)，培養(yǎng)期間每隔3 d對(duì)蘑菇袋通氣一次，并用稱重法補(bǔ)充含水量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 綠肥干物質(zhì) 將腐解后剩余的綠肥于烘箱中80℃烘干，用1/100電子天平稱干重，計(jì)算綠肥累積腐解率和累積腐解率。

腐解率（%）=（腐解n天干物質(zhì)量－腐解m天干物質(zhì)量）/腐解n天干物質(zhì)量×100 （1）

累積腐解率（%）=（初始干物質(zhì)量－腐解n天干物質(zhì)量）/初始干物質(zhì)量 ×100（2）

式中：m＞n，下同。

1.3.2 綠肥養(yǎng)分 將烘干后的綠肥粉碎后過篩密封保存。稱取0.500 0 g植株粉碎樣，置于150 mL三角瓶中，加入8～10 mL硫酸，靜置過夜（≥8 h）后，在350℃石墨爐加熱板上進(jìn)行消煮，每隔1 h加H2O2 5～10滴，加3～4次，待溶液消煮至無色或清亮后，自然冷卻，用蒸餾水潤洗定容至100 mL容量瓶中，過0.45 μm濾膜至10 mL離心管中待測(cè)。待測(cè)液采用SAN++型連續(xù)流動(dòng)分析儀（Skalar，荷蘭）測(cè)定全氮、全磷含量，采用M410型火焰光度計(jì)（Shewood，英國）測(cè)定全鉀含量，并計(jì)算綠肥養(yǎng)分累積釋放率。

養(yǎng)分累積釋放率（%）=（初始養(yǎng)分總量－腐解n天養(yǎng)分總量）/初始養(yǎng)分總量×100（3）

各階段養(yǎng)分累積釋放率（%）=腐解m天養(yǎng)分累積釋放率－腐解n天養(yǎng)分累積釋放率（4）

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016和SPSS 25.0軟件進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析采用LSD法進(jìn)行多重比較（α＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同組合綠肥的腐解動(dòng)態(tài)變化

由圖1可知，各處理綠肥的累積腐解率均隨時(shí)間的推移而呈上升趨勢(shì)，腐解過程大致可以分為快速腐解期（0～20 d）、中速腐解期（20～70 d）和緩慢腐解期（70～110 d）?？焖俑馄赥1～T5處理的日均腐解率分別為2.37%、2.20%、2.38%、1.80%和2.13%，以T3處理最高，T4處理最低；綠肥腐解20 d時(shí)，T1～T5處理的累積腐解率分別為47.33%、43.94%、47.58%、36.06%和42.67%，以T3處理最高，T4處理最低。中速腐解期T1～T5處理的日均腐解率分別為0.29%、0.28%、0.33%、0.39%和0.34%，以T4處理最高，T2處理最低；腐解70 d時(shí)，T1～T5處理的累積腐解率分別為61.83%、57.89%、63.83%、55.44%和59.58%，以T3處理最高，T4處理最低。緩慢腐解期T1～T5處理的日均腐解率為0.04%、0.05%、0.06%、0.05%和0.05%，以T3處理最高，T1處理最低；腐解110 d時(shí)，T1～T5處理的累積腐解率分別63.61%、59.89%、66.25%、57.61%和61.75%，以T3處理最高，T4處理最低。

從圖2可知，各處理綠肥不同階段的腐解率表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)，在5～20 d時(shí)達(dá)到最大值。腐解0～5 d時(shí)，T1～T5處理的綠肥腐解率分別為21.07%、13.56%、23.19%、13.39%和16.83%，以T3處理最高，T4處理最低；腐解5～20 d時(shí)，T1～T5處理的綠肥腐解率分別為33.22%、35.15%、31.76%、26.17%和31.06%，以T2處理最高，T4處理最低；腐解20～40 d時(shí)，T1～T5處理的綠肥腐解率分別為19.41%、11.49%、16.96%、17.37%和15.99%，以T1處理最高，其次是T4處理，T2處理最低；腐解40～70 d時(shí)，T1～T5處理的綠肥腐解率分別為10.06%、15.10%、16.79%、15.64%和16.08%，以T3處理最大，其次是T5處理，T1處理最??；腐解70～110 d時(shí)，T1～T5處理的綠肥腐解率分別為4.65%、4.75%、6.65%、4.79%和5.36%，以T3處理最大，其次是T5處理，T1處理最低。由此可知，紫云英還田處理在腐解前三階段（0～5 d、5～20 d、20～40 d）腐解率較高，導(dǎo)致在后兩階段（40～70 d、70～110 d）腐解率比較低，而紫云英＋黑麥草、紫云英＋油菜、箭舌豌豆＋黑麥草、箭舌豌豆＋油菜還田處理雖然在腐解前三階段腐解率表現(xiàn)不一致，但在后兩階段腐解率都要大于紫云英還田處理，其中紫云英＋油菜還田處理腐解率最高，其次是箭舌豌豆＋油菜還田處理。

2.2 不同組合綠肥的養(yǎng)分釋放動(dòng)態(tài)變化

2.2.1 氮累積釋放率 圖3為綠肥還田后各階段的氮素累積釋放率，不同組合綠肥的氮素累積釋放率在各階段表現(xiàn)不一致。腐解0～5 d時(shí)，T1～T5處理的氮素累積釋放率分別為28.27%、23.74%、30.76%、24.96%和27.35%，其中以T3處理最高，顯著高于其余處理，T4處理最低。腐解5～20 d時(shí)，各處理氮素累積釋放率以T2處理最高，為25.46%，與T4、T5處理差異顯著。腐解20～40 d時(shí)，T1處理的氮素累積釋放率最高，其次是T4處理，兩者均顯著高于T2處理。腐解40～110 d時(shí)，T1～T5處理的氮素累積釋放量分別為2.47%、7.27%、9.59%、8.49%和9.62%，其中T2、T3、T4、T5處理顯著高于T1處理，以T5處理最高，其次是T3處理。

2.2.2 磷累積釋放率 由圖4可知，各處理在不同階段的磷素累積釋放率變化趨勢(shì)與氮素累積釋放率一致。腐解0～5 d時(shí)，T1～T5處理的磷素累積釋放率分別為35.88%、32.48%、38.47%、31.30%和33.02%，以T3處理最高，T4處理最低，T3與T4處理差異顯著。腐解5～20 d時(shí)，磷素累積釋放率以T2處理最高，為13.96%，顯著高于T3、T4、T5處理。腐解20～40 d時(shí)，T1處理的磷素累積釋放率最高，其次是T4處理，T2處理最低，T1、T4處理與T2處理差異顯著。腐解40～110 d時(shí)，T1～T5處理的磷素累積釋放量分別為2.90%、6.75%、8.67%、7.32%和8.18%，其中T2、T3、T4、T5處理顯著高于T1處理，以T3處理最高，其次是T5處理。

2.2.3 鉀累積釋放率 由圖5可知，腐解0～5 d時(shí)，T1～T5處理的鉀素累積釋放率分別為49.55%、45.03%、52.96%、45.76%和48.25%，T3處理與T1處理差異不顯著，顯著高于T2、T4、T5處理，T2處理最低。腐解5～20 d時(shí)，鉀素累積釋放率以T2處理最高，為34.37%，顯著高于其余各處理，T4處理最低，為28.15%。腐解20～40 d時(shí)，T4處理的鉀素累積釋放率最高，與T1處理差異不顯著，但顯著高于T2、T3、T5處理。腐解40～110 d時(shí)，T1～T5處理的鉀素累積釋放率分別為2.91%、9.53%、6.01%、11.13%和7.31%，其中T2、T3、T4、T5處理顯著高于T1處理，以T4處理最大，其次是T2處理，均顯著高于T3、T5處理。

綜合圖3～5可知，綠肥還田后氮、磷、鉀素累積釋放率呈下降趨勢(shì)，氮素累積釋放動(dòng)態(tài)可分為快速釋放期（0～20 d）和緩慢釋放期（20～110 d）。腐解20 d時(shí)，綠肥氮、磷、鉀素累積釋放率分別為42.50%～54.63%、41.08%～49.50%、73.91%～81.92%；試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，綠肥氮、磷、鉀素累積釋放率分別為57.75%～69.69%、55.54%～64.38%、93.73%～95.71%，累積釋放率表現(xiàn)為鉀＞氮＞磷，其中氮、磷素累積釋放率以T3處理最大，T4處理最低，鉀素累積釋放量以T4處理最大，T1處理最低。

3 結(jié)論與討論

綠肥還田后表現(xiàn)出前期腐解快后期腐解慢的特性。洪莉等[16]研究發(fā)現(xiàn)，綠肥翻壓后干物質(zhì)量和干物質(zhì)累積減少率均存在先快后慢的規(guī)律，翻壓20 d內(nèi)腐解速率較大，后期腐解變慢。梁軍[17]的研究表明，綠肥腐解可分為快速、中速、緩慢分解期，分別為翻壓0～12 d、12～50 d及50 d后。試驗(yàn)結(jié)果表明，綠肥腐解可分為3個(gè)階段：快速腐解期（0～20 d）、中速腐解期（20～70 d）和緩慢腐解期（70～110 d），綠肥腐解第110天時(shí)，綠肥累積腐解率為57.61%～66.25%，這與常麗春等[18]的研究結(jié)果一致。

不同養(yǎng)分在綠肥體內(nèi)的存在形態(tài)和分布位置決定綠肥還田后養(yǎng)分釋放速率的快慢[19]。試驗(yàn)結(jié)果表明，綠肥腐解的氮、磷、鉀養(yǎng)分累積釋放率均表現(xiàn)為前期釋放快、后期釋放慢的特點(diǎn)，氮、磷、鉀累積釋放率分別為57.75%～69.69%、55.54%～64.38%、93.73%～95.71%，表現(xiàn)為鉀＞氮＞磷，這與潘福霞 等[3]、宋莉等[7]的研究結(jié)果一致。而王飛等[20]研究發(fā)現(xiàn)，紫云英和油菜不同比例混合還田后，各養(yǎng)分累積釋放率大小表現(xiàn)為鉀＞磷＞氮＞碳，出現(xiàn)這種差異的原因可能是試驗(yàn)使用的是烘干綠肥，而王飛等[20]使用的是鮮樣綠肥。

夏志敏等[21]的研究表明，豆科綠肥和非豆科綠肥混合還田后，腐解過程中豆科綠肥和非豆科綠肥之間會(huì)產(chǎn)生交互作用，表現(xiàn)出不同的腐解和養(yǎng)分釋放特征。試驗(yàn)結(jié)果表明，豆科綠肥單獨(dú)還田（T1）腐解率及養(yǎng)分釋放量均在腐解前三階段（0～5 d、5～20 d、20～40 d）較高，而豆科與非豆科綠肥混合還田（T2～T5）在后兩階段（40～70 d、70～110 d）較高。這可能跟綠肥本身C/N和微生物活動(dòng)有關(guān)，非豆科綠肥的C/N高、腐解慢，能為豆科綠肥提供充足的碳源，而豆科綠肥的C/N低、腐解快，腐解釋放出的氮素一部分被作物吸收，另一部分被微生物利用來調(diào)節(jié)非豆科綠肥的C/N[22]，而這是一個(gè)長而緩慢的過程，因此豆科與非豆科綠肥混合還田的腐解率及養(yǎng)分累積釋放率在腐解前期低于豆科綠肥單獨(dú)還田，而在后期高于豆科綠肥單獨(dú)還田。而據(jù)水稻大田生育期推算，腐解0～40 d正好是早稻幼苗期至分蘗期，該階段對(duì)養(yǎng)分需求量較少，容易導(dǎo)致養(yǎng)分流失；腐解40～100 d正好是早稻分蘗期至晚稻分蘗期，滿足了早稻各關(guān)鍵生育期對(duì)養(yǎng)分的需求，有利于早稻干物質(zhì)的生產(chǎn)和對(duì)養(yǎng)分的吸收、積累，從而產(chǎn)量得到提高，而那些未被水稻吸收利用而被土壤固定的養(yǎng)分和未被腐解釋放的養(yǎng)分能為晚稻生長發(fā)育提供保障。在試驗(yàn)中，紫云英和油菜混合還田在腐解0～5 d內(nèi)氮、磷、鉀釋放率最大，可以緩解在大田試驗(yàn)中紫云英和油菜混合還田后產(chǎn)生的微生物“爭氮”現(xiàn)象。

通過不同綠肥混合腐解及養(yǎng)分釋放規(guī)律研究可以發(fā)現(xiàn)，不同綠肥混合腐解第110天后累積腐解率達(dá)57%以上，且氮、磷、鉀累積釋放率分別可達(dá)57%、55%、93%以上。不同綠肥混合還田氮、磷、鉀釋放量因綠肥混合方式而異，紫云英和油菜混合還田氮、磷累積釋放量最大，箭舌豌豆和黑麥草混合還田鉀素釋放量最大。紫云英與油菜混合還田的腐解速率和養(yǎng)分釋放率均高于其他綠肥混合還田，腐解及養(yǎng)分釋放特征更符合水稻生長發(fā)育規(guī)律，可能更適宜作為長江中下游雙季稻稻區(qū)氮肥減量配施的綠肥模式。

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