橘園綠肥覆蓋還田下的腐解及養分釋放動態特征

唐紅琴 李忠義 韋彩會 董文斌 曾成城 蘇利榮 蒙炎成 何鐵光 莫永誠 黃東

摘要：選用廣西常見的拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿及黑麥草作為試驗材料，利用尼龍網袋法，研究其在柑橘覆蓋還田方式下腐解及養分動態。結果表明，5種綠肥前期腐解速率快，0～20 d是綠肥的快速腐解期，隨后進入緩慢腐解期，到100 d時，5種綠肥的累計釋放率為拉巴豆>紫云英>黑麥草>紫花苜蓿>光葉苕子，分別達到84.28%、78.38%、74.01%、60.59%、44.68%。養分累計釋放率具有一定差異，經過100 d的腐解，5種綠肥養分累計釋放率表現為鉀>氮>碳≈磷。其中，碳累計釋放率表現為拉巴豆>紫云英>黑麥草>紫花苜蓿>光葉苕子，分別為87.67%、81.69%、80.93%、63.15%、53.43%。氮累計釋放率表現為拉巴豆>紫云英>黑麥草>紫花苜蓿>光葉苕子，分別為92.16%、87.35%、85.92%、79.83%、71.56%。磷的累計釋放率為拉巴豆>黑麥草>紫云英>光葉苕子>紫花苜蓿，分別達到91.39%、89.36%、66.46%、60.66%、52.01%。鉀的累計釋放率表現為拉巴豆>紫云英>黑麥草>光葉苕子>紫花苜蓿，分別為99.52%、97.87、91.95%、91.22%、95.21%。拉巴豆的累計腐解率以及養分釋放率均為全組最高，試驗結束時，拉巴豆累計腐解率和碳累計釋放率顯著高于其他處理綠肥品種。

關鍵詞：綠肥;橘園;覆蓋還田;腐解;養分釋放

中圖分類號： S666.06;S158? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）07-0221-06

收稿日期：2021-06-22

基金項目：國家綠肥產業技術體系建設專項（編號：CARS-22）;廣西重點研發計劃（編號：桂科AB18221122）;廣西南寧市西鄉塘區科技計劃（編號：2019021401）;廣西壯族自治區農業科學院科技發展基金（編號：桂農科2021YT037/2020YM112）;廣西特色作物試驗站項目（編號：TS202117）;廣西科技先鋒隊“強農富民”“六個一”專項（編號：桂農科盟202013）。

作者簡介：唐紅琴（1969—），女，廣西河池人，副研究員，主要從事綠肥環境生態研究。E-mail：229167658@qq.com。

通信作者：何鐵光，博士，研究員，主要從事綠肥育種與栽培等研究。 E-mail：tghe118@163.com。

據廣西壯族自治區統計局統計，2018年全區柑橘種植面積達46.66萬hm2，產量達836.47萬t[1]，占全區年度水果總產量的40%，是全區第1個產值突破100億元的水果產業，成為廣西第一大水果品種[2]。種植戶技術水平參差不齊和單純追求產量，導致其過度依賴化肥。長期過量施用化肥易造成土壤板結、酸化、肥力下降、污染環境等，同時對柑橘產量、品質及效益帶來了不良影響[3]。果園綠肥適時翻壓能為土壤提供大量養分，顯著增加土壤有機質含量，減少石化產品投入，培肥地力[4]。

明確綠肥還田后的腐解礦化過程對合理高效利用綠肥至關重要。近年來，關于綠肥在土壤中的轉化和養分釋放規律已有大量研究。綠肥腐解過程主要分為3個階段：快速腐解期、緩慢腐解期和腐解停滯期，整體表現為前期快、后期慢的特點[5-6]。牟小翎等利用埋袋法模擬了二月蘭和毛苕子的腐解特征，發現2種綠肥翻壓后14 d內腐解快，隨后腐解速率變慢[7]。崔志強等對黑麥草、紫花苜蓿、高羊茅和菊苣的研究發現，夏季翻壓時，綠肥腐解呈先快后慢的特點，冬季則是“慢—快—慢”的“S”形，夏季翻壓45 d后，70%左右的綠肥已腐解釋放，冬季則需180 d才能達到同樣的腐解量[8]。綠肥養分釋放過程與腐解過程相似，均呈現前期快、后期慢的特征。潘福霞等研究發現，箭舌豌豆、苕子和山黧豆的養分累計釋放率表現為K>P>N，翻壓 70 d 時，K累計釋放率均達到90%以上，P和N的累計釋放率分別為73.3%～78.7和59.9%～71.2%。以往的綠肥腐解和養分釋放規律研究多集中在土埋還田方式下，在實際生產過程中，地表覆蓋還田具有操作簡單、省時省力等優勢，是一種常見的果園綠肥還田方式，但是覆蓋還田方式下綠肥腐解規律研究相對較少[9]。近年來，筆者所在課題組研究表明綠肥作物拉巴豆土埋還田下的腐解及養分釋放率與覆蓋還田存在明顯差異[10]。為進一步明確不同類型綠肥覆蓋還田下腐解規律，本試驗選用廣西常見橘園綠肥拉巴豆（ Dolichos lablab）、紫云英（Astragalus sinicus）、光葉苕子（Viciavillosa rothvar）、紫花苜蓿（Medicago sativa）及黑麥草（Lolium multiflorum） 作為試驗材料，研究其在覆蓋還田方式下的腐解及養分釋放規律，為廣西柑橘綠肥資源的合理利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗開展于廣西南寧市義平水果種植專業合作社柑橘基地（地理位置為23°1′N、108°5′E），該地屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫為21.6 ℃，海拔為255 m。柑橘品種為沃柑，供試綠肥作物包括拉巴豆（DL，多年生豆科綠肥）、紫云英（AS，1年生豆科綠肥）、光葉苕子（VR，1年生豆科綠肥）、紫花苜蓿（MS，1年生豆科綠肥）、黑麥草（LM，1年生禾本科綠肥）。綠肥種質資源來源于廣西壯族自治區農業科學院農業資源與環境研究所，供試綠肥養分含量見表1。試驗地土壤為紅壤，基本理化性質為：堿解氮86.3 mg/kg、有效磷7.5 mg/kg、速效鉀 96 mg/kg、有機質18.67 g/kg，pH值5.7。試驗地在試驗期間的降水量見圖1，平均氣溫見圖2。

1.2 試驗設計

5種綠肥均于2017年10月下旬種植，并均于2018年4月10 日進行收割，將地上部分切成2 cm小段，混勻后裝入尼龍網袋，每袋裝入鮮樣200 g，將袋展平、封好口袋，每隔30 cm覆蓋于2行柑橘之間的露天環境。柑橘于2017年3月6日種植，行距 4 m，株距2.5 m，裸地栽培。于覆蓋后0（4月10日）、20、40、60、80、100 d進行取樣，每次每種綠肥處理取3袋，樣品取回后用蒸餾水沖洗干凈，烘干稱其質量，磨碎后測定碳、氮、磷、鉀含量。

1.3 樣品分析方法

采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定植物全碳含量，樣品經濃硫酸-過氧化氫消化后，采用凱氏定氮法測定全氮含量，用釩鉬黃比色法測定全磷含量，采用火焰光度計法測定全鉀含量。

1.4 數據處理

腐解速率（g/d）=（還田當天的干物質總量- n ?d 的干物質總量）/ n ;

養分累計釋放量（mg）=還田當天的養分總量- n ?d的養分總量;

養分累計釋放率=（還田當天的養分總量- n ?d的養分總量）/還田當天的養分總量×100%。

式中： n 為還田時間，d。

利用SPSS 20.0、Excel軟件進行數據統計分析，應用Origin 8.5繪圖。

2 結果與分析

2.1 綠肥腐解特征

由圖3、表2可知，5種綠肥覆蓋還田后，其腐解過程大致分為快速腐解期和緩慢腐解期。覆蓋前20 d內為快速腐解期，DL、AS、VR、MS、LM的腐解率分別達到58.78%、47.38%、24.54%、24.69%、19.22%;該階段平均腐解速率較快，分別達到1.38、0.73、0.37、0.60、0.31 g/d，拉巴豆的平均腐解速率顯著高于其他幾組（ P <0.05），隨后5種綠肥（除黑麥草外）腐解速率迅速下降，進入緩慢腐解期（表2）。到100 d時，拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿、黑麥草的累計釋放量分別為39.61、24.27、13.40、29.34、24.22 g，累計腐解率分別達到84.28%、78.38%、44.68%、60.59%、74.01%，5種綠肥的腐解率表現為拉巴豆>紫云英>黑麥草>紫花苜蓿>光葉苕子，累計釋放量均表現為拉巴豆>紫花苜蓿>紫云英>黑麥草>光葉苕子。拉巴豆的累計腐解量、累計腐解率在5次取樣中均顯著高于其他4種綠肥（ P <0.05）。

2.2 碳釋放特征

碳的釋放動態見圖4，還田20 d后，拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿及黑麥草的碳累計釋放量分別為14.20、7.58、2.52、7.05、4.69 g，累計釋放率分別為65.32%、54.01%、21.06%、32.77%、33.42%。隨后碳釋放趨于平緩，還田100 d后，拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿及黑麥草的碳累計釋放量分別為19.06、11.45、6.38、13.56、11.35 g，累計釋放率分別達到87.67%、81.69%、53.43%、63.15%、80.93%，可見此時5種綠肥的碳累計釋放量為拉巴豆>紫花苜蓿>紫云英>黑麥草>光葉苕子，累計釋放率表現為拉巴豆>紫云英>黑麥草>紫花苜蓿>光葉苕子。碳累計釋放量和累計釋放率的最高組均為拉巴豆，并且在5次取樣中均顯著高于其他處理（ P <0.05）;碳累計釋放量和累計釋放率最低均為光葉苕子。

2.3 氮累計釋放特征

如圖5所示，隨腐解時間的延長，氮的累計釋放率不斷升高，5種綠肥的氮釋放速度均在前20 d最快，拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿及黑麥草的氮累計釋放量分別為859.68、352.73、345.78、410.18、191.83 mg，累計釋放率分別達到65.08%、49.91%、47.19%、34.89%、27.61%。隨后氮釋放速率有所下降。但到腐解中后期，黑麥草仍保持較高的氮釋放速率，還田后40～100 d，其腐解率由36.75%升至85.92%。試驗結束時，5種綠肥的氮累計釋放量表現為拉巴豆>紫花苜蓿>紫云英>黑麥草>光葉苕子，分別為1 217.12、939.12、617.30、597.05、524.29 mg，累計釋放率表現為拉巴豆>紫云英>黑麥草>紫花苜蓿>光葉苕子，分別達到92.16%、87.35%、85.92%、79.83%、71.56%，除還田后100 d的氮累計釋放率外，拉巴豆的氮累計釋放量和釋放率均顯著高于其他處理（ P <0.05）。試驗結束時，光葉苕子的最終累計釋放量和累計釋放率均顯著低于其他處理（ P <0.05）。

2.4 磷累計釋放特征

由圖6可知，5種綠肥磷的釋放同樣在前20 d達到較快的速率，但5種綠肥間差距較大。前20 d磷累計釋放量表現為拉巴豆>黑麥草>光葉苕子>紫云英>紫花苜蓿，分別達到198.11、162.15、28.51、25.07、24.37 mg;累計釋放率為黑麥草>拉巴豆>光葉苕子>紫花苜蓿>紫云英，分別為68.73%、65.42%、32.86%、23.18%、21.69%。試驗結束時，5種綠肥磷累計釋放量為拉巴豆>黑麥草>紫云英>紫花苜蓿>光葉苕子，分別達到276.65、210.51、74.96、54.80、52.48 mg;累計釋放率為拉巴豆>黑麥草>紫云英>光葉苕子>紫花苜蓿，分別達到91.39%、89.36%、66.46%、60.66%、52.01%。拉巴豆和黑麥草的磷累計釋放率在整個腐解期均顯著高于紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿（ P <0.05）。這可能與拉巴豆、黑麥草的初始含磷量較高有關，拉巴豆和黑麥草的初始含磷量分別為0.64%、0.72%，均顯著高于紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿的初始含磷量（表1）。

2.5 鉀累計釋放特征

由圖7可知，與碳、氮、磷相比，鉀的釋放較快，拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿和黑麥草的鉀累計釋放量分別于還田后20 d達到1 236.20、591.57、730.49、614.65、510.18 mg。除紫花苜蓿外，幾種綠肥鉀累計釋放率在還田的前20 d均達到60%以上， 其中拉巴豆、紫云英、黑麥草和光葉苕子的鉀累計腐解率分別達到83.42%、78.98%、69.64%、60.90%，紫花苜蓿僅為40.28%。隨后幾次取樣結果發現，紫云英、拉巴豆、黑麥草的鉀累計釋放率在40 d時即達到90%左右，隨后釋放緩慢;相比之下，紫花苜蓿和光葉苕子的鉀釋放速率較為緩慢。試驗結束時，5種綠肥鉀累計釋放量由大到小排序為拉巴豆>黑麥草>紫花苜蓿>光葉苕子>紫云英，分別達到1 474.99、1 167.80、927.79、905.10、808.75 mg;拉巴豆的鉀累計釋放量在整個腐解期均顯著高于其他幾組（ P <0.05）。試驗結束時，5種綠肥鉀累計釋放率均達到90%以上，拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿、黑麥草的鉀累計釋放率分別為99.52%、97.87%、91.95%、91.22%、95.21%。

2.6 碳氮比變化動態

由圖8可知，5種綠肥在腐解過程中，碳氮比呈現出升高或降低的趨勢，但整體來看，5種綠肥的碳氮比呈現出上升的趨勢，試驗開始時，拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿、黑麥草的碳氮比分別為16.46、19.84、16.32、18.27、20.19，腐解100 d后，其碳氮比分別達到了25.90、28.81、27.14、33.75、27.53。

3 討論與結論

綠肥腐解和養分釋放是一個復雜的過程，受到綠肥品種、土壤溫濕度和微生物等多因素影響[11]。由于在腐解初期，綠肥本身鮮嫩，其水溶性有機物如多糖、氨基酸、有機酸易隨水分運動而流失，從而造成綠肥前期重量快速降低，同時，這些物質易被微生物利用，為微生物提供大量的能源和養分，微生物數量和活性增加，也促進了綠肥的腐解[6]。隨著腐解時間的延長，殘留物中主要成分是難分解的纖維素、木質素等有機物，故綠肥腐解隨之減緩[12]。在本研究中，腐解20 d內為快速腐解期，拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿及黑麥草的腐解率分別達到58.78%、47.38%、24.54%、24.69%、19.22%。隨后，5種綠肥腐解速率均迅速下降，拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿及黑麥草累計腐解率分別達到84.28%、78.38%、44.68%、60.59%、74.01%，該結果與崔志強研究結果[8]吻合，不同綠肥腐解與釋放速率和高峰期不一致，這與綠肥組成成分密切相關。研究表明，水溶性、苯醇溶性物和粗蛋白物質更易分解，拉巴豆的腐解率為全組最高，可能是由于拉巴豆的以上物質含量較高[13];同時，有研究表明，作物碳氮比與作物腐解速率有一定關系，碳氮比小的作物更易腐解[14]，本研究中除60、80 d取樣結果外，拉巴豆的碳氮比均為全組最低，可能也是導致拉巴豆腐解率較高的原因之一，但導致不同綠肥間腐解率不同的具體原因還需進一步探究。

碳、氮、磷、鉀釋放過程具有一定差異。在本研究中，碳、氮、磷、鉀的累計釋放率分別為53.43%～87.67%、71.56%～92.16%、52.01%～91.39%、91.22%～99.52%，可以看出累計釋放率為鉀>氮>碳≈磷，與李帥等的研究結果[15]一致。鉀釋放早且快速，氮磷較慢，這與前人研究[9-10]一致，氮、磷大部分都是以蛋白質、氨基酸、磷脂以及核酸等有機物形式存在，需通過微生物的分解才能釋放[8]，綠肥中磷的釋放與其初始磷含量呈正相關關系[16]，本研究中拉巴豆和黑麥草的初始磷含量明顯高于紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿，因此，拉巴豆和黑麥草的磷累計釋放率在整個腐解期均明顯高于紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿。秸稈中的鉀多以離子形態存在，易溶于水，不依賴微生物的分解，埋于土壤后，土壤水分與綠肥接觸后，綠肥中的鉀便迅速溶解釋放[17]。這主要是由于鉀不是綠肥組織的結構成分，在綠肥中主要以鉀離子形態存在，鉀的施肥途徑主要以滲濾為主，因此鉀的施肥主要受環境條件如土壤水分含量的影響，而對綠肥的腐解程度依賴很小。在本研究中，腐解20 d時，拉巴豆、紫云英、黑麥草、光葉苕子鉀累計釋放率分別達到83.42%、78.98%、69.64%、60.90%，試驗結束時，5種綠肥的鉀累計釋放率均在90%以上。

秸稈中碳氮比對秸稈腐解速率有重要影響，初始的碳氮比通?？勺鳛轭A測秸稈降解動態的重要指標[18]。本研究中幾種綠肥的初始碳氮比介于16.05～20.22之間，隨腐解時間延長，其碳氮比大致呈上升趨勢，腐解100 d 時，其碳氮比介于25.90～33.75之間。說明本研究中氮的釋放速率高于碳的釋放速率，微生物對有機物降解的適宜碳氮比為 25 ∶1，過高或過低均會影響微生物對秸稈的分解和秸稈養分的釋放[18]。因此，在實際生產中可根據養分需求規律在還田前補充一定量的外部碳源，促進綠肥腐解。

本研究表明，5種綠肥前期腐解速率快，后期腐解速率慢，到腐解100 d時，5種綠肥的累計釋放率為拉巴豆>紫云英>黑麥草>紫花苜蓿>光葉苕子。養分累計釋放率具有一定差異，但均表現為前20 d養分釋放率快，隨后逐漸變慢的特征。經100 d的腐解，5種綠肥養分累計釋放率表現為鉀>氮>碳≈磷;其中，碳和氮累計釋放率表現為拉巴豆>紫云英>黑麥草>紫花苜蓿>光葉苕子，碳的累積釋放率分別為87.67%、81.69%、80.93%、63.15%、53.43%，氮的累積釋放率92.16%、87.35%、85.92%、79.83%、71.56%;磷的累計釋放率為拉巴豆>黑麥草>紫云英>光葉苕子>紫花苜蓿，分別達到91.39%、89.36%、66.46%、60.66%、52.01%;鉀的累計釋放率表現為拉巴豆>紫云英>黑麥草>紫花苜蓿>光葉苕子，分別為99.52%、97.87%、95.21%、91.22%、91.95%。拉巴豆的累計腐解率以及養分釋放率均為全組最高，試驗結束時，拉巴豆累計腐解率和碳累計釋放率顯著高于其他處理綠肥品種。

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