苦豆子綠肥的腐解和養(yǎng)分釋放研究

張朝陽 ，王林娜 ，王 蒙 ，席琳喬

（1.塔里木大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團塔里木畜牧科技重點實驗室，新疆 阿拉爾 843300；2.吐魯番職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 吐魯番 838000）

苦豆子（Sophora alopecuroides）屬豆科槐屬多年生草木植物，高可以達1 m 以上，根系發(fā)達，地上部分生長迅速，生長周期長，抗風(fēng)沙、耐鹽堿，野生資源分布面積廣泛，是一種優(yōu)良的水土保持植物，并且是重要的藥用植物資源［1，2］，同時可以作綠肥且肥效較高，其中氮含量0.49%～2.79%、磷含量0.37%～0.43%、鉀含量0.63%～0.73%。新疆南疆農(nóng)村有用苦豆子莖葉作綠肥的習(xí)慣，在開花初期刈割，切斷6～10 cm，直接翻壓，或與其他農(nóng)家肥一起發(fā)酵，夏季一周左右，可以施入農(nóng)田，或者在地頭直接密封發(fā)酵。30 kg苦豆子肥力相當(dāng)于60～100 kg 人干糞，500 kg 半風(fēng)干肥力相當(dāng)于140 kg 黑豆或700 kg 扁豆、蕓芥等綠肥。施用苦豆子綠肥能夠顯著增加土壤肥力水平，對土壤中20～40 cm 土層堿解氮和有效磷含量增加效果較為顯著［3］。研究報道，將苦豆子割下打碎與動物糞便混合油渣拌合堆積制作成的肥料，瓜地用量為2 250 kg/hm2時可增收30%以上，而且瓜還特別酥脆香甜［4］；在甜瓜地里施苦豆子綠肥和磷酸二氫鉀，外觀與口感更好［5］；在水稻抽穗前，用4 500～7 500 kg/hm2苦豆子作肥料，可增產(chǎn)20%左右［6］。長期施用苦豆子綠肥，田間蠐螬、地老虎、蚜蟲等害蟲會減少［7］。但是綠肥的腐解十分復(fù)雜，不同品種綠肥腐解規(guī)律也有不同的表現(xiàn)。目前，關(guān)于苦豆子作為綠肥利用方面的研究較少，因此研究苦豆子綠肥的腐解規(guī)律和養(yǎng)分釋放可以為苦豆子綠肥的開發(fā)與利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地（81°18′9″E，40°32′52″N）海拔1 010 m，年均降雨量49 mm，年蒸發(fā)量2 110.5 mm，平均氣溫10.5 ℃，土壤為風(fēng)沙土，其土壤的基本理化性質(zhì)：pH 8.2，有機質(zhì) 11.91 g/kg，速效氮 22.6 mg/kg，速效磷21.3 mg/kg，速效鉀 104 mg/kg，全氮 0.47 g/kg，全磷0.61 g/kg，全鉀20.3 g/kg。

1.2 方法

釆用埋袋法，刈割營養(yǎng)期至初花期的苦豆子地上部，切成2 cm 左右小段，后混勻，裝入20 cm×30 cm、孔徑0.047 mm 的尼龍網(wǎng)袋中，封好口后翻壓于土壤中，埋深15～20 cm，在0、3、7、14、21、28、58、88、118 d 共取樣 9 次，重復(fù) 3 次，65 ℃烘干。樣品粉碎后測定水分、碳、氮、磷、鉀含量。

苦豆子綠肥含水量采用烘干法測定，磷、鉀用硫酸過氧化氫法消煮，磷采用釩鉬黃比色法測定，波長450 nm；鉀采用火焰光度計（FP6431，上海儀點分析儀器有限公司）測定；氮、碳采用碳氮分析儀（型號LE204E/02）測定。

干物質(zhì)（DM）降解率=（0 d 干物質(zhì)量-該時期干物質(zhì)量）/0 d 干物質(zhì)量×100%

礦化率=1-該時期干物質(zhì)量×該時期含量/0 d 含量/0 d 干物質(zhì)量×100%

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)均用Excel 2016 和SPSS 21.0 軟件分析、統(tǒng)計，并繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 苦豆子綠肥的DM 降解率

由圖1 可以看出，苦豆子綠肥的干物質(zhì)降解率隨著埋壓時間的延長不斷增加。干物質(zhì)降解率可以分為 3 個時期：0～14 d 為快速降解期、14～28 d 為降解減緩期、28～118 d 為降解緩慢期。0～14 d 干物質(zhì)降解率達40%，在118 d 干物質(zhì)降解率為65.2%。

圖1 苦豆子綠肥的DM 降解率變化規(guī)律

2.2 苦豆子綠肥C、N、P、K 礦化率

苦豆子綠肥礦化率測定結(jié)果如表1 所示，礦化率隨埋壓時間增加而增加，前期礦化速度快，后期礦化速度慢?？喽棺泳G肥在腐解過程中C礦化迅速，埋壓3 d 時苦豆子綠肥C 礦化率為26.28%，與埋壓7 d時差異顯著，前7 d 日平均礦化速率為4.63%。埋壓14 d 時 C 礦化率達 44.78%，與 7 d 時差異顯著，埋壓7～14 d 日平均礦化率為 1.77%。埋壓 14～21 d 時苦豆子綠肥C 的日平均礦化率為0.8%，較埋壓14 d 時速率繼續(xù)降低。埋壓28 d 時苦豆子綠肥C 礦化率為54.04%，與埋壓21 d 的礦化率差異顯著，埋壓28 d后C 礦化速率降低。

表1 不同埋壓時間對苦豆子綠肥礦化率的影響

埋壓3 d 時苦豆子綠肥N 的礦化率達17.94%，日平均礦化率高達5.98%；至7 d 時苦豆子綠肥N 的礦化率為23.44%，14 d 時N 的礦化率為30.18%，埋壓14 d 與21 d 的N 礦化率之間差異顯著，埋壓21～28 d N 礦化速率逐漸變慢，日平均礦化率為0.43%，埋壓28～118 d 的日平均礦化率為0.08%，氮素礦化變得十分緩慢。

埋壓3 d 苦豆子綠肥K 的礦化率為55.46%，埋壓3～14 d 時K 日平均礦化率為1.40%，至埋壓118 d時K 共礦化79.06%；埋壓3 d 時苦豆子綠肥P 的礦化率為21.07%，7 d 時的礦化率為26.11%，埋壓0～7 d苦豆子綠肥P 的礦化率較高，在埋壓118 d 時P 的礦化率為52.54%。

2.3 不同埋壓時間對苦豆子綠肥碳氮比（C/N）的影響

苦豆子綠肥C/N 變化如圖2 所示。隨著時間的延長苦豆子綠肥的C/N 不斷下降，以0～14 d 下降趨勢最為明顯，此階段苦豆子綠肥中的氮素礦化迅速且大于碳的礦化速率，在14～28 d C/N 繼續(xù)下降但趨勢有所減緩，而至28～118 d 碳氮比趨近于平穩(wěn)，氮礦化率較碳快。

圖2 苦豆子綠肥C/N 變化

2.4 苦豆子綠肥DM 降解率和C、N、P、K 礦化率之間的相關(guān)性

苦豆子綠肥DM 的降解及各元素礦化率的相關(guān)性分析如表 2 所示。DM 降解率與 C、N 和 K 礦化率都呈極顯著正相關(guān)，與P 礦化率呈顯著正相關(guān)。其中，DM 與C 礦化率相關(guān)性最高，達0.985，苦豆子綠肥在埋壓的過程中其干物質(zhì)的降解，C 的礦化及N、P、K 各元素的釋放都具有同步性。

表2 苦豆子綠肥DM 降解率和C、N、P、K礦化率之間的相關(guān)性

3 小結(jié)與討論

從苦豆子綠肥DM 的降解率來看，苦豆子綠肥經(jīng)過118 d 的腐解，DM 降解率達65.2%，這與前人的研究結(jié)果一致，均在63%左右［8］。從苦豆子綠肥腐解118 d 過程中DM 釋放速率來看，整個過程可以分為3 個階段。①0～14 d 為快速分解階段，在此階段苦豆子綠肥迅速腐解，養(yǎng)分釋放迅速。腐解前期苦豆子綠肥中大量的可溶性有機物如多糖、氨基酸、有機酸以及無機養(yǎng)分為微生物提供養(yǎng)分，使微生物數(shù)量增加，在微生物的作用下綠肥迅速腐解［9］。隨著埋壓時間的延長綠肥中的殘留物大多為纖維素、木質(zhì)素等有機物，此類有機物不易被分解，減慢了苦豆子綠肥的腐解［10］。②14～28 d 苦豆子綠肥進入腐解相對減緩期，在此階段部分較難分解的物質(zhì)在高溫和微生物作用下從苦豆子綠肥中逐漸釋放。③28～118 d 苦豆子綠肥腐解非常緩慢，此時的綠肥主要在微生物的作用下使植物結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，腐解進程緩慢。李逢雨等［11］報道麥稈、油菜稈還田后在田間腐解速率也表現(xiàn)為前期快，后期慢。苦豆子綠肥壓埋入土壤后，初期基本上將易分解的物質(zhì)完全腐解，接下來通過物理及化學(xué)變化逐步分解剩余的不易分解的物質(zhì)，經(jīng)過118 d 腐解，依然有大量殘留物質(zhì)，干物質(zhì)殘留35%左右。Zhang 等［12］認(rèn)為翻壓綠肥有極強的后效作用，即將綠肥翻壓于土壤中第2 年仍表現(xiàn)一定的肥力。

從苦豆子綠肥C、N、P、K 的礦化率來看，K 的礦化率最大，達80%左右，其次是C、P、N，可能是K 大部分以離子形態(tài)存在于苦豆子綠肥之中，在水的作用下易被水解釋放；而苦豆子中的P 以有機態(tài)和無機態(tài)2 種形式存在，其中，OP（有機磷）的含量占苦豆子綠肥TP（全磷）的40%左右，不易腐解［13］。埋壓118 d 時C 只有60%左右被釋放出來，這與前人有關(guān)綠肥腐解規(guī)律及玉米綠肥間種效益的研究結(jié)果（60%）一致［14］。在綠肥被埋壓過程中，一部分的C被礦化分解，以CO2的形式釋放，另一部分C 在微生物作用下經(jīng)腐解轉(zhuǎn)化形成腐殖質(zhì)積累在土壤中，將影響土壤中有機質(zhì)的形成與含量［15］。關(guān)于C/N，在各種有機物的分解過程中，土壤中養(yǎng)分的分解與養(yǎng)分的釋放與其中有機物的C/N 有很大的相關(guān)性，在相同的條件下，C/N 窄的有機物分解快，腐殖化系數(shù)?。籆/N 寬的有機物分解慢，腐殖化系數(shù)大［16］，苦豆子屬豆科植物，其本身有較高的含氮量，C/N 窄（8～14），養(yǎng)分易于釋放，釋放速率較快。溫明霞等［17］報道C/N 低的綠肥在其埋壓過程中為凈礦化，而C/N高的綠肥為凈固定，苦豆子綠肥具有較低的C/N，因此肥效較高。

苦豆子綠肥在118 d 的埋壓過程中，干物質(zhì)量的降解和有機養(yǎng)分的礦化可分為0～14 d 快速分解、14～28 d 減慢分解和 28～118 d 緩慢分解 3 個階段。養(yǎng)分礦化率表現(xiàn)為K＞C＞P＞N，且干物質(zhì)的降解及營養(yǎng)元素的礦化基本同步。