青海高原地區(qū)綠肥毛葉苕子腐解規(guī)律及養(yǎng)分釋放特征

毛小紅，李正鵬，嚴(yán)清彪，韓 梅

(青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，青海 西寧 810016)

土壤養(yǎng)分難以被作物吸收利用以及寒、旱等氣候特征是限制青藏高原地區(qū)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展的主要生態(tài)因子?；诮陙?lái)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部化肥農(nóng)藥減施、有機(jī)肥替代化肥等行動(dòng)，為了最大程度保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高產(chǎn)、高效地運(yùn)行，應(yīng)以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為手段，同時(shí)繼承傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華部分，更加高效地發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，深入探索作物對(duì)水分和養(yǎng)分的積累分配和轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律、養(yǎng)分在土壤和其他介質(zhì)中的累積和遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、以及生態(tài)和人為因子影響作物吸收水分和養(yǎng)分的規(guī)律、不同類型作物對(duì)水分和養(yǎng)分的供應(yīng)效應(yīng)能力的影響等，對(duì)于響應(yīng)國(guó)家化肥減施相關(guān)政策措施，為土壤培肥、作物增產(chǎn)以及肥料資源高效利用與管理提供理論參考，對(duì)應(yīng)對(duì)多變的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境具有重要的意義。

肥飼兼用的綠肥作物地上部分分枝多、根系發(fā)達(dá)，還田后可將大量的微生物和酶翻壓入土，從而促進(jìn)微生物的活動(dòng)，加速綠肥分解和轉(zhuǎn)化，使土壤中的養(yǎng)分得以活化，利于作物吸收和利用。綠肥還田后能明顯地提升土壤的理化性質(zhì)；大量研究證據(jù)肯定了綠肥對(duì)地力的提升效果[1-4]。綠肥經(jīng)處理翻壓后腐解礦化快，能及時(shí)、迅速地釋放出養(yǎng)分供農(nóng)作物吸收與利用，有學(xué)者利用15N標(biāo)記技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，植物前期的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)吸收的養(yǎng)分來(lái)自綠肥，綠肥作為優(yōu)質(zhì)生物有機(jī)肥源[5]，是減少化學(xué)投入、增加土壤有機(jī)物料的重要途徑之一。研究表明，在不同的肥料養(yǎng)分綜合管理?xiàng)l件下，作物吸收的氮素有50%左右來(lái)自于土壤[6]。綠肥氮與化肥氮對(duì)作物吸收而言是等效的[7]，綠肥作物來(lái)源的氮素在土壤中具有更長(zhǎng)的滯留時(shí)間[8]，作物能從土壤中吸收比肥料來(lái)源更多的氮素[9]。研究還表明，綠肥的應(yīng)用可以增加土壤中養(yǎng)分的固定[10]，增加綠肥作物來(lái)源的養(yǎng)分是維持土壤微生物生態(tài)平衡，促進(jìn)微生物固持養(yǎng)分，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)田化肥減施增效和綠色發(fā)展的重要措施[11]，綠肥替代部分基施化肥對(duì)作物與種植田土壤肥力提升有積極作用[12]。此外，在不合理施肥帶來(lái)負(fù)面影響后，我們得出了一個(gè)結(jié)論，化肥配施綠肥對(duì)不利因素對(duì)生物量的降低有緩解作用[13]，化肥配施綠肥能夠緩解甚至抵消其單獨(dú)施用帶來(lái)的負(fù)面影響。目前，化肥養(yǎng)分的損失卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于綠肥養(yǎng)分的損失[14]，而綠肥在降低硝酸鹽淋洗等養(yǎng)分損失方面具有較好的效果[15]，綠肥還田后，土壤溶液中硝酸鹽濃度降低38%～70%，總氮的損失降低約18%～83%。國(guó)外學(xué)者研究表明，增加肥料養(yǎng)分在土壤中的滯留時(shí)間，能夠促進(jìn)作物的生長(zhǎng)，增加產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收量及肥料利用效率，從而降低了根層養(yǎng)分由于淋洗造成的損失[16]。在過(guò)去，綠肥種植技術(shù)以肥飼利用為主要目的，現(xiàn)已不能滿足新時(shí)代條件下的農(nóng)業(yè)發(fā)展新要求。目前，綠肥作物服務(wù)于生態(tài)農(nóng)業(yè)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的方式突破了原有的應(yīng)用模式，在養(yǎng)分供應(yīng)、培肥土壤、生物固氮、涵養(yǎng)水源等[17]方面均體現(xiàn)了其為農(nóng)田提供的有價(jià)值的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

在青海高原地區(qū)，綠肥翻壓技術(shù)以及綠肥間作種植作物等已經(jīng)取得突破，但對(duì)于綠肥翻壓后腐解特性與養(yǎng)分釋放規(guī)律的研究較少，綠肥養(yǎng)分釋放結(jié)合輪作麥田養(yǎng)分吸收的研究較少。同時(shí)，作為五大牧區(qū)之一，選擇毛葉苕子做綠肥腐解特性與養(yǎng)分釋放規(guī)律的研究，以期為青海高原地區(qū)土壤培肥、牧草利用與評(píng)價(jià)、減施化肥以及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供參考，同時(shí)能預(yù)測(cè)綠肥翻壓后為土壤提供的養(yǎng)分情況。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)在西寧廿十里鋪鎮(zhèn)莫家泉灣(101.45E、36.43N)，海拔為2 300 m，氣候冷涼，屬高原大陸性半干旱氣候。年平均氣溫5.9℃，作物生長(zhǎng)期為220.2 d，日較差大，年平均降水量367.5 mm，年均蒸發(fā)量為1 729.8 mm。試驗(yàn)區(qū)土壤類型為栗鈣土。圖1為腐解期間試驗(yàn)地土壤水分含量和溫度變化情況。

圖1 毛葉苕子腐解期間試驗(yàn)地水分含量和溫度變化Fig.1 Changes in moisture content and temperature of the test site during decomposition of Vicia Villosa L.

1.2 試驗(yàn)材料

供試綠肥毛葉苕子品種為土庫(kù)曼毛苕，2019年8月9日播種，于10月26日初花期取地上部分，長(zhǎng)約30～40 cm。毛葉苕子初始含水率為84.23%，全氮、全磷和全鉀含量分別為4.25%、0.31%、2.99%。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用田間尼龍網(wǎng)袋法，該方法操作簡(jiǎn)單、回收殘余植株方便加上重復(fù)性強(qiáng)和成本低等優(yōu)點(diǎn)。于2019年10月26日將毛葉苕子按鮮重130 g稱量好后裝入300目的尼龍網(wǎng)袋(長(zhǎng)25 cm,寬14 cm)中封緊口,在田間開(kāi)溝，深20 cm，將尼龍袋平鋪于溝內(nèi)，兩個(gè)尼龍袋之間間隔30 cm左右，然后覆土。分別在第1、7、14、28、38、52、67、77、87、139、150、157、165、172、182、188、200、210、230、238、251、259、272、280、290、297、304、311天取樣,每次取樣3袋，共取樣28次。

腐解結(jié)束后將腐解殘?bào)w在60℃下烘干稱重,磨細(xì)并過(guò)篩,測(cè)定全氮、全磷和全鉀含量。

1.4 測(cè)定方法與數(shù)據(jù)處理

采用國(guó)標(biāo)分析方法測(cè)定毛葉苕子植株全氮、全磷和全鉀含量。全氮采用凱氏定氮法測(cè)定，全磷采用氫氧化鈉堿熔鉬銻抗比色法測(cè)定，全鉀采用火焰光度法測(cè)定。

土壤溫度和含水率通過(guò)土壤墑情監(jiān)測(cè)儀獲得，溫度和含水率數(shù)據(jù)采集自0～20 cm土層。

累積腐解量(mg)=初始植物干重-取樣植株干重

累積腐解率(%)=(累積腐解量/初始植株干重)×100%

養(yǎng)分累積減少量(mg)=(開(kāi)始時(shí)植株干重×開(kāi)始時(shí)植株養(yǎng)分含量-取樣植株干重×取樣植株養(yǎng)分含量)

養(yǎng)分累積釋放率(%)=養(yǎng)分累積減少量/(開(kāi)始時(shí)植株干重×開(kāi)始時(shí)植株養(yǎng)分含量)×100%

腐解速率(mg·d-1)=(翻壓nd干物質(zhì)量-翻壓md干物質(zhì)量)/(m-n)

養(yǎng)分累積釋放率=(養(yǎng)分累積減少量/翻壓前的養(yǎng)分總量)×100%

養(yǎng)分釋放速率(mg·d-1)=養(yǎng)分累積減少量/累積時(shí)間

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理以及一元線性方程和對(duì)數(shù)方程的擬合用Excel 2010進(jìn)行，方程為y=ax-b、y=aln(x)-b。其中，y為累積腐解率或累計(jì)釋放率，x為腐解時(shí)間，圖中腐解時(shí)間第1天代表埋袋第一天，即腐解0 d的數(shù)值，為未被腐解初始值，a表征累積腐解率或養(yǎng)分累計(jì)釋放率參數(shù)(%)，b表征綠肥毛葉苕子最易分解的干物質(zhì)組分或最易釋放的養(yǎng)分含量(%)。方差分析采用SPSS 17.0進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 毛葉苕子干物質(zhì)的腐解特性

在青海高原地區(qū)鮮明的氣候環(huán)境條件下，翻壓后的毛葉苕子在土壤微環(huán)境和外部氣候環(huán)境等影響下呈現(xiàn)如圖2所示的腐解規(guī)律。隨著腐解時(shí)間的推進(jìn)，累積腐解率呈逐漸增加的趨勢(shì)，表現(xiàn)為前期快后期慢。毛葉苕子在翻壓后的50 d內(nèi)累積腐解量增加較快，腐解速率為149 mg·d-1，翻壓50 d后腐解速率變緩，腐解速率為38 mg·d-1。結(jié)合表1得知，毛葉苕子在腐解14 d之后干物質(zhì)累積腐解率開(kāi)始呈現(xiàn)出明顯的差異，腐解28、52 d時(shí)均與前期有明顯差異，累積腐解率突破50%是在翻壓150 d后。因該地區(qū)溫度低、降水少，這兩個(gè)生態(tài)因子限制了綠肥中易分解物質(zhì)的腐解速率。在青海高原地區(qū)，綠肥毛葉苕子降解速度的階段性不明顯，沒(méi)有明顯的分界點(diǎn)和拐點(diǎn)，干物質(zhì)在整個(gè)腐解歷程中相對(duì)勻速腐解。在此可擬合累積腐解率與腐解時(shí)間的對(duì)數(shù)函數(shù)方程，為y=27.256ln(x)-10.444，R2=0.9651,x∈[1,311]。其中，y為累積腐解率，x為腐解時(shí)間，參數(shù)27.256表征累積腐解率參數(shù)，參數(shù)10.444表征綠肥毛葉苕子干物質(zhì)最易分解的組分。

表1 毛葉苕子腐解進(jìn)程Table 1 Vicia Villosa L. decay process

圖2 毛葉苕子干物質(zhì)腐解規(guī)律Fig.2 Decomposition rate of dry matter of Vicia Villosa L.

2.2 毛葉苕子腐解期氮、磷、鉀養(yǎng)分含量變化

毛葉苕子鮮體在進(jìn)行了311 d的翻壓腐解后，氮磷鉀養(yǎng)分含量的變化如圖3所示。全氮和全鉀的變化趨勢(shì)有著一致性，隨著翻壓時(shí)間的延長(zhǎng)，養(yǎng)分逐漸釋放，含量逐漸降低，前期釋放快，后期慢。釋放快慢過(guò)渡的拐點(diǎn)大約在翻壓后50 d,氮含量從初始始的4.25%降為2.98%，鉀的含量從初始的2.98%釋放為1.24%，在翻壓50d后養(yǎng)分釋放緩慢。但兩者從總體來(lái)看，鉀含量的變化趨勢(shì)比較劇烈，在短期內(nèi)就得到了釋放。磷含量的變化趨勢(shì)與氮和鉀不一致，磷含量在翻壓的周期內(nèi)變化不劇烈，含量反而有增加的趨勢(shì)，從翻壓開(kāi)始到翻壓結(jié)束出現(xiàn)了富集的現(xiàn)象。

2.3 不同腐解時(shí)期毛葉苕子氮釋放特征

全氮含量的變化和干物質(zhì)的腐解特性有著一致性。腐解開(kāi)始時(shí)，環(huán)境溫度適宜、鮮體水分較充足，氮素含量快速釋放，氮累積釋放率逐步升高，氮累積釋放率的拐點(diǎn)在腐解38 d時(shí)，毛葉苕子在38 d內(nèi)腐解速度較快，氮的養(yǎng)分釋放速率為1 228 mg·d-1,累積釋放率達(dá)53.51%。在此對(duì)氮的累積釋放率進(jìn)行分段擬合，0～38 d內(nèi)氮累積釋放率呈線性升高趨勢(shì)，y=14.142x-17.962，R2=0.978，x∈[1,38](圖4)，14.142表征氮養(yǎng)分累積釋放率參數(shù)，17.962表征綠肥鮮體中氮最易釋放的組分含量。結(jié)合表2可知，氮累積釋放率在腐解14 d后開(kāi)始出現(xiàn)差異，腐解28、38 d時(shí)均與前期存在顯著差異，腐解238 d后氮累積釋放率無(wú)顯著差異。腐解38～150 d時(shí)，由于環(huán)境溫度的降低和鮮體水分含量的損失，養(yǎng)分累積釋放率增加相對(duì)緩慢，數(shù)值無(wú)顯著差異，養(yǎng)分釋放速率為120.83 mg·d-1。腐解150 d后，氮累積釋放率緩慢升高。腐解38 d至結(jié)束，氮累積釋放率可用對(duì)數(shù)方程y=28.063ln(x)-1.4529，R2=0.9677，x∈(38,311]進(jìn)行擬合。y為累積釋放率，x為腐解時(shí)間，28.063為氮累積釋放率參數(shù)，1.4529為毛葉苕子鮮體內(nèi)最易釋放的組分。利用綠肥毛葉苕子的干物質(zhì)量、氮素初始養(yǎng)分含量、綠肥毛葉苕子干物質(zhì)的累積腐解率以及青海高原地區(qū)慣用綠肥翻壓量 30 000 kg·hm-2等要素計(jì)算，翻壓毛葉苕子可為后茬作物田提供氮素172.80 kg·hm-2。

表2 毛葉苕子腐解期間氮累積釋放率方差分析Table 2 Analysis of the variance of nitrogen cumulative release rate during the decay of Vicia Villosa L.

圖4 不同腐解時(shí)期毛葉苕子氮釋放特征Fig.4 Nitrogen release characteristics of Vicia Villosa L. in different decomposition stages

2.4 不同腐解時(shí)期毛葉苕子磷釋放特征

磷的累積釋放規(guī)律如圖5所示，在整個(gè)翻壓時(shí)期內(nèi)，磷的累積釋放率沒(méi)有明顯的拐點(diǎn)或階段性。由表3可知，毛葉苕子在腐解28 d后磷素累積釋放率出現(xiàn)顯著差異，在翻壓后52 d內(nèi)，累積釋放率持續(xù)增加至22.12%，進(jìn)入冬季，降水的減少和溫度的下降，累積釋放率有了下降的趨勢(shì)，且在此期間累積釋放率無(wú)顯著差異，在腐解139 d時(shí)，累積釋放率降為6.86%。在腐解后期，氣溫回升加上降水的增加，磷的累積釋放率又在動(dòng)態(tài)變化中穩(wěn)步升高，在腐解結(jié)束后達(dá)到75.71%。在整個(gè)腐解歷程中，磷的養(yǎng)分釋放速率為15.24 mg·d-1。利用綠肥毛葉苕子的干物質(zhì)量、磷素初始養(yǎng)分含量、綠肥毛葉苕子干物質(zhì)的累積腐解率以及青海高原地區(qū)慣用綠肥翻壓量30 000 kg·hm-2等要素計(jì)算，翻壓毛葉苕子可為后茬作物田提供磷素10.93 kg·hm-2。

圖5 不同腐解時(shí)期毛葉苕子磷釋放特征Fig.5 Phosphorus release characteristics of Vicia Villosa L.in different decomposition stages

表3 毛葉苕子腐解期間磷累積釋放率方差分析Table 3 Analysis of the variance of phosphorus cumulative release rate during decay of Vicia Villosa L.

2.5 不同腐解時(shí)期毛葉苕子鉀釋放特征

鉀的釋放規(guī)律和氮類似，隨著腐解時(shí)間的增長(zhǎng)，鉀的累積釋放率呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，并且鉀釋放迅速和徹底(圖6)，在腐解52 d時(shí)存在明顯的拐點(diǎn)，結(jié)合表4可知，毛葉苕子在腐解7、14、28、38、52 d時(shí)均與前期存在顯著差異，腐解188 d后鉀素累積釋放率顯示無(wú)明顯差異。對(duì)鉀累積釋放率作分段擬合，腐解時(shí)間在0～52 d內(nèi)，鉀的累積釋放率呈現(xiàn)線性增加趨勢(shì)，釋放規(guī)律可用一元線性方程y=15.428x-17.808，R2=0.9934，x∈[1,52]進(jìn)行擬合，y為鉀素累積釋放率，x為腐解時(shí)間，15.428表征鉀累積釋放率參數(shù)，17.808表征綠肥毛葉苕子鮮體中鉀最易釋放的組分。在腐解52 d時(shí)，累積釋放率迅速增加至74.27%，在0～52 d期間，鉀的養(yǎng)分釋放速率為874.79 mg·d-1。52 d至腐解結(jié)束，鉀的累積釋放率增加相對(duì)緩慢，養(yǎng)分釋放速率為58.58 mg·d-1。鉀累積釋放率與腐解時(shí)間的變化可用對(duì)數(shù)方程y=31.047ln(x)+5.1468，R2=0.9203，x∈(52,311]擬合，其中，y表示累積腐解率，x為腐解時(shí)間，31.047表征鉀累積釋放率參數(shù)，5.1468表征綠肥毛葉苕子鮮體中鉀最易釋放的組分。在腐解結(jié)束時(shí)，養(yǎng)分已幾乎釋放完全，累積釋放率高達(dá) 99.04%。利用綠肥毛葉苕子的干物質(zhì)量、鉀素初始養(yǎng)分含量、綠肥毛葉苕子干物質(zhì)的累積腐解率以及青海高原地區(qū)慣用綠肥翻壓量30 000 kg·hm-2等要素計(jì)算，翻壓毛葉苕子可為后茬作物田提供鉀素139.63 kg·hm-2。

表4 毛葉苕子腐解期間鉀累積釋放率方差分析Table 4 Analysis of the variance of the cumulative release rate of potassium during decay of the Vicia Villosa L.

圖6 不同腐解時(shí)期毛葉苕子鉀釋放特征Fig.6 Potassium release characteristics of Vicia Villosa L.in different decomposition stages

3 討 論

3.1 毛葉苕子的腐解特性

根據(jù)腐解周期為311 d的綠肥毛葉苕子腐解試驗(yàn)，可將0～50 d視為綠肥毛葉苕子的相對(duì)快速分解期，50～240 d為中速分解期，240～311d為低速分解期。整個(gè)腐解期內(nèi)，干物質(zhì)腐解規(guī)律呈現(xiàn)對(duì)數(shù)函數(shù)動(dòng)態(tài)變化，其累積腐解量(y)和腐解時(shí)間(x)可用方程y=27.256ln(x)-10.444，R2=0.9651表示。不同地區(qū)腐解規(guī)律存在顯著差異，薄晶晶等[18]對(duì)長(zhǎng)武懷豆和黑麥草做了歷時(shí)300 d的腐解及碳氮養(yǎng)分釋放規(guī)律的研究，發(fā)現(xiàn)不同種類綠肥干物質(zhì)的腐解規(guī)律具有一致性，主要分為3個(gè)階段，即0～105 d為快速上升時(shí)期，緩慢增加時(shí)期介于105～238 d，238～281 d為中低速增長(zhǎng)時(shí)期。有學(xué)者研究表明秸稈腐解時(shí)間一般在20周內(nèi)完成，但其腐解完成時(shí)間與腐解特性與多種生態(tài)因子有關(guān)，如綠肥所處生育時(shí)期。陳寧等[19]研究得出處于開(kāi)花期的綠肥是最適宜的翻壓時(shí)期；綠肥本身化學(xué)組成、翻壓深度，呂麗霞等[20]在陜西延安進(jìn)行0、10、25 cm 3個(gè)不同深度處理下果園綠肥的腐解特性研究發(fā)現(xiàn)，10 cm的翻壓深度有利于氮磷鉀的釋放，殘留量少；地塊施肥條件，與不施化學(xué)肥料的地塊相比，施入一定量的化肥有利于加快腐解進(jìn)程[21]；鮮嫩程度和配施方式，有學(xué)者提出各種綠肥混合紫云英后腐解加快[22]；另外還與一些物理措施有關(guān)，如還田方式，與覆蓋地表相比，翻壓地下腐解速度快，累積腐解率比前者高20個(gè)百分點(diǎn)[23]；李忠義等[24]在進(jìn)行小麥和油菜秸稈的腐解試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，腐解速度由快到慢為水泡>露天>土埋,但也有研究者[25]得出土埋>水淹>覆蓋。植株鮮體內(nèi)的含氮量、C/N、綠肥翻壓量以及土壤溫度、水分[26]、通氣性和微生物等環(huán)境條件密切相關(guān)。梁軍等[27]在湖南長(zhǎng)沙利用光葉苕子、箭筈豌豆、紫云英、黑麥草以及紫花苜蓿等5種綠肥做120多天的還田腐解動(dòng)態(tài)試驗(yàn)得出，0～12 d為綠肥鮮體的快速分解期，12～50 d為中速分解期，50 d以后為低速分解期，黑麥草和箭筈豌豆以3∶1混合翻壓處理釋放率最高。李帥等[28]在山東省研究冬牧70壓青的腐解及養(yǎng)分動(dòng)態(tài)變化時(shí)得出，0～30 d為快速分解期，30 d后為緩慢腐解期。賈戌禹等[29]在廣東省連州市對(duì)多花黑麥草進(jìn)行腐解規(guī)律及養(yǎng)分釋放動(dòng)態(tài)研究時(shí)也得到了同樣的結(jié)果，翻壓前30 d為綠肥的快速分解期。

與上述研究結(jié)果相比，青海高原地區(qū)綠肥的腐解進(jìn)程比較漫長(zhǎng)，源于該區(qū)具有鮮明的地域性，青海高原地區(qū)屬于高原大陸性溫涼半干旱氣候，直接影響綠肥鮮體的分解。在腐解前期，植株體內(nèi)的養(yǎng)分含量較高，另外，溫度相對(duì)較高，土壤微生物喜歡高溫高濕的環(huán)境，這樣的環(huán)境有利于土壤微生物的活動(dòng)和酶活力的提升[24]，加之初始養(yǎng)分較充足，為微生物提供了豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，微生物活動(dòng)相對(duì)劇烈，毛葉苕子腐解礦化快[24]。腐解50 d后，環(huán)境溫度逐漸下降，加上植株體內(nèi)養(yǎng)分的耗竭，微生物活動(dòng)強(qiáng)度下降，腐解速率變緩。除此之外，腐解速率呈現(xiàn)如上所述的趨勢(shì)也源于毛葉苕子鮮體植株腐解初期有容易分解的可溶性有機(jī)物，如糖、氨基酸類和有機(jī)酸類等物質(zhì)，腐解后期殘留植株為難以分解的纖維素、木質(zhì)素類物質(zhì)[30]。

3.2 毛葉苕子的養(yǎng)分釋放規(guī)律

本試驗(yàn)研究表明，綠肥毛葉苕子的養(yǎng)分釋放速率排序?yàn)榈?鉀>磷，這與其他地區(qū)的研究結(jié)果不同。劉佳等[31]在江西省撫州市對(duì)二月蘭進(jìn)行腐解及養(yǎng)分釋放特征研究得出，各種養(yǎng)分釋放順序?yàn)殁?氮>磷。宋莉等[22]在湖北武漢做油菜和紫云英綠肥及其不同比例配施還田研究時(shí)得出鉀>磷>氮，崔志強(qiáng)等[32]在果園綠肥的腐解研究中也發(fā)現(xiàn)了同樣的腐解規(guī)律。鄧小華等[33]在研究4種綠肥在湘西煙田中的腐解和養(yǎng)分釋放動(dòng)態(tài)中得出，養(yǎng)分累積釋放率排序?yàn)榈?磷>鉀。同樣，這與綠肥所處生育時(shí)期、綠肥種類、綠肥本身化學(xué)組成、翻壓深度、地塊施肥條件、鮮嫩程度、配施方式、還田方式、C/N、綠肥翻壓量以及土壤溫度、水分、植株鮮體內(nèi)的含氮量、土壤的通氣性和微生物等環(huán)境條件密切相關(guān)。劉新紅等[34]在湖南長(zhǎng)沙對(duì)甘藍(lán)型、芥菜型和白菜型3種油菜綠肥做養(yǎng)分釋放規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn)，在氮釋放方面表現(xiàn)為芥菜型>甘藍(lán)型>白菜型，而在磷釋放方面3種養(yǎng)分的釋放速率沒(méi)有明顯的差異性。另外，養(yǎng)分釋放特性與轉(zhuǎn)化規(guī)律還與綠肥的粉碎程度有很大的關(guān)系，吳凱等[35]研究粉碎程度對(duì)籽粒莧養(yǎng)分釋放與轉(zhuǎn)化的影響，發(fā)現(xiàn)粉碎程度越細(xì)，對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮含量的提升有積極作用，粉碎程度粗則能促進(jìn)土壤速效鉀含量的提升。

氮素是各種農(nóng)作物完成整個(gè)生長(zhǎng)史不可缺少的大量元素，由此，在實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)農(nóng)作物具體生育期特殊的養(yǎng)分需求規(guī)律，可以確定綠肥毛葉苕子翻壓的時(shí)期，保證在作物進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)或生殖生長(zhǎng)的過(guò)程中，綠肥來(lái)源的養(yǎng)分能持續(xù)供應(yīng)。本研究中，氮素在翻壓后的40 d內(nèi)養(yǎng)分釋放較大。

在本試驗(yàn)中，磷在腐解周期內(nèi)養(yǎng)分含量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但干物質(zhì)在大量減少，因此磷累積釋放量依然在增加，說(shuō)明磷素仍然在向土壤介質(zhì)轉(zhuǎn)移，這可能與養(yǎng)分稀釋規(guī)律有關(guān)，即養(yǎng)分會(huì)從濃度高的介質(zhì)向濃度低的介質(zhì)轉(zhuǎn)移。牟小翎等[36]對(duì)兩種綠肥進(jìn)行腐解及養(yǎng)分釋放特征的研究時(shí)也發(fā)現(xiàn)磷素含量在腐解前60多天內(nèi)呈上升趨勢(shì)，但與本試驗(yàn)不同的是磷含量在后期又開(kāi)始下降。在此過(guò)程中，綠肥作物翻壓后富集了周圍土壤中的磷素養(yǎng)分，同時(shí)又向土壤介質(zhì)中輸送了一部分，但在此不能確定毛葉苕子富集的磷屬于哪一種形態(tài)，若為易被作物吸收利用的速效態(tài)，則在后期有可能進(jìn)行釋放[37]，使之不斷地向后茬作物輸送，匹配作物不同生育期的營(yíng)養(yǎng)需求。在實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可以配施種植其他種屬的綠肥作物，如十字花科的綠肥，十字花科綠肥根系分泌的有機(jī)酸類物質(zhì)具有一定的解磷功能。在釋放其他養(yǎng)分的同時(shí)，可以分解轉(zhuǎn)化毛葉苕子鮮體內(nèi)的磷，使土壤中的有機(jī)態(tài)養(yǎng)分被活化，利于作物吸收和利用。[38]

在氮磷鉀3種養(yǎng)分釋放規(guī)律中，與其他地區(qū)研究結(jié)果相比，鉀的釋放特征存在差異，鉀素在短期內(nèi)得到釋放，這與寧東峰等[39]的研究結(jié)果相似，釋放率達(dá)90%。多數(shù)研究表明，鉀素的釋放速率快于氮和磷，但本試驗(yàn)中氮素釋放快于鉀素，這源于綠肥毛葉苕子中的鉀以離子的形式存在于細(xì)胞和鮮體各個(gè)組織中，容易在水溶液環(huán)境下釋放，因此，青海高原地區(qū)降水的匱乏成為了鉀素釋放的限制因子，氮釋放速率最快，磷的釋放速率慢，磷以有機(jī)態(tài)形式存在，在物理作用下不易分解[28]。由此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，針對(duì)需鉀較多的作物其需求量較大的生育期應(yīng)在綠肥翻壓后的52 d內(nèi)，在此期間內(nèi)養(yǎng)分釋放較大，且徹底。水分作為養(yǎng)分物質(zhì)傳輸?shù)慕橘|(zhì)，在翻壓時(shí)應(yīng)保證供應(yīng)充足的水分，不影響綠肥毛葉苕子養(yǎng)分的釋放和后茬作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，確保綠肥資源的高效利用與管理。

本試驗(yàn)基于綠肥翻壓減施化肥定位試驗(yàn)，每年8月初種植綠肥毛葉苕子，10月初花期時(shí)將毛葉苕子翻壓入土，次年春播種小麥，在此農(nóng)事措施下，在小麥的整個(gè)生育期內(nèi)就能源源不斷地吸收來(lái)自鮮體綠肥中的養(yǎng)分。在其他地區(qū)，尤其在高溫高濕環(huán)境下，因?yàn)闇囟群退值脑蝠B(yǎng)分在短期內(nèi)釋放完全，甚至流失，使之不能得到充分的利用，發(fā)揮不出其本身的價(jià)值。在青海高原地區(qū)，突出的優(yōu)勢(shì)在于，土壤微生物系統(tǒng)和外界氣候環(huán)境決定了綠肥體內(nèi)養(yǎng)分釋放的速率相對(duì)較緩，腐解歷程漫長(zhǎng)，這一突出優(yōu)勢(shì)即保證了后茬作物能夠持續(xù)地吸收綠肥來(lái)源的養(yǎng)分，又能使養(yǎng)分不會(huì)快速流失。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)青海高原地區(qū)綠肥毛葉苕子的腐解特性和養(yǎng)分釋放規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)311 d的腐解過(guò)程，毛葉苕子的累積腐解率達(dá)到86.39%，毛葉苕子干物質(zhì)的腐解進(jìn)程可用對(duì)數(shù)函數(shù)方程y=27.256ln(x)-10.444，R2=0.9651，x∈[1,311]擬合，根據(jù)方程可預(yù)測(cè)出，毛葉苕子鮮體腐解完全需要400 d。

氮磷鉀的養(yǎng)分釋放速率表現(xiàn)為氮>鉀>磷，其累積釋放率分別達(dá)91.31%、75.71%、99.04%，根據(jù)青海高原地區(qū)的綠肥翻壓量30 000 kg·hm-2計(jì)算，綠肥翻壓當(dāng)年，可向后茬作物田提供氮素172.80 kg·hm-2、磷素10.93 kg·hm-2、鉀素139.63 kg·hm-2。

致謝：感謝在試驗(yàn)過(guò)程中提供幫助的宋明丹老師及白璐、李明娟、陳子英、謝帥和張?chǎng)矽i同學(xué)；感謝國(guó)家綠肥產(chǎn)業(yè)體系西寧綜合試驗(yàn)站的老師及工作人員。