橘園綠肥覆蓋還田下的腐解及養(yǎng)分釋放動態(tài)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(wǎng)袋法，研究其在柑橘覆蓋還田方式下腐解及養(yǎng)分動態(tài)。結(jié)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(yǎng)分累計釋放率具有一定差異，經(jīng)過100 d的腐解，5種綠肥養(yǎng)分累計釋放率表現(xiàn)為鉀>氮>碳≈磷。其中，碳累計釋放率表現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(yǎng)分釋放率均為全組最高，試驗結(jié)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(guān)鍵詞：綠肥;橘園;覆蓋還田;腐解;養(yǎng)分釋放

中圖分類號： S666.06;S158? 文獻標(biāo)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(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（編號：CARS-22）;廣西重點研發(fā)計劃（編號：桂科AB18221122）;廣西南寧市西鄉(xiāng)塘區(qū)科技計劃（編號：2019021401）;廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技發(fā)展基金（編號：桂農(nóng)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(nóng)富民”“六個一”專項（編號：桂農(nóng)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(huán)境生態(tài)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(jù)廣西壯族自治區(qū)統(tǒng)計局統(tǒng)計，2018年全區(qū)柑橘種植面積達46.66萬hm2，產(chǎn)量達836.47萬t[1]，占全區(qū)年度水果總產(chǎn)量的40%，是全區(qū)第1個產(chǎn)值突破100億元的水果產(chǎn)業(yè)，成為廣西第一大水果品種[2]。種植戶技術(shù)水平參差不齊和單純追求產(chǎn)量，導(dǎo)致其過度依賴化肥。長期過量施用化肥易造成土壤板結(jié)、酸化、肥力下降、污染環(huán)境等，同時對柑橘產(chǎn)量、品質(zhì)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(yǎng)分，顯著增加土壤有機質(zhì)含量，減少石化產(chǎn)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(guān)重要。近年來，關(guān)于綠肥在土壤中的轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分釋放規(guī)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)2種綠肥翻壓后14 d內(nèi)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(fā)現(xiàn)，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(yǎng)分釋放過程與腐解過程相似，均呈現(xiàn)前期快、后期慢的特征。潘福霞等研究發(fā)現(xiàn)，箭舌豌豆、苕子和山黧豆的養(yǎng)分累計釋放率表現(xiàn)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(yǎng)分釋放規(guī)律研究多集中在土埋還田方式下，在實際生產(chǎn)過程中，地表覆蓋還田具有操作簡單、省時省力等優(yōu)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(guī)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(yǎng)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(guī)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(yǎng)分釋放規(guī)律，為廣西柑橘綠肥資源的合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

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(yè)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(fēng)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(zhì)資源來源于廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，供試綠肥養(yǎng)分含量見表1。試驗地土壤為紅壤，基本理化性質(zhì)為：堿解氮86.3 mg/kg、有效磷7.5 mg/kg、速效鉀 96 mg/kg、有機質(zhì)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(shè)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(wǎng)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(huán)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(zhì)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(jīng)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(shù)據(jù)處理

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

養(yǎng)分累計釋放量（mg）=還田當(dāng)天的養(yǎng)分總量- n ?d的養(yǎng)分總量;

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

式中： n 為還田時間，d。

利用SPSS 20.0、Excel軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，應(yīng)用Origin 8.5繪圖。

2 結(jié)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(nèi)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(xiàn)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(xiàn)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(tài)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(xiàn)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(jié)束時，5種綠肥的氮累計釋放量表現(xiàn)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(xiàn)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(jié)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(xiàn)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(jié)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(guān)，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(jié)果發(fā)現(xiàn)，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(jié)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(jié)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(tài)

由圖8可知，5種綠肥在腐解過程中，碳氮比呈現(xiàn)出升高或降低的趨勢，但整體來看，5種綠肥的碳氮比呈現(xiàn)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(jié)論

綠肥腐解和養(yǎng)分釋放是一個復(fù)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(zhì)易被微生物利用，為微生物提供大量的能源和養(yǎng)分，微生物數(shù)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(zhì)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(nèi)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(jié)果與崔志強研究結(jié)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(guān)。研究表明，水溶性、苯醇溶性物和粗蛋白物質(zhì)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(zhì)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(guān)系，碳氮比小的作物更易腐解[14]，本研究中除60、80 d取樣結(jié)果外，拉巴豆的碳氮比均為全組最低，可能也是導(dǎo)致拉巴豆腐解率較高的原因之一，但導(dǎo)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(jié)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(zhì)、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(guān)關(guān)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(tài)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(jié)構(gòu)成分，在綠肥中主要以鉀離子形態(tài)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(huán)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(jié)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(yù)測秸稈降解動態(tài)的重要指標(biāo)[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(yǎng)分的釋放[18]。因此，在實際生產(chǎn)中可根據(jù)養(yǎng)分需求規(guī)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(yǎng)分累計釋放率具有一定差異，但均表現(xiàn)為前20 d養(yǎng)分釋放率快，隨后逐漸變慢的特征。經(jīng)100 d的腐解，5種綠肥養(yǎng)分累計釋放率表現(xiàn)為鉀>氮>碳≈磷;其中，碳和氮累計釋放率表現(xiàn)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(xiàn)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(yǎng)分釋放率均為全組最高，試驗結(jié)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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