拉薩河谷農(nóng)區(qū)豆科綠肥腐解及碳氮養(yǎng)分釋放動態(tài)特征

邊巴卓瑪， 宋國英

(西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，西藏拉薩 850032)

近年來，越來越多的學(xué)者開始關(guān)注種植綠肥壓青在培肥地力、改善土壤性狀等方面的作用，其通過生物腐解可以有效地將養(yǎng)分釋放到土壤中，為后作的糧食作物增產(chǎn)增效提供一個良好的生長環(huán)境。豆科綠肥是一種富含養(yǎng)分的、清潔的、可以與作物輪作的優(yōu)質(zhì)生物肥源，其通過自身根瘤菌對空氣中的氮素進行固定，根系能深入土壤深層將不易被其他作物所吸收利用的養(yǎng)分積累于豆科綠肥體內(nèi)，通過翻埋后，將自身的營養(yǎng)元素歸還到土壤中，使大量的養(yǎng)分富集在土壤表層和根層中，可以有效提升土壤中的速效氮含量、增加土壤有機質(zhì)含量，進而有效改良土壤肥力。

大量研究表明，不同類型綠肥品種(包括豆科與禾本科)的生產(chǎn)能力和養(yǎng)分利用能力存在明顯差異，翻壓后腐解特性及養(yǎng)分釋放效果亦有所不同。潘福霞等研究了3 種豆科綠肥在旱地條件下的分解和養(yǎng)分釋放特性，結(jié)果表明，翻耕后15 d迅速分解，15～70 d腐解趨于緩慢，養(yǎng)分累積釋放率大小排序為鉀(K)>磷(P)>氮(N)；寧東峰等對油菜、葉苔和冬牧 70 黑麥的分解和養(yǎng)分釋放的研究表明，前3 d腐解速度最快，后腐解速度變緩，翻壓21 d內(nèi)的N釋放達到60%以上，翻壓113 d碳礦化率達到81.9%～93.4%。

為明確高寒地區(qū)綠肥翻壓還田后的生物腐解效應(yīng)，并了解不同綠肥品種的腐解及養(yǎng)分特性。本研究基于前人的研究方法，采用尼龍網(wǎng)袋法，在自然翻壓還田的情況下，初步探討高海拔、低溫氣候條件下救荒野豌豆、胡盧巴、豌豆等3種不同豆科綠肥種植翻壓還田后的腐解特征及養(yǎng)分釋放規(guī)律，合理篩選綠肥品種，明確綠肥翻壓對土壤養(yǎng)分的貢獻，以期為“豆科綠肥—冬青稞”輪作系統(tǒng)的推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2020年10月至2021年1月在西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院資源與環(huán)境研究所四號試驗地進行，海拔約 3 662 m，年平均溫度為 7.4 ℃，年平均降水量 200～510 mm，主要集中在6—9月，無霜期100～120 d，全年日照時數(shù)3 000 h，屬高原溫帶半干旱季風(fēng)氣候。

供試土壤田上按“S”形10點采樣法采集供試耕層土壤，土壤質(zhì)地為沙壤，基本養(yǎng)分狀況為：平均有機質(zhì)含量10.94 g/kg、全氮含量1.6 g/kg、全磷含量1.13 g/kg、全鉀含量4.88 g/kg、有效氮含量 0.15 g/kg、速效鉀含量65.95 mg/kg、速效磷含量233.53 mg/kg，pH值為8.18。

1.2 試驗設(shè)計與方法

試驗采用尼龍網(wǎng)袋法，設(shè)置3個處理，處理品種分別為胡盧巴(H)、救荒野豌豆(J)、豌豆(Z)。

翻壓還田方法：3種綠肥均在盛花期取地上部樣品切成2～4 cm小段后，混勻裝入尼龍網(wǎng)袋(網(wǎng)袋規(guī)格：20 cm×15 cm，孔徑75 μm，200目)，每個網(wǎng)袋中加入相應(yīng)綠肥 20 g，封口備用。于2020年10月5日埋入土中，分別于翻壓后0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100 d取樣，每個處理44袋，共取樣11次。測定樣品時，每個處理隨機取4袋，去除表面的浮土和雜物，用清水沖洗網(wǎng)袋上黏附的泥土，將剩余秸稈放入干燥箱中105 ℃殺青30 min，再在80 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量后磨碎，測定其總有機碳(TOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全鉀(TK)含量，并計算養(yǎng)分釋放率及碳氮比(C/N)。為了更真實地反映綠肥中養(yǎng)分在田間的釋放狀況，選擇在田間地頭埋入尼龍網(wǎng)袋(其通透性能良好，水分、空氣及肥料養(yǎng)分可自由出入)。覆土?xí)r盡量不破壞原來的土體結(jié)構(gòu)，與地面齊平，埋設(shè)深度為15 cm，水平放置且無重疊，在埋袋行間種植冬青稞，且不施用任何肥料。

相關(guān)指標的計算公式如下：

干物質(zhì)殘留量=d的干物質(zhì)總量；

累積腐解量=0 d的干物質(zhì)總量-d 的干物質(zhì)總量；

累積腐解率=累積腐解量/0 d 的干物質(zhì)總量×100%；

足球有著“世界第一運動”的稱呼，在農(nóng)村的中學(xué)開展校園足球是最合適的運動項目，學(xué)生只需要一塊平坦的足球場地，就能進行訓(xùn)練和比賽。在農(nóng)村沒有專業(yè)的球門可以運用磚頭、書包等物品進行替代。校園足球只需要學(xué)生能夠掌握基本的操作技能、運球技術(shù)以及一些簡單的規(guī)則就可以進行，掌握足球技能需要學(xué)生擁有一定的耐力和力量，而農(nóng)村中學(xué)的學(xué)生正是擁有這些優(yōu)點。

階段內(nèi)平均腐解速率=階段內(nèi)腐解量/階段天數(shù)；

養(yǎng)分總量=干物質(zhì)總量×養(yǎng)分含量×1 000；

養(yǎng)分累積釋放量=0 d的養(yǎng)分總量-d的養(yǎng)分總量；

養(yǎng)分累積釋放率=養(yǎng)分累積釋放量/0 d的養(yǎng)分總量×100%；

階段內(nèi)平均養(yǎng)分釋放速率=階段內(nèi)養(yǎng)分釋放量/階段天數(shù)。

式中：為翻壓時間，d；1 000為將g換算為mg的換算系數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007軟件及SPSS 21.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析，并用最小顯著法()檢驗試驗數(shù)據(jù)的差異性水平(=0.05)。采用SigmaPlot軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同豆科綠肥的養(yǎng)分和水分含量

表1 不同豆科綠肥初始養(yǎng)分和水分含量

2.2 不同豆科綠肥干物質(zhì)的腐解特征

由圖1可知，不同綠肥翻壓后的干物質(zhì)殘留量隨時間延長呈下降趨勢，腐解速率和累計腐解率隨時間的變化曲線基本一致，分為3個階段：快速腐解期(0～30 d)、中速腐解期(30～70 d)和緩慢腐解期(70～100 d)。

0～30 d為綠肥鮮體快速分解期。3種不同豆科綠肥的累積腐解率、腐解速率變化呈快速上升趨勢，干物質(zhì)殘留呈快速下降趨勢。救荒野豌豆干物質(zhì)殘留量變化范圍為2.00～5.00 g，累積腐解率為0～60%，腐解速率為0～0.225 g/d；胡盧巴干物質(zhì)殘留量變化范圍為3.50～6.00 g，累積腐解率為0～41.7%，腐解速率為0～0.125 g/d；豌豆干物質(zhì)殘留量變化范圍為3.25～6.00 g，累積腐解率為0～45.8%，腐解速率為0～0.125 g/d。翻壓至10 d，胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆腐解速率均達到最高值，分別為0.125、0.225、0.125 g/d，救荒野豌豆的腐解速率顯著高于其他2種綠肥(<0.05)。翻壓至 30 d，胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆的累積腐解率達到此階段的最高值，分別為41.67%、60.00%、45.83%，品種間差異顯著(<0.05)。

30～70 d為綠肥鮮體中速分解期。胡盧巴干物質(zhì)殘留量變化范圍為3.50～4.00 g，累積腐解率為33.3%～41.7%，腐解速率為0.032～0.083 g/d；救荒野豌豆干物質(zhì)殘留量變化范圍為2.00～2.50 g，累積腐解率為50%～60%，腐解速率為0.036～0.063 g/d；豌豆干物質(zhì)殘留量變化范圍為3.00～3.75 g，累積腐解率為37.5%～50.0%，腐解速率為0.043～0.092 g/d。

70～100 d為綠肥鮮體緩慢分解期。胡盧巴干物質(zhì)殘留量變化范圍為2.75～3.75 g，累積腐解率為37.50%～54.17%，腐解速率為0.032～0.035 g/d；救荒野豌豆干物質(zhì)殘留量變化范圍為1.75～2.50 g，累積腐解率為50.0%～65.0%，腐解速率為 0.033～0.038 g/d；豌豆干物質(zhì)殘留量變化范圍為2.50～3.00 g，累積腐解率為50.0%～58.3%，腐解速率為0.035～0.043 g/d。翻壓至100 d，胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆累積腐解率達到最高值，分別為54.17%、65.0%、58.34%，干物質(zhì)殘留量分別為2.75、1.75、2.50 g，其中以救荒野豌豆還田處理效果明顯。

2.3 不同豆科綠肥碳、氮養(yǎng)分釋放特征

2.3.1 碳釋放特征 由圖2可知，不同豆科綠肥碳的釋放規(guī)律與腐解規(guī)律基本相似，分為3個階段：快速釋放期(0～30 d)、平穩(wěn)釋放期(30～60 d)和緩慢釋放期(60～100 d)。

0～30 d，不同豆科綠肥處理翻壓后總有機碳釋放率隨時間的變化曲線基本一致，呈快速增加的趨勢。胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆的總有機碳養(yǎng)分釋放率分別為0～43.48%、0～68.81%、0～45.64%，累積釋放量為0.00～1 043.89、0.00～1 438.55、0.00～1 038.66 g，釋放速率為0.00～43.70、0.00～109.58、0.00～41.94 g/d。翻壓至30 d，品種間養(yǎng)分釋放率差異達極顯著水平(<0.01)，表現(xiàn)為救荒野豌豆最高，豌豆次之，胡盧巴最低。翻壓 10 d，品種間養(yǎng)分釋放率差異達極顯著水平(<0.01)，表現(xiàn)為救荒野豌豆最高，豌豆次之，胡盧巴最低；釋放速率達到整個腐解過程的最大值，分別為109.50、43.70、41.94 g/d；累積釋放量差異達極顯著水平(<0.01)，表現(xiàn)為救荒野豌豆>胡盧巴>豌豆。

30～60 d，不同豆科綠肥翻壓后隨時間延長總有機碳釋放率、累積釋放率變化幅度不大，基本上呈先緩慢下降后上升的趨勢。此期間，胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆碳累積釋放率變化幅度分別為39.93%～45.31%、59.35%～68.81%、38.54%～45.64%，累積釋放量為958.73～1 087.92、1 240.85～1 438.55、877.04～1 038.66 g，釋放速率分別為18.13～34.80、22.47～47.95、15.69～34.62 g/d。翻壓50 d，品種間養(yǎng)分釋放率差異達顯著水平(<0.05)，表現(xiàn)為救荒野豌豆最高，豌豆次之，胡盧巴最低。

60～100 d，不同豆科綠肥翻壓后隨時間延長總有機碳釋放率、累積釋放量呈緩慢上升的趨勢，釋放速率變化呈緩慢下降趨勢。翻壓至80 d，品種間的養(yǎng)分釋放率差異達顯著水平(<0.05)，表現(xiàn)為救荒野豌豆最高，豌豆次之，胡盧巴最低。翻壓至100 d，品種間的養(yǎng)分釋放率差異達顯著水平(<0.05)，表現(xiàn)為救荒野豌豆最高，胡盧巴次之，豌豆最低；胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆的累積釋放量分別為1 476.28、1 591.09、1 377.38 g，釋放速率分別為14.76、15.91、13.78 g/d。

2.3.2 氮釋放特征 由圖3可知，不同豆科綠肥全氮的釋放規(guī)律分為3個階段：快速釋放期(0～10 d)、緩慢釋放期(10～30 d)和平穩(wěn)釋放期(30～100 d)。

0～10 d快速釋放階段中，3種綠肥全氮的釋放速率差異達極顯著水平(<0.01)，其中以救荒野豌豆釋放最快，豌豆次之，胡盧巴最慢；翻壓至10 d，三者的全氮養(yǎng)分釋放率分別為70.75%、42.9%、41.42%；累積釋放量分別為178.90、94.08、60.63 g；釋放速率分別為17.89、9.41、6.07 g/d。

10～30 d緩慢釋放階段中，翻壓至30 d，品種間養(yǎng)分釋放率差異極顯著(<0.01)，表現(xiàn)為救荒野豌豆>豌豆>胡盧巴；品種間全氮累積釋放量差異極顯著(<0.01)，表現(xiàn)為救荒野豌豆>豌豆>胡盧巴；品種間全氮釋放速率差異極顯著(<0.01)，表現(xiàn)為救荒野豌豆>豌豆>胡盧巴。

30～60 d平穩(wěn)釋放階段中，不同豆科綠肥全氮釋放率、累積釋放量變化平緩，釋放速率變化呈緩慢下降趨勢。胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆全氮養(yǎng)分釋放率分別為41.03%～50.00%、72.60%～76.05%、52.62%～56.26%，累積釋放量分別為60.06～73.18、183.58～192.30、115.40～123.36 g，釋放速率分別為0.06～2.24、0.39～6.61、0.15～4.35 g/d。翻壓至60 d，胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆的全氮釋放率分別為50.00%、76.00%、56.15%，差異顯著(<0.05)；全氮累積釋放量分別為73.18、192.30、123.12 g，差異極顯著(<0.01)；養(yǎng)分釋放速率分別為0.06、0.39、0.15 g/d，差異極顯著(<0.01)；其全氮釋放速率降到整個腐解過程的最低點。

60～100 d，不同豆科綠肥翻壓后全氮釋放率、累積釋放量緩慢下降后又緩慢增加，釋放速率緩慢上升后趨于平緩。翻壓至70 d，胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆的全氮釋放率分別為16.52%、66.18%、48.06%，差異極顯著(<0.01)；累積腐解量分別為24.19、167.34、105.39 g，差異極顯著(<0.01)；釋放速率分別為0.35、2.39、1.51 g/d，差異極顯著(<0.01)，其中以救荒野豌豆釋放最快，豌豆次之，胡盧巴最慢。翻壓至100 d，胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆的全氮養(yǎng)分釋放率分別為31.56%、75.39%、56.30%，差異極顯著(<0.01)；累積釋放量分別為46.21、190.61、123.45 g，差異極顯著(<0.01)；釋放速率分別為0.46、1.91、1.24 g/d，差異極顯著(<0.01)，其中以救荒野豌豆釋放最快，豌豆次之，胡盧巴最慢。從上述分析可知，整個腐解階段中，救荒野豌豆的全氮養(yǎng)分釋放率和累積釋放量均高于其他2種綠肥。

2.3.3 碳氮比的動態(tài)變化 由圖4可知，3種豆科綠肥碳氮比的動態(tài)變化曲線呈階梯式變化。

0～10 d，品種間差異達到極顯著水平(<0.01)。對照翻壓前，C/N變化幅度明顯，胡盧巴的C/N由16.40上升至22.97，救荒野豌豆的C/N由8.27上升至13.48，豌豆的C/N由10.38上升至14.90。

20～60 d，C/N變化呈平緩下降趨勢，胡盧巴為16.72～18.13，救荒野豌豆為11.81～12.27，豌豆為13.44～15.09。翻壓20 d，品種間差異達極顯著水平(<0.01)。對比翻壓10 d，胡盧巴的C/N由22.97降至17.99，救荒野豌豆由13.48下降至12.11，豌豆由14.90上升至15.09。

60～70 d，C/N呈快速下降趨勢，胡盧巴由18.13下降至8.91，救荒野豌豆由12.28下降至8.10，豌豆由13.84下降至9.10。翻壓70～100 d，C/N變化平緩，胡盧巴為8.46～9.21，救荒野豌豆為7.99～8.15，豌豆為8.37～9.50；翻壓80～90 d，品種間的C/N無顯著差異。對比翻壓前，C/N變化幅度較明顯，達到整個翻壓時期的最低水平。翻壓 90 d，胡盧巴由16.40下降至8.46；翻壓80 d，救荒野豌豆由8.27下降至7.99，豌豆由10.38下降至8.37。

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，3種不同豆科綠肥翻壓還田的腐解過程分為快速腐解期(0～30 d)、中速腐解期(30～60 d)和緩慢腐解期(60～100 d)，與前人的研究結(jié)果較為相似。綠肥翻壓還田在土壤中礦化階段呈現(xiàn)出前期迅速腐解、后期緩慢這一特點，主要是鮮體綠肥在初腐解過程中，易分解出大量的有機物，如多糖、氨基酸、有機酸等，可以為土壤微生物提供大量的碳源及養(yǎng)分，加速腐解；隨著翻壓還田時間的延長，綠肥中難分解的纖維素和木質(zhì)素等組分的比例增加，致后期腐解趨于緩慢。研究發(fā)現(xiàn)，翻壓至10 d，胡盧巴、救荒野豌豆、豌豆的腐解速率達到整個翻壓期最高值，分別為0.125、0.225、0.125 g/d；翻壓至30 d，救荒野豌豆的腐解率最高，為60.00%，豌豆次之，胡盧巴最低。趙娜等對旱地 3 種豆科綠肥的研究結(jié)果表明，翻埋前28 d快速腐解、達到分解高峰期，干物質(zhì)量減少了60%左右；常春麗等對高寒地區(qū)4種不同綠肥作物的腐解特征的研究結(jié)果表明，處理30 d內(nèi)快速腐解，腐解率均達到了50%以上。

大量研究證明，綠肥翻壓后土壤中的腐解和養(yǎng)分釋放活動是一個復(fù)雜的生物化學(xué)過程，整個生物腐解過程受多種因素的影響。因此，在不同生態(tài)環(huán)境下不同綠肥類型翻壓后對土壤的作用效應(yīng)以及對植株N、P、K、TOC養(yǎng)分釋放的進度存在著明顯差異。李忠義等研究發(fā)現(xiàn)，紫云英翻埋至100 d后，碳、氮累計腐解率分別為 70.1% 、72.3%；劉新紅等研究發(fā)現(xiàn)，不同類型油菜翻壓至102 d，碳累積釋放率為76.16%～79.65%，氮的累積釋放率為 74.79%～85.92%。本研究結(jié)果表明，救荒野豌豆全碳、全氮養(yǎng)分釋放率最高，豌豆次之，胡盧巴最低，且翻壓30 d生物腐解效果優(yōu)于100 d。主要原因可能是，10月初綠肥還田，前1個月土壤中積累的溫度和水分可以很好地為綠肥快速腐解提供基礎(chǔ)，因此腐解效果較顯著，植株全碳、全氮養(yǎng)分釋放較快。隨著腐解時間的延后，土壤環(huán)境條件限制了土壤微生物活動，致腐解效率及養(yǎng)分釋放率降低。

碳氮比是衡量綠肥腐解情況的重要指標。本研究結(jié)果表明，綠肥翻埋后整體的碳氮比小于翻埋前，這與前人的研究結(jié)論較為相似，但其變化規(guī)律略有不同。趙娜等的研究表明，隨腐解時間的延長，綠肥作物腐解物的C/N先迅速下降，然后緩慢下降直至基本不變；薄晶晶等對長武懷豆和黑麥草2種綠肥在黃土旱塬區(qū)農(nóng)田土壤中的腐解狀況進行研究發(fā)現(xiàn)，綠肥C/N在試驗期間有很大變化，綠肥翻埋后C/N先迅速下降，2～3周達到最低值后又緩慢增加至基本不變。本研究結(jié)果表明，3種豆科綠肥碳氮比呈上升—下降—平穩(wěn)—下降—平穩(wěn)的階梯式變化，翻壓的前10 d，碳氮比先迅速上升，隨時間的延長回落到最低值后慢慢趨于平緩，此結(jié)果與潘福霞等的結(jié)論較為一致。整體上，對比翻壓前，C/N均呈下降的趨勢。