高寒地區不同綠肥的腐解特征及其對土壤養分的影響

常春麗 王盼盼 李金秋 賀國強 王晶英

摘要：為明確綠肥對高寒地區土壤的培肥效果，在盆栽培養條件下采用尼龍網袋法，探討了草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥等4種綠肥的腐解特征及其對土壤養分含量的影響。結果表明，4種綠肥在處理30 d內快速腐解，腐解率均達到了50%以上，其中紫花苜蓿的腐解速率高于其他綠肥，30 d后腐解較為緩慢。不同綠肥對土壤養分含量的影響效果不同，并且不同綠肥對土壤養分含量的影響效果隨著施用時間的變化不斷變化。4種綠肥在施用 270 d 內均能使土壤速效鉀和速效磷的含量顯著增高，使土壤pH值顯著降低，而對土壤有機質和全磷含量無顯著影響。除此之外，草木犀和紫花苜蓿還能顯著提高土壤堿解氮和全氮含量。因此選用綠肥植物改良黑龍江煙區土壤是可行的，且選用草木犀和紫花苜蓿的培肥效果更好。

關鍵詞：高寒地區;綠肥;土壤養分含量;腐解特征

中圖分類號： S142? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）05-0260-03

基金項目：黑龍江省煙草專賣局科技攻關項目（編號：HN201603）。

作者簡介：常春麗（1990—），女，河南周口人，碩士研究生，研究方向為綠肥。E-mail：1559255980@qq.com。

通信作者：王晶英，博士，教授，主要從事植物逆境生理、營養生理研究。E-mail：wangjingying801@163.com。

綠肥是一種優質的有機肥，養分含量豐富，能為作物提供各種營養成分，具有培肥土壤、防止水土流失等作用，綠肥還田有利于土壤中有機碳、有機氮的礦化，磷鉀營養的釋放以及土壤中原有機質的礦化，從而提高土壤微生物及土壤酶類的活性，對培肥土壤、改良低產土壤、防止水土流失、修復荒坡廢地、改善生態環境等具有重要意義[1]。黑龍江省位于我國的東北部，是我國緯度最高的省份，屬寒溫帶大陸季風性氣候，也是人們所說的高寒地帶，全省年平均氣溫在-5～5 ℃，冬季漫長寒冷、夏季短暫炎熱、春秋干燥涼爽[2]。全省無霜期在100～160 d[3]。由于這種獨特的氣候環境，該省1年只能露天種植1茬農作物，土地閑暇時間較長，利用冬閑時期養地對提高該省農作物產量意義非凡。大量研究表明，綠肥可以顯著提高土壤有機質、速效氮、速效磷和速效鉀等養分的含量[4-7]，起到了很好的養地效果;不同綠肥對土壤的作用效應也有所不同[8]，如綠肥作物的根和地上部分在腐解過程中能釋放磷和鉀，不同綠肥的釋放進度不同[9] 。為探討選用綠肥植物改良高寒地區土壤的可行性，并篩選出養分效應最好的綠肥種類，本試驗在黑龍江省的代表煙區寧安開展了對黑麥草、草木犀、紫花苜蓿和小麥4種綠肥腐解速率及對土壤養分的影響的研究，以期為高寒地區土壤的健康、可持續利用提供科學參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試綠肥為草木犀、紫花苜蓿、黑麥草和小麥。4種綠肥均在盛花期取地上部樣品切成約4 cm小段后105 ℃殺青，65 ℃ 烘干混勻裝入尼龍網袋（網袋規格：20 cm×15 cm，孔徑75 μm，200目），每個網袋中加入相應綠肥10 g，封口備用。

試驗于2016年在黑龍江省牡丹江市寧安范家鄉牡丹江煙草科學研究所試驗基地內開展。供試土壤的基本理化性質：有機質含量為23.04 g/kg，pH值為7.215，堿解氮含量為95.57 mg/kg，速效磷含量為2.62 mg/kg，速效鉀含量為273.5 mg/kg，全氮含量為1.40 g/kg，全磷含量為65.64 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗設有5個處理：草木犀，紫花苜蓿，黑麥草，小麥，對照（無綠肥）。在高13 cm、口徑16 cm的塑料盆中先加 0.4 kg 土壤，然后將裝有綠肥的網袋平鋪于土壤上，再鋪上0.4 kg土壤 。每盆壓入1個網袋，每個處理15盆。每盆加水0.22 kg，將盆置于室內，試驗過程中適時加水，保持土壤濕潤。于腐解開始后第10、30、50、90、270天取樣。采用毀滅性取樣法取出尼龍網袋內的綠肥65 ℃烘干并稱質量。取尼龍袋下方的土壤作為土樣，每次各處理隨機取3盆，風干后測定土壤pH值和有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷含量。

1.3 測定方法與數據處理

采用常規分析方法測定土壤pH值和有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷含量[10]。

累積腐解率=（第0天干物質總量-第n天干物質總量）/第0天干物質總量×100%。

試驗數據用Excel 2010進行整理，用DPS 7.05進行分析。

2 結果與分析

2.1 綠肥干物質的腐解特征

隨著處理時間的延長，不同綠肥的干物質累積腐解率均呈先快后慢的增加趨勢，但處理前期（0～30 d）增加較快，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥處理在處理30 d時累積腐解率分別達到64.18%、63.83%、65.57%和54.17%，30 d后累積腐解率增加變緩，處理270 d時各處理干物質的最終腐解率依次為74.18%、70.66%、66.66%和66.26%（圖1）。

2.2 不同綠肥處理對土壤有機質含量的影響

整體來看，經過4種綠肥處理后，土壤的有機質含量均有所升高。處理10 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥處理的土壤有機質含量分別較對照高出7.35%、4.86%、3.11%和0.45%;處理30 d后，黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別較對照高出3.52%、4.93%和4.25%，草木犀顯著高于對照1195%;處理50 d后，黑麥草和紫花苜蓿較對照高出0.23%和1.56%，草木犀和小麥較對照降低13.51%和0.92%;處理90 d后，黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別較對照高出3.89%、099%和2.00%，草木犀較對照降低8.17%;處理270 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別較對照高出1.85%、334%、0.74%和2.87%（圖2）。

2.3 不同綠肥處理對土壤pH值的影響

由圖3可知，4種綠肥處理均使土壤的pH值顯著降低。處理10 d后，黑麥草和小麥處理的土壤pH值分別低于對照1.27%和1.93%，紫花苜蓿顯著低于對照2.28%，草木犀高于對照0.31%;處理30 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別顯著低于對照7.03%、4.23%、7.71%和4.11%;處理50 d后，紫花苜蓿和小麥低于對照2.63%和2.30%，草木犀和黑麥草較對照顯著降低5.95%和4.74%;處理90 d后，黑麥草和小麥較對照高出1.50%、0.40%，草木犀、紫花苜蓿分別較對照顯著降低2.65%和4.20%;處理270 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別較對照顯著性降低2.72%、325%、3.46%和3.48%。

2.4 不同綠肥處理對土壤堿解氮含量的影響

4種綠肥提高了土壤堿解氮的含量。處理10 d后，草木犀、黑麥草和小麥處理的土壤堿解氮含量分別高于對照497%、30.24%和9.71%，紫花苜蓿顯著高于對照52.10%;處理30 d后，草木犀、紫花苜蓿分別顯著高于對照59.73%、35.38%，黑麥草和小麥高于對照11.49%和17.86%;處理 50 d 后，草木犀顯著高于對照26.04%，黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別低于對照2.93%、2.93%和7.20%;處理90 d后，草木犀、黑麥草和小麥分別高于對照2.37%、3.21%和3.72%，紫花苜蓿低于對照6.60%;處理270 d后，黑麥草、小麥分別高于對照22.40%、33.33%，草木犀、紫花苜蓿顯著高于對照48.63、40.98%（圖4）。

2.5 不同綠肥處理對土壤速效磷含量的影響

4種綠肥提高了土壤速效磷的含量。處理10 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥處理的土壤速效磷含量分別高于對照6.18%、4.23%、15.37%和6.94%;處理30 d后，黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別高于對照15.19%、19.28%和1321%，草木犀顯著高于對照28.46%;處理50 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別較對照降低11.35%、459%、4.31%和6.69%，差異均不顯著;處理90 d后，草木犀、紫花苜蓿和小麥分別顯著高于對照13.68%、18.52%和19.01%，黑麥草低于對照5.447%;處理270 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別顯著高于對照22.31%、17.81%、13.77%和24.51%（圖5）。

2.6 不同綠肥處理對土壤速效鉀含量的影響

4種綠肥均顯著提高了土壤速效鉀含量。處理10 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥處理的土壤速效鉀含量分別顯著高于對照60.20%、47.72%、37.10%和41.06%;處理 30 d 后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別顯著高于對照63.98%、64.04%、64.63%和49.78%;處理50 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別顯著高于對照58.70%、6136%、82.18%和69.73%;處理90 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別顯著高于對照48.75%、61.46%、5673%和53.75%;處理270 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別較對照顯著性升高53.63%、58.12%、61.32%和62.39%（圖6）。

2.7 不同綠肥處理對土壤全氮含量的影響

處理10 d后，草木犀、小麥處理的土壤全氮含量高于對照2.32%、8.44%，黑麥草和紫花苜蓿低于對照5.15%和119%;處理30 d后，草木犀、黑麥草和紫花苜蓿分別低于對照0.31%、3.00%和0.70%，小麥高于對照0.72%;處理50 d后，草木犀、紫花苜蓿分別較對照顯著高出5.44%、6.65%，黑麥草和小麥高出對照1.86%、2.38%;處理90 d后，草木犀、紫花苜蓿分別較對照顯著高出14.99%、15.01%，小麥高出對照5.21%，黑麥草低于對照1.32%;處理270 d后，草木犀、紫花苜蓿分別較對照顯著高出12.83%、13.87%，小麥高出對照3.43%，黑麥草低于對照3.04%（圖7）。

2.8 不同綠肥處理對土壤全磷含量的影響

處理10 d后，草木犀、黑麥草處理的土壤全磷含量低于對照0.27%、3.59%，紫花苜蓿和小麥高于對照4.01%和932%;處理30 d后，草木犀、紫花苜蓿和小麥分別低于對照1.21%、3.07%和4.66%，黑麥草高于對照0.86%;處理50 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別較對照高出

701%、9.88%、8.67%和8.00%，差異均不顯著;處理90 d后，草木犀、黑麥草、紫花苜蓿和小麥分別低于對照2.22%、2.72%、11.24%和8.68%;處理270 d后，草木犀、黑麥草高于對照0.13%、1.45%，紫花苜蓿和小麥分別低于對照765%、2.87%（圖8）。

3 討論與結論

4種綠肥的干物質腐解均呈前期（0～30 d）快后期（30～270 d）慢的變化趨勢，這與前人研究結果[11-13]相似。植物有機化合物腐解由易到難的順序為單糖、淀粉、簡單蛋白質>粗蛋白>半纖維素>纖維素>脂肪>木質素[14]。處理初期，易分解有機物質豐富，可為土壤微生物提供大量碳源及養分，故而腐解較快。隨著處理時間的延長，易分解有機物逐漸減少，較難分解的有機化合物比例升高，所以后期腐解緩慢。對比4種綠肥的快速腐解階段，發現草木犀、紫花苜蓿的腐解速率明顯高于其他2種綠肥。

土壤酸堿度作為土壤的基本性質，是影響土壤肥力的重要因素之一，它直接影響土壤成分的存在形態、轉化和有效性。4種綠肥均顯著降低了土壤pH值。白小軍等經過研究也得出了綠肥能降低土壤pH值的結論[6，15]。這很大程度上與綠肥在翻壓腐熟過程中產生較多的小分子有機酸有關。紫花苜蓿處理對土壤pH值的降低作用最為顯著。

4種綠肥處理均能提高土壤有機質含量，其中黑麥草、紫花苜蓿和小麥處理對土壤有機質含量無顯著性影響，草木犀在處理30 d時顯著高于對照。以上結果與郇恒福等關于施用大戟科綠肥可有效增加土壤有機質含量，有著良好的培肥地力效果，但其效果隨種質與施用時間的不同而異的研究結果[16]基本一致。

草木犀、紫花苜蓿處理使土壤堿解氮、全氮含量顯著高于對照;黑麥草、小麥處理對土壤堿解氮、全氮的含量無顯著性影響。這是因為草木犀和紫花苜蓿同屬豆科，豆科植物的根瘤菌能夠固氮。以上結果與鄧小華等的研究結果[8]相一致。

4種綠肥對土壤全磷含量無顯著性影響。4種綠肥處理均能顯著提高土壤速效磷的含量。這與徐祥玉等的研究結果[17-18]相一致。綠肥通過根系分泌的酸和根際土壤中的解磷微生物吸附并分解土壤中的難溶性磷，故隨處理時間的延長，4種綠肥對土壤速效磷含量的提升效果越來越顯著。

4種綠肥均顯著提高了土壤速效鉀含量。這與徐祥玉等的研究結果[17-18]相一致。分析發現各養分中速效鉀的含量增高最為顯著，是因為鉀在植物體中以離子態存在于細胞或組織中，在處理初期絕大部分的鉀很容易被水浸提釋放[14]。

4種綠肥在處理30 d內快速腐解，腐解率均達到了50%以上，其中紫花苜蓿的腐解速率高于其他綠肥。4種綠肥均能使土壤速效磷和速效鉀的含量顯著增高，土壤pH值顯著降低，而對土壤有機質和全磷含量無顯著影響。除此之外，草木犀和紫花苜蓿還能顯著提高土壤堿解氮和全氮含量。因此選用綠肥植物改良黑龍江煙區土壤是可行的，且選用草木犀和紫花苜蓿的培肥效果更好。

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