山東省冬閑農田種植冬牧70 壓青后腐解及養分動態

李帥，王艷，賈龍，崔德杰，柳新偉

青島農業大學資源與環境學院，山東 青島 266109

綠肥具有改良土壤的作用，但20 世紀80 年代以來，化肥用量劇增，而忽視有機肥特別是綠肥的作用，土壤中有機質含量減少（李子雙等，2013）。近年來，隨著土壤環境的不斷惡化，綠肥翻壓還田又逐漸為人們所重視（Zhang et al.，2016）。

已有研究表明，綠肥具有顯著的土壤培肥、改善土壤物理性質、增加土壤生物活性的作用（劉思超等，2018；官會林等，2010；Sharifi et al.，2014）。冬閑農田種植綠肥，可以降低生產成本，提高作物品質（曾彩霞等，2018）。冬種綠肥還田后,有利于土壤養分的循環與轉化，改善水稻生長環境和提高作物的養分吸收（黃晶等，2016）。山東省換茬冬閑農田種植二月蘭、毛苕子等綠肥作物（牟小翎等，2015），這些研究聚焦于有機物料在土壤中的腐解研究，然而大區域下系統研究分解及養分動態、綠肥還田后養分礦化速率和釋放特征的研究相對較少。

針對山東省162×104hm2冬閑農田面積，占總耕地面積的21%。但有關不同換茬冬閑田種植翻后分解研究較少，如何對這些冬閑農田充分利用，獲得更好的經濟、生態效益是農業綠色發展的重要一環，而綠肥種植則不失為一種有效手段。

本試驗利用在冬季到春季農田冬閑期，分別在膠州（馬鈴薯地）、平度（花生地）、利津（棉花地）不同土壤類型條件下種植冬牧70（禾本科黑麥屬冬黑麥一個亞種，是一年生或越年生草本植物，具有抗寒、抗病、品質好、耐鹽性強等特點），并進行原位腐解，測定其腐解及養分動態，以期了解其分解動態及養分釋放規律，為下茬作物養分管理提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

本試驗供試綠肥品種為冬牧70，分別于2017年10 月18 日、10 月19 日、10 月25 日在青島膠州、青島平度、東營利津播種，播種量為 225 kg·hm-2，不施肥，前茬作物皆為玉米，后茬分別種植馬鈴薯、花生、棉花。分別于2018 年4 月17 日、4 月29 日、4 月30 日取樣并翻壓還田，機械還田深度為10—20 cm，將地上部植株帶回實驗室內洗凈，用濾紙吸干后剪成10 cm 小段，裝入網袋中，每袋100 g 左右，記為m0，將尼龍袋埋在綠肥翻耕后的田里，埋深10 cm，每個處理放40 袋。分別在0、20、40、60、80、100、120 d 后取樣，每次4袋，樣品取回后用蒸餾水沖洗干凈，烘干稱其質量，記為mt，研磨過篩，測全氮、全磷、全鉀及有機碳含量。試驗地土壤基礎指標見表1。

1.2 試驗計算

腐解剩余率(Decomposition residual rate)=t 天時網袋內干物質量mt/初始網袋內干物質量m0×100%

養分累計釋放率(Nutrient cumulative release rate)=(初始植株養分總量-t 天時的植株養分總量)/初始植株養分總量×100%

1.3 數據處理

數據處理采用Excel 軟件作圖，并進行標準差分析。

利用Origin 對結果進行指數曲線擬合，采用Ol-son 指數衰減模型（Olson，1963）：

其中，m0為初始網袋內干物質量，t 為翻壓還田時間，m 為t 時刻的殘留量，k 為分解常數。

1.4 測定方法

全氮含量：凱氏定氮法（KDN103F凱氏定氮儀）；

全磷含量：釩鉬黃比色法（分光光度計）；

全鉀含量：火焰光度計法（火焰光度計）；

有機碳含量：重鉻酸鉀容量法-外加熱法（油浴鍋）（鮑士旦，2000）；

2 結果與分析

2.1 綠肥還田后的腐解特征

圖1 和表2 是不同地區綠肥腐解剩余率動態及擬合方程，腐解剩余率隨腐解時間而逐漸減少，總體上呈現出前期腐解快，后期腐解慢的特點：前30 d，腐解較快，膠州、平度，東營3 個處理腐解剩余率分別為55.76%、56.33%、52.26%，平均每天約腐解1.47%、1.45%、1.59%；30 后腐解緩慢，到110 d 時，綠肥腐解剩余率分別為21.33%、20.58%、18.09%，平均每天約腐解0.71%、0.72%、0.74%，腐解速率明顯小于前30 d。

圖1 綠肥還田后的腐解特征 Fig. 1 Decomposition characteristics of green manure after returning to field

表2 不同地區腐解剩余率回歸方程 Table 2 Regression equations for residual rate of decomposition in different regions

2.2 綠肥還田后氮釋放特征

圖2 是不同地區綠肥還田后氮累計釋放率動態，隨著腐解時間延長，氮累計釋放率均呈逐漸增加趨勢，其中綠肥還田30 d，氮釋放最快，膠州、平度、東營氮累計釋放率分別達到58.65%、54.55%、59.97%，之后釋放緩慢，到110 d 均達到90.11%、73.61%、81.99%。其中，膠州地區綠肥腐解過程中氮累計釋放率最高，其次是東營地區，平度地區氮釋放率最少。

2.3 綠肥還田后磷釋放特征

圖2 綠肥還田后氮釋放特征 Fig. 2 Characteristics of nitrogen release after green manure return to field

圖3 綠肥還田后磷釋放特征 Fig. 3 Characteristics of phosphorus release from green manure after returning to field

圖4 綠肥還田后鉀釋放特征 Fig. 4 Characteristics of potassium release after green manure returning to field

圖3 是不同地區綠肥還田后磷累計釋放率動態，隨著腐解時間的延長，磷的累計釋放率均呈逐漸增加趨勢。膠州、平度地區綠肥腐解前30 d 左右磷釋放最快，氮累計釋放率分別達到48.88%和32.95%，之后磷釋放較為緩慢，到110 d 磷釋放率分別達到85.82%和80.71%；東營地區綠肥腐解前期磷釋放率緩慢，30 d 后磷釋放迅速增加，到110 d磷釋放率達到83.59%。其中，腐解相同的時間，膠州地區的磷素釋放率最高。

2.4 綠肥還田后鉀釋放特征

圖4 是不同地區綠肥還田后鉀累計釋放率動態，隨著腐解時間延長，鉀的累計釋放率均呈逐漸增加趨勢。膠州地區綠肥腐解前30 d 鉀釋放率較高，達到97.72%，鉀每天的釋放速率約為3.26%，之后鉀釋放較為穩定，到110 d 鉀釋放率約為99.56%；平度和東營地區綠肥腐解前20d 鉀釋放率較高，分別為92.92%、92.30%，鉀每天的釋放速率分別約為4.65%、4.62%，之后鉀釋放較為穩定，到110 d 鉀釋放率約分別為99.78%、99.87%。

2.5 綠肥還田后碳釋放特征

圖5 綠肥還田后碳釋放特征 Fig. 5 Characteristics of carbon release after green manure returning to field

圖5是不同地區綠肥還田后碳累計釋放率動態，隨著腐解時間的延長，碳的累計釋放率均呈逐漸增加的趨勢。膠州地區碳的釋放率在前20 d 最快，達到35.34%，平均釋放率為1.77%，在20—30 d 碳的釋放率趨于平穩，之后緩慢上升，到110 d碳的釋放率約為87.78%；平度地區碳的釋放率在前40 d 最快，達到44.17%，平均釋放率為1.10%，之后緩慢上升，到110 d 碳的釋放率約為81.39%；東營地區碳的釋放率在前40 d 最快，達到60.08%，平均釋放率為1.50%，之后緩慢上升，到110 d 碳的釋放率約為83.00%。

2.6 綠肥還田后碳氮比

由圖6 可知，隨著腐解時間延長，3 個處理冬牧70 還田后的碳氮比均表現為減少趨勢。整個腐解期，膠州冬牧70 碳氮比在25.40—38.12 之間，平度冬牧70 碳氮比在15.99—44.52 之間，東營冬牧70 碳氮比在24.48—47.98 之間。

圖6 綠肥還田后碳氮比 Fig. 6 Carbon-nitrogen ratio after green manure is returned to the field

3 討論

3.1 綠肥還田后腐解速率不同

綠肥作物翻壓還田后，受不同土壤環境以及氣候條件等的影響，腐解速率不一，但其腐解過程一般包括快速腐解期和緩慢腐解期（Talgre et al.，2014）。本研究結果表明，冬牧70 在還田后表現出前期腐解快、后期腐解慢的規律，前30 d 左右腐解速度較快，養分的釋放也比較快，后期干物質腐解速度和養分釋放比較緩慢。夏季翻壓時，呈先快后慢的特點，冬季翻壓則是“慢—快—慢”的“S”形（崔志強等，2014）；綠肥在煙田中的有機物腐解和養分釋放量以翻壓前兩周腐解速率最快，第3—7 周腐解速率中等，7 周以后腐解速率較慢（鄧小華等，2015）。雖然與本結果有所差異，但是進一步分析可以看出，外界環境差異較大，另外其綠肥初始C/N比為24，和本文研究的40 左右差異較大。

綠肥前期腐解較快是因為綠肥體內水溶性有機物及無機養分較多，一方面這些物質容易隨水分流失，另一方面這些養分易被土壤中微生物利用，有利于土壤中微生物的生長繁殖，大大增加了土壤中微生物的數量，從而加速了綠肥的腐解。到了腐解后期，可溶性的有機物減少，難分解的物質比重升高，綠肥的腐解速率隨之減慢（李增強等，2017）。

3.2 綠肥還田后養分累計釋放率不同

試驗結果表明：不同地區綠肥翻壓還田后，各養分的釋放速率不同，累計釋放率也有較明顯的差距。其中，氮、磷、鉀、碳的累計釋放率分別為73.61%—90.11%、80.71%—85.82%、99.55%—99.87%、81.39 %—87.78%；可以看出累計釋放率表現為鉀＞氮＞碳＞磷。不同還田方式下木薯、香蕉莖稈的腐解過程中，秸稈養分的釋放速率均表現為鉀＞磷＞氮≈碳（鄒雨坤等，2014）。

出現這種現象的原因可能是植物中的鉀主要以K+的形態存在，易被水浸提釋放，故鉀的釋放速率最快而且釋放的最徹底；而磷、氮、碳等元素主要以難分解的有機態為主，不易分解，故釋放緩慢（吳珊眉等，1986）。

3.3 綠肥還田后碳氮比不同

秸稈中碳氮含量對秸稈的腐解速率有重要影響，初始的碳氮比（C:N）通常可作為預測秸稈降解動態的重要指標。微生物對有機物降解的適宜C:N 為25:1，C:N 過高或過低均會影響微生物對秸稈的分解和秸稈養分的釋放（葛選良等，2017）。本試驗表明，平度、東營兩地分別在還田50、100 d 碳氮比低于25:1，此時還田后，微生物分解秸稈時必須從土壤中獲取可利用的碳源，同時釋放出氮素。

與成熟作物秸稈相比，壓青綠肥碳氮比低，增加土壤氮素所需要時間短。如在小麥秸稈腐解的前45 d 內，各處理小麥秸稈的碳氮比在30 以上，到45 d 后降到30 以下（劉單卿等，2018）；玉米秸稈還田前期（前60 d）會與作物爭奪土壤氮素（盧秉林等，2012）。在實際生產中，要在還田前期補充一定的外部氮源，促進腐解。在還田后期，會釋放一定氮素供作物生長之需，可以適當減少化學氮肥用量，而且翻壓還田對當季作物提供的氮素更多。

4 結論

（1）冬牧70 還田后前期腐解速率快，后期腐解速率慢；三地的腐解速率表現為膠州＞東營＞平度，根據膠州、平度、東營三地腐解剩余率的回歸方程可以推算出綠肥腐解動態，三地分別于97、118、102 d 后腐解達到90%，基本不影響農事操作。

（2）養分累計釋放率不同：經過110 d 的腐解，膠州、平度、東營三地N 累計釋放率分別為90.11%、73.61%、81.99%；P 累計釋放率分別為85.82%、80.71%、83.59%；K 累計釋放率分別為99.55%、99.78%、99.87%，C 累計釋放率分別為87.78%、81.39%、83.00%，各養分的累計釋放率表現為鉀＞氮＞碳＞磷，鉀素累計釋放量較大且速度較快。因此，可以了解不同土壤類型綠肥分解速度和養分釋放量動態，避免綠肥翻耕后影響下茬農事操作和作物養分需求，這對生產實踐具有重要的指導意義。

（3）冬牧70 還田初期碳氮比明顯高于25，影響微生物對綠肥的分解和養分的釋放，因此，在種植后季作物時可根據其養分需求規律在還田前期補充一定的外部氮源，促進綠肥腐解，適當減少基肥中鉀肥的施用量，合理配施磷肥。