苦豆子綠肥的腐解和養分釋放研究

張朝陽 ，王林娜 ，王 蒙 ，席琳喬

（1.塔里木大學動物科學學院/新疆生產建設兵團塔里木畜牧科技重點實驗室，新疆 阿拉爾 843300；2.吐魯番職業技術學院，新疆 吐魯番 838000）

苦豆子（Sophora alopecuroides）屬豆科槐屬多年生草木植物，高可以達1 m 以上，根系發達，地上部分生長迅速，生長周期長，抗風沙、耐鹽堿，野生資源分布面積廣泛，是一種優良的水土保持植物，并且是重要的藥用植物資源［1，2］，同時可以作綠肥且肥效較高，其中氮含量0.49%～2.79%、磷含量0.37%～0.43%、鉀含量0.63%～0.73%。新疆南疆農村有用苦豆子莖葉作綠肥的習慣，在開花初期刈割，切斷6～10 cm，直接翻壓，或與其他農家肥一起發酵，夏季一周左右，可以施入農田，或者在地頭直接密封發酵。30 kg苦豆子肥力相當于60～100 kg 人干糞，500 kg 半風干肥力相當于140 kg 黑豆或700 kg 扁豆、蕓芥等綠肥。施用苦豆子綠肥能夠顯著增加土壤肥力水平，對土壤中20～40 cm 土層堿解氮和有效磷含量增加效果較為顯著［3］。研究報道，將苦豆子割下打碎與動物糞便混合油渣拌合堆積制作成的肥料，瓜地用量為2 250 kg/hm2時可增收30%以上，而且瓜還特別酥脆香甜［4］；在甜瓜地里施苦豆子綠肥和磷酸二氫鉀，外觀與口感更好［5］；在水稻抽穗前，用4 500～7 500 kg/hm2苦豆子作肥料，可增產20%左右［6］。長期施用苦豆子綠肥，田間蠐螬、地老虎、蚜蟲等害蟲會減少［7］。但是綠肥的腐解十分復雜，不同品種綠肥腐解規律也有不同的表現。目前，關于苦豆子作為綠肥利用方面的研究較少，因此研究苦豆子綠肥的腐解規律和養分釋放可以為苦豆子綠肥的開發與利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地（81°18′9″E，40°32′52″N）海拔1 010 m，年均降雨量49 mm，年蒸發量2 110.5 mm，平均氣溫10.5 ℃，土壤為風沙土，其土壤的基本理化性質：pH 8.2，有機質 11.91 g/kg，速效氮 22.6 mg/kg，速效磷21.3 mg/kg，速效鉀 104 mg/kg，全氮 0.47 g/kg，全磷0.61 g/kg，全鉀20.3 g/kg。

1.2 方法

釆用埋袋法，刈割營養期至初花期的苦豆子地上部，切成2 cm 左右小段，后混勻，裝入20 cm×30 cm、孔徑0.047 mm 的尼龍網袋中，封好口后翻壓于土壤中，埋深15～20 cm，在0、3、7、14、21、28、58、88、118 d 共取樣 9 次，重復 3 次，65 ℃烘干。樣品粉碎后測定水分、碳、氮、磷、鉀含量。

苦豆子綠肥含水量采用烘干法測定，磷、鉀用硫酸過氧化氫法消煮，磷采用釩鉬黃比色法測定，波長450 nm；鉀采用火焰光度計（FP6431，上海儀點分析儀器有限公司）測定；氮、碳采用碳氮分析儀（型號LE204E/02）測定。

干物質（DM）降解率=（0 d 干物質量-該時期干物質量）/0 d 干物質量×100%

礦化率=1-該時期干物質量×該時期含量/0 d 含量/0 d 干物質量×100%

1.3 數據分析

數據均用Excel 2016 和SPSS 21.0 軟件分析、統計，并繪圖。

2 結果與分析

2.1 苦豆子綠肥的DM 降解率

由圖1 可以看出，苦豆子綠肥的干物質降解率隨著埋壓時間的延長不斷增加。干物質降解率可以分為 3 個時期：0～14 d 為快速降解期、14～28 d 為降解減緩期、28～118 d 為降解緩慢期。0～14 d 干物質降解率達40%，在118 d 干物質降解率為65.2%。

圖1 苦豆子綠肥的DM 降解率變化規律

2.2 苦豆子綠肥C、N、P、K 礦化率

苦豆子綠肥礦化率測定結果如表1 所示，礦化率隨埋壓時間增加而增加，前期礦化速度快，后期礦化速度慢。苦豆子綠肥在腐解過程中C礦化迅速，埋壓3 d 時苦豆子綠肥C 礦化率為26.28%，與埋壓7 d時差異顯著，前7 d 日平均礦化速率為4.63%。埋壓14 d 時 C 礦化率達 44.78%，與 7 d 時差異顯著，埋壓7～14 d 日平均礦化率為 1.77%。埋壓 14～21 d 時苦豆子綠肥C 的日平均礦化率為0.8%，較埋壓14 d 時速率繼續降低。埋壓28 d 時苦豆子綠肥C 礦化率為54.04%，與埋壓21 d 的礦化率差異顯著，埋壓28 d后C 礦化速率降低。

表1 不同埋壓時間對苦豆子綠肥礦化率的影響

埋壓3 d 時苦豆子綠肥N 的礦化率達17.94%，日平均礦化率高達5.98%；至7 d 時苦豆子綠肥N 的礦化率為23.44%，14 d 時N 的礦化率為30.18%，埋壓14 d 與21 d 的N 礦化率之間差異顯著，埋壓21～28 d N 礦化速率逐漸變慢，日平均礦化率為0.43%，埋壓28～118 d 的日平均礦化率為0.08%，氮素礦化變得十分緩慢。

埋壓3 d 苦豆子綠肥K 的礦化率為55.46%，埋壓3～14 d 時K 日平均礦化率為1.40%，至埋壓118 d時K 共礦化79.06%；埋壓3 d 時苦豆子綠肥P 的礦化率為21.07%，7 d 時的礦化率為26.11%，埋壓0～7 d苦豆子綠肥P 的礦化率較高，在埋壓118 d 時P 的礦化率為52.54%。

2.3 不同埋壓時間對苦豆子綠肥碳氮比（C/N）的影響

苦豆子綠肥C/N 變化如圖2 所示。隨著時間的延長苦豆子綠肥的C/N 不斷下降，以0～14 d 下降趨勢最為明顯，此階段苦豆子綠肥中的氮素礦化迅速且大于碳的礦化速率，在14～28 d C/N 繼續下降但趨勢有所減緩，而至28～118 d 碳氮比趨近于平穩，氮礦化率較碳快。

圖2 苦豆子綠肥C/N 變化

2.4 苦豆子綠肥DM 降解率和C、N、P、K 礦化率之間的相關性

苦豆子綠肥DM 的降解及各元素礦化率的相關性分析如表 2 所示。DM 降解率與 C、N 和 K 礦化率都呈極顯著正相關，與P 礦化率呈顯著正相關。其中，DM 與C 礦化率相關性最高，達0.985，苦豆子綠肥在埋壓的過程中其干物質的降解，C 的礦化及N、P、K 各元素的釋放都具有同步性。

表2 苦豆子綠肥DM 降解率和C、N、P、K礦化率之間的相關性

3 小結與討論

從苦豆子綠肥DM 的降解率來看，苦豆子綠肥經過118 d 的腐解，DM 降解率達65.2%，這與前人的研究結果一致，均在63%左右［8］。從苦豆子綠肥腐解118 d 過程中DM 釋放速率來看，整個過程可以分為3 個階段。①0～14 d 為快速分解階段，在此階段苦豆子綠肥迅速腐解，養分釋放迅速。腐解前期苦豆子綠肥中大量的可溶性有機物如多糖、氨基酸、有機酸以及無機養分為微生物提供養分，使微生物數量增加，在微生物的作用下綠肥迅速腐解［9］。隨著埋壓時間的延長綠肥中的殘留物大多為纖維素、木質素等有機物，此類有機物不易被分解，減慢了苦豆子綠肥的腐解［10］。②14～28 d 苦豆子綠肥進入腐解相對減緩期，在此階段部分較難分解的物質在高溫和微生物作用下從苦豆子綠肥中逐漸釋放。③28～118 d 苦豆子綠肥腐解非常緩慢，此時的綠肥主要在微生物的作用下使植物結構發生改變，腐解進程緩慢。李逢雨等［11］報道麥稈、油菜稈還田后在田間腐解速率也表現為前期快，后期慢。苦豆子綠肥壓埋入土壤后，初期基本上將易分解的物質完全腐解，接下來通過物理及化學變化逐步分解剩余的不易分解的物質，經過118 d 腐解，依然有大量殘留物質，干物質殘留35%左右。Zhang 等［12］認為翻壓綠肥有極強的后效作用，即將綠肥翻壓于土壤中第2 年仍表現一定的肥力。

從苦豆子綠肥C、N、P、K 的礦化率來看，K 的礦化率最大，達80%左右，其次是C、P、N，可能是K 大部分以離子形態存在于苦豆子綠肥之中，在水的作用下易被水解釋放；而苦豆子中的P 以有機態和無機態2 種形式存在，其中，OP（有機磷）的含量占苦豆子綠肥TP（全磷）的40%左右，不易腐解［13］。埋壓118 d 時C 只有60%左右被釋放出來，這與前人有關綠肥腐解規律及玉米綠肥間種效益的研究結果（60%）一致［14］。在綠肥被埋壓過程中，一部分的C被礦化分解，以CO2的形式釋放，另一部分C 在微生物作用下經腐解轉化形成腐殖質積累在土壤中，將影響土壤中有機質的形成與含量［15］。關于C/N，在各種有機物的分解過程中，土壤中養分的分解與養分的釋放與其中有機物的C/N 有很大的相關性，在相同的條件下，C/N 窄的有機物分解快，腐殖化系數小；C/N 寬的有機物分解慢，腐殖化系數大［16］，苦豆子屬豆科植物，其本身有較高的含氮量，C/N 窄（8～14），養分易于釋放，釋放速率較快。溫明霞等［17］報道C/N 低的綠肥在其埋壓過程中為凈礦化，而C/N高的綠肥為凈固定，苦豆子綠肥具有較低的C/N，因此肥效較高。

苦豆子綠肥在118 d 的埋壓過程中，干物質量的降解和有機養分的礦化可分為0～14 d 快速分解、14～28 d 減慢分解和 28～118 d 緩慢分解 3 個階段。養分礦化率表現為K＞C＞P＞N，且干物質的降解及營養元素的礦化基本同步。