香蕉間作豬屎豆覆蓋還田條件下腐解特征及土壤培肥效果

姚 凱，張炳辰，郭紫惠，王佳靚，常春榮

(海南大學(xué)熱帶作物學(xué)院，海口，570228)

香蕉是熱帶地區(qū)重要的水果作物，產(chǎn)量和品質(zhì)與土壤條件密切相關(guān)，培肥土壤已成為減少化肥用量和農(nóng)藥成本、提高香蕉生產(chǎn)效益的重要措施[1]。利用行間空地，尤其在作物生長初期，間作綠肥，不僅可以提高土地利用率，也有利于用養(yǎng)結(jié)合，有效維持土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤理化性質(zhì)以及增加土壤養(yǎng)分含量[2-4]，減少作物肥料用量[4]，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[5-7]。綠肥利用方式包括直接翻青、過腹還田和自然覆蓋還田等方式，不同地區(qū)、不同綠肥品種、不同還田方式下綠肥降解特征有顯著性差別[7]。李帥等[8]利用網(wǎng)袋法進(jìn)行原位腐解試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)冬牧70在山東省青島市膠州、青島市平度市、東營市利津縣均于前30 d內(nèi)快速腐解，由于受不同土壤環(huán)境及氣候條件的影響，三地的腐解速率表現(xiàn)為膠州>東營>平度。常帥等[9]采用網(wǎng)袋法，發(fā)現(xiàn)黑麥和大麥30 d腐解率達(dá)80%以上，大麥腐解速率高于黑麥草。李忠義等[10]采用網(wǎng)袋法研究貓豆和赤小豆在免耕覆蓋還田和翻壓還田的腐解動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)，綠肥生物量累積腐解率和腐解速率還田后20～100 d均表現(xiàn)為翻壓還田>免耕覆蓋還田。

長期以來，大量、持續(xù)施肥已成為香蕉生產(chǎn)成本的主要組成部分，同時(shí)在香蕉生長初期存在株間距較大，林下光熱空間資源利用不足的現(xiàn)象，充分利用香蕉行間空閑地種植綠肥是香蕉園土壤培肥、提高生產(chǎn)效益必經(jīng)之路[1，11-13]。雖然綠肥腐解特征已有較多研究，但香蕉間種綠肥自然覆蓋還田方式腐解特征尚未見報(bào)道。本文以香蕉間作豬屎豆綠肥為材料，探討其在自然覆蓋還田方式下腐解特征，以期為海南香蕉合理利用豬屎豆綠肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于海南省澄邁縣橋頭鎮(zhèn)皇帝蕉園，株行距為2.0 m×2.0 m，磚紅壤，質(zhì)地為重壤土。土壤基本理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)2.09%，堿解氮102.0 mg/kg，速效磷44.0 mg/kg，速效鉀549.3 mg/kg，pH值5.13。

供試綠肥為豬屎豆Crotalariapallida，單行種植于香蕉無噴灌帶行間，株行距為25 cm×50 cm。施用鈣鎂磷肥(P2O5)60 kg/hm2，于2019年4月21日刈割后并進(jìn)行覆蓋還田試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)2017—2018年豬屎豆產(chǎn)量設(shè)置了30 t/hm2和60 t/hm2兩個(gè)還田量處理，采用長×寬為1 m×0.6 m、網(wǎng)孔直徑1.0 mm的尼龍網(wǎng)做鋪墊材料，豬屎豆在開花期刈割后簡單修整為1 m長，兩個(gè)處理分別稱量后放置于香蕉無噴灌帶行間，“品”字形放置于豬屎豆植株兩側(cè)，平鋪于尼龍網(wǎng)上，尼龍網(wǎng)對角插標(biāo)簽，將尼龍線固定在標(biāo)簽上，防止風(fēng)吹散樣品，分別于還田后4、6、8個(gè)月取樣分析，重復(fù)5次。2020年4月取綠肥種植行5～15 cm土層土壤樣品測定肥力有關(guān)指標(biāo)。

1.3 分析項(xiàng)目與方法

原始生物體質(zhì)量：將刈割植株樣品取5 kg，擦拭干凈，剪成長3～5 cm小段后混勻，取500 g，75 ℃烘干，計(jì)算含水量和原初生物量。

殘?bào)w生物量：植株殘?bào)w連同尼龍網(wǎng)取回，去除雜質(zhì)后剪碎混勻，75 ℃烘干，稱重(0.01 g)，計(jì)算殘余質(zhì)量。

植株全氮、全磷含量的測定采用H2SO4-H2O2消煮，分別采用奈氏比色法、鉬銻抗比色法；全鉀含量的測定采用干灰化法，火焰光度法測定；殘?bào)w有機(jī)碳含量采用H2SO4-KCr2O7外加熱法測定。

土壤樣品分析采用常規(guī)分析方法[14]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2003對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，采用SPSS 18.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素ANOVA分析和Duncan’s多重極差檢驗(yàn)法進(jìn)行差異顯著性分析。

有關(guān)計(jì)算公式為：殘留率(%)=取樣時(shí)殘?bào)w質(zhì)量/初始生物體質(zhì)量×100，養(yǎng)分殘留率(%)=取樣時(shí)殘?bào)w質(zhì)量×取樣時(shí)養(yǎng)分含量/(初始生物體質(zhì)量×初始養(yǎng)分含量)×100，養(yǎng)分釋放率(%)=100%-相應(yīng)階段養(yǎng)分殘留率(%)，C/N=取樣時(shí)殘?bào)w質(zhì)量×取樣時(shí)有機(jī)碳含量/(取樣時(shí)殘?bào)w質(zhì)量×取樣時(shí)氮含量)。

2 結(jié)果與分析

2.1 豬屎豆覆蓋還田殘?bào)w生物量變化

由圖1可知，整個(gè)觀測期內(nèi)，香蕉行間覆蓋豬屎豆還田的殘?bào)w生物量均有顯著變化，還田6個(gè)月和8個(gè)月時(shí)，2個(gè)處理的殘留率無顯著性差異。兩個(gè)處理4個(gè)月內(nèi)殘留率顯著減少，30 t/hm2和60 t/hm2處理的生物量釋放率分別為32.68%和46.67%；還田6個(gè)月，30 t/hm2處理的殘留率繼續(xù)減少，比還田4個(gè)月減少30.13個(gè)百分點(diǎn);60 t/hm2處理在還田4～6個(gè)月、6～8個(gè)月生物量釋放率分別保持14.33%和16.60%。說明在相同條件下，豬屎豆覆蓋還田量不同影響0～8個(gè)月生物體的降解速率。

2.2 豬屎豆覆蓋還田殘?bào)w有機(jī)碳變化

由圖1可知，8個(gè)月觀測期內(nèi)，在香蕉行間豬屎豆覆蓋還田殘?bào)w有機(jī)碳總量均有顯著變化，有機(jī)碳?xì)埩袈曙@著降低，變化規(guī)律與生物量變化規(guī)律相同。在各觀察時(shí)期，30 t/hm2和60 t/hm2處理的有機(jī)碳?xì)埩袈薀o顯著性差異。說明還田量增加對有機(jī)碳?xì)埩袈视绊懖伙@著。

2.3 豬屎豆覆蓋還田殘?bào)w氮總量和C/N變化

由圖2可知，在整個(gè)觀測期內(nèi)，豬屎豆覆蓋還田殘?bào)w氮?dú)埩袈首兓?guī)律與殘?bào)w生物量一致。4個(gè)月內(nèi)，30 t/hm2和60 t/hm2處理的殘?bào)w氮總量減少顯著，殘?bào)w氮釋放率分別為30.98%和57.48%；還田6個(gè)月、8個(gè)月2個(gè)處理的氮?dú)埩袈什町惒伙@著。

對比分析殘?bào)w生物量、有機(jī)碳和氮在整個(gè)觀測期間的變化，發(fā)現(xiàn)還田4個(gè)月，兩個(gè)處理的殘?bào)w生物量差異主要因素是氮降解差異引起，增加還田量利于提高前期含氮化合物分解。

對比分析殘?bào)w有機(jī)碳和氮在整個(gè)觀測期間的變化，發(fā)現(xiàn)還田4個(gè)月，30 t/hm2處理C/N比60 t/hm2處理顯著降低，后期二者C/N無顯著性差異，與生物殘?bào)w有機(jī)碳、生物量和氮變化規(guī)律一致。

2.4 豬屎豆覆蓋還田殘?bào)w磷總量變化

由圖2可知，在整個(gè)觀測期內(nèi)，豬屎豆覆蓋還田的殘?bào)w磷殘留率變化與殘?bào)w生物量、生物殘?bào)w氮表現(xiàn)一致。4個(gè)月內(nèi)，30 t/hm2和60 t/hm2處理的殘?bào)w磷顯著減少，殘?bào)w磷釋放率分別為41.01%和48.89%；還田6個(gè)月，30 t/hm2殘?bào)w磷殘留率繼續(xù)減少，減少27.84個(gè)百分點(diǎn)；60 t/hm2處理在還田4～6個(gè)月、6～8個(gè)月殘?bào)w磷釋放率分別保持15.37%和14.69%。在相同條件下，豬屎豆覆蓋還田量不同影響0～8個(gè)月生物體磷總量的降解速率。

注：不同小寫字母表示達(dá)到顯著水平(p<0.05)。圖2和圖3同。

圖2 香蕉園豬屎豆覆蓋還田殘?bào)w氮總量和磷總量變化

2.5 豬屎豆覆蓋還田生物殘?bào)w鉀總量變化

由圖3可知，在0～8個(gè)月觀測期內(nèi)，不同還田量處理的殘?bào)w鉀殘留率變化顯著。4個(gè)月，30 t/hm2和60 t/hm2處理的鉀釋放率分別達(dá)到92.90%和93.86%；4～6個(gè)月，鉀釋放率分別為3.7%和1.75%，6～8個(gè)月鉀釋放率分別為0.98%和2.6%。因此，相同條件下，豬屎豆覆蓋還田量影響還田4～8個(gè)月殘?bào)w鉀總量的降解速率，對還田0～4個(gè)月鉀的降解速率影響不顯著。

圖3 香蕉園豬屎豆覆蓋還田殘?bào)w鉀總量變化

2.6 種植豬屎豆1年后土壤肥力

由表1可知，種植豬屎豆1年后深度5～15 cm土壤容重顯著降低，較對照降低7.3%；土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量較對照顯著提高，分別提高6.7%和6.2%；對速效鉀和速效磷含量影響不顯著。因此，香蕉行間種植豬屎豆并沒有耗竭土壤養(yǎng)分，而是一定程度改善土壤肥力性狀。

表1 種植豬屎豆1年后土壤主要肥力指標(biāo)

3 結(jié)論與討論

作物生長期間間種或混種綠肥是提高土壤資源利用率、培肥地力與發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要措施[15-17]。影響綠肥培肥效果的因素包括綠肥特性、還田量、還田方式以及環(huán)境條件等因素[15，18-21]。本研究采用自然覆蓋還田的方法，研究了豬屎豆不同還田量4～8個(gè)月其生物量、有機(jī)碳、氮總量、磷總量、鉀總量的降解規(guī)律，發(fā)現(xiàn)還田后4個(gè)月生物量、有機(jī)碳、氮總量、磷總量降解達(dá)到50%左右，8個(gè)月達(dá)到75%以上；鉀含量在還田后4個(gè)月降解達(dá)到92%以上，與牟小翎對二月蘭和毛苕子的腐解研究規(guī)律一致[21]。有研究發(fā)現(xiàn)，增加還田量可減低綠肥降解速率[22]；但我們發(fā)現(xiàn)，還田量60 t/hm2的殘?bào)w生物量、氮、磷、鉀總量還田4個(gè)月后降解速率比還田量30 t/hm2處理高，這與豬屎豆本身含氮量比較高有關(guān)[22-23]。宋莉等采用網(wǎng)袋法發(fā)現(xiàn)紫云英綠肥還田90 d后，氮的累積釋放率達(dá)70%～76.48%[23]；本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，豬屎豆不同還田量處理4個(gè)月生物總氮的釋放率均低于60%，認(rèn)為與還田方式和綠肥粉碎程度、木質(zhì)化程度有關(guān)[24-26]。

種植綠肥不僅通過地上部分還田培肥地力，綠肥根系對土壤養(yǎng)分活化和容重等方面的影響也受到關(guān)注[13，17，27]。本研究發(fā)現(xiàn)，香蕉行間種植綠肥1年可以降低土壤容重，提高土壤有機(jī)質(zhì)和pH值，改善土壤肥力性狀，與宋同清等的研究結(jié)果一致[28]。本研究發(fā)現(xiàn)土壤氮、磷和鉀速效養(yǎng)分含量與對照相比差異不顯著，這與綠肥刈割后1年內(nèi)香蕉吸收[1]以及土壤樣品取樣部位有關(guān)[3-4，6]。

綜上所述，香蕉間種豬屎豆覆蓋還田條件下，還田量60 t/hm2與30 t/hm2相比，均表現(xiàn)為4個(gè)月有比較高的釋放率，4～8個(gè)月釋放率緩慢，8個(gè)月釋放率達(dá)到75%以上，是安全還田用量。豬屎豆在香蕉行間覆蓋還田可以顯著延長綠肥供肥時(shí)間，增加還田量利于提高前期含氮化合物分解率。香蕉間種豬屎豆綠肥1年可以提高土壤有機(jī)質(zhì)、pH值，提高土壤肥力。豬屎豆綠肥可以作為速效鉀肥施用，而綠肥種植與還田時(shí)期是否與香蕉對鉀的需求規(guī)律一致仍需進(jìn)一步研究。