不同綠肥種類和還田量對柑橘園土壤養分的動態影響

唐紅琴 李忠義 曾成城 董文斌 韋彩會 蒙炎成 何鐵光

摘要：研究不同種類綠肥還田后對柑橘園土壤養分的影響，為綠肥的合理利用和柑橘的養分管理提供理論依據。在柑橘園行間設置拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿、黑麥草5種綠肥還田及不還田的對照處理，各綠肥設置AR1（22 500 kg/hm2）和AR2（45 000 kg/hm2）2個還田量，于還田后20、40、60、80、100 d采取土樣進行分析。同一時間段，綠肥還田處理下土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質含量均高于對照，0～20 d為土壤養分快速提升期，20～100 d為土壤養分緩慢提升期。同一時間段，還田量AR2的土壤堿解氮、有效磷、有機質含量均高于AR1，而pH值低于AR1。還田100 d后，綠肥還田量為22 500 kg/hm2時，5種綠肥對土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質含量的提升分別達到42.11%～55.71%、23.71%～50.51%、104.03%～378.93%、4.64%～26.25%;綠肥還田量為45 000 kg/hm2時，5種綠肥對土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質含量的提升分別達到51.84%～72.58%、47.94%～114.95%、221.63%～392.88%、9.25%～37.32%。結合土壤養分含量及pH值的改善效果，推薦22 500 kg/hm2的綠肥還田量，在該還田量下，對土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質含量的提升貢獻最大的分別為光葉苕子、紫云英、光葉苕子和紫云英，分別較對照高55.71%、50.51%、378.93%、26.25% 。在具體的應用上，應結合當地的耕作條件及施肥需求，選擇合理的綠肥以培肥地力。

關鍵詞：綠肥;還田量;土壤養分;pH值;腐解時間

中圖分類號： S666.06 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2021）16-0214-06

廣西壯族自治區柑橘種植面積已超過 40萬hm2，在種植過程中存在盲目施肥的現象[1]。化肥的過量施用不僅不會使農作物增產增收，還會導致土壤綜合肥力下降[2]、地下水硝酸鹽污染、地表水富營養化等[3]。目前，廣西柑橘肥料利用率低，生產成本居高不下，且果品質量欠佳，制約了柑橘產業的可持續發展。綠肥是我國傳統農業的精華，作為最清潔的有機肥源，在提高土壤肥力、防止水土流失、改善作物品質等方面起著重要作用[4]。目前，我國積極推進質量興農、綠色興農戰略，果園種植與利用綠肥，有利于促進耕地保持持續、健康的生產能力，契合我國農村增綠的戰略構想[5]。

果樹行間空地種植綠肥，形成“土壤-果樹+綠肥-大氣”水熱交換模式，以截獲更多光能，增加碳同化，促進果樹的物質積累，提高果品品質。例如，溫明霞等研究發現椪柑園種植夏季綠肥（飯豆、豇豆、大豆、綠豆）能改善土壤肥力，降低土壤溫度，保持土壤水分[6];郭昌勛等在柑橘園多年種植冬季綠肥（三葉草）的研究結果表明，間作綠肥可增強果園土壤肥力，改善果實品質[7]。此外，柑橘園間作綠肥在提高土壤有機碳含量、改善土壤結構穩定性[8]，增加土壤微生物數量、提高土壤酶活性[9]，降低養分徑流、防控面源污染等方面起著重要作用[10-11]。截至當前，關于果園間作綠肥的研究多為多年的累積效應，而綠肥翻壓后的養分釋放特性更能反映出其當季的肥效。隨著國家綠肥產業技術體系的全面實施，廣西柑橘園的綠肥種植面積不斷擴大，但目前仍存在不同綠肥品種還田對土壤培肥效果不明晰等問題。鑒于上述背景，本研究分析比較廣西柑橘園常見綠肥（拉巴豆、紫花苜蓿、紫云英、光葉苕子）還田后柑橘園土壤的養分動態變化特征，以期為篩選適宜的綠肥品種、綠肥的合理利用和柑橘的養分管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018年在廣西壯族自治區南寧市義平水果種植專業合作社柑橘基地（23°1′N，108°5′E）進行，該地屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫為21.6 ℃，海拔為255 m。柑橘品種為沃柑，多年生豆科綠肥有拉巴豆（DL）、紫花苜蓿（MS）;冬季豆科綠肥有紫云英（AS）、光葉苕子（VR）;冬季禾本科綠肥有黑麥草（LM）。綠肥種質資源來源于廣西農業科學院農業資源與環境研究所，供試綠肥養分含量見表1。試驗地土壤類型為紅壤，基本理化性質：堿解氮含量為86.3 mg/kg，有效磷含量為7.5 mg/kg，速效鉀含量為96 mg/kg，有機質含量為18.67 g/kg，pH值為5.7。

1.2 試驗設計

以柑橘行間為試驗地，柑橘于2018年種植。各試驗小區間距2 m，小區面積1 m2。設置拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿、黑麥草等5種綠肥還田及不還田的對照處理（CK），各綠肥設置AR1（22 500 kg/hm2）和AR2（45 000 kg/hm2）2個鮮草還田量，共11個處理，每個處理重復3次。綠肥還田采用異地還田的方式，將刈割好的綠肥地上部稱質量并切成2～3 cm的小段后，均勻地翻壓還田，還田深度為20 cm。

1.3 土壤樣品采集與指標測定

綠肥還田時間為2018年3月20日，分別在還田后0、20、40、60、80、100 d按照5點取樣法采集 0～20 cm 土樣。采用堿解-擴散法測定堿解氮含量，鉬銻抗比色法測定有效磷含量，速效鉀含量采用原子吸收光譜儀進行測定，pH值采用電位計法（土 ∶ 水=1 g ∶ 2.5 mL）測定，有機質含量用重鉻酸鉀外加熱法測定。

1.4 數據處理和分析

利用Excel和SPSS 22.0軟件進行數據處理和顯著性分析，采用Origin 8.5繪圖。

2 結果與分析

2.1 綠肥還田后土壤堿解氮含量的動態變化特征

根據綠肥品種、腐解時間以及還田量，分析其對土壤養分的影響。結果（表2）表明，綠肥品種、腐解時間、綠肥品種與腐解時間交互作用、腐解時間與還田量交互作用對土壤堿解氮的影響均達到極顯著水平（P<0.01）。由圖1可知，同一時間段，綠肥還田處理下土壤堿解氮含量均高于對照。0～100 d 對照組土壤堿解氮含量變化不大;0～20 d綠肥處理組的土壤堿解氮含量迅速上升，在還田量為AR1和AR2的情況下，堿解氮含量較對照組分別增加43.13%～58.95%、50.86%～69.31%。20～100 d，隨還田時間的延長，綠肥處理組的土壤堿解氮含量大體呈穩中有升的趨勢，增長趨勢較0～20 d緩慢，說明前20 d為綠肥的快速腐解期，從而快速提升土壤的堿解氮含量。同一綠肥品種在不同還田量的情況下，在各時間段，AR2的土壤堿解氮含量高于AR1。

試驗結束時，與對照相比，還田量為AR1下，拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿和黑麥草處理土壤堿解氮含量分別增加54.50%、42.11%、55.71%、46.98%、55.06%，光葉苕子對土壤堿解氮貢獻最大，但光葉苕子、拉巴豆及黑麥草對土壤堿解氮貢獻差異不明顯。還田量為AR2下，拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿和黑麥草處理后土壤堿解氮含量比對照分別高65.65%、60.43%、69.05%、72.58%、51.84%，紫花苜蓿還田對土壤堿解氮的提升貢獻最大。

2.2 綠肥還田后土壤有效磷含量的動態變化特征

由表2可知，綠肥品種、腐解時間、還田量對土壤有效磷的影響均達到極顯著水平（P<0.01），而各處理間的交互作用對有效磷含量的影響不顯著（P>0.05）。由圖2可知，同一時間段，綠肥還田處理下土壤有效磷的含量均高于對照。0～100 d，對照組土壤有效磷的含量變化不大;0～20 d，綠肥處理組的土壤有效磷含量迅速上升，在還田量為AR1和AR2的情況下，有效磷含量較對照分別增加15.13%～76.22%、17.30%～90.27%。其中，紫云英還田處理下土壤有效磷含量較對照分別增加76.22%、90.27%。在還田量為AR1的情況下，各綠肥處理組的土壤有效磷含量在60 d時不再升高;在還田量為AR2的情況下，隨還田腐解時間的延長，土壤有效磷含量整體呈現出上升的趨勢。同一綠肥品種在不同還田量的情況下，在各時間段，AR2的土壤有效磷含量高于AR1。

腐解100 d后，與對照相比，還田量為AR1的情況下，拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿和黑麥草土壤有效磷含量分別提高了31.96%、50.51%、50.00%、38.66%、23.71%。還田量為AR2的條件下，拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿和黑麥草土壤有效磷含量較對照分別增加47.94%、114.95%、72.16%、55.15%、48.45%。由此可知，紫云英還田對土壤有效磷的提升貢獻最大。

2.3 綠肥還田后土壤速效鉀含量的動態變化特征

由表2可知，綠肥品種、腐解時間、還田量、綠肥品種與腐解時間的交互作用、綠肥品種與還田量的交互作用、腐解時間與還田量的交互作用以及三者交互作用對土壤速效鉀含量的影響均達到極顯著水平（P<0.01）。由圖3可知，同一時間段，綠肥還田處理下土壤速效鉀含量均高于對照。0～100 d，對照組土壤速效鉀含量變化不大;0～20 d，綠肥處理組的土壤速效鉀含量迅速上升，在還田量為AR1和AR2的情況下，綠肥還田處理下土壤速效鉀含量較對照分別高出102.52%～388.34%和172.41%～426.58%。在20～100 d，除AR1的紫云英及AR2的光葉苕子處理外，各綠肥處理速效鉀含量在還田后40 d仍呈上升趨勢，隨后逐漸趨于平穩，或者下降，表明前0～20 d為綠肥的快速腐解期，可快速提升土壤的速效鉀含量。

還田100 d后，與對照相比，還田量為AR1的情況下，拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿和黑麥草處理土壤速效鉀含量分別高出對照317.67%、104.03%、378.93%、166.67%、231.82%;還田量為AR2的情況下，拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿和黑麥草土壤速效鉀含量較對照增加307.46%、250.03%、392.88%、221.63%、239.80%。可見，光葉苕子還田對土壤速效鉀含量的提升貢獻最大。

2.4 綠肥還田后土壤有機質含量的動態變化特征

由表2可知，綠肥品種、腐解時間、綠肥品種與腐解時間交互作用對土壤有機質含量的影響均達到極顯著水平（P<0.01）;還田量對土壤有機質含量有顯著影響（P<0.05）。由圖4可知，同一時間段，綠肥還田處理下土壤有機質含量均高于對照。0～100 d，對照組土壤有機質含量變化不大;0～20 d，綠肥處理組的土壤有機質含量迅速上升;20～100 d，AR1和AR2處理下，各綠肥還田后土壤有機質含量呈或增或降的趨勢。

還田100 d后，與對照相比，還田量為AR1的情況下，拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿和黑麥草處理土壤有機質含量分別較CK提高4.64%、26.25%、25.95%、17.48%、18.57%。還田量為AR2的情況下，拉巴豆、紫云英、光葉苕子、紫花苜蓿和黑麥草處理較對照土壤有機質含量分別增加13.93%、37.32%、22.93%、9.25%、35.54%。由此可知，在2種還田量下，紫云英提升土壤有機質含量效果最佳。

2.5 綠肥還田后土壤pH值的動態變化特征

由表2可知，綠肥品種、還田量極顯著影響土壤pH值（P<0.01），腐解時間顯著影響土壤pH值（P<0.05），而各處理的交互作用對土壤pH值的影響均未達到顯著水平（P>0.05）。在還田量為AR2的情況下，綠肥品種、腐解時間及二者的交互作用對土壤pH值的影響均未達到顯著水平（P>0.05）。由圖5可知，還田后的20 d，除AR2還田量的黑麥草處理外，土壤pH值均高于對照組，20～100 d呈現出或增或降的動態變化。整體來看，還田量為AR2的情況下，土壤pH值低于還田量為AR1的土壤pH值;且AR2處理中，40～100 d時，僅40 d的拉巴豆和100 d的紫花苜蓿處理下的土壤pH值高于對照，其他各處理低于對照。

3 結論與討論

土壤養分是物質循環和能量流動的主要驅動力，對土壤有機質的分解，腐殖質的形成，以及養分的轉化循環具有重要作用[12-13]。綠肥翻壓還田后可將自身養分轉移到土壤中，其腐解過程中可產生大量可溶性有機物，從而調節土壤養分平衡，增加土壤中、微量養分[14-16]。綠肥作物翻壓還田后，受不同土壤環境和氣候條件等影響，腐解速率一般表現為前期腐解快，后期腐解慢。崔志強等研究了不同果園綠肥的腐解與養分釋放特征，結果表明，夏季翻壓時，綠肥腐解呈先快后慢的特點，冬季翻壓則呈“慢-快-慢”的“S”形規律[17]。本研究中，各綠肥還田后，前期土壤養分增長快，在還田后 20 d 時，土壤養分含量均高于對照組;腐解后期，秸稈中易分解的有機物逐漸減少，剩余部分主要為難分解的有機物質，導致微生物活性降低，同時由于柑橘根系吸收、雨水沖刷徑流等因素，后期隨腐解時間的延長，養分的上升趨勢趨于平緩，個別處理呈下降趨勢。

綠肥翻壓后，植株養分礦化速率不同，一般表現為鉀的釋放速率最大，其次是磷、氮。這與養分在植株中存在的形態有關。例如，鉀元素主要以離子形態存在于細胞或植物組織內，易被水浸提釋放，而磷、氮以難分解的有機態為主，物理作用下分解釋放較慢[18]。本研究結果表明，綠肥還田后土壤速效鉀含量增加最快，尤其是還田后20 d，AR1和AR2 2組處理下土壤速效鉀含量較對照分別增加了102.52%～388.34%、172.41%～426.58%。各綠肥處理組土壤的堿解氮、有效磷、速效鉀以及有機質含量均高于對照，對柑橘土壤起到了較好的培肥效果。

pH值是土壤的一項基本性狀指標，直接影響著土壤中各種元素的存在形式及有效性[19]。土壤pH值的變化與土壤酸緩沖能力、有機質含量和初始值相關[20-21]。Xu等研究發現，當植物物料與土壤混合培養后，有機氮先發生礦化作用生成銨態氮，隨后銨態氮轉化成硝態氮，在這一過程中1 mol/L的銨態氮經硝化作用釋放2 mol/L的H+，導致土壤酸化[22]。本研究結果表明，還田后20 d，除AR2還田量的黑麥草處理外，土壤pH值均高于對照組，而 20～100 d呈現出或增或降的動態變化，說明綠肥還田對改善土壤酸化是一個短期效應;而整體來看，還田量為AR2的情況下，土壤pH值低于還田量為AR1的土壤pH值，說明綠肥對土壤酸化的改良并非隨綠肥翻壓量的提高而增加。因此，在農業生產中，綠肥還田應根據該地土壤狀況，配施石灰，以改善土壤酸化問題。

適宜的綠肥還田量，是綠肥生產利用的關鍵，而加大翻壓量并不能實現為后茬作物提供持續養分供應的目的。在實際生產中，盲目增加翻壓量可能會導致養分未被充分利用而損失，此外，過量翻壓還會造成局部厭氧環境，易通過反硝化作用造成氣態氮的損失[18，23]。一般情況下，拉巴豆、紫云英、光葉苕子、黑麥草的鮮草產量即可達到AR1的翻壓量（22 500 kg/hm2），而AR2（45 000 kg/hm2）的鮮草產量需結合異地刈割來完成，增加了勞動成本，且綠肥翻壓時期恰逢南方多雨季節，過量翻壓有造成部分氮素淋失污染地下水的風險。本研究中，綠肥還田量為AR1的情況下，光葉苕子、紫云英、光葉苕子、紫云英還田分別對土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質含量的提升貢獻最大，較對照分別高出55.71%、50.51%、378.93%、26.25%。結合土壤pH值的改善效果，推薦22 500 kg/hm2的綠肥還田量，該還田量情況下土壤養分含量亦能得到較高水平的提升。

本試驗中，同一時間段，綠肥還田處理下土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質含量均高于對照，0～20 d為土壤養分快速提升期，20～100 d為土壤養分緩慢提升期。還田量為AR2情況下，土壤堿解氮、有效磷、有機質含量均高于AR1的還田量，而pH值低于AR1的還田量。結合土壤養分含量及pH值的改善效果，推薦22 500 kg/hm2的綠肥還田量，在該還田量下，對土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質含量的提升貢獻最大的分別為拉巴豆、紫云英、光葉苕子和紫云英，分別較對照高55.71%、50.51%、378.93%、26.25%。在具體的應用上，應充分結合當地的耕作條件、柑橘的生長特性與施肥需求，選擇合理的綠肥以培肥地力。

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