40份不同種質資源山螞蝗有機肥品質評價

楊孝奎, 郇樹乾, 黃冬芬, 郇恒福*, 劉國道*, 胡 安, 劉許霖,3

(1. 海南大學動物科技學院, 海南 海口 570228； 2. 中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所/農業農村部華南作物基因資源與種質創制重點實驗室/農業農村部木薯種質資源保護與利用重點實驗室, 海南 海口 571101； 3. 黑龍江八一農墾大學農學院, 黑龍江 大慶 163316)

山螞蝗屬(DesmodiumDesv.)是重要的熱帶豆科綠肥，一年或多年生草本或灌木植物，廣泛分布于熱帶和亞熱帶地區，全球共有約350種[1]。不同的山螞蝗種質資源具有不同的生長優勢，在對山螞蝗的植物學性狀研究中發現32個植物學性狀中莢果形狀和莖毛類型變異系數最大，分別為60.7%和50.5%，說明山螞蝗屬具有豐富的遺傳多樣性，同一種的不同亞種差異較大[2]。在用作綠肥方面，目前已有研究[3-4]證明了不同山螞蝗種質的有機物及礦質養分含量的差異，還有一些研究[4-9]證實了山螞蝗綠肥在培肥酸性土壤方面具有良好的效應，并且不同種質山螞蝗的培肥效應存在差異。這些研究表明山螞蝗是優質熱帶豆科綠肥，然而，由于中國熱區為非典型熱區，山螞蝗種質資源很少，在本研究之前，中國山螞蝗屬僅有27個種，不足世界山螞蝗350多個種的8%[10]，嚴重制約了中國山螞蝗品種培育研究，導致我國目前僅有‘熱研16號’卵葉山螞蝗1個國審品種，無法滿足熱區農業發展對于綠肥的多樣化需求，為此，我們于2019年從國際熱帶農業中心(CIAT)引進了一批山螞蝗資源，本文對其中10個新種的40份山螞蝗種質資源進行有機肥品質分級評價，旨在篩選出優質的綠肥種質資源，以期為中國熱帶、亞熱帶地區山螞蝗綠肥優良品種的培育提供優質的種質資源材料。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗材料種植于海南省儋州市中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究草業研究中心基地(19°31′N，109°34′E)，平均海拔149 m，屬熱帶季風氣候類型。年均溫24.0℃，極端低溫1.8℃，極端高溫40.0℃，年均降水2 135.9 mm，降水量極不均勻，其中雨季(5—10月)降水量占全年82.4%，旱季降水(11月—次年4月)僅占17.6%。土壤為花崗巖發育的磚紅壤，土壤pH：5.9，有機質：12.1 g·kg-1，全氮：10.9 g·kg-1，有效磷：40.8 mg·kg-1，速效鉀：56.4 mg·kg-1。

1.2 試驗材料

本研究所用的材料為2019年從國際熱帶農業中心(CIAT)引進的山螞蝗種質，選擇了10個不同種的山螞蝗，每個種的山螞蝗選取4份不同的種質資源(表1)，并以國審品種‘熱研16號’卵葉山螞蝗為對照。

表1 供試山螞蝗種質資源Table 1 The germplams of Desmodium Desv.

1.3 試驗設計

本研究采用微區試驗設計，每份種質作為1個處理，每個處理重復3次。小區面積為1 m×3 m=3 m2。2020年10月通過育苗移栽種植山螞蝗，2021年5月21日，在山螞蝗營養期株高或者莖長達到80～100 cm時收獲地上部全株，留茬高度25 cm。每份資源取樣1 kg，105℃的高溫下殺青30 min，再轉移至在65℃烘箱中烘至恒重。將樣品用粉碎機粉碎過篩，用自封袋保存以備分析測定。

1.4 測定指標與方法

1.4.1粗有機物的測定 采用灼燒法[11]。

1.4.2氮的測定 植物樣品用H2SO4-H2O2法消煮后，消煮液中的氮用靛酚藍比色法測定[12]。

1.4.3其它元素的測定 除氮以外的大量元素、微量元素，采用CEM微波消解，消煮液中的養分元素含量用等離子發射光譜儀(美國，Thermo Elemental公司，IRIS IntrepidⅡ XSP型)測定[12]。

1.5 綠肥的有機肥品質分級

參考全國有機肥料品質四要素分級標準(表2)和全國有機肥料品質總分分級標準(表3)對參試樣品的肥用價值進行評價[13]。

表2 有機肥料品質四要素分級標準Table 2 The classification standard for the four key factors for the organic manure quality

表3 有機肥料品質總分分級標準Table 3 The classification standard of the total score for the organic manure quality

1.6 數據統計與分析

用Excel 2017進行數據的計算和處理，用平均值和標準差表示測定結果，用SPSS 13.0統計軟件中的方差分析程序對處理后的數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 山螞蝗粗有機物以及礦質養分的含量

有機質是土壤質量的核心，綠肥粗有機物含量的高低對土壤有機質含量有著重要影響，是綠肥有機肥品質評價標準的重要指標。由表4可知，40份山螞蝗種質資源的平均粗有機物含量為92.4%，變異系數為1.67%，其中有37份粗有機物含量高于90%，最高可達95.2%，占全部種質的92.5%，只有3份種質含量在90%以下，最低為89.0%，占全部種質的7.50%。薩丁威斯山螞蝗(CIAT43429)和山螞蝗(CIAT43142)的有機物含量最高，顯著高于對照(P<0.05)；27份種質的有機物含量較低，顯著低于對照(P<0.05)；其它11份山螞蝗與對照無顯著差異。

作為豆科作物，氮(N)含量一般比較高，N是山螞蝗品質高低的重要影響因子，40份山螞蝗種質資源的平均含氮量約為2.36%，變異系數為20.9%。其中含N量超過3.0%的有6份，占全部種質的15%，其中含N量最高的為變色山螞蝗(CIAT13420)，含量為3.31%；含N量在2.0%～3.0%的種質份數最多，有23份種質，占全部種質的57.5%；其余的11份種質含N量在1.5%～2.0%，占全部種質的27.5%，含N量最低的是微粗毛山螞蝗(CIAT13155)，含N量僅為1.53%。16份山螞蝗種質的N含量較高，顯著高于對照(P<0.05)；14份種質的N含量較低，顯著低于對照(P<0.05)；其它10份山螞蝗與對照無顯著差異。

豆科作物中磷(P)的含量普遍不高，是影響豆科綠肥作物品質的瓶頸，特別在熱區土壤普遍存在缺P的情況下，熱帶豆科綠肥中P的含量更顯重要。40份山螞蝗種質資源的平均含P量約為1.6%，變異系數為19.9%。含P量超過0.3%的僅有1份山螞蝗(CIAT23537)，這說明山螞蝗的P含量普遍較低；含P量在0.2%～0.3%的有26份種質資源，占全部種質的65.0%；含P量在0.1%～0.2%的有13份種質資源，占全部種質的32.5%；威格斯山螞蝗(CIAT33581)的含P量最低，為0.14%。5份山螞蝗種質的P含量較高，顯著高于對照(P<0.05)；20份種質的P含量較低，顯著低于對照(P<0.05)；其它15份山螞蝗與對照無顯著差異。

熱區酸性土壤鉀(K)含量普遍不高，也常常存在K含量不足的問題，豆科綠肥的K含量一般。表4的結果表明，40份山螞蝗種質資源的平均含K量約為1.69%，變異系數為29.7%。含K量超過2.0%的有11份種質，柳葉山螞蝗(CIAT33549)的K含量最高，為2.80%；含K量在1.0%～2.0%的份數最多，有24份，占全部種質的60%；含量在0.5%～1.0%的有5份，占全部種質的12.5%，其中，威格斯山螞蝗(CIAT33580)的K含量最低，為0.75%。28份種質的K含量較高，顯著高于對照(P<0.05)；7份山螞蝗種質的K含量較低，顯著低于對照(P<0.05)；其它5份山螞蝗與對照無顯著差異。

40份山螞蝗種質資源的平均鈣(Ca)含量約為0.79%，變異系數為13.7%(表4)。Ca含量主要在0.5%～1.0%之間，其中有9份材料的Ca含量高于0.9%，占全部種質的22.5%，斜莖山螞蝗(CIAT43218)的Ca含量最高，為0.97%；其余的Ca含量在0.5%～0.9%的最多，有31份材料，占全部種質的77.5%，其中鉤毛山螞蝗(CIAT43115)的Ca含量最低，為0.61%。18份山螞蝗種質的Ca含量較高，顯著高于對照(P<0.05)；8份種質的Ca含量較低，顯著低于對照(P<0.05)；其它14份山螞蝗與對照無顯著差異。

40份山螞蝗種質資源的平均含鎂(Mg)量約為0.26%，變異較大，變異系數為18.0%(表4)。所有的材料含Mg量在0.5%以下，其中有7份材料的Mg含量高于0.3%，占全部種質的17.5%，斜莖山螞蝗(CIAT43218)的Mg含量最高，為0.38%；有29份種質的含量居于0.2%～0.3%，占全部種質的72.5%；含Mg量在0.1%～0.2%的有4份，占全部種質的10%，鉤毛山螞蝗(CIAT43115)的含Mg量最低，含量僅為0.17%。10份山螞蝗種質的Mg含量較高，顯著高于對照(P<0.05)；15份種質的Mg含量較低，顯著低于對照(P<0.05)；其它15份山螞蝗與對照間無顯著差異。

40份山螞蝗種質資源的平均含硫(S)量約為0.08%，變異較大，變異系數為34.5%(表4)。含S量在0.1%以上有6份種，占全部種質的15%，山螞蝗(CIAT33114)的S含量最高，為0.14%；有29份種質含S量居于0.05%～0.1%，占全部種質的72.5%；含S量在0.01%～0.05%的有5份，占全部種質的12.5%，薩丁威斯山螞蝗(CIAT33771、CIAT43429)的S含量最低，為0.04%。表4的結果還表明，10份山螞蝗種質的S含量較高，顯著高于對照(P<0.05)；5份種質的S含量較低，顯著低于對照(P<0.05)；其它25份山螞蝗與對照間無顯著差異。

表4 不同山螞蝗粗有機物及大量元素含量Table 4 The crude organic matter and macronutrients content of Desmodium Desv. germplasms 單位：%

續表4

由表5可知，40份山螞蝗種質的平均含鐵(Fe)量為288.4 mg·kg-1，變異系數為54.4 %，這表明山螞蝗種質的含Fe量的變異較大，為不同含鐵量種質的篩選提供了很好的遺傳變異條件。通過表5的結果可以看出，40份山螞蝗種質中，2份的含Fe量超過500 mg·kg-1，分別是山螞蝗(CIAT33114)和鉤毛山螞蝗(CIAT33686)，含量為971.8 mg·kg-1，532.4 mg·kg-1，占全部種質的5%；含Fe量在100～500 mg·kg-1的種質最多，有36份，占全部種質的90%；含量在100 mg·kg-1以下的種質資源有2份，分別是灰絨山螞蝗(CIAT43477)和灰絨山螞蝗(CIAT3240)，含量分別為95.2 mg·kg-1，98.0 mg·kg-1，占全部種質的5%。表5的結果還表明，有10份山螞蝗種質的Fe含量較高，顯著高于對照(P<0.05)；4份種質的Fe含量較低，顯著低于對照(P<0.05)；其它26份山螞蝗與對照間無顯著差異。

40份山螞蝗種質的平均含錳(Mn)量為97.2 mg·kg-1，變異系數為49.9%(表5)，這表明山螞蝗種質的含Mn量的變異較大，這為不同含Mn量種質的篩選提供了很好的遺傳變異條件。通過表5的結果表明，在40份山螞蝗種質中，有15份種質的含量在高于100 mg·kg-1，占全部種質的37.5%，其中灰絨山螞蝗(CIAT3240)和斜莖山螞蝗(CIAT43218)的Mn含量較高，為216.9 mg·kg-1，252.5 mg·kg-1；有21份種質的含量為50～100 mg·kg-1，占全部種質的52.5%；含Mn量為20～50 mg·kg-1的種質僅有4份，占全部種質的10%，其中薩丁威斯山螞蝗(CIAT43429)的含量最低，其含量為27.9 mg·kg-1。表5的結果還表明，19份山螞蝗種質的Mn含量較高，顯著高于對照(P<0.05)；17份種質的Mn含量較低，顯著低于對照(P<0.05)；其它4份山螞蝗與對照無顯著差異。

40份山螞蝗種質的平均含銅(Cu)量為6.87 mg·kg-1，變異系數為23.4%(表5)，山螞蝗種質的含Cu量的變異較大，這為不同含Cu量種質的篩選提供了很好的遺傳變異條件。在40份山螞蝗種質中有2份的含Cu量超過10 mg·kg-1，占全部調查種質的5%，分別是斜莖山螞蝗(CIAT13753)和變色山螞蝗(CIAT13427)，含量為10.9 mg·kg-1,12.2 mg·kg-1；含Cu量在5～10 mg·kg-1的種質最多，有34份，占全部種質的85%；含量在0～5 mg·kg-1的種質有4份，占全部種質的10%，其中威格斯山螞蝗(CIAT33582)的含量最低，僅為4.43 mg·kg-1。4份山螞蝗種質的Cu含量較高，顯著高于對照(P<0.05)；其它36份種質與對照無顯著差異。

40份山螞蝗種質的平均含鋅(Zn)量為34.3 mg·kg-1，變異系數為23.4%，這表明山螞蝗種質的含Zn量的變異非常大，這為不同含Zn量種質的篩選提供了很好的遺傳變異條件。在40份山螞蝗種質中有3份的含Zn量超過50 mg·kg-1，占全部種質的7.5%，分別為灰絨山螞蝗(CIAT33729)、山螞蝗(CIAT33114)和變色山螞蝗(CIAT13427)，含量分別為50.4 mg·kg-1，52.6 mg·kg-1，50.2 mg·kg-1；含量在30～50 mg·kg-1的種質最多，有24份，占全部種質的60%；含量在10～30 mg·kg-1的種質有13份，占全部種質的32.5%，其中山螞蝗(CIAT43142)是Zn含量最低的種質，含量為21.2 mg·kg-1。表5的結果還表明，3份山螞蝗種質的Zn含量較高，顯著高于對照(P<0.05)；其它37份山螞蝗與對照無顯著差異。

40份山螞蝗種質資源的含硼(B)量平均為19.9 mg·kg-1，變異系數為50.7%(表5)，這表明，山螞蝗種質的含B量的變異很大，為不同含B量種質的篩選提供了很好的遺傳變異條件。通過表5的結果可以看出，在40份山螞蝗種質中只有1份含B量超過50 mg·kg-1，是木豆葉山螞蝗(CIAT3145)，含量為60.1 mg·kg-1，占全部種質的2.5%；含B量在30～50 mg·kg-1的種質有2份，分別是灰絨山螞蝗(CIAT33729)和變色山螞蝗(CIAT13420)，含量為48.1 mg·kg-1、34.4 mg·kg-1，占全部種質的5%；含量在20～30 mg·kg-1的種質有13份，占全部種質的32.5%；含量在10～20 mg·kg-1的種質有20份，占全部種質的50%；含量在10 mg·kg-1以下的種質有4份，占全部種質的10%，其中威格斯山螞蝗(CIAT33580)的含量最低，為5.72 mg·kg-1。表5的結果還表明，16份山螞蝗種質的B含量較高，顯著高于對照(P<0.05)；11份種質的B含量較低，顯著低于對照(P<0.05)；其它13份山螞蝗與對照無顯著差異。

40份山螞蝗種質的平均含鉬(Mo)量僅為1.16 mg·kg-1，是含量最低的礦質營養元素，變異系數極大，為135.0%(表5)，這表明，山螞蝗種質的含Mo量的變異非常大，這為不同含Mo量種質的篩選提供了很好的遺傳變異條件。通過表5的結果可以看出，有16份山螞蝗種質中的含Mo量超過1 mg·kg-1，占全部種質的40%，其中斜莖山螞蝗(CIAT13753)的Mo含量最高，為6.86 mg·kg-1；僅有1份種質的含Mo量為0.5～1 mg·kg-1，為變色山螞蝗(CIAT13427)，含量為0.61 mg·kg-1，占全部種質的2.5%；含量在0～0.5 mg·kg-1的種質有10份，占全部種質的25%；另外，有13份種質的Mo含量未檢出，含量極低，占全部種質的32.5%。表5的結果還表明，8份山螞蝗種質的Mo含量較高，顯著高于對照(P<0.05)；其它32份山螞蝗與對照無顯著差異。

表5 不同山螞蝗微量元素含量Table 5 The micronutrients content of Desmodium Desv. germplasms 單位：mg·kg-1

2.2 山螞蝗有機肥品質評價與分級

參考全國有機肥料品質四要素分級標準和全國有機肥料品質總分分級標準對參試樣品的肥用價值進行評價，結果由表6可知，40份山螞蝗均為二級以上有機肥，其中有2份資源符合一級標準，約占總數的5%；符合二級有機肥標準的有38份，約占總數的95%。

表6 山螞蝗綠肥分級結果Table 6 The classification result of Desmodium Desv. green manures

3 討論

熱帶綠肥作為一種重要的有機肥，在南方酸性土壤的培肥以及作物的生長發育中發揮著十分重要的作用[14-27]。此外，相關研究[27-29]還表明施用綠肥等有機肥還可以有效降低酸性土壤中普遍存在的鋁毒、錳毒等作物生長障礙，并能有效改善土壤酸度過高的問題。因此，種植利用綠肥是解決上述問題的有效途徑。然而，過去幾十年熱帶綠肥研究發展緩慢甚至停滯，導致可以利用的綠肥作物品種很少，山螞蝗屬具有較好的抗逆性[30]，在熱區酸性土壤上具有良好的適應性，是其中為數不多廣泛種植的熱帶豆科綠肥，在熱區普遍利用。楊春霞等[4,6]發現卵葉山螞蝗等綠肥可以對云南山地膠園土壤肥力有一定的提升和維持作用。張如蓮等[9]研究表明施用絨毛山螞蝗等綠肥能使土壤的保肥和緩沖能力增強，且均在綠肥施用后的前60 d效果最顯著，隨后緩慢降低并逐漸接近于對照。郇恒福等[7]在對山螞蝗綠肥的腐解特性研究發現，不同山螞蝗屬綠肥對土壤有機質含量影響的效果不一，但在施用1年內均能顯著(P<0.05)增加土壤有機質的含量。本研究通過評價，發現這批山螞蝗新種的礦質養分含量變異較大，并且多份種質的礦質養分含量高于對照品種‘熱研16號’卵葉山螞蝗。劉壯等[3]對中國原有山螞蝗的養分分析研究中發現，原有山螞蝗綠肥的氮含量在1.05%～3.27%之間，平均值為1.86%，磷含量在0.10%～0.36%之間，平均值為0.20%，鉀含量在0.61%～2.90，平均值為1.54%，明顯低于本研究中新引進山螞蝗的氮、磷、鉀含量，這說明新引進的山螞蝗種質綠肥品質更高。在有機肥品質評價方面，劉壯等[3]對國內原有山螞蝗屬13種熱帶綠肥品質評價結果表明，13份山螞蝗綠肥中，二級有機肥僅有3種，三級有機肥有8種，其余的2份山螞蝗種質屬于四級有機肥，而本研究的結果表明，40份山螞蝗新種的有機肥品質均達到二級以上標準，并有2份為一級有機肥。這表明新引進的山螞蝗具有更高的綠肥品質，是更優質的綠肥資源。此外，本研究的結果還表明，即使是同一種山螞蝗的分級評價結果也不一定相同，這說明綠肥的品質除了受本身特性的影響外，還受其土壤、氣候等生長環境因素的影響，這也進一步說明，通過合理的栽培措施可能會有效改善綠肥的品質。但薩丁威斯山螞蝗、鉤毛山螞蝗、木豆葉山螞蝗、微粗毛山螞蝗的同一種內各資源分級結果一致。這說明并不是所有的綠肥作物的品質都會隨生境等環境因素的不同而變化。

通過與本研究的結果比較可以看出，引進的山螞蝗新種在總體上品質要優于原有國內種質。因此，對新引進的山螞蝗種質資源進行綠肥評價不僅有利于滿足和促進南方熱區農業發展對于綠肥的多樣化需求，也有利于中國山螞蝗品種培育研究。

4 結論

山螞蝗綠肥的大量元素含量較高并富含微量元素，但變異較大。粗有機物含量在89.0%～95.2%(平均為92.4%%)，含氮量為1.53%～3.31%(平均為2.36%)，含磷量為0.14%～0.32%(平均為0.22%)，含鉀量為0.75%～2.80%(平均為1.69%)，含鈣量為0.61%～0.97%(平均為0.79%)，含鎂量為0.17%～0.38%(平均為0.26%)，含硫量為0.04%～0.18%(平均為0.08%)；微量元素含量變異要比大量元素的大，含鐵量為平均288.4 mg·kg-1，含硼量平均為19.9 mg·kg-1，含錳量平均為97.2 mg·kg-1，含銅量平均為6.87 mg·kg-1，含鋅量平均為34.3 mg·kg-1，含鉬量平均為1.16 mg·kg-1，是含量最低的礦質營養元素。山螞蝗綠肥的有機肥評價結果表明，山螞蝗綠肥的品質較高，均為二級以上有機肥，其中符合一級有機肥標準的有2份，分別為斜莖山螞蝗(CIAT 13753)和山螞蝗(CIAT23537)，是山螞蝗品種培育的優質育種材料。