不同還田方式下芒果修剪枝葉腐解以及養分釋放特征

陳開驥 周柳強 彭嘉宇 雷秋良 沈小微 劉昔輝 唐新蓮 區惠平

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.10.033

摘要：通過研究地表覆蓋和翻理2種不同還田方式下芒果修剪枝葉的腐解和養分釋放特征，為芒果修剪枝葉的合理利用和芒果園的施肥管理提供理論依據。以修剪的芒果枝條、葉片為研究對象，采用網袋法，設置地表覆蓋和翻埋2種還田方式，研究不同還田方式下芒果枝葉的腐解及氮（N）、磷（P）和鉀（K）養分釋放特征。結果表明，0～60 d是芒果枝葉的快速腐解期，其重量減少量占腐解期總重量減少量的58.7%～71.9%。Olson指數衰減模型模擬結果表明，葉片腐解速率快于枝條，2種還田方式的枝條腐解速率無顯著差異，地表覆蓋處理葉片腐解速率快于翻埋處理。枝條N養分歸還指數在腐解期表現為先降低后上升的趨勢，葉片N養分歸還指數在地表覆蓋處理下逐漸上升。枝葉P養分歸還指數均表現為先上升后降低再上升的趨勢。K養分歸還指數在0～30 d快速上升，之后再緩慢上升。經過240 d的腐解，枝條N、P、K的養分歸還指數分別是 -9.30%～-2.82%、78.15%～78.75%和95.27%～96.09%；經過180 d的腐解，葉片N、P、K的養分歸還指數分別是63.95%～76.41%、77.08%～79.85%和95.59%～96.77%，芒果枝葉養分歸還指數表現為K>P>N。與翻埋處理相比，地表覆蓋處理顯著或極顯著降低枝條腐解120、180 d的N和P養分歸還指數，極顯著提高葉片腐解120、150 d的N養分歸還指數，顯著提高葉片腐解180 d的N養分歸還指數和腐解150 d的P養分歸還指數，對枝葉K養分歸還指數無顯著影響。地表覆蓋還田較翻埋還田更有利于促進芒果葉片的腐解及其N、P養分釋放；芒果枝條還田會導致N、P富集，需適時補充氮肥和磷肥，2種還田方式下K的釋放可適當減少鉀肥施用。

關鍵詞：芒果；還田方式；腐解；養分釋放；養分歸還指數

中圖分類號：S667.706? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）10-0241-06

收稿日期：2022-06-20

基金項目：廣西科技重大專項（編號：桂科AA22036001-2、桂科AA20108002-2）；廣西農業科學院基本科研業務專項（編號：桂農科 2021YT036）

作者簡介：陳開驥（1998—），男，廣西賀州人，碩士研究生，研究方向為農業環境保護。E-mail：1693243600@qq.com。

通信作者：區惠平，博士，研究員，主要從事作物營養與環境生態研究。E-mail：ouhuiping2006@163.com。

中國是世界第二大芒果生產國，品種資源豐富，種植區域廣泛。據統計，2020年全國芒果種植面積34.94萬hm2，總產量330.6萬t，產值達205.2億元。隨著芒果產業的發展，芒果枝葉的修剪量逐年上升。2021年我國芒果枝葉修剪量達到了275萬t［1］。修剪后的芒果枝葉常常隨意堆放，孳生病蟲害，破壞果園生態環境。芒果枝葉含有豐富的營養元素，是珍貴的可再生資源，修剪還田后其分解釋放的營養元素歸還到土壤中，不僅可以減少化肥投入，降低環境風險，而且對土壤肥力、作物生產力以及養分循環具有重要作用［2-5］。因此，探明修剪枝葉的腐解及養分釋放特征有助于合理利用芒果枝葉。作物秸稈還田的效果與秸稈種類、還田方式、耕作方式、氣候條件和土壤特性等有關［6］。岳丹等的研究表明，由于玉米秸稈中易分解物質較多，難分解物質較少，玉米秸稈腐解率大于小麥秸稈腐解率［7］。劉單卿等的研究表明，翻埋還田增加小麥秸稈和土壤微生物的接觸面積，從而較覆蓋還田方式更能促進小麥秸稈的腐解［8］。楊銘的研究表明，免耕方式下還田秸稈腐解釋放的養分富集在 0～30 cm 的土層，而深耕方式下還田秸稈腐解釋放的養分富集在30～60 cm的土層中［9］。李昌明等的研究表明，氣候和土壤條件的差異會導致秸稈養分釋放特征有所不同，這與不同環境下土壤微生物的活性差異有關［10］。以往的還田秸稈研究多集中在水稻、小麥、玉米、綠肥等木質化程度較低的作物上，而對木質化程度較高的果樹枝條研究集中在堆肥應用上，對于果樹枝條直接還田的腐解及養分釋放研究鮮見報道［11-12］。因此，本試驗以芒果修剪枝葉為研究對象，采用網袋法研究地表覆蓋和翻埋2種還田方式下芒果修剪枝葉的腐解及養分釋放特征，以期為修剪枝葉的合理利用和后續芒果園施肥管理提供理論基礎。

1? 材料與方法

1.1? 試驗材料

供試材料為臺農1號芒果新鮮的修剪枝葉。其中，芒果枝條中氮（N）、磷（P）、鉀（K）含量分別為0.30%、0.12%、1.04%，含水量為59.69%；芒果葉片中氮（N）、磷（P）、鉀（K）含量分別為1.04%、0.09%、0.46%，含水量為54.2%。

1.2? 試驗方法

試驗于2022年7月至2023年2月在廣西農業科學院里建科學研究基地芒果園進行，試驗地屬于亞熱帶季風氣候，年均氣溫21.8 ℃，年均降水量 1 286 mm。采果修剪后布置芒果園，將修剪好的芒果枝葉分開，采用網袋法將芒果枝條切成1～2 cm長，將葉片順著葉脈剪成1 cm2的片狀，分別裝入孔徑2 mm的網袋中，鋪放均勻，其中枝條200 g/袋，葉片150 g/袋，各15袋。設置翻埋和地表覆蓋2種還田方式，翻埋處理將網袋埋入15 cm深的土壤中，地表覆蓋處理將網袋放于地表，同時為了確保地表覆蓋條件的穩定性，在網袋上鋪上5 cm厚的芒果枝葉。還田時間為2022年7月1日，枝條分別于還田后30、60、120、180、240 d取樣，葉片在還田后30、60、120、150、180 d取樣。每次各取出3袋，用去離子水去除枝葉上的泥土和雜物，于80 ℃下烘干至恒重，稱重，磨碎后測定其N、P、K含量。試驗期間的月平均氣溫和月平均降水量見圖1。

1.3? 測定方法

以H2SO4-H2O2 消煮樣品，用凱氏定氮法測定全氮含量，用鉬釩黃比色法測定全磷含量，用火焰光度法測定全鉀含量。

1.4? 數據處理

不同時期芒果枝葉的腐解和養分釋放計算公式如下：

重量累積減少率=（m0-mT）/m0×100%；（1）

平均腐解速率（mg/d）=（m0-mT）/T；（2）

養分重量（mg）=mT×CT；（3）

N、P、K養分歸還指數=（m0C0-mTCT）/m0C0×100%。（4）

應用Olson指數衰減模型擬合芒果枝葉還田腐解動態，計算公式［13］如下：

-kT=lnmTm0。（5）

式中：m0為樣品初始干重，mg；mT為腐解時間為T時的樣品干重，mg；T為腐解時間，d；C0為樣品N、P、K初始含量，%；CT為腐解時間為T時的樣品N、P、K含量，%；k為腐解常數。

采用Excel 2019對數據進行整理、繪圖和統計分析，采用獨立樣本t檢驗方法進行同一腐解時間處理間的差異分析。

2? 結果與分析

2.1? 芒果枝條與葉片腐解特征

圖2表明，芒果枝葉腐解呈現出先快后慢的趨勢。試驗結束時，芒果枝葉重累計減少率為62.63%～86.90%，其中腐解60 d芒果枝葉重累計減少率為37.49%～62.45%，這一時期的芒果枝葉重減少量占試驗期重量減少總量的58.7%～71.9%，平均腐解速率為504～715 mg/d，是腐解后期（即枝條腐解60～240 d、葉片腐解60～180 d）平均腐解速率的3.1～5.1倍。在不同的腐解階段，地表覆蓋處理腐解30 d的枝條重質量累計減少率極顯著高于翻埋處理（P<0.01），腐解180 d時則顯著低于翻埋處理；而腐解30～180 d葉片重累計減少率均以地表覆蓋處理顯著或極顯著大于翻埋處理。可見，0～60 d是芒果枝葉的快速腐解期。地表覆蓋促進葉片的腐解表現在整個腐解期，而對枝條的促進僅表現在0～30 d。

圖3顯示Olson指數衰減模型可較好地模擬芒果枝葉還田的腐解變化特征，r2為0.962 8～0.985 1。

腐解常數k反映腐解速率的大小，k值越大，表示腐解速率越大。芒果枝條的k值在翻埋處理和地表覆蓋處理下分別為0.004 78和0.004 83，模型擬合芒果枝條腐解50%所需時間在翻埋處理、地表覆蓋處理下分別為144.9、143.6 d，腐解95%所需時間分別為626.1、620.5 d，兩者間無顯著差異（P>0.05）；芒果葉片的k值在翻埋處理和地表覆蓋處理下分別為0.008 20和0.011 19，芒果葉片腐解50%所需時間在翻埋處理、地表覆蓋處理下分別為84.5、61.9 d，腐解95%所需時間分別為365.1、267.7 d，以地表覆蓋處理顯著大于翻埋處理（P<0.05）?？梢?，芒果葉片腐解速率快于枝條，不同還田方式對芒果枝條腐解速率無顯著影響，地表覆蓋還田促進芒果葉片腐解。

2.2? 芒果枝條與葉片全氮的釋放特征

養分歸還指數表征養分釋放比例［14］。圖4表明，在全腐解期中枝條N養分歸還指數均表現為負值。翻埋處理下，枝條N養分歸還指數在腐解0～120 d逐漸下降，120 d后逐漸上升，于240 d達到 -2.82%。在地表覆蓋處理下，枝條N養分歸還指數在腐解0～180 d逐漸下降，180 d后上升，于 240 d 達到-9.30%。表明枝條全氮在腐解期表現為先富集后釋放的特征，翻埋處理下枝條N在0～120 d逐漸富集，120 d后開始釋放，而地表覆蓋處理下N于180 d后開始釋放，較翻埋處理滯后60 d。相對于初始，經過240 d的腐解，2種還田方式的N仍表現為富集。此外，在腐解30、60、240 d后2種還田方式下N養分歸還指數無顯著差異；而在腐解120、180 d翻埋處理顯著或極顯著大于地表覆蓋處理，此時，與翻埋處理相比，地表覆蓋促進了枝條N的富集。

圖4還表明，在整個腐解期，芒果葉片N養分歸還指數均表現為正值，經過180 d的腐解，葉片N養分歸還指數達到63.95%～76.41%。在翻埋處理下，葉片N養分歸還指數呈現先上升后下降再上升的變化趨勢；而在地表覆蓋處理下，N養分歸還指數呈現逐漸上升的趨勢。在不同的處理間，N養分歸還指數均表現為地表覆蓋處理高于翻埋處理，其中，在腐解120～180 d地表覆蓋處理較翻埋處理顯著或極顯著提高12.46～39.98百分點?？梢姡~片N在全腐解期地表覆蓋處理表現為釋放，而翻埋處理表現為釋放—富集—釋放。地表覆蓋處理較翻埋處理更有利于芒果葉片全氮的釋放。

2.3? 芒果枝條與葉片全磷的釋放特征

圖5顯示，芒果枝葉P養分歸還指數在腐解期間均為正值，隨著腐解時間的延長呈現出先上升后下降再上升的趨勢，其中，腐解60 d時P養分歸還指數最高，枝條和葉片分別達到98.00%～98.08%和96.35%～96.69%。腐解試驗結束時，枝條和葉片P養分歸還指數分別降至78.15%～78.75%和77.08%～79.85%?？梢?，芒果枝葉全磷整體表現為“釋放—富集—釋放”的特征。翻埋處理較地表覆蓋處理顯著或極顯著提高腐解120、180 d的枝條P養分歸還指數，而地表覆蓋處理較翻埋處理顯著提高腐解150 d葉片P養分歸還指數。

2.4? 芒果枝條與葉片全鉀的釋放特征

如圖6所示，芒果枝條K養分歸還指數在全腐解期均表現為釋放，并且在腐解30 d即達到95.05%～95.85%，之后保持相對穩定，腐解180 d時達到95.27%～96.09%。芒果葉片K養分歸還指數在全腐解期呈現為逐漸上升的趨勢，在腐解 30 d 達到80.27%～80.73%，180 d時達到95.59%～96.77%。地表覆蓋處理枝葉K養分歸還指數與翻埋處理均無顯著差異?？梢?，0～30 d是芒果枝葉K的快速釋放期，不同還田方式對芒果枝葉K的快速

釋放并無顯著影響。

3? 討論與結論

與許多秸稈還田研究報道相似，本研究中芒果枝葉腐解分為快速腐解期和緩慢腐解期。0～60 d是芒果枝葉的快速腐解期，這期間芒果枝葉重累計減少率為37.49%～62.45%，重量減少量占全腐解期重量減少總量的58.7%～71.9%。這主要是因為新鮮枝葉中富含可溶性糖、脂肪族化合物、酰胺類化合物等可直接分解的物質，該物質可優先被微生物分解利用；隨著腐解的進行，易分解物質含量逐漸減少，難分解物質如角質、蠟層和木質素等不斷積累，導致后期芒果枝葉腐解速度變慢［15-16］。葉片的比表面積較枝條大，則葉片接觸微生物的面積就會相對更大，同時葉片的C/N較枝條小，更有利于微生物分解利用，因此葉片的腐解速率較枝條更快。Olson指數衰減模型結果顯示，枝條腐解95%時地表覆蓋處理與翻埋處理所需要的時間無顯著差異，而葉片腐解95%時翻埋處理所需時間顯著多于地表覆蓋處理，k值也表明，翻埋處理腐解速率較地表覆蓋速率慢，說明不同還田方式對枝條腐解影響不大，地表覆蓋促進葉片腐解。這與侯憲文等報道的結論“荔枝枝葉翻埋處理腐解速率快于覆蓋處理”不同［12］。究其原因，可能是地表覆蓋處理下，芒果葉片在腐解過程中除了受到微生物的作用外，還受降雨沖刷以及光礦化作用的共同影響。在高溫強光下，木質素等難降解物質會被分解成CO2等氣體后釋放，從而降低腐解物的C/N，更有利于微生物的分解利用；而在翻埋處理下降雨使土壤產生厭氧環境，抑制了微生物的分解作用［17-19］。可見，芒果枝葉的腐解速度受環境因子與自身基質的雙重影響［19-21］。

芒果枝葉的養分釋放因其結構組成與化學組分的不同也有所差異。試驗結束時，芒果枝葉N、P、K養分歸還指數均表現為K>P>N，這是由于K以離子態形式存在，磷60%以上以無機磷形式存在，因此K更容易被水溶解釋放。N分為貯存性氮和結構性氮，其中以結構性氮為主要組分，需要經礦化作用轉化為無機氮才能逐漸釋放，并且釋放緩慢［22］。在整個腐解期，與翻埋處理相比，地表覆蓋處理對腐解30、60 d芒果枝葉的N、P釋放無顯著差異，但顯著或極顯著降低了120、180 d芒果枝條以及提高了150 d葉片的N、P養分歸還指數，這可能是因為在這期間降水量與溫度同步降低，不同還田方式對腐解環境溫度、濕度的影響不同，從而影響芒果枝葉后期難降解物質的分解，其具體影響機制仍需進一步探討研究［23］。淋溶—釋放、 淋溶—富集—釋放、富集—釋放是凋落物養分釋放常見的物質解釋模型［24］。根據底物C/N計量學說，當底物的C/N較高時，微生物需要從周圍環境中獲取足夠的N以滿足自身的能量和生長需求，從而導致底物N的富集［25］。Wang等的研究表明，水稻秸稈還田后，微生物會消耗土壤無機氮來補充秸稈分解中對N的需求［26］。Chen等的研究表明，將15N標記肥料施入還田的小麥秸稈上，肥料中的N被微生物固定并轉移到秸稈中形成有機氮化合物，導致小麥秸稈中N增加［27］。盧玉鵬等通過對不同品種獼猴桃枝條的原位分解試驗發現，全氮質量分數較大的獼猴桃枝條N在腐解時表現為釋放，而質量分數較小的獼猴桃枝條N則表現先富集再釋放［28］。與上述結果相似，本研究中芒果枝條C/N高，而葉片C/N低，因此芒果枝條N表現為富集—釋放的特征，而葉片N表現為釋放或者釋放—富集—釋放的特征。芒果枝葉全磷和全鉀在腐解期分別表現為釋放—富集—釋放和釋放的特征，究其原因可能是枝葉P在0～60 d因降水多而受到的淋溶作用較大，隨著腐解的進行，枝葉中的P不足以維持微生物的生長，需要從周圍環境中獲取P來緩解化學計量失衡［28-29］。由此可見，芒果枝葉還田后一段時間內需要補充N和P，以避免枝葉在分解過程中與果樹爭搶養分，同時，也有利于提高土壤節肢動物多樣性、土壤微生物豐度和活性，促進物質和能量更快地釋放到土壤當中［30-31］。另外，K還田過程的持續釋放在一定程度上補充了土壤K，生產上可適當降低鉀肥的施用量。

綜上所述，0～60 d是芒果枝葉的快速腐解期；不同還田方式對芒果枝條的腐解無顯著影響，地表覆蓋處理較翻埋處理顯著促進葉片的腐解。芒果枝葉的養分歸還指數表現為K>P>N，芒果枝條全氮表現為富集—釋放的特征，葉片全氮在翻埋處理和地表覆蓋處理下分別表現為釋放—富集—釋放和釋放的特征；芒果枝葉全磷表現為釋放—富集—釋放的特征，在腐解60 d養分歸還指數最高；芒果枝葉全鉀表現為釋放的特征，在腐解0～30 d釋放最快。地表覆蓋處理顯著或極顯著降低枝條腐解120、180 d的N和P養分歸還指數，提高葉片腐解120～180 d的N養分歸還指數，顯著提高葉片腐解150 d的P養分歸還指數。不同還田方式對K養分歸還指數無顯著影響。

參考文獻：

［1］董麗艷，朱軍保，虎海波. 碳氮比對芒果樹剪枝堆肥的影響［J］. 南方農業學報，2022，53（10）：2963-2970.

［2］龔靜靜，胡宏祥，朱昌雄，等. 秸稈還田對農田生態環境的影響綜述［J］. 江蘇農業科學，2018，46（23）：36-40.

［3］Zhao X L，Yuan G Y，Wang H Y，et al. Effects of full straw incorporation on soil fertility and crop yield in rice-wheat rotation for silty clay loamy cropland［J］. Agronomy，2019，9（3）：133.

［4］張? 旭，邢思文，吳玉德. 不同秸稈還田方式對農田生態環境的影響綜述［J］. 江蘇農業科學，2023，51（7）：31-39.

［5］Torma S，Vilcˇek J，Losˇák T，et al. Residual plant nutrients in crop residues—an important resource［J］. Acta Agriculturae Scandinavica（Section B：Soil & Plant Science），2018，68（4）：358-366.

［6］Fu B，Chen L，Huang H Y，et al. Impacts of crop residues on soil health：a review［J］. Environmental Pollutants and Bioavailability，2021，33（1）：164-173.

［7］岳? 丹，蔡立群，齊? 鵬，等. 小麥和玉米秸稈不同還田量下腐解特征及其養分釋放規律［J］. 干旱區資源與環境，2016，30（3）：80-85.

［8］劉單卿，李順義，郭夏麗. 不同還田方式下小麥秸稈的腐解特征及養分釋放規律［J］. 河南農業科學，2018，47（4）：49-53.

［9］楊? 銘. 免耕覆蓋對小麥—花生輪作體系不同土層微生物量碳、氮含量及相關酶活性的影響［J］. 江蘇農業科學，2023，51（6）：216-222.

［10］李昌明，王曉玥，孫? 波.不同氣候和土壤條件下秸稈腐解過程中養分的釋放特征及其影響因素［J］. 土壤學報，2017，54（5）：1206-1217.

［11］劉麗麗，李建輝，鄭雪良，等. 果樹枝條資源化利用研究進展［J］. 浙江柑橘，2016，33（4）：5-8.

［12］侯憲文，張? 軍，符瑞益，等. 荔枝剪枝還田腐解及養分釋放特征研究［J］. 廣東農業科學，2020，47（4）：77-84.

［13］Olson J S. Energy storage and the balance of producers and decomposers in ecological systems［J］. Ecology，1963，44（2）：322-331.

［14］柳? 鑫. 貴州喀斯特地區不同天然草地凋落物養分釋放動態研究［D］. 貴陽：貴州大學，2018.

［15］胡? 凱，李? 倩，張中發，等. 凋落物分解酶的研究進展［J］. 北方園藝，2021（13）：134-140.

［16］曹瑩菲，張? 紅，趙? 聰，等. 秸稈腐解過程中結構的變化特征［J］. 農業環境科學學報，2016，35（5）：976-984.

［17］范琳杰，李成道，李向義，等. 極端干旱區沙土掩埋對凋落物分解速率及鹽分含量動態的影響［J］. 植物生態學報，2021，45（2）：144-153.

［18］McBride S G，Levi E M，Nelson J A，et al. Soil-litter mixing mediates drivers of dryland decomposition along a continuum of biotic and abiotic factors［J］. Ecosystems，2023，26（6）：1349-1366.

［19］Berg B，Lnn M，Ni X Y，et al. Decomposition rates in late stages of Scots pine and Norway spruce needle litter：influence of nutrients and substrate properties over a climate gradient［J］. Forest Ecology and Management，2022，522：120452.

［20］馬紅葉，潘學軍，張文娥. 林木凋落物分解及其化感作用研究進展［J］. 貴州農業科學，2020，48（10）：97-101.

［21］Berg B. Decomposition patterns for foliar litter—a theory for influencing factors［J］. Soil Biology and Biochemistry，2014，78：222-232.

［22］張經廷，張麗華，呂麗華，等. 還田作物秸稈腐解及其養分釋放特征概述［J］. 核農學報，2018，32（11）：2274-2280.

［23］Bai X J，Dippold M A，An S S，et al. Extracellular enzyme activity and stoichiometry：the effect of soil microbial element limitation during leaf litter decomposition［J］. Ecological Indicators，2021，121：107200.

［24］周庭宇，肖? 洋，黃慶陽，等. 森林凋落物分解的研究進展與展望［J］. 中國農學通報，2022，38（33）：44-51.

［25］林成芳，彭建勤，洪慧濱，等. 氮、磷養分有效性對森林凋落物分解的影響研究進展［J］. 生態學報，2017，37（1）：54-62.

［26］Wang S P，Zhai L M，Guo S F，et al. Returned straw reduces nitrogen runoff loss by influencing nitrification process through modulating soil C ∶N of different paddy systems［J］. Agriculture，Ecosystems & Environment，2023，354：108438.

［27］Chen X，Jin M C，Duan P，et al. Structural composition of immobilized fertilizer N associated with decomposed wheat straw residuesusingadvancednuclearmagneticresonance spectroscopy

combined with 13C and 15N labeling［J］. Geoderma，2021，398：115110.

［28］盧玉鵬，黃國華，高? 柱，等. 獼猴桃修剪枝條的還田分解特征及其受基質質量的影響［J］. 果樹學報，2023，40（3）：516-526.

［29］Spohn M，Berg B.Import and release of nutrients during the first five years of plant litter decomposition［J］. Soil Biology and Biochemistry，2023，176：108878.

［30］Tie L H，Hu J X，Peuelas J，et al. The amounts and ratio of nitrogen and phosphorus addition drive the rate of litter decomposition in a subtropical forest［J］. Science of the Total Environment，2022，833：155163.

［31］Sardans J，Rivas-Ubach A，Peuelas J. The elemental stoichiometry of aquatic and terrestrial ecosystems and its relationships with organismic lifestyle and ecosystem structure and function：a review and perspectives［J］. Biogeochemistry，2012，111（1）：1-39.