全 文 :犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2015201 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
梁斌,董静,隋方功,刘庆花,李俊良.果园土壤中鼠茅草的降解特性及其对氮素供应的影响.草业学报,2016,25(3):245250.
LIANGBin,DONGJing,SUIFangGong,LIUQingHua,LIJunLiang.Decompositioncharacteristicsofa犞狌犾狆犻犪犿狔狌狉狅狊covercropinanorchard
soilanditseffectonNsupply.ActaPrataculturaeSinica,2016,25(3):245250.
果园土壤中鼠茅草的降解特性及其对氮素供应的影响
梁斌1,董静2,隋方功1,刘庆花1,李俊良1
(1.青岛农业大学资源与环境学院,山东 青岛266109;2.寿光市农业局,山东 寿光262700)
摘要:果园生草提高土壤肥力,减少水土流失,具有良好的生态环境效益。但生草对土壤氮素的供应影响是果农关
注的问题之一。本研究通过室内培养试验,研究了不同时期采集的果园生草作物(鼠茅草)的降解特性及其对氮素
固持的影响。结果表明,鼠茅草枯萎后,地上部易降解有机碳占51%,鼠茅草难降解部分残留在土壤当中每年增加
1t/hm2 的土壤碳固持;施氮肥加快鼠茅草的降解,同时增加其稳定有机碳的相对含量,对土壤固碳量影响不大;鼠
茅草枯萎还田后对土壤氮素的固持量为39~65mg/kg,因此在中低肥力土壤施肥时应适当地补充60~100
kg/hm2氮素,避免微生物和果树争肥,同时提高土壤肥力。
关键词:苹果园;固持;施氮;二氧化碳释放
犇犲犮狅犿狆狅狊犻狋犻狅狀犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳犪犞狌犾狆犻犪犿狔狌狉狅狊犮狅狏犲狉犮狉狅狆犻狀犪狀狅狉犮犺犪狉犱狊狅犻犾犪狀犱
犻狋狊犲犳犳犲犮狋狅狀犖狊狌狆狆犾狔
LIANGBin1,DONGJing2,SUIFangGong1,LIUQingHua1,LIJunLiang1
1.犆狅犾犾犪犵犲狅犳犚犲狊狅狌狉犮犲狊犪狀犱犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋,犙犻狀犵犱犪狅犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犲犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犙犻狀犵犱犪狅266109,犆犺犻狀犪;2.犛犺狅狌犵狌犪狀犵犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾
犅狌狉犲犪狌,犛犺狅狌犵狌犪狀犵262700,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:Covercroppinginorchardisanefficientsoilmanagementtechniqueforimprovingsoilfertilityandre
ducingsoilerosion.However,theeffectofcovercropsonnutrientsupplyisnotwelunderstoodandaconcern
forgrowers.Anexperimentwasconductedtoinvestigatethedecompositioncharacteristicsofacovercrop
(犞狌犾狆犻犪犿狔狌狉狅狊)anditseffectonNsupplyinorchardsoil.ThedecomposableorganicCinstrawof犞.犿狔狌
狉狅狊accountedfor51%oforganicC;theremainderincreasedsoilCsequestrationby1t/haperyear.Applica
tionofexogenousNfertilizerhadnoeffectonannualnetCsequestration,althoughitincreasedthedecomposi
tionrateof犞.犿狔狌狉狅狊straw.Duringdecomposition,immobilizedNrangedfrom39-65mg/kg.Consequent
lyanadditional60-100kgN/hashouldbeappliedduring犞.犿狔狌狉狅狊decompositioninlowfertilitysoilsinthe
firstfewyearstoavoidcompetitionbetweensoilmicrobesandcroptrees,andtoimprovesoilfertility.
犓犲狔狑狅狉犱狊:appleorchard;immobilization;nitrogenapplication;carbondioxideemission
我国苹果园有机质含量偏低,施用氮肥使土壤碳氮比(C/N)降低,导致土壤板结、保肥性差等问题。据统计,
胶东果园C/N由1984年的9.45降低到2012年的7.87,威胁土壤质量安全[1]。因此如何增加果园有机质含量,
第25卷 第3期
Vol.25,No.3
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
245-250
2016年3月
收稿日期:20150417;改回日期:20150825
基金项目:山东省自然科学基金(ZR2013DQ014)和公益性行业(农业)科研专项项目(201103005)资助。
作者简介:梁斌(1983),男,山东昌乐人,博士。Email:liangbin306@163.com
通信作者Correspondingauthor.Email:jli1962@163.com
提高土壤肥力关系到我国苹果(犕犪犾狌狊狆狌犿犻犾犪)产业的可持续发展。果园生草是欧美及日本等发达国家普遍推
行的土壤管理模式,在提高土壤肥力[2],减少水土流失[34]等方面取得了良好的生态及经济效益。我国学者的研
究也表明果园生草可明显增加果园产量和改善果实品质[56]。但是果园生草中多存在草与果树争夺水分和养分
的问题,限制果园生草的发展[78]。解决树草对水分和养分的竞争问题的关键是选出果树、草种生态位不重叠的
优良组合[2]。
鼠茅草(犞狌犾狆犻犪犿狔狌狉狅狊)是近年来引起果农瞩目的野生草种。主要分布在江苏、浙江、广西等地。鼠茅草为
1年生禾本科鼠茅属植物,每年9月份发芽,在春季迅速生长,株高可达60cm以上,于6月初枯萎倒伏,覆盖于
地表。近期研究[910]表明鼠茅草在抑制果园夏季杂草生长方面有重要作用,是果园中很好的覆盖作物。在我国
北方果树旺盛生长阶段鼠茅草已经枯萎死亡,缓解了草与树争水争肥的矛盾;生长后期自然枯萎倒伏,免除人工
割草或除草剂使用,省工环保;除此之外,鼠茅草一次播种后靠种子萌发自然繁殖,避免重复播种。鉴于上述特
性,鼠茅草非常适合在果园中种植,具有在我国北方大面积推广的潜力。目前鼠茅草在胶东果园已经推广种植6
年,种植面积达700hm2。
虽然鼠茅草的生长季节与果树旺盛生长季节不重合,一定程度上避免了果树与草的争水争肥,但是鼠茅草枯
萎后的降解过程可能导致土壤微生物大量固定土壤氮素,影响果树对氮素的吸收,另外鼠茅草在固碳减排方面的
作用有多大也是需要关注的问题。因此,本研究通过田间采样室内培养的方法研究了鼠茅草降解过程及其对土
壤氮素的影响,以期为生草果园合理的施用氮肥提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
采样地点位于青岛农业大学胶州试验基地。该基地苹果园采用全园种植鼠茅草模式。于2013年6月(鼠茅
草自然枯萎后)和2014年3月(苹果春季施肥之前)采集枯萎鼠茅草样品,经烘干粉碎成0.2~0.5cm小段待用,
其中有机碳及氮、磷、钾含量见表1。2014年3月在同一果园内采集供试土壤,土壤样品风干过2mm筛后待用,
其基本理化性状见表1。
表1 供试鼠茅草和土壤养分含量状况
犜犪犫犾犲1 犜犺犲犮犺犲犿犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳狋犲狊狋犲犱犞.犿狔狌狉狅狊犪狀犱狊狅犻犾
项目
Item
采集时间Samplingtime
(年月日Yearmonthday)
有机碳
OrganicC(%)
全氮
TotalN(%)
碳氮比
RatioofC/N
全磷
TotalP(%)
全钾
TotalK(%)
鼠茅草犞.犿狔狌狉狅狊 201367 40.2 1.57 25 0.94 1.01
2014312 40.1 0.91 44 0.74 0.14
项目
Item
采集时间Samplingtime
(年月日Yearmonthday)
有机碳
SoilorganicC
(g/kg)
全氮
TotalN
(g/kg)
碱解氮
Alkalihydrolyzable
N(mg/kg)
有效磷
Available
P(mg/kg)
有效钾
Available
K(mg/kg)
土壤Soil 2014312 11.4 1.4 46 35 160
1.2 试验设计
试验采用双因素完全随机设计,包括生草作物还田和施用氮肥两个因素。生草作物还田包括:不还田(CK)、
施用2013年6月采集鼠茅草(C1)和施用2014年3月采集鼠茅草(C2)3个处理;氮肥处理包括不施氮肥和施用
氮肥(+N)2个处理,采用完全随机试验设计,共6个处理,重复3次。其中生草作物还田量为0.67%(相当于生
草作物全量还田至0~15cm土层的用量),氮肥为(NH4)2SO4,施氮量为200mg/kg。采用室内模拟试验,将土
样含水量调至18%,在20℃下预培养7d,然后按上述试验处理加入鼠茅草和氮肥,放入塑料培养瓶,每瓶装1kg
土壤。在培养的第1,3,6,7,11,16,22,30天测定其中的硝态氮、铵态氮含量和土壤呼吸。
642 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.3
1.3 测定方法
土壤铵态氮和硝态氮采用0.5mol/L硫酸钾(液土比4∶1)浸提,流动分析仪(AA3,BRAN+LUEBBE,德
国)测定。土壤呼吸采用氢氧化钠吸收滴定法测定[11]。土壤经不同处理之后,称取相当于50.0g烘干土的鲜土
放入75mL培养瓶中,将培养瓶和盛有10mL0.2mol/LNaOH溶液的塑料瓶同时放入密闭的500mL塑料瓶
中。在培养的第1,3,6,7,11,16,22,30天,用0.2mol/LHCl滴定剩余的NaOH来计算CO2 的释放量。
1.4 数据分析
用SASVersion8.1forWindows做方差分析,如果差异显著,用LSD法进行多重比较。假定鼠茅草秸秆有
机碳由易降解有机碳库和稳定有机碳库两部分组成,用双指数方程来拟合有机碳的降解率[12]。
累积有机碳降解率=犪(1-e-犓1狋)+(100-犪)(1-e-犓2狋)
易降解有机碳半衰期=ln2/犓1
难降解有机碳半衰期=ln2/犓2
式中,狋为培养时间,犪为易降解有机碳占的比例,100-犪为不易降解有机碳所占比例,犓1 为易降解有机碳的降
解常数(犱-1),犓2 为稳定有机碳降解常数(犱-1)。
2 结果与分析
2.1 生草作物还田对土壤CO2 释放的影响
在培养期间,土壤原有机质降解释放1161mgCO2C/kg,占土壤有机碳的10%;生草作物还田显著增加土
壤CO2 释放量,C1 和C2 处理累积释放量分别为2359和1928mgCO2C/kg,是CK处理的2.0和1.7倍。施用
氮肥促进CO2 的释放,在30d培养期间,+N、C1+N和C2+N处理分别比CK、C1 和C2 处理CO2 释放量增加
10%,7%和14%(图1)。
图1 不同处理犆犗2 累积释放量(犃)和鼠茅草累积降解率(犅)
犉犻犵.1 犃犮犮狌犿狌犾犪狋犻狅狀狅犳犆犗2(犃)犪狀犱犱犲犮狅犿狆狅狊犻狋犻狅狀狉犪狋犲狅犳犞.犿狔狌狉狅狊(犅)犱狌狉犻狀犵30犱犪狔狊犻狀犮狌犫犪狋犻狅狀
在培养的30d当中,C1 和C2 处理鼠茅草秸秆降解率分别为30%和19%,施用氮肥使降解率分别提高到
31%和23%(图1);利用双指数方程对生草作物的降解进行了拟合,各处理相关系数(犚2)都在0.976以上(表
2)。经方程计算得出,C1 和C2 中易降解有机碳占本身有机碳的51.7%和22.3%,易降解部分半衰期分别为23
和11d;在C1 处理中稳定有机碳含量占48.3%,半衰期为301d。虽然施用氮肥在短期内促进了鼠茅草的降解,
但是长期来说,提高了鼠茅草中稳定性有机碳的相对含量。
2.2 生草还田对土壤氮素矿质氮的影响
由于硝化作用,施入200mg/kg铵态氮后,土壤铵态氮含量下降,硝态氮含量上升,在培养的30d内,施入氮
肥的硝化作用基本结束(图2a,b)。在培养的第1天,施入铵态氮导致土壤矿质态氮增加166~178mg/kg(图
2c),说明有22~34mg/kg施入的氮素发生固持或损失。在培养期间,CK土壤矿质态氮含量由28mg/kg逐渐
升高到68mg/kg;在培养结束时,加氮处理(+N、N+C1、N+C2)矿质态氮含量分别较不加氮处理(CK、C1、C2)
742第25卷第3期 草业学报2016年
提高222,223和247mg/kg,大于施入氮肥量,说明氮肥施用促进了土壤或生草作物原有有机氮的矿化;与CK
相比,培养第10天之后,生草作物还田使土壤矿质态氮含量显著降低25~52mg/kg,占原有矿质态氮(即CK处
理的矿质态氮)的48%~77%。在施氮条件下,培养中期(第6~22天)生草作物还田处理固持量(还田处理与
CK处理矿质态氮含量之差)达到39~65mg/kg,显著地大于不施氮处理的固持量,但这部分固持的氮素在22d
之后就开始发生释放(图2d)。
表2 不同处理中鼠茅草秸秆有机碳降解特性
犜犪犫犾犲2 犗狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀犱犲犮狅犿狆狅狊犻狋犻狅狀狉犪狋犲狆犪狉犪犿犲狋犲狉狊犻狀犞.犿狔狌狉狅狊
处理
Treatments
易降解有机碳含量
LabileorganicC(%)
稳定有机碳含量
StableorganicC(%)
易降解有机碳半衰期
HalflifeoflabileorganicC(d)
稳定有机碳半衰期
HalflifeofstableorganicC(d)
相关系数
犚2
C1 51.7a 48.3c 23 301 0.976
C1+N 40.9b 59.1b 14 231 0.982
C2 22.3c 77.7a 11 277 0.980
C2+N 15.6d 84.4a 8 187 0.985
注:同列不同字母表示差异显著(犘<0.05)。
Note:Differentlettersinthesamecolumnshowsignificantdifferencesat0.05level.
图2 不同处理铵态氮(犃)、硝态氮(犅)、矿质氮(犆)和氮固持量(犇)动态变化
犉犻犵.2 犇狔狀犪犿犻犮狅犳犪犿犿狅狀犻狌犿犖(犃),狀犻狋狉犪狋犲犖(犅),犿犻狀犲狉犪犾犖(犆),犪狀犱犻犿犿狅犫犻犾犻狕犲犱犖(犇)
狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊犱狌狉犻狀犵犱犲犮狅犿狆狅狊犻狋犻狅狀狅犳犞.犿狔狌狉狅狊
3 讨论与结论
据统计,苹果园种植鼠茅草每年产干草为7.5~15t/hm2,平均为12.8t/hm2,每年固持碳量可达5.12
t/hm2,按本研究中稳定有机碳百分比和半衰期计算,每年碳净固持量达1.01t/hm2。Conant等[13]总结前人研
究结果估测,退化草原补种草种后每年每hm2 可增加固碳0.75~3.0t,石锋等[14]比较补播改良退化草地发现土
壤有机碳的年增加量达每hm20.9t。可见,果园生草有利于有机碳在土壤中的积累[15],每年固碳量与草地相
842 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.3
当。施用化学氮肥虽然加快了生草作物的降解,但施用氮肥提高了稳定碳的百分比含量,总体来说对土壤固碳量
影响不大。郑海霞等[16]在草原的研究也得出相同的结论。
生草作物与果树争肥争水是果园生草推广的主要限制因素之一[8,17]。鼠茅草与果树旺盛生长不重叠,在一
定程度上避免了草与树的争肥问题。在6-9月份果树旺盛生长期间恰逢鼠茅草枯萎降解阶段,据报道鼠茅草经
过80d的腐解,其中氮素的累积释放率达到15%~25%[18]。但是在此过程中,由于枯萎鼠茅草提供了大量的碳
源,促进土壤微生物对氮素的固持[19],还田第10~30天使对照土壤矿质态氮含量降低25~52mg/kg。因此在
肥力水平中等或偏低果园中应该补充60~100kg/hm2 的氮肥,尤其是果园生草种植的前3年。在高肥力土壤
中由于鼠茅草降解速度较快,氮素固持时间较短,并且固持后氮素仍然保持在较高水平,则不需要额外补充施用
氮肥。
犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊:
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052 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.3