全 文 :犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2015415 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
陈国军,闫慧峰,吴凯,杨举田,田雷,谭效磊,宗浩,陈秀斋,张永春,孙延国,刘海伟,石屹.不同收获期的籽粒苋绿肥还田对土壤养分的影响.草业学
报,2016,25(3):215224.
CHENGuoJun,YANHuiFeng,WUKai,YANGJuTian,TIANLei,TANXiaoLei,ZONGHao,CHENXiuZhai,ZHANGYongChun,SUN
YanGuo,LIUHaiWei,SHIYi.Greenmanurereturningeffectof犃犿犪狉犪狀狋犺狌狊犺狔狆狅犮犺狅狀犱狉犻犪犮狌狊harvestedatdifferenttimesonsoilfertility.Acta
PrataculturaeSinica,2016,25(3):215224.
不同收获期的籽粒苋绿肥还田对土壤养分的影响
陈国军1,2,闫慧峰1,吴凯1,2,杨举田3,田雷3,谭效磊3,宗浩3,
陈秀斋3,张永春3,孙延国1,刘海伟1,石屹1
(1.中国农业科学院烟草研究所,农业部烟草生物学与加工重点实验室,山东 青岛266101;
2.中国农业科学院研究生院,北京100081;3.山东省临沂烟草公司,山东 临沂276003)
摘要:为研究不同时期收获的籽粒苋还田后对土壤养分的影响,采用室内恒温培养模拟籽粒苋还田,测定了生长
45,55和65d收获的籽粒苋还田后土壤可溶性碳(DOC)、无机氮(Nmin)、速效钾、缓效钾含量的变化趋势。研究
结果表明,不同时期收获的籽粒苋还田后0~14d,土壤DOC、Nmin、速效钾、土壤缓效钾含量均显著增加,籽粒苋
氮表观释放率达到19.5%以上,而钾表观释放率在63.4%以上;还田14~56d,土壤Nmin、速效钾、缓效钾含量均
为生长45d收获的处理>55d收获的处理>65d收获的处理>对照,但此阶段各处理土壤DOC、组成土壤Nmin
的铵态氮(除45d收获的还田处理)与对照之间没有显著差异;还田56d后,添加籽粒苋的土壤Nmin是对照的3.4
倍、速效钾是对照的3.1倍、缓效钾是对照的1.1倍。此外,培养期间生长45d收获的籽粒苋氮、钾表观释放率低
于生长55和65d收获的籽粒苋。由此表明,籽粒苋还田14d后对土壤有效养分就有明显改善效果,籽粒苋生长
45d收获还田效果较好。
关键词:籽粒苋;绿肥还田;腐解;土壤养分;不同收获期
犌狉犲犲狀犿犪狀狌狉犲狉犲狋狌狉狀犻狀犵犲犳犳犲犮狋狅犳犃犿犪狉犪狀狋犺狌狊犺狔狆狅犮犺狅狀犱狉犻犪犮狌狊犺犪狉狏犲狊狋犲犱犪狋犱犻犳犳犲狉
犲狀狋狋犻犿犲狊狅狀狊狅犻犾犳犲狉狋犻犾犻狋狔
CHENGuoJun1,2,YAN HuiFeng1,WU Kai1,2,YANGJuTian3,TIAN Lei3,TAN XiaoLei3,ZONG
Hao3,CHENXiuZhai3,ZHANGYongChun3,SUNYanGuo1,LIUHaiWei1,SHIYi1
1.犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犜狅犫犪犮犮狅犚犲狊犲犪狉犮犺狅犳犆犃犃犛,犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犜狅犫犪犮犮狅犅犻狅犾狅犵狔犪狀犱犘狉狅犮犲狊狊犻狀犵,犕犻狀犻狊狋狉狔狅犳犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犲,犙犻狀犵犱
犪狅266101,犆犺犻狀犪;2.犌狉犪犱狌犪狋犲犛犮犺狅狅犾狅犳犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犛犮犻犲狀犮犲,犅犲犻犼犻狀犵100081,犆犺犻狀犪;3.犔犻狀狔犻犜狅犫犪犮犮狅
犆狅狉狆狅狉犪狋犻狅狀,犔犻狀狔犻276003,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:Inordertostudythereturningeffectof犃犿犪狉犪狀狋犺狌狊犺狔狆狅犮犺狅狀犱狉犻犪犮狌狊onsoilfertility,anincubation
experimentwascarriedouttosimulatethereturningof犃.犺狔狆狅犮犺狅狀犱狉犻犪犮狌狊asgreenmanuretothefield.The
dynamicchangeinconcentrationsofDOC(soildissolvedorganiccarbon),Nmin(mineralnitrogen),available
potassiumandslowlyreleasedpotassiumwasmeasuredinthesoilwithplantsharvestedon45,55and65daf
tergrowth.Duringthefirst14dofincubation,theconcentrationsofsoilDOC,Nmin,availablepotassiumand
第25卷 第3期
Vol.25,No.3
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
215-224
2016年3月
收稿日期:20150907;改回日期:20151103
基金项目:公益性行业(农业)科研专项(201203091)资助。
作者简介:陈国军(1989),男,山东菏泽人,硕士。Email:chenguojun012@163.com
通信作者Correspondingauthor.Email:shiyi@caas.cn
slowlyreleasedpotassiumincreasedsignificantlycomparedtothecontrol.Apparentnitrogenreleaseratein
犃.犺狔狆狅犮犺狅狀犱狉犻犪犮狌狊狑犪狊犿狅狉犲狋犺犪狀19.5%,andforpotassium,itwasabove63.4%.During14-56dofincu
bation,soilNmin,availablepotassium,slowlyreleasedpotassiumconcentrationsshowedtheorderassample
harvestedon45daftergrowth>55d>65d>Control,buttherewerenodifferencesinsoilNH4+NandDOC
concentrationbetweenthetreatmentsandcontrol(forNH4+N,sampleharvestedon45dasanexception).
After56dofincubation,Nminconcentrationinthesoilwas3.4timesofthatunderControl,availablepotassi
umconcentrationwasatleast3.1timesandslowlyreleasedpotassiumconcentrationwasatleast1.1timesun
deraltreatmentswith犃.犺狔狆狅犮犺狅狀犱狉犻犪犮狌狊.Inaddition,thetreatmentsusing犃.犺狔狆狅犮犺狅狀犱狉犻犪犮狌狊harvested
on45dresultedinlowerapparentreleaseratesofnitrogenandpotassiumthantheothertwotreatmentsusing
犃.犺狔狆狅犮犺狅狀犱狉犻犪犮狌狊duringtheincubation.Conclusively,returning犃.犺狔狆狅犮犺狅狀犱狉犻犪犮狌狊tosoilsobviouslyim
provedsoilavailablenutrients,andtheplantsharvestedon45dshowedbettereffectonsoilfertility.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犃犿犪狉犪狀狋犺狌狊犺狔狆狅犮犺狅狀犱狉犻犪犮狌狊;greenmanurereturning;decomposition;soilfertility;different
harvestingperiod
绿肥在农业生产中的应用已经比较广泛,绿肥还田进入土壤经过一系列的腐解过程,可明显增加土壤中氮、
磷、钾和各种中微量元素含量[12]。绿肥在生长过程中吸收土壤残留养分,还田后再将养分释放,供作物吸收;绿
肥中的豆科绿肥可以和土壤中根瘤菌形成共生关系,固定空气中的氮素,在一定程度上提高土壤中的 N 素含量。
有研究指出豆科绿肥的根瘤固氮量占到总氮的39%~49%,在贫瘠的土壤上固氮更高达80%以上[3];此外,绿肥
还田明显提高氮素利用率,绿肥作物的氮素不仅在土壤中有更长的滞留时间,而且降低硝酸盐淋洗损失[45]。绿
肥可以通过其发达的根系,扩大吸磷的空间和范围,同时能够活化土壤中难溶性磷,已有报道指出油菜(犅狉犪狊狊犻犮犪
犮犪犿狆犲狊狋狉犻狊)和肥田萝卜(犚犪狆犺犪狀狌狊狊犪狋犻狏狌狊)可以活化并利用所提供的难溶性磷酸盐;并且,绿肥翻压后在腐解过
程中产生的有机酸也会通过微生物的还原、酸溶、络合等作用活化土壤中的磷钾养分[67];但不同绿肥种类,甚至
同一绿肥不同部位腐解对土壤养分影响都可能产生较大差异[8]。绿肥主要分为豆科绿肥和非豆科绿肥两大类。
非豆科绿肥主要包括富钾作用强的菊科、苋科,解磷作用强的十字花科绿肥,以及一些禾本科作物[911]。与其他
科属的绿肥相比,籽粒苋(犃犿犪狉犪狀狋犺狌狊犺狔狆狅犮犺狅狀犱狉犻犪犮狌狊)作为苋科绿肥含钾较高,多作为生物钾肥资源,常用于
夏绿肥或间作绿肥[1214]。籽粒苋含钾量高的主要机制是能不断地活化土壤中的缓效性钾和矿物态钾,通过根系
吸收转化为生物钾[15];并通过绿色体、秸秆还田和泡青还田的形式归还土壤,这有利于土壤钾的良性循环和再利
用,缓解了土壤缺钾的现象[1617]。并且,籽粒苋与化肥配施,改善了烟草(犖犻犮狅狋犻犪狀犪狋犪犫犪犮狌犿)养分吸收状况,对
烟叶的产量和质量都有所提高[18]。此外,研究显示不同作物间作可以改善某些作物的营养状况,小麦(犜狉犻狋犻犮狌犿
犪犲狊狋犻狏狌犿)-大豆(犌犾狔犮犻狀犲犿犪狓)两作物间作时,间作小麦的吸氮量、吸磷量始终高于单作小麦[19],并且李廷轩和
马国瑞[20]指出籽粒苋与烟草间作提高了烟叶中钾、硫等部分矿质养分含量。
绿肥与作物间作、轮作或套种,往往会出现与主作物争水争肥的问题。红豆草(犗狀狅犫狉狔犮犺犻狊狏犻犮犻犪犲犳狅犾犻犪)在玉
米(犣犲犪犿犪狔狊)行间种植,由于红豆草吸收了大量的水分和养分,进而影响到玉米的生长;在绿肥与果园种植模式
中也出现了与果树争水争肥的矛盾[21]。现代农业在施肥与管理、绿肥品种等方面与20世纪60~80年代相比发
生了巨大变化,绿肥生产、利用中的各项关键技术达不到现代农业对绿肥综合利用的要求[22],籽粒苋在间作套种
生产中也存在此类问题。此外,前人对籽粒苋的研究多集中在食用[23]、饲用[24]、保健[25]以及作为绿肥间作、化肥
配施[26]等方面。为此,本研究将针对间作套种的籽粒苋采取不同时期还田,以期解决间作套种籽粒苋过程中争
水争肥等大田生产问题;采用室内模拟培养的方法,更深层次揭示籽粒苋绿肥还田后对土壤可溶性碳含量、无机
氮含量、缓效钾含量、速效钾含量等的影响,明确不同收获期籽粒苋还田效果差异,以期为籽粒苋作为绿肥合理使
用提供理论依据。
612 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.3
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试籽粒苋品种为R104,播种时间为2014年5月2日,播种地点为山东沂南县双堠镇,种植密度1.4×105
株/hm2。不同收获期的籽粒苋自然风干后的基本农化性状见表1。
表1 籽粒苋的基本农化性状
犜犪犫犾犲1 犅犪狊犻犮犪犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犮犺犲犿犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳犃.犺狔狆狅犮犺狅狀犱狉犻犪犮狌狊
收获时期
Daysaftersowing
(d)
干重
Dryweight
(g/plant)
C/N 碳含量
Cconcentration
(g/kg)
氮含量
Nconcentration
(%)
磷含量
Pconcentration
(%)
钾含量
Kconcentration
(%)
纤维素含量
Fiberconcentration
(%)
45 9.23 14.2 522 3.67 0.72 5.36 19.6
55 15.69 22.8 528 2.31 0.32 2.67 23.5
65 31.30 34.0 557 1.64 0.46 2.61 29.3
1.2 实验设计
采用室内恒温培养模拟籽粒苋还田,实验设置4个处理,分别是K1(添加生长45d收获的籽粒苋)、K2(添加
生长55d收获的籽粒苋)、K3(添加生长65d收获的籽粒苋)以及CK(对照不加籽粒苋)。
供试土壤来自山东诸城洛庄烟草实验站的棕壤土。供试土壤基本性状如下:pH值8.07、有机质含量25.6
g/kg、全氮含量5.53g/kg、碱解氮含量54.3mg/kg、全磷含量0.09g/kg、有效磷含量13.0mg/kg、全钾含量
15.8g/kg、速效钾含量140mg/kg。
处理方法为称取过2mm筛的风干土100g和粉碎的自然风干的籽粒苋植株2g(过2mm筛),混匀装入直
径6cm,高11cm的圆柱形塑料桶中,统一调节土壤含水量至田间持水量的70%,桶口用半透膜密封,放入25℃
恒温培养箱培养[27]。每隔3d采用称重法补充水分。每个处理21盆。
在培养的第5h,2,7,14,28,42,56天进行取样,按处理每次取3个重复。
1.3 测定项目及方法
土壤可溶性碳含量,利用0.5mol/L的K2SO4(水土比为5∶1)浸提,采用MutiN/C3100型TOC分析仪测
定[8],土壤硝态氮+亚硝态氮含量和铵态氮含量,均利用1mol/L的KCl(水土比为5∶1)浸提(一般土壤中亚硝
态氮含量很低,测定中没有加氨基磺酸消除亚硝态氮),分别采用紫外分光光度法和靛酚蓝比色法测定,土壤缓效
钾含量利用1mol/L硝酸浸提、土壤速效钾含量利用1mol/L乙酸铵浸提后,均采用火焰光度法测定。
1.4 数据分析
土壤无机氮(Nmin)含量=土壤硝态氮+亚硝态氮含量+土壤铵态氮含量
氮表观释放率=土壤无机氮增量/添加籽粒苋全氮量×100%
钾表观释放率=(土壤缓效钾增量+土壤速效钾增量)/添加籽粒苋全钾量×100%
采用Excel2003,SAS软件进行方差分析(LSD法)。
2 结果与分析
2.1 土壤可溶性碳(DOC)含量的动态变化
由表2看出,3种不同时间收获的籽粒苋还田后土壤DOC含量变化趋势基本一致,在腐解开始时,即第5h,
土壤DOC含量显著增加,3组处理K1(45d收获)、K2(55d收获)、K3(65d收获)的土壤DOC含量分别是对照
的3.62,2.72,1.41倍。随后在第2和7天土壤DOC含量迅速降低。14d以后所有处理与对照之间没有显著差
异,仅略高于对照。不同处理之间,添加45d收获的籽粒苋的处理(K1)在还田后0~14d内土壤DOC含量显著
高于55d(K2)和65d(K3)的处理,而K2(55d收获)与K3(65d收获)的土壤DOC含量无显著差异。
712第25卷第3期 草业学报2016年
表2 不同处理土壤可溶性碳(犇犗犆)含量的动态变化
犜犪犫犾犲2 犇狔狀犪犿犻犮狊狅狀狋犺犲狊狅犻犾犱犻狊狊狅犾狏犲犱狅狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀犪犿狅狀犵犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊 mg/kg
处理
Treatment
还田时间Returningtime
0(5h) 2d 7d 14d 28d 42d 56d
K1 987.5±44.4a 705.8±37.5a 377.0±14.0a 354.2±14.9a 317.1±30.5a 309.1±3.1a 308.2±25.1a
K2 742.0±13.6b 515.0±35.9b 339.3±8.8b 308.3±16.5b 310.0±24.4a 321.1±22.8a 318.5±16.8a
K3 738.3±12.8b 526.7±5.9b 302.7±12.0c 311.3±17.8b 326.3±19.8a 324.0±1.9a 325.1±18.6a
CK 272.7±7.7c 147.2±4.4c 201.5±27.8d 283.4±29.4b 290.0±14.8a 291.7±26.9a 281.8±31.9a
注:同列不同小写字母表示处理间差异显著(犘<0.05),下同。
Note:Valuesinthesamecolumnswithdifferentlettersmeandiffersignificantlyatthe5%level.Thesamebelow.
2.2 土壤无机氮(Nmin)含量的动态变化
图1中显示不同收获期的籽粒苋还田后土壤Nmin、以及组成土壤Nmin的铵态氮与硝态氮+亚硝态氮的变
化。还田56d后,各处理与对照相比土壤铵态氮含量无显著差异,而各处理的土壤无机氮和土壤硝态氮+亚硝
态氮含量均显著增加,其中土壤无机氮含量分别是对照的4.50,4.47,3.39倍;此外,添加45d收获籽粒苋(K1)
和添加55d收获籽粒苋(K2)的处理土壤无机氮和土壤硝态氮+亚硝态氮含量显著高于添加65d收获籽粒苋
(K3)的处理。另外,铵态氮、硝态氮+亚硝态氮、土壤 Nmin培养期间变化曲线显示:一方面,培养期间各处理土
壤铵态氮含量均表现为先升高后降低的变化趋势;土壤铵态氮含量在还田后7d均达到最大,此时,45d收获的
处理(K1)、55d收获的处理(K2)和65d收获的处理(K3)土壤铵态氮含量分别为对照的2.45,1.64和1.60倍。
另一方面,培养期间各处理土壤无机氮和硝态氮+亚硝态氮含量均表现为先降低后升高的变化趋势;并且在还田
2d后,各处理的土壤无机氮和硝态氮+亚硝态氮含量有降低。与最初起始时(5h)相比,还田2d后,K1、K2、K3
处理的土壤无机氮含量分别下降了31.7%,6.9%,8.5%。同时籽粒苋还田显著改变了土壤无机氮的构成,并且
图1 不同处理土壤无机氮含量的动态变化
犉犻犵.1 犇狔狀犪犿犻犮狊狅狀狊狅犻犾犿犻狀犲狉犪犾狀犻狋狉狅犵犲狀(犖犿犻狀)犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀犪犿狅狀犵犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
812 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.3
从土壤铵态氮与硝态氮+亚硝态氮的比值变化曲线可以看出,除了在还田后第2天与对照没有显著差异外,其余
培养阶段土壤铵态氮与硝态氮+亚硝态氮的比值都是显著低于对照。由于培养结束时添加籽粒苋显著增加了土
壤硝态氮+亚硝态氮含量(平均增加120.1mg/kg),而土壤铵态氮变化不大(平均增加1.8mg/kg),因而各处理
的土壤铵态氮与硝态氮+亚硝态氮的比例显著降低。
2.3 土壤中速效钾、缓效钾含量的动态变化
土壤中速效钾含量的变化见表3。与对照相比,不同处理土壤速效钾含量均表现出先增加后降低的趋势。
在56d的培养过程中,添加45d收获籽粒苋的处理(K1)和添加55d收获籽粒苋的处理(K2)在还田后0~14d
土壤速效钾含量持续增加,还田14d时分别为对照的4.46和3.79倍,添加65d收获籽粒苋的处理(K3)在还田
后0~7d土壤速效钾含量保持增加,还田7d时为对照的3.78倍。培养结束时(56d)与对照相比,不同处理均
显著提高了土壤速效钾含量,其中K1、K2、K3 分别增加445.5,332.3,307.3mg/kg;此外,K1 处理的土壤速效钾
含量显著高于K2、K3,而K2 与K3 无显著差异。
表3 不同处理土壤速效钾含量的动态变化
犜犪犫犾犲3 犇狔狀犪犿犻犮狊狅狀狊狅犻犾犪狏犪犻犾犪犫犾犲狆狅狋犪狊狊犻狌犿犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀犪犿狅狀犵犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊 mg/kg
处理
Treatment
还田时间Returningtime
0(5h) 2d 7d 14d 28d 42d 56d
K1 399.6±7.3b 566.4±9.1a 566.3±52.2a 636.1±13.5a 624.8±4.8a 597.8±2.8a 589.8±5.5a
K2 426.6±15.3a 504.1±2.8c 522.5±13.3b 541.0±13.3b 503.5±8.6b 479.5±15.0b 476.6±30.4b
K3 396.2±12.6b 518.7±8.2b 522.0±10.2b 510.6±7.5c 474.9±20.0c 445.8±17.7c 451.7±8.7b
CK 141.1±2.8c 145.9±2.8d 138.0±8.2c 142.7±4.8d 139.5±5.5d 136.4±2.8d 144.3±2.8c
土壤中缓效钾含量的变化见表4。籽粒苋还田56d后,不同收获期的籽粒苋还田效果有所差异,与对照相
比,K1、K2、K3 缓效钾分别增加181.7,129.7,94.5mg/kg。在还田后腐解过程中,不同腐解阶段土壤缓效钾含
量的变化具有差异性。腐解培养7d以前,土壤缓效钾含量增加的幅度不大,K1、K2、K3 分别比5h的增加了
7%,3%和6%;但7~14d缓效钾增加比较显著,而14d至培养结束土壤缓效钾含量基本保持稳定。
表4 不同处理土壤缓效钾含量的动态变化
犜犪犫犾犲4 犇狔狀犪犿犻犮狊狅狀狊狅犻犾狊犾狅狑狉犲犾犲犪狊犲狆狅狋犪狊狊犻狌犿犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀犪犿狅狀犵犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊 mg/kg
处理
Treatment
还田时间Returningtime
0(5h) 2d 7d 14d 28d 42d 56d
K1 787.1±19.6a 834.5±39.9a 838.4±13.1a 971.4±18.8a 892.6±19.3a 938.4±22.7a 950.9±53.9a
K2 812.9±36.7a 795.4±31.0a 840.9±37.0a 882.5±29.5b 904.9±24.1a 872.6±22.8a 898.0±67.8a
K3 779.4±14.9a 835.8±48.4a 826.3±5.7a 922.9±41.0ab 881.0±38.8a 887.5±18.4a 862.9±70.8ab
CK 779.1±11.9a 819.4±17.9a 804.8±18.6a 785.0±33.1c 739.3±23.2b 738.8±8.2b 768.4±13.7b
2.4 籽粒苋养分表观释放率的动态变化
不同收获期的籽粒苋还田后氮、钾表观释放率的变化见表5。籽粒苋还田后氮、钾的表观释放率存在差异,
各处理氮表观释放率在4.3%~34.5%,而钾表观释放率在24.9%~99.2%。还田腐解过程中,一方面,不同收
获期籽粒苋氮表观释放率有所差异,其中添加45d收获的籽粒苋处理(K1)的氮表观释放率显著低于55d收获
(K2)和65d收获(K3)的处理;另一方面,不同收获期的籽粒苋还田腐解过程中钾表观释放率同样具有差异性,
即添加45d收获的籽粒苋处理(K1)的钾表观释放率显著低于55d收获(K2)和65d收获(K3)的处理。
912第25卷第3期 草业学报2016年
表5 不同处理籽粒苋氮、钾表观释放率
犜犪犫犾犲5 犖犪狀犱犓犪狆狆犪狉犲狀狋狉犲犾犲犪狊犲狉犪狋犲犪犿狅狀犵犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊 %
项目
Item
处理
Treatment
还田时间 Returningtime
0(5h) 2d 7d 14d 28d 42d 56d
K1 8.4±1.4b 4.3±0.7b 10.5±1.1c 19.5±0.9c 18.0±1.3c 20.5±0.8b 20.4±0.9b
N K2 10.0±1.3ab 8.0±1.1a 21.9±2.1b 24.1±1.7b 25.0±1.8b 28.6±2.6a 29.3±0.7a
K3 12.5±1.1a 9.6±2.7a 31.0±3.3a 30.7±1.3a 34.5±0.7a 30.4±3.5a 31.5±3.3a
K1 24.9±1.6c 40.6±4.0b 43.1±4.4b 63.4±1.6b 59.6±1.6b 61.7±6.4b 58.5±5.4b
K K2 59.8±7.3a 62.6±5.3a 78.8±7.3a 92.8±7.4a 99.2±4.2a 89.3±2.1a 86.5±7.6a
K3 48.9±4.4b 74.6±10.3a 77.7±1.2a 96.9±6.5a 91.4±9.6a 87.8±4.6a 77.0±12.4a
3 讨论
3.1 籽粒苋绿肥还田后对土壤养分的影响
绿肥籽粒苋还田显著提高了土壤无机氮、速效钾与缓效钾含量,并且显著改变了土壤无机氮组成,使土壤硝
态氮显著增加,但对土壤铵态氮没有显著影响。本研究中选择生长45,55和65d收获的籽粒苋作为实验材料,
是根据我们已有的烟草田间套作籽粒苋未公布的实验结果,以及籽粒苋生长规律,播种后40d进入快速生
长[28],播种后65d鲜重基本达到最大;并且烟草在移栽后65d即转入成熟期生长。
种植翻压绿肥有助于土壤养分的提高,一方面,绿肥在生长过程中吸收土壤残留养分,还田后再将养分释放,
供作物吸收;另一方面,豆科绿肥可以固氮,十字花科绿肥能够活化土壤中难溶磷,而苋科绿肥能够富集土壤钾;
因此,绿肥可以显著提高土壤有效养分的含量[9]。籽粒苋作为苋科绿肥,不仅可以富集钾,而且其碳、氮等养分含
量高,所以籽粒苋翻入土壤可以改善土壤养分状况[29]。
大量研究表明,翻压绿肥有利于土壤有机质的提高,其中土壤可溶性碳(DOC)是联系有机质转化与微生物
代谢的纽带,也是评价土壤有机质含量的重要指标[30]。有研究表明豆科、苋科、禾本科绿肥还田均可以提高土壤
DOC含量[31]。本研究中籽粒苋还田后土壤DOC含量的变化充分证明了这一点。培养初期,随着高含碳量籽粒
苋的加入,土壤DOC含量显著增加,而随着培养进程的推进土壤DOC含量出现了显著降低,这与周江敏等[32]采
用水稻(犗狉狔狕犪狊犪狋犻狏犪)秸秆进行室内培养实验土壤DOC含量变化趋势是一致的;培养过程中土壤可溶性碳显著
降低与土壤微生物快速繁殖,组成可溶性碳的溶解性糖、溶解性酚酸等简单可溶化合物被微生物短时间内消耗殆
尽有关[33]。
土壤中氮的形态分为无机氮和有机氮,其中无机氮主要为铵态氮和硝态氮[34];有研究显示,田菁(犛犲狊犫犪狀犻犪
狊犲狊犫犪狀)绿肥翻压30d后,明显提高土壤中的硝态氮,并且至200d时硝态氮的释放仍维持较高水平[35]。这与本
研究中籽粒苋腐解培养28d时土壤硝态氮+亚硝态氮含量达到较高水平的结果一致。并且巨晓棠等[36]指出土
壤中很少积累铵态氮,也就是土壤中无机氮主要以硝态氮的形式存在;此外,研究中土壤铵态氮最初积累,随后降
低到最初水平,主要是因为土壤中铵态氮能在好氧细菌作用下短时间内发生硝化作用转化为硝态氮[37];因此籽
粒苋绿肥的投入显著降低了铵态氮与硝态氮+亚硝态氮比值。另外,氮素释放是前期快后期缓慢的过程,绿肥腐
解前20d,氮素释放率能达到50%以上[38];但本研究中氮素表观释放率较低,主要是因为氮素表观释放率计算中
只考虑矿化氮量;另外在培养的过程中,土壤同时也会发生氮的固持,并且可以在土壤微生物的作用下,无机氮转
化为有机氮形式[39]。但也有研究中提到苜蓿(犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪)、黑麦草(犔狅犾犻狌犿狆犲狉犲狀狀犲)等经过13周的分解,
氮素矿化分别达到了54%和22%[40],这与本文中只考虑无机氮增量计算的氮表观释放率是一致的。
有试验表明,翻压绿肥、秸秆、有机肥能够提高土壤速效钾和缓效钾含量[4143],籽粒苋绿肥对土壤中潜在钾素
有较强的活化和吸收能力,是优良的富钾绿肥作物,因而翻入土壤对缓效钾、速效钾具有显著的提升效果[18]。本
研究中,还田28d后,籽粒苋绿肥中有14.3%~31.0%的钾以缓效钾形态存在到土壤中,而45.3%~68.2%的
钾以速效钾形态存在土壤中;但普通有机肥料经过150d的培养,钾转化到土壤中的总量仅为50%~80%[42]。
022 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.3
这可能与王隽英等[44]提出的籽粒苋高效的释钾能力有关,即用25倍水浸提籽粒苋24h,浸出率达90%以上。已
有学者报导,土壤中缓效钾与速效钾二者之间存在一定的负相关关系,二者含量与加入有机肥钾总量呈显著正相
关,并且土壤速效钾培养初期增加显著,缓效钾增加相对迟缓[45],这与本研究中土壤速效钾在培养初期增加较
快,缓效钾增加迟缓结果一致;还田0~14d土壤速效钾、缓效钾都表现增加趋势,主要与外来籽粒苋中钾素快速
大量释放相关,另外范闻捷等[46]在研究中指出施入钾肥后15d,土壤速效钾、缓效钾均表现增加趋势,并且二者
增量与施钾量呈正相关;因此还田14d时,速效钾、缓效钾显著增加是有可能的;此外,本研究中籽粒苋腐解转化
到土壤中的钾主要以速效钾的形态存在,这与转化到土壤中的钾主要以缓效钾形态存在有一定差异,这可能是因
为进入到土壤中的钾向缓效钾转化需培养70d以上才能趋于平衡[47],但本研究中培养时间相对较短。另外,籽
粒苋还田28d后,不同处理的钾表观释放率均有不同程度下降,一方面,土壤中钾处在固定-释放的动态平衡过
程中,北方土壤中2∶1型的粘土矿物对钾的固定作用尤其明显,进入土壤中的钾有20%~50%可以被土壤固
定[48];另一方面,腐解残留物也可以吸附固定土壤速效钾,可能也会影响到土壤速效钾与缓效钾的量[4950]。
3.2 不同收获期的籽粒苋绿肥还田效果差异的可能机制
绿肥翻入土壤中水溶性物质和粗蛋白分解最快,纤维素等大分子化合物较难分解;不同收获期的绿肥籽粒苋
的C/N、纤维素含量、养分含量存在差异,因而不同收获期的绿肥还田后腐解速率以及对土壤养分的影响程度会
有差别[5152]。研究显示,C/N越小的有机物自身养分更易释放[53];本研究中,在添加量一致的情况下,45d收获
的籽粒苋(C/N=14.2)还田后土壤无机氮、速效钾、缓效钾含量都高于55d收获(C/N=22.8)和65d收获
(C/N=35.0)的处理,这可能是由于45d收获的籽粒苋含氮量高,C/N较低的原因;此外,纤维素含量也影响腐
解的进程[54],主要是因为45d收获的籽粒苋纤维素含量最低,可溶性碳含量较高,微生物活性高,利于绿肥养分
的释放[55]。另外,等量不同收获期籽粒苋腐解对土壤养分影响程度大小的不同,还取决于加入物料的养分含
量[8,42]。最后需要指出:本研究中生长45d收获的籽粒苋氮、钾表观释放率低于其他两个收获期。主要原因可
能是45d收获的籽粒苋腐解前期养分释放量显著高于另外两组处理,期间伴随籽粒苋绿肥残体碳耗竭,进而不
能提供足够的有机碳源,最终造成微生物活性低,抑制了后期绿肥残体中养分向土壤转化[5657]。此外,本研究中
的氮钾表观释放率,不是采用直接计算秸秆中氮、钾残余量的方法,而是以土壤无机氮、速效钾和缓效钾增量进行
计算,并且没有考量土壤固定。因此,选用计算方法的差异性也可能是造成氮、钾表观释放率差异的原因。
4 结论
籽粒苋还田56d后,氮、钾表观最大释放率分别达到了34.5%和99.2%,改善了土壤中Nmin、速效钾、缓效
钾养分含量。通过不同收获期籽粒苋还田效果比较显示,籽粒苋生长45d还田表现的效果更突出。
犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊:
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