全 文 ：第 33 卷第 7 期
2013 年 4 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol． 33，No． 7
Apr．，2013
http:/ /www． ecologica． cn
基金项目:公益性行业(农业)科研专项(201103005) ;教育部“新世纪优秀人才支持计划”项目(NCET-08-0465) ;国家小麦现代产业技术体系建
设专项经费;国家农作物种质资源平台;西北农林科技大学“创新团队建设计划”;西北农林科技大学 2007“青年学术骨干支持计划”项目
收稿日期:2011-12-26; 修订日期:2012-09-18
* 通讯作者 Corresponding author． E-mail:yajungao@ nwsuaf． edu． cn
DOI:10． 5846 /stxb201112261981
张达斌，姚鹏伟，李婧，赵娜，王峥，鱼昌为，曹群虎，曹卫东，高亚军．豆科绿肥及施氮量对旱地麦田土壤主要肥力性状的影响．生态学报，2013，33
(7) :2272-2281．
Zhang D B，Yao P W，Li J，Zhao N，Wang Z，Yu C W，Cao Q H，Cao W D，Gao Y J． Effects of two years incorporation of leguminous green manure on
soil properties of a wheat field in dryland conditions． Acta Ecologica Sinica，2013，33(7) :2272-2281．
豆科绿肥及施氮量对旱地麦田土壤
主要肥力性状的影响
张达斌1，姚鹏伟1，李 婧1，赵 娜1，王 峥1，鱼昌为2，曹群虎2，
曹卫东3，高亚军1，4，*
(1． 西北农林科技大学资源环境学院，杨凌 712100;2． 陕西省长武县农业技术推广中心，长武 713600;
3． 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081;4． 农业部西北植物营养与农业环境重点实验室，杨凌 712100)
摘要:通过 2a田间定位试验，研究渭北旱塬地区夏闲期插播并翻压不同豆科绿肥(长武怀豆、大豆和绿豆)以及小麦生长季不
同施氮量(0，108，135，162 kg /hm2)对麦田土壤肥力性状的影响，以期为提高旱地土壤质量提供理论依据。试验结果表明:
(1)种植豆科绿肥能显著提高土壤有机质、活性有机质和全氮含量，增加土壤碳库管理指数(CPMI) ，对土壤速效钾含量没有显
著影响;(2)绿豆还田量高于长武怀豆和大豆，然而土壤培肥效果逊于长武怀豆和大豆;(3)夏闲期种植绿肥明显消耗了土壤水
分，导致绿肥翻压前、小麦播前直至收获后，0—200 cm土壤贮水量显著低于休闲处理，但耗水量与休闲没有明显差异，由于小
麦产量显著增加，因此豆科绿肥显著提高了水分生产效率;(4)与不施氮相比，小麦生长季施用氮肥能显著增加土壤水分生产
效率，却对土壤各肥力性状的影响均不显著。夏闲期种植并翻压豆科绿肥是旱地培肥土壤、提高水分生产效率的有效途径。
关键词:旱地;豆科绿肥;麦田土壤肥力
Effects of two years incorporation of leguminous green manure on soil properties
of a wheat field in dryland conditions
ZHANG Dabin1，YAO Pengwei1，LI Jing1，ZHAO Na1，WANG Zheng1，YU Changwei2，CAO Qunhu2，CAO
Weidong3，GAO Yajun1，4，*
1 College of Resource and Environment，Northwest A＆F University，Yangling 712100，China
2 Shaanxi Changwu District Agro-technology Extension Center，Changwu 713600，China
3 Institute of Agricultural Resources and Regional Planning，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China
4 Key Laboratory of Plant Nutrition and the Agri-environment in Northwest China，Ministry of Agriculture，Yangling 712100，China
Abstract:In order to improve soil quality under dryland conditions，a field experiment was undertaken in the Weibei area
to investigate the effects of leguminous green manure (soybean，Huai bean and mung bean)and a range of nitrogen
fertilizer rates (N0，0 kg N /hm2;N108，108 kg N /hm2;N135，135 kg N /hm2 and N162，162 kg N /hm2)during winter
wheat growth on soil fertility over two years． A split block design with three replications was used． Soil samples were
collected from a depth of 0—200 cm in July 2011 and were analyzed for soil moisture，NH+4-N and NO
－
3-N． Soil samples
from 0—20 cm were air-dried and analyzed for soil organic matter，active organic matter，total N and available K contents．
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Incorporation of leguminous green manure significantly improved soil organic matter (SOM) ，active organic matter
(SAOM) ，total N concentrations and the carbon pool management index (CPMI)but did not increase soil available K．
SOM，SAOM，CPMI and total N concentrations in the green manure treatments were 3． 9%—11． 7%，3． 2%—7． 6%，
2. 7%—7． 6% and 4． 5%—10． 8% higher than those in the summer fallow treatment (CK) ，respectively． The effects of
planting leguminous green manure on soil quality varied among green manure types． The mung bean treatment had higher
biomass returned into the soil，but contributed less to soil fertility compared with the soybean and Huai bean treatments;
Huai bean had the greatest influence in improving soil properties． Based on the data from 2008 to 2010，the fresh biomass
of mung bean was 24． 5% and 25． 3% higher than for soybean and Huai bean separately． However，K incorporation was
13． 6%—24． 4% lower than that in the other two types． N incorporation was also lower，as was P incorporation of soybean
which was 28. 3% lower than for mung bean and Huai bean． Green manure plants used much soil water at the growth
period，which resulted in less water storage in the 0—200 cm soil depth before incorporation of green manure，before winter
wheat sowing and after wheat harvest． Water storage in the 0—200 cm depth in the green manure treatments at the full
flowering stage was 39． 2—51． 4 mm lower than that in the summer fallow treatment． However，water consumption during
the wheat growth period was almost the same in the green manure and summer fallow treatments． Green manure treatments
had a 6． 5%—8． 8% higher water use efficiency compared to summer fallow resulting from the greater wheat yield for the
green manure treatments． Compared with the N0 treatment，application of N fertilizer during winter wheat growth had a
significant increase in water use efficiency (WUE)． Applying N fertilizer increased WUE by 11． 6%—16． 7% compared to
the N0 treatment． However，no significant influence on other soil properties was observed under the N application
treatments．
In conclusion，incorporation of leguminous green manures during the summer fallow period was an effective way to
improve soil fertility and increase soil water use efficiency in this dryland system．
Key Words:dryland;leguminous green manure;soil fertility of wheat field
随着我国各地城市化进程飞速发展以及各种土地退化问题日益严重，如何在现有耕地的基础上合理培肥
土壤，已成为提高土地资源可持续利用的技术核心。我国干旱和半干旱地区的总面积约占全国陆地总面积的
50%以上［1］，因此科学提高这些地区的土壤肥力水平，保证土壤健康状况对我国现代农业生产具有深远意
义。研究发现［2-3］，将有机肥源施入土壤中能有效提高土壤微生物和土壤酶的活性，并在它们共同作用下顺
利完成腐殖化过程，逐渐形成促进土壤保肥保墒、改良土壤结构、提高土壤有机质含量的腐殖质。有机肥源
中，以种植并翻压豆科绿肥所取得的环境和社会效益最佳［4-5］。种植翻压豆科绿肥可以有效提高土壤肥
力［6-10］，改善土壤通气性和保水性［6，9］，减少病虫害发生几率［9-10］，保证后茬作物产量与品质［11-13］。
渭北旱塬地区是典型的传统旱作农业区，降水偏少、土壤贫瘠、土地生产力低是该地区特有的气候和生态
特点。据统计，该地区夏季休闲地面积 200 多万公顷，夏闲期长达 70—100 d，正值雨热同季，不仅光热资源白
白浪费，而且由于缺乏植被覆盖而不利于土壤水分保蓄。能否通过在夏闲期种植并翻压短期豆科绿肥实现培
肥土壤、提高土地和气候资源利用率的目标?目前，关于种植翻压不同豆科绿肥对渭北旱塬土壤肥力以及水
分利用效率的研究报道尚不多见。本研究试图通过田间定位试验，探索在传统的夏闲期连续种植并翻压不同
豆科绿肥对旱地土壤肥力状况和水分生产效率的影响，以期为我国旱区耕地质量保育和农业增产增收提供理
论依据和技术保障。
1 材料与方法
1． 1 试验区概况
试验地位于黄土高原中南部的陕西省长武县丁家镇十里铺村农技中心试验基地(107°44703″E，35°12
787″N) ，海拔 1 220 m，该地区地势平坦，属西北内陆暖温带半湿润大陆性季风气候，四季冷暖干湿分明，农业
37227 期 张达斌 等:豆科绿肥及施氮量对旱地麦田土壤主要肥力性状的影响
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生产全部依赖天然降水，年均气温 9． 1 ℃，无霜期 171 d。热量丰富，年平均日照 2 226． 5 h，积温 2 994 ℃，多
年平均降水 588 mm，且季节性分布不均，多集中于夏秋季节，雨热同季。
试验地土壤为黄盖粘黑垆土，母质为中壤质马兰黄土，土层深厚，全剖面土质均匀疏松，通透性好，肥力中
等，基本理化性状详见表 1。试验区大部分耕层土壤贫氮少磷，钾素丰富。研究区农业生产主要依赖生育期
的天然降水和前期土壤蓄水，属于典型的旱作农业区，且种植制度为典型的一年一熟或 2a三熟。
表 1 供试土壤基本性状
Table 1 Soil basic properties
指标 Index 结果 Result 指标 Index 结果 Result
pH 8． 11 全氮 Total N /(g /kg) 0． 79
全磷 Total P /(g /kg) 0． 66 有机质 Organic matter /(g /kg) 12． 0
矿质氮 Mineral N /(mg /kg) 13． 74 速效磷 Available P /(mg /kg) 24． 6
速效钾 Available K /(mg /kg) 161． 39 田间持水量 Field capacity /% 22． 4
凋萎湿度 Wilting moisture /% 9
1． 2 试验设计
试验包括 3 种豆科绿肥:绿豆、大豆和长武怀豆(大豆的当地品种) ，以夏季裸地休闲为对照;冬小麦生长
季施氮量设 4 个水平:不施氮肥、当地常规施氮量 80%(108 kg /hm2)、当地常规施氮量(135 kg /hm2)和当地
常规施氮量 120%(162 kg /hm2)。完全方案，共 16 个处理，田间排列采取裂区设计，以豆科绿肥为主区，施氮
量为副区，重复 3 次，副区面积 5 m×6 m=30 m2，小区间宽 30 cm。
本试验为定位试验，自 2008 年以来每年的 6 月底收获完小麦并立即播种绿肥，9 月上旬至中旬收获并将
绿肥切碎翻压于土壤中，翻压深度 20 cm，9 月下旬至 10 月初继续播种冬小麦。氮肥在冬小麦播前一次施入，
同时施用 P2O5 120 kg /hm
2;绿肥种植前不施氮肥，只施用 P2O5 40 kg /hm
2。2008 年 7 月至 2010 年 6 月两年间
夏闲期(绿肥生长季)和小麦生长季降水量详见表 2。
表 2 2008 年 7 月—2010 年 6 月夏闲期(绿肥生长季)和冬小麦生长季降水量
Table 2 Rainfall during summer fallow (green manure growth)period and winter wheat growth period from July in 2008 to June in 2010
时段
Period
降雨量 Precipitation /mm
2008-07—2009-06 2009-07—2010-06
前 50a同期平均值 /mm
Average precipitation
in the past 50 years
夏休闲期 Fallow period 324． 0 289． 2 313
小麦生长季 Wheat growth period 161． 4 213． 0 275
年降雨量 Annual precipitation 485． 4 502． 2 588
1． 3 测定项目及方法
在绿肥盛花期(即绿肥翻压前)、绿肥翻压 2—4周后(即小麦播种前)以及小麦收获时分别采集各处理土
壤 0—200 cm剖面样品，20 cm为一个样品，测定土壤水分及矿质氮含量;留下 0—20 cm土样风干、研磨过筛
后用于其它项目测定。矿质氮用 1 mol /L KCl浸提-连续流动分析法测定，有机质用外加热法，活性有机质采
用的是 0． 2 mol /L(1 /6 K2Cr2O7-1∶3H2SO4，水∶酸 = 3∶1)加热法
［14］，全氮用凯氏法，速效钾用 1 mol /L 中性
NH4OAC浸提-火焰光度计法，土壤水分用烘干法进行测定
［15］，并测得以下指标:
土壤贮水量(Dw，mm)=∑θv × h，θv = θm × ρ，其中 θv为容积含水量(%) ，h为土层厚度(cm) ，θm为
质量含水量(%) ，ρ为土壤容重［16］;耗水量(mm)= 小麦播前土壤贮水量(mm)+ 小麦生长季降雨量(mm)―
小麦收获时土壤贮水量(mm) ;水分生产效率(WUE，kg·mm－1·hm－2)= 小麦籽粒产量(kg /hm2)/ 耗水量
(mm)。
土壤 C库管理指数 CPMI计算方法［17］:首先，计算土壤碳库指数(CPI)= 样品总碳含量(mg /g)/原始土
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样总碳含量(mg /g) ;然后，计算土壤碳库活度指数(AI)= 样品碳库活度(A)/原始土样碳库活度(A) ，其中，
碳库活度(A)= 土壤活性有机碳含量(mg /g)/土壤非活性有机碳含量(mg /g) ;最后，土壤 C 库管理指数
(CPMI，%)= 土壤碳库指数(CPI)×碳库活度指数(AI)×100。原始土样指田间试验开始前采集的土壤多点
混合样品。
数据采用 SAS软件进行方差分析。
2 结果与分析
2． 1 豆科绿肥生物量及养分还田量
连续两年试验研究表明(表 3) ，绿肥产量以及养分还田量因品种和年份时间不同而有所差异。2008—
2009 年 3 种豆科绿肥间，大豆和怀豆地上部鲜重高于绿豆 14． 9%和 19． 0%，怀豆干重分别高于绿豆和大豆
22． 4%、22． 0%，绿豆和大豆间差异不显著;而 2009—2010 年绿豆无论是鲜重还是干重均显著高于大豆和怀
豆，大豆和怀豆差异不显著。从养分还田量的角度来分析，2008—2009 年，3 种绿肥的磷、钾养分还田量无显
著差异，怀豆氮还田量显著高于大豆和绿豆，同时大豆氮还田量又显著高于绿豆;2009—2010 年，3 种绿肥氮
磷钾养分还田量存在显著性差异，绿豆最高，怀豆次之，大豆最低，绿豆还田量较高的原因主要与其较高的生
物量有关。两年合计，绿豆处理生物量鲜重和干重均最高，大豆处理干重最低;长武怀豆处理的氮素还田量最
高，大豆处理的磷素还田量最低，三种绿肥处理的钾素还田量差异不大。
表 3 2008—2010 年不同豆科绿肥生物量及养分还田量
Table 3 Green manure biomass and nutrient returned into soil from 2008 to 2010
项目
Item
绿肥处理 Green manure
怀豆 Huai bean 大豆 Soybean 绿豆 Mungbean
2008—2009
鲜重 Fresh biomass /(kg /hm2) 14796． 3±473． 6 a 15325． 7±734． 0 a 12881． 4±1583． 5 b
干重 Dry biomass /(kg /hm2) 2816． 6±273． 8 a 2309． 3±141． 6 b 2301． 5±278． 7 b
氮还田量 N incorporation /(kg /hm2) 95． 1±7． 77 a 80． 8±6． 30 b 43． 5±0． 65 c
磷还田量 P incorporation /(kg /hm2) 16． 0±1． 26 a 13． 3±0． 71 a 15． 3±3． 57 a
钾还田量 K incorporation /(kg /hm2) 50． 0±4． 95 a 55． 2±1． 69 a 50． 7±2． 55 a
2009—2010
鲜重 Fresh biomass /(kg /hm2) 9090． 9±1212． 4 b 8721． 2±1287． 4 b 17046． 2±2060． 4 a
干重 Dry biomass /(kg /hm2) 2115． 1±321． 1 b 2091． 4±436． 6 b 2888． 7±453． 8 a
氮还田量 N incorporation /(kg /hm2) 73． 9±5． 01 ab 55． 2±13． 16 b 77． 1±11． 57 a
磷还田量 P incorporation /(kg /hm2) 12． 6±0． 24 a 9． 0±0． 83 b 13． 3±0． 28 a
钾还田量 K incorporation /(kg /hm2) 41． 9±1． 77 b 45． 4±1． 69 b 63． 6±5． 80 a
2a合计
鲜重 Fresh biomass /(kg /hm2) 23887． 2 24046． 9 29927． 6
干重 Dry biomass /(kg /hm2) 4931． 7 4400． 7 5190． 2
氮还田量 N incorporation /(kg /hm2) 169 136 120． 6
磷还田量 P incorporation /(kg /hm2) 28． 6 22． 3 28． 6
钾还田量 K incorporation /(kg /hm2) 91． 9 100． 6 114． 3
不同字母表示不同绿肥处理之间的差异达到显著水平(5%)
2． 2 夏闲期种植并翻压豆科绿肥对土壤肥力的影响
夏闲期绿肥-冬小麦轮作 2a后，对各处理表层土壤的测定结果表明(表 4) :种植翻压 2a 豆科绿肥能显著
提高土壤肥力，同时 3 种豆科绿肥处理的效果存在差异。
与休闲相比，种植并翻压豆科绿肥的土壤有机质、活性有机质、土壤碳库管理指数(CPMI)以及全氮含量
分别增加 3． 9%—11． 7%、3． 2%—7． 6%、2． 7%—7． 6%和 4． 5%—10． 8%;与试验前的土壤相比，豆科绿肥处
理的土壤有机质、活性有机质、CPMI 以及全氮含量分别提高－1． 4%—6． 0%、3． 2%—7． 6%、5． 1%—10． 1%
57227 期 张达斌 等:豆科绿肥及施氮量对旱地麦田土壤主要肥力性状的影响
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和 7． 1%—13． 6%。3 种绿肥间，种植翻压怀豆和大豆的培肥效果较好，其中怀豆处理的土壤活性有机质、
CPMI和全氮含量以及大豆的土壤有机质、活性有机质含量均显著高于绿豆处理，同时怀豆的土壤全氮含量
比大豆处理高出 6． 0%—6． 1%。
不施氮肥时，3 种豆科绿肥处理土壤有机质含量比休闲处理增加 8． 3%—16． 4%(平均 12． 8%) ;施氮 108
kg /hm2 时，绿肥处理比休闲增加 4． 7%—8． 4%(平均 6． 0%) ;施氮 135 kg /hm2 时，绿肥处理比休闲增加
－1. 8%—7． 9%(平均 2． 9%) ;施氮 162 kg /hm2 时，绿肥处理比休闲增加 4． 5%—14． 8%(平均 9． 5%)。可
见，小麦生长季不施氮肥时，翻压豆科绿肥对土壤有机质的提升作用更明显。
翻压绿肥处理的土壤速效钾与休闲处理没有显著差异。
2008—2009 年小麦播种前，种植翻压长武怀豆的土壤矿质氮累积量显著高于休闲处理，而 2009—2010
年小麦播前，绿豆处理显著高于休闲处理(表 5)。这与 2a 绿肥氮素还田量的高低规律一致:即 2008—2009
年长武怀豆处理的氮素还田量最高，而 2009—2010 年绿豆处理的氮素还田量最高(表 3)。2008—2009 年大
豆和绿豆处理土壤矿质氮累积量与休闲处理相当，2009—2010 年长武怀豆和大豆处理与休闲处理无显著差
异。这意味着缺乏有机物料施入时，休闲处理土壤有机氮矿化较明显。
表 4 2010 年小麦收获后土壤有机质、活性有机质、碳库管理指数、速效钾和全氮含量
Table 4 Soil TOM，AOM，CPMI，available K and total N content after wheat harvest in 2010
施氮量
N rate /(kg /hm2)
绿肥处理 Green manure
休闲 Fallow 怀豆 Huai bean 大豆 Soybean 绿豆 Mungbean
基础土样
Original soil
土壤有机质含量 Total organic matter /(g /kg)
0 12． 1±0． 2 a 13． 7±0． 4 a 14． 1±0． 0 a 13． 1±0． 5 a —
108 12． 9±0． 5 a 13． 5±0． 3 a 14． 0±0． 4 a 13． 5±0． 4 a —
135 13． 1±1． 2 a 13． 4±0． 8 a 14． 1±0． 4 a 12． 8±0． 3 a —
162 12． 4±0． 2 a 13． 6±0． 6 a 14． 3±0． 3 a 13． 0± 0． 4 a —
平均值 Average 12． 6 C 13． 5 AB 14． 1 A 13． 1 BC 13． 3±0． 5
土壤活性有机质含量 Active organic matter /(g /kg)
0 4． 04±0． 06 ab 4． 41±0． 22 a 4． 36±0． 03 a 4． 09±0． 16 a —
108 4． 14±0． 11 a 4． 42±0． 14 a 4． 32±0． 08 a 4． 25±0． 09 a —
135 3． 95±0． 09 b 4． 28±0． 11 a 4． 29±0． 16 a 4． 20±0． 12 a —
162 4． 10±0． 04 ab 4． 37±0． 06 a 4． 42±0． 06 a 4． 21±0． 10 a —
平均值 Average 4． 06 C 4． 37 A 4． 35 A 4． 19 B 4． 06±0． 12
土壤碳库管理指数 Carbon pool management index /%
0 103． 5±1． 6 a 111． 0±7． 1 a 107． 7±1． 1 a 101． 5±6． 6 a —
108 104． 3±4． 6 a 112． 2±4． 2 a 106． 9±1． 7 a 105． 9±3． 6 a —
135 96． 9±5． 9 a 107． 3±3． 0 a 105． 4±4． 4 a 106． 7±3． 4 a —
162 104． 3±0． 9 a 109． 9±1． 7 a 109． 1±1． 1 a 106． 5±4． 5 a —
平均值 Average 102． 3 C 110． 1 A 107． 3 AB 105． 1 BC 100
土壤全氮含量 Total N /(g /kg)
0 0． 883±0． 01 ab 0． 988±0． 02 a 0． 917±0． 01 a 0． 926±0． 02 a —
108 0． 897±0． 01 a 0． 973±0． 05 a 0． 922±0． 01 a 0． 932±0． 02 a —
135 0． 877±0． 02 b 0． 989±0． 04 a 0． 934±0． 02 a 0． 930±0． 03 a —
162 0． 910±0． 01 a 1． 003±0． 03 a 0． 955±0． 04 a 0． 941±0． 02 a —
平均值 Average 0． 892 C 0． 988 A 0． 932 B 0． 932 B 0． 87±0． 07
土壤速效钾含量 Available K /(mg /kg)
0 178． 9±15． 1 a 184． 4±25． 0 a 192． 0±27． 6 a 178． 1±8． 3 a —
108 180． 6±18． 0 a 183． 0±5． 1 a 205． 9±40． 5 a 201． 1±22． 3 a —
135 168． 6±10． 7 a 176． 6±4． 0 a 182． 7±2． 5 a 177． 2±10． 5 a —
162 190． 1±16． 8 a 189． 6±23． 3 a 188． 4±18． 0 a 176． 3±8． 3 a —
平均值 Average 179． 6 A 183． 4 A 192． 2 A 183． 2 A 171． 6±14． 8
不同大写字母表示不同绿肥处理之间的差异达到显著水平(5%) ;小写字母表示不同施氮量处理之间的差异达到显著水平(5%)
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表 5 2008—2010 年小麦播种前 0—200cm土壤矿质氮累积量
Table 5 Mineral N accumulation in soil of 0—200 cm depth before wheat sowing from 2008 to 2010
绿肥处理
Green manure
铵态氮 NH+4 -N /(kg /hm2)
2008—2009 2009—2010
硝态氮 NO－3 -N /(kg /hm2)
2008—2009 2009—2010
矿质氮 NH+4 -N+ NO
－
3 -N /(kg /hm2)
2008—2009 2009—2010
休闲 Fallow 331． 3 108． 4 51． 0 249． 6 382． 3 358． 0
怀豆 Huai bean 378． 8 108． 4 66． 4 253． 7 445． 1 362． 1
大豆 Soybean 300． 1 119． 9 25． 3 213． 5 326． 2 333． 3
绿豆 Mungbean 292． 2 134． 7 53． 1 373． 1 345． 3 507． 8
2． 3 夏闲期种植并翻压豆科绿肥对土壤水分的影响
不同时期土壤水分结果表明，夏闲期种植豆科绿肥消耗了较多的土壤水分。绿肥盛花期种植豆科绿肥处
理的土壤 0—200 cm贮水量比休闲处理低 39． 2—51． 4 mm，随着降水的进行其水分差异有所减小，但一直存
在至小麦收获时。3 种豆科绿肥间，大豆处理的土壤贮水量最低(表 6)。
表 6 2009—2010 年不同处理 0—200 cm土壤贮水量
Table 6 Soil water storage in 0—200 cm depth of different treatments from 2009 to 2010
采样时间
Soil sampling time
土壤贮水量 Soil water storage /mm
休闲 Fallow 怀豆 Huai bean 大豆 Soybean 绿豆 Mungbean
绿肥翻压前(2009 年 9 月)Before green manure incorporation into soil 412． 1±9． 30 a 363． 9±11． 2 b 360． 7±8． 15 b 372． 9±10． 9 b
小麦播前(2009 年 10 月)Before wheat sowing 347． 7±1． 81 a 341． 8±0． 53 a 318． 7±14． 32 b 336． 8±19． 65 a
小麦返青期(2010 年 3 月)During turning green stage of wheat 385． 3±7． 26 a 363． 1±3． 01 b 361． 7±3． 91 b 368． 1±5． 48 b
小麦拔节期(2010 年 4 月)During jointing stage of wheat 377． 1±6． 48 a 343． 3±2． 72 b 349． 8±6． 22 b 347． 8±6． 56 b
小麦收获后(2010 年 6 月)After wheat harvest 233． 0±14． 54 a 217． 5±2． 87 b 202． 8±2． 69 c 229． 3±7． 66 ab
不同字母表示不同绿肥处理之间的差异达到显著水平(5%)
小麦播前，种植绿肥处理与休闲处理土壤含水量的差异主要表现在 60—120 cm土层。小麦播前，种植大
豆处理与怀豆和绿豆处理土壤含水量的差异主要表现在 80—120 cm土层;到小麦收获时，差异则扩展至 40—
140 cm土层(图 1)。
图 1 2009—2010 年小麦播种和收获时 0—200 cm土壤含水量
Fig． 1 Soil moisture of 0—200 cm depth before wheat sowing and after harvest from 2009 to 2010
2． 4 夏闲期种植并翻压绿肥对小麦产量、耗水量与水分生产效率的影响
2009—2010 年试验结果发现，夏闲期种植翻压绿肥不仅有效增加了小麦籽粒产量，也显著提高了土壤水
分生产效率(表 7)。
与休闲相比，怀豆和大豆处理的小麦籽粒产量显著提高，分别增产 9． 5%和 7． 1%，绿豆处理的小麦籽粒
77227 期 张达斌 等:豆科绿肥及施氮量对旱地麦田土壤主要肥力性状的影响
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产量增加 6． 3%。不施氮肥时，绿豆处理的小麦产量显著低于怀豆和大豆处理;施氮肥时，三种绿肥处理之间
产量差异并不显著。夏季休闲时，连续 2 年不施氮肥显著降低冬小麦产量;然而，夏闲期种植并翻压长武怀豆
和大豆时，连续 2 年不施氮肥却没有造成小麦的减产，这表明翻压怀豆和大豆显著提高了土壤供氮能力，可大
大减少冬小麦对化肥氮的需求。
与夏休闲相比，豆科绿肥处理的小麦生长季耗水量没有显著差异。夏季休闲和种植翻压绿豆时，连续 2
年不施氮肥显著降低耗水量，这应该与其小麦产量的降低有关。怀豆和大豆处理施氮量对小麦生育期耗水量
没有显著影响。
夏闲期种植并翻压豆科绿肥的水分生产效率比休闲处理提高 6． 5%—8． 8%，差异显著，这与豆科绿肥处
理较高的小麦产量有直接关系。不施氮肥时，怀豆和大豆处理的水分生产效率显著高于休闲，而绿豆与休闲
无显著性差异;施用氮肥时，怀豆和大豆处理的水分生产效率与休闲无显著差异，而绿豆处理的水分生产效率
显著高于休闲，表明施用氮肥能提高小麦水分生产效率，其中休闲和绿豆施用氮肥时的水分生产效率显著高
于其不施肥处理。
表 7 2009—2010 年小麦收获时不同处理水分生产效率
Table 7 Water use efficiency (WUE)of different treatments after wheat harvest from 2009 to 2010
施氮量 N rate
/(kg /hm2)
绿肥处理 Green manure
休闲 Fallow 怀豆 Huai bean 大豆 Soybean 绿豆 Mungbean
籽粒产量 Wheat yield /(kg /hm2)
0 2420． 1±105． 1 b 3141． 4±183． 1 a 3108． 3±73． 5 a 2379． 1±147． 2 b
108 3182． 7±348． 1 a 3311． 6±328． 9 a 3167． 8±125． 0 a 3341． 4±374． 9 a
135 3184． 8±323． 7 a 3172． 3±128． 0 a 3124． 6±70． 7 a 3329． 6±296． 9 a
162 3046． 2±334． 1 a 3327． 9±161． 6 a 3276． 2±52． 4 a 3527． 1±91． 0 a
平均值 Average 2958． 4 B 3238． 3 A 3169． 2 A 3144． 3 AB
耗水量 Water consumption /mm
0 307． 1±10． 34 b 335． 3±9． 00 a 325． 4±3． 27 a 311． 7±8． 51 c
108 338． 4±15． 12 a 341． 4±6． 70 a 328． 8±4． 26 a 324． 1±3． 83 ab
135 337． 5±8． 26 a 337． 4±12． 79 a 329． 5±6． 66 a 329． 1±3． 25 a
162 327． 7±8． 51 a 335． 4±5． 62 a 331． 9±13． 69 a 317． 2±6． 89 bc
平均值 Average 327． 7 AB 337． 4 A 328． 9 AB 320． 5 B
水分生产效率 WUE /(kg·mm－1·hm－2)
0 7． 89±0． 27 b 9． 37±0． 26 b 9． 55±0． 10 a 7． 64±0． 21 c
108 9． 42±0． 42 a 9． 70±0． 19 ab 9． 64±0． 13 a 10． 31±0． 12 b
135 9． 44±0． 23 a 9． 41±0． 35 b 9． 49±0． 19 a 10． 12±0． 10 b
162 9． 30±0． 24 a 9． 92±0． 17 a 9． 88±0． 40 a 11． 12±0． 24 a
平均值 Average 9． 01 B 9． 60 A 9． 64 A 9． 80 A
不同大写字母表示不同绿肥处理之间的差异达到显著水平(5%) ;小写字母表示不同施氮量处理之间的差异达到显著水平(5%)
3 结论与讨论
黄土高原地区三分之二的农田其表层(0—10 cm)土壤有机质含量低于 10 g /kg，另三分之一面积的土壤
有机质也仅有 10—15 g /kg［18］，其中黄土高原丘陵沟壑区以南的渭北旱塬土壤有机质含量为 8—12 g /kg［19］。
土壤瘠薄与干旱少雨是限制这一地区农业生产的两个几乎同等重要的因素，水分匮缺和侵蚀严重是造成土壤
肥力不足的主要原因，有机肥投入不足和培肥不力也影响了土壤肥力提高。大量研究证明，种植并翻压豆科
绿肥不仅能显著提高土壤有机质含量［19-22］，增加土壤氮素供应［23-24］，还能改善土壤物理性状［20-21］和生物学性
状［21］。冬小麦—夏休闲是渭北旱塬地区的主要种植制度之一，夏季休闲期正值雨热同季，如果裸地休闲不仅
会影响土壤水分的保蓄以及光热资源的白白浪费，更能由于缺乏植被覆盖而引发水土流失。尽管夏季的降水
条件并不能满足大部分地区复种一茬作物［25］，如果填闲种植短期豆科绿肥并在冬小麦播种之前提前翻压入
8722 生 态 学 报 33 卷
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土，这样不仅能充分利用该地区夏闲期降水和光温资源，而且对提高土壤肥力具有重要的意义。该地区有多
年种植豆类作物的历史，一般当地农民仅用于倒茬和收获豆子，兼有养地作用［26-27］。但由于还田的根茬生物
量有限，因此对土壤有机质含量的贡献并不大［28-29］。如果将豆类作为绿肥全部翻压还田会不会有显著培肥
效果呢?本研究发现，与休闲处理(不种绿肥)相比，连续 2a 夏季种植并翻压豆科绿肥后耕层土壤有机质含
量能够增加 3． 9%—11． 8%，全氮含量提高 4． 5%—10． 8%;表明在渭北旱塬一年一熟地区，利用夏闲期插播
短期豆科绿肥具有明显培肥效果，这也与前人的报道规律一致［19］。
土壤有机质含量是表征土壤肥力高低的一个重要指标，而活性有机质在指示土壤质量和土壤肥力变化方
面比有机质总量更灵敏［30］。还有研究指出，土壤 C 库管理指数 CPMI 一方面反映了外界条件对土壤有机质
数量的影响变化，另一方面反映了土壤活性有机质数量的变化情况，所以能够较全面和动态地反映外界条件
对土壤有机质性质的影响。CPMI上升，表明该措施对土壤有培肥作用，土壤性能向良性发展;CPMI 下降，则
表明土壤肥力下降，土壤性质向不良方向发展，其管理和施肥是不科学的［31］。研究发现［17］，长期施用有机肥
能够促进土壤有机质形成，增加土壤活性有机质和 CPMI。本研究也发现，与休闲处理相比，连续 2 年种植并
翻压绿豆、大豆和怀豆后土壤的活性有机质含量能够提高 3． 2%—7． 6%，CPMI增加 2． 7%—7． 6%，表明种植
翻压豆科绿肥能有效保证土壤肥力的稳定与提高。
绿肥的培肥效果也会因绿肥种类的差异而不同。例如，李银平［32］等发现，在新疆连作 8a 的棉田种植并
翻压 4 种不同绿肥后对土壤有机质含量有显著不同的效果:与不种绿肥相比，草木樨使土壤有机质含量提高
1． 44 g /kg，大豆使有机质含量提高 0． 17 g /kg;而油菜和油葵则使土壤有机质含量分别降低 1． 58 和 0． 17 g /
kg。本试验结果表明，虽然连续两年种植长武怀豆和大豆的总生物量低于绿豆，然而其相应处理下的土壤有
机质含量和活性有机质含量却均高于绿豆处理，原因可能在于长武怀豆和大豆的碳含量明显高于绿豆，而碳
氮比显著低于绿豆，更利于微生物分解转化为腐殖类物质［33］。
夏闲期种植翻压绿肥明显消耗了土壤水分，尤其种植豆科绿肥后的 60—120 cm 土层水分含量要显著低
于休闲处理。尽管如此，种植绿肥处理小麦生长期间土壤耗水量与休闲处理没有明显差异，同时夏闲期利用
绿肥显著增加后茬小麦籽粒产量，最终显著提高土壤水分生产效率，这应该主要归功于种植并翻压豆科绿肥
后明显的培肥效果。
在渭北旱塬夏闲期插播一季豆科绿肥，既有利于改善麦田土壤肥力，又显著提高土壤水分生产效率，然而
绿肥培肥地力的长期效应还有待于进一步研究;本试验中 3 种豆科绿肥间，以当地品种———长武怀豆培肥效
果最佳。
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