王飛，林誠(chéng)，李清華，何春梅，林新堅(jiān)，李昱

（福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，福建 福州350013）

我國(guó)綠肥資源豐富。紫云英（Astragalus sinicus）作為我國(guó)的主要綠肥作物，在培育土壤、改善環(huán)境、提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)、減少化肥投入等方面發(fā)揮著重要作用［1－3］。福建省地處東南沿海，冬季光熱資源豐富，每年適宜種植綠肥的冬閑田面積在20萬(wàn)hm2以上，發(fā)展冬種紫云英潛力巨大。20世紀(jì)80年代以來(lái)，有關(guān)紫云英育種及高產(chǎn)栽培技術(shù)的研究也較深入［4，5］。隨著近十幾年耕作制度的變革，單季稻已逐漸發(fā)展成為福建水稻（Oryza sativa）生產(chǎn)主要的耕作方式，但福建單季稻區(qū)紫云英翻壓時(shí)期一般在3月下旬至4月上旬，而插秧時(shí)間為6月下旬至7月上旬，中間相隔近3個(gè)月，另外，雙季稻田一般在紫云英盛花期（插秧前半個(gè)月左右）結(jié)合犁田進(jìn)行水耕翻壓，而單季稻區(qū)由于距插秧時(shí)間長(zhǎng)，為防養(yǎng)分滲漏與徑流損失，一般采用干耕方式，在這過(guò)程中，紫云英養(yǎng)分礦化釋放過(guò)程如何，不同還田條件下的土壤性質(zhì)、耕作方式、還田量等不同，也可能影響還田紫云英的腐解特征。為此，開(kāi)展福建單季稻區(qū)模擬紫云英翻壓后的養(yǎng)分釋放過(guò)程及適宜翻壓量研究，旨在為福建單季稻區(qū)紫云英合理利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

采用培養(yǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)在農(nóng)業(yè)部福建耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站盆栽房（閩侯縣白沙鎮(zhèn)溪頭村）。供試土壤為福建省廣泛分布的黃泥田，采自試驗(yàn)站稻田0～20cm表層土壤，土壤風(fēng)干過(guò)5mm篩網(wǎng)，充分混勻備用。供試土壤基本性狀如下：pH 4.94，有機(jī)質(zhì)25.0g／kg，堿解氮124.4mg／kg，速效磷21.3mg／kg，速效鉀101.2mg／kg，田間持水量26%。供試紫云英品種為“閩紫7號(hào)”，福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所選育。供試紫云英翻壓期有機(jī)質(zhì)59.27%，全氮2.612%，全磷0.312%，全鉀2.527%，干物質(zhì)12.6%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽培育方法。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：1）鮮草翻壓47g／盆 （A1，低翻壓量，相當(dāng)于15 000kg／hm2）；2）鮮草翻壓94g／盆 （A2，中翻壓量，相當(dāng)于30 000kg／hm2）；3）鮮草翻壓141g／盆 （A3，高翻壓量，相當(dāng)于45 000 kg／hm2）。每塑料盆（27cm×20cm）裝土樣7kg。尼龍袋孔隙約1mm，規(guī)格20cm×30cm。紫云英盛花期收割，切成2cm左右，混勻，裝入尼龍袋，展平、封好袋口，埋土深10cm左右。培育期間，盆栽房四周處于通風(fēng)狀態(tài)，保持近自然狀態(tài)。培育過(guò)程及時(shí)補(bǔ)充蒸發(fā)的水分，并用稱(chēng)重法保持田間持水量的70%。由于綠肥腐解受氣溫影響較大［6］，本試驗(yàn)培育期間，每日于上午9時(shí)與下午3時(shí)分別監(jiān)測(cè)環(huán)境氣溫（圖1），其中上午9時(shí)平均氣溫為22.4℃，下午3時(shí)平均氣溫為25.1℃，并分別于10，20，35，60，90d分5次取樣，每次3個(gè)重復(fù)。采用毀滅性取樣法，每次處理隨機(jī)取3盆。每次將所取網(wǎng)袋中土粒清除干凈，并將殘余植株樣品于105℃殺青15min，70℃烘干后稱(chēng)重、磨碎，測(cè)定碳、氮、磷、鉀含量，按常規(guī)方法測(cè)定［7］。

圖1 紫云英翻壓期間環(huán)境氣溫變化Fig.1 Environmental temperature changes during the A.sinicus manure application on soil

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel和DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫云英不同翻壓量對(duì)干物質(zhì)及腐解速率動(dòng)態(tài)變化影響

紫云英各時(shí)期累積腐解量均隨翻壓量的增加而提高（表1）。而隨著培育時(shí)間的推移，各處理的紫云英累積腐解率均持續(xù)增加。除前10d外，各個(gè)時(shí)期的累積腐解率大小順序?yàn)锳1＞A2＞A3。培育至90d，A1、A2、A3處理的累積腐解率分別為78.7%，76.0%，71.2%，其中，A1、A2均與A3達(dá)顯著差異水平。從各時(shí)期平均腐解速率來(lái)看，A1、A2處理腐解速率在10～20d最高，隨后下降，35～60d有所上升，60～90d腐解趨于穩(wěn)定，而A3處理各期腐解速率隨腐解時(shí)間延長(zhǎng)整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，同一時(shí)期的不同翻壓量處理平均腐解速率與該時(shí)期的腐解量趨勢(shì)一致。上述說(shuō)明，在70%田間持水量培育條件下，各翻壓量處理均表現(xiàn)為前20d腐解速率最高（平均腐解速率0.18g／d），而隨著翻壓量增加，紫云英累積腐解率呈下降趨勢(shì)，累積腐解量則隨翻壓量增加逐漸升高。

2.2 紫云英翻壓過(guò)程紫云英碳、氮、磷、鉀釋放特征

2.2.1 碳釋放特征 不同翻壓量紫云英碳素分解趨勢(shì)一致，各處理碳?xì)埩袅砍士焖傧陆第厔?shì)。翻壓后20d，A1、A2、A3處理碳累積釋放率分別為58.2%，51.3%，50.4%（圖2），平均為53.3%。翻壓后20～90d碳釋放逐漸趨于平緩，至90d時(shí)，A1、A2、A3處理碳累積釋放率分別為92.4%，90.8%，87.2%，平均為90.1%。上述表明翻壓后0～20d是紫云英有機(jī)碳釋放高峰期。碳累積釋放率（Y）與培養(yǎng)天數(shù)（X）經(jīng)回歸分析得冪方程：Y＝13.4246 X0.4391（P＜0.01）。從中也可看出，紫云英翻壓后90d，不同翻壓量的有機(jī)碳分解殆盡，其釋放的碳主要去向是紫云英有機(jī)碳礦化形成CO2釋放到大氣中，或被土壤微生物利用形成微生物碳被暫時(shí)固持，或進(jìn)一步腐殖化形成土壤中較穩(wěn)定的有機(jī)碳庫(kù)，有關(guān)紫云英腐解后碳去向貢獻(xiàn)率有待進(jìn)一步研究。

2.2.2 氮釋放特征 不同用量紫云英氮素分解趨勢(shì)與碳素基本一致（圖3）。翻壓后20d，各處理氮累積釋放率與碳累積釋放率相當(dāng)，A1、A2、A3處理氮累積釋放率分別為55.4%，51.3%，49.4%，平均為52.0%。20～60d氮釋放逐漸降低，60～90d基本停滯。至90d時(shí)，A1、A2、A3處理氮累積釋放率分別占相應(yīng)加入量的90.0%，87.5%，84.6%，平均為87.4%。氮素累積釋放率（Y）與培養(yǎng)天數(shù)（X）經(jīng)回歸分析得冪方程：Y＝14.0314 X0.4208（P＜0.01）。紫云英翻壓礦化形成的無(wú)機(jī)氮部分累積在土壤中，部分被微生物固持［8］，其余將以硝酸鹽淋失、氨損發(fā)和反硝化損失出土壤－作物系統(tǒng)，其具體去向及貢獻(xiàn)率有待進(jìn)一步研究。

2.2.3 磷釋放特征 從磷素累積釋放率來(lái)看（圖4），磷素的釋放特征區(qū)別于碳、氮，但不同翻壓量處理紫云英磷素分解趨勢(shì)一致。在翻壓前期，相對(duì)于碳、氮釋放速率而言，各處理磷素釋放相對(duì)較慢，翻壓后20d，A1、A2、A3處理磷累積釋放率僅為27.6%，22.2%，15.8%，平均為21.9%。翻壓20～60d時(shí)，各處理磷素快速釋放。翻壓至60d時(shí)，紫云英 A1、A2、A3處理磷素累積釋放率分別占相應(yīng)加入量的77.9%，75.4%，65.1%，平均為72.8%。此后至90d進(jìn)入緩慢腐解期，至90d時(shí)，A1、A2、A3三處理磷素累積釋放率平均為77.9%。磷素累積釋放率（Y）與培養(yǎng)天數(shù)（X）經(jīng)回歸分析得冪方程：Y＝3.5458 X0.7037（P＜0.01）。

表1 紫云英不同翻壓量的腐解特征Table 1 The characteristics of decomposition of A.sinicus manure application

圖2 紫云英不同翻壓量碳的釋放特征Fig.2 The characteristics of carbon release of A.sinicus manure application

圖3 紫云英不同翻壓量的氮釋放特征Fig.3 The characteristics of nitrogen release of A.sinicus manure application

2.2.4 鉀釋放特征 不同用量紫云英鉀分解趨勢(shì)一勢(shì)，且與碳、氮分解規(guī)律相當(dāng)（圖5）。翻壓后20d，A1、A2、A3處理鉀累積釋放率分別為65.1%，56.0%，51.4%，平均為57.5%，均高于碳與氮的分解率。翻壓后60d鉀釋放趨于平緩，至90d時(shí)，A1、A2、A3處理鉀累積釋放率分別為96.5%，96.5%，95.8%，平均為96.3%。表明至90d時(shí)，紫云英鉀基本分解完全。鉀素累積釋放率（Y）與培養(yǎng)天數(shù)（X）經(jīng)回歸分析得冪方程：Y＝15.7784 X0.4213（P＜0.01）。

圖4 紫云英不同翻壓量磷的釋放特征Fig.4 The characteristics of phosphorus release of A.sinicus manure application

圖5 紫云英不同翻壓量鉀的釋放特征Fig.5 The characteristics of potassium release of A.sinicus manure application

3 討論

眾多腐解試驗(yàn)結(jié)果表明［9－12］，植物殘?bào)w腐解動(dòng)態(tài)變化呈前期腐解快，后期慢的特征，而腐解速率與作物殘?bào)w的化學(xué)組分有關(guān)。水溶性物、苯－醇溶出物和粗蛋白物質(zhì)分解最快，半纖維素次之，纖維素更次之，木質(zhì)素最難分解［13］。由于紫云英含有大量苯－醇溶出物和水溶性物質(zhì)［14］，且C／N值（約13.2）要低于同類(lèi)綠肥如箭筈豌豆（Viciasativa）、苕子（Viciavillosa）與山黧豆（Lathyruspalustris）（C／N 值為17～19）［15］，故翻壓后分解速度較快。供試紫云英經(jīng)過(guò)90d的腐解，紫云英失重率在70%左右。從取樣時(shí)間間隔可以將紫云英腐解分為4個(gè)階段，紫云英腐解出現(xiàn)了2次快速腐解期，第1階段即紫云英腐解的前20d，是腐解最快的階段，這一階段腐解物質(zhì)可能是以可溶性的有機(jī)物如氨基酸、有機(jī)酸以及無(wú)機(jī)養(yǎng)分等較多；隨后紫云英腐解速率迅速降低（20～35d），可能是由于紫云英中的可溶性有機(jī)物在紫云英腐解20d后已基本分解，或是可溶性物質(zhì)的溶出包括有機(jī)酸等抑制了土壤微生物活性，阻礙了有機(jī)物的分解。隨后進(jìn)入相對(duì)復(fù)雜的不易降解的木質(zhì)素、纖維素等有機(jī)物質(zhì)分解階段［16］；第3階段，即腐解后35～60d，可能由于分解復(fù)雜有機(jī)質(zhì)微生物的快速繁殖，并占據(jù)優(yōu)勢(shì)種群，從而加速了腐解速率。在腐解最后一個(gè)階段（腐解60d后），干物質(zhì)腐解大部分完成，此時(shí)紫云英已經(jīng)進(jìn)入緩慢分解階段。

對(duì)箭筈豌豆、苕子、山黧豆3種不同綠肥養(yǎng)分釋放研究發(fā)現(xiàn)，翻壓15d時(shí)碳釋放率達(dá)52%～58%，氮釋放率53%～71%［17］，王巖和劉國(guó)順［18］對(duì)綠肥翻壓的研究也表明，翻壓14d時(shí)苜蓿的碳釋放率達(dá)45%，氮釋放率達(dá)30%。本研究表明，在紫云英翻壓20d時(shí)，碳、氮釋放率就高達(dá)50%左右，其研究結(jié)果基本與其他綠肥種類(lèi)一致。但紫云英磷、鉀釋放特點(diǎn)卻有別于相關(guān)報(bào)道。相關(guān)研究表明，綠肥秸稈等腐解過(guò)程中各種養(yǎng)分間釋放一般表現(xiàn)為鉀＞磷＞氮，特別是鉀在腐解前10d基本釋放完全［19，20］，而本試驗(yàn)條件下，前20d，鉀的平均累積腐解率為57.5%，而磷也僅為21.9%。鉀、磷腐解率與以往報(bào)道差異較大的原因可能與試驗(yàn)條件不同有關(guān)。由于秸稈中鉀素主要以離子態(tài)存在，易溶于水，因此腐解過(guò)程中鉀釋放較快，而磷素也主要以水解性的有機(jī)態(tài)形式存在，礦化后形成水溶性的磷酸鹽，而前人研究多采用去離子水洗凈尼龍網(wǎng)后［19－21］，烘干測(cè)定秸稈中養(yǎng)分含量，雖然此階段秸稈釋放的養(yǎng)分，特別是鉀離子經(jīng)過(guò)腐解大部分被釋放出來(lái)，但離子形態(tài)的鉀、磷并不會(huì)全部遷移至土壤，有可能附于秸稈殘?bào)w表面及尼龍袋與土壤接觸面的土壤上，用水洗后這部分鉀、磷就直接流失，從而明顯提高了單位時(shí)間的鉀、磷養(yǎng)分釋放率。當(dāng)然試驗(yàn)材料、土壤性質(zhì)、培育水分及環(huán)境溫度的差異也可能是導(dǎo)致鉀、磷釋放率出現(xiàn)差異的原因。

在實(shí)際生產(chǎn)中，以中量30 000kg／hm2紫云英還田量來(lái)計(jì)算，至90d時(shí)，氮、磷、鉀累積釋放率分別為87.4%，77.9%，96.3%，理論上可累積釋放 N、P2O5、K2O 養(yǎng)分為86.4，21.53和111.56kg／hm2。而水稻生產(chǎn)中推薦N、P2O5、K2O施肥用量分別為120，42和78kg／hm2［22］，以此看來(lái)，理論上中量紫云英翻壓就可分別提供后茬水稻生長(zhǎng)72%N、51.3%P2O5與143.0%K2O的推薦養(yǎng)分，但事實(shí)是否如此？已往研究表明，翻壓綠肥秸稈等均可不同程度提高土壤肥力，但提高量遠(yuǎn)小于翻壓量理論值［23－25］，而造成此結(jié)果的主要原因可能是隨著腐解時(shí)間的推移，碳、氮在腐解過(guò)程中以氣態(tài)損失以及磷、鉀在土壤中逐漸向難溶性形態(tài)轉(zhuǎn)化。但由于本試驗(yàn)采用網(wǎng)袋法模擬測(cè)定，與田間翻壓條件下紫云英－土壤完全相融狀態(tài)存在一定差異，培育條件下測(cè)定翻壓紫云英對(duì)土壤培肥或環(huán)境效應(yīng)尚難客觀反映田間實(shí)際情況，因此，探討翻壓紫云英對(duì)土壤碳吸存及土壤養(yǎng)分的影響應(yīng)結(jié)合田間原位尤其是長(zhǎng)期定位試驗(yàn)測(cè)定。

［1］陳志宏，李曉芳，贠旭疆，等.我國(guó)草種質(zhì)資源的多樣性及其保護(hù)［J］.草業(yè)科學(xué)，2009，26（5）：1－6.

［2］曹衛(wèi)東，黃鴻翔.關(guān)于我國(guó)恢復(fù)和發(fā)展綠肥若干問(wèn)題的思考［J］.中國(guó)土壤與肥料，2009，（4）：1－3.

［3］Lee C H，Park K D，Jung K Y，et al.Effect of Chinese milk vetch（Astragalus sinicus L.）as a green manure on rice productivity and methane emission in paddy soil［J］.Agriculture，Ecosystems ＆ Environment，2010，138（3－4）：343－347.

［4］徐昌旭，謝志堅(jiān)，許政良，等.等量紫云英條件下化肥用量對(duì)早稻養(yǎng)分吸收和干物質(zhì)積累的影響［J］.江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，22（10）：13－14.

［5］吳增琪，朱貴平，張惠琴，等.紫云英結(jié)莢翻耕還田對(duì)土壤肥力及水稻產(chǎn)量的影響［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2010，26（15）：270－273.

［6］鄒亞麗，韓方虎，耿麗英，等.溫度和濕度對(duì)紫花苜蓿土壤氮礦化的影響［J］.草業(yè)學(xué)報(bào)，2010，19（4）：101－107.

［7］魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，2000：106－107，302－315.

［8］李正，劉國(guó)順，敬海霞，等.翻壓綠肥對(duì)植煙土壤微生物量及酶活性的影響［J］.草業(yè)學(xué)報(bào)，2011，20（3）：225－232.

［9］宋日，吳春勝，郭繼勛.東北草原植物殘?bào)w腐解動(dòng)態(tài)研究［J］.草業(yè)學(xué)報(bào)，2002，11（2）：105－108.

［10］熊德中，李放，李素蘭，等.廢棄烤煙莖稈浸水后的腐解、養(yǎng)分釋放特征及其對(duì)水環(huán)境的影響［J］.中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，16（6）：1513－1516.

［11］孫本華，呂家瓏，張一平，等.干旱荒漠條件下殘茬分解特征和養(yǎng)分釋放的研究［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2003，21（3）：34－37.

［12］劉忠寬，汪詩(shī)平，韓建國(guó)，等.內(nèi)蒙古溫帶典型草原植物凋落物和根系的分解及養(yǎng)分動(dòng)態(tài)的研究［J］.草業(yè)學(xué)報(bào)，2005，14（1）：24－30.

［13］王文山，王維敏，張鏡清，等.農(nóng)作物殘?bào)w在北京農(nóng)田土壤中的分解［J］.土壤通報(bào)，1989，20（3）：113－115.

［14］代靜玉，周江敏，秦淑平.幾種有機(jī)物料分解過(guò)程中溶解性有機(jī)物質(zhì)化學(xué)成分的變化［J］.土壤通報(bào)，2004，35（6）：724－727.

［15］Probert M E，Delve R J，Kimani S K，et al.Modelling nitrogen mineralization from manures：representing quality aspects by varying C∶N ratio of sub－pools［J］.Soil Biology and Biochemistry，2005，37（2）：279－287.

［16］李逢雨，涂仕華，王昌全，等.不同還田方式下稻草的腐解速率及養(yǎng)分釋放規(guī)律［J］.山地學(xué)報(bào)，2006，24（增刊）：92－97.

［17］潘福霞，魯劍巍，劉威，等.三種不同綠肥的腐解和養(yǎng)分釋放特征研究［J］.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2011，17（1）：216－223.

［18］王巖，劉國(guó)順.綠肥中養(yǎng)分釋放規(guī)律及對(duì)煙葉品質(zhì)的影響［J］.土壤學(xué)報(bào)，2006，43（2）：273－279.

［19］李逢雨，孫錫發(fā)，馮文強(qiáng).麥稈、油菜稈還田腐解速率及養(yǎng)分釋放規(guī)律研究［J］.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2009，15（2）：374－380.

［20］戴志剛，魯劍巍，李小坤，等.不同作物還田秸稈的養(yǎng)分釋放特征試驗(yàn)［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26（6）：272－276.

［21］劉威.紫云英養(yǎng)分積累規(guī)律和還田腐解特性及其效應(yīng)研究［D］.武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

［22］林新堅(jiān)，章明清.新型肥料施用技術(shù)［M］.福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2009：10－22.

［23］南雄雄，田宵鴻，張琳，等.小麥和玉米秸稈腐解特點(diǎn)及對(duì)土壤中碳、氮含量的影響［J］.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2010，16（3）：626－633.

［24］李蘋(píng)，徐培智，解開(kāi)治.坡地果園間種不同綠肥的效應(yīng)研究［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，（10）：90－92.

［25］李銀平，徐文修，侯松山.春小麥復(fù)播綠肥對(duì)連作棉田土壤肥力的影響［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，25（6）：151－154.