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        苦豆子綠肥的腐解和養(yǎng)分釋放研究

        2021-05-11 01:36:16張朝陽王林娜席琳喬
        湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2021年8期

        張朝陽 ,王林娜 ,王 蒙 ,席琳喬

        (1.塔里木大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木畜牧科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆 阿拉爾 843300;2.吐魯番職業(yè)技術(shù)學(xué)院,新疆 吐魯番 838000)

        苦豆子(Sophora alopecuroides)屬豆科槐屬多年生草木植物,高可以達(dá)1 m 以上,根系發(fā)達(dá),地上部分生長(zhǎng)迅速,生長(zhǎng)周期長(zhǎng),抗風(fēng)沙、耐鹽堿,野生資源分布面積廣泛,是一種優(yōu)良的水土保持植物,并且是重要的藥用植物資源[1,2],同時(shí)可以作綠肥且肥效較高,其中氮含量0.49%~2.79%、磷含量0.37%~0.43%、鉀含量0.63%~0.73%。新疆南疆農(nóng)村有用苦豆子莖葉作綠肥的習(xí)慣,在開花初期刈割,切斷6~10 cm,直接翻壓,或與其他農(nóng)家肥一起發(fā)酵,夏季一周左右,可以施入農(nóng)田,或者在地頭直接密封發(fā)酵。30 kg苦豆子肥力相當(dāng)于60~100 kg 人干糞,500 kg 半風(fēng)干肥力相當(dāng)于140 kg 黑豆或700 kg 扁豆、蕓芥等綠肥。施用苦豆子綠肥能夠顯著增加土壤肥力水平,對(duì)土壤中20~40 cm 土層堿解氮和有效磷含量增加效果較為顯著[3]。研究報(bào)道,將苦豆子割下打碎與動(dòng)物糞便混合油渣拌合堆積制作成的肥料,瓜地用量為2 250 kg/hm2時(shí)可增收30%以上,而且瓜還特別酥脆香甜[4];在甜瓜地里施苦豆子綠肥和磷酸二氫鉀,外觀與口感更好[5];在水稻抽穗前,用4 500~7 500 kg/hm2苦豆子作肥料,可增產(chǎn)20%左右[6]。長(zhǎng)期施用苦豆子綠肥,田間蠐螬、地老虎、蚜蟲等害蟲會(huì)減少[7]。但是綠肥的腐解十分復(fù)雜,不同品種綠肥腐解規(guī)律也有不同的表現(xiàn)。目前,關(guān)于苦豆子作為綠肥利用方面的研究較少,因此研究苦豆子綠肥的腐解規(guī)律和養(yǎng)分釋放可以為苦豆子綠肥的開發(fā)與利用提供依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 研究區(qū)概況

        試驗(yàn)地(81°18′9″E,40°32′52″N)海拔1 010 m,年均降雨量49 mm,年蒸發(fā)量2 110.5 mm,平均氣溫10.5 ℃,土壤為風(fēng)沙土,其土壤的基本理化性質(zhì):pH 8.2,有機(jī)質(zhì) 11.91 g/kg,速效氮 22.6 mg/kg,速效磷21.3 mg/kg,速效鉀 104 mg/kg,全氮 0.47 g/kg,全磷0.61 g/kg,全鉀20.3 g/kg。

        1.2 方法

        釆用埋袋法,刈割營養(yǎng)期至初花期的苦豆子地上部,切成2 cm 左右小段,后混勻,裝入20 cm×30 cm、孔徑0.047 mm 的尼龍網(wǎng)袋中,封好口后翻壓于土壤中,埋深15~20 cm,在0、3、7、14、21、28、58、88、118 d 共取樣 9 次,重復(fù) 3 次,65 ℃烘干。樣品粉碎后測(cè)定水分、碳、氮、磷、鉀含量。

        苦豆子綠肥含水量采用烘干法測(cè)定,磷、鉀用硫酸過氧化氫法消煮,磷采用釩鉬黃比色法測(cè)定,波長(zhǎng)450 nm;鉀采用火焰光度計(jì)(FP6431,上海儀點(diǎn)分析儀器有限公司)測(cè)定;氮、碳采用碳氮分析儀(型號(hào)LE204E/02)測(cè)定。

        干物質(zhì)(DM)降解率=(0 d 干物質(zhì)量-該時(shí)期干物質(zhì)量)/0 d 干物質(zhì)量×100%

        礦化率=1-該時(shí)期干物質(zhì)量×該時(shí)期含量/0 d 含量/0 d 干物質(zhì)量×100%

        1.3 數(shù)據(jù)分析

        數(shù)據(jù)均用Excel 2016 和SPSS 21.0 軟件分析、統(tǒng)計(jì),并繪圖。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 苦豆子綠肥的DM 降解率

        由圖1 可以看出,苦豆子綠肥的干物質(zhì)降解率隨著埋壓時(shí)間的延長(zhǎng)不斷增加。干物質(zhì)降解率可以分為 3 個(gè)時(shí)期:0~14 d 為快速降解期、14~28 d 為降解減緩期、28~118 d 為降解緩慢期。0~14 d 干物質(zhì)降解率達(dá)40%,在118 d 干物質(zhì)降解率為65.2%。

        圖1 苦豆子綠肥的DM 降解率變化規(guī)律

        2.2 苦豆子綠肥C、N、P、K 礦化率

        苦豆子綠肥礦化率測(cè)定結(jié)果如表1 所示,礦化率隨埋壓時(shí)間增加而增加,前期礦化速度快,后期礦化速度慢??喽棺泳G肥在腐解過程中C礦化迅速,埋壓3 d 時(shí)苦豆子綠肥C 礦化率為26.28%,與埋壓7 d時(shí)差異顯著,前7 d 日平均礦化速率為4.63%。埋壓14 d 時(shí) C 礦化率達(dá) 44.78%,與 7 d 時(shí)差異顯著,埋壓7~14 d 日平均礦化率為 1.77%。埋壓 14~21 d 時(shí)苦豆子綠肥C 的日平均礦化率為0.8%,較埋壓14 d 時(shí)速率繼續(xù)降低。埋壓28 d 時(shí)苦豆子綠肥C 礦化率為54.04%,與埋壓21 d 的礦化率差異顯著,埋壓28 d后C 礦化速率降低。

        表1 不同埋壓時(shí)間對(duì)苦豆子綠肥礦化率的影響

        埋壓3 d 時(shí)苦豆子綠肥N 的礦化率達(dá)17.94%,日平均礦化率高達(dá)5.98%;至7 d 時(shí)苦豆子綠肥N 的礦化率為23.44%,14 d 時(shí)N 的礦化率為30.18%,埋壓14 d 與21 d 的N 礦化率之間差異顯著,埋壓21~28 d N 礦化速率逐漸變慢,日平均礦化率為0.43%,埋壓28~118 d 的日平均礦化率為0.08%,氮素礦化變得十分緩慢。

        埋壓3 d 苦豆子綠肥K 的礦化率為55.46%,埋壓3~14 d 時(shí)K 日平均礦化率為1.40%,至埋壓118 d時(shí)K 共礦化79.06%;埋壓3 d 時(shí)苦豆子綠肥P 的礦化率為21.07%,7 d 時(shí)的礦化率為26.11%,埋壓0~7 d苦豆子綠肥P 的礦化率較高,在埋壓118 d 時(shí)P 的礦化率為52.54%。

        2.3 不同埋壓時(shí)間對(duì)苦豆子綠肥碳氮比(C/N)的影響

        苦豆子綠肥C/N 變化如圖2 所示。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)苦豆子綠肥的C/N 不斷下降,以0~14 d 下降趨勢(shì)最為明顯,此階段苦豆子綠肥中的氮素礦化迅速且大于碳的礦化速率,在14~28 d C/N 繼續(xù)下降但趨勢(shì)有所減緩,而至28~118 d 碳氮比趨近于平穩(wěn),氮礦化率較碳快。

        圖2 苦豆子綠肥C/N 變化

        2.4 苦豆子綠肥DM 降解率和C、N、P、K 礦化率之間的相關(guān)性

        苦豆子綠肥DM 的降解及各元素礦化率的相關(guān)性分析如表 2 所示。DM 降解率與 C、N 和 K 礦化率都呈極顯著正相關(guān),與P 礦化率呈顯著正相關(guān)。其中,DM 與C 礦化率相關(guān)性最高,達(dá)0.985,苦豆子綠肥在埋壓的過程中其干物質(zhì)的降解,C 的礦化及N、P、K 各元素的釋放都具有同步性。

        表2 苦豆子綠肥DM 降解率和C、N、P、K礦化率之間的相關(guān)性

        3 小結(jié)與討論

        從苦豆子綠肥DM 的降解率來看,苦豆子綠肥經(jīng)過118 d 的腐解,DM 降解率達(dá)65.2%,這與前人的研究結(jié)果一致,均在63%左右[8]。從苦豆子綠肥腐解118 d 過程中DM 釋放速率來看,整個(gè)過程可以分為3 個(gè)階段。①0~14 d 為快速分解階段,在此階段苦豆子綠肥迅速腐解,養(yǎng)分釋放迅速。腐解前期苦豆子綠肥中大量的可溶性有機(jī)物如多糖、氨基酸、有機(jī)酸以及無機(jī)養(yǎng)分為微生物提供養(yǎng)分,使微生物數(shù)量增加,在微生物的作用下綠肥迅速腐解[9]。隨著埋壓時(shí)間的延長(zhǎng)綠肥中的殘留物大多為纖維素、木質(zhì)素等有機(jī)物,此類有機(jī)物不易被分解,減慢了苦豆子綠肥的腐解[10]。②14~28 d 苦豆子綠肥進(jìn)入腐解相對(duì)減緩期,在此階段部分較難分解的物質(zhì)在高溫和微生物作用下從苦豆子綠肥中逐漸釋放。③28~118 d 苦豆子綠肥腐解非常緩慢,此時(shí)的綠肥主要在微生物的作用下使植物結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,腐解進(jìn)程緩慢。李逢雨等[11]報(bào)道麥稈、油菜稈還田后在田間腐解速率也表現(xiàn)為前期快,后期慢??喽棺泳G肥壓埋入土壤后,初期基本上將易分解的物質(zhì)完全腐解,接下來通過物理及化學(xué)變化逐步分解剩余的不易分解的物質(zhì),經(jīng)過118 d 腐解,依然有大量殘留物質(zhì),干物質(zhì)殘留35%左右。Zhang 等[12]認(rèn)為翻壓綠肥有極強(qiáng)的后效作用,即將綠肥翻壓于土壤中第2 年仍表現(xiàn)一定的肥力。

        從苦豆子綠肥C、N、P、K 的礦化率來看,K 的礦化率最大,達(dá)80%左右,其次是C、P、N,可能是K 大部分以離子形態(tài)存在于苦豆子綠肥之中,在水的作用下易被水解釋放;而苦豆子中的P 以有機(jī)態(tài)和無機(jī)態(tài)2 種形式存在,其中,OP(有機(jī)磷)的含量占苦豆子綠肥TP(全磷)的40%左右,不易腐解[13]。埋壓118 d 時(shí)C 只有60%左右被釋放出來,這與前人有關(guān)綠肥腐解規(guī)律及玉米綠肥間種效益的研究結(jié)果(60%)一致[14]。在綠肥被埋壓過程中,一部分的C被礦化分解,以CO2的形式釋放,另一部分C 在微生物作用下經(jīng)腐解轉(zhuǎn)化形成腐殖質(zhì)積累在土壤中,將影響土壤中有機(jī)質(zhì)的形成與含量[15]。關(guān)于C/N,在各種有機(jī)物的分解過程中,土壤中養(yǎng)分的分解與養(yǎng)分的釋放與其中有機(jī)物的C/N 有很大的相關(guān)性,在相同的條件下,C/N 窄的有機(jī)物分解快,腐殖化系數(shù)??;C/N 寬的有機(jī)物分解慢,腐殖化系數(shù)大[16],苦豆子屬豆科植物,其本身有較高的含氮量,C/N 窄(8~14),養(yǎng)分易于釋放,釋放速率較快。溫明霞等[17]報(bào)道C/N 低的綠肥在其埋壓過程中為凈礦化,而C/N高的綠肥為凈固定,苦豆子綠肥具有較低的C/N,因此肥效較高。

        苦豆子綠肥在118 d 的埋壓過程中,干物質(zhì)量的降解和有機(jī)養(yǎng)分的礦化可分為0~14 d 快速分解、14~28 d 減慢分解和 28~118 d 緩慢分解 3 個(gè)階段。養(yǎng)分礦化率表現(xiàn)為K>C>P>N,且干物質(zhì)的降解及營養(yǎng)元素的礦化基本同步。

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