朱小梅， 洪立洲， 邢錦城， 劉 沖， 董 靜， 王建紅， 何蘇南， 孫果麗

(1.江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇鹽城224002；2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，浙江杭州310021)

江蘇沿海灘涂資源豐富，總面積約為6.87×105hm2，大概占中國灘涂總面積的1/4，且每年仍以幾米至幾十米的速率向東淤漲，最大淤進(jìn)速率可達(dá)200 m/a[1]。隨著江蘇沿海開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，新圍墾灘涂鹽堿地的開發(fā)利用潛力越發(fā)受到重視。但由于灘涂土壤鹽分含量較高，其時(shí)空動(dòng)態(tài)變化呈現(xiàn)的長(zhǎng)期性和反復(fù)性導(dǎo)致農(nóng)作物生長(zhǎng)受阻、產(chǎn)量降低，這與灘涂土壤物理結(jié)構(gòu)差、有機(jī)質(zhì)含量低、養(yǎng)分供應(yīng)不足等也密切相關(guān)。在自然進(jìn)化條件下，灘涂鹽堿地土壤有機(jī)質(zhì)積累十分緩慢，而大量投入外源有機(jī)物則又存在著重金屬、激素、抗生素累積過量等問題。

綠肥具有培肥地力、改善土壤結(jié)構(gòu)、供給作物養(yǎng)分等作用，在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中具有重要地位。有研究結(jié)果表明，田菁、黑麥草等綠肥均具有較強(qiáng)的耐旱、耐鹽、耐瘠能力，在灘涂鹽堿地種植可獲得較高的生物量[2-3]。很多學(xué)者在綠肥種植與利用模式、綠肥對(duì)化肥的替代作用、綠肥對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分的影響等領(lǐng)域開展了大量研究[4-5]，但關(guān)于長(zhǎng)期綠肥輪作還田對(duì)灘涂鹽堿土的生物改良及鹽漬化修復(fù)方面的系統(tǒng)研究還不多。本研究擬以新圍墾灘涂鹽堿地為長(zhǎng)期定位試驗(yàn)點(diǎn)，探索黑麥草-田菁、蠶豆-田菁2種綠肥輪作模式下，連續(xù)種植并翻壓綠肥對(duì)土壤養(yǎng)分及鹽分含量的影響，以期為綠肥在灘涂鹽堿土生態(tài)改良應(yīng)用方面提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

定位試驗(yàn)點(diǎn)位于江蘇省東臺(tái)市弶港鎮(zhèn)條子泥墾區(qū)(32°51′6″N，120°53′31″E)，該區(qū)域?qū)儆诒眮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年均氣溫13～16 ℃，年均降雨量900～1 300 mm。土壤類型為濱海鹽潮土，基本性狀見表1。

表1 供試土壤基本性狀

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)蠶豆-田菁(VS)、黑麥草-田菁(LS) 2種綠肥輪作模式。每種模式設(shè)6次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)小區(qū)面積24 m2。根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果，蠶豆、田菁施氮量均為180 kg/hm2，黑麥草施氮量為225 kg/hm2，磷肥施用量均為90 kg/hm2P2O5，鉀肥施用量均為75 kg/hm2K2O。磷、鉀肥全部作為基肥于當(dāng)季施入，氮肥按基肥50%、追肥50%的比例施入。試驗(yàn)始于2017年10月，本研究共采集整理5季數(shù)據(jù)，VS輪作模式下第1季到第5季對(duì)應(yīng)的綠肥植物為：蠶豆-田菁-蠶豆-田菁-蠶豆；LS輪作模式下第1季到第5季對(duì)應(yīng)的綠肥植物為：黑麥草-田菁-黑麥草-田菁-黑麥草。蠶豆和黑麥草的播期為每年10月中旬，翻壓期為翌年5月上中旬；田菁的播期為每年6月上旬，翻壓期為每年8月下旬。綠肥翻壓前測(cè)產(chǎn)，并采集植株樣品用于養(yǎng)分含量的測(cè)定。土壤樣品采集時(shí)間為每季綠肥翻壓還田25 d后，取樣深度為20 cm。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

綠肥植株樣品經(jīng)105 ℃殺青、75 ℃烘干后，分別采用凱氏定氮法、釩鉬黃比色法、火焰光度法、K2Cr2O7容量法測(cè)定其全氮、全磷、全鉀、有機(jī)碳含量[6]。土壤樣品風(fēng)干后，分別采用電位法、凱氏定氮法、K2Cr2O7容量法、殘?jiān)娓?質(zhì)量法、堿解擴(kuò)散法、Olsen法、NH4OAc浸提-火焰光度法測(cè)定其pH值、全氮含量、有機(jī)碳含量、水溶性鹽總量、堿解氮含量、有效磷含量和速效鉀含量[6]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2013和SPSS 26.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同輪作模式下綠肥還田生物量

圖1顯示，VS輪作模式下，蠶豆秸稈生物量以第3季最高，為32.4 t/hm2，第1季、第5季生物量均低于30.0 t/hm2，且第5季生物量低于第1季和第3季。LS輪作模式下，第1季、第3季、第5季黑麥草生物量整體呈逐年遞增趨勢(shì)，第5季黑麥草生物量達(dá)76.6 t/hm2,各黑麥草種植季間生物量差異顯著。VS和LS輪作模式下，第2季、第4季田菁生物量均高于35.0 t/hm2，且前茬蠶豆或黑麥草翻壓量與下茬田菁的生物量呈正相關(guān)。LS輪作模式下，5季綠肥還田總生物量為231.6 t/hm2，較VS輪作模式下的168.4 t/hm2高37.5%。

同一種植模式不同種植季間不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖1 不同輪作模式下不同種植季綠肥生物量Fig.1 Biomass of green manure in different planting seasons under different rotation patterns

2.2 不同輪作模式下綠肥養(yǎng)分累積量

表2顯示，2種輪作模式下，第2季與第4季田菁翻壓還田的磷、鉀量無顯著差異，碳、氮量差異顯著。VS輪作模式下，第5季蠶豆秸稈還田碳、氮量顯著高于第1季和第3季，磷、鉀量則表現(xiàn)為第3季和第5季顯著高于第1季。LS輪作模式下，各種植季黑麥草還田的碳、氮、磷、鉀養(yǎng)分量均呈逐年遞增趨勢(shì)，第3季、第5季的碳、氮、磷、鉀養(yǎng)分量與第1季相比，分別增加57.6%～145.7%、101.0%～155.2%、91.0%～160.2%和56.3%～129.7%。LS輪作模式下還田的碳、氮、磷、鉀養(yǎng)分總量均明顯高于VS輪作模式。

2.3 不同輪作模式下綠肥還田對(duì)土壤基本性狀的影響

2.3.1 pH 圖2顯示，1～5季綠肥翻壓還田后，土壤pH值為8.02～8.26，較種植前的8.01有所升高，且均以第4季田菁翻壓還田后的土壤pH值最高，LS輪作模式下第2季田菁還田后土壤pH值及VS輪作模式下第5季蠶豆秸稈還田后土壤pH值較低，與種植前基本相當(dāng)。

表2 不同輪作模式下綠肥養(yǎng)分累積量

同一種植模式不同種植季間不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖2 不同綠肥輪作模式下不同種植季土壤pH變化Fig.2 Changes of soil pH in different planting seasons under different green manure rotation patterns

2.3.2 有機(jī)碳含量 圖3顯示，VS、LS輪作模式下，土壤有機(jī)碳含量均整體呈逐季增加趨勢(shì)，與種植前相比，增幅分別為17.7%～90.9%(VS)和34.3%～99.6%(LS)，第5季土壤有機(jī)碳含量分別為6.64 g/kg(VS)和6.95 g/kg(LS),是種植前的近2倍。整體上，LS輪作模式下每季的土壤有機(jī)碳含量高于VS輪作模式。

同一種植模式不同種植季間不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖3 不同綠肥輪作模式下不同種植季土壤有機(jī)碳含量變化Fig.3 Changes of soil organic carbon content in different planting seasons under different green manure rotation patterns

2.3.3 全氮含量 圖4顯示，與種植前相比，種植并翻壓綠肥可明顯提升土壤中全氮含量，增幅為6.90%～100.00%，其中以第2季土壤中全氮含量最高，2種輪作模式下的土壤全氮含量分別為0.54 g/kg(VS)和0.58 g/kg(LS)，第3季稍有回落后又逐步上升，第5季土壤中全氮的含量分別為0.50 g/kg(VS)和0.58 g/kg(LS)，LS輪作模式效果優(yōu)于VS輪作模式。

同一種植模式不同種植季間不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖4 不同綠肥輪作模式下不同種植季土壤全氮含量變化Fig.4 Changes of soil total nitrogen content in different planting seasons under different green manure rotation patterns

2.3.4 堿解氮含量 圖5顯示，除VS輪作模式下第1季土壤堿解氮含量外，2種輪作模式下第1～5季的土壤堿解氮含量總體呈緩慢增加趨勢(shì)，較種植前增加53.6%～158.0%，且均以第5季的土壤堿解氮含量最高，分別為59.5 mg/kg(VS)和64.5 mg/kg(LS)。

同一種植模式不同種植季間不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖5 不同綠肥輪作模式下不同種植季土壤堿解氮含量變化Fig.5 Changes of soil alkali-hydrolyzed nitrogen content in different planting seasons under different green manure rotation patterns

2.3.5 有效磷含量 圖6顯示，2種輪作模式下，土壤有效磷含量較種植前增加1.39%～71.26%，其中，第1～3季土壤有效磷含量與種植前相比無顯著差異，第4季、第5季土壤有效磷含量則顯著提高，均達(dá)到20 mg/kg以上，且1～5季均以LS輪作模式下的土壤有效磷含量較高，這與綠肥根系對(duì)土壤磷的活化及綠肥生物量的逐季提升有密切關(guān)系。

同一種植模式不同種植季間不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖6 不同綠肥輪作模式下不同種植季土壤有效磷含量變化Fig.6 Changes of soil available phosphorus content in different planting seasons under different green manure rotation patterns

2.3.6 速效鉀含量 圖7顯示，VS輪作模式下，除第2季土壤速效鉀含量較種植前略有增高外，其他4個(gè)種植季的土壤速效鉀含量(364～408 mg/kg)均低于種植前，但仍高于全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中的極高標(biāo)準(zhǔn)(≥200 mg/kg)。LS輪作模式下，除第4季速效鉀含量略低于種植前外，其他4個(gè)種植季的速效鉀含量較種植前分別增加9.38%～58.35%。

不同小寫字母表示同一種植模式不同種植季間差異顯著(P<0.05)。圖7 不同綠肥輪作模式下不同種植季土壤速效鉀含量變化Fig.7 Changes of soil available potassium content in different planting seasons under different green manure rotation patterns

2.3.7 水溶性鹽總量 圖8顯示，整體上以LS輪作模式對(duì)灘涂鹽堿土的降鹽效果較好。與種植前相比，綠肥翻壓還田第1～3季土壤水溶性鹽總量顯著降低，表現(xiàn)為第1季>第2季>第3季，且2種輪作模式下第3季的土壤水溶性鹽總量分別下降到0.83 g/kg(VS)和0.77 g/kg(LS)，而第4季、第5季的水溶性鹽總量則有所增加，范圍為1.15～1.50 g/kg，上升至輕度鹽化土范疇[6]，且以VS輪作模式下土壤水溶性鹽總量較高。

2.4 不同輪作模式下還田綠肥生物量、養(yǎng)分累積量與土壤基本性狀指標(biāo)間的相關(guān)性

表3顯示，綠肥生物量與綠肥碳、氮、磷、鉀累積量均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤有機(jī)碳含量、全氮含量與綠肥碳、氮、磷、鉀累積量之間總體呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤有效磷、速效鉀、堿解氮含量與綠肥生物量以及碳、氮、磷、鉀累積量間也存在一定的正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)系數(shù)稍低。土壤水溶性鹽總量與大部分指標(biāo)間均呈負(fù)相關(guān)，間接說明了綠肥還田可降低灘涂鹽堿土水溶性鹽總量。

同一種植模式不同種植季間不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖8 不同綠肥輪作模式下不同種植季土壤水溶性鹽總量變化Fig.8 Changes of soil water-soluble salt content in different planting seasons under different green manure rotation patterns

表3 綠肥生物量、養(yǎng)分累積量與土壤基本性狀指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)

3 討論

3.1 不同輪作模式對(duì)還田綠肥生物量和養(yǎng)分累積量的影響

前人的研究結(jié)果表明，禾本科、豆科綠肥分別在抽穗初期和盛花期翻壓還田對(duì)土壤的改良效應(yīng)最優(yōu)[2-5]。曾妮等[7]對(duì)黑麥草等綠肥的研究結(jié)果表明，以68.0 t/hm2的黑麥草還田，其可提供的氮、磷養(yǎng)分含量分別為230.0 kg/hm2和30.0 kg/hm2。本研究中，LS輪作模式下，第5季黑麥草的氮、磷養(yǎng)分還田量分別為187.3 kg/hm2和22.9 kg/hm2，這可能與不同試驗(yàn)條件及其翻壓時(shí)期有關(guān)。本研究為兼顧蠶豆的經(jīng)濟(jì)效益，其秸稈是收獲豆莢后再翻壓，生物量低于劉陽等[8]在盛花期翻壓的蠶豆秸稈，蠶豆秸稈還田的養(yǎng)分量總體低于田菁和黑麥草。

3.2 不同輪作模式下綠肥還田對(duì)土壤基本性狀的影響

pH是重要的土壤理化指標(biāo)之一，對(duì)土壤中元素存在形態(tài)、微生物繁殖及植物生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程都有很大影響[9-15]。綠肥還田腐解后會(huì)產(chǎn)生大量腐殖酸，短期內(nèi)土壤pH值會(huì)呈下降趨勢(shì)[16-17]。有研究發(fā)現(xiàn)，綠肥還田后20 d，土壤pH值高于不還田處理，20～100 d呈現(xiàn)或增或降的動(dòng)態(tài)變化[18]。鄧小華等[19]也發(fā)現(xiàn)不同綠肥翻壓還田3年后土壤pH無規(guī)律性變化。在本研究中，不同輪作模式下，各季綠肥還田后的土壤pH值或與種植前持平或略有增高。筆者認(rèn)為：綠肥的種植和翻壓增加了土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量，土壤對(duì)綠肥分解后小分子的有機(jī)酸及自身含有的碳酸鹽等鹽基離子引起的pH值變化有了較大的緩沖能力，使pH趨于平衡、穩(wěn)定，而非單純的上升或下降。另外，每季綠肥翻壓量的不同及翻壓后的降水、氣溫等環(huán)境因素變化也會(huì)影響綠肥的腐解速率以及與之密切相關(guān)的土壤pH。

種植綠肥并翻壓還田有助于提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量，調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分平衡[20-22]。有研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)5年平均每年翻壓綠肥22.5～30.0 t/hm2，土壤有機(jī)碳增加0.1%～0.2%[23]。本研究連續(xù)5個(gè)種植季，每季翻壓綠肥27.6～76.6 t/hm2，第5季綠肥翻壓后土壤有機(jī)碳含量為種植前的近2倍，與前人的研究結(jié)果差異較大，這可能與每季綠肥的翻壓量較高及灘涂鹽堿土本身有機(jī)碳基數(shù)較低，綠肥翻壓還田更易被消解與吸納，從而促進(jìn)土壤有機(jī)碳含量的大幅提升有關(guān)。

在本研究中，VS、LS輪作模式下，每季綠肥翻壓后的土壤全氮、堿解氮、有效磷含量均較種植前明顯提高，這與前人的研究結(jié)果基本一致[18-19,24-25]。大量研究結(jié)果表明，綠肥還田可顯著提升土壤中速效鉀含量[18，25-26]，連續(xù)種植翻壓綠肥3年后的土壤速效鉀含量可比翻壓前增加300 mg/kg以上[19]。本研究結(jié)果與之有所不同，LS輪作模式下，綠肥還田后土壤速效鉀含量總體高于種植前，而VS輪作模式下土壤速效鉀含量總體低于種植前。究其原因：一是相對(duì)于蠶豆而言，黑麥草有一定的耐鹽能力[27]，在灘涂鹽堿地適應(yīng)性較強(qiáng)，生物量較高，根系也較發(fā)達(dá)，可活化吸收土壤中部分難溶性的鉀，翻壓還田后使0～20 cm土層中速效鉀含量高于蠶豆處理；二是植株中的鉀主要以離子或無機(jī)鹽形態(tài)存在，極易分解釋放，禾本科綠肥在翻壓后30 d內(nèi)，豆科綠肥在翻壓后14 d內(nèi)就可釋放其鉀總量的70%以上[28]，本研究土壤樣品的采集時(shí)間為綠肥翻壓后25 d，在此期間VS輪作模式下豆科綠肥釋放的養(yǎng)分較集中，更易由于降水等因素產(chǎn)生淋溶損失，且盡管土壤膠體可以通過離子交換、靜電吸附等形式固定一部分鉀，但依然存在鉀離子的流失，因此，VS輪作模式下土壤速效鉀含量會(huì)出現(xiàn)低于種植前的情況。

綜上所述，種植并翻壓綠肥可有效改善土壤養(yǎng)分狀況，降低土壤鹽含量[29-31]，本研究側(cè)重于比較綠肥種植前與各綠肥種植季之間灘涂土壤基本性狀的變化，未做與不種植綠肥灘涂土壤之間的比較，今后將在這方面開展進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)論

蠶豆、田菁、黑麥草3種綠肥在沿海灘涂均具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，其中以黑麥草的種植效果最好，生物量呈逐年增加趨勢(shì)，第5季生物量達(dá)76.6 t/hm2。2種輪作模式下，每季田菁生物量相差不大。LS輪作模式下5季綠肥碳、氮、磷、鉀養(yǎng)分累積總量和還田總生物量較VS輪作模式分別增加27.8%、9.8%、33.6%、27.1%和37.5%。

LS、VS輪作模式下，1～5季綠肥翻壓后土壤pH值為8.02～8.26，較種植前的8.01有所升高。土壤有機(jī)碳、全氮、堿解氮、有效磷含量分別較種植前增加17.7%～99.6%、6.90%～100.00%、53.6%～158.0%和1.39%～71.26%，且均以LS輪作模式下效果較優(yōu)，而速效鉀含量也僅在LS輪作模式下明顯增加。2種輪作模式下，土壤水溶性鹽總量在前3季逐漸下降至1 g/kg以下，后2季又呈上升態(tài)勢(shì)。可見，LS輪作模式下種植綠肥并翻壓還田可有效改善沿海灘涂土壤養(yǎng)分與鹽分狀況，提升灘涂土壤質(zhì)量。