綠肥對土壤生物活性效應的研究進展

潘忠祥 王晶 陳志霞 李寧

摘要：綠肥作為一種全能型生物有機肥料，具有優質、高效、環保等特點，在減少化肥使用、減輕環境污染、提高土壤肥力和增加作物產量等方面具有重要意義。本研究從綠肥對土壤微生物、土壤酶活性的影響兩方面，就綠肥對土壤生物活性的效應進行綜述，旨在為開發利用綠肥改善土壤生態環境提供理論支持。

關鍵詞：綠肥；土壤；微生物；土壤酶

綠肥在我國種植歷史悠久、栽培面積大、分布范圍廣，是土壤養分的重要來源之一。近代，隨著化肥的大面積應用，綠肥面積不斷減少。但隨著化肥的長期使用，土壤板結、地力衰退、化肥污染等問題日益嚴重，綠肥作為一種全能生物有機肥源，再次受到人們的普遍關注。目前，針對綠肥的研究主要集中于綠肥品種的篩選、綠肥對土壤肥力影響、綠肥的增產作用等方面，而針對綠肥對土壤生物學活性效應的研究仍有待深入。本研究綜述目前國內外研究情況，深入分析綠肥對土壤生物學活性的影響，旨在為綠肥作用機理的研究提供理論支持。

1 綠肥的概念及作用

近年，根據綠肥的特征與使用方式，人們對綠肥的概念作出新的解釋，即：一些作物，可以利用其生長過程中所生產的全部或部分鮮體，直接或間接翻壓到土壤中做肥料；或是通過它們與土作物的間套輪作，起到促進主作物生長、改善土壤性狀等作用。這些作物稱之為綠肥作物，其鮮體稱之為綠肥。

作為一種優質有機肥料，綠肥具有多種作用，綜合而言主要包括以下幾方面：增加土壤中的養分；改善土壤理化性狀；加快土壤腐解作用，增加土壤有機質含量；防止土壤養分流失及風沙侵蝕；防止植物病害的產生。綠肥的作用是多方面的，但其起作用的主要媒介為土壤，而土壤的生物活性作為土壤性質的重要判斷指標之一，在綠肥的作用下發生著一系列的變化。

2 綠肥對土壤微生物的效應

土壤微生物參與并推動著土壤的一系列生理生化反應，在土壤物質發生相應變化前，微生物群落已經對于土壤環境的改變產生了可靠而直接的響應，良好、穩定的微生物群落結構是土壤肥力重要指標之一。綠肥的施加可以改變土壤中微生物群落的組成、數量與活性等。

2.1 綠肥對土壤微生物群落的效應

土壤微生物群落的組成在很大程度上決定了土壤有機質的周轉及土壤肥力和質量，是土壤肥力的重要指標之一。有研究表明綠肥翻壓可以引起微生物群落結構的改變，增加土壤細菌多樣性。綠肥翻壓后，與空白對照相比，土壤中細菌、真菌、放線菌三大類群微生物的總量均有大幅度的增加。土壤微生物量碳（MBC）與微生物量氮（MBN）的比值可以用來表征土壤微生物的群落結構與狀態。賈舉杰等（2007）研究認為在棄耕地中種植豆科植物（紫花苜蓿、草木樨和沙打旺），可以影響土壤的MBC/MBN，其中以種植紫花苜蓿的比值最高，并且土壤微生物群落中以真菌占優勢。研究表明，在種植煙草的土壤中施加秸稈后，土壤真菌、細菌、霉菌等有害微生物的數量顯著降低，同時放線菌、磷細菌、鉀細菌等有益微生物的數量提高。林斯等（2013）研究發現，套種豆科綠肥可以提高土壤微生物豐富度和基因多樣性，進而提高土壤生態系統的生產力。

2.2 綠肥對土壤微生物活性的效應

土壤微生物的活性反映整個土壤微生物群落或其中一些特殊種群的狀態。微生物呼吸強度可看作是衡量土壤微生物總的活性指標，它可以反映整個微生物群落（包括休眠狀態和活性狀態）的活性，研究表明綠肥在土壤中腐解的過程可以促進土壤微生物的呼吸作用，增強微生物活性。在煙草田進行綠肥間作試驗，次年掩青，發現綠肥作用后土壤微生物活性增強，其中以紫花苜蓿對土壤微生物活性的促進作用最強。陳欣等（2003）研究表明，保留果園生草可以使土壤解磷微生物的活性高于清耕除草果園。秦燕燕等（2009）利用氯仿熏蒸法和BIOLOG檢測法，研究了豆科作物（紫花苜蓿、草木樨和沙打旺）對土壤微生物的影響，結果表明添加豆科作物后，土壤微生物的碳源利用能力和代理多樣性指數顯著提高，微生物活性增強。

2.3 綠肥對土壤微生物生物量的效應

土壤微生物量是土壤有機質的活性部分，是表征土壤有機質變化的指標，參與土壤養分的供應和轉化，反映土壤的同化及礦化能力。微生物量的分布與土壤養分含量關系密切，微生物量可以更好的反映土壤中微生物的實際含量與作用潛力。研究表明，與冬季休閑處理相比，長期冬種綠肥（油菜、紫云英、黑麥草）翻壓處理的紅壤性水稻土中，微生物生物量碳、微生物生物量氮含量都有所提高，以長期冬種紫云英翻壓處理效果最明顯。岳泰新等（2009）通過葡萄園行間生草實驗發現與清耕（對照）相比，紫花苜蓿和白三葉處理顯著提高了土壤微生物碳和土壤微生物氮的含量。賈舉杰等（2007）在多年棄耕地中種植豆科植物（紫花苜蓿、草木樨和沙打旺），結果發現引入豆科植物可以顯著提高土壤中微生物量碳、微生物量氮和微生物商，進而提高土壤肥力，加速演替進程。

3 綠肥對土壤酶的效應

土壤酶是土壤植物、動物、微生物活動的產物，是促進土壤新陳代謝的催化劑，其活性是反映土壤生物學和生物化學變化的重要指標。由于土壤酶主要來源于活的微生物，因此其對土壤環境變化的反應十分敏感，能夠更好的反映土壤環境的變化。種植及翻埋綠肥，導致根系胞外分泌物進入土壤，直接增加了相關土壤酶，而且綠肥翻埋后為微生物提供能源與養分，因此來源于微生物的土壤酶相應增多。一般C/N比小，木質素含量低的綠肥更有利于激發土壤的生物活性。

3.1 綠肥對土壤水解酶的效應

土壤水解酶是催化土壤中各種底物發生水解反應的酶類，可以催化各種有機化合物的水解和裂解反應，與土壤中多種營養元素的轉化和循環密切相關。水解酶通過裂解有機化合物中糖苷鍵、脂鍵、肽鍵、酸酐鍵以及其他鍵， 直接參與土壤中有機物的轉化。土壤脲酶、磷酸酶、轉化酶等的活性，可以作為土壤管理效果與土壤質量的重要指標。有研究發現，Bt玉米秸稈分解比常規品種玉米秸稈分解在15、45、60和75天時，土壤蔗糖轉化酶活性顯著提高。楊曾平等（2011）研究發現，長期冬種綠肥翻壓處理能明顯提高土壤脲酶、轉化酶的活性，其中尤以C/N比值適中的紫云英效果顯著，這可能是由于外源加入了酶促基質，進而提高了酶活性。張珺穜等（2012）研究發現，種植和翻壓紫云英能夠提高土壤磷酸酶活性，說明在缺乏磷素的情況下，綠肥所含的有機磷促進了土壤磷酸酶活性的提高。

3.2 綠肥對土壤氧化還原酶的效應

氧化還原酶是一類能夠催化氧離子的轉移與電子傳遞，催化土壤中氧化還原反應的酶類。土壤中的氧化還原酶在腐殖質的形成過程中起到非常重要的作用；氧化還原酶對營養物質的轉化以及礦質營養元素的循環有重要意義；有些氧化還原酶可以作為土壤肥力以及土壤微生物代謝活性的指標等。氧化還原酶所催化的各種反應大多數與能量的轉移反應相關，因此其在生物體內起著不可替代的作用。脫氫酶活性被認為是指示微生物活性的最好指標之一，因為脫氫酶只存在于生活細胞體內，能很好地估量土壤中微生物的氧化能力。有試驗結果表明，櫻桃番茄套種三葉草可以顯著提高脫氫酶活性，在三葉草生長旺盛期脫氫酶活性開始迅速上升，較對照增強70.85%～114%。李正等（2011）研究認為，翻壓綠肥能顯著提高土壤過氧化氫酶的活性，提高幅度達41.38%～71.43%。

4 綠肥應用中存在的問題與展望

我國種植綠肥歷史悠久、范圍廣泛，種植面積最大時達到耕地面積的10%左右，但目前種植面積僅為200萬公頃左右。目前生產中種植綠肥均處于盲目階段，沒有根據上下茬口進行專業性選擇；綠肥的施用量、施用時期等也較隨意，沒有充分發揮其增肥增產優勢。科研中，對于綠肥的研究也多集中于其對作物增產的效果、對土壤肥力的影響等方面，而且研究并不夠深入、系統。如何深入分析綠肥的效應，合理利用綠肥達到最佳效益，可以從以下幾方面做起。

4.1 運用分子生物學手段進行綠肥資源調查及育種工作

利用分子生物學手段，系統開展不同綠肥品種的生物學特性鑒定、品種資源鑒定等；構建不同綠肥品種的指紋圖譜，開展分子鑒定、評價與利用研究；根據不同綠肥品種作用模式，利用分子生物學方法進行特定基因定位與克隆，培育高效能轉基因品種。

4.2 綜合、系統分析綠肥效應

從土壤理化性質、土壤營養元素、土壤有機質、土壤生物學特性等方面綜合分析綠肥對土壤的作用方式，判斷不同綠肥品種的作用機制，確定適宜的施用方式、施用時間和最佳下茬作物等。

4.3 根據生產需要選擇適宜綠肥品種及施用方式

根據不同綠肥的作用方式，以及下茬作物在不同生長階段對肥料的需求情況，選擇適宜的綠肥品種。確立不同作物對應綠肥品種、施用方式、處理時間，形成栽培模式，以利于在生產中大面積推廣。

4.4 不同綠肥品種的綜合利用

許多綠肥品種不僅可以作為肥料，其自身也有一定利用價值，如紫云英可以作為飼料、花茶及蜜源等。各地可以根據農閑時間長度，選擇適宜綠肥品種，在利用其肥田的基礎上努力開發、深化加工、綜合利用，以達到最大經濟效益。

作者簡介：潘忠祥（1992-），男，本科生，從事植物地理方面研究；通訊作者：陳志霞（1980-），女，博士，副教授，從事蔬菜栽培與生態等方面研究，E-mail：syczx2008@163.com