不同綠肥種植模式下玉米秸稈腐解特征研究

徐健程，王曉維#， 朱曉芳, 鄧曉東, 楊文亭*

(1作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西南昌330045; 2江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,江西南昌330045)

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不同綠肥種植模式下玉米秸稈腐解特征研究

徐健程1,2，王曉維1,2#， 朱曉芳1,2, 鄧曉東1,2, 楊文亭1,2*

(1作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西南昌330045; 2江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,江西南昌330045)

【目的】玉米是中國(guó)第一大糧食作物，如何處理大量的玉米秸稈成為玉米種植區(qū)面臨的關(guān)鍵問(wèn)題之一，深入研究冬種綠肥對(duì)玉米秸稈腐解釋放的影響，對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。【方法】采用尼龍網(wǎng)袋法，通過(guò)對(duì)紅壤旱地空閑 (YCK)及紫花苜蓿(YZ)、 黑麥草(YH)、 肥田蘿卜(YL)綠肥種植模式下玉米秸稈177d的腐解量和養(yǎng)分釋放的監(jiān)測(cè)，分析玉米秸稈腐解速率及碳、 氮、 磷、 鉀的釋放規(guī)律。【結(jié)果】四種種植模式下，玉米秸稈腐解及養(yǎng)分釋放均呈現(xiàn)前期快后期慢的規(guī)律，7d的腐解和養(yǎng)分釋放速率均達(dá)到最大。翻壓177d時(shí)，四種種植模式下(YCK、YZ、YH、YL)玉米秸稈累積腐解量分別為23.41、 21.22、 20.86和20.95g，玉米秸稈碳累積釋放量分別為12.38、 11.07、 11.18、 11.36g，與YCK種植模式相比，YZ、YH、YL種植模式秸稈累積腐解量分別顯著降低了9.3%、 10.9%、 10.5%，碳累積釋放量則分別顯著降低了10.6%、 9.7%和8.3%; 各處理氮累積釋放量分別為479.46、 513.04、 442.58和530.20mg，相比YCK種植模式，種植綠肥對(duì)玉米秸稈氮累積釋放量的影響不顯著，而YH種植模式較YZ和YL種植模式則顯著降低了13.7%和16.5%。各處理磷累積釋放量分別為58.10、 57.91、 58.47和59.47mg，且YL種植模式較YCK種植模式顯著提高了2.35%; 翻壓 28d時(shí)，各處理鉀累積釋放量為487.20、 444.85、 456.94和434.55mg，分別占加入量的100.0%、 91.3%、 93.8%和89.2%，且三個(gè)種植模式均顯著低于YCK種植模式，42d時(shí)各處理的鉀均全部釋放。從玉米秸稈碳與氮、 磷、 鉀比來(lái)看，翻壓177d時(shí)，與YCK種植模式相比，YZ和YL種植模式玉米秸稈碳氮比顯著增加了102.8%、 91.6%;YZ、YH、YL種植模式碳磷比分別顯著增加了48.4%、 72.4%、 147.0%。翻壓 28d時(shí)，YH種植模式玉米秸稈碳鉀比較YL種植模式顯著提高。【結(jié)論】玉米秸稈腐解及其養(yǎng)分釋放速率均在翻壓后第7天達(dá)到最大值，之后腐解和養(yǎng)分釋放速率減緩。與空閑相比，種植綠肥能顯著減緩玉米秸稈腐化和秸稈中碳和鉀的釋放，而種植紫花苜蓿和肥田蘿卜能促進(jìn)玉米秸稈氮素釋放，種植黑麥草則減緩了玉米秸稈氮素釋放。種植肥田蘿卜能顯著促進(jìn)玉米秸稈磷素釋放。冬季種植肥田蘿卜既對(duì)玉米秸稈還田后氮素釋放有一定促進(jìn)作用，又能增加紅壤中磷的有效性，同時(shí)還能減緩玉米秸稈鉀的釋放，使鉀釋放更為長(zhǎng)效，是一種土壤培肥和秸稈養(yǎng)分釋放較好的綠肥種植模式。

玉米秸稈; 綠肥; 腐解速率; 養(yǎng)分釋放

玉米是中國(guó)第一大糧食作物，播種面積占國(guó)家糧食播種面積的33%[1]，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)2010年玉米秸稈產(chǎn)出量達(dá)2.21億噸，約占我國(guó)農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)量的28.57%[2]。在我國(guó)南方丘陵地區(qū)，玉米種植面積相對(duì)較少，上海、 江蘇、 浙江、 安徽、 湖北、 湖南和江西總的玉米秸稈量約為1229.9萬(wàn)噸，約占全國(guó)的5.5%[2-3]。而隨著南方丘陵地區(qū)生豬養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，急劇擴(kuò)大了對(duì)玉米的需求量，玉米種植面積正逐年增加[1]。雖然南方丘陵地區(qū)玉米秸稈產(chǎn)出量占全國(guó)比例較小，但若將這些秸稈直接或間接還田，對(duì)提高該區(qū)域農(nóng)田土壤質(zhì)量，增加土壤有機(jī)質(zhì)[4]和培肥地力均有一定的貢獻(xiàn)[5]。同時(shí)還能減少因焚燒秸稈而帶來(lái)的一系列環(huán)境污染問(wèn)題[6]，對(duì)保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境具有重要意義。同時(shí)南方丘陵地區(qū)存在大面積的冬閑田，如何開(kāi)發(fā)利用冬閑田是南方地區(qū)發(fā)展冬季農(nóng)業(yè)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。種植綠肥既能對(duì)農(nóng)田土壤起到很好的保水保肥的作用，還能為后茬農(nóng)作物提供大量養(yǎng)分，對(duì)改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境和防治水土流失等方面均具有明顯的作用[7-12]，是開(kāi)發(fā)冬閑田的重要舉措。

前人針對(duì)玉米秸稈腐解和養(yǎng)分釋放規(guī)律[13-14]、 秸稈還田后對(duì)土壤肥力[15]及后茬作物產(chǎn)量[16]的影響做了大量研究，秸稈的降解受到溫度[17-18]、 濕度[19]、 土壤類型[20-21]、 土壤微生物[22-23]以及土壤酶活性[22]等環(huán)境因素的影響; 同時(shí)對(duì)綠肥種植翻壓后對(duì)后茬作物產(chǎn)量、 品質(zhì)等方面也進(jìn)行了一系列研究[24-25]，研究成果均表明綠肥的翻壓有利于下茬作物的增產(chǎn)。但針對(duì)夏秋玉米秸稈還田后在下茬作物播種前這段時(shí)期秸稈在土壤中的腐解動(dòng)態(tài)很少見(jiàn)報(bào)道，而在玉米秸稈還田后，恰是種植綠肥的時(shí)期，隨著綠肥生長(zhǎng)，綠肥根系分泌物中的有機(jī)酸[26]、 根系吸收的水分及綠肥根際微生物對(duì)玉米秸稈腐解及養(yǎng)分的釋放都可能產(chǎn)生一定的影響。玉米收獲后種植綠肥能否促進(jìn)或減緩玉米秸稈腐解及養(yǎng)分釋放是值得關(guān)注的話題。鑒于此，本試驗(yàn)結(jié)合玉米秸稈降解和冬季綠肥種植，通過(guò)田間小區(qū)試驗(yàn)研究紅壤旱地四種不同綠肥種植模式下玉米秸稈腐解特征及碳、 氮、 磷、 鉀的釋放動(dòng)態(tài)，為南方紅壤旱地玉米秸稈還田及冬種綠肥提供一定的理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試玉米秸稈為贛新白糯2號(hào)，供試綠肥為紫花苜蓿(Medicago sativaL.)、 黑麥草(Lolium perenneL.)、 肥田蘿卜(Raphanus sativusL.)。玉米秸稈于2013年10月28日收獲，60℃烘干后，剪成2cm左右的小段，立即裝袋，每袋裝入玉米秸稈30.00g共裝300袋，隨機(jī)選取12袋粉碎后測(cè)定其碳、 氮、 磷、 鉀含量分別為494.50、 23.01、 2.05、 16.24g/kg，碳氮比、 碳磷比、 碳鉀比分別為21.83、 245.99、 30.95。

供試土壤為紅壤性粘土，取20cm耕作層土樣測(cè)定其基本理化性質(zhì)為:pH4.85、 有機(jī)質(zhì)34.16g/kg、 全氮1.02g/kg、 全磷1.18g/kg、 全鉀51.36g/kg、 堿解氮137.02mg/kg、 速效磷54.07mg/kg、 速效鉀178.36mg/kg。

本試驗(yàn)使用的是長(zhǎng)20cm、 寬10cm、 孔徑為74μm(200目)的長(zhǎng)方形尼龍網(wǎng)袋，裝入秸稈后封口。

本試驗(yàn)于2013年11月20日至2014年5月22日在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)科技園紅壤試驗(yàn)地進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理: 空閑(YCK)、 種植紫花苜蓿(YZ)、 種植黑麥草(YH)、 種植肥田蘿卜(YL)，三種綠肥于埋入玉米秸稈袋之日同期播種，播種后立即灌溉一次，此后均無(wú)灌溉。每個(gè)處理小區(qū)種植面積為10m2，重復(fù)3次，共12個(gè)小區(qū)。玉米秸稈埋入土層深度10cm處，每小區(qū)分別埋入24袋，共288袋，分別于翻壓后第7、 14、 21、 28、 42、 72、 117、 177d取樣。每次各小區(qū)隨機(jī)取3袋，每次各處理共取9袋，共取樣8次。將所取網(wǎng)袋中剩余的玉米秸稈樣品于60℃烘干后稱重，粉碎后測(cè)定碳、 氮、 磷、 鉀含量。

翻壓方法: 本試驗(yàn)每個(gè)尼龍網(wǎng)袋中裝入30g經(jīng)60℃烘干后剪成2cm小段的玉米秸稈，埋入10cm深的土層中。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與計(jì)算方法

秸稈全碳用濃硫酸-重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定，秸稈樣品經(jīng)濃硫酸-雙氧水消化后，全氮采用凱氏定氮法(Foss2300定氮儀)測(cè)定，全磷用鉬銻抗比色法(普析通用T6新世紀(jì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì))測(cè)定，全鉀用火焰分光光度法(上海精科火焰光度計(jì)-FP6410)測(cè)定[27]。

以下參考潘福霞等[28]的計(jì)算公式:

累積腐解量(g)= 0d的干物質(zhì)量 - nd的干物質(zhì)量

養(yǎng)分總量(mg)=干物質(zhì)量×養(yǎng)分含量×1000

對(duì)，就是李姓王妃的兒子。包青天經(jīng)過(guò)一系列的偵察和審訊，破獲了這起驚天大案。最后，劉皇后自殺，李妃與已經(jīng)繼承皇位的皇帝母子團(tuán)圓。郭槐做事那么隱秘不還是被老包鍘了？現(xiàn)在是不興鍘刀啊，要是興，我不也是那個(gè)下場(chǎng)？我不虧，那兩個(gè)畜生也不虧！

養(yǎng)分累積減少量(mg)= 0d的養(yǎng)分總量 - nd的養(yǎng)分總量

其中，n為翻壓天數(shù)，1000為g轉(zhuǎn)化為mg的換算系數(shù)。

養(yǎng)分比例(碳氮比、 碳磷比、 碳鉀比)=玉米秸稈中剩余碳含量/玉米秸稈中剩余氮、 磷、 鉀含量

1.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)均以每個(gè)尼龍袋中玉米秸稈腐解量或養(yǎng)分總量計(jì)算。試驗(yàn)數(shù)據(jù)均用Excel2010計(jì)算與整理，利用SPSS19.0軟件進(jìn)行Duncan檢驗(yàn)法單因素方差分析，利用Origin9.0繪圖。

2　結(jié)果與分析

2.1玉米秸稈腐解特征

從圖1可以看出，四種處理下，玉米秸稈腐化均表現(xiàn)為前期快后期慢的特點(diǎn)。玉米秸稈埋入土壤前7d腐解速度最快，第7d時(shí)，空閑、 種植紫花苜蓿、 黑麥草、 肥田蘿卜的累積腐解量分別達(dá)到6.47、 5.08、 4.92、 5.69g，分別占加入量(30.00g)的21.6%、 16.9%、 16.4 %、 19.0%，與空閑相比，種植紫花苜蓿、 黑麥草、 肥田蘿卜累積腐解量分別顯著降低了21.4%、 23.9%和12.0%。其后各處理玉米秸稈腐解速率均明顯下降，累積腐解率變化趨于平穩(wěn)，42d時(shí)種植肥田蘿卜處理的玉米秸稈累積腐解量較空閑顯著降低了13.84%，3個(gè)綠肥處理間累積腐解量并無(wú)顯著差異，此后種植綠肥的3個(gè)處理玉米秸稈腐解量均低于空閑處理，117d時(shí)，種植紫花苜蓿處理較空閑顯著增加了6.9%。直至試驗(yàn)結(jié)束時(shí)(177d)，空閑、 種植紫花苜蓿、 黑麥草、 肥田蘿卜各處理累積腐解量分別達(dá)23.41、 21.22、 20.86、 20.95g，分別占加入量(30.00g)的78.0%、 70.7%、 69.5%、 69.8%。與空閑相比，種植紫花苜蓿、 黑麥草、 肥田蘿卜的累積腐解量分別顯著降低了9.3%、 10.9%、 10.5%。

圖1　玉米秸稈累積腐解量Fig.1　Cumulative decomposition amount of maize straw

[注(Note): 圖中數(shù)據(jù)均為每袋玉米秸稈數(shù)據(jù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤Datainthefigurearemean±SEforeachbag.YCK—空閑Winterfallow;YZ—種植紫花苜蓿Medicago sativaL.;YH—種植黑麥草Lolium perenneL.;YL—種植肥田蘿卜Raphanus sativusL. 同一取樣時(shí)期不同小寫(xiě)字母表示此時(shí)期不同處理間差異顯著(P<0.05)Differentsmalllettersinthesamesamplingperiodsmeansignificantdifferenceamongtreatmentsatthissamplingperiod.]

2.2玉米秸稈碳釋放特征

從圖2可以看出，玉米秸稈埋入后7d內(nèi)，空閑、 種植紫花苜蓿、 黑麥草、 肥田蘿卜玉米秸稈的碳累積釋放量分別達(dá)到5.26、 4.70、 5.31、 5.00g，分別占加入量(14.65g)的35.9%、 32.1%、 36.3%和34.2%。與空閑相比，種植紫花苜蓿和肥田蘿卜處理碳釋放量顯著降低了10.6%和5.0%。此后碳釋放趨于平緩，至117d時(shí)，種植紫花苜蓿處理碳累積釋放量較空閑顯著增加，增幅達(dá)7.4%。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)(翻壓177d后)，四種處理下玉米秸稈碳累積釋放量分別為12.38、 11.07、 11.18、 11.36g，分別占加入量的84.5%、 75.6%、 76.3%、 77.5%。與空閑相比，種植紫花苜蓿、 黑麥草和肥田蘿卜的碳累積釋放量分別顯著降低了10.6%、 9.7%和8.3%。

圖2　玉米秸稈碳釋放特征Fig.2　The characteristics of carbon release of maize straw

[注(Note): 圖中數(shù)據(jù)均為每袋玉米秸稈數(shù)據(jù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤Datainthefigurearemean±SEforeachbag.YCK—空閑Winterfallow;YZ—種植紫花苜蓿Medicago sativaL.;YH—種植黑麥草Lolium perenneL.;YL—種植肥田蘿卜Raphanus sativusL. 同一取樣時(shí)期不同小寫(xiě)字母表示此時(shí)期不同處理間差異顯著(P<0.05)Differentsmalllettersinthesamesamplingperiodmeansignificantdifferenceamongtreatmentsatthissamplingperiod.]

2.3玉米秸稈氮釋放特征

從圖3可以看出，各處理下玉米秸稈氮釋放亦呈現(xiàn)前期快后期慢的特點(diǎn)。翻壓7d時(shí)，空閑、 種植紫花苜蓿、 黑麥草、 肥田蘿卜四個(gè)處理下，氮素累積釋放量分別達(dá)到229.52、 139.75、 177.86和112.72mg，分別占加入量(690.07mg)的33.3%、 20.2%、 25.8%和16.3%。與空閑相比，種植紫花苜蓿、 黑麥草和肥田蘿卜處理分別顯著降低了39.1%、 22.5%和50.9%，且種植黑麥草處理較種植紫花苜蓿和肥田蘿卜處理氮累積釋放量分別顯著提高了27.3%和57.8%。14d時(shí)，空閑處理下玉米秸稈氮累積釋放量仍顯著高于種植綠肥處理，且種植黑麥草處理下玉米秸稈氮累積釋放量較種植肥田蘿卜處理顯著提高了61.7%。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束(翻壓177d)時(shí)，空閑、 種植紫花苜蓿、 黑麥草、 肥田蘿卜氮素累積釋放量分別達(dá)到479.46、 513.04、 442.58、 530.20mg，分別占加入量的69.5%、 74.3%、 64.1%、 76.8%。與空閑相比，各處理差異不顯著。與種植黑麥草相比，種植紫花苜蓿和肥田蘿卜分別顯著提高了15.9%和19.8%。

圖3　玉米秸稈氮釋放特征Fig.3　The characteristics of nitrogen release of maize straw

[注(Note): 圖中數(shù)據(jù)均為每袋玉米秸稈數(shù)據(jù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤Datainthefigurearemean±SEforeachbag.YCK—空閑Winterfallow;YZ—種植紫花苜蓿Medicago sativaL.;YH—種植黑麥草Lolium perenneL.;YL—種植肥田蘿卜Raphanus sativusL. 同一取樣時(shí)期不同小寫(xiě)字母表示此時(shí)期不同處理間差異顯著(P<0.05)Differentsmalllettersinthesamesamplingperiodmeansignificantdifferenceamongtreatmentsatthissamplingperiod.]

2.4玉米秸稈磷釋放特征

圖4　玉米秸稈磷釋放特征Fig.4　The characteristics of phosphorus release of maize straw

[注(Note): 圖中數(shù)據(jù)均為每袋玉米秸稈數(shù)據(jù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤Datainthefigurearemean±SEforeachbag.YCK—空閑Winterfallow;YZ—種植紫花苜蓿Medicago sativaL.;YH—種植黑麥草Lolium perenneL.;YL—種植肥田蘿卜Raphanus sativusL. 同一取樣時(shí)期不同小寫(xiě)字母表示此時(shí)期不同處理間差異顯著(P<0.05)Differentsmalllettersinthesamesamplingperiodmeansignificantdifferenceamongtreatmentsatthissamplingperiod.]

2.5玉米秸稈鉀釋放特征

從圖5可以看出，與碳、 氮和磷的釋放不同，鉀的釋放速率較快，自翻壓后42d玉米秸稈中的鉀元素均釋放完(自42d起火焰分光光度計(jì)均檢測(cè)不出玉米秸稈中鉀元素含量，故認(rèn)定自42d起玉米秸稈中的鉀元素全部釋放完畢)。自翻壓后7d內(nèi)，空閑和種植紫花苜蓿、 黑麥草、 肥田蘿卜各處理鉀的釋放量分別達(dá)到328.27和240.78、 76.17、 181.32mg，分別占加入量的67.4%和49.4%、 15.6%、 37.2%。與空閑相比，種植綠肥三個(gè)處理顯著降低了初期玉米秸稈鉀的釋放，降幅分別為26.7%、 76.8%和44.8%。14d時(shí)，各處理累積釋放量分別為377.47、 258.37、 343.13和397.31mg，種植黑麥草和肥田蘿卜處理，玉米秸稈鉀的釋放量迅速增加，較7d時(shí)分別增加了266.96和215.99mg，增幅達(dá)350.5%和119.1%。與空閑相比，翻壓后14d和21d種植紫花苜蓿、 黑麥草處理均顯著減緩了玉米秸稈鉀的釋放，降幅分別為31.6%和9.1%、 8.9%和12.1%。至28d時(shí)，空閑和種植紫花苜蓿、 黑麥草、 肥田蘿卜鉀的累積釋放量為487.20和444.85、 456.94、 434.55mg，分別占加入量的100.0%和91.3%、 93.8%、 89.2%，此時(shí)空閑處理玉米秸稈中的鉀元素已全部釋放完，而種植三種綠肥處理則較空閑顯著減緩了鉀的釋放，降幅分別8.7%、 6.2%和10.8%，而種植黑麥草處理玉米秸稈鉀的釋放量較種植肥田蘿卜處理顯著提高了5.2%。至42d，各處理下玉米秸稈中的鉀元素均釋放完。

圖5　玉米秸稈鉀釋放特征Fig. 5　The characteristics of potassium release of maize straw

[注(Note): 圖中數(shù)據(jù)均為每袋玉米秸稈數(shù)據(jù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤Datainthefigurearemean±SEforeachbag.YCK—空閑Winterfallow;YZ—種植紫花苜蓿Medicago sativaL.;YH—種植黑麥草Lolium perenneL.;YL—種植肥田蘿卜Raphanus sativusL. 同一取樣時(shí)期不同小寫(xiě)字母表示此時(shí)期不同處理間差異顯著(P<0.05)Differentsmalllettersinthesamesamplingperiodmeansignificantdifferenceamongtreatmenceatthissamplingperiod.]

2.6玉米秸稈碳與各養(yǎng)分比例變化特征

從圖6可以看出，空閑處理碳氮比(C/N)一直呈下降趨勢(shì)，而三種綠肥處理的C/N呈現(xiàn)波動(dòng)，至117d時(shí)碳氮比到達(dá)最小值，而后177d時(shí)上升。玉米秸稈翻壓7d后，空閑和種植紫花苜蓿、 黑麥草、 肥田蘿卜處理下C/N分別為20.38和18.08、 18.23、 16.71，與空閑相比，種植綠肥三個(gè)處理C/N顯著降低了11.3%、 11.8%、 21.9%。至117d時(shí)，種植紫花苜蓿、 黑麥草、 肥田蘿卜處理下C/N達(dá)到最小值分別為11.19、 13.45、 12.29，各種植綠肥處理較空閑差異均不顯著，但種植紫花苜蓿處理C/N則顯著低于種植黑麥草處理。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，空閑、 紫花苜蓿、 黑麥草、 肥田蘿卜處理下C/N分別為10.76、 21.82、 14.42、 20.61，分別較初始玉米秸稈C/N(21.83)降低了50.7%、 0.1%、 33.9%、 5.6%。與空閑相比，種植紫花苜蓿、 肥田蘿卜的C/N顯著增加了102.8%和91.6%。

空閑、 種植紫花苜蓿、 黑麥草、 肥田蘿卜處理下，碳磷比(C/P)均表現(xiàn)為在埋入后第7d內(nèi)較初始玉米秸稈C/P(245.99)分別提高了129.7%、 159.4%、 153.1%、 145.3%。其中從7d至21d內(nèi)，各處理C/P變化不大，此后空閑處理呈先上升后下降的趨勢(shì)，種植紫花苜蓿呈現(xiàn)一直上升趨勢(shì)，而種植黑麥草和肥田蘿卜處理則呈現(xiàn)先上升后下降再上升的趨勢(shì)。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，空閑、 種植紫花苜蓿、 黑麥草、 肥田蘿卜C/P分別達(dá)到704.74、 1046.12、 1214.93、 1740.58，分別較初始玉米秸稈碳磷比(245.99)提高了186.5%、 325.3%、 393.9%、 607.6%。與空閑相比，種植紫花苜蓿、 黑麥草、 肥田蘿卜碳磷比分別顯著增加了48.4%、 72.4%、 147.0%。

四種處理?xiàng)l件下碳鉀比均呈上升趨勢(shì)，由于至42d時(shí)，各處理鉀釋放量均達(dá)到100%，故只討論28d前的碳鉀比變化。翻壓后7d，玉米秸稈碳鉀比中僅種植黑麥草處理的碳鉀比較埋入時(shí)降低了26.3%，其余三個(gè)處理均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且三種種植綠肥處理均顯著低于空閑對(duì)照。14d時(shí)，與空閑相比，種植肥田蘿卜處理下玉米秸稈碳鉀比顯著提高，而種植紫花苜蓿處理則顯著降低。21d時(shí)，種植紫花苜蓿和黑麥草處理玉米秸稈碳鉀比均顯著低于空閑處理。至28d時(shí)，空閑處理玉米秸稈中的鉀元素全部釋放完，故該處理碳鉀比無(wú)法計(jì)算，而種植紫花苜蓿、 黑麥草、 肥田蘿卜碳鉀比分別達(dá)到185.01、 251.04、 156.92，分別較初始玉米秸稈碳鉀比(30.95)提高了497.8%、 711.1%、 407.0%，且種植黑麥草處理下玉米秸稈碳鉀比顯著高于種植肥田蘿卜處理。

圖6　玉米秸稈碳與各養(yǎng)分比例變化特征Fig.6　The dynamic characteristic of ratios of C, N, P and K from maize straw

[注(Note): 自42d起火焰分光光度計(jì)均檢測(cè)不出玉米秸稈中鉀元素含量，認(rèn)定玉米秸稈中的鉀元素全部釋放完，故自42d起均不做玉米秸稈中碳鉀比的分析Since42thday,potassiuminmaizestrawwasnotdetectedbyflamespectrophotometer,soweidentifiedpotassiuminmaizestrawhasreleasedcompletely，sowedidn’tanalysisC/K.YCK—空閑Winterfallow;YZ—種植紫花苜蓿Medicago sativaL.;YH—種植黑麥草Lolium perenneL.;YL—種植肥田蘿卜Raphanus sativusL. 同一取樣時(shí)期不同小寫(xiě)字母表示此時(shí)期不同處理間差異顯著(P<0.05)Differentsmalllettersinthesamesamplingperiodmeansignificantdifferenceamongtreatmentsatthissamplingperiod.]

3　討論

本研究中空閑、 種植紫花苜蓿、 黑麥草、 肥田蘿卜四種處理下玉米秸稈腐解和養(yǎng)分釋放速率主要集中在翻壓后7d左右，后期相對(duì)較慢。這主要是由于前期玉米秸稈中的各種水溶性物質(zhì)，如多糖、 氨基酸、 無(wú)機(jī)養(yǎng)分等[29]，為微生物生長(zhǎng)提供一定的碳源和氮源，增加了微生物活性[30]，微生物可通過(guò)細(xì)胞內(nèi)消化或分泌胞外酶等多種方式將秸稈分解利用。當(dāng)可溶性的物質(zhì)分解完后，剩余的難溶性的纖維素、 半纖維素、 木質(zhì)素等物質(zhì)較難分解[31]，從而后期分解速度明顯下降，這與前人研究的不同秸稈腐化特征類似[32]。而在翻壓后7d時(shí)，種植綠肥各處理腐解量均顯著低于空閑處理，可能是播種后立即進(jìn)行灌溉，灌溉后由于種植綠肥處理種子能夠吸收大量水分，阻隔了水分直接進(jìn)入到土壤下層翻壓的玉米秸稈中，使得秸稈水分較少，故腐解釋放較慢[33]。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，種植綠肥處理玉米秸稈累積腐解量均顯著低于空閑處理，可能由于此時(shí)綠肥已達(dá)到營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)盛期，在相同的降雨條件下，綠肥根系吸收了土壤中的水分，并通過(guò)蒸騰作用帶離土壤，而空閑對(duì)照土壤中的水分未經(jīng)過(guò)根系截留直接進(jìn)入玉米秸稈疏松多孔結(jié)構(gòu)中，使之維持高濕環(huán)境，隨著溫度上升，微生物活性增強(qiáng)，更利于秸稈分解[34]。南雄雄等[35]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈釋放的碳約有50%的碳通過(guò)微生物礦化作用以二氧化碳的形式散失，而種植三種綠肥均能減緩玉米秸稈碳的釋放，同時(shí)也能一定程度降低二氧化碳的排放量。

4　結(jié)論

玉米秸稈腐解及其養(yǎng)分釋放速率均在翻壓后第7天達(dá)到最大值，之后腐解和養(yǎng)分釋放速率減緩。與空閑相比，種植綠肥能顯著減緩玉米秸稈腐解和秸稈中碳、 鉀的釋放，而種植紫花苜蓿和肥田蘿卜能促進(jìn)玉米秸稈氮素釋放，種植黑麥草則減緩了玉米秸稈氮素釋放。種植肥田蘿卜能顯著促進(jìn)玉米秸稈磷素轉(zhuǎn)化釋放。冬季種植肥田蘿卜既對(duì)前茬秸稈還田后氮素釋放有一定促進(jìn)作用，又可增加缺乏有效磷的紅壤中磷的有效性，同時(shí)還能減緩鉀的釋放，使鉀釋放更為長(zhǎng)效，是南方丘陵區(qū)玉米地一種土壤培肥和秸稈養(yǎng)分釋放較好的冬季綠肥種植模式。

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Studyondecompositionofmaizestrawunderdifferentgreenmanurecroppingpatterns

XUJian-cheng1,2,WANGXiao-wei1,2#,ZHUXiao-fang1,2,DENGXiao-dong1,2,YANGWen-ting1,2*

(1 Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Genetic Breeding, Ministry of Education, Nanchang 330045, China;2 School of Agricultural Sciences, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China)

【Objectives】Maize(Zea maysL)isthelargestgraincropinChina,howtotreatlargeamountofmaizestrawisoneofkeyproblems.Studyingtheeffectofdifferentwintergreenmanureonthedecompositionofmaizestrawisveryimportantforthedevelopmentofsustainableagriculture.【Methods】Weusednylonbagsunderfourdifferentgreenmanurecroppingpatterns[winterfallow(YCK), Medicago sativaL.(YZ), Lolium perenneL.(YH), Raphanus sativusL.(YL)]toassessresiduedecompositiondynamicandmajornutrientsrelease[carbon(C),nitrogen(N),phosphorus(P)andpotassium(K)]ofmaizestrawwithin177daysinredsoil.【Results】Thedecompositionandnutrientreleaseratesinmaizestrawwerefastintheearlystageandslowinthelaterstageunderthefourdifferentgreenmanurecroppingpatterns.Themaximumdecompositionandnutrientreleaseratesbothappearedatthe7thdayafterthemaizestrawwasplowedintotheredsoil.Atthe177thday,thecumulativedecompositionamountsinthemaizestrawwere23.41, 21.22, 20.86and20.95grespectivelyunderfourgreenmanurecroppingpatterns(YCK,YZ,YH,YL),andcomparedtoYCK,YZ,YHandYLtreatmentsweresignificantlydecreasedby9.3%, 10.9%, 10.5%respectively;thecumulativecarbonreleaseamountswere12.38, 11.07, 11.18, 11.36grespectively,werealsosignificantlyreducedby10.6%, 9.7%and8.3%respectivelyunderthethreetreatments,comparedtoYCK.ThecumulativeNreleaseamountsundereachtreatmentwere479.46, 513.04, 442.58and530.20mgrespectively,comparedwithYCK,therewasnosignificantdifferenceundergreenmanuretreatments;butthecumulativeNreleaseamountsunderYHwas13.7%and16.5%lowerthanthatunderYZandYL.Forphosphorus,thecumulativereleaseamountswere58.10, 57.91, 58.47and59.47mgrespectively,YLtreatmentsignificantlyincreasedby2.35%comparedtoYCK.Atthe28thday,thecumulativereleaseamountofKineachtreatmentwas487.20, 444.85, 456.94and434.55mg,thecumulativereleaseamountofKunderYCKreached100%,thoseunderYZ,YHandYLreached91.31%, 93.79%and89.19%respectively,whichweresignificantlydecreasedcomparedtotheYCK,allthetreatmentsreleasedKcompletelyatthe42thday.TheC/N,C/PandC/KratiosinthemaizestrawintheYZ,YHandYLweresignificantlyhigherthanthatintheYCKatthe177thday.【Conclusion】Themaximumratesofthecumulativedecompositionandnutrientreleaseinthemaizestrawappearatthe7daysandgetslowinthelatertime.PlantinggreenmanurecansignificantlyslowdownthedecompositionrateofmaizestrawandreleaseratesofCandK;cultivatingMedicago sativaL.(YZ)andRaphanus sativusL.(YL)canpromoteNreleaseofmaizestraw, Lolium perenneL.(YH)caninhibitmaizestrawNrelease, Raphanus sativusL.(YL)couldsignificantlypromotePrelease.PlantingRaphanus sativusL.notonlycanpromoteNrelease,butincreasetheeffectivenessofphosphorusintheredsoil.Whileitcanreducetherateofpotassiumreleasefrommaizestraw,makethestrawpotassiummoreeffective.Sothat,consideringofimprovingsoilfertilityandreasonablestrawnurientsrelease, Raphanus sativusListhebetterwintergreenmanureafterthemaizeharvested.

maizestraw;greenmanure;decompositionrate;nutrientrelease

2014-11-13接受日期: 2015-02-11網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2015-04-21

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31360108); 高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(20133603120005)資助。

徐健程(1991—)，男，江蘇鹽城人，碩士研究生，主要從事農(nóng)田土壤肥力研究。E-mail:bangencao@126.com

#王曉維與第一作者同等貢獻(xiàn)。 *通信作者E-mail:ywt111@163.com

S141.4;S142+.1

A

1008-505X(2016)01-0048-11