旱地不同綠肥品種和種植方式提高土壤肥力的效果

李紅燕，胡鐵成，曹群虎，魚昌為，曹衛東，黃冬琳，翟丙年，高亞軍，4

（1 西北農林科技大學資源環境學院，陜西楊凌 712100；2 陜西省長武縣農業技術推廣中心，陜西長武 713600；3 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，北京 100081；4 農業部西北植物營養與農業環境重點實驗室，陜西楊凌 712100）

旱地不同綠肥品種和種植方式提高土壤肥力的效果

李紅燕1，胡鐵成1，曹群虎2，魚昌為2，曹衛東3，黃冬琳1，翟丙年1，高亞軍1，4*

（1 西北農林科技大學資源環境學院，陜西楊凌 712100；2 陜西省長武縣農業技術推廣中心，陜西長武 713600；3 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，北京 100081；4 農業部西北植物營養與農業環境重點實驗室，陜西楊凌 712100）

【目的】黃土高原旱地土壤貧瘠，夏閑期雨熱資源難以被充分利用。本研究通過田間試驗研究不同夏季綠肥品種及其種植方式對綠肥鮮重、綠肥養分還田量、土壤養分含量、土壤酶活性、土壤水溶性有機碳和微生物量碳含量的影響，旨在篩選出適宜當地夏閑期種植的綠肥品種及種植方式，為促進黃土高原地區農業可持續發展提供理論依據和技術支持。【方法】本研究采用隨機區組設計，以夏季裸地休閑為對照，設綠肥（綠豆、長武懷豆、毛葉苕子、油菜）和綠肥種植方式（麥后播種、麥田套種）為研究因素，共 9 個處理。綠肥盛花期全區齊地收割地上部并稱重計鮮草產量，分析綠肥地上部氮磷鉀含量；每個小區采集 50 株綠肥下長、寬、深均為20 cm 的土體中的根系，稱重并進行分析；綠肥收獲翻壓 20 天后，于各小區采集 0—20 cm 土壤樣品，測定土壤養分含量，土壤微生物量碳，土壤水溶性有機碳含量以及主要酶含量。【結果】綠肥麥后播種生物量要高于麥田套種；麥后播種以懷豆和油菜生物量較高，套種以油菜生物量顯著高于其他處理。不同種植方式下綠肥總養分還田量與生物量規律類似；麥后播種長武懷豆顯著提高了氮素和磷素還田量，麥后播種油菜顯著提高了磷素和鉀素還田量；套種時氮、磷和鉀還田量由高到低順序為油菜＞毛葉苕子＞綠豆＞長武懷豆，不同綠肥間差異達到顯著水平。翻壓油菜土壤有機質、速效磷及速效鉀含量都要顯著高于休閑處理；麥后播種長武懷豆并翻壓 2年后，0—20 cm 土壤有機質、總氮、礦質氮、速效磷及速效鉀含量較休閑分別提高了 12.4%、22.2%、95.9%、28.6% 和 11.2%。種植綠肥與休閑相比，土壤水溶性有機碳和微生物量碳含量均有所提高，其中套種油菜增加達顯著水平，麥后播種各綠肥間土壤微生物量碳含量差異不顯著，但都顯著高于休閑。與休閑相比，麥后播種綠肥均提高了土壤酶活性；套種綠肥除綠豆處理的脲酶和過氧化氫酶低于休閑外，其他處理均提高了土壤酶活性。土壤各測定指標與綠肥生物量之間均有顯著或極顯著的正相關關系，表明土壤肥力的提高主要取決于還田綠肥的生物量。【結論】長武懷豆和油菜翻壓入土后，能夠增加土壤的養分含量和酶活性，培肥效果優于綠豆和毛葉苕子。麥后播種綠肥的生物量、養分還田量顯著高于套種，土壤養分含量及土壤酶活性也較高。所以在黃土旱塬地區可選擇麥后播種長武懷豆和油菜可有效改善土壤肥力。

懷豆；油菜；麥后播種；土壤性質

黃土高原大部分區域光、熱、水資源滿足作物一熟有余而兩熟不足，因此常有大片土地夏季或冬季處于休閑狀態。利用這些剩余的資源插播短期綠肥作物不僅可以減少雜草生長和病蟲害發生［1］，而且能提高土地和勞動力資源利用率［2-3］。夏閑期種植作物在一定程度上消耗了土壤水分，對后季作物（如冬小麥）產量的影響會由于降水量等環境因素不同而存在差異［4］，在降水正常的年份，播種綠肥通常不會降低后季作物產量［5-6］，有利于充分利用土地資源，保護農田生態環境，促進可持續發展。

綠肥作物種植方式多種多樣，有間、套、復種（麥后播種），不同作物與不同種植方式的效果不同。如玉米與苜蓿間作，土壤有機質質量分數上升，體積質量下降，土壤全氮、全磷、全鉀質量分數提高［7］。豌豆與大麥間作時，由于豌豆對大麥存在一個遮陰的效應，導致大麥籽粒不飽滿［8］。小麥和大豆套種可以有效調節土壤濕度、溫度及理化性狀，促使氮素向有利于作物吸收及減少損失方向發展［9］。在麥行間套作鷹嘴豆可以增加土壤的有效磷含量從而緩解土壤缺磷情況［10］。麥茬復種油菜，由于油菜根系能分泌大量有機物活化分解土壤中難溶性磷素，激活土壤生物活性，加速麥茬在土壤中的有機腐化，提高土壤肥力［11］。綠肥種類繁多，既有豆科綠肥，也有禾本科、十字花科綠肥等。那么在黃土高原地區適合種植哪些品種的綠肥，并且哪種種植方式更有效有待研究。

本研究采用田間試驗，以長武懷豆（大豆的當地品種）、綠豆、毛葉苕子和油菜為研究對象，比較其麥后播種與套種對旱地土壤理化性質和生物學性質的影響，以期篩選出該地區培肥效果最佳的綠肥種類及種植方式，為黃土高原地區可持續農業建立合理的土地用養制度提供理論依據。

1　材料與方法

1.1試驗地概況

試驗地位于黃土高原中南部的陜西省長武縣丁家鎮丁家村，海拔 1220 m，屬西北內陸暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，雨熱同季，四季冷暖干濕分明，年均氣溫 9.1℃，無霜期 171 d。熱量豐富，年平均日照 2226.5 h，積溫 2994℃，多年平均降水 584 mm，且季節性分布不均，多集中于夏秋季節。試驗地土壤為黃蓋粘黑壚土（Cumuli-Ustic Isohumosols，系統分類名稱：堆墊干潤均腐土），母質為中壤質馬蘭黃土，土層深厚，全剖面土質均勻疏松，通透性好，土壤養分含量為：有機質 14.1 g/kg、全氮 0.89 g/kg、全磷 0.61 g/kg、硝態氮 12.42 mg/kg、銨態氮2.32 mg/kg、速效磷 5.43 mg/kg、速效鉀 153.3 mg/kg，pH 為 7.80。研究區農業生產主要依賴生育期的天然降水和前期土壤蓄水，屬于典型的旱作農業區，主要種植制度為一年一熟。

1.2試驗方案

試驗采取兩因素（綠肥種類和綠肥種植方式）完全隨機區組設計。綠肥種類包括綠豆（播種量 113 kg/hm2）、長武懷豆（播種量 150 kg/hm2）、毛葉苕子（播種量 150 kg/hm2）和油菜（播種量 15 kg/hm2）；種植方式為麥后播種（小麥收獲后硬茬播種綠肥）和麥田套種（小麥生長后期麥田撒播綠肥），以休閑不種綠肥為對照，共 9 個處理。小區面積為 100 m2（4 m×25 m），重復4次。

綠肥套種 2011年于 6月15日施行，麥后播種于 6月30日小麥收獲后施行，8月30日用旋耕機將綠肥直接翻壓于土壤中，翻壓深度 10—20 cm。2012年6月5日綠肥套種，麥后 6月30日播種綠肥，9月 1日翻壓綠肥。

1.3測定項目及方法

綠肥盛花期齊地收割全區綠肥地上部，稱重計鮮草產量；每個小區隨機選取 20 株綠肥地上部進行植株養分分析，隨機選取 50 株綠肥，采集其下部長、寬、深均為 20 cm 的土體中的根系，用自來水將根系沖洗干凈，晾干水分后稱重，并將其中 20 株根系用作分析樣品。綠肥收獲翻壓 20 天（2012年9月 20日）后于各小區采集 0—20 cm 土壤樣品，進行土壤肥料指標分析。

綠肥植物樣品 95℃ 殺青 30 分鐘，于 65℃ 烘至恒重，計算含水量；烘干植物樣經粉碎混勻后，用硫酸過氧化氫濕法消解，流動分析儀測定全氮含量，鉬黃比色法測定全磷含量，火焰光度法測定全鉀含量；采用烘干法測定土壤樣品水分含量，用 1 mol/L 氯化鉀浸提連續流動分析儀法測硝銨態氮含量，用 0.5 mol/L 的碳酸氫鈉浸提比色法測有效磷含量，火焰光度法測速效鉀含量，凱式定氮法測定全氮含量，采用氯仿熏蒸浸提用 TOC 有機碳分析儀測定微生物量碳含量；重鉻酸鉀外加熱法測有機質含量；用蒸餾水 2∶1 進行浸提，25℃ 下恒溫震蕩 30 min，（250次/min）離心 10 min（4000 轉/min）后采用重鉻酸鉀法測定水溶性有機碳含量，磷酸苯二鈉比色法測堿性磷酸酶含量，靛酚藍比色法測定脲酶含量，3，5-二硝基水楊酸比色法測定蔗糖酶含量，容量滴定法測定過氧化氫酶［12］含量。土壤總體酶活性的計算方程如下：

計算式表述為：將測出的整個土壤酶活性計算其平均值，將其平均值作為對照，然后再計算各種土壤酶活性的相對值，最后總和作為總體酶活性。式中， Xi表示的是各種供試土壤第 i 種土壤酶活性的測定值，X 為相同酶的活性的平均，Et 值表示總體酶活性的大小［13］。

試驗數據采用 Microsoft Excel 2013 和 DPS7.5 統計軟件進行統計分析，LSD 法檢驗差異顯著性（P＜0.05）。

2　結果分析

2.1種植方式對不同綠肥鮮重的影響

由表1看出，麥后播種懷豆地上部鮮重顯著高于綠豆、毛葉苕子與油菜，后三者之間無顯著差異（P＜0.05）；根系生物量由高到低為懷豆＞油菜＞綠豆＞毛葉苕子，差異達到顯著水平（P＜0.05）。綠肥套種時，地上部生物量由高到低為油菜＞毛葉苕子＞綠豆＞懷豆，差異達顯著水平（P＜0.05）；根系生物量的高低與地上部規律類似。總體來說，麥后播種綠肥地上部鮮重高于麥田套種。2012年種植方式對綠肥鮮重的影響與第一年相似，只有麥后播種油菜鮮重提高，與麥后播種懷豆無顯著差異，麥后播種懷豆和油菜的鮮重都要顯著高于其他處理。綜合兩年結果看，綠肥麥后播種生物量要高于麥田套種，播種懷豆和油菜鮮重較高，套種油菜鮮重最高。套種條件下，綠肥種子體積大的綠肥鮮重小于體積小的，可能因為種子過大無法入土發苗。

表1　2011年和 2012年麥后播種和套種不同綠肥的鮮重（kg/hm2，FW）Table 1　Green manure biomass sown after wheat harvest and intercropped with wheat in 2011 and 2012

2.2種植方式對不同綠肥處理養分還田量的影響

2011年和 2012年總養分還田量見表2。麥后播種綠肥時，氮素還田量長武懷豆與毛葉苕子之間沒有顯著差異，但都顯著高于綠豆和油菜（P＜0.05）；磷素還田量長武懷豆與油菜之間沒有顯著差異，但顯著高于綠豆與毛葉苕子（P＜0.05）；鉀素還田量油菜顯著高于其他三種綠肥（P＜0.05）。綠肥套種時，氮素還田量由高到低為油菜＞毛葉苕子＞綠豆＞長武懷豆，且差異達到顯著水平（P＜0.05）；磷素和鉀素還田量高低與氮素類似。總體來說，麥后播種綠肥養分還田量高于套種綠肥，這與綠肥生物量規律類似，說明生物量越高，養分還田量越高。

2.3種植方式對不同綠肥處理 0—20 cm 土壤養分含量的影響

綠肥翻壓 20 天后的土壤養分結果（表3）表明，麥后播種綠肥時，不同綠肥處理的土壤有機質和全氮含量之間均無顯著差異；長武懷豆和毛葉苕子處理的土壤礦質氮含量差異不顯著，但均顯著高于油菜處理（P＜0.05）；油菜處理土壤速效磷含量與長武懷豆處理相當，但顯著高于綠豆和毛葉苕子處理（P＜0.05）；不同綠肥處理土壤速效鉀無顯著差異。麥后播種長武懷豆時，土壤有機質、全氮、有效氮磷鉀含量均顯著高于休閑處理；麥后播種油菜時土壤有機質、速效磷和速效鉀含量均顯著高于休閑處理。套種綠肥時，油菜處理有機質含量顯著高于懷豆處理；四種綠肥處理土壤全氮含量和礦質氮含量之間均無顯著差異；油菜處理土壤速效磷含量顯著高于毛葉苕子、長武懷豆和綠豆處理（P＜0.05）；油菜處理土壤速效鉀含量顯著高于懷豆處理（P＜0.05）。套種長武懷豆時，土壤養分含量與休閑處理間無顯著差異；套種油菜時土壤有機質、速效磷和速效鉀含量均顯著高于休閑處理。長武懷豆麥后播種時土壤養分含量顯著高于套種，而其他三種綠肥麥后播種與套種對土壤養分含量影響不大。

表2　2年綠肥總養分還田量（kg/hm2）Table 2　Total green manure nutrients returned to soil in the two years’ period

表3　種植翻壓綠肥 2年后不同處理土壤養分含量Table 3　Soil nutrient contents of different treatments after 2 years of the green manure application

由表4可見，麥后播種綠肥時，4 種綠肥處理的土壤微生物量碳和水溶性有機碳含量間均無顯著差異；然而，麥后播種懷豆和油菜時，土壤水溶性有機碳含量均顯著高于休閑處理；與休閑相比，麥后播種四種綠肥時均顯著提高了微生物量碳含量。套種綠肥時，油菜處理的土壤微生物量碳和水溶性有機碳含量均顯著高于長武懷豆處理（P＜0.05）；與休閑相比，套種油菜時顯著提高了土壤微生物量碳和水溶性有機碳含量。長武懷豆麥后播種時土壤微生物量碳含量均顯著高于套種處理，其他三種綠肥麥后播種與套種時土壤碳含量均無顯著差異。

2.4種植方式對不同綠肥處理 0—20 cm 土壤酶活性的影響

翻壓綠肥兩年后土壤酶活性結果（表5）表明，四種綠肥麥后播種時，脲酶活性和蔗糖酶活性均無顯著差異；毛葉苕子處理的土壤磷酸酶活性顯著低于其他三種綠肥；油菜處理的土壤過氧化氫酶活性顯著高于綠豆處理（P＜0.05）。綠肥麥后播種時土壤酶活性總體高于休閑處理。套種綠肥時，種植油菜處理的土壤磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性均顯著高于長武懷豆和綠豆處理，但與毛葉苕子處理間差異不顯著。油菜和毛葉苕子套種時土壤酶活性總體高于休閑處理。長武懷豆麥后播種時土壤酶活性高于套種，而其他綠肥麥后播種時土壤酶活性與套種時差異不大。總體酶活性高低順序為麥后播種時懷豆＞油菜＞綠豆＞毛葉苕子，套種時油菜＞毛葉苕子＞綠豆＞懷豆，總體看來麥后播種時土壤總體酶活性高于套種。不論綠肥麥后播種還是套種，土壤酶活性均高于休閑。

表4　翻壓 2年后不同綠肥處理土壤微生物量碳和水溶性有機碳含量（mg/kg）Table 4　SMBC and DOC of different treatments after 2 years of the green manure application

表5　不同綠肥處理的土壤酶活性Table 5　Soil enzyme activities in different treatments

2.5綠肥生物量與土壤性狀的相關性

從表6可以看出，綠肥生物量與土壤各種養分含量及土壤酶活性之間均有顯著或極顯著的正相關關系，表明土壤肥力的提高主要取決于還田綠肥的生物量。

3　討論

3.1不同種植方式對土壤性質的影響

本研究發現，麥后播種綠肥生物量要高于麥田套種生物量（表1），說明種植方式明顯影響綠肥生物量大小。其原因主要可能是一方面套種時撒播綠肥種子，有一部分種子（特別是顆粒較大的綠肥種子）很難與土壤有緊密接觸，因此，出苗較少，尤其是小麥生長后期如果降水量不足會大大降低套種綠肥的密度，因此生物量較低；另一方面可能是因為麥后播種時綠肥在生長過程中與其競爭養分和光照的作物較少，有充足的養分和光照保證其生長，所以麥后播種時生物量要高于套種。

表6　綠肥生物量與土壤養分和酶活性的相關性Table 6　Relationships between green manure biomass and soil properties

有研究發現，綠肥生物量與地力提高之間有一個顯著的正相關關系，即綠肥生物量越高，能給土壤提供的新鮮有機物質越多，也就越有利于地力的提高［14］。本研究也發現，由于麥后播種綠肥生物量比麥間套種生物量高，所以麥后播種綠肥養分還田量都要高于套種（表2）。而且，一般翻壓入土的生物量越大，培肥效果越好［15］，若綠肥翻壓的生物量較小，則起不到改良土壤以及為后茬作物提供養分的作用［16］。本研究也發現，各土壤的性質和綠肥生物量之間存在顯著或極顯著的正相關關系（表6），因為綠肥作物在生長過程中會產生一些分泌物和凋落物，增加了土壤的酶含量，從而活化了土壤中的一些有機物質，達到提高土壤肥力的效果。Shah 等［17］研究也認為，隨著翻壓綠肥生物量的提高，土壤養分也隨之增加。本研究中，雖然麥后播種綠肥生物量要高于套種，但是這兩種種植方式下的土壤養分、含碳量及各種酶之間并沒有表現出明顯差異，原因一方面可能是種植綠肥年限不夠長；另一方面可能是套種綠肥種植時間比麥后播種綠肥早，套種綠肥更早、更多分泌有機物及形成凋落物。但是，總體來說，麥后播種綠肥時土壤養分含量有高于套種綠肥的趨勢。但是麥后播種綠肥和套種綠肥畢竟是兩個不同的種植方式，對土壤養分的活化機理是否一致還有待于進一步研究。

3.2不同綠肥品種對土壤性質的影響

綠肥的培肥效果因綠肥種類和種植地域的差異而不同。例如，李銀平等［18］發現，在新疆連作 8年的棉田種植并翻壓 4 種不同綠肥后對土壤有機質含量有顯著不同的效果：與不種綠肥相比，草木樨使土壤有機質含量提高 1.44 g/kg，大豆使有機質含量提高 0.17 g/kg；而油菜和油葵則使土壤有機質含量分別降低 1.58 和 0.17 g/kg。王曉軍等［19］研究發現，在黑龍江綠肥和小麥套種 3年并翻壓還田后，毛葉苕子對土壤有機質以及速效氮、磷、鉀的增加最明顯且效果最好。本研究發現，2年翻壓綠肥后不管是麥后播種油菜還是麥間套種油菜，油菜還田后土壤有機質、速效磷及速效鉀含量都要顯著高于休閑，原因之一可能是盛花期油菜碳氮比為 20～25∶1，更有利于植株被分解［20］；再加上油菜根系的分泌物可增強土壤微生物和土壤生化活性作用，并能溶解和利用土壤中的難溶性磷［16］，所以效果較佳。王曉軍［21］則認為豆科綠肥氮還田量高于十字花科，原因應該與油菜自身不能固氮有關，本研究也有類似的結果。懷豆處理僅麥后播種土壤有機質、全氮、礦質態氮、速效磷及速效鉀顯著高于休閑，麥間套種與休閑之間差異不顯著，可能是因為麥后播種懷豆生物量比較高造成的。

土壤水溶性有機碳和微生物量碳都表征土壤中微生物的活性，其中水溶性有機碳有些來自地表枯枝落葉，有些來自腐殖物質的分解，還可以通過微生物及植株根系分泌有機物而形成［22］；本研究發現，綠肥處理的土壤水溶性有機碳的含量均高于休閑處理（表4），說明種植綠肥并翻壓還田后能夠增加土壤中水溶性有機碳含量。王伯誠等［23］也認為綠肥翻壓還田后，隨著植物體根莖的腐爛，產生許多可溶性有機化合物，使得土壤水溶性有機碳含量增加。土壤中的微生物量碳與土壤中有機質的含量成顯著正相關［24-25］。本研究發現，除麥套懷豆處理外，其他綠肥處理均顯著增加了土壤中微生物量碳含量（表4），與土壤有機質含量的變化一致。麥后播種時油菜和懷豆對水溶性有機碳和微生物量碳含量的提升作用更明顯；麥間套種時油菜的提升作用較其他綠肥效果更佳，原因可能與生物量有關。

土壤中的酶活性大小可以代表土壤中生物化學反應的強弱。武雪萍等［26］、劉國順等［27］研究表明，翻壓綠肥能明顯提高植煙土壤酶活性。本試驗結果表明，與休閑相比，麥后播種油菜和懷豆、麥間套種油菜都能夠顯著提高土壤酶活性，可能與其生物量較高有關。不管是麥后播種油菜還是套種油菜，土壤酶活性都較高，原因可能是因為油菜為直根系作物，其根系在生長過程中對土壤形成穿刺效應，根老化凋亡后，土壤形成很多微孔隙，改善了土壤的通氣狀況，因而提高了土壤的有氧呼吸效率，提高了酶活性［19］。

4　結論

在黃土高原地區，可選擇在麥收后的夏休閑期播種綠肥作物，并于盛花期翻壓還田，可以起到改善土壤肥力的作用。綠肥品種以長武懷豆和十字花科油菜效果較好。

［1］Blaser B C， Singer J W， Gibson L R. Winter cereal， seeding rate，and intercrop seeding rate effect on red clover yield and quality ［J］. Agronomy Journal， 2007， 99（3）: 723-729.

［2］Agegnehu G， Ghizaw A， Sinebo W. Yield potential and land-use efficiency of wheat and faba bean mixed intercropping ［J］. Agronomy for Sustainable Development， 2008， 28（2）: 257-263.

［3］Pimentel D， Cerasale D， Stanley R C， et al. Annual vs. perennial grain production ［J］. Agriculture， Ecosystems and Environment，2012， 161: 1-9.

［4］姚致遠， 王崢， 李婧， 等. 輪作及綠肥不同利用方式對作物產量和土壤肥力的影響［J］. 應用生態學報， 2015， 26（8）: 2329-2336. Yao Z Y， Wang Z， Li J， et al. Effects of rotations and different green manure utilizations on crop yield and soil fertility ［J］. Chinese Journal of Applied Ecology， 2015， 26（8）: 2329-2336.

［5］李富翠， 趙護兵， 王朝輝， 等. 渭北旱地夏閑期秸稈還田和種植綠肥對土壤水分、養分和冬小麥產量的影響［J］. 農業環境科學學報. 2011， 30（9）: 1861-1871. Li F C， Zhao H B， Wang Z H， et al. Effects of straw mulching and planting green manure on soil water， nutrient and winter wheat yield on Weibei plateau， China［J］. Journal of Agro-environment Science，2011， 30（9）: 1861-1871.

［6］張達斌. 種植豆科綠肥和施肥對渭北旱塬冬小麥產量及土壤性質的影響［D］. 陜西楊凌: 西北農林科技大學碩士學位論文， 2012. Zhang D B. Effects of leguminous green manure and N fertilizer on winter wheat yield and soil properties in Weibei area ［D］. Yangling，Shaanxi: MS Thesis of Northwest A&F University， 2012.

［7］陳玉香， 周道瑋. 玉米-苜蓿間作的生態效應［J］. 生態環境， 2003，12（4）: 467-468. Chen Y X， Zhou D W. The ecological effect of maize intercropping with alfalfa in the ecotone between agriculture and animal husbandry in northeast China ［J］. Ecology and Environment， 2003， 12（4）: 467-468.

［8］Tejendra C， Andrew R. Barley-pea intercropping: effects on land productivity， carbon and nitrogen transformations ［J］. Field Crops Research， 2014， 166: 18-25.

［9］張恩和， 黃高寶， 黃鵬. 不同供磷水平下糧豆間套種植對根系分布和根際效應的影響［J］. 草業學報， 1999， 8（3）: 35-38. Zhang E H， Huang G B， Huang P. The effects of phosphorus application levels on the root growth and rhizosphere with intercropping system of spring wheat and soybean ［J］. Acta Prataculturae Sinica， 1999， 8（3）: 35-38.

［10］Betencourt E， Duputel M， Colomb B， et al. Intercropping promotes the ability of durum wheat and chickpea to increase rhizosphere phosphorus availability in a low P soil ［J］. Soil Biology and Biochemistry， 2012， 46: 181-190.

［11］楊瑞吉， 馬海靈， 楊祁峰， 等. 種植密度與施氮量對麥茬復種飼料油菜土壤微生物活性的影響［J］. 應用生態學報， 2007， 18（1）: 113-117. Yang R J， Ma H L，Yang Q F， et al. Effects of planting density and nitrogen application rate on soil microbial activity under wheat/forage rape multiple cropping ［J］. Chinese Journal of Applied Ecology，2007， 18（1）: 113-117.

［12］關松蔭. 土壤酶及其研究法［M］. 北京: 中國農業出版社， 1987. Guan S Y. Soil enzyme and its study method ［M］. Beijing: China Agricultural Press， 1987.

［13］和文祥， 譚向平， 王旭東， 等. 土壤總體酶活性指標的初步研究［J］.土壤學報， 2010， 47（6）: 1232-1236. He W X， Tan X P， Wang X D， et al. Study on total enzyme activity index in soils ［J］. Acta Pedologica Sinica， 2010， 47（6）: 1232-1236.

［14］李銀平， 徐文修， 陳冰， 等. 綠肥種植模式對連作棉田土壤肥力及棉花產量的影響［J］. 西北農業學報， 2010， 19（9）: 149-153. Li Y P， Xu W X， Chen B， et al. Effect of different planting patterns of green manures on soil fertility and cotton yield ［J］. Acta Agriculture Boreali-occidentalis Sinica， 2010， 19（9）: 149-153.

［15］李婧， 張達斌， 王崢， 等. 施肥和綠肥翻壓方式對旱地冬小麥生長及土壤水分利用的影響［J］. 干旱地區農業研究， 2012， 30（3）: 136-142. Li J， Zhang D B， Wang Z， et al. Effect of fertilizer and green manure incorporation methods on the growth and water use efficiency of winter wheat ［J］. Agricultural Research in the Arid Areas， 2012，30（3）: 136-142.

［16］羅貞寶. 綠肥對煙田土壤的改良作用及對煙葉品質的影響［D］. 鄭州: 河南農業大學碩士學位論文， 2006. Luo Z B. Effects of green manure application on soil improvement of tobacco field and quality of flue-cured tobacco leaves ［D］. Zhengzhou: MS Thesis of Henan Agricultural University， 2006.

［17］Shah Z A， Hmad S R， Latif A， et al. Rice wheat yields in relation to biomass of green manure legumes ［J］. Sarhad Journal of Agriculture，2011， 27（1）: 73-84.

［18］李銀平， 徐文修， 候松山， 等. 春小麥復播綠肥對連作棉田土壤肥力的影響［J］. 中國農學通報， 2009， 25（6）: 151-154. Li Y P， Xu W X， Hou S S， et al. The influence of spring wheat and green manure to the soil fertility of the continuous cropping cotton fields ［J］. Chinese Agricultural Science Bulletin. 2009， 25（6）: 151-154.

［19］王曉軍. 黑龍江綠肥種植對土壤肥力及小麥產量的影響［D］. 黑龍江: 中國農業科學院碩士學位論文， 2011. Wang X J. The effects of green manure cropping on soil fertility and wheat yield in Heilongjiang Province ［D］. Heilongjiang: MS Thesis of Chinese Academy of Agricultural Sciences， 2011.

［20］王丹英， 彭建， 徐春梅， 等. 油菜作綠肥還田的培肥效應及對水稻生長的影響［J］. 中國水稻科學， 2011， 26（1）: 85-91. Wang D Y， Peng J， Xu C M， et al. Effects of rape straw manuring on soil fertility and rice growth ［J］. Chinese Journal of Rice Science，2011， 26（1）: 85-91.

［21］王曉軍， 于鳳芝， 宿慶瑞， 等. 不同綠肥品種綜合利用價值的比較［J］. 黑龍江農業科學， 2010，（6）: 55-57. Wang X J， Yu F Z， Su Q R， et al. Comparison of comprehensive utilization value with different green manure varieties ［J］. Heilongjiang Agricultural Sciences， 2010，（6）: 55-57.

［22］倪進治， 徐建民， 謝正苗. 土壤水溶性有機碳的研究進展［J］. 生態環境， 2003， 12（1）: 71-75. Ni J Z， Xu J M， Xie Z M. Advances in soil water-soluble organic carbon research ［J］. Ecology and Environment， 2003， 12（1）: 71-75.

［23］王伯誠， 賴小芳， 陳銀龍， 等. 紫云英帶籽翻耕的氮肥促腐效應［J］.安徽農業科學， 2012， 40（34）: 16610-16612. Wang B C， Lai X F， Chen Y L， et al. Study on promoting decay effect of fertilizer-nitrogen of astragalus sinicus ploughed at maturity stage ［J］. Journal of Anhui Agricultural Sciences， 2012， 40（34）: 16610-16612.

［24］Tabatabai M A. Effects of trace elements on urease activity in soils［J］. Soil Biology and Biochemistry， 1997， 9（1）: 9-13.

［25］Riffaldi R， Saviozzi A， Levi-Minzi R， et al. Biochemical properties of a Mediterranean soil as affected by long-term crop management systems ［J］. Soil & Tillage Research， 2002， 67（1）: 109-114.

［26］武雪萍， 劉增俊， 趙躍華， 等. 施用芝麻餅肥對植煙根際土壤酶活性和微生物碳、氮的影響［J］. 植物營養與肥料學報， 2005，11（4）: 541-546. Wu X P， Liu Z J， Zhao Y H， et al. Effects of sesame cake fertilizer on soil enzyme activities and microbial C and N at rhizosphere of tobacco ［J］. Plant Nutrition and Fertilizer Science， 2005， 11（4）: 541-546.

［27］劉國順， 李正， 敬海霞， 等. 連年翻壓綠肥對植煙土壤微生物量及酶活性的影響［J］. 植物營養與肥料學報， 2010， 16（6）: 1472-1478. Liu G S， Li Z， Jing H X， et al. Effects of consecutive turnover of green manures on soil microbial biomass and enzyme activity ［J］. Plant Nutrition and Fertilizer Science， 2010， 16（6）: 1472-1478.

Effect of improving soil fertility by planting different green manures in different patterns in dryland

LI Hong-yan1，HU Tie-cheng1，CAO Qun-hu2，YU Chang-wei2，CAO Wei-dong3，HUANG Dong-lin1，ZHAI Bing-nian1，GAO Ya-jun1，4*
（1 College of Natural Resources and Environment， Northwest A&FUniversity， Yangling， Shaanxi 712100， China；2 Shaanxi Changwu District Agro-technology Extension Center， Changwu， Shaanxi 713600， China；3 Institute of Agricultural Resources and Regional Planning， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081， China；4 Key Laboratory of Plant Nutrition and the Agri-environment in Northwest China， Ministry of Agriculture，Yangling， Shaanxi 712100， China）

【Objectives】 The soil of dryland areas of the Loess Plateau is often barren， the heat and precipitation resources can not be fully utilized during summer fallow period. Therefore， a field experiment was conducted to investigate effects of green manure crop varieties and planting patterns on their biomass， nutrient contents， soil nutrient contents， soil enzyme activities， soil microbial biomass carbon（SMBC）and dissolve organic carbon（DOC）to determine the best green manure crop variety and planting pattern， which can be regarded as the theoretic base and technical support for the development of sustainable agriculture in the Loess Plateau.【Methods】 An experiment with randomized complete block design was conducted. The bare fallow in summer was used as control， two factors were green manure varieties（Mung bean， Huai bean， Hairy vetch and Rape）and planting patterns（after wheat harvest and intercropped with wheat）， counting to 9 treatments. The green manure was harvested in full blooming stage and the yield of fresh grass was weighted， the N， P and K contents were analyzed. The root samples were collected inside volume 20 cm×20 cm×20 cm at the bottom of 50 plants in each plot and weighted， soil samples（0-20 cm deep）were collected 20 days after the green manure was returned into field， and the contents of nutrients， soil microbial biomass carbon（SMBC）and dissolve organic carbon（DOC）， as well as the activities of main soil enzymes， were determined.【Results】The results indicated that the after wheat harvest had greater biomass than intercropping， the Huai bean and rape treatments had greater biomass than other green manures in the after wheat harvest， and the biomass of rape treatments was significantly increased in contrast with other green manures in the intercropped with wheat. The changes of green manure nutrient contents were similar to those biomass in different planting patterns. Huai bean provided the highest amounts of nitrogen and phosphorous， while rape offered the highest amounts of phosphorous and potassium through incorporation in the after wheat harvest， and the amounts of nitrogen，phosphorous and potassium through incorporation in the intercropped with wheat were rape＞hairy vetch＞Mung bean＞Huai bean. The rape treatment significantly increased soil organic matter（SOM）， available phosphorous and available potassium compared with the fallow. After 2 years of the after wheat harvest， the Huai bean treatment enhanced soil organic matter（SOM）， total nitrogen， mineral nitrogen， available phosphorous and available potassium contents in the depth of 0-20 cm by 12.4%， 22.2%， 95.9%， 28.6% and 11.2%， respectively， compared with the fallow. Incorporation of green manure during summer fallow period increased soil microbial biomass carbon（SMBC）content and dissolve organic carbon（DOC）content compared with the fallow， and the rape treatments significantly increased soil microbial biomass carbon（SMBC）and dissolve organic carbon（DOC）in the intercropped with wheat. There were no significant differences of soil microbial biomass carbon（SMBC）between the green manure treatments in the after wheat harvest， however，the contents were greater than those of the fallow（P＜0.05）. Green manure in the after wheat harvest enhanced soil enzyme activities compared with the fallow， and other intercropped with wheat green manures increased soil enzyme activities except the Mung bean treatment which decreased the enzyme activities of urease and catalase. The significant correlations between soil properties and green manure biomass indicated that the soil fertility was determined by the amount of green manure biomass to soil.【Conclusions】 The Huai bean and rape treatments could significantly increase soil nutrient contents and soil enzyme activities and they were better than Mung bean and hairy vetch. As for the planting patterns， the after wheat harvest was better than the intercropped with wheat. Huai bean and rape as green manure applied after wheat harvest can effectively improve soil quality in dryland of the Loess Plateau.

huai bean； rape； after wheat harvest； soil property

S551；S553

A

1008-505X（2016）05-1310-09

2015-10-14接受日期：2016-03-06

日期：2016-06-03

公益性行業（農業）科研專項（201103005，201503124）；國家自然科學基金（41401330）；國家現代農業（小麥）產業技術體系（CARS-03-1-31）；國家農作物種質資源平臺；農業科研杰出人才及其創新團隊培養計劃資助。

李紅燕（1987—），女，貴州遵義人，碩士，主要從事土壤與肥料方面的研究工作。E-mail：81328568@qq.com

E-mail：yajungao@nwsuaf.edu.cn