青海高原長期復種綠肥毛葉苕子對土壤供氮能力的影響

韓 梅，胥婷婷，曹衛東

(1.青海省農林科學院土壤肥料研究所,青海 西寧 810016；2.中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，北京 100081)

近年來，我國農田生態環境狀況不斷惡化，出現土壤肥力嚴重失調、土壤理化性狀變差、肥料利用率下降等問題，引發出一系列環境問題，如地表水富營養化、地下水污染、溫室效應等[1-2]。農業生產中，氮肥、磷肥等無機肥料的盲目施用是導致以上問題的原因之一[3-4]。隨著我國對資源以及環境問題的日益重視，農業逐漸向有機、循環模式發展。在農業生產長期的發展過程中，綠肥栽培、壟溝栽培、地表覆蓋、秸稈還田等方式，是減少化肥施用、增加農業物質投入的重要手段，也是改善農業生態環境的需要[5]。

農田作物生長限制的關鍵因素之一是氮素[5]，研究土壤氮素在土壤中的循環問題是解決農產品質量和農田生態系統引發的環境污染的突破口。而研究氮素循環的關鍵就在于研究氮素的轉化過程、轉化機制及其影響因素[6-8]，田間減施氮肥和不同栽培模式對土壤氮素的固持釋放規律有何影響，尚缺乏研究。因此，研究田間不同措施下土壤中的氮素構成情況，動態分析不同栽培培肥措施對土壤無機氮庫的影響[9-12]，揭示土壤各形態氮素在數量和質量上的變化情況，對有機物料、無機化肥等資源的合理利用，減少農業生產對環境的影響都具有重要的理論及實踐指導意義[13-14]。

青海省河湟地區氣候資源較為豐富，作物生長兩季不足，一季有余。小麥7月上、中旬收獲后到10月中旬，這三個月多月時間雨熱充分；但這些地區除有少部分復種蔬菜等生育期較短的作物外，大多數土地處在裸露、閑置狀態，從而造成土地的巨大浪費，還有可能導致水土流失，引起沙塵暴等環境污染。針對上述問題,構建了小麥(油菜)-豆科綠肥的生產技術模式，豆科綠肥可翻壓作為綠肥, 以及“留茬肥地、過腹還田”，可以有效改善生態環境,綜合應用潛力巨大。本試驗通過小麥收獲后復種綠肥，然后翻壓、留茬，研究復種綠肥對培育土壤無機氮庫的影響，以探索綠肥的節肥效應，為該模式下合理施用化肥提供依據和指導。

1 試驗方案

1.1 試驗材料

供試綠肥品種為毛葉苕子；供試油菜品種為浩油11號；供試肥料品種分別為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%)。

1.2 試驗地概況設計

試驗地位于青海省西寧市城北區，海拔為2 300 m，氣候冷涼，屬高原大陸性半干旱氣候。年平均氣溫5.9℃，作物生長期為220.2 d。全年平均氣溫日較差為13.5℃，年平均降水量367.5 mm,年均蒸發量為1 729.8 mm。試驗區水源及灌溉條件十分方便，主要水源為北川渠。土壤類型為栗鈣土，前茬作物為小麥。

1.3 試驗設計

該試驗是2010年開始的一個綠肥長期定位試驗,模擬青海省綠肥作物適種區主栽作物小麥、油菜輪作模式， 2016年以油菜為主作，試驗采用隨機區組設計。試驗共設5個處理，分別為:(1)100%化肥+綠肥根茬(F100+GM根茬)；(2)不施肥+綠肥根茬(F0+GM根茬，CK)；(3)100%化肥+綠肥翻壓(F100+GM翻壓)；(4)不施肥(F0)；(5)100%化肥(F100)。油菜100%的施肥量為N54.6 kg·hm-2、P2O569.0 kg·hm-2。綠肥根茬即綠肥盛花期將地上部分刈割，地下部分翻入土壤；綠肥翻壓即綠肥盛花期將綠肥地上、地下部全部翻入土壤。4次重復，小區面積20.0 m2(5.0 m×4.0 m)[15]。

1.4 試驗實施

3月17日，進行油菜播種，播量7.5 kg·hm-2。播種前將肥料均勻撒施，深翻。

毛葉苕子于上年在小麥收獲后進行播種，播量105.0 kg·hm-2，播種后立即灌水。需壓青的處理區，將該區收獲的毛葉苕子鍘切成10 cm左右，然后進行翻壓， 毛葉苕子翻壓量為20 000 kg·hm-2。

1.5 土壤采集

分別在油菜播種期、苗期、花期、成熟期對不同層次0～10 cm、20～40 cm、50～60 cm、70～80 cm、90～100 cm土壤進行采集，共采集樣品180個。

1.6 測定項目

土壤全氮、堿解氮、硝態氮、銨態氮含量。

1.7 測定方法

土壤全氮用凱氏定氮法，土壤堿解氮用堿解擴散法，硝態氮、銨態氮采用0.01 mol·L-1的 CaCl2浸提 TRAACS-2000型連續流動分析儀測定[16]。

試驗數據采用Excel 2003進行數據整理，用DPS軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對油菜產量的影響

產量結果(表1)表明，所有施100%化肥處理的產量都高于不施肥料處理，毛葉苕子收割、留茬處理產量均比純施肥料處理高。施100%化肥條件下，翻壓毛葉苕子處理比毛葉苕子收割留根茬處理產量高，增產率達10.12%，說明翻壓綠肥處理比綠肥收割留茬處理效果好。在不施肥條件下，綠肥收割留茬比不種綠肥增產效果好。

表1 不同處理對油菜產量的影響

注：同列數據后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note: Diefferent lowercase letters after the same columm indicate signifficant difference between treatments(P<0.05).

2.2 綠肥種植對土壤全氮時空變化影響

不同施肥方式對青海高原農田耕層土壤全氮有顯著影響，有機物料的投入都能不同程度地提高青海農田土壤氮素養分的含量和作物產量。通過復種綠肥，后茬作物油菜0～100 cm土壤全氮含量隨土層深度的增加而逐漸減小。油菜施基肥前,土壤全氮整體含量較低；油菜苗期土壤全氮整體含量較高，土壤全氮含量變化順序為苗期>花期>成熟期>播種前(見圖1)。

不同施肥處理間0～20 cm土壤全氮含量差異顯著，與不施肥處理相比，施肥顯著提高了土壤全氮含量，其中化肥配施毛葉苕子處理較單一施肥土壤全氮含量有所提高。土壤全氮含量排在前三位的是F100+GM翻壓、F100+GM根茬、F0+GM翻壓，其中F100+GM翻壓效果最好，土壤全氮含量與CK相比提高28.69%，與100%化肥相比提高7.87%。結果表明，化肥配施綠肥毛葉苕子能夠提高土壤全氮含量。

2.3 綠肥種植對土壤堿解氮時空變化影響

復種綠肥對后茬作物油菜土壤堿解氮有不同程度的影響(圖2)。通過后茬作物油菜不同生育期0～100 cm土壤剖面土壤堿解氮比較，油菜土壤堿解氮含量隨土層深度的增加而逐漸減小。根據生育期比較，土壤堿解氮含量變化順序為苗期>成熟期>花期>播種期。不同施肥處理間0～20 cm土壤堿解氮含量差異顯著，與不施肥處理相比，施肥顯著提高了土壤堿解氮含量。各生育期土壤堿解氮含量排在前三位的是F100+GM根茬、F100+GM翻壓、F100。土壤堿解氮含量則是隨著綠肥的施入而增高，綠肥的投入能提高土壤堿解氮。

2.4 綠肥種植對土壤硝態氮的影響

圖1 不同生育期油菜土壤全氮含量的變化Fig.1 Change of soil total N at different rapeseed growth stages

圖2 不同生育期油菜土壤堿解氮含量的變化Fig.2 Changes of soil available N at different rapeseed growth stages

圖3 不同生育期油菜土壤硝態氮含量的變化Fig.3 Changes of N-N in soil at different rapeseed growth stages

2.5 綠肥種植對土壤銨態氮的影響

復種綠肥對后茬作物油菜土壤銨態氮影響程度較小(圖4)。通過后茬作物油菜0～100 cm土壤剖面土壤銨態氮比較，油菜土壤銨態氮含量隨土層深度的增加呈現下降趨勢，遞減幅度減慢。根據生育期比較，土壤銨態氮含量變化順序為花期>成熟期>苗期>播種期。不同施肥處理間0～20 cm土壤銨態氮含量接近，差異不顯著。與不施肥處理相比，化肥配施毛葉苕子處理較單一施肥顯著增加了土壤銨態氮含量，較CK提高9.54%～18.33%，較100%化肥提高0.94%～19.28%。

3 討 論

本文探討了施用綠肥毛葉苕子情況下油菜生育期土壤全氮、堿解氮、硝態氮、銨態氮含量的時空變化。長期復種綠肥毛葉苕子增加了后茬作物土壤氮庫的總貯量，尤其是翻壓綠肥能使土壤氮庫顯著增加，提高氮素養分的有效性；而單施化肥只能維持土壤氮素肥力，長期不施肥處理由于沒有肥料的施入，土壤全氮含量越來越低、氮庫貯量減小[18-19]。

豆科綠肥作物本身富含氮素，其鮮草還田作為綠肥輸入油菜-綠肥生產系統，氮素除部分或被植株當季吸收利用或通過各種途徑損失外[20-21]，還有部分殘留于土壤中，對后茬作物具有一定后效[22-24]。與單施尿素相比，尿素配施毛葉苕子顯著降低了油菜生育期土壤中硝態氮含量，卻增加了土壤全氮、堿解氮、銨態氮含量。毛葉苕子氮對土壤中總氮和各形態無機氮的貢獻率均顯著低于尿素氮[25-26]。與長期單施化肥相比，有機肥與化肥配施降低了土壤中胡敏酸分子縮合度并提高其能態而延緩老化[27]，這可能是尿素配施綠肥毛葉苕子顯著提高土壤總氮含量的原因之一。

圖4 不同生育期油菜土壤銨態氮含量的變化Fig.4 Changes of N-N at different rapeseed growth stages

4 結 論

在青海高原地區,小麥收獲后復種綠肥毛葉苕子、后茬種植油菜的情況下，油菜生育期0～100 cm土層土壤全氮、堿解氮、銨態氮積累量均表現為有毛葉苕子處理高于無毛葉苕子處理,硝態氮積累量均表現為有毛葉苕子處理低于無毛葉苕子處理。毛葉苕子與化肥配施效果好，毛葉苕子施用對提高和保持土壤全氮、堿解氮、銨態氮含量，化肥配施毛葉苕子處理較單一施肥土壤硝態氮含量有所降低。