不同有機肥對紅壤生土綠肥生長和養分累積的影響

徐靜，曹凱，斯林林，張賢，葉靜，鄒平，王建紅

(浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

近年來，隨著國家土地綜合整治項目的實施，南方紅壤丘陵區貧瘠的荒坡地被開墾為耕地，大量紅壤生土成為新墾地的耕作土，普遍存在基礎肥力差、生產能力低下等問題，對新墾地進行生土熟化是提升耕地質量、保障農作物產量的關鍵[1-3]。有機質匱乏是大多數生地較為突出的障礙因子[4]，增施有機肥、秸稈還田、綠肥種植還田等是提升生土有機質含量、改善生土理化性狀的重要措施，在加快生土熟化過程中具有重要作用[5-6]。綠肥是我國傳統的生物有機肥料，綠肥種植還田在提升土壤肥力、改善土壤質量方面發揮了重要作用[7]。紫云英種植利用對土壤全氮、有機質含量的提升作用顯著高于單施化肥，能夠培育土壤碳庫和氮庫[8]。

然而，對于新墾生地土壤，其基礎肥力無法使綠肥作物產生有效產量，僅利用綠肥對土壤質量進行提升效果并不顯著，因此，需要采用綜合施肥模式，即綠肥種植與其他有機肥料、化肥合理配施[6]，以期在提高綠肥鮮草產量及養分積累量的同時快速提升土壤有機質含量，為后茬作物提供更多有效養分。在生地土壤中如何通過有機肥與化肥配施從而更好地促進綠肥作物的生長和養分積累，目前相關研究的數據支撐較少。此外，不同種類的綠肥生長以及養分積累情況在不同土壤肥料配施下響應也可能不同。本研究通過受控盆栽試驗，比較在紅壤生土中配施不同類型有機肥料對2種綠肥生長、產量以及養分積累的影響，為優化生地條件下綠肥-水稻輪作中綠肥作物高產栽培措施，加快紅壤生地土壤肥力提升提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用我國南方常見的豆科綠肥紫云英(品種為寧波大橋種)和禾本科綠肥一年生黑麥草(品種為海灣)作為供試植物。供試土壤取于衢州市全旺鎮馬溪村的酸性紅壤生地土壤，土壤基本理化性質：pH 4.94(土∶水1∶5)，速效磷(Olsen-P)1.95 mg·kg-1，堿解氮43.3 mg·kg-1，速效鉀55 mg·kg-1，全磷0.889 g·kg-1，全氮0.554 g·kg-1，全鉀4.04 g·kg-1，有機質7.4 g·kg-1。土壤風干破碎后，過10 mm篩備用。試驗前分別對供試有機物料風化煤腐殖酸類肥料(簡稱腐殖酸)和商品有機肥進行烘干、研磨、過篩后備用，其中，腐殖酸的有機質含量為74%，商品有機肥的有機質含量為30%。

1.2 處理設計

采用雙因素隨機區組設計，設2個綠肥品種和8個肥料處理。其中2個綠肥品種為紫云英和黑麥草，8個肥料處理分別是不施肥料(CK)、施加常規化肥(CF)、施加常規化肥+腐殖酸10 g·kg-1(HAF1)、施加常規化肥+腐殖酸20 g·kg-1(HAF2)、施加常規化肥+腐殖酸30 g·kg-1(HAF3)、施加常規化肥+商品有機肥10 g·kg-1(COF1)、施加常規化肥+商品有機肥20 g·kg-1(COF2)、施加常規化肥+商品有機肥30 g·kg-1(COF3)。單盆小區，重復4次。

選用直徑25 cm、高31 cm的塑料盆，每盆盛有相當于10 kg干土的土壤。在試驗前，按照處理設計，分別將3個水平的商品有機肥和3個水平的腐殖酸類肥料拌入試驗對應盆栽的土壤中。播種前按照田間施用化肥的模式，對除CK外的其他處理施入常規化肥，每盆分別按照尿素(N 46%)0.2 g·kg-1、過磷酸鈣(P2O512%)0.5 g·kg-1和氯化鉀(K2O 60%)0.1 g·kg-1施用，其中：過磷酸鈣和氯化鉀基肥一次性施入；尿素基肥按總量的50%施入，待綠肥生長期再施入剩余50%。

試驗于2018年11月開始，分別在黑麥草、紫云英處理的盆缽中播種對應的種子50粒。在種子萌發過程定期記錄其萌發及存活情況，待完全出苗后間苗至每盆20株幼苗。在植株生長期內，定期視土壤情況補充水分，使土壤濕度保持在約75%的田間持水量。

1.3 樣品收獲及測定

2019年4月對紫云英和黑麥草進行株高測定，隨后破壞性取樣，地上部分植株全盆收獲測定鮮重，根系挑出用自來水沖洗干凈，105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干至恒重后稱重，并取植株地上部分粉碎后進行養分分析。植株樣品采用硫酸-雙氧水消解，凱氏法測定全氮含量，鉬銻抗分光光度法測定全磷含量，火焰光度計測定全鉀含量；采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定全碳含量。

1.4 數據處理

利用SPSS(v.16.0)軟件對數據進行統計分析，分別對紫云英和黑麥草在不同處理下的種子萌發、植株株高以及地上部分及根系生物量進行單因素方差分析，以綠肥種類、施肥處理作為2個因素對紫云英和黑麥草的地上部分氮、磷、鉀養分濃度及積累量進行雙因素方差分析。以上統計分析均通過Levene法進行方差齊性檢驗，并在5%置信水平下采用最小顯著法(LSD)進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 種子萌發率

在綠肥種子播種后2周，與對照相比，添加腐殖酸和商品有機肥處理均可顯著提高黑麥草種子的萌發率(F腐殖酸=10.114，P=0.008；F商品有機肥=20.015，P=0.001)，然而有機肥料的添加對紫云英種子萌發率沒有顯著影響。常規化肥下2種綠肥種子的萌發率并未顯著高于對照處理，但也沒有顯著低于添加有機物料的處理。在綠肥種子播種后4周，相比于對照，添加有機物料沒有顯著影響紫云英和黑麥草種子的萌發率；然而與常規施肥相比，紫云英在添加腐殖酸(HAF1、HAF2)和商品有機肥(COF1、COF2、COF3)處理下的種子萌發率均顯著高于常規施肥，黑麥草在HAF2和COF2及COF3處理下種子萌發率也顯著高于常規施肥。在綠肥種子播種后6周，對照黑麥草種子萌發率并沒有顯著低于除COF2處理外的有機肥料處理，且與常規施肥處理也沒有顯著差異；紫云英種子在常規施肥下萌發率顯著低于其他有機肥料處理，然而對照卻并沒有顯著低于其他處理。同時，在整個過程中2種綠肥種子的萌發率在添加腐殖酸和商品有機肥的處理間均沒有顯著差異，且各有機肥料梯度間沒有顯著差異(圖1)。

圖1 不同施肥處理對2種綠肥種子萌發率的影響

2.2 株高

相比于對照，施用常規化肥和有機肥料均可促進紫云英和黑麥草植株的株高(F紫云英=10.337，P<0.001；F黑麥草=23.656，P<0.001)。紫云英株高隨著施用腐殖酸肥料梯度而明顯增高，在HAF3時株高最高；在施用有機肥處理下也表現出在高濃度有機肥(COF2、COF3)處理比低濃度有機肥(COF1)具有更高的株高。對于黑麥草，其株高則在2種機肥料及各有機肥梯度處理間沒有顯著差異，但顯著高于常規施化肥處理(圖2)。

2.3 生物量

圖3顯示，在不施加肥料情況下，綠肥植株生物量極低，施用化肥及有機肥料可顯著提高綠肥的生物量(地上部分：F紫云英=10.337，P<0.001、F黑麥草=23.656，P<0.001；根系：F紫云英=6.878,P<0.001、F黑麥草=19.983,P<0.001)。紫云英和黑麥草的地上部分生物量明顯隨著添加腐殖酸水平的提高而增加，與CF相比，HAF1、HAF2、HAF3處理的生物量分別增加20.4%、75.9%和152.8%；但是在添加商品有機肥處理下其生物量則沒有表現出隨梯度水平提高而增加；同時，紫云英和黑麥草的根系生物量均在高濃度腐殖酸處理下表現出減少的趨勢。2種綠肥作物的地上部分生物量均在HAF3處理下最高，而根系生物量則在COF2、COF3處理下最高。對于植株的根冠比，整體來看黑麥草的根冠比要高于紫云英，說明黑麥草的根系生長更為發達；相比于施用腐殖酸處理，施用商品有機肥處理的根冠比更高(F紫云英=10.938,P=0.004；F黑麥草=16.967,P<0.001)。在HAF3處理下，紫云英和黑麥草的根冠比均達最低，說明在該處理下，綠肥作物更偏向對地上部分的莖、葉進行養分分配。

柱間無相同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖2 不同施肥處理對2種綠肥株高的影響

2.4 植株地上部分碳及養分含量

由于CK植株生物量極低，因此，無法收取有效的植株樣品進行養分分析。圖4顯示，對于綠肥植株，其地上部分碳濃度基本不受施用肥料的影響，但由于其生物量水平的差異，使得最終綠肥植株的碳含量存在顯著差異且其趨勢與生物量的變化趨勢相似，而且黑麥草的碳濃度和含量顯著高于紫云英(F碳濃度=74.24，P<0.001；F碳含量=608.43，P<0.001)。在相同處理下，紫云英植株的地上部分氮、磷、鉀養分濃度均顯著高于黑麥草植株(F氮濃度=436.64，P<0.001；F磷濃度=56.42，P<0.001；F鉀濃度=200.26，P<0.001)，而由于生物量的差異使得每個盆缽中的總氮含量、磷含量和鉀含量表現出與養分濃度相反的趨勢，即黑麥草顯著高于紫云英(F氮含量=193.36.64，P<0.001；F磷含量=100.76，P<0.001；F鉀含量=132.51，P<0.001)。對同一種綠肥的不同處理進行比較發現，黑麥草和紫云英的氮濃度在施用常規化肥處理下和高水平商品有機肥處理下顯著高于施用高水平腐殖酸肥料的處理(F=6.286，P<0.001)；黑麥草的鉀濃度在常規化肥處理下達到最高，而紫云英的鉀濃度則在高施用量的商品有機肥處理下最高；黑麥草和紫云英的磷濃度有隨著有機肥濃度的增加而提升的趨勢。

柱間或同一綠肥比較，處理間無相同字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖3 不同施肥處理對2種綠肥植株生物量及根冠比的影響

同一綠肥比較，柱間無相同字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖4 不同施肥處理對2種綠肥植株碳、氮、磷、鉀含量的影響

3 小結與討論

腐殖酸類肥料對不同種類植物種子萌發的作用并不相同，且受到萌發基質中腐殖酸濃度的影響[9-10]。本研究中，2種有機肥料和化肥配施沒有顯著影響紫云英種子的萌發率，而2種有機肥配施均對黑麥草種子的萌發具有一定的促進作用，但在不同有機肥濃度梯度間沒有明顯差異。

綠肥高產栽培模式是綠肥-水稻輪作系統中重要的環節，在紅壤生土耕地中施用有機肥料會影響綠肥作物的生長和產量[10]。本研究中，相比于不施肥和單施化肥，配施2種有機肥均顯著提高了紫云英和黑麥草的株高及生物量，但2種綠肥作物對有機肥種類和濃度梯度表現出差異。配施腐殖酸肥料更好地促進了紫云英的生長，且隨著腐殖酸肥料施用梯度的升高紫云英株高和生物量也呈現升高趨勢，但是在商品有機肥處理下紫云英則沒有表現出這一趨勢。對于黑麥草的生長，在不同有機肥間其株高沒有顯著差異，但配施高濃度有機肥處理的黑麥草生物量高于低濃度梯度有機肥處理。

在紅壤生土中配施有機肥料會顯著促進綠肥植株地上部分的碳及氮、磷、鉀養分累積量，且無論是否配施有機肥，紫云英植株地上部分碳含量均低于黑麥草，而氮、磷、鉀養分元素含量顯著高于黑麥草；但由于黑麥草的生物量顯著高于紫云英，紫云英的碳及氮、磷、鉀累積量總體均顯著低于黑麥草。此外，綠肥植株碳及養分元素積累量具有隨有機肥料濃度梯度增加而增加的趨勢，且對于紫云英表現出配施腐殖酸肥料處理高于配施有機肥處理，而黑麥草的碳及養分累積則在2種有機肥料處理間沒有顯著差異。

綜上所述，在紅壤生土中種植綠肥時配施有機肥和化肥可促進綠肥植物的生長，提高鮮草產量及養分積累量。其中紫云英的產量和養分累積量更易受腐殖酸肥料濃度的影響，隨著濃度梯度的增加而顯著增加，而黑麥草在相同肥料處理下比紫云英具有更高的生物產量和養分累積量。上述結果可以為紅壤生地快速提升地力過程中，綠肥作物選擇以及高產栽培措施提供數據支持，其后對生地土壤肥力提升的效果仍需進一步探究。