不同綠肥混合還田的腐解特征及養分釋放動態

劉小安 張小毅 劉文露 唐鍔

摘 要：為探究豆科與非豆科綠肥混合還田后的養分腐解和釋放規律，以豆科綠肥紫云英和箭舌豌豆、非豆科綠肥黑麥草和油菜為材料，在溫室大棚內應用尼龍網袋法研究了紫云英、紫云英＋黑麥草、紫云英＋油菜、箭舌豌豆＋黑麥草、箭舌豌豆＋油菜5種綠肥混合還田后的腐解特征及氮、磷、鉀養分釋放動態變化。結果表明：各處理綠肥腐解過程可分為快速腐解期（0～20 d）、中速腐解期（20～70 d）和緩慢腐解期（70～110 d）3個階段；其中，紫云英還田的腐解率及養分累積釋放率均在前三階段（0～5 d、5～20 d、20～40 d）較高，而紫云英＋油菜和箭舌豌豆＋油菜還田的在后兩階段（40～70 d、70～110 d）較高；試驗結束時（110 d），各處理綠肥累積腐解率為57.61%～66.25%，氮、磷、鉀累積釋放率分別為57.75%～69.69%、55.54%～64.38%、93.73%～95.71%，表現為鉀＞氮＞磷，其中，紫云英+油菜混合還田的累積腐解率和氮、磷累積釋放率最高，箭舌豌豆+黑麥草的鉀累積釋放量最高。綜上可知，綠肥腐解速率和養分釋放速率受綠肥種類和不同綠肥混合的影響，紫云英和油菜混合還田更適宜作為長江中下游雙季稻稻區氮肥減量配施的綠肥模式。

關鍵詞：豆科綠肥；非豆科綠肥；腐解；養分釋放

中圖分類號：S142文獻標識碼：A文章編號：1006-060X（2023）10-0030-05

Decomposition Characteristics and Nutrient Release Dynamics of Mixed Green Manure Back into Fields

LIU Xiao-an1， ZHANG Xiao-yi1， LIU Wen-lu2， TANG E1

（1. Hengyang Vegetable Research Institute， Hengyang 421200， PRC; 2. Hengyang Agricultural Technical Service Center， Hengyang 421200， PRC）

Abstract： In order to clarify the decomposing characteristics and nutrient release dynamics of mixed leguminous and non-leguminous green manure back into fields， a greenhouse experiment was conducted by using nylon mesh bag method with leguminous manure milk vetch （Astragalus sinicus） and common vetch （Vicia sativa）， and non-leguminous green manure ryegrass （Lolium perenne） and rape （Brassica napus） as materials. Five decomposition treatments were set： milk vetch （T1）， milk vetch + ryegrass （T2）， milk vetch + rape （T3）， common vetch + ryegrass （T4）， and common vetch + rape （T5）. Results showed that the decomposition process could be divided into rapid decomposition period （0-20 d）， medium-speed decomposition period （20-70 d） and slow decomposition period （70-110 d）. The decomposing rate and nutrient accumulation release rate of T1 were higher in the first three stages （0-5 d， 5-20 d， 20-40 d）， while those of T3 and T5 were higher in the last two stages （40-70 d， 70-110 d）. At the end of the experiment （110 d）， the cumulative decomposition rates of all treatments were 57.61%-66.25%， and the cumulative release rates of nitrogen， phosphorus and potassium were 57.75%-69.69%， 55.54%-64.38% and 93.73%-95.71%， respectively in the order of K > N > P. Among them， the cumulative decomposition rate and nitrogen and phosphorus cumulative release rates in T3 were the highest， and the cumulative potassium release rate in T4 was the highest. In summary， the decomposition rate and nutrient release rate of green manure are affected by the type of green manure and the mixture of different green manures. Returing the mixture of milk vetch and rape into fields is a more suitable choice for the mode of nitrogen fertilizer reduction combined with green manure application in the double cropping rice area in the middle and lower reaches of the Yangtze River.

Key words：leguminous green manure; non-leguminous green manure; decomposition; nutrients release

收稿日期：2023–05–23

基金項目：衡陽市科技創新重大項目（202150013989）

作者簡介：劉小安（1975—），男，湖南衡陽市人，研究實習員，主要從事蔬菜栽培與育種研究。

綠肥是指所有能夠翻壓到土壤中做肥料的綠色植物體[1]。我國綠肥種植歷史悠久，早在《齊民要術》中就有對綠肥的相關記載。綠肥是我國農業生產的重要組成部分和傳統農業的精華，在保障糧食生產安全、提升土壤肥力等方面發揮了重要作用[2]。根據植物學分類可將綠肥分為豆科綠肥和非豆科綠肥，其二者混合還田具有較好的互補優勢，一方面可以利用它們在腐解速率和養分釋放速率上形成的時間差，最大限度地發揮綠肥肥效，從而滿足作物不同生長時期對養分的需求，另一方面其氮、磷、鉀養分供應均衡，可以充分保障作物生長發育對養分的需求。大量研究表明，綠肥的腐解速率受其本身化學性質[3-4]、環境條件[5-6]、還田方式[7-8]及田間管理措施[9-10]等因素的影響，且腐解過程可以分為快速腐解階段和緩慢腐解階段[11-12]，養分釋放量排序表現為鉀＞磷＞氮[13-14]。項目組前期研究[15]發現，豆科與非豆科綠肥混合還田可促進雙季稻生育后期葉片葉綠素含量的提高，有效延緩生育后期劍葉凈光合速率的下降，增加雙季稻植株干物質積累量及產量。筆者擬在實驗室條件下模擬綠肥還田過程，進一步探究豆科與非豆科綠肥混合還田下的腐解特征，明確豆科與非豆科綠肥混合還田后其養分釋放規律，以期為合理利用綠肥以及水稻高產、高效栽培提供技術支撐和科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2021年8—12月在衡陽市蔬菜研究所實驗室內進行。供試土壤來自岳陽市湘陰縣某雙季稻田0～20 cm耕層，土壤類型為河流沖擊物發育而成的紫潮泥，于室內風干后剔除可見的植物根系，過2 mm 篩備用。土壤養分基本情況：有機質15.24g/kg，全氮1.46 g/kg，全磷1.01 g/kg，全鉀14.08 g/kg，堿解氮328.67 mg/kg，有效磷25.51 mg/kg，速效鉀258.58 mg/kg，土壤pH值5.86。

供試綠肥為豆科綠肥與非豆科綠肥2類，豆科綠肥為紫云英和箭舌豌豆，非豆科綠肥為黑麥草和油菜，于50℃烘干后剪切至2 cm左右后干燥保存備用，其養分含量見表1。

供試蘑菇袋規格為20 cm×45 cm，直徑12.7 cm；尼龍袋的規格為8 cm×10 cm，孔徑200目。

1.2 試驗方法

采用隨機區組設計，共設置5個綠肥還田處理，詳見表2。為保證試驗順利進行，每個處理3次重復，每個處理準備蘑菇袋15個，共準備蘑菇袋75個。從8月12日開始分別于堆制后的5、20、40、70和110 d進行取樣。每次取樣都為破壞性取樣，同1處理取3個樣品。

以蘑菇袋為容器，先將鋪入土壤300 g，土壤上水平放置已分裝的5個不同綠肥干樣的尼龍袋，再用300 g土壤覆蓋尼龍袋，最后用蒸餾水將土壤含水量調為25%，用橡皮筋扎緊蘑菇袋口，放實驗室室溫避光培養，培養期間每隔3 d對蘑菇袋通氣一次，并用稱重法補充含水量。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 綠肥干物質 將腐解后剩余的綠肥于烘箱中80℃烘干，用1/100電子天平稱干重，計算綠肥累積腐解率和累積腐解率。

腐解率（%）=（腐解n天干物質量－腐解m天干物質量）/腐解n天干物質量×100 （1）

累積腐解率（%）=（初始干物質量－腐解n天干物質量）/初始干物質量 ×100（2）

式中：m＞n，下同。

1.3.2 綠肥養分 將烘干后的綠肥粉碎后過篩密封保存。稱取0.500 0 g植株粉碎樣，置于150 mL三角瓶中，加入8～10 mL硫酸，靜置過夜（≥8 h）后，在350℃石墨爐加熱板上進行消煮，每隔1 h加H2O2 5～10滴，加3～4次，待溶液消煮至無色或清亮后，自然冷卻，用蒸餾水潤洗定容至100 mL容量瓶中，過0.45 μm濾膜至10 mL離心管中待測。待測液采用SAN++型連續流動分析儀（Skalar，荷蘭）測定全氮、全磷含量，采用M410型火焰光度計（Shewood，英國）測定全鉀含量，并計算綠肥養分累積釋放率。

養分累積釋放率（%）=（初始養分總量－腐解n天養分總量）/初始養分總量×100（3）

各階段養分累積釋放率（%）=腐解m天養分累積釋放率－腐解n天養分累積釋放率（4）

1.4 數據統計與分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2016和SPSS 25.0軟件進行整理和統計分析采用LSD法進行多重比較（α＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同組合綠肥的腐解動態變化

由圖1可知，各處理綠肥的累積腐解率均隨時間的推移而呈上升趨勢，腐解過程大致可以分為快速腐解期（0～20 d）、中速腐解期（20～70 d）和緩慢腐解期（70～110 d）。快速腐解期T1～T5處理的日均腐解率分別為2.37%、2.20%、2.38%、1.80%和2.13%，以T3處理最高，T4處理最低；綠肥腐解20 d時，T1～T5處理的累積腐解率分別為47.33%、43.94%、47.58%、36.06%和42.67%，以T3處理最高，T4處理最低。中速腐解期T1～T5處理的日均腐解率分別為0.29%、0.28%、0.33%、0.39%和0.34%，以T4處理最高，T2處理最低；腐解70 d時，T1～T5處理的累積腐解率分別為61.83%、57.89%、63.83%、55.44%和59.58%，以T3處理最高，T4處理最低。緩慢腐解期T1～T5處理的日均腐解率為0.04%、0.05%、0.06%、0.05%和0.05%，以T3處理最高，T1處理最低；腐解110 d時，T1～T5處理的累積腐解率分別63.61%、59.89%、66.25%、57.61%和61.75%，以T3處理最高，T4處理最低。

從圖2可知，各處理綠肥不同階段的腐解率表現出先升高后下降的趨勢，在5～20 d時達到最大值。腐解0～5 d時，T1～T5處理的綠肥腐解率分別為21.07%、13.56%、23.19%、13.39%和16.83%，以T3處理最高，T4處理最低；腐解5～20 d時，T1～T5處理的綠肥腐解率分別為33.22%、35.15%、31.76%、26.17%和31.06%，以T2處理最高，T4處理最低；腐解20～40 d時，T1～T5處理的綠肥腐解率分別為19.41%、11.49%、16.96%、17.37%和15.99%，以T1處理最高，其次是T4處理，T2處理最低；腐解40～70 d時，T1～T5處理的綠肥腐解率分別為10.06%、15.10%、16.79%、15.64%和16.08%，以T3處理最大，其次是T5處理，T1處理最小；腐解70～110 d時，T1～T5處理的綠肥腐解率分別為4.65%、4.75%、6.65%、4.79%和5.36%，以T3處理最大，其次是T5處理，T1處理最低。由此可知，紫云英還田處理在腐解前三階段（0～5 d、5～20 d、20～40 d）腐解率較高，導致在后兩階段（40～70 d、70～110 d）腐解率比較低，而紫云英＋黑麥草、紫云英＋油菜、箭舌豌豆＋黑麥草、箭舌豌豆＋油菜還田處理雖然在腐解前三階段腐解率表現不一致，但在后兩階段腐解率都要大于紫云英還田處理，其中紫云英＋油菜還田處理腐解率最高，其次是箭舌豌豆＋油菜還田處理。

2.2 不同組合綠肥的養分釋放動態變化

2.2.1 氮累積釋放率 圖3為綠肥還田后各階段的氮素累積釋放率，不同組合綠肥的氮素累積釋放率在各階段表現不一致。腐解0～5 d時，T1～T5處理的氮素累積釋放率分別為28.27%、23.74%、30.76%、24.96%和27.35%，其中以T3處理最高，顯著高于其余處理，T4處理最低。腐解5～20 d時，各處理氮素累積釋放率以T2處理最高，為25.46%，與T4、T5處理差異顯著。腐解20～40 d時，T1處理的氮素累積釋放率最高，其次是T4處理，兩者均顯著高于T2處理。腐解40～110 d時，T1～T5處理的氮素累積釋放量分別為2.47%、7.27%、9.59%、8.49%和9.62%，其中T2、T3、T4、T5處理顯著高于T1處理，以T5處理最高，其次是T3處理。

2.2.2 磷累積釋放率 由圖4可知，各處理在不同階段的磷素累積釋放率變化趨勢與氮素累積釋放率一致。腐解0～5 d時，T1～T5處理的磷素累積釋放率分別為35.88%、32.48%、38.47%、31.30%和33.02%，以T3處理最高，T4處理最低，T3與T4處理差異顯著。腐解5～20 d時，磷素累積釋放率以T2處理最高，為13.96%，顯著高于T3、T4、T5處理。腐解20～40 d時，T1處理的磷素累積釋放率最高，其次是T4處理，T2處理最低，T1、T4處理與T2處理差異顯著。腐解40～110 d時，T1～T5處理的磷素累積釋放量分別為2.90%、6.75%、8.67%、7.32%和8.18%，其中T2、T3、T4、T5處理顯著高于T1處理，以T3處理最高，其次是T5處理。

2.2.3 鉀累積釋放率 由圖5可知，腐解0～5 d時，T1～T5處理的鉀素累積釋放率分別為49.55%、45.03%、52.96%、45.76%和48.25%，T3處理與T1處理差異不顯著，顯著高于T2、T4、T5處理，T2處理最低。腐解5～20 d時，鉀素累積釋放率以T2處理最高，為34.37%，顯著高于其余各處理，T4處理最低，為28.15%。腐解20～40 d時，T4處理的鉀素累積釋放率最高，與T1處理差異不顯著，但顯著高于T2、T3、T5處理。腐解40～110 d時，T1～T5處理的鉀素累積釋放率分別為2.91%、9.53%、6.01%、11.13%和7.31%，其中T2、T3、T4、T5處理顯著高于T1處理，以T4處理最大，其次是T2處理，均顯著高于T3、T5處理。

綜合圖3～5可知，綠肥還田后氮、磷、鉀素累積釋放率呈下降趨勢，氮素累積釋放動態可分為快速釋放期（0～20 d）和緩慢釋放期（20～110 d）。腐解20 d時，綠肥氮、磷、鉀素累積釋放率分別為42.50%～54.63%、41.08%～49.50%、73.91%～81.92%；試驗結束時，綠肥氮、磷、鉀素累積釋放率分別為57.75%～69.69%、55.54%～64.38%、93.73%～95.71%，累積釋放率表現為鉀＞氮＞磷，其中氮、磷素累積釋放率以T3處理最大，T4處理最低，鉀素累積釋放量以T4處理最大，T1處理最低。

3 結論與討論

綠肥還田后表現出前期腐解快后期腐解慢的特性。洪莉等[16]研究發現，綠肥翻壓后干物質量和干物質累積減少率均存在先快后慢的規律，翻壓20 d內腐解速率較大，后期腐解變慢。梁軍[17]的研究表明，綠肥腐解可分為快速、中速、緩慢分解期，分別為翻壓0～12 d、12～50 d及50 d后。試驗結果表明，綠肥腐解可分為3個階段：快速腐解期（0～20 d）、中速腐解期（20～70 d）和緩慢腐解期（70～110 d），綠肥腐解第110天時，綠肥累積腐解率為57.61%～66.25%，這與常麗春等[18]的研究結果一致。

不同養分在綠肥體內的存在形態和分布位置決定綠肥還田后養分釋放速率的快慢[19]。試驗結果表明，綠肥腐解的氮、磷、鉀養分累積釋放率均表現為前期釋放快、后期釋放慢的特點，氮、磷、鉀累積釋放率分別為57.75%～69.69%、55.54%～64.38%、93.73%～95.71%，表現為鉀＞氮＞磷，這與潘福霞 等[3]、宋莉等[7]的研究結果一致。而王飛等[20]研究發現，紫云英和油菜不同比例混合還田后，各養分累積釋放率大小表現為鉀＞磷＞氮＞碳，出現這種差異的原因可能是試驗使用的是烘干綠肥，而王飛等[20]使用的是鮮樣綠肥。

夏志敏等[21]的研究表明，豆科綠肥和非豆科綠肥混合還田后，腐解過程中豆科綠肥和非豆科綠肥之間會產生交互作用，表現出不同的腐解和養分釋放特征。試驗結果表明，豆科綠肥單獨還田（T1）腐解率及養分釋放量均在腐解前三階段（0～5 d、5～20 d、20～40 d）較高，而豆科與非豆科綠肥混合還田（T2～T5）在后兩階段（40～70 d、70～110 d）較高。這可能跟綠肥本身C/N和微生物活動有關，非豆科綠肥的C/N高、腐解慢，能為豆科綠肥提供充足的碳源，而豆科綠肥的C/N低、腐解快，腐解釋放出的氮素一部分被作物吸收，另一部分被微生物利用來調節非豆科綠肥的C/N[22]，而這是一個長而緩慢的過程，因此豆科與非豆科綠肥混合還田的腐解率及養分累積釋放率在腐解前期低于豆科綠肥單獨還田，而在后期高于豆科綠肥單獨還田。而據水稻大田生育期推算，腐解0～40 d正好是早稻幼苗期至分蘗期，該階段對養分需求量較少，容易導致養分流失；腐解40～100 d正好是早稻分蘗期至晚稻分蘗期，滿足了早稻各關鍵生育期對養分的需求，有利于早稻干物質的生產和對養分的吸收、積累，從而產量得到提高，而那些未被水稻吸收利用而被土壤固定的養分和未被腐解釋放的養分能為晚稻生長發育提供保障。在試驗中，紫云英和油菜混合還田在腐解0～5 d內氮、磷、鉀釋放率最大，可以緩解在大田試驗中紫云英和油菜混合還田后產生的微生物“爭氮”現象。

通過不同綠肥混合腐解及養分釋放規律研究可以發現，不同綠肥混合腐解第110天后累積腐解率達57%以上，且氮、磷、鉀累積釋放率分別可達57%、55%、93%以上。不同綠肥混合還田氮、磷、鉀釋放量因綠肥混合方式而異，紫云英和油菜混合還田氮、磷累積釋放量最大，箭舌豌豆和黑麥草混合還田鉀素釋放量最大。紫云英與油菜混合還田的腐解速率和養分釋放率均高于其他綠肥混合還田，腐解及養分釋放特征更符合水稻生長發育規律，可能更適宜作為長江中下游雙季稻稻區氮肥減量配施的綠肥模式。

參考文獻：

[1] 程會丹，聶 軍，魯艷紅，等. 綠肥對土壤有機碳含量、質量及穩定性影響的研究進展[J]. 湖南農業科學，2018（8）：119-122.

[2] 竇 菲，劉忠寬，秦文利，等. 綠肥在現代農業中的作用分析[J]. 河北農業科學，2009，13（8）：37-38，51.

[3] 潘福霞，魯劍巍，劉 威，等. 三種不同綠肥的腐解和養分釋放特征研究[J]. 植物營養與肥料學報，2011，17（1）：216-223.

[4] COBO J G，BARRIOS E，KASS D C L，et al. Decomposition and nutrient release by green manures in a tropical hillside agroecosystem[J]. Plant and Soil，2002，240（2）：331-342.

[5] COOKSON W R，CORNFORTH I S，ROWARTH J S. Winter soil temperature（2-15℃）effects on nitrogen transformations in clover green manure amended or unamended soils; a laboratory and field study[J]. Soil Biology and Biochemistry，2002，34（10）：1401-1415.

[6] 王金洲，盧昌艾，張文菊，等. 中國農田土壤中有機物料腐解特征的整合分析[J]. 土壤學報，2016，53（1）：16-27.

[7] 宋 莉，韓 上，魯劍巍，等. 油菜秸稈、紫云英綠肥及其不同比例配施還田的腐解及養分釋放規律研究[J]. 中國土壤與肥料，2015（3）：100-104.

[8] 呂麗霞，廖超英，張立新，等. 渭北果園白三葉與黑麥草不同配比的腐解及養分釋放規律[J]. 西北農業學報，2013，22（5）：162-169.

[9] 王允青，曹衛東，郭熙盛，等. 不同還田條件下紫云英腐解特征研究[J]. 安徽農業科學，2010，38（34）：19388-19389，19391.

[10] 唐 杉，王允青，曹衛東，等. 不同還田條件下稻田紫云英氮素釋放規律及效應[J]. 安徽農業科學，2013，41（7）：2945-2947.

[11] 李忠義，張靜靜，蒙炎成，等. 綠肥還田腐解特征及培肥地力研究進展[J]. 江蘇農業科學，2017，45（22）：14-18.

[12] 李增強，王建紅，張 賢. 綠肥腐解及養分釋放過程研究進展[J]. 中國土壤與肥料，2017（4）：8-16.

[13] 朱小梅，王建紅，趙寶泉，等. 不同鹽分土壤環境下綠肥腐解及養分釋放動態研究[J]. 水土保持學報，2018，32（6）：309-314.

[14] 趙 娜，趙護兵，魚昌為，等. 旱地豆科綠肥腐解及養分釋放動態研究[J]. 植物營養與肥料學報，2011，17（5）：1179-1187.

[15] 張小毅，劉文露，向焱赟，等. 混合綠肥還田對雙季稻干物質積累及產量的影響[J]. 湖南農業大學學報（自然科學版），2021，47（6）：609-615.

[16] 洪 莉，陳令會，曹錦萍，等. 南方桃園不同綠肥的腐解及養分釋放規律研究[J]. 江蘇農業科學，2019，47（11）：294-297.

[17] 梁 軍. 不同綠肥還田腐解動態及其對土壤養分的影響[D]. 長沙：湖南農業大學，2018.

[18] 常春麗，王盼盼，李金秋，等. 高寒地區不同綠肥的腐解特征及其對土壤養分的影響[J]. 江蘇農業科學，2019，47（5）：260-263.

[19] 劉 佳，張 杰，秦文婧，等. 紅壤旱地毛葉苕子不同翻壓量下腐解及養分釋放特征[J]. 草業學報，2016，25（10）：66-76.

[20] 王 飛，林 誠，李清華，等. 亞熱帶單季稻區紫云英不同翻壓量下有機碳和養分釋放特征[J]. 草業學報，2012，21（4）：319-324.

[21] 夏志敏，周建斌，梅沛沛，等. 玉米與蠶豆秸稈配施對秸稈分解及土壤養分含量的影響[J]. 應用生態學報，2012，23（1）：103-108.

[22] MEIDUTE S，DEMOLING F，B??TH E. Antagonistic and synergistic effects of fungal and bacterial growth in soil after adding different carbon and nitrogen sources[J]. Soil Biology and Biochemistry，2008，40（9）：2334-2343.

（責任編輯：肖彥資）