不同绿肥混合还田的腐解特征及养分释放动态

刘小安 张小毅 刘文露 唐锷

摘 要：为探究豆科与非豆科绿肥混合还田后的养分腐解和释放规律，以豆科绿肥紫云英和箭舌豌豆、非豆科绿肥黑麥草和油菜为材料，在温室大棚内应用尼龙网袋法研究了紫云英、紫云英＋黑麦草、紫云英＋油菜、箭舌豌豆＋黑麦草、箭舌豌豆＋油菜5种绿肥混合还田后的腐解特征及氮、磷、钾养分释放动态变化。结果表明：各处理绿肥腐解过程可分为快速腐解期（0～20 d）、中速腐解期（20～70 d）和缓慢腐解期（70～110 d）3个阶段；其中，紫云英还田的腐解率及养分累积释放率均在前三阶段（0～5 d、5～20 d、20～40 d）较高，而紫云英＋油菜和箭舌豌豆＋油菜还田的在后两阶段（40～70 d、70～110 d）较高；试验结束时（110 d），各处理绿肥累积腐解率为57.61%～66.25%，氮、磷、钾累积释放率分别为57.75%～69.69%、55.54%～64.38%、93.73%～95.71%，表现为钾＞氮＞磷，其中，紫云英+油菜混合还田的累积腐解率和氮、磷累积释放率最高，箭舌豌豆+黑麦草的钾累积释放量最高。综上可知，绿肥腐解速率和养分释放速率受绿肥种类和不同绿肥混合的影响，紫云英和油菜混合还田更适宜作为长江中下游双季稻稻区氮肥减量配施的绿肥模式。

关键词：豆科绿肥；非豆科绿肥；腐解；养分释放

中图分类号：S142文献标识码：A文章编号：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

基金项目：衡阳市科技创新重大项目（202150013989）

作者简介：刘小安（1975—），男，湖南衡阳市人，研究实习员，主要从事蔬菜栽培与育种研究。

绿肥是指所有能够翻压到土壤中做肥料的绿色植物体[1]。我国绿肥种植历史悠久，早在《齐民要术》中就有对绿肥的相关记载。绿肥是我国农业生产的重要组成部分和传统农业的精华，在保障粮食生产安全、提升土壤肥力等方面发挥了重要作用[2]。根据植物学分类可将绿肥分为豆科绿肥和非豆科绿肥，其二者混合还田具有较好的互补优势，一方面可以利用它们在腐解速率和养分释放速率上形成的时间差，最大限度地发挥绿肥肥效，从而满足作物不同生长时期对养分的需求，另一方面其氮、磷、钾养分供应均衡，可以充分保障作物生长发育对养分的需求。大量研究表明，绿肥的腐解速率受其本身化学性质[3-4]、环境条件[5-6]、还田方式[7-8]及田间管理措施[9-10]等因素的影响，且腐解过程可以分为快速腐解阶段和缓慢腐解阶段[11-12]，养分释放量排序表现为钾＞磷＞氮[13-14]。项目组前期研究[15]发现，豆科与非豆科绿肥混合还田可促进双季稻生育后期叶片叶绿素含量的提高，有效延缓生育后期剑叶净光合速率的下降，增加双季稻植株干物质积累量及产量。笔者拟在实验室条件下模拟绿肥还田过程，进一步探究豆科与非豆科绿肥混合还田下的腐解特征，明确豆科与非豆科绿肥混合还田后其养分释放规律，以期为合理利用绿肥以及水稻高产、高效栽培提供技术支撑和科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2021年8—12月在衡阳市蔬菜研究所实验室内进行。供试土壤来自岳阳市湘阴县某双季稻田0～20 cm耕层，土壤类型为河流冲击物发育而成的紫潮泥，于室内风干后剔除可见的植物根系，过2 mm 筛备用。土壤养分基本情况：有机质15.24g/kg，全氮1.46 g/kg，全磷1.01 g/kg，全钾14.08 g/kg，碱解氮328.67 mg/kg，有效磷25.51 mg/kg，速效钾258.58 mg/kg，土壤pH值5.86。

供试绿肥为豆科绿肥与非豆科绿肥2类，豆科绿肥为紫云英和箭舌豌豆，非豆科绿肥为黑麦草和油菜，于50℃烘干后剪切至2 cm左右后干燥保存备用，其养分含量见表1。

供试蘑菇袋规格为20 cm×45 cm，直径12.7 cm；尼龙袋的规格为8 cm×10 cm，孔径200目。

1.2 试验方法

采用随机区组设计，共设置5个绿肥还田处理，详见表2。为保证试验顺利进行，每个处理3次重复，每个处理准备蘑菇袋15个，共准备蘑菇袋75个。从8月12日开始分别于堆制后的5、20、40、70和110 d进行取样。每次取样都为破坏性取样，同1处理取3个样品。

以蘑菇袋为容器，先将铺入土壤300 g，土壤上水平放置已分装的5个不同绿肥干样的尼龙袋，再用300 g土壤覆盖尼龙袋，最后用蒸馏水将土壤含水量调为25%，用橡皮筋扎紧蘑菇袋口，放实验室室温避光培养，培养期间每隔3 d对蘑菇袋通气一次，并用称重法补充含水量。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 绿肥干物质 将腐解后剩余的绿肥于烘箱中80℃烘干，用1/100电子天平称干重，计算绿肥累积腐解率和累积腐解率。

腐解率（%）=（腐解n天干物质量－腐解m天干物质量）/腐解n天干物质量×100 （1）

累积腐解率（%）=（初始干物质量－腐解n天干物质量）/初始干物质量 ×100（2）

式中：m＞n，下同。

1.3.2 绿肥养分 将烘干后的绿肥粉碎后过筛密封保存。称取0.500 0 g植株粉碎样，置于150 mL三角瓶中，加入8～10 mL硫酸，静置过夜（≥8 h）后，在350℃石墨炉加热板上进行消煮，每隔1 h加H2O2 5～10滴，加3～4次，待溶液消煮至无色或清亮后，自然冷却，用蒸馏水润洗定容至100 mL容量瓶中，过0.45 μm滤膜至10 mL离心管中待测。待测液采用SAN++型连续流动分析仪（Skalar，荷兰）测定全氮、全磷含量，采用M410型火焰光度计（Shewood，英国）测定全钾含量，并计算绿肥养分累积释放率。

养分累积释放率（%）=（初始养分总量－腐解n天养分总量）/初始养分总量×100（3）

各阶段养分累积释放率（%）=腐解m天养分累积释放率－腐解n天养分累积释放率（4）

1.4 数据统计与分析

试验数据采用Microsoft Excel 2016和SPSS 25.0软件进行整理和统计分析采用LSD法进行多重比较（α＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同组合绿肥的腐解动态变化

由图1可知，各处理绿肥的累积腐解率均随时间的推移而呈上升趋势，腐解过程大致可以分为快速腐解期（0～20 d）、中速腐解期（20～70 d）和缓慢腐解期（70～110 d）。快速腐解期T1～T5处理的日均腐解率分别为2.37%、2.20%、2.38%、1.80%和2.13%，以T3處理最高，T4处理最低；绿肥腐解20 d时，T1～T5处理的累积腐解率分别为47.33%、43.94%、47.58%、36.06%和42.67%，以T3处理最高，T4处理最低。中速腐解期T1～T5处理的日均腐解率分别为0.29%、0.28%、0.33%、0.39%和0.34%，以T4处理最高，T2处理最低；腐解70 d时，T1～T5处理的累积腐解率分别为61.83%、57.89%、63.83%、55.44%和59.58%，以T3处理最高，T4处理最低。缓慢腐解期T1～T5处理的日均腐解率为0.04%、0.05%、0.06%、0.05%和0.05%，以T3处理最高，T1处理最低；腐解110 d时，T1～T5处理的累积腐解率分别63.61%、59.89%、66.25%、57.61%和61.75%，以T3处理最高，T4处理最低。

从图2可知，各处理绿肥不同阶段的腐解率表现出先升高后下降的趋势，在5～20 d时达到最大值。腐解0～5 d时，T1～T5处理的绿肥腐解率分别为21.07%、13.56%、23.19%、13.39%和16.83%，以T3处理最高，T4处理最低；腐解5～20 d时，T1～T5处理的绿肥腐解率分别为33.22%、35.15%、31.76%、26.17%和31.06%，以T2处理最高，T4处理最低；腐解20～40 d时，T1～T5处理的绿肥腐解率分别为19.41%、11.49%、16.96%、17.37%和15.99%，以T1处理最高，其次是T4处理，T2处理最低；腐解40～70 d时，T1～T5处理的绿肥腐解率分别为10.06%、15.10%、16.79%、15.64%和16.08%，以T3处理最大，其次是T5处理，T1处理最小；腐解70～110 d时，T1～T5处理的绿肥腐解率分别为4.65%、4.75%、6.65%、4.79%和5.36%，以T3处理最大，其次是T5处理，T1处理最低。由此可知，紫云英还田处理在腐解前三阶段（0～5 d、5～20 d、20～40 d）腐解率较高，导致在后两阶段（40～70 d、70～110 d）腐解率比较低，而紫云英＋黑麦草、紫云英＋油菜、箭舌豌豆＋黑麦草、箭舌豌豆＋油菜还田处理虽然在腐解前三阶段腐解率表现不一致，但在后两阶段腐解率都要大于紫云英还田处理，其中紫云英＋油菜还田处理腐解率最高，其次是箭舌豌豆＋油菜还田处理。

2.2 不同组合绿肥的养分释放动态变化

2.2.1 氮累积释放率 图3为绿肥还田后各阶段的氮素累积释放率，不同组合绿肥的氮素累积释放率在各阶段表现不一致。腐解0～5 d时，T1～T5处理的氮素累积释放率分别为28.27%、23.74%、30.76%、24.96%和27.35%，其中以T3处理最高，显著高于其余处理，T4处理最低。腐解5～20 d时，各处理氮素累积释放率以T2处理最高，为25.46%，与T4、T5处理差异显著。腐解20～40 d时，T1处理的氮素累积释放率最高，其次是T4处理，两者均显著高于T2处理。腐解40～110 d时，T1～T5处理的氮素累积释放量分别为2.47%、7.27%、9.59%、8.49%和9.62%，其中T2、T3、T4、T5处理显著高于T1处理，以T5处理最高，其次是T3处理。

2.2.2 磷累积释放率 由图4可知，各处理在不同阶段的磷素累积释放率变化趋势与氮素累积释放率一致。腐解0～5 d时，T1～T5处理的磷素累积释放率分别为35.88%、32.48%、38.47%、31.30%和33.02%，以T3处理最高，T4处理最低，T3与T4处理差异显著。腐解5～20 d时，磷素累积释放率以T2处理最高，为13.96%，显著高于T3、T4、T5处理。腐解20～40 d时，T1处理的磷素累积释放率最高，其次是T4处理，T2处理最低，T1、T4处理与T2处理差异显著。腐解40～110 d时，T1～T5处理的磷素累积释放量分别为2.90%、6.75%、8.67%、7.32%和8.18%，其中T2、T3、T4、T5处理显著高于T1处理，以T3处理最高，其次是T5处理。

2.2.3 钾累积释放率 由图5可知，腐解0～5 d时，T1～T5处理的钾素累积释放率分别为49.55%、45.03%、52.96%、45.76%和48.25%，T3处理与T1处理差异不显著，显著高于T2、T4、T5处理，T2处理最低。腐解5～20 d时，钾素累积释放率以T2处理最高，为34.37%，显著高于其余各处理，T4处理最低，为28.15%。腐解20～40 d时，T4处理的钾素累积释放率最高，与T1处理差异不显著，但显著高于T2、T3、T5处理。腐解40～110 d时，T1～T5处理的钾素累积释放率分别为2.91%、9.53%、6.01%、11.13%和7.31%，其中T2、T3、T4、T5处理显著高于T1处理，以T4处理最大，其次是T2处理，均显著高于T3、T5处理。

综合图3～5可知，绿肥还田后氮、磷、钾素累积释放率呈下降趋势，氮素累积释放动态可分为快速释放期（0～20 d）和缓慢释放期（20～110 d）。腐解20 d时，绿肥氮、磷、钾素累积释放率分别为42.50%～54.63%、41.08%～49.50%、73.91%～81.92%；试验结束时，绿肥氮、磷、钾素累积释放率分别为57.75%～69.69%、55.54%～64.38%、93.73%～95.71%，累积释放率表现为钾＞氮＞磷，其中氮、磷素累积释放率以T3处理最大，T4处理最低，钾素累积释放量以T4处理最大，T1处理最低。

3 结论与讨论

绿肥还田后表现出前期腐解快后期腐解慢的特性。洪莉等[16]研究发现，绿肥翻压后干物质量和干物质累积减少率均存在先快后慢的规律，翻压20 d内腐解速率较大，后期腐解变慢。梁军[17]的研究表明，绿肥腐解可分为快速、中速、缓慢分解期，分别为翻压0～12 d、12～50 d及50 d后。试验结果表明，绿肥腐解可分为3个阶段：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），绿肥腐解第110天时，绿肥累积腐解率为57.61%～66.25%，这与常丽春等[18]的研究结果一致。

不同养分在绿肥体内的存在形态和分布位置决定绿肥还田后养分释放速率的快慢[19]。试验结果表明，绿肥腐解的氮、磷、钾养分累积释放率均表现为前期释放快、后期释放慢的特点，氮、磷、钾累积释放率分别为57.75%～69.69%、55.54%～64.38%、93.73%～95.71%，表现为钾＞氮＞磷，这与潘福霞 等[3]、宋莉等[7]的研究结果一致。而王飞等[20]研究发现，紫云英和油菜不同比例混合还田后，各养分累积释放率大小表现为钾＞磷＞氮＞碳，出现这种差异的原因可能是试验使用的是烘干绿肥，而王飞等[20]使用的是鲜样绿肥。

夏志敏等[21]的研究表明，豆科绿肥和非豆科绿肥混合还田后，腐解过程中豆科绿肥和非豆科绿肥之间会产生交互作用，表现出不同的腐解和养分释放特征。试验结果表明，豆科绿肥单独还田（T1）腐解率及养分释放量均在腐解前三阶段（0～5 d、5～20 d、20～40 d）较高，而豆科与非豆科绿肥混合还田（T2～T5）在后两阶段（40～70 d、70～110 d）较高。这可能跟绿肥本身C/N和微生物活动有关，非豆科绿肥的C/N高、腐解慢，能为豆科绿肥提供充足的碳源，而豆科绿肥的C/N低、腐解快，腐解释放出的氮素一部分被作物吸收，另一部分被微生物利用来调节非豆科绿肥的C/N[22]，而这是一个长而缓慢的过程，因此豆科与非豆科绿肥混合还田的腐解率及养分累积释放率在腐解前期低于豆科绿肥单独还田，而在后期高于豆科绿肥单独还田。而据水稻大田生育期推算，腐解0～40 d正好是早稻幼苗期至分蘖期，该阶段对养分需求量较少，容易导致养分流失；腐解40～100 d正好是早稻分蘖期至晚稻分蘖期，满足了早稻各关键生育期对养分的需求，有利于早稻干物质的生产和对养分的吸收、积累，从而产量得到提高，而那些未被水稻吸收利用而被土壤固定的养分和未被腐解释放的养分能为晚稻生长发育提供保障。在试验中，紫云英和油菜混合还田在腐解0～5 d内氮、磷、钾释放率最大，可以缓解在大田试验中紫云英和油菜混合还田后产生的微生物“争氮”现象。

通过不同绿肥混合腐解及养分释放规律研究可以发现，不同绿肥混合腐解第110天后累积腐解率达57%以上，且氮、磷、鉀累积释放率分别可达57%、55%、93%以上。不同绿肥混合还田氮、磷、钾释放量因绿肥混合方式而异，紫云英和油菜混合还田氮、磷累积释放量最大，箭舌豌豆和黑麦草混合还田钾素释放量最大。紫云英与油菜混合还田的腐解速率和养分释放率均高于其他绿肥混合还田，腐解及养分释放特征更符合水稻生长发育规律，可能更适宜作为长江中下游双季稻稻区氮肥减量配施的绿肥模式。

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（责任编辑：肖彦资）