不同收獲期的籽粒莧綠肥還田對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

陳國(guó)軍，閆慧峰，吳凱，楊舉田，田雷，譚效磊，宗浩，

陳秀齋3，張永春3，孫延國(guó)1，劉海偉1，石屹1*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，農(nóng)業(yè)部煙草生物學(xué)與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266101；

2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081；3.山東省臨沂煙草公司，山東 臨沂 276003)

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不同收獲期的籽粒莧綠肥還田對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

陳國(guó)軍1,2，閆慧峰1，吳凱1,2，楊舉田3，田雷3，譚效磊3，宗浩3，

陳秀齋3，張永春3，孫延國(guó)1，劉海偉1，石屹1*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，農(nóng)業(yè)部煙草生物學(xué)與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266101；

2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081；3.山東省臨沂煙草公司，山東 臨沂 276003)

摘要：為研究不同時(shí)期收獲的籽粒莧還田后對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，采用室內(nèi)恒溫培養(yǎng)模擬籽粒莧還田，測(cè)定了生長(zhǎng)45，55和65 d收獲的籽粒莧還田后土壤可溶性碳(DOC)、無機(jī)氮(Nmin)、速效鉀、緩效鉀含量的變化趨勢(shì)。研究結(jié)果表明，不同時(shí)期收獲的籽粒莧還田后0～14 d，土壤DOC、Nmin、速效鉀、土壤緩效鉀含量均顯著增加，籽粒莧氮表觀釋放率達(dá)到19.5%以上，而鉀表觀釋放率在63.4%以上；還田14～56 d，土壤Nmin、速效鉀、緩效鉀含量均為生長(zhǎng)45 d收獲的處理>55 d收獲的處理>65 d收獲的處理>對(duì)照，但此階段各處理土壤DOC、組成土壤Nmin的銨態(tài)氮(除45 d收獲的還田處理)與對(duì)照之間沒有顯著差異；還田56 d后，添加籽粒莧的土壤Nmin是對(duì)照的3.4倍、速效鉀是對(duì)照的3.1倍、緩效鉀是對(duì)照的1.1倍。此外，培養(yǎng)期間生長(zhǎng)45 d收獲的籽粒莧氮、鉀表觀釋放率低于生長(zhǎng)55和65 d收獲的籽粒莧。由此表明，籽粒莧還田14 d后對(duì)土壤有效養(yǎng)分就有明顯改善效果，籽粒莧生長(zhǎng)45 d收獲還田效果較好。

關(guān)鍵詞：籽粒莧；綠肥還田；腐解；土壤養(yǎng)分；不同收獲期

綠肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，綠肥還田進(jìn)入土壤經(jīng)過一系列的腐解過程，可明顯增加土壤中氮、磷、鉀和各種中微量元素含量[1-2]。綠肥在生長(zhǎng)過程中吸收土壤殘留養(yǎng)分，還田后再將養(yǎng)分釋放，供作物吸收；綠肥中的豆科綠肥可以和土壤中根瘤菌形成共生關(guān)系，固定空氣中的氮素，在一定程度上提高土壤中的 N 素含量。有研究指出豆科綠肥的根瘤固氮量占到總氮的 39%～49%，在貧瘠的土壤上固氮更高達(dá)80%以上[3]；此外，綠肥還田明顯提高氮素利用率，綠肥作物的氮素不僅在土壤中有更長(zhǎng)的滯留時(shí)間，而且降低硝酸鹽淋洗損失[4-5]。綠肥可以通過其發(fā)達(dá)的根系，擴(kuò)大吸磷的空間和范圍，同時(shí)能夠活化土壤中難溶性磷，已有報(bào)道指出油菜(Brassicacampestris)和肥田蘿卜(Raphanussativus)可以活化并利用所提供的難溶性磷酸鹽；并且，綠肥翻壓后在腐解過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸也會(huì)通過微生物的還原、酸溶、絡(luò)合等作用活化土壤中的磷鉀養(yǎng)分[6-7]；但不同綠肥種類，甚至同一綠肥不同部位腐解對(duì)土壤養(yǎng)分影響都可能產(chǎn)生較大差異[8]。綠肥主要分為豆科綠肥和非豆科綠肥兩大類。非豆科綠肥主要包括富鉀作用強(qiáng)的菊科、莧科，解磷作用強(qiáng)的十字花科綠肥，以及一些禾本科作物[9-11]。與其他科屬的綠肥相比，籽粒莧(Amaranthushypochondriacus)作為莧科綠肥含鉀較高，多作為生物鉀肥資源，常用于夏綠肥或間作綠肥[12-14]。籽粒莧含鉀量高的主要機(jī)制是能不斷地活化土壤中的緩效性鉀和礦物態(tài)鉀，通過根系吸收轉(zhuǎn)化為生物鉀[15]；并通過綠色體、秸稈還田和泡青還田的形式歸還土壤，這有利于土壤鉀的良性循環(huán)和再利用，緩解了土壤缺鉀的現(xiàn)象[16-17]。并且，籽粒莧與化肥配施，改善了煙草(Nicotianatabacum)養(yǎng)分吸收狀況，對(duì)煙葉的產(chǎn)量和質(zhì)量都有所提高[18]。此外，研究顯示不同作物間作可以改善某些作物的營(yíng)養(yǎng)狀況，小麥(Triticumaestivum)-大豆(Glycinemax)兩作物間作時(shí)，間作小麥的吸氮量、吸磷量始終高于單作小麥[19]，并且李廷軒和馬國(guó)瑞[20]指出籽粒莧與煙草間作提高了煙葉中鉀、硫等部分礦質(zhì)養(yǎng)分含量。

綠肥與作物間作、輪作或套種，往往會(huì)出現(xiàn)與主作物爭(zhēng)水爭(zhēng)肥的問題。紅豆草(Onobrychisviciaefolia)在玉米(Zeamays)行間種植，由于紅豆草吸收了大量的水分和養(yǎng)分，進(jìn)而影響到玉米的生長(zhǎng)；在綠肥與果園種植模式中也出現(xiàn)了與果樹爭(zhēng)水爭(zhēng)肥的矛盾[21]?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)在施肥與管理、綠肥品種等方面與20世紀(jì)60～80年代相比發(fā)生了巨大變化，綠肥生產(chǎn)、利用中的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)達(dá)不到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)綠肥綜合利用的要求[22]，籽粒莧在間作套種生產(chǎn)中也存在此類問題。此外，前人對(duì)籽粒莧的研究多集中在食用[23]、飼用[24]、保健[25]以及作為綠肥間作、化肥配施[26]等方面。為此，本研究將針對(duì)間作套種的籽粒莧采取不同時(shí)期還田，以期解決間作套種籽粒莧過程中爭(zhēng)水爭(zhēng)肥等大田生產(chǎn)問題；采用室內(nèi)模擬培養(yǎng)的方法，更深層次揭示籽粒莧綠肥還田后對(duì)土壤可溶性碳含量、無機(jī)氮含量、緩效鉀含量、速效鉀含量等的影響，明確不同收獲期籽粒莧還田效果差異，以期為籽粒莧作為綠肥合理使用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試材料

供試籽粒莧品種為R104，播種時(shí)間為2014年5月2日，播種地點(diǎn)為山東沂南縣雙堠鎮(zhèn)，種植密度1.4×105株/hm2。不同收獲期的籽粒莧自然風(fēng)干后的基本農(nóng)化性狀見表1。

表1　籽粒莧的基本農(nóng)化性狀

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用室內(nèi)恒溫培養(yǎng)模擬籽粒莧還田，實(shí)驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理，分別是K1(添加生長(zhǎng)45 d收獲的籽粒莧)、K2(添加生長(zhǎng)55 d收獲的籽粒莧)、K3(添加生長(zhǎng)65 d收獲的籽粒莧)以及CK(對(duì)照不加籽粒莧)。

供試土壤來自山東諸城洛莊煙草實(shí)驗(yàn)站的棕壤土。供試土壤基本性狀如下：pH值 8.07、有機(jī)質(zhì)含量25.6 g/kg、全氮含量5.53 g/kg、堿解氮含量54.3 mg/kg、全磷含量0.09 g/kg、有效磷含量13.0 mg/kg、全鉀含量15.8 g/kg、速效鉀含量140 mg/kg。

處理方法為稱取過2 mm篩的風(fēng)干土100 g和粉碎的自然風(fēng)干的籽粒莧植株2 g(過2 mm篩)，混勻裝入直徑6 cm，高11 cm的圓柱形塑料桶中，統(tǒng)一調(diào)節(jié)土壤含水量至田間持水量的70%，桶口用半透膜密封，放入25℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)[27]。每隔3 d采用稱重法補(bǔ)充水分。每個(gè)處理21盆。

在培養(yǎng)的第5 h，2，7，14，28，42，56天進(jìn)行取樣，按處理每次取3個(gè)重復(fù)。

1.3測(cè)定項(xiàng)目及方法

土壤可溶性碳含量，利用0.5 mol/L的K2SO4(水土比為5∶1)浸提，采用Muti N/C-3100型TOC分析儀測(cè)定[8]，土壤硝態(tài)氮+亞硝態(tài)氮含量和銨態(tài)氮含量，均利用1 mol/L的KCl(水土比為5∶1)浸提(一般土壤中亞硝態(tài)氮含量很低，測(cè)定中沒有加氨基磺酸消除亞硝態(tài)氮)，分別采用紫外分光光度法和靛酚藍(lán)比色法測(cè)定，土壤緩效鉀含量利用1 mol/L硝酸浸提、土壤速效鉀含量利用1 mol/L乙酸銨浸提后，均采用火焰光度法測(cè)定。

1.4數(shù)據(jù)分析

土壤無機(jī)氮(Nmin)含量=土壤硝態(tài)氮+亞硝態(tài)氮含量+土壤銨態(tài)氮含量

氮表觀釋放率=土壤無機(jī)氮增量/添加籽粒莧全氮量×100%

鉀表觀釋放率=(土壤緩效鉀增量+土壤速效鉀增量)/添加籽粒莧全鉀量×100%

采用Excel 2003，SAS軟件進(jìn)行方差分析(LSD法)。

2結(jié)果與分析

2.1土壤可溶性碳(DOC)含量的動(dòng)態(tài)變化

由表2看出，3種不同時(shí)間收獲的籽粒莧還田后土壤DOC含量變化趨勢(shì)基本一致，在腐解開始時(shí)，即第5 h，土壤DOC含量顯著增加，3組處理K1(45 d收獲)、K2(55 d收獲)、K3(65 d收獲)的土壤DOC含量分別是對(duì)照的3.62，2.72，1.41倍。隨后在第2 和7 天土壤DOC含量迅速降低。14 d以后所有處理與對(duì)照之間沒有顯著差異，僅略高于對(duì)照。不同處理之間，添加45 d收獲的籽粒莧的處理(K1)在還田后0～14 d內(nèi)土壤DOC含量顯著高于55 d(K2)和65 d(K3)的處理，而K2(55 d收獲)與K3(65 d收獲)的土壤DOC含量無顯著差異。

表2　不同處理土壤可溶性碳(DOC)含量的動(dòng)態(tài)變化

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: Values in the same columns with different letters mean differ significantly at the 5% level. The same below.

2.2土壤無機(jī)氮(Nmin)含量的動(dòng)態(tài)變化

圖1中顯示不同收獲期的籽粒莧還田后土壤Nmin、以及組成土壤Nmin的銨態(tài)氮與硝態(tài)氮+亞硝態(tài)氮的變化。還田56 d后，各處理與對(duì)照相比土壤銨態(tài)氮含量無顯著差異，而各處理的土壤無機(jī)氮和土壤硝態(tài)氮+亞硝態(tài)氮含量均顯著增加，其中土壤無機(jī)氮含量分別是對(duì)照的4.50，4.47，3.39倍；此外，添加45 d收獲籽粒莧(K1)和添加55 d收獲籽粒莧(K2)的處理土壤無機(jī)氮和土壤硝態(tài)氮+亞硝態(tài)氮含量顯著高于添加65 d收獲籽粒莧(K3)的處理。另外，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮+亞硝態(tài)氮、土壤 Nmin培養(yǎng)期間變化曲線顯示：一方面，培養(yǎng)期間各處理土壤銨態(tài)氮含量均表現(xiàn)為先升高后降低的變化趨勢(shì)；土壤銨態(tài)氮含量在還田后7 d均達(dá)到最大，此時(shí)，45 d收獲的處理(K1)、55 d收獲的處理(K2)和65 d收獲的處理(K3)土壤銨態(tài)氮含量分別為對(duì)照的2.45，1.64和1.60倍。另一方面，培養(yǎng)期間各處理土壤無機(jī)氮和硝態(tài)氮+亞硝態(tài)氮含量均表現(xiàn)為先降低后升高的變化趨勢(shì)；并且在還田2 d后，各處理的土壤無機(jī)氮和硝態(tài)氮+亞硝態(tài)氮含量有降低。與最初起始時(shí)(5 h)相比，還田2 d后，K1、K2、K3處理的土壤無機(jī)氮含量分別下降了31.7%，6.9%，8.5%。同時(shí)籽粒莧還田顯著改變了土壤無機(jī)氮的構(gòu)成， 并且從土壤銨態(tài)氮與硝態(tài)氮+亞硝態(tài)氮的比值變化曲線可以看出，除了在還田后第2天與對(duì)照沒有顯著差異外，其余培養(yǎng)階段土壤銨態(tài)氮與硝態(tài)氮+亞硝態(tài)氮的比值都是顯著低于對(duì)照。由于培養(yǎng)結(jié)束時(shí)添加籽粒莧顯著增加了土壤硝態(tài)氮+亞硝態(tài)氮含量(平均增加120.1 mg/kg)，而土壤銨態(tài)氮變化不大(平均增加1.8 mg/kg)，因而各處理的土壤銨態(tài)氮與硝態(tài)氮+亞硝態(tài)氮的比例顯著降低。

圖1　不同處理土壤無機(jī)氮含量的動(dòng)態(tài)變化Fig.1　Dynamics on soil mineral nitrogen (Nmin) concentration among different treatments

2.3土壤中速效鉀、緩效鉀含量的動(dòng)態(tài)變化

土壤中速效鉀含量的變化見表3。與對(duì)照相比，不同處理土壤速效鉀含量均表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。在56 d的培養(yǎng)過程中，添加45 d收獲籽粒莧的處理(K1)和添加55 d收獲籽粒莧的處理(K2)在還田后0～14 d土壤速效鉀含量持續(xù)增加，還田14 d時(shí)分別為對(duì)照的4.46和3.79倍，添加65 d收獲籽粒莧的處理(K3)在還田后0～7 d土壤速效鉀含量保持增加，還田7 d時(shí)為對(duì)照的3.78倍。培養(yǎng)結(jié)束時(shí)(56 d)與對(duì)照相比，不同處理均顯著提高了土壤速效鉀含量，其中K1、K2、K3分別增加445.5，332.3，307.3 mg/kg；此外，K1處理的土壤速效鉀含量顯著高于K2、K3，而K2與K3無顯著差異。

表3　不同處理土壤速效鉀含量的動(dòng)態(tài)變化

土壤中緩效鉀含量的變化見表4。籽粒莧還田56 d后，不同收獲期的籽粒莧還田效果有所差異，與對(duì)照相比，K1、K2、K3緩效鉀分別增加181.7，129.7，94.5 mg/kg。在還田后腐解過程中，不同腐解階段土壤緩效鉀含量的變化具有差異性。腐解培養(yǎng)7 d以前，土壤緩效鉀含量增加的幅度不大，K1、K2、K3分別比5 h的增加了7%，3%和6%；但7～14 d緩效鉀增加比較顯著，而14 d至培養(yǎng)結(jié)束土壤緩效鉀含量基本保持穩(wěn)定。

表4　不同處理土壤緩效鉀含量的動(dòng)態(tài)變化

2.4籽粒莧養(yǎng)分表觀釋放率的動(dòng)態(tài)變化

不同收獲期的籽粒莧還田后氮、鉀表觀釋放率的變化見表5。籽粒莧還田后氮、鉀的表觀釋放率存在差異，各處理氮表觀釋放率在4.3%～34.5%，而鉀表觀釋放率在24.9%～99.2%。還田腐解過程中，一方面，不同收獲期籽粒莧氮表觀釋放率有所差異，其中添加45 d收獲的籽粒莧處理(K1)的氮表觀釋放率顯著低于55 d收獲(K2)和65 d收獲(K3)的處理；另一方面，不同收獲期的籽粒莧還田腐解過程中鉀表觀釋放率同樣具有差異性，即添加45 d收獲的籽粒莧處理(K1)的鉀表觀釋放率顯著低于55 d收獲(K2)和65 d收獲(K3)的處理。

表5　不同處理籽粒莧氮、鉀表觀釋放率

3討論

3.1籽粒莧綠肥還田后對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

綠肥籽粒莧還田顯著提高了土壤無機(jī)氮、速效鉀與緩效鉀含量，并且顯著改變了土壤無機(jī)氮組成，使土壤硝態(tài)氮顯著增加，但對(duì)土壤銨態(tài)氮沒有顯著影響。本研究中選擇生長(zhǎng)45，55和65 d收獲的籽粒莧作為實(shí)驗(yàn)材料，是根據(jù)我們已有的煙草田間套作籽粒莧未公布的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以及籽粒莧生長(zhǎng)規(guī)律，播種后40 d進(jìn)入快速生長(zhǎng)[28]，播種后65 d鮮重基本達(dá)到最大；并且煙草在移栽后65 d即轉(zhuǎn)入成熟期生長(zhǎng)。

種植翻壓綠肥有助于土壤養(yǎng)分的提高，一方面，綠肥在生長(zhǎng)過程中吸收土壤殘留養(yǎng)分，還田后再將養(yǎng)分釋放，供作物吸收；另一方面，豆科綠肥可以固氮，十字花科綠肥能夠活化土壤中難溶磷，而莧科綠肥能夠富集土壤鉀；因此，綠肥可以顯著提高土壤有效養(yǎng)分的含量[9]。籽粒莧作為莧科綠肥，不僅可以富集鉀，而且其碳、氮等養(yǎng)分含量高，所以籽粒莧翻入土壤可以改善土壤養(yǎng)分狀況[29]。

大量研究表明，翻壓綠肥有利于土壤有機(jī)質(zhì)的提高，其中土壤可溶性碳(DOC)是聯(lián)系有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化與微生物代謝的紐帶，也是評(píng)價(jià)土壤有機(jī)質(zhì)含量的重要指標(biāo)[30]。有研究表明豆科、莧科、禾本科綠肥還田均可以提高土壤DOC含量[31]。本研究中籽粒莧還田后土壤DOC含量的變化充分證明了這一點(diǎn)。培養(yǎng)初期，隨著高含碳量籽粒莧的加入，土壤DOC含量顯著增加，而隨著培養(yǎng)進(jìn)程的推進(jìn)土壤DOC含量出現(xiàn)了顯著降低，這與周江敏等[32]采用水稻(Oryzasativa)秸稈進(jìn)行室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)土壤DOC含量變化趨勢(shì)是一致的；培養(yǎng)過程中土壤可溶性碳顯著降低與土壤微生物快速繁殖，組成可溶性碳的溶解性糖、溶解性酚酸等簡(jiǎn)單可溶化合物被微生物短時(shí)間內(nèi)消耗殆盡有關(guān)[33]。

土壤中氮的形態(tài)分為無機(jī)氮和有機(jī)氮，其中無機(jī)氮主要為銨態(tài)氮和硝態(tài)氮[34]；有研究顯示，田菁(Sesbaniasesban)綠肥翻壓30 d后，明顯提高土壤中的硝態(tài)氮，并且至200 d時(shí)硝態(tài)氮的釋放仍維持較高水平[35]。這與本研究中籽粒莧腐解培養(yǎng)28 d時(shí)土壤硝態(tài)氮+亞硝態(tài)氮含量達(dá)到較高水平的結(jié)果一致。并且巨曉棠等[36]指出土壤中很少積累銨態(tài)氮，也就是土壤中無機(jī)氮主要以硝態(tài)氮的形式存在；此外，研究中土壤銨態(tài)氮最初積累，隨后降低到最初水平，主要是因?yàn)橥寥乐袖@態(tài)氮能在好氧細(xì)菌作用下短時(shí)間內(nèi)發(fā)生硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮[37]；因此籽粒莧綠肥的投入顯著降低了銨態(tài)氮與硝態(tài)氮+亞硝態(tài)氮比值。另外，氮素釋放是前期快后期緩慢的過程，綠肥腐解前20 d，氮素釋放率能達(dá)到50%以上[38]；但本研究中氮素表觀釋放率較低，主要是因?yàn)榈乇碛^釋放率計(jì)算中只考慮礦化氮量；另外在培養(yǎng)的過程中，土壤同時(shí)也會(huì)發(fā)生氮的固持，并且可以在土壤微生物的作用下，無機(jī)氮轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮形式[39]。但也有研究中提到苜蓿(Medicagosativa)、黑麥草(Loliumperenne)等經(jīng)過13周的分解，氮素礦化分別達(dá)到了54%和22%[40]，這與本文中只考慮無機(jī)氮增量計(jì)算的氮表觀釋放率是一致的。

有試驗(yàn)表明，翻壓綠肥、秸稈、有機(jī)肥能夠提高土壤速效鉀和緩效鉀含量[41-43]，籽粒莧綠肥對(duì)土壤中潛在鉀素有較強(qiáng)的活化和吸收能力，是優(yōu)良的富鉀綠肥作物，因而翻入土壤對(duì)緩效鉀、速效鉀具有顯著的提升效果[18]。本研究中，還田28 d后，籽粒莧綠肥中有14.3%～31.0%的鉀以緩效鉀形態(tài)存在到土壤中，而45.3%～68.2%的鉀以速效鉀形態(tài)存在土壤中；但普通有機(jī)肥料經(jīng)過150 d的培養(yǎng)，鉀轉(zhuǎn)化到土壤中的總量?jī)H為50%～80%[42]。這可能與王雋英等[44]提出的籽粒莧高效的釋鉀能力有關(guān)，即用25倍水浸提籽粒莧24 h，浸出率達(dá)90%以上。已有學(xué)者報(bào)導(dǎo)，土壤中緩效鉀與速效鉀二者之間存在一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，二者含量與加入有機(jī)肥鉀總量呈顯著正相關(guān)，并且土壤速效鉀培養(yǎng)初期增加顯著，緩效鉀增加相對(duì)遲緩[45]，這與本研究中土壤速效鉀在培養(yǎng)初期增加較快，緩效鉀增加遲緩結(jié)果一致；還田0～14 d土壤速效鉀、緩效鉀都表現(xiàn)增加趨勢(shì)，主要與外來籽粒莧中鉀素快速大量釋放相關(guān)，另外范聞捷等[46]在研究中指出施入鉀肥后15 d，土壤速效鉀、緩效鉀均表現(xiàn)增加趨勢(shì)，并且二者增量與施鉀量呈正相關(guān)；因此還田14 d時(shí)，速效鉀、緩效鉀顯著增加是有可能的；此外，本研究中籽粒莧腐解轉(zhuǎn)化到土壤中的鉀主要以速效鉀的形態(tài)存在，這與轉(zhuǎn)化到土壤中的鉀主要以緩效鉀形態(tài)存在有一定差異，這可能是因?yàn)檫M(jìn)入到土壤中的鉀向緩效鉀轉(zhuǎn)化需培養(yǎng)70 d以上才能趨于平衡[47]，但本研究中培養(yǎng)時(shí)間相對(duì)較短。另外，籽粒莧還田28 d后，不同處理的鉀表觀釋放率均有不同程度下降，一方面，土壤中鉀處在固定-釋放的動(dòng)態(tài)平衡過程中，北方土壤中2∶1型的粘土礦物對(duì)鉀的固定作用尤其明顯，進(jìn)入土壤中的鉀有20%～50%可以被土壤固定[48]；另一方面，腐解殘留物也可以吸附固定土壤速效鉀，可能也會(huì)影響到土壤速效鉀與緩效鉀的量[49-50]。

3.2不同收獲期的籽粒莧綠肥還田效果差異的可能機(jī)制

綠肥翻入土壤中水溶性物質(zhì)和粗蛋白分解最快，纖維素等大分子化合物較難分解；不同收獲期的綠肥籽粒莧的C/N、纖維素含量、養(yǎng)分含量存在差異，因而不同收獲期的綠肥還田后腐解速率以及對(duì)土壤養(yǎng)分的影響程度會(huì)有差別[51-52]。研究顯示，C/N越小的有機(jī)物自身養(yǎng)分更易釋放[53]；本研究中，在添加量一致的情況下， 45 d收獲的籽粒莧(C/N=14.2)還田后土壤無機(jī)氮、速效鉀、緩效鉀含量都高于55 d收獲(C/N=22.8)和65 d收獲(C/N=35.0)的處理，這可能是由于45 d收獲的籽粒莧含氮量高，C/N較低的原因；此外，纖維素含量也影響腐解的進(jìn)程[54]，主要是因?yàn)?5 d收獲的籽粒莧纖維素含量最低，可溶性碳含量較高，微生物活性高，利于綠肥養(yǎng)分的釋放[55]。另外，等量不同收獲期籽粒莧腐解對(duì)土壤養(yǎng)分影響程度大小的不同，還取決于加入物料的養(yǎng)分含量[8,42]。最后需要指出：本研究中生長(zhǎng)45 d收獲的籽粒莧氮、鉀表觀釋放率低于其他兩個(gè)收獲期。主要原因可能是45 d收獲的籽粒莧腐解前期養(yǎng)分釋放量顯著高于另外兩組處理，期間伴隨籽粒莧綠肥殘?bào)w碳耗竭，進(jìn)而不能提供足夠的有機(jī)碳源，最終造成微生物活性低，抑制了后期綠肥殘?bào)w中養(yǎng)分向土壤轉(zhuǎn)化[56-57]。此外，本研究中的氮鉀表觀釋放率，不是采用直接計(jì)算秸稈中氮、鉀殘余量的方法，而是以土壤無機(jī)氮、速效鉀和緩效鉀增量進(jìn)行計(jì)算，并且沒有考量土壤固定。因此，選用計(jì)算方法的差異性也可能是造成氮、鉀表觀釋放率差異的原因。

4結(jié)論

籽粒莧還田56 d后，氮、鉀表觀最大釋放率分別達(dá)到了34.5%和99.2%，改善了土壤中Nmin、速效鉀、緩效鉀養(yǎng)分含量。通過不同收獲期籽粒莧還田效果比較顯示，籽粒莧生長(zhǎng)45 d還田表現(xiàn)的效果更突出。

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Green manure returning effect ofAmaranthushypochondriacusharvested at different times on soil fertility

CHEN Guo-Jun1,2, YAN Hui-Feng1, WU Kai1,2, YANG Ju-Tian3, TIAN Lei3, TAN Xiao-Lei3, ZONG Hao3, CHEN Xiu-Zhai3, ZHANG Yong-Chun3, SUN Yan-Guo1, LIU Hai-Wei1, SHI Yi1*

1.InstituteofTobaccoResearchofCAAS,KeyLaboratoryofTobaccoBiologyandProcessing,MinistryofAgriculture,Qingdao266101,China; 2.GraduateSchoolofChineseAcademyofAgriculturalScience,Beijing100081,China; 3.LinyiTobaccoCorporation,Linyi276003,China

Abstract:In order to study the returning effect of Amaranthus hypochondriacus on soil fertility, an incubation experiment was carried out to simulate the returning of A. hypochondriacus as green manure to the field. The dynamic change in concentrations of DOC (soil dissolved organic carbon), Nmin (mineral nitrogen), available potassium and slowly released potassium was measured in the soil with plants harvested on 45, 55 and 65 d after growth. During the first 14 d of incubation, the concentrations of soil DOC, Nmin, available potassium and slowly released potassium increased significantly compared to the control. Apparent nitrogen release rate in A. hypochondriacus was more than 19.5%, and for potassium, it was above 63.4%. During 14-56 d of incubation, soil Nmin, available potassium, slowly released potassium concentrations showed the order as sample harvested on 45 d after growth>55 d>65 d>Control, but there were no differences in soil NH4+-N and DOC concentration between the treatments and control (for NH4+-N, sample harvested on 45 d as an exception). After 56 d of incubation, Nmin concentration in the soil was 3.4 times of that under Control, available potassium concentration was at least 3.1 times and slowly released potassium concentration was at least 1.1 times under all treatments with A. hypochondriacus. In addition, the treatments using A. hypochondriacus harvested on 45 d resulted in lower apparent release rates of nitrogen and potassium than the other two treatments using A. hypochondriacus during the incubation. Conclusively, returning A. hypochondriacus to soils obviously improved soil available nutrients, and the plants harvested on 45 d showed better effect on soil fertility.

Key words:Amaranthus hypochondriacus; green manure returning; decomposition; soil fertility; different harvesting period

*通信作者

Corresponding author. E-mail: shiyi@caas.cn

作者簡(jiǎn)介：陳國(guó)軍(1989-)，男，山東菏澤人，碩士。E-mail:chenguojun012@163.com

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201203091)資助。

收稿日期：2015-09-07；改回日期：2015-11-03

DOI：10.11686/cyxb2015415

http://cyxb.lzu.edu.cn

陳國(guó)軍，閆慧峰，吳凱，楊舉田，田雷，譚效磊，宗浩，陳秀齋，張永春，孫延國(guó)，劉海偉，石屹. 不同收獲期的籽粒莧綠肥還田對(duì)土壤養(yǎng)分的影響.草業(yè)學(xué)報(bào), 2016, 25(3): 215-224.

CHEN Guo-Jun, YAN Hui-Feng, WU Kai, YANG Ju-Tian, TIAN Lei, TAN Xiao-Lei, ZONG Hao, CHEN Xiu-Zhai, ZHANG Yong-Chun, SUN Yan-Guo, LIU Hai-Wei, SHI Yi. Green manure returning effect ofAmaranthushypochondriacusharvested at different times on soil fertility. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(3): 215-224.