?刘新红 周兴 邓力超 范连益 曲亮 李莓?

摘 要：以油肥1号（甘蓝型）、紫叶芥（芥菜型）和南县白（白菜型）油菜为材料，采用网袋包埋法研究不同类型油菜用作绿肥的腐解特征、养分释放规律及对土壤肥力的影响。结果表明：各类型油菜的快速腐解期均为埋填后0～28 d，腐解率均在60%以上;埋填后28～102 d为缓慢腐解期，最终腐解率均在80%左右。肥力释放规律与腐解规律相似，至102 d碳累积释放率为76.16%～79.65%，钾累积释放率均在98%以上，氮的累积释放率为74.79%～85.92%，磷的累积释放率为71.68%～78.56%。3种油菜养分的累积释放率无显著差异;碳释放量表现为油肥1号>紫叶芥>南县白，氮释放量表现为紫叶芥>油肥1号>南县白，3种类型油菜的磷和钾的释放量相当。油肥翻压后在一定程度上能提高土壤有机质及水解性氮、有效磷、速效钾等养分的含量。

关键词：油菜;绿肥;腐解特征;养分释放特征

中图分类号：S142文献标识码：A文章编号：1006-060X（2020）05-0031-06

Decomposition Characteristics of Rape Green Manure and Effect of Nutrient Release on Soil Fertility

LIU Xin-hong，ZHOU Xing，DENG Li-chao，FAN lian-yi，QU liang，LI Mei

（Hunan Crop Research Institute， Changsha 410125， PRC）

Abstract： Using Youfei No.1 （Brassica napus）， Ziyejie （Brassica juncea） and Nanxianbai （Brassica campestris） as materials， the decomposition characteristics， nutrient release law and the of different types of rape as green manure effect on soil fertility were studied by net bag embedding method. The results showed that the fast decay period of all kinds of rape was 0-28 days after burying， and the decay rate was more than 60%; 28-102 days after burying， it was a slow decay period， and the final decay rate was about 80%. The law of fertility release is similar to that of decay. At 102 days， the cumulative release rate of carbon was 76.16%-79.65%， the cumulative release rate of potassium was over 98%， the cumulative release rate of nitrogen was 74.79%-85.92%， and the cumulative release rate of phosphorus was 71.68%-78.56%. There was no significant difference in the cumulative release rate of three kinds of rape nutrients; the amount of carbon emission was Youfei No.1>Ziyejie>Nanxianbai. The amount of nitrogen emission was Ziyejie>Youfei No.1>Nanxianbai. The release amount of phosphorus and potassium in three types of rape was equal. The content of soil organic matter， hydrolytic nitrogen， available phosphorus， available potassium and other nutrients could be increased to a certain extent after the rape green manure was turned over.

Key words： rape; green manure; decomposition characteristics; nutrient release characteristics

綠肥作为一种高效的生物肥源，改土培肥及提高农产品品质的作用明显，是我国传统农业可持续发展的精华。但随着化肥的大量施用、有机肥用量减少及生物培肥措施的废弃，农田耕作层变浅、土壤有机质含量下降、土壤酸化加剧、理化性质变劣等问题越来越严重。联合国粮食及农业组织（FAO）数据表

明，中国耕地土壤肥力基础薄弱，耕层土壤有机质含量平均值为18.63 g/kg，为世界平均值32.54 g/kg的57%，仅居中下游水平[1]。耕地质量下降严重制约了粮食生产的可持续发展，国家推出了系列有关加强耕地质量建设的方针，并启动《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，为全国发展绿肥生产改良土壤质量提供战略性机遇。

油菜作为十字花科绿肥，相较于紫云英，具有养分均衡、抗逆性强、适应性宽、繁殖率高和生产成本低等优势[2]，对增强后茬作物病虫害生物防治能力、激发土壤难溶性磷活化以及土壤重金属污染治理等也具有独特的作用。另外绿肥油菜还具有苗薹可食用、花期美化环境的用途，在现代农业生产中有着超越其他绿肥的优势[3-5]。明确绿肥的腐解过程是合理应用绿肥的基础。前人在不同类型油菜盛花期翻压对土壤理化性质、微生物的影响[6-9]及后季作物的影响[4，10-13]等方面做了大量研究，但对油菜盛花期青秆翻压后的腐解特征及碳、氮、磷、钾养分释放规律等方面却研究不多，因而有必要开展进一步的探讨。笔者以3种类型油菜（甘蓝型油菜、白菜型油菜和芥菜型油菜）为研究对象，利用盆栽试验采用网袋包埋法比较各品种油菜盛花期青秆掩埋下的腐解及养分释放特征及其土壤肥力的影响，以期为油菜作绿肥的合理利用和后茬农田养分科学管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料分别为白菜型油菜品种“南县白”（L1）、甘蓝型油菜品种“油肥1号”（L2）、芥菜型油菜品种“紫叶芥”（L3），均来源于湖南省作物研究所。

供试土壤为红壤土，取自湖南省作物研究所试验田，检测土样基本理化性质得知，pH值5.85，有机质、活性有机质、全氮、全磷和全钾含量分别为18.9、13.2、1.2、1.02和11.6 g/kg，水解性氮、有效磷和速效钾含量分别为93、48.8和209 mg/kg。

供试容器为高27 cm、口径36 cm的塑料盆，供试尼龙网袋规格为20 cm×15 cm，孔径为74 μm。

1.2 试验方法

试验于2019年3月8日至6月14日在湖南省农业科学院盆栽场进行。试验设3个处理，即：白菜型油菜、甘蓝型油菜、芥菜型油菜。分别于翻压后第0、7、14、21、28、42、72和102 d取样。每个处理24袋，采用毁灭性取样法，每次处理随机取3袋，共取样8次。取样后将尼龙网袋带回实验室冲洗干净，将网袋中剩余的植株样品烘干后称重、磨碎，测定有机碳（C）、氮（N）、磷（P）、钾（K）含量，将盆内的土混合均匀，取土样，烘干磨碎，测定土壤pH值、活性有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量。

翻压方法：先在盆中加3 kg土壤，然后将网袋并排垂直放置（每个网袋中加入100 g绿肥鲜样，扎紧袋口，每盆压入3个网袋），再加入4.5 kg土壤，铺平后，每盆加水2 kg，试验过程中适时加水，保持土壤湿润。试验用水为蒸馏水。腐解期为3～6月，每个月的平均温度分别为10～18、16～24、21～28和25～31℃

1.3 测定方法

（1）植物样品水分：绿肥新鲜植株105℃杀青30 min，80℃烘干至恒重。

（2）植物样品养分测定：有机碳采用重铬酸钾外加热法测定，全氮采用SKALAR间隔流动分析仪测定，全磷用钼锑抗比色法测定，全钾用火焰光度计测定。

（3）土壤指标测定：pH值采用玻璃电极法测定（水土比 2.5︰1），有机质采用元素分析仪测定，全氮采用半微量开氏法测定，全磷采用氢氧化钠碱熔-钼锑抗比色法测定，全钾采用氢氧化钠熔融-火焰光度法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定，速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度法测定。

1.4 计算方法

累积腐解量（g）=M0-Mt                                       （1）

累计腐解率（%）=（M0-Mt）/M0×100            （2）

腐解速率（mg/d）=（M0-Mt）/Tt×1 000                 （3）

养分累计释放量（mg）=（C0×M0-Ct×Mt）×1 000                                                                               （4）

養分累计释放率（%）=（C0×M0-Ct×Mt）/C0×M0×100                                                                               （5）

式中，M0为参试材料初始干物重，Mt为t时刻绿肥干物重（残留量），C0为参试材料初始养分浓度，Ct为t时刻参试材料的养分浓度，Tt为t时刻的天数，1 000为将g换算为mg的换算系数。

试验数据在Excel 2007中进行处理并作图，方差分析采用SPSS 17.0进行。

2 结果与分析

2.1 不同类型油菜翻压前养分和水分含量比较

由表1可知，参试油菜在盛花期的含水量均较高，为84.26%～92.52%，其中油肥1号的含水量显著低于其他品种，在翻压等量鲜物重时，其干物质显著高于其他品种。植株的养分检测表明，油菜地上部分的C含量为35.9%～40.7%，N、P、K的含量分别为2.1%～3.01%、0.36%～0.80%、3.14%～6.58%，大量元素含量非常丰富。其中油肥1号的C含量最高，N、P、K含量较低。由表2可知，油菜的C积累顺序为：油肥1号>紫叶芥>南县白，N积累顺序为：紫叶芥>油肥1号>南县白，3种类型油菜的P和K的积累量相当。适当的C/N比值有助于微生物发酵分解，参试油菜的C/N比值为10.95～19.38，其中油肥1号碳氮比更接近最适比例25∶1，更适合于微生物的分解。

2.2 不同类型油菜的腐解特征

3种油菜埋入土壤后，其腐解过程主要分为2个阶段，快速腐解期和缓慢腐解期。0～28 d为干物质累计释放率的快速上升期，南县白、油肥1号和紫叶芥的累计腐解量分别为5.54、9.59和7.06 g（图1），累计腐解率为78.40%、60.93%和72.34%（图2）;翻压后28～102 d为缓慢腐解期，此阶段内3种油菜的累积腐解率变化趋于平缓，南县白、油肥1号和紫叶芥的累计腐解量分别为0.5、2.87和1.06 g，累积腐解率为6.71%、18.21%和10.85%，显著低于前28 d。3种油菜的累计腐解率无显著差异，腐解量表现为油肥1号最高，紫叶芥次之，南县白最低。

2.3 不同类型油菜养分释放规律

油菜碳释放规律（图3和图4）与腐解规律相似，前28 d快速释放，3种油菜碳累积释放率为52.79%～61.61%。翻压后28～102 d碳释放趋于平缓，翻压102 d后，南县白、油肥1号和紫叶芥的碳累积释放量分别为2 261、5 073和3 237 mg，分别占相应加入量的76.16%、79.19%和79.65%。3种油菜的碳累计释放率无显著差异，释放量表现为油肥1号最高，紫叶芥次之，南县白最低。

油菜的氮素在翻压后的前28 d内释放较快，此时南县白、油肥1号和紫叶芥的氮累积释放率分别为77.71%、70.88%和81.94%;翻压后28～102 d氮的释放基本停滞，试验结束时，南县白、油肥1号和紫叶芥的氮累积释放量分别为189、247和299 mg，占相应加入量的84.18%、74.79%和85.92%。紫叶芥和南县白的氮累计释放率相当，略高于油肥1号;紫叶芥的氮释放量最高，油肥1号次之，南县白最低（图5和图6）。

油菜翻压后前28 d内磷素释放量较大，28 d时南县白、油肥1号和紫叶芥的磷累积释放率分别为64.06%、52.56%和62.59%;翻压后28～102 d磷的释放变缓，试验结束时，南县白、油肥1号和紫叶芥的磷累积释放量分别为41.04、44.14和42.99 mg，占相应加入量的71.68%、78.56%和76.71%。由图7和图8可以看出，三者的磷累积释放率的变化趋势与累积释放量相同，无明显差异。

与碳、氮和磷的释放不同，钾的释放较快，翻压后42 d基本释放完毕，此时南县白、油肥1号和紫叶芥的钾累积释放量分别为468、487和488 mg，分别占相应加入量的99.34%、97.5%和98.78%。3者的累积释放率的变化趋势与累积释放量相同，無明显差异（图9和图10）。

2.4 不同类型油菜各养分比例的变化特征

3种油菜的碳氮比均表现为先升后降，翻压21～28 d内快速上升，而后下降直至稳定（图11）。在整个腐解过程中，紫叶芥和南县白的碳氮比变化趋势一致，均小于油肥1号。南县白、油肥1号和紫叶芥的碳氮比在21～28 d达到最大值，分别为16.65、27.66和15.91。至试验结束时则降至11.72、15.99和11.80。油肥1号的碳氮比降低的最多。

3种油菜的碳磷比在腐解过程中变化幅度较小（图12），整个腐解过程中，油肥1号的碳磷比最高，为99.89～114.29，紫叶芥次之，为41.39～67.65，南县白最低，为24.56～48.68。

3种油菜的碳钾比变化幅度较大，翻压前28 d内缓慢上升，28～42 d呈直线上升，之后趋于稳定（图13）。南县白、油肥1号和紫叶芥的碳钾比均在42 d左右时达到最高，分别为180.72、182.06和127.56，试验结束时分别比翻压前增加191.81、165.89和127.53 ，翻压前三者的碳磷比相当，翻压后南县白略高于油肥1号，显著高于紫叶芥。

2.5 油菜腐解对土壤肥力的影响

绿肥翻压的最终目标是为了给作物提供养分和培肥土壤。表3展示了不同类型油菜在盛花期全量还田翻压102 d 后各处理的土壤性质。各类型油菜腐解均能提高土壤有机质及氮、磷、钾等养分的含量，但效果略有差异。总体表现为甘蓝型油菜油肥1号对土壤有机质、氮、钾含量的提高幅度最大，其与对照处理的差异达到显著水平;白菜型油菜南县白还田，除pH值和有效磷含量未显著提高外，其他各养分指标均得到显著提高;芥菜型油菜紫叶芥还田后水解性氮和速效钾得到显著提高，其他指标提高未达到显著水平。

3 结论与讨论

研究发现，3种类型油菜盛花期翻压还田，其腐解速率均表现为前期迅速、后期缓慢，最终干物质累计腐解率达75.05%～85.11%，这与前人[14-16]的研究结论一致。已有研究表明，植物有机化合物腐解由易到难的顺序为单糖、淀粉、简单蛋白质>粗蛋白>半纤维素>纤维素>脂肪>木质素[17-18]。油菜翻压初期，青秆水分含量高达90%左右、且含有丰富的易分解有机物，因此腐解较快。随着腐解的继续，植株残体中易分解有机物逐渐减少，而较难分解的粗纤维和木质素的比例升高，因此后期腐解缓慢。王允青等[19]研究认为，油菜等秸秆还田的快速腐解期为0～15 d，而研究中3种类型油菜的腐解和养分释放主要集中在翻压后0～28 d。快速腐解期延长的原因可能与试验期间的气候条件特别是气温有关。已有研究表明，在一定范围内温度（10～30℃）升高，物质腐解加速[20]。试验期间3月气温为10～18℃，温度较低，不利于绿肥腐解，可能对减缓腐解速度有一定的影响。

在试验条件下，白菜型油菜南县白和芥菜型油菜紫叶芥的累计腐解率相当，均略高于甘蓝型油菜油肥1号，这可能与不同品种油菜植株的组成成分与组织结构差异有关。腐解过程中不同养分的释放速率不同，表现为钾的释放率显著高于氮和磷，这与潘福霞等[21]、李逢雨等[22]的研究结果一致。各养分的释放速率与其存在形态关系密切，钾以离子态存在，易溶于水，释放最快;氮 、磷以难分解的有机态为主，物理作用下不容易分解，释放较慢[23]。各养分的释放量也表现出一定差异，表现为C>N>K>P，这主要由油菜青秆中养分元素积累量（见表1）所决定。

前人研究表明，油菜能活化和吸收利用土壤中的矿物态的磷素，油菜根系能分泌苹果酸、柠檬酸等有机酸，改善土壤理化性质。芥菜型油菜富含硫苷尤其是脂肪族脂肪硫苷，对土壤有很好的熏蒸作用[24-26]。研究测定了各类型油菜翻压102 d后的土壤养分变化，进一步表明了绿肥翻压在一定程度上能提高土壤有机质及水解性氮、有效磷、速效钾等养分的含量。但试验是在盆栽条件下进行，研究材料也不够广泛，与田间实际环境也存在一定的差异，因此还需要通过大田生产试验进一步研究与验证。

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（责任编辑：肖彦资）

收稿日期：2019-11-21

基金项目：湖南省农业科学院青年引导项目（2018QN15）;现代农业

产业技术体系建设专项（CARS-12）;长沙市科技计划项目（kq190

7051）;湖南省油菜产业技术体系建设专项（2020）

作者简介：刘新红（1990—），女，湖南娄底市人，助理研究员，主要从事油菜遗传育种工作。

通信作者：李 莓