王贞元，冶 瑞，赵劲飞，张全忠，苏广东，廖结安*

（1 塔里木大学机械电气化工程学院，新疆 阿拉尔 843300；2 新疆维吾尔自治区普通高等学校现代农业工程重点实验室，新疆 阿拉尔 843300）

绿肥是指可以直接将全部或部分茎秆直接翻埋入土壤充当肥料的一类绿色植物体,或者是一类可以将全部或部分茎秆刈割后经过堆沤发酵处理施入土壤充当肥料的绿色植物体[1]。绿肥的使用在我国有着久远的发展历史。公元前200年,先人就意识到将田地里的杂草犁入土壤可以充当肥料[2],唐代至清代绿肥得到广泛应用。自20世纪以来,随着国家对绿肥科学研究的重视,种植面积和种类不断增加,50—70年代,我国绿肥种植面积已接近200 万hm2,绿肥成为诸多地区重要的有机肥源[3]。90年代到本世纪初期,随着化肥逐渐占据市场成为主要肥料,绿肥应用慢慢淡出人们的视野。如今伴随着能源短缺、资源匮乏、环境污染严重等问题的出现,绿肥的应用再次被高度重视起来[4]。

绿肥作物的种植方式多种多样,其与主栽作物之间有混作、间作、套作、轮作等多种方式[5]。不同的绿肥作物与主栽作物选择不同的种植方式可以达到不同的增肥效果,可改善土壤的理化性状、生物学性状,保水能力增强等,从而提高主栽作物的产量和品质[6]。绿肥是可再生资源,且其种类多、来源广,对环境零污染,肥效好,易栽培,具有良好的经济效益[7]。因此,加大绿肥在农业生产中的应用,对于绿色农业的产业化建设及可持续发展具有重要意义。本文针对种植绿肥的改土效果方面的研究现状进行阐述。

1 绿肥对土壤肥力的影响

化肥在给农业生产带来客观收益的同时,由于大量、长期、不规范的使用导致土壤酸化、养分失调及破坏土壤结构等问题,降低土壤肥力,严重影响农业的发展。土壤是农业的基础,面对土壤受到破坏的现实,培肥土壤成为我们不可忽视的重要任务。为此,我们必须充分认识绿肥的改土作用。

1.1 对土壤物理性状的影响

用来改善土壤物理性状的最有效方法就是长期地种植绿肥作物。绿肥作物在生长过程中其根系会逐步深入土壤深处,达到疏松土壤、降低土壤容重等作用。大量研究表明,通过将绿肥作物翻压至土壤中或是将其覆盖于地表等多种方式,都可以对土壤的物理性状有一定程度的改善。王慧敏等[8]选用5 种不同的芳香地被植物在茶园进行间作覆盖试验,发现间作绿肥植物后,不同土层的土壤相对含水量较对照提高10.57%～30.47%； 土壤容重因所种植的绿肥种类和土层深度的不同而变化,其中间作须苞石竹、丛生福禄考这两种绿肥,表层土壤(0～10 cm)的容重明显减低。罗玲等[9]的研究发现,随着绿肥翻压年限的增加,土壤容重逐年下降,孔隙度增加,最高降低3.6%,增加1.7%。高文杰[13]等人发现,种植绿肥的土壤容重增加,0～20 cm 土层远大于不种绿肥的,20～40 cm、40～60 cm 土层增加的幅度不如0～20 cm 的。邓小华等[9]通过种植5 种绿肥探究其对植烟地土壤性状的影响,发现土壤容重降低1.71%～23.87%,其中禾本科绿肥对土壤容重影响更显著。牛雅琼等[10]研究发现,翻压不同绿肥作物,土壤含水率、总孔隙度受到不同的影响,其中毛叶苕子对土壤水分的影响最为显著,高达50.15%；箭舌豌豆对土壤孔隙度影响比清耕提高12.47%。胡斌[11]、周泉[12]、刘威[13]、郭耀东等[15]通过种植绿肥也得到类似的结论。

绿肥对土壤的含水率、湿度[11]、容重等物理性状的影响主要体现在种植绿肥的过程中和将绿肥翻压入土后,同时也会因当地的气候、土壤类型及种植方式的不同而产生差异。

1.2 对土壤化学性状的影响

土壤中的有机质、氮、磷、钾,以及土壤的pH 值等,都是衡量土壤化学性状的重要指标,土壤肥力受上述各指标含量的影响。施用化肥虽然能够及时有效地对土壤所缺养分进行补充,但相比绿肥,化肥对土壤伤害极大。研究表明,绿肥在翻压入土腐解后较对照土壤的pH 值、有机碳、无机氮、有效磷、速效钾的含量都呈现出增高趋势[16～19]。绿肥的种类、种植模式是多种多样的,不同种类绿肥其自身的酸碱性还有一定的差异,在选择时可根据土壤自身的酸碱性来确定合适的绿肥作物,以达到调节土壤pH 值的目的[20]。梁琴等[22]通过在种植绿肥作物的基础上搭配不同比例氮肥,种植绿肥与80%的氮肥搭配,土壤有机质和全氮含量均有所提高；与70%的氮肥搭配,能较好地提高土壤碱解氮、有效磷、速效钾的含量,分别提高15.19%、4.09%和24.78%。长期间作不同绿肥土壤化学性状会发生显著的变化,以十字花科油菜为主作物,间作绿肥紫云英,则抑制油菜的土壤呼吸,土壤呼吸受油菜生育阶段影响较大,整体趋势呈现先下降后升高再下降,即所谓抑制是降低碳排放[12]。长期套种不同种类或是相同种类的绿肥也会改善土壤的化学性状。高文杰等[13]研究发现,仅套种扁豆的土壤全氮量改变最大,最大含量可达到0.13%。同样选用豆科绿肥进行试验,潘福霞等[16]发现,前期土壤全氮含量变化幅度微小,后期山黧豆处理的最高,增加到0.15%。赵秋等[17]发现,种植黑麦草的土壤容重变化幅度最大,较对照降低5.67%。王英俊等[21]发现,苹果园间作白三叶,土壤中各粒级团聚体的有机碳含量较清耕增加4.41%～122.79%,且间作白三叶对有机碳垂直分布格局产生一定的影响。种植绿肥除了对土壤有机质、有机碳、全氮产生影响外,尤其对土壤速效氮磷钾及pH 值产生影响,总体呈现对土壤有利的趋势[24,37,38]。

将绿肥翻压入土之后,在腐解过程中,大多情况下能增加土壤中有机质、全氮、碱解氮等的含量,降低土壤pH 值。各养分含量的变化幅度受绿肥翻埋深度、所处土壤类型、种植模式的影响,同时也会受所种绿肥种类的不同产生差异。总的来看,种植绿肥对土壤化学性质的改良多数情况下是有正向作用的。

1.3 对土壤生物学性状的影响

土壤是植物生长的载体,为植物生长提供各类养分,同时还是生态系统中物质循环和能量转化的重要场所。这些物质转化与能量转化的本质就是一系列的生物化学反应,在这些生物化学反应中起着催化剂作用的被统称为土壤酶[25]。土壤酶主要来源于土壤中的动物、植物残体和微生物。土壤酶活性能反映土壤生物化学过程的强度和方向[26],可以作为评价土壤肥力状况的指标,也是反映土壤质量的生物活性指标。研究表明,绿肥翻压处理,土壤中的细菌、放线菌、土壤酶活性、土壤有机质及养分含量均较对照高,变化差异达到显著或极显著水平。总体上,种植绿肥对土壤微生物生长有较好的促进作用[27,28]。廖青等[30]研究发现,蔗叶还田的土壤,细菌、真菌、放线菌总数分别为常规处理的2.38、1.80 和2.74 倍。翻压绿肥之后土壤中的微生物群落也发生变化,细菌以小菌落为主变为以中型菌落为主,真菌和放线菌增多了小型菌落。

绿肥种植过程中其根系的分泌物,以及翻压入土后的植物体均可作为土壤微生物的食物和能量来源,进而影响土壤中微生物数量。无论北方还是南方,种植绿肥再将其翻压可有效提升土壤中细菌数量,提高微生物生物量和碳、氮的含量,增强土壤酶活性。其效果也会因绿肥种类、土壤类型产生差异。

2 绿肥对土壤环境条件的影响

绿肥作物生长量大,生长速度快,茎叶覆盖密集,抗逆性强。一旦生长能迅速覆盖地表,可减少地表土壤水分的蒸发,减少地表径流和土壤侵蚀[29]。绿肥能维持果园中温度平衡,在低温时具有保暖增温作用,在炎热时具有降温作用,为果树提供适宜的生长环境。如黄土高原地区,苹果园间作绿肥可减少果园日温差和年温差,平稳地温。绿肥植物的根在土壤中交错生长,能很好地促进和保持土壤的团粒结构,提高土壤孔隙度和透水性,同时可以稳固土壤,降低坡面侵蚀程度,提高土壤的抗侵蚀能力[31]。绿肥保持水土的能力,也受其他因素影响,如当种植地坡度大于15°时[32],其水土保持的有效性就会减低。

3 绿肥对主栽作物的影响

种植绿肥改土培肥的主要目的,是在降低主栽作物经济成本的基础上达到主栽作物品质的优化。目前绿肥大多是在果园间作,如苹果园间作毛叶苕子、桃园间作二月兰、葡萄园间作苇状羊茅、香梨园间作黑麦草等。于淑慧等[33]发现,在苹果园间作毛叶苕子能提高苹果的可溶性固形物和维生素C 含量。赵秋等[34]发现,在桃园间作二月兰可提高桃的可溶性固形物、可溶性糖、维生素C 含量。陈久红[35]等发现,‘库尔勒香梨’园间作黑麦草、白三叶、紫花苜蓿等多种绿肥,种植黑麦草的果实单果重增加13.39%,红晕率提高90.43%；种植白三叶的果心大小降低6.72%。

4 小结与展望

综上所述,种植绿肥能够改善土壤的理化性状,降低土壤容重,提高土壤有机质、全氮、碱解氮含量,增加土壤生物量,提高土壤蓄水保肥能力,减轻水土流失。但这种改良效果受到绿肥的种类、生长量和利用方式(翻压或是覆盖)等的影响。种植绿肥可一定程度提高主栽作物的品质,但也会出现一些反向作用,分析其原因是在果园间作绿肥后,绿肥和主栽作物之间存在养分竞争的过程,进而影响到主栽作物的生长[36],但这种现象会在绿肥长期种植过程中逐渐消失,对主栽作物起到正向促进作用。

种植绿肥能够有利于农药和化肥的减施,有利于土壤质量的提升、改善生态环境等诸多优点。但我国的绿肥种植目前仍处于小范围的应用阶段,种植户缺乏种植绿肥、利用绿肥的意识,且与绿肥配套的相关技术也不全面[37～40]……总之,还存在诸多不足。展望未来:(1)应该根据地域的差异明确种植绿肥对各地土壤的改良效果,探究不同种类绿肥在单作、间作、混播等多种种植方式下对土壤性状的影响,建立各地不同土壤类型种植绿肥改土效果的最优数据库,为种植户提供精准、全面的参考标准。(2)在绿肥还田方式上应根据不同主栽作物进行不同途径的探讨,大田作物包括间套复作,也包括轮作；果园可以间作为主,包括果园更新的休闲绿肥,这是大农业绿肥的应有要求。