绿肥在湘西烟田中的腐解和养分释放动态

邓小华，罗 伟，周米良，田 峰，张明发，江智敏，郑宏斌，张仲文

1.湖南农业大学，长沙市芙蓉区农大路1 号 410128

2.湖南省烟草公司湘西自治州公司，湖南省吉首市人民南路118 号 416000

3.浙江中烟工业有限责任公司，杭州市建国南路288 号 310009

湘西自治州地处武陵山区，生态条件优越，光、热、水资源丰富，是中国优质烟叶的重要产区之一［1-4］。由于长期种烟和大量施用化肥，植烟土壤品质衰退已成为湘西烟叶产业发展的障碍因素之一。烤烟种植一般为一年一熟，从10 月至翌年4月休闲期达6 个月，极大地浪费了光、热资源。如果填闲种植绿肥，不仅可以充分利用土地资源，还可提高土壤有机质含量和培肥地力［5-8］，达到维护和改良植烟土壤的目的，对现代烟草农业的可持续发展具有重要意义。而了解绿肥的腐解矿化过程和养分释放规律是合理利用绿肥的基础，这方面前人曾进行了相关研究，潘福霞等［9］采用盆栽方式模拟研究了箭舌豌豆、苕子、山黧豆的腐解和养分释放特征；宁东峰等［10］提出了油菜、毛叶苕子、冬牧70 黑麦在华北地区棉田翻压的腐解及养分释放规律；赵娜等［11］试验了西北旱地长武怀豆、大豆和绿豆的腐解及养分释放动态；孔伟等［12］研究了湖北省恩施烟田光叶紫花苕子的腐解及养分释放动态。上述研究虽采用的都是网袋田间埋植法，但绿肥所在的地域和环境条件不同。另外，不同种类绿肥的组成成分不同，其碳氮比（C/N）、养分含量的差异亦很大，在不同环境条件下的腐解和养分释放规律也不尽相同。而且对于光叶紫花苕子（Vicia villosa Roth var.）、箭舌豌豆（Vicia sativa L.）、紫云英（Astragalus sinicus L.）、黑麦草（Lolium perenne）等绿肥在湘西州烟区烤烟生长季节的大田中腐解和养分释放动态研究报道相对较少［13-15］。为此，利用网袋田间埋植法，对不同种类绿肥在植烟状态下的大田腐解及碳、氮、磷、钾养分的释放规律进行了田间试验，旨在了解绿肥在土壤中的腐解动态，为南方旱作烟区合理选用绿肥品种、确定绿肥翻压量和化肥配施量提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2013年5—8月进行，试验地位于湘西自治州凤凰县千工坪乡岩板井村（海拔452 m，经度E109.30°，纬度N28.01°），属中亚热带山地湿润季风气候区，年日照时数1 266.3 h，年平均气温15.9，年降雨量1 308.1 mm，无霜期276 d；土壤为石灰岩母质发育的旱地土壤，pH 6.23，有机质10.46 g/kg，碱解氮38.20 mg/kg，有效磷9.75 mg/kg，速效钾108.76 mg/kg。

1.2 试验材料

供试绿肥为豆科光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英和禾本科黑麦草。4 种绿肥于初花期取地上部分鲜草剪切至2 cm 左右的小段，养分含量（质量分数）见表1。供试尼龙网袋规格为15 cm × 25 cm，孔径为75 μm。

表1 翻压前绿肥地上部含水率及养分含量①Tab.1 Moisture and nutrient contents of tobacco shoot before green manure burying

1.3 试验设计

为真实反映绿肥中养分在田间的释放状况，采用尼龙网袋埋植法，每一个尼龙网袋装鲜草100 g，封紧袋口后埋入烟垄上2株烤烟中间15 cm 深处，每2 株烤烟之间埋1 袋。在烤烟移栽前20 d 烟田起垄时翻埋绿肥，然后分别于7，14，21，28，35，42，49，63，77，91 和140 d 随机取样，每次取样3 袋（相当于3 次重复）。取出尼龙网袋后，除去表面黏附的泥土，于60烘箱中烘干样品。

1.4 测定方法

式中:C0为绿肥初始养分含量（质量分数）；Ct为t时刻绿肥养分含量（质量分数）；M0为绿肥初始干物质量；Mt为t时刻绿肥干物质量（残留量）；Tt为t时刻的天数。

1.5 数据处理

采用Excel2003 和SPSS12.0 统计分析软件进行数据处理，采用Duncan新复极差法进行数据间差异显著性多重比较。

2 结果与分析

2.1 绿肥腐解的动态变化

由图1～图3 可知，4 种绿肥翻压后的干物质残留量、腐解速率和累计腐解率随时间的变化曲线基本一致，其腐解过程主要分为3个阶段:快速腐解期（第0～2周）、中速腐解期（第2～7周）和缓慢腐解期（第7周以后）。从图1可看出，绿肥翻压后第1周的腐解量较少，从第2周开始至第5周绿肥腐解量快速增加，至翻压后20周（烤烟收获完毕）1 kg 的光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麦草鲜草残留量分别为33.66，35.31，35.67 和43.00 g。从图2 来看，翻压后至第7 周，4 种绿肥的腐解速率较快，均以第2 周最高，此时的光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麦草的腐解速率分别为6.95，5.90，6.29 和6.90 g/（d·kg）。从图3 来看，第0～2 周为绿肥快速腐解期，翻压后14 d 时的光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麦草的累计腐解率分别为38.35%，26.64%，37.02%和25.00%，平均每周的腐解率分别为19.18%，13.22%，18.51%和12.50%；第3～7周为绿肥中速腐解期，至翻压后49 d时的光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麦草的累计腐解率分别达到69.18%，60.64%，70.57%和67.90%，平均每周的腐解率分别为6.16%，6.80%，6.71%和8.58%；第8～20 周为绿肥缓慢腐解期，4种绿肥的累计腐解率变化趋于平缓，翻压后140 d的光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麦草的累计腐解率分别为78.53%，80.43%，79.01%和80.37%，平均每周的腐解率分别为0.72%，1.52%，0.65%和0.96%。

图1 不同绿肥品种干物质残留量的动态变化Fig.1 Dynamic changes of residual dry matter weights of different green manures

图2 不同绿肥品种腐解速度的动态变化Fig.2 Dynamic changes of decomposition speeds of different green manures

图3 不同绿肥品种累计腐解率的动态变化Fig.3 Dynamic changes of decomposition rates of different green manures

不同绿肥品种的腐解动态存在差异。从图1 看出，翻压后至第3周，禾本科绿肥（黑麦草）干物质残留量高于豆科绿肥（光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英）；第4周至第12周，黑麦草、箭舌豌豆的干物质残留量高于光叶紫花苕子、紫云英。从图2来看，在绿肥翻压后的第3、4周，禾本科绿肥腐解速率显著高于豆科绿肥，而其他时期绿肥品种间差异不显著。从图3 看出，在翻压后腐解速率最快的第2 周，不同绿肥品种的累计腐解率为光叶紫花苕子＞紫云英＞箭舌豌豆＞黑麦草，其中光叶紫花苕子、紫云英的累计腐解率显著高于箭舌豌豆、黑麦草；从第3周至第12周，箭舌豌豆的累计腐解率显著低于其他绿肥，而光叶紫花苕子、紫云英、黑麦草的累计腐解率间差异不显著。说明箭舌豌豆的腐解，特别是后期腐解较其他绿肥缓慢。

2.2 碳释放的动态变化

由图4可知，4种绿肥翻压后在大田的全碳释放率随时间的变化曲线基本一致。在绿肥翻压后14 d，光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麦草的全碳累计释放率分别为39.12%，27.41%，37.86%和26.10%，平均每周的释放率分别为19.56%，13.70%，18.93%和13.05%；此阶段的光叶紫花苕子、紫云英的碳累计释放率显著高于箭舌豌豆和黑麦草。在绿肥翻压后49 d 的光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麦草的全碳累计释放率分别达到70.30%，62.17%，71.32%和69.20%，第3～7 周平均每周的释放率分别为6.23%，6.95%，6.69%和8.62%；此阶段箭舌豌豆的全碳累计释放率显著低于其他绿肥，而光叶紫花苕子、紫云英、黑麦草的全碳累计释放率间差异不显著。在绿肥翻压后140 d 的光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麦草的全碳累计释放率分别为79.57%，81.46%，79.79%和81.35%，第8～20周平均每周的释放率分别为0.71%，1.48%，0.65%和0.93%。

图4 不同绿肥品种碳释放的动态变化Fig.4 Dynamic changes of carbon release rates of different green manures

2.3 氮释放的动态变化

由图5可知，4种绿肥翻压后在大田的氮释放率随时间的变化曲线基本一致。绿肥翻压后的前14 d，氮释放最快，此阶段的禾本科绿肥的氮累计释放率显著低于豆科，光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麦草的氮累计释放率分别为53.18%，46.88%，50.33%和40.15%，平均每周的释放率分别为26.59%，23.44%，25.26%和20.08%。绿肥经过7周的较快腐解，氮素释放缓慢并逐渐趋于稳定，至绿肥翻压后49 d 光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麦草的氮累计释放率分别为83.03%，75.68%，79.06%和79.28%，平均每周的释放率分别为5.97%，5.76%，5.71%和7.83%。在绿肥翻压后140 d，光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麦草的氮累计释放率分别达到89.50%，89.85%，89.14%和91.34%，第8～20 周平均每周的释放率分别为0.50%，1.09%，0.78%和0.93%。

图5 不同绿肥品种氮释放的动态变化Fig.5 Dynamic changes of nitrogen release rates of different green manures

2.4 磷释放的动态变化

由图6 可知，绿肥翻压后的前2 周磷释放最快，在14 d 时测定的光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麦草的磷累计释放率分别为52.16%，36.01%，44.67%和35.71%，平均每周的释放率分别为26.08%，18.00%，22.33%和17.86%。可见，光叶紫花苕子、紫云英的磷累计释放率显著高于箭舌豌豆、黑麦草。绿肥中磷素释放经过7 周的较快腐解变得缓慢并逐渐趋于稳定，在绿肥翻压后49 d测定磷累计释放率，光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麦草分别为84.78%，70.61%，82.34%和73.86%，平均每周的释放率分别为4.47%，4.48%，5.29%和4.66%。在绿肥翻压后140 d 测定磷累计释放率，光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麦草的磷累计释放率分别为93.29%，88.32%，91.00%和83.18%，第8～20 周平均每周的释放率分别为0.65%，1.36%，0.67%和0.72%。

图6 不同绿肥品种磷释放的动态变化Fig.6 Dynamic changes of phosphorus release rates of different green manures

2.5 钾释放的动态变化

由图7 可知，在绿肥翻压后钾释放最快的前两周，光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麦草的钾累计释放率分别为44.26%，38.81%，41.21%和33.95%，平均每周的释放率分别为22.13%，19.41%，20.60%和16.97%，豆科绿肥的钾累计释放率显著高于禾本科。再经过7 周的较快腐解，至绿肥翻压后49 d，绿肥中钾素释放缓慢并逐渐趋于稳定，光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麦草的钾累计释放率分别为79.47%，73.88%，80.12%和76.40%，平均每周的释放率分别为7.04%，7.01%，7.78%和8.49%。在绿肥翻压后140 d测定光叶紫花苕子、箭舌豌豆、紫云英、黑麦草的钾累计释放率，分别达到86.13%，88.74%，86.10%和86.09%，平均每周的释放率分别为0.51%，1.14%，0.46%和0.75%。

图7 不同绿肥品种钾释放的动态变化Fig.7 Dynamic changes of potassium release rates of different green manures

2.6 碳氮比的动态变化

由图8可知，4种绿肥翻压后的C/N总体上均呈上升趋势。翻压后的光叶紫花苕子C/N 为12.85～25.00，第1～3周C/N上升较快，以后缓慢上升；至翻压后第11 周，C/N 超过24。翻压后的箭舌豌豆C/N为13.28～21.05，呈缓慢上升趋势。翻压后的紫云英C/N 为17.92～33.33，有两个快速增加期，分别为第1～2 周和第11～13 周；至翻压后第7 周，C/N 超过24。翻压后的黑麦草C/N为15.68～33.75，有两个快速增加期，分别为第1～3周和第9～11周；至翻压后第9周，C/N超过24。潘福霞等［9］研究认为绿肥翻压前10 d，C/N 均呈上升趋势，10 d 后C/N 均呈下降趋势；宁东峰等［10］研究认为冬牧70 黑麦在翻压前15 d C/N 呈上升趋势，比值由22 上升至36，以后呈下降趋势，这些结果与本研究结论不一致，可能与绿肥的鲜嫩程度和环境条件有关。

图8 不同绿肥品种C/N 的动态变化Fig.8 Dynamic changes of C/N of different green manures

3 结论与讨论

（1）绿肥在烟田中的有机物腐解和养分释放量以翻压前两周分解速率最快，第3～7 周分解速率中等，7 周以后较慢，这与文献［9,12,18］中的研究结果基本一致。而宁东峰等［10］认为绿肥翻压前3 d 腐解速率最快，以后呈降低趋势并变缓；赵娜等［11］提出前期腐解快、后期腐解慢，高峰均出现在最初的1个月内，与本研究结果不完全一致。主要原因可能是宁东峰等［10］的试验中翻压前期是在华北地区的9月，赵娜等的试验中翻压前期是在西北地区的9月，本试验与孔伟等［12］的试验中翻压前期均是在华中地区的4～5 月。可见，以上试验的绿肥翻压后生态环境条件存在差异，导致其有机物腐解和养分释放的高峰期不同。

（2）不同种类绿肥腐解和养分释放速率不同。禾本科绿肥黑麦草的含水率较低，翻压等量鲜绿肥时，其干物质量相对最大，在绿肥快速腐解的前2周，黑麦草有机物腐解和养分释放慢于其他绿肥。箭舌豌豆在绿肥中速腐解的第3～7周内有机物腐解和养分释放慢于其他绿肥，可能与箭舌豌豆植株的组织结构和养分组成有关［10］。

（3）鲜绿肥翻压后在土壤中的分解过程会引起土壤性质的变化，如消耗土壤中的水分和氧、产生某些还原性的中间产物、微生物固定土壤速效养分等［17］。试验中发现，绿肥的快速腐解是在翻压后2周以内。因此，在烤烟移栽前15～20 d翻压绿肥，待土壤性质变化得以缓解后再移栽烟苗较适宜。

（4）一般认为微生物分解有机物最适宜的C/N为24，大于此数值，微生物与作物间会争夺土壤中的无机氮素，而造成作物缺氮［10］，应适当补充氮肥［19-20］。根据本试验结果，光叶紫花苕子、紫云英、黑麦草的C/N超过24的时间分别为第11周、第7周、第9周，箭舌豌豆C/N 始终小于24，说明当地烟田绿肥翻压时不需额外补充氮素。

（5）试验结果表明:4种绿肥在烟田翻压后的7周内释放出其整个植株所含氮素的75.68%～83.03%，而且50%以上的氮素主要集中在翻压后的前3 周内。文献［7，12］中也有相似的研究结论。因此，在湖南省湘西烟区翻压绿肥，其氮素释放特点符合烤烟养分的吸收规律，只要翻压量适当，不会出现后期氮素供应过多而影响烤烟正常成熟落黄的问题。

（6）因试验中没有同步研究4种绿肥在腐解过程中植烟土壤物理特性和养分特性的变化，无法定量明确绿肥翻压后有机物腐解和养分释放对土壤的作用，但施用绿肥对植烟土壤的培肥作用是不容置疑的［15，21-22］。结果表明:4 种绿肥在整个烤烟生育期内氮、磷、钾累计释放率分别为89.14%～91.34%，83.18%～93.29%和86.10%～88.74%。按照当地惯用的烟田绿肥翻压量15 000 kg/hm2计算，绿肥翻压当年可提供烟田氮素52～81 kg/hm2，磷素5～11 kg/hm2，钾素32～42 kg/hm2。因此，烟田翻压绿肥后可减少化肥用量，特别是要适当减少氮肥用量。

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