不同绿肥品种提升滩涂生地土壤养分及酶活性效应的比较

朱小梅 王建红 温祝桂

摘要：采用田间试验研究绿肥对滩涂生地土壤的改良作用。通过种植豆科绿肥田菁、决明和沙打旺，研究不同生长季滩涂生地土壤基本理化性状、水溶性盐离子总量、钾钠钙镁养分结构及酶活性的变化。结果表明，与对照相比，种植绿肥使土壤容重降低，总孔隙度增加;土壤有机质、碱解氮、速效磷含量分别增加0.7～3.0 g/kg、0.9～8.3 mg/kg、0.9～4.4 mg/kg;种植田菁显著降低土壤全钙、全钠、全镁及水溶性盐离子总量;种植田菁、沙打旺可使土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性较对照提高27.8%～246.9%。相关分析结果表明，土壤脲酶、磷酸酶活性与有机质、碱解氮含量之间均呈显著或极显著正相关关系，与全钙含量之间呈极显著负相关关系;土壤蔗糖酶活性与碱解氮含量、土壤过氧化氢酶活性与有效钾含量之间均存在极显著正相关关系。表明种植豆科绿肥田菁、沙打旺可明显改善滩涂生地土壤质地、养分结构与酶活性。

关键词：绿肥;滩涂土壤;养分;酶活性

我国海岸线绵长，滩涂面积较大，而江苏是沿海滩涂面积最大的省份，约占全国滩涂总面积的1/4，且每年还以0.13万hm2的速度向东淤进，这一广袤的滩涂资源是我国东部地区最具潜力、最有价值的土地后备资源[1]。但沿海滩涂土壤具有高盐分、低养分、高矿化度地下水和地表淡水资源缺乏等特点，一般作物难以生长。通过不同的土壤改良培肥措施合理开发利用滩涂生地资源对扩大我国的耕地面积，保障国家粮食安全具有重要作用[2-3]。

绿肥是我国传统的有机肥源，其种植利用在各地有悠久的历史。种植绿肥对增加有机肥的来源，培肥耕地地力，控制和降低化肥用量，改善农业生態环境，提高农产品品质具有重要作用[4-5]。近年来，国际社会对粮食安全和环境生态问题日益重视，探求农业可持续发展道路已成为当前政府和科学界普遍关注的焦点。目前，有关绿肥的研究大多集中在绿肥种质资源筛选与评价、绿肥轮作制度及绿肥综合利用方式等方面，而对生地绿肥改良方面的系统研究不多[5-8]。随着沿海地区滩涂资源开发利用步伐的加快，通过扩大种植耐盐绿肥的面积这一生物措施改良滩涂生地重新引起广泛关注。在滩涂生地上种植具有一定耐盐能力的豆科绿肥，利用其根瘤固氮作用，增加土壤养分含量，改善土壤肥力状况是当前生地土壤改良的有效途径之一。笔者通过田间试验，从滩涂生地土壤养分状况、相关酶活性等方面研究种植田菁、决明、沙打旺3种豆科绿肥对滩涂生地的改良效果，以期为沿海滩涂生地的改良利用提供理论依据与技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2016年4—11月在江苏省盐城市滩涂农业示范基地金海农场进行，地理位置为32°59′N、120°49′E。供试土壤为轻质沙壤（基本农化性状见表1），绿肥品种为沙打旺、决明、田菁。试验共设置4个处理，分别为种植沙打旺、决明、田菁以及对照（裸地）。每个处理重复3次，小区面积12.0 m2，共12个小区，随机区组排列。2016年4月20日播种，10月30日收获绿肥地上部分。分别于2016年4月15日（播种前）、7月20日（旺长期）、11月1日（收获期）采集各小区0～20 cm土层土壤样品，每个试验小区取多点混合土样，并同时采集0～20 cm环刀样品进行土壤容重和孔隙度测定。采集的鲜土用四分法取一部分用于测定土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性，其余土壤样品风干后用于测定土壤pH值、有机质含量、碱解氮含量、速效磷含量、有效钾含量、水溶性盐离子总量及全钾、全钠、全钙、全镁含量等。

1.2 测定项目和方法

土壤容重、孔隙度采用环刀法测定;水溶性盐离子总量采用残渣烘干-质量法测定;pH值采用电位法测定;有机质含量采用重铬酸钾氧化-外加热法测定;碱解氮含量采用碱解-扩散法测定;速效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定;有效钾含量采用醋酸铵浸提-原子吸收分光光度法测定测定;土壤全量钾、钠、钙、镁含量采用硝酸-高氯酸消煮，原子吸收分光光度法测定[9]。土壤脲酶活性采用苯酚钠比色法测定，磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定，蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定，过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定[10]。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2010和SPSS 19.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同绿肥品种对滩涂生地土壤基本理化性状的影响

2.1.1 不同绿肥品种对滩涂生地土壤物理性状的影响 从表2可以看出，旺长期与收获期的土壤容重均小于绿肥种植前（1.49 g/cm3），且总体表现为收获期小于旺长期，表明种植绿肥可明显降低土壤容重。与对照相比，种植田菁、沙打旺、决明使土壤孔隙度增加0.8%～10.0%，且以田菁、沙打旺效果较显著。这是因为绿肥作物根系及一定数量的枯叶落在地上，经腐烂分解后促进了土壤耕层团粒结构的形成和巩固，使得土壤容重降低，孔隙度增加，物理结构得以改善。

2.1.2 不同绿肥品种对滩涂生地土壤基本农化性状的影响 从表3可以看出，旺长期种植绿肥的土壤pH值高于对照，收获期pH值总体有所降低，且以田菁处理变化最大。种植绿肥可提高土壤有机质、碱解氮含量，且旺长期与收获期表现出基本一致的变化规律，其高低次序分别为沙打旺>田 菁> 决明>对照。与对照相比，种植沙打旺、田菁对提升土壤碱解氮、速效磷含量效果显著，升幅为9.07%～34.65%。旺长期土壤有机质含量明显低于收获期，可能原因有（1）旺长期的高温高湿，加速了有机质的分解;（2）旺长期植物生长旺盛，为满足植物生长需求，有机质被分解利用的速度加快。旺长期种植绿肥的土壤有效钾含量与对照间差异不显著，收获期种植绿肥的土壤有效钾含量较对照明显降低，且田菁、沙打旺处理与对照差异显著，降幅分别为9.3%和19.6%。

2.2 不同绿肥品种对滩涂生地土壤全钾、全钠、全钙、全镁含量的影响

从表4可以看出，种植绿肥明显降低了土壤中全钾含量，旺长期、收获期全钾含量均以种植决明处理最低，与对照相比，降幅分别为34.0%、13.5%。总体来看，土壤全钙含量表现为决明>对照>田菁>沙打旺，种植沙打旺、田菁土壤中全钙含量与对照相比显著降低，降幅为6.7%～14.7%，而种植决明土壤的全钙含量明显高于对照，这可能与决明根系对钙的活化利用能力较弱有关。与对照相比，种植田菁同时显著降低了土壤中的全钠、全镁含量，由于田菁具有较强的耐盐性及较大的生物量，其对滩涂生地土壤钠、镁的活化与吸收利用显著高于其他绿肥作物。

2.3 不同绿肥品种对滩涂生地土壤水溶性盐离子总量的影响

从图1可以看出，旺长期土壤盐离子总量为1.44～1.85 g/kg，收获期土壤盐离子总量为1.66～2.28 g/kg，盐离子总量整体表现为收获期高于旺长期，可能是由于旺长期降水比较集中，0～20 cm土层的盐离子易随自然降水淋溶到底层土壤。种植沙打旺、田菁显著降低了土壤中水溶性盐离子总量，降幅为18.6%～27.2%，可能原因有（1）田菁与沙打旺均为耐盐性较强的草本植物，在有一定盐分的土壤中生长旺盛，地表植被覆盖率高，从而有效抑制了地面蒸腾导致的底层盐离子随土壤毛细管上升而在地表聚集;（2）植物生长本身需吸收大量的养分。决明耐盐性不强，滩涂土壤盐离子间的拮抗作用影响了其对必需养分的吸收利用，从而导致了其对根际土壤盐离子的累积。

2.4 不同绿肥品种对滩涂生地土壤酶活性的影响

土壤酶是土壤的组成成分之一，是土壤生物化学过程的积极参与者，也是物质生态循环和能量流动中表现最活跃的物质之一，在土壤生态系统中具有重要作用。從表5可以看出，种植绿肥可有效提高土壤中脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性，且呈现出沙打旺>田菁>决明>对照的规律性变化，与对照相比，种植沙打旺、田菁可使土壤中脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性分别提高49.1%～126.4%、116.3%～246.9%、27.8%～476%。种植田菁、决明、沙打旺后土壤过氧化氢酶活性与对照相比显著降低8.2%～47.6%。对比2次取样的酶活性，均表现为旺长期高于收获期，这可能与植物根系活力、土壤温度、土壤水分含量等环境因素均有着密切关系。

2.5 滩涂生地土壤养分与酶活性的关系

从表6可以看出，土壤脲酶、磷酸酶活性与有机质、碱解氮含量间均呈显著或极显著正相关关系，与全钙含量之间呈极显著负相关关系。土壤蔗糖酶活性与pH值、碱解氮含量之间存在极显著正相关关系。土壤过氧化氢酶活性与有机质、速效磷含量间呈极显著负相关关系，与有效钾含量间呈极显著正相关关系。土壤全钾、全钠、全镁含量与几种酶之间无显著相关性。

3 讨论与结论

3.1 不同绿肥品种对滩涂生地土壤基本理化性状的影响

速效养分是指当季作物能够直接吸收利用的土壤养分，其对植物早期的生长发育起着重要的作用。目前，有关田菁、紫花苜蓿、草木樨等绿肥牧草改良利用盐碱生地、酸化土壤等的研究均表明，种植绿肥可显著增加土壤中有机质、碱解氮、速效磷等速效养分含量[11-12]。本试验中种植田菁、沙打旺对土壤有机质、碱解氮、速效磷的改良效果与前人研究结果基本一致，但种植决明后的碱解氮含量较种植前却有所降低，原因可能是决明本身的耐盐性不强，在盐分含量为2.0‰左右的滩涂生地种植抑制了其根瘤形成及固氮作用，使其更多地通过吸收土壤中的氮素来满足自身养分的需求。谢文军等研究表明，种植田菁、紫花苜蓿等可明显增加土壤速效钾含量[13-14];林年丰等研究则表明，种植俄罗斯黄花草木樨后土壤速效钾含量明显下降[11]。本研究中种植田菁、沙打旺、决明后收获期土壤中的有效钾含量较种植前的129.5 mg/kg降低22.8%～37.0%，这可能与种植期间不施肥及绿肥自身旺盛生长对速效钾的消耗等有关。

3.2 不同绿肥品种对滩涂生地土壤全钾、全钠、全钙、全镁含量及水溶性盐离子总量的影响

一般来说，土壤表层的盐分和营养元素变化取决于2个方面，一方面是与其上着生的植被交换，另一方面是与其下层土壤交换。土壤钾是植物生长发育不可缺少的大量元素，同时也是一种易移动的元素，钾的淋失是其利用效率低的一个重要因素。研究表明，植被的生长可以显著降低土壤钾的淋失[15]。本试验中种植绿肥后土壤全钾含量较种植前降低，且均以种植决明土壤最低，是否与盐分抑制了决明根系的发育与生长，使其根际土壤对钾的吸持能力减弱，从而大幅降低了土壤全钾含量有关还有待进一步研究。

总体来看，滩涂生地土壤中全钾、全钠、全镁、全钙含量在种植田菁、沙打旺、决明后都有不同程度的降低，以土壤中的全钠含量降低最多，降幅达25.7%～88.7%，这从另一个侧面表明绿肥的种植滩涂生地土壤的养分结构有一定的改良作用，且以田菁、沙打旺效果较明显。这与范亚文等对黄花草木樨、星星草等改良盐碱土的研究结论[15-16]基本一致。

3.3 不同绿肥品种对滩涂生地土壤酶活性的影响

土壤酶来自动物、植物和微生物活体或残体的分泌和释放，对土壤中养分的循环至关重要，已被作为微生物的活性指标和土壤肥力指标。本研究中种植绿肥后土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性均较对照有明显提高，且以田菁、沙打旺效果较显著。这与前人得出的绿肥在大多情况下可激活土壤酶活性的研究结论[17]相吻合。在相关性研究方面，本研究中土壤脲酶、磷酸酶活性与土壤有机质、碱解氮含量之间呈显著或极显著正相关关系，这与相关研究结果[18-20]一致。叶协锋等的研究显示，土壤过氧化氢酶活性与速效磷、有效钾含量之间呈显著负相关，与碱解氮含量相关性不明显，但又有研究结果表明，土壤过氧化氢酶活性与碱解氮、速效磷、有效钾含量之间均存在显著正相关关系[19-20]。本试验中，土壤过氧化氢酶活性与速效磷含量、有机质之间呈极显著负相关关系（r= -0.918* *、r=-0.926* *），与有效钾含量之间呈极显著正相关关系（r=0.820*，），与碱解氮含量之间无显著相关性，这与前人研究结果并不完全一致，原因可能与不同植物群落生境、土壤水热因素等对酶活性的影响有密切关系。

3.4 结论

种植田菁、沙打旺、决明可明显降低土壤容重，增加土壤总孔隙度，且以田菁、沙打旺效果较显著。收获期土壤pH值均较对照有所下降，而有机质、碱解氮、速效磷含量明显提高，其高低次序分别为沙打旺>田菁>决明>对照。收获期种植绿肥的土壤有效钾含量较对照及种植前明显降低，且田菁、沙打旺处理与对照差异显著，降幅分别为9.3%、19.6%。

与对照相比，种植绿肥明显降低了土壤中的全钾含量，旺长期与收获期全钾含量均以种植决明土壤最低。与对照相比，种植沙打旺、田菁显著降低土壤中的全钙与水溶性盐离子总量，降幅分别为6.7%～14.7%、18.6%～27.2%，且种植田菁同时显著降低了土壤中的全钠、全镁含量。

种植沙打旺、田菁、决明可使土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性分别提高49.1%～126.4%、116.3%～246.9%、27.8%～47.6%，过氧化氢酶活性降低8.2%～47.6%。本试验中土壤脲酶、磷酸酶活性与有机质、碱解氮含量之间均呈显著或极显著正相关关系。土壤蔗糖酶活性与pH值、碱解氮含量之间，过氧化氢酶活性与有效钾含量之间均呈极显著正相关关系。土壤过氧化氢酶活性与有机质、速效磷活性之间，土壤脲酶、磷酸酶与全钙含量之间均存在极显著负相关关系。

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