苦豆子绿肥的腐解和养分释放研究

张朝阳 ，王林娜 ，王 蒙 ，席琳乔

（1.塔里木大学动物科学学院/新疆生产建设兵团塔里木畜牧科技重点实验室，新疆 阿拉尔 843300；2.吐鲁番职业技术学院，新疆 吐鲁番 838000）

苦豆子（Sophora alopecuroides）属豆科槐属多年生草木植物，高可以达1 m 以上，根系发达，地上部分生长迅速，生长周期长，抗风沙、耐盐碱，野生资源分布面积广泛，是一种优良的水土保持植物，并且是重要的药用植物资源［1，2］，同时可以作绿肥且肥效较高，其中氮含量0.49%～2.79%、磷含量0.37%～0.43%、钾含量0.63%～0.73%。新疆南疆农村有用苦豆子茎叶作绿肥的习惯，在开花初期刈割，切断6～10 cm，直接翻压，或与其他农家肥一起发酵，夏季一周左右，可以施入农田，或者在地头直接密封发酵。30 kg苦豆子肥力相当于60～100 kg 人干粪，500 kg 半风干肥力相当于140 kg 黑豆或700 kg 扁豆、芸芥等绿肥。施用苦豆子绿肥能够显著增加土壤肥力水平，对土壤中20～40 cm 土层碱解氮和有效磷含量增加效果较为显著［3］。研究报道，将苦豆子割下打碎与动物粪便混合油渣拌合堆积制作成的肥料，瓜地用量为2 250 kg/hm2时可增收30%以上，而且瓜还特别酥脆香甜［4］；在甜瓜地里施苦豆子绿肥和磷酸二氢钾，外观与口感更好［5］；在水稻抽穗前，用4 500～7 500 kg/hm2苦豆子作肥料，可增产20%左右［6］。长期施用苦豆子绿肥，田间蛴螬、地老虎、蚜虫等害虫会减少［7］。但是绿肥的腐解十分复杂，不同品种绿肥腐解规律也有不同的表现。目前，关于苦豆子作为绿肥利用方面的研究较少，因此研究苦豆子绿肥的腐解规律和养分释放可以为苦豆子绿肥的开发与利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地（81°18′9″E，40°32′52″N）海拔1 010 m，年均降雨量49 mm，年蒸发量2 110.5 mm，平均气温10.5 ℃，土壤为风沙土，其土壤的基本理化性质：pH 8.2，有机质 11.91 g/kg，速效氮 22.6 mg/kg，速效磷21.3 mg/kg，速效钾 104 mg/kg，全氮 0.47 g/kg，全磷0.61 g/kg，全钾20.3 g/kg。

1.2 方法

釆用埋袋法，刈割营养期至初花期的苦豆子地上部，切成2 cm 左右小段，后混匀，装入20 cm×30 cm、孔径0.047 mm 的尼龙网袋中，封好口后翻压于土壤中，埋深15～20 cm，在0、3、7、14、21、28、58、88、118 d 共取样 9 次，重复 3 次，65 ℃烘干。样品粉碎后测定水分、碳、氮、磷、钾含量。

苦豆子绿肥含水量采用烘干法测定，磷、钾用硫酸过氧化氢法消煮，磷采用钒钼黄比色法测定，波长450 nm；钾采用火焰光度计（FP6431，上海仪点分析仪器有限公司）测定；氮、碳采用碳氮分析仪（型号LE204E/02）测定。

干物质（DM）降解率=（0 d 干物质量-该时期干物质量）/0 d 干物质量×100%

矿化率=1-该时期干物质量×该时期含量/0 d 含量/0 d 干物质量×100%

1.3 数据分析

数据均用Excel 2016 和SPSS 21.0 软件分析、统计，并绘图。

2 结果与分析

2.1 苦豆子绿肥的DM 降解率

由图1 可以看出，苦豆子绿肥的干物质降解率随着埋压时间的延长不断增加。干物质降解率可以分为 3 个时期：0～14 d 为快速降解期、14～28 d 为降解减缓期、28～118 d 为降解缓慢期。0～14 d 干物质降解率达40%，在118 d 干物质降解率为65.2%。

图1 苦豆子绿肥的DM 降解率变化规律

2.2 苦豆子绿肥C、N、P、K 矿化率

苦豆子绿肥矿化率测定结果如表1 所示，矿化率随埋压时间增加而增加，前期矿化速度快，后期矿化速度慢。苦豆子绿肥在腐解过程中C矿化迅速，埋压3 d 时苦豆子绿肥C 矿化率为26.28%，与埋压7 d时差异显著，前7 d 日平均矿化速率为4.63%。埋压14 d 时 C 矿化率达 44.78%，与 7 d 时差异显著，埋压7～14 d 日平均矿化率为 1.77%。埋压 14～21 d 时苦豆子绿肥C 的日平均矿化率为0.8%，较埋压14 d 时速率继续降低。埋压28 d 时苦豆子绿肥C 矿化率为54.04%，与埋压21 d 的矿化率差异显著，埋压28 d后C 矿化速率降低。

表1 不同埋压时间对苦豆子绿肥矿化率的影响

埋压3 d 时苦豆子绿肥N 的矿化率达17.94%，日平均矿化率高达5.98%；至7 d 时苦豆子绿肥N 的矿化率为23.44%，14 d 时N 的矿化率为30.18%，埋压14 d 与21 d 的N 矿化率之间差异显著，埋压21～28 d N 矿化速率逐渐变慢，日平均矿化率为0.43%，埋压28～118 d 的日平均矿化率为0.08%，氮素矿化变得十分缓慢。

埋压3 d 苦豆子绿肥K 的矿化率为55.46%，埋压3～14 d 时K 日平均矿化率为1.40%，至埋压118 d时K 共矿化79.06%；埋压3 d 时苦豆子绿肥P 的矿化率为21.07%，7 d 时的矿化率为26.11%，埋压0～7 d苦豆子绿肥P 的矿化率较高，在埋压118 d 时P 的矿化率为52.54%。

2.3 不同埋压时间对苦豆子绿肥碳氮比（C/N）的影响

苦豆子绿肥C/N 变化如图2 所示。随着时间的延长苦豆子绿肥的C/N 不断下降，以0～14 d 下降趋势最为明显，此阶段苦豆子绿肥中的氮素矿化迅速且大于碳的矿化速率，在14～28 d C/N 继续下降但趋势有所减缓，而至28～118 d 碳氮比趋近于平稳，氮矿化率较碳快。

图2 苦豆子绿肥C/N 变化

2.4 苦豆子绿肥DM 降解率和C、N、P、K 矿化率之间的相关性

苦豆子绿肥DM 的降解及各元素矿化率的相关性分析如表 2 所示。DM 降解率与 C、N 和 K 矿化率都呈极显著正相关，与P 矿化率呈显著正相关。其中，DM 与C 矿化率相关性最高，达0.985，苦豆子绿肥在埋压的过程中其干物质的降解，C 的矿化及N、P、K 各元素的释放都具有同步性。

表2 苦豆子绿肥DM 降解率和C、N、P、K矿化率之间的相关性

3 小结与讨论

从苦豆子绿肥DM 的降解率来看，苦豆子绿肥经过118 d 的腐解，DM 降解率达65.2%，这与前人的研究结果一致，均在63%左右［8］。从苦豆子绿肥腐解118 d 过程中DM 释放速率来看，整个过程可以分为3 个阶段。①0～14 d 为快速分解阶段，在此阶段苦豆子绿肥迅速腐解，养分释放迅速。腐解前期苦豆子绿肥中大量的可溶性有机物如多糖、氨基酸、有机酸以及无机养分为微生物提供养分，使微生物数量增加，在微生物的作用下绿肥迅速腐解［9］。随着埋压时间的延长绿肥中的残留物大多为纤维素、木质素等有机物，此类有机物不易被分解，减慢了苦豆子绿肥的腐解［10］。②14～28 d 苦豆子绿肥进入腐解相对减缓期，在此阶段部分较难分解的物质在高温和微生物作用下从苦豆子绿肥中逐渐释放。③28～118 d 苦豆子绿肥腐解非常缓慢，此时的绿肥主要在微生物的作用下使植物结构发生改变，腐解进程缓慢。李逢雨等［11］报道麦秆、油菜秆还田后在田间腐解速率也表现为前期快，后期慢。苦豆子绿肥压埋入土壤后，初期基本上将易分解的物质完全腐解，接下来通过物理及化学变化逐步分解剩余的不易分解的物质，经过118 d 腐解，依然有大量残留物质，干物质残留35%左右。Zhang 等［12］认为翻压绿肥有极强的后效作用，即将绿肥翻压于土壤中第2 年仍表现一定的肥力。

从苦豆子绿肥C、N、P、K 的矿化率来看，K 的矿化率最大，达80%左右，其次是C、P、N，可能是K 大部分以离子形态存在于苦豆子绿肥之中，在水的作用下易被水解释放；而苦豆子中的P 以有机态和无机态2 种形式存在，其中，OP（有机磷）的含量占苦豆子绿肥TP（全磷）的40%左右，不易腐解［13］。埋压118 d 时C 只有60%左右被释放出来，这与前人有关绿肥腐解规律及玉米绿肥间种效益的研究结果（60%）一致［14］。在绿肥被埋压过程中，一部分的C被矿化分解，以CO2的形式释放，另一部分C 在微生物作用下经腐解转化形成腐殖质积累在土壤中，将影响土壤中有机质的形成与含量［15］。关于C/N，在各种有机物的分解过程中，土壤中养分的分解与养分的释放与其中有机物的C/N 有很大的相关性，在相同的条件下，C/N 窄的有机物分解快，腐殖化系数小；C/N 宽的有机物分解慢，腐殖化系数大［16］，苦豆子属豆科植物，其本身有较高的含氮量，C/N 窄（8～14），养分易于释放，释放速率较快。温明霞等［17］报道C/N 低的绿肥在其埋压过程中为净矿化，而C/N高的绿肥为净固定，苦豆子绿肥具有较低的C/N，因此肥效较高。

苦豆子绿肥在118 d 的埋压过程中，干物质量的降解和有机养分的矿化可分为0～14 d 快速分解、14～28 d 减慢分解和 28～118 d 缓慢分解 3 个阶段。养分矿化率表现为K＞C＞P＞N，且干物质的降解及营养元素的矿化基本同步。