红壤旱地绿肥单独及联合还田腐解特征及养分释放规律

付剑康; 刘佳; 冷珂; 李锦朝; 王胜楠; 冯浩

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2502831

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (7) :2801-2811 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2502831

农业科学

红壤旱地绿肥单独及联合还田腐解特征及养分释放规律

付剑康 ¹^,² ,
刘佳 ²^,³ ,
冷珂 ²^,³ ,
李锦朝 ¹ ,
王胜楠 ⁴ ,
冯浩 ¹^,⁵^,⁶^,^*

作者信息 +

Decomposition Dynamics and Nutrient Release Patterns of Sole and Co-incorporated Cover Crops in Red Soil Uplands

FU Jian-kang ¹^,² ,
LIU Jia ²^,³ ,
LENG Ke ²^,³ ,
LI Jin-chao ¹ ,
WANG Sheng-nan ⁴ ,
FENG Hao ¹^,⁵^,⁶^,^*

Author information +

文章历史 +

摘要

为明确红壤旱地绿肥单独及联合还田的腐解特征及养分释放规律,选取十字花科绿肥肥田萝卜(Raphanus sativus)和豆科绿肥毛叶苕子(Vicia villosa),在江西典型红壤旱地开展了一项为期112 d的田间腐解试验。试验设置肥田萝卜单独还田、毛叶苕子单独还田及两者联合还田三种处理,采用埋袋法监测绿肥的腐解特征及关键养分元素的释放模式。结果表明,绿肥腐解具有明显的阶段性特征,具体表现为前期快速腐解、后期缓释降解。0~28 d为快速腐解期,毛叶苕子累积腐解率(73.96%)显著高于肥田萝卜(63.51%)和联合处理(68.63%);至112 d时,肥田萝卜累积腐解率(94.11%)反超毛叶苕子(90.72%),联合处理(92.47%)介于两者之间。养分释放规律因绿肥种类而异,毛叶苕子氮、磷、钾释放速率较快,28 d累积释放量超90%,显著高于肥田萝卜;而肥田萝卜28 d钙、镁释放率(94.88%、93.39%)显著高于毛叶苕子(90.04%、88.05%)。绿肥还田后75%以上的养分在28 d内释放,对后期作物养分供应有限。联合还田通过调控养分释放时序,能延缓毛叶苕子氮、磷、钾的快速释放,并弥补中量元素的不足。因此,实际生产中应充分利用肥田萝卜与毛叶苕子联合还田的互补特性,提升红壤旱地培肥效果及后茬作物养分需求匹配度。

Abstract

In order to investigate the decomposition characteristics and nutrient release patterns of cover crops applied individually or jointly in red soil uplands. A 112-day field decomposition experiment was conducted in a typical red soil upland in Jiangxi Province, China, which focused on two cover crop species: Raphanus sativus (Brassicaceae) and Vicia villosa (Leguminosae). Three treatments were tested: Raphanus sativus alone, Vicia villosa alone, and their combination. Decomposition and nutrient element release were monitored using the nylon mesh bag method during the peanut growth period. The results show these as follows. Cover crop decomposition shows a “fast-slow” two-phase pattern. During the rapid decomposition phase (0~28 d), Vicia villosa exhibits the highest cumulative decomposition rate (73.96%), significantly surpassing Raphanus sativus (63.51%) and the combination treatment (68.63%). By 112 d, Raphanus sativus achieves the highest decomposition rate (94.11%), exceeding Vicia villosa (90.72%), with the combination treatment showing intermediate results (92.47%). Nutrient release varies by species: Vicia villosa releases nitrogen, phosphorus, and potassium more quickly, with cumulative rates exceeding 90% at 28 d, significantly higher than Raphanus sativus. In contrast, Raphanus sativus shows higher calcium and magnesium release (94.88% and 93.39% at 28 d, respectively) compared to Vicia villosa (90.04% and 88.05%). Over 75% of the nutrients are released within 28 d, with limited supply thereafter. The combined application of Raphanus sativus and Vicia villosa moderates the rapid nutrient release from Vicia villosa while compensating for deficiencies in secondary nutrients (calcium, magnesium). These findings highlight that the co-application of Raphanus sativus and Vicia villosa optimizes nutrient release timing, enhances soil fertility, and improves synchronization with crop demand. The result provides a theoretical framework for the optimal use of cover crop resources in the red soil hilly region of South China, with practical implications for improving soil health and agricultural productivity.

Graphical abstract

关键词

绿肥作物 / 肥田萝卜 / 毛叶苕子 / 还田方式 / 腐解规律 / 养分动态

Key words

cover crops / Raphanus sativus / Vicia villosa / returning method / decomposition patterns / nutrient dynamics

引用本文

引用格式 ▾

付剑康, 刘佳, 冷珂, 李锦朝, 王胜楠, 冯浩. 红壤旱地绿肥单独及联合还田腐解特征及养分释放规律[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(7): 2801-2811 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2502831

FU Jian-kang, LIU Jia, LENG Ke, LI Jin-chao, WANG Sheng-nan, FENG Hao. Decomposition Dynamics and Nutrient Release Patterns of Sole and Co-incorporated Cover Crops in Red Soil Uplands[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(7): 2801-2811 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2502831

登录浏览全文

4963

注册一个新账户忘记密码

中国亚热带丘陵区广泛发育红壤资源,覆盖南方16个省域,总覆盖面积218万km²,该土壤类型占全国总耕地的36%,其中旱地占比达区域总农田的40%^[1]。红壤区光照充足、气温适宜、降雨丰沛,自然资源条件优越,粮油作物种类多样。然而,红壤旱地长期遭受风化淋溶作用,导致土壤有机质匮乏、养分大量流失,作物生产力明显下降^[2]。近几十年化学肥料的不合理施用,又进一步加剧了红壤旱地质量退化^[3]。已有研究显示,引入绿肥作物能通过生物固氮与碳封存实现化肥替代,同时能改善耕层结构、提升后茬作物籽粒品质、减少水土流失^[4-6]。目前,南方红壤旱作区存在显著的季节性耕地闲置,具备冬绿肥作物引种的时空配置优势。研究证实,栽培冬季绿肥可使旱作区植被覆盖度提升25%~40%,减少地表长期裸露导致的养分流失和水土流失,还能通过光合固碳和生物固氮过程,提升土壤的养分投入和周转更新^[7-8],从而有效提高红壤旱地质量并促进作物高产高质。

绿肥翻压还田是农业生产中的重要环节,绿肥腐解特征直接影响后茬作物生长发育和土壤肥力维持,因此绿肥腐解特征研究一直是农业领域的热点问题。由于不同种类绿肥的结构、化学性质各不相同,还田后的腐解动态也存在显著差异,明确绿肥腐解特征及养分释放规律是合理高效利用绿肥的基础。研究表明,绿肥的腐解速率与其化学性质密切相关,碳氮比是决定腐解速率的关键因素^[9]。豆科绿肥因其较低的碳氮比和较高的氮含量,通常表现出较快的腐解速率。例如,碳氮比较低的豆科绿肥紫云英在还田后0~20 d内碳、氮释放率分别达72.99%和79.94%;相比之下,碳氮比较高的非豆科绿肥黑麦草同期碳、氮释放率仅为56.82%和66.98%^[10]。然而,同类绿肥在不同土壤环境中的腐解特征也明显不同^[11]。研究表明,黑麦草在中国南方地区腐解至100 d时腐解率达87.03%,而在西北地区腐解至130 d时腐解率仅为73.60%,这种差异主要源于土壤类型、气候条件等因素的影响^[10,12]。近年来人们对不同性质有机物料联合还田技术的关注持续增加。研究表明,将不同性质的有机物料联合还田,能够改变单一物料还田的腐解特征和养分释放规律,从而优化土壤培肥效果^[13]。Pramanik等^[14]研究发现,豆科-非豆科凋落物联合降解,通过微生物共代谢作用使木质素降解率提升,能够加速有机质的转化;夏志敏等^[15]证实,将玉米秸秆与蚕豆秸秆联合还田,提升了土壤中微生物量碳氮的水平,加速了秸秆碳和土壤氮的矿化过程,促进了土壤碳氮库的周转更新。综上,明确绿肥在不同土壤环境中的腐解特征及其影响因素,并结合联合还田技术优化其应用,对指导后茬作物的施肥管理及提升土壤的肥力水平都具有重要意义。

肥田萝卜(Raphanus sativus)属于十字花科绿肥,拥有肉质直根,能够破除土壤板结,具有强大的固碳能力,毛叶苕子(Vicia villosa)属于豆科绿肥,通过根瘤菌固氮,能够快速培肥土壤,具有强大的固氮能力,这两种绿肥在培肥地力、提高产量等方面有巨大的推广潜力^[16]。张钦等^[17]研究了肥田萝卜和毛叶苕子在黄壤上还田的培肥作用,但是关于肥田萝卜和毛叶苕子及其联合还田在红壤旱地上的腐解特征及养分释放规律尚不清楚。

为此,现以肥田萝卜和毛叶苕子为研究对象,采用田间尼龙网袋法^[18],在江西典型红壤旱地上开展试验,研究肥田萝卜、毛叶苕子及其联合还田后在花生整个生育期内的腐解特征及养分释放规律,旨在为红壤旱地绿肥资源的合理使用提供科学指导。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在江西省抚州市东乡区的赣东北红壤综合试验区(116°35'11″ E、28°10'59″ N)开展,该区域属于典型的亚热带湿润气候区,年平均气温25.8 ℃,年均降水2 180.6 mm,海拔26.2 m。试验土壤为第四纪红黏土母质发育而成的红壤,表层土壤(0~20 cm)的基础理化性质为:pH=4.49,有机质含量12.58 g/kg,全氮0.89 g/kg,碱解氮76.64 mg/kg,速效磷18.80 mg/kg,速效钾130.42 mg/kg。区域内农业生产主要依靠雨养,当地普遍采用一季或两季轮作的种植模式,主要种植花生和芝麻;本试验田前季种植的是花生。

1.2 试验设计

试验设置3个处理:①肥田萝卜;②毛叶苕子;③联合处理(肥田萝卜+毛叶苕子)。在绿肥盛花期(2021年5月8日)采集地上部植株样品,剪成2~3 cm的小段并充分混合。按当地常规干基绿肥翻压量2 250 kg/hm²换算,分别称取相当于13.5 g干样的肥田萝卜(鲜体177.6 g,含水率92.4%)、毛叶苕子(鲜体146.8 g,含水率90.8%),将样品装入规格为30 cm×20 cm、300目的尼龙网袋中。联合处理时,按照干样1∶1的比例装入相当于13.5 g干样的绿肥样品(肥田萝卜鲜体88.8 g,毛叶苕子鲜体73.4 g)。所使用绿肥的干物质养分状况如表1所示。

试验共设置4个微区,对应4个取样时期,每个微区尺寸为1.20 m×1.20 m(面积1.44 m²),每个微区按照4行7列的方式种植28株花生,行宽40 cm,株距20 cm,对应每公顷种植约12.5万株,花生品种为赣花1号。绿肥埋袋置于花生垄间,埋袋深度为20 cm。每个微区埋袋18个,采用随机区组设计,对应3个处理(肥田萝卜、毛叶苕子、联合处理),6次重复,具体安排如图1所示。为避免施肥对绿肥腐解残体养分测定的干扰,试验期间未施用任何肥料。

1.3 样品采集与分析

2021年4月试验开始前,在试验区按蛇形路线采集土样,经充分混合、自然风干及过筛处理后,进行基础养分分析。具体方法:pH使用电位仪测定(水土比2.5∶1);速效磷使用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定;速效钾使用乙酸铵提取-火焰光度计法测定;碱解氮使用碱解扩散法测定;全氮使用凯氏定氮法测定;有机质使用重铬酸钾氧化-外加热法测定^[19]。

在埋袋后14、28、56、112 d进行取样。绿肥腐解期间的气温和降雨情况如图2所示。采用破坏性取样方法,依次挖出相应微区内各处理网袋后迅速送至实验室。清除网袋表面的土壤后,将网袋内物料倒出,使用镊子彻底清除网袋内残留的绿肥碎屑。称取腐解后绿肥剩余总鲜重,随后于60 ℃烘箱中烘干至恒重,计算干重及含水率,用于计算腐解率及腐解速率。将烘干后样品粉碎并分装至密封袋,室温保存并标记,用于后续养分分析。氮磷钾含量分别使用以下方法测定:H₂SO₄-H₂O₂消煮后,氮使用凯氏定氮法,磷使用钒钼黄比色法,钾使用火焰光度计法;碳含量使用重铬酸钾氧化-外加热法测定;中量元素则使用HNO₃-HClO₄消煮结合原子吸收法测定,分别在特定波长下检测钙(422.7 nm)、镁(285.2 nm)和硫(440.0 nm)的含量^[19]。

1.4 数据处理

使用Excel 2019进行试验数据处理,使用单因子方差分析(analysis of variance,ANOVA)和Tukey多重比较法进行统计差异分析,使用SPSS 20.0进行回归方程拟合。相关计算公式为

(1)腐解计算:

(1)腐解量=初始总质量-残余总质量

(2)累积腐解率=(腐解量/初始总质量)×100%

(3)腐解速率=腐解量/对应时间

(2)养分释放计算:

(4)释放量=初始养分总量-残余养分总量

(5)累积释放率=(释放量/初始养分总量)×100%

(6)释放速率=释放量/对应时间

2 结果与分析

2.1 不同处理干物质的腐解特征

不同处理绿肥还田后的腐解特征的变化趋势如图3所示。总体而言,各处理的腐解过程均呈现先快后慢的规律,0~28 d为快速腐解阶段,28~112 d为缓慢腐解阶段。然而,不同绿肥的腐解率和腐解速率变化存在明显差异。腐解初期(0~14 d),肥田萝卜、毛叶苕子及联合处理的累积腐解率分别为63.51%、73.96%和68.63%,对应干物质腐解速率分别为612.38、713.15、661.79 mg/d,三者之间均差异显著(P<0.05)。至28 d时,毛叶苕子的累积腐解率仍显著高于肥田萝卜和联合处理(P<0.05),但三者的腐解速率迅速下降,肥田萝卜腐解速率下降最慢。腐解至56 d时,各处理累积腐解率趋于一致(88.16%~88.78%)。至腐解结束(112 d),肥田萝卜、毛叶苕子和联合处理的累积腐解率分别达到94.11%、90.72%和92.47%。在整个腐解过程中,绿肥联合处理的累积腐解率和腐解速率均介于单一绿肥处理之间。

2.2 不同处理碳、氮、磷、钾元素释放规律

总体来看,各元素释放规律大体可分为两个阶段,还田后0~28 d为快速释放阶段,28~112 d为缓慢释放阶段。在整个绿肥腐解过程中,绿肥联合处理的养分累积释放率和释放速率均介于单一绿肥处理之间。如图4所示,各处理碳、氮、磷、钾的累积释放率动态与腐解动态基本一致,碳的释放规律尤为吻合。具体表现为在0~28 d内,各处理碳累积释放率均超过75%(肥田萝卜75.26%、毛叶苕子80.56%、联合处理75.91%),且毛叶苕子的碳累积释放率显著高于另外两处理(P<0.05);此阶段内碳释放速率随腐解进程迅速下降,如图5所示。在腐解后期,肥田萝卜的碳累积释放率实现反超,最终肥田萝卜、毛叶苕子、联合处理的碳累积释放率分别为94.79%、91.50%和93.23%。

在绿肥腐解过程中,氮、磷、钾的释放动态基本一致,均符合先快后慢的释放规律。在腐解的各阶段,毛叶苕子的氮、磷、钾累积释放率始终高于肥田萝卜和联合处理,但释放过程也更为迅速(图4)。在0~28 d内,毛叶苕子的氮、磷、钾累积释放率均超过90%(氮90.15%、磷95.44%、钾99.08%),肥田萝卜和联合处理的累积释放率也达80%以上,且各元素释放速率均迅速达到最高值后急剧下降。在28~112 d时,各处理的累积释放率增幅明显减缓,至腐解末,氮、磷、钾的累积释放率分别达到94.65%~95.83%、96.17%~96.38%和98.18%~98.71%,各处理间已无明显差异,最终累积释放率为毛叶苕子>联合处理>肥田萝卜。

2.3 不同处理养分比例的动态变化规律

有机物料腐解过程中养分比例的动态变化,不仅能够表征还田后养分释放的整体规律,通过解析腐解初期各元素的消长趋势,还可明确早期养分迁移方向,进而为分析微生物-后茬作物养分竞争效应提供依据。不同处理绿肥还田后,碳与各养分元素的比例基本呈现腐解前期升高(0~28 d)、后期降低(28~112 d)的趋势(图6)。土壤有机质的分解速率受碳氮比调控,当碳氮比C/N<25时,微生物停止争夺土壤中的氮,从而促使有机质充分分解^[20]。肥田萝卜的初始C/N显著高于毛叶苕子(P<0.05),且在腐解的0~28 d,肥田萝卜的碳氮比最高,达30.6,显著高于毛叶苕子(20.1)和联合处理(22.5)(P<0.05),且增幅最大,这说明在腐解初期毛叶苕子和联合处理的植株氮能够更好释放,不会出现微生物-后茬作物养分竞争的现象。28~56 d期间,3个处理的C/N均下降,且肥田萝卜和联合处理的降幅大于毛叶苕子,分别降至18.4和15.5,表现为毛叶苕子>肥田萝卜>联合处理。至腐解末,肥田萝卜、毛叶苕子、联合处理的C/N接近,分别为15.6、16.7和15.9。碳磷比C/P方面,在0~28 d期间,肥田萝卜、毛叶苕子、联合处理的C/P分别由164.6、116.9、145.5迅速升至338.9、274.8、314.3,呈现出肥田萝卜>联合处理>毛叶苕子的规律。28~112 d期间,3个处理的C/P均迅速下降。碳钾比C/K变化趋势与C/P类似,均在0~28 d期间达到峰值,随后迅速下降,腐解后期降幅逐渐减小。

2.4 不同处理钙、镁、硫元素释放规律

如表2所示,肥田萝卜、毛叶苕子和联合处理的中量养分元素累积释放率的动态变化规律与大量元素基本一致。各中量元素在腐解初期迅速释放,随后释放减缓并趋于稳定。在0~28 d内,肥田萝卜、毛叶苕子、联合处理的钙、镁累积释放率分别达到89.43%~94.26%和76.79%~86.05%,肥田萝卜和联合处理的钙、镁累积释放率显著高于毛叶苕子(P<0.05)。腐解至112 d时,钙、镁的累积释放率分别达到90.04%~95.36%和88.05%~93.39%。总体上,钙、镁的累积释放率均表现为肥田萝卜>联合处理>毛叶苕子。中量元素的释放速率如表3所示,可以看出,各处理的钙、镁元素的释放速率变化与其累积释放率的变化规律相似。硫的释放过程同样呈现先快后慢的趋势,但各处理间无显著差异。

2.5 不同处理养分元素累积释放率和释放速率的回归分析

不同处理绿肥还田后,养分元素累积释放率(y)和释放速率(v)随埋袋腐解天数(x)的变化趋势,符合回归模型预测(表4)。养分元素累积释放率与腐解时间的关系符合幂函数y=ax^b^[21-22],其中参数a为养分元素在腐解过程中较快达到的累积释放率,即最易释放的部分;参数b为累积释放率的增长系数,值越小,表明累积释放率增幅越小^[20]。养分元素释放速率与腐解天数的关系符合指数函数v=ce^-kx^[23],其中:c为养分元素的最大释放速率,k为速率衰减系数,k值越小,表明释放速率衰减越慢^[24]。回归分析结果表明,与肥田萝卜和联合处理相比,毛叶苕子的碳、氮、磷、钾峰值释放速率最高,同时,其碳、氮、磷、钾累积释放率增长系数最小,表明其养分释放增长最为缓慢;而钙、镁、硫元素的最大释放速率在肥田萝卜处理中达到最高值,而联合处理的各养分累积释放率和释放速率基本介于两单独处理之间。通过回归分析可以预测,绿肥中碳、氮、磷、钾、钙、镁、硫元素完全释放的理论时间分别为129~213 d、206~210 d、218~466 d、14~103 d、41~186 d、179~231 d和141~180 d。

2.6 花生生育期内不同处理绿肥的养分释放量

中国南方红壤区具有优越的水热条件,为绿肥作物的种植提供了巨大的生产潜力。绿肥作物在盛花期翻压还田,既能配合红壤旱地作物的生长周期,又能实现补空档、养土地、添养分三合一效果。按照干基绿肥2 250 kg/hm²的还田量换算,试验条件下花生整个生育期绿肥养分的释放总量为:氮52.1~69.2 kg/hm²、磷7.6~11.7 kg/hm²和钾34.2~89.4 kg/hm²(表5),且超过75%的养分在还田后28 d内完成释放。绿肥腐解还会释放大量的碳,有利于红壤旱地固碳培肥。绿肥中的大量元素和中量元素基本都在花生的生育期内释放,能够较好契合花生生育期的需求。

3 讨论

研究表明,肥田萝卜、毛叶苕子及其联合处理的最终累积腐解率分别达到94.11%、90.72%和92.47%(图3)。各绿肥在试验初期(0~28 d)均能快速腐解,随后腐解速率逐渐减缓,符合以往研究中“先快后慢”的腐解规律^[25-26]。在植物组织中,淀粉、蔗糖和多糖等易溶解的碳水化合物易被微生物迅速分解,而纤维素、半纤维素和木质素等结构性碳水化合物因结构复杂,不易被快速分解^[27-28]。在腐解的0~56 d内,肥田萝卜和联合处理的腐解率始终低于毛叶苕子(表现为毛叶苕子>联合处理>肥田萝卜),这是由于与豆科绿肥毛叶苕子相比,十字花科绿肥肥田萝卜组织中的纤维素、半纤维素和木质素等难降解的有机化合物比例较高。在后期腐解过程中,毛叶苕子的腐解率增速显著减缓,腐解到112 d时,被肥田萝卜和联合处理反超,推测是由于在腐解初期,毛叶苕子中的易分解有机化合物为地下微生物提供了丰富的营养元素,促进了快速分解,而随着腐解进程的推进,易分解物质逐渐耗尽,剩余大部分为难分解物质,如木质素,导致毛叶苕子的腐解速率降低。肥田萝卜中的难降解物质比例较高,尽管初期腐解速率较慢,但随着时间推移,其释放率增幅较大、腐解率也逐渐超过毛叶苕子(表4)。因此,在腐解后期,肥田萝卜的腐解率略高于毛叶苕子。唐红琴等^[29]研究表明,在腐解中后期,纤维素和木质素含量较高的禾本科绿肥黑麦草的腐解率增幅明显高于豆科绿肥光叶苕子,腐解到100 d时,黑麦草的腐解率(74.01%)显著高于光叶苕子(44.68%),这印证了本研究的结果。此外,气候因素也是影响土壤中微生物活动和有机物分解的重要因素,在一定范围内(10~30 ℃、30%~105%最大田间持水量)升高温度、增加土壤含水量,有机质的腐解速率会增加^[30-31]。整个试验期间气温稳定在20 ℃以上,利于绿肥分解,而降水集中在试验初期(5、6月),后续干旱导致土壤水分不足,可能限制绿肥分解进程。

绿肥养分释放动态与腐解进程总体相似,但由于绿肥品种不同,植株养分元素含量差异较大,因此腐解过程中的养分元素释放规律也存在明显差异。在本研究中,毛叶苕子的氮累积释放率始终高于肥田萝卜和联合绿肥处理,其腐解初期的氮释放速率为26.15 mg/d,显著高于肥田萝卜(19.03 mg/d)和联合处理(21.99 mg/d)(图5),能为作物提供更多氮素。然而,养分释放并非越快越好,当释放速率超出作物的吸收速率时,会导致养分资源的浪费^[32]。本文研究对不同处理的碳氮比分析发现,在腐解前期,毛叶苕子的碳氮比最低,为10.1~20.1,肥田萝卜的碳氮比最高,为17.6~30.6,而联合处理的碳氮比较稳定,为15.8~22.5。有研究表明,在农业生产中,绿肥作物还田后,若其碳氮比偏低,可能导致土壤酸化加剧和养分淋失风险升高,这主要源于碳源不足条件下氮素的快速释放与流失;而高碳氮比绿肥还田后,氮素供应不足,地下微生物与作物竞争氮源,导致作物幼苗发育不良^[33-35]。绿肥联合使用能够有效补充肥田萝卜和毛叶苕子的碳氮失衡,抑制氮素损失,促进养分的协同释放,有利于后续主作物的生长。

在3种绿肥处理方式中,大量营养元素累积释放量排序均为钾>磷>氮>碳,这与潘福霞等^[36]和刘佳等^[20]研究结果一致,但潘福霞团队在盆栽环境中使用风干样本研究绿肥腐解,其分解效率低于自然条件,导致相同腐解时期下其绿肥养分释放率要明显低于本研究数据;此外,供试土壤类型及绿肥品种的差异也会在一定程度上影响试验结果。钾元素可以激活与淀粉合成相关的酶,高钾含量的绿肥有利于块茎类作物(如木薯、山药)的生长^[8]。在各处理中,钾的累积释放率均最高,达到98.17%~98.71%,这是因为植物组织中的钾元素主要以溶解态存在,其离子特性导致在代谢过程中具有较强流动性,因此能够迅速被释放^[37]。虽然毛叶苕子的钾含量最高,但其释放过快,易造成钾素流失;若联合肥田萝卜还田,在保证钾含量的同时,可以一定程度上缓解钾素流失。氮、磷主要以有机质的形式存在于植物体内,主要通过微生物分解来释放,因此氮和磷的释放规律相似,均受碳氮比变化的调控。钙主要存在于植物的衰老组织中,大多以果胶质的形态组成细胞壁,因此释放较慢。镁、硫主要分布在植物的幼嫩部位,通常碳氮比较低、水分较足,还田后极易被微生物分解,因此在腐解初期快速释放。此外,本研究还发现,肥田萝卜的钙累积释放量显著高于毛叶苕子(表2),钙是作物生长发育过程中不可或缺的矿质营养元素,缺钙会导致细胞木质化加剧,进而阻碍作物对氮、磷、钾等养分的吸收^[38],因此,单独还田毛叶苕子提供的钙元素不足,不利于作物的生长,两者联合使用更有利于满足后茬作物对钙元素的需求。

作为红壤旱地的代表性作物,花生兼具生物固氮与土壤改良的功能,其发达的根系还能有效改善土壤结构。但花生长期连作易引发土壤养分失衡和病虫害加剧的问题,长期依赖化肥不仅增加投入成本,还可能加速土壤酸化进程。以本试验区为例,花生通常施用N 135 kg/hm²、P₂O₅ 81 kg/hm²、K₂O 135 kg/hm²(氮、钾肥的基追比为1∶1,磷肥全部基施)。如按照干基绿肥2 250 kg/hm²的还田量计算,绿肥在还田后前28 d内,可释放N 47.7~65.1 kg/hm²、P₂O₅ 16.7~26.6 kg/hm²、K₂O 41.1~107.7 kg/hm²,分别相当于花生基肥施用量的70.7%~96.4%、20.6%~32.8%和61.3%~159.6%,可以看出,氮和钾元素基本能够满足推荐施肥量,且绿肥还田还可补充中量元素,但对作物生长中后期的养分供应相对有限。中国南方地区水热资源充沛,绿肥生物量显著,在实际生产中,应根据不同绿肥作物的腐解特征及后茬作物的营养吸收特性进行协同配置,选择合理的绿肥作物联合还田,以提升养分时空匹配度,实现南方绿肥资源的高效利用。然而,本研究仅聚焦于绿肥养分从植物体向土壤转移的过程,关于绿肥与化肥的养分有效性差异、绿肥养分的土壤转化路径及微生物调控机制等问题,仍有待进一步研究。

4 结论

(1)肥田萝卜、毛叶苕子及其联合处理均呈现前期腐解快、后期腐解慢的规律,但由于绿肥科属不同,腐解特征存在明显差异。具体表现为0~28 d期间,腐解率为毛叶苕子>联合绿肥>肥田萝卜,且存在较大差异;至112 d时,腐解率趋于一致。

(2)不同绿肥处理的养分释放规律也存在差异。毛叶苕子处理下氮、磷、钾等大量元素的释放率高于肥田萝卜处理,而肥田萝卜处理下钙、镁等中量元素的释放率更高。肥田萝卜与毛叶苕子联合处理能有效延缓毛叶苕子中氮、磷、钾的释放,并弥补肥田萝卜的不足,二者联合还田更有利于提升土壤肥力和作物养分供给。

(3)绿肥还田后,碳、氮、磷、钾养分的释放主要集中在前28 d,后期释放量显著减少,难以满足后茬作物全生育期的养分需求。在生产实践中,应综合考虑不同绿肥作物的养分释放规律及后茬作物的营养吸收特性来制定施肥策略。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

[1]	陈晓芬, 张路平, 秦文婧, 等. 红壤旱地上4种冬绿肥适宜播种量研究[J]. 草业学报, 2021, 30(10): 137-146.

[2]	Chen Xiaofen, Zhang Luping, Qin Wenjing, et al. A study of the appropriate seeding rates for four winter green manure crops in an upland red soil of Southern China[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2021, 30(10): 137-146.

[3]	Liu J, Liu M, Wu M, et al. Soil pH rather than nutrients drive changes in microbial community following long-term fertilization in acidic Ultisols of southern China[J]. Journal of Soils and Sediments, 2018, 18(5): 1853-1864.

[4]	林小兵, 陈国钧, 周利军, 等. 南方典型稻田土壤-水稻系统环境质量评价[J]. 科学技术与工程, 2024, 24(16): 6973-6979.

[5]	Lin Xiaobing, Chen Guojun, Zhou Lijun, et al. Environmental quality assessment of soil-rice system in typical paddy fields in southern China[J]. Science Technology and Engineering, 2024, 24(16): 6973-6979.

[6]	Wanic M, Zuk-Golaszewska K, Orzech K. Catch crops and the soil environment: a review of the literature[J]. Journal of Elementology, 2019, 24(1): 31-45.

[7]	解占军, 韩瑛祚, 何志刚, 等. 秸秆还田条件下分层施肥对玉米产量及氮素利用的影响[J]. 科学技术与工程, 2023, 23(9): 3680-3685.

[8]	Xie Zhanjun, Han Yingzuo, He Zhigang, et al. Effects of layered fertilization on maize yield and nitrogen utilization under straw returning conditions[J]. Science Technology and Engineering, 2023, 23(9): 3680-3685.

[9]	曹卫东, 包兴国, 徐昌旭, 等. 中国绿肥科研60年回顾与未来展望[J]. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(6): 1450-1461.

[10]	Cao Weidong, Bao Xingguo, Xu Changxu, et al. Reviews and prospects on science and technology of green manure in China[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2017, 23(6): 1450-1461.

[11]	王艳秋, 高嵩涓, 曹卫东, 等. 多年冬种紫云英对两种典型双季稻田土壤肥力及硝化特征的影响[J]. 草业学报, 2017, 26(2): 180-189.

[12]	Wang Yanqiu, Gao Songjuan, Cao Weidong, et al. Fertility and nitrification characteristics of two typical paddy soils after application of milk vetch (Astragalus sinicus) for 8 years[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(2): 180-189.

[13]	Xavier F A S, Oliveira J I A, Silva M R. Decomposition and nutrient release dynamics of shoot phytomass of cover crops in the Reconcavo Baiano[J]. Revista Brasileira de Ciencia do Solo, 2017, 41: e0160103.

[14]	刘雅璐, 舒俊华, 胡诚, 等. 稻油轮作还田秸秆配施氮肥腐解及碳氮释放特征[J]. 中国土壤与肥料, 2025(6): 195-203.

[15]	Liu Yalu, Shu Junhua, Hu Cheng, et al. Characteristics of decomposition and carbon and nitrogen release of returned straw with nitrogen fertilizer in rice-rapeseed rotation system[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2025(6): 195-203.

[16]	唐红琴, 何铁光, 董文斌, 等. 5种绿肥在柑橘地的腐解及养分释放特征[J]. 福建农业学报, 2021, 36(6): 719-727.

[17]	Tang Hongqin, He Tieguang, Dong Wenbin, et al. Decomposition and nutrient release of five green manures in citrus field[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2021, 36(6): 719-727.

[18]	邓艺璇, 李振山, 黄瑞寅, 等. 广东南雄烟区箭筈豌豆不同翻压量下腐解速率及养分变化特征研究[J]. 中国农学通报, 2025, 41(7): 93-99.

[19]	Deng Yixuan, Li Zhenshan, Huang Ruiyin, et al. Decomposition rate and nutrient release characteristics of different Vicia sativa green manure applications in Nanxiong tobacco growing area of Guangdong Province[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2025, 41(7): 93-99.

[20]	张义宁, 王俊. 绿肥腐解过程及其对旱作农田土壤碳氮和玉米产量的影响[J]. 生态学杂志, 2023, 42(11): 2613-2621.

[21]	Zhang Yining, Wang Jun. Decomposition of green manures and their effects on soil carbon and nitrogen, and crop yield in a dryland spring maize field[J]. Chinese Journal of Ecology, 2023, 42(11): 2613-2621.

[22]	周国朋, 谢志坚, 曹卫东, 等. 稻草高茬-紫云英联合还田改善土壤肥力提高作物产量[J]. 农业工程学报, 2017, 33(23): 157-163.

[23]	Zhou Guopeng, Xie Zhijian, Cao Weidong, et al. Co-incorporation of high rice stubble and Chinese milk vetch improving soil fertility and yield of rice[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2017, 33(23): 157-163.

[24]	Pramanik P, Haque M M, Kim S Y, et al. C and N accumulations in soil aggregates determine nitrous oxide emissions from cover crop treated rice paddy soils during fallow season[J]. Science of the Total Environment, 2014, 490: 622-628.

[25]	夏志敏, 周建斌, 梅沛沛, 等. 玉米与蚕豆秸秆配施对秸秆分解及土壤养分含量的影响[J]. 应用生态学报, 2012, 23(1): 103-108.

[26]	Xia Zhimin, Zhou Jianbin, Mei Peipei, et al. Effects of combined application of maize-and horsebean straws on the straws decomposition and soil nutrient contents[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(1): 103-108.

[27]	曹卫东, 徐昌旭. 中国主要农区绿肥作物生产与利用技术规程[M]. 北京: 中国农业科学技术出版社, 2010.

[28]	Cao Weidong, Xu Changxu. Technical regulations for production and utilization of green manure crops in major agricultural regions of China[M]. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 2010.

[29]	张钦, 张爱华, 姚单君, 等. 连续种植不同绿肥作物的耕层土壤团聚体中氮分布及其固持特征[J]. 土壤通报, 2019, 50(3): 577-585.

[30]	Zhang Qin, Zhang Aihua, Yao Danjun, et al. Distribution and sequestration of nitrogen in soil aggregates under continuous cultivation of green manure crops[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2019, 50(3): 577-585.

[31]	林心雄, 吴顺龄, 车玉萍. 干旱和半干润地区测定有机物分解速率的尼龙袋法[J]. 土壤, 1992, 24(6): 315-318.

[32]	Lin Xinxiong, Wu Shunling, Che Yuping. The study of nylon mesh bag method to measure the decomposition rate of organic matter in arid and semiarid region[J]. Soils, 1992, 24(6): 315-318.

[33]	鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京: 中国农业出版社, 2008.

[34]	Bao Shidan. Soil analysis in agricultural chemistry[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2008.

[35]	刘佳, 张杰, 秦文婧, 等. 红壤旱地毛叶苕子不同翻压量下腐解及养分释放特征[J]. 草业学报, 2016, 25(10): 66-76.

[36]	Liu Jia, Zhang Jie, Qin Wenjing, et al. Decomposition and nutrient release characteristics of different Vicia villosa green manure applications in red soil uplands of South China[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(10): 66-76.

[37]	Chapman S J. Barley straw decomposition and S immobilization[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1997, 29(2): 109-114.

[38]	Stanford G, Smith S J. Nitrogen mineralization potentials of soils[J]. Soil Science Society of America Journal, 1972, 36(3): 465-472.

[39]	Olson J S. Energy storage and the balance of producers and decomposers in ecological systems[J]. Ecology, 1963, 44(2): 322-331.

[40]	李岚, 叶苹苹, 罗玉萍, 等. 典型有机物料在藏区人工草地中的腐解与养分释放特征[J]. 西北农业学报, 2025, 34(5): 904-912.

[41]	Li Lan, Ye Pingping, Luo Yuping, et al. Characteristics of decay and nutrient release from typical organic materials in artificial grassland in Tibetan Areas[J]. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica, 2025, 34(5): 904-912.

[42]	雷琬莹, 李娜, 滕培基, 等. 农田生态系统有机物料腐解过程及土壤培肥机制研究[J]. 中国生态农业学报, 2022, 30(9): 1393-1408.

[43]	Lei Wanying, Li Na, Teng Peiji, et al. Decomposition processes of organic materials and their mechanisms of improving soil fertility in cropland ecosystems[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2022, 30(9): 1393-1408.

[44]	王贞元, 徐志辉, 赵劲飞, 等. 还田方式对绿肥油菜腐解特征与土壤养分含量的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2024(1): 182-191.

[45]	Wang Zhenyuan, Xu Zhihui, Zhao Jinfei, et al. Effects of returning mode on decomposition characteristics of green manure rapeseed and soil nutrient content[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2024(1): 182-191.

[46]	Bani A, Pioli S, Ventura M, et al. The role of microbial community in the decomposition of leaf litter and deadwood[J]. Applied Soil Ecology, 2018, 126: 75-84.

[47]	雷琬莹, 滕培基, 王博, 等. 东北黑土区不同种类有机物料腐解特征及驱动因素分析[J]. 农业工程学报, 2024, 40(13): 107-116.

[48]	Lei Wanying, Teng Peiji, Wang Bo, et al. Decomposition and driving factor of organic materials in the black soil belt of Northeast China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2024, 40(13): 107-116.

[49]	唐红琴, 李忠义, 韦彩会, 等. 橘园绿肥覆盖还田下的腐解及养分释放动态特征[J]. 江苏农业科学, 2022, 50(7): 221-227.

[50]	Tang Hongqin, Li Zhongyi, Wei Caihui, et al. Dynamic characteristics of decomposition and nutrient release under green manure mulching in citrus orchard[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2022, 50(7): 221-227.

[51]	欧阳鸿伟, 欧金秀, 林兆里, 等. 还田作物秸秆腐解研究进展[J]. 中国农学通报, 2023, 39(30): 74-81.

[52]	Ouyang Hongwei, Ou Jinxiu, Lin Zhaoli, et al. Advances in the decomposition of straw from returned crops[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2023, 39(30): 74-81.

[53]	Wang X Y, Sun B, Mao J D, et al. Structural convergence of maize and wheat straw during two-year decomposition under different climate conditions[J]. Environmental Science & Technology, 2012, 46(13): 7159-7165.

[54]	Zhou G P, Gao S J, Lu Y H, et al. Co-incorporation of green manure and rice straw improves rice production, soil chemical, biochemical and microbiological properties in a typical paddy field in southern China[J]. Soil and Tillage Research, 2020, 197: 104499.

[55]	Davis B W, Mirsky S B, Needelman B A, et al. Nitrous oxide emissions increase exponentially with organic N rate from cover crops and applied poultry litter[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2019, 272: 165-174.

[56]	Abdalla M, Hastings A, Cheng K, et al. A critical review of the impacts of cover crops on nitrogen leaching, net greenhouse gas balance and crop productivity[J]. Global Change Biology, 2019, 25(8): 2530-2543.

[57]	Liu J, Jiang B S, Shen J L, et al. Contrasting effects of straw and straw-derived biochar applications on soil carbon accumulation and nitrogen use efficiency in double-rice cropping systems[J]. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2021, 311: 107286.

[58]	潘福霞, 鲁剑巍, 刘威, 等. 三种不同绿肥的腐解和养分释放特征研究[J]. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(1): 216-223.

[59]	Pan Fuxia, Lu Jianwei, Liu Wei, et al. Study on characteristics of decomposing and nutrients releasing of three kinds of green manure crops[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2011, 17(1): 216-223.

[60]	Rodriguez-Lizana A, Repullo-Ruiberriz de Torres M A, Carbonell-Bojollo R, et al. Study of C, N, P and K release from residues of newly proposed cover crops in a Spanish olive grove[J]. Agronomy, 2020, 10(7): 1041.

[61]	张冠初, 戴良香, 徐扬, 等. 减氮配施钙肥对花生光合特性、产量及肥料贡献率的影响[J]. 中国油料作物学报, 2020, 42(6): 1010-1018.

[62]	Zhang Guanchu, Dai Liangxiang, Xu Yang, et al. Effect of nitrogen reduction and calcium fertilizer application on photosynthetic characteristics, yield and fertilizer contribution rate in peanut[J]. Chinese Journal of Oil Crop Sciences, 2020, 42(6): 1010-1018.