绿肥能培肥地力，改善土壤结构，是一种优质的有机肥源，我国有悠久施用绿肥的历史^[1-2]。目前绿肥的应用研究多集中在绿肥降解规律以及影响绿肥降解规律的因素方面。绿肥降解除了与绿肥本身的物理状态有关外，也与环境的温度、水分等密切相关^[1，3]。潘福霞等^[4]、常帅等^[5]研究发现，绿肥还田后降解和氮、磷、钾释放速率均表现为前期快后期慢的特点；麦秆、油菜秆、豆科与禾本科绿肥还田后腐解高峰发生在前 1 个月内，氮、磷、钾在还田后 10～21 d 释放快速^[2，6]。如何降低绿肥还田后的降解速率，特别是在热区，成为提高绿肥土壤培肥效果的重要措施^[1，3]。

硅不仅提高作物产量和品质，影响植物对养分的吸收与分配^[7-8]，还能影响植物生长和植物体内难分解物质的合成^[9-10]，硅碳共沉淀固定一定数量的碳，降低碳的降解^[7，10-11]；硅在植物体内与铁、铝形成复合体形式与有机碳结合，减缓了有机碳的分解^[12-13]，进而影响秸秆的降解速率，不过，关于硅对绿肥还田后降解速率的影响尚未见报道。本文以豆科绿肥猪屎豆、禾本科绿肥高丹草为材料，利用尼龙网袋法对比分析未加硅、加硅对猪屎豆和高丹草的生长、养分含量以及还田后干物质、碳、氮、磷、钾累积降解速率，以揭示硅对绿肥生长与还田后降解规律的影响，为提高绿肥培肥土壤效果奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

猪屎豆（Crotalaria pallida）为尖叶型，高丹草 （Sorghum bicolor×Sorghumsudanense）种子由春益达园林公司提供。供试土壤的基本理化性状如表1 所示。

硅源为化学试剂九水偏硅酸钠（SiO₂ 21.14%，分析纯）；氮源为尿素（N 46.2%），磷肥为过磷酸钙 （P₂O₅ 16%）；钾肥为氯化钾（K₂O 60%）；试验用尼龙网孔径为 70μm，剪成规格 20 cm×20 cm 备用。

1.2 试验设计

1.2.1 加硅对猪屎豆、高丹草生长与养分累积的影响

试验于 2020 年 5 至 10 月在海南省海南大学海甸校区农科基地进行。设 2 个供硅水平，加硅（+Si） [硅肥（SiO₂）42.4 kg/hm² ]和未加硅（-Si），处理为猪屎豆加硅（Z+Si）、猪屎豆未加硅（Z-Si）、高丹草加硅（G+Si）、高丹草未加硅（G-Si）。小区面积 11.54 m²，重复 3 次。尿素 300.0 kg/hm²、过磷酸钙 150.0 kg/hm²、氯化钾 360.0 kg/hm² 为肥底；磷肥、钾肥作基肥一次性施用，硅酸钠、氮肥按照基肥∶播种后 2 个月 =6∶4 的比例施用。在高丹草抽穗、猪屎豆盛花期刈割，称量鲜重，取样 1～2 kg 测定水分含量，计算干重，并测定绿肥中的养分含量。

1.2.2 自然条件下加硅对猪屎豆和高丹草干物质、有机碳降解和养分释放规律的影响

2020 年 10 月将 1.2.1 刈割的新鲜绿肥切成 2～5 cm 样段后混匀，称取 80～95 g 放入裁剪好的尼龙网上，并用细的棉线扎紧，挂标签。在种植绿肥相同地块挖深度 × 宽度 × 长度 =0.25 m ×1.5 m× 3.5 m 的坑，将绿肥包分排平放到坑中，排与排之间距离为 15～20 cm，然后将土壤按照挖出先后顺序全部归还土壤，分层压紧。分别于填埋后 3、7、 14、28、56、112、168 d 采样，重复 5 次。

1.3 测定项目与方法

绿肥残留干物重：按照试验设计取样后将网袋外部泥土、根系等杂物清理干净，用清水冲洗干净尼龙网（每次冲洗时间在 40～50 s 之间，保持水管流速 1.80～2.00 L/min），然后放入烘箱 75℃烘干至恒重，分别称量（精确到 0.01 g）。

还田前后绿肥中碳、氮、磷、钾含量以及供试土壤基本理化性状采用常规分析方法测定^[14]。

1.4 数据分析与处理

数据处理及图表生成采用 Excel 2010，统计分析采用 SPSS 22.0，采用 Duncan 极差检验法进行多重比较。

本文所涉及降解率（%）、养分释放率（%） 的计算公式参考姚凯等^[15]。

2 结果与分析

2.1 硅对猪屎豆、高丹草生长与养分含量的影响

2.1.1 猪屎豆、高丹草生物量

由表2 可知，在本试验条件下，加硅显著提高了猪屎豆、高丹草的产量（F=199.4^**），鲜重和干重表现出相同的变化规律，加硅与未加硅相比，猪屎豆、高丹草鲜重分别提高 27.9% 和 24.9%；干重分别提高 21.5% 和 21.4%，不过施硅对猪屎豆和高丹草的含水量影响不显著。

注：表中相同项目进行方差分析，同列中不同字母表示达到显著差异水平（P<0.05）。下同。

2.1.2 猪屎豆、高丹草养分含量

分析加硅与未加硅对猪屎豆和高丹草碳、氮、磷和钾含量和养分累积量的影响发现（表3），施用硅均显著提高猪屎豆和高丹草的硅含量、养分累积量，与未加硅相比，加硅分别提高硅含量 82.75% 和 29.15%，分别提高养分累积量 30.60% 和 28.80%；并提高猪屎豆氮和高丹草中的钾含量，分别提高 15.79% 和 7.51%；施用硅对高丹草中氮含量、猪屎豆中钾含量以及 2 种绿肥中磷的含量影响不显著。

对比分析施用硅对产量、硅含量与养分累积量发现，养分累积量、产量与 2 种绿肥中硅含量显著正相关[R² _{（硅-养分积累量）}=0.9622^*，R² _{（硅-产量）} =0.9797^* ]。

2.2 施用硅对猪屎豆和高丹草自然条件下还田干物质、有机碳降解与养分释放规律的影响

2.2.1 猪屎豆和高丹草干物质降解率

由图1 可知，施用硅后猪屎豆和高丹草在自然条件下还田显著影响干物质的降解率（F _高丹草 =255.7^**， F_猪屎豆 =239.6^**）。对同时期绿肥干物质降解率进行比较发现，施用硅显著抑制了绿肥还田后干物质前期的降解率，加硅与未加硅相比猪屎豆干物质还田后 3、 7、14、28、56 d 降解率分别降低了 54.27%、23.47%、 20.21%、14.29%、12.53%；高丹草干物质还田后 3、 7 d 降解率分别降低了 80.78%、33.50%；还田后 112、 168 d 施用硅对 2 种绿肥干物质降解率影响不显著。

注：图中数据进行二因素分析，不同字母表示达到显著差异水平（P<0.05）。下同。

2.2.2 猪屎豆和高丹草有机碳降解率

从图2 可知，施用硅后猪屎豆和高丹草在自然条件下还田可显著影响有机碳的降解率（F_高丹草 =346.3^**， F _猪屎豆 =213.2^**），施用硅显著抑制绿肥还田后有机碳的前期降解率，加硅与未加硅相比猪屎豆干物质还田后 3、7、14、28、56 d 降解率分别降低了 65.74%、 47.27%、47.28%、16.61%、8.90%；高丹草有机碳还田后 3、7、14、28、56、112 d 降解率分别降低了 44.43%、 35.62%、11.14%、7.35%、7.46%、5.52%；还田后 168 d 施用硅对 2 种绿肥的有机碳降解率影响不显著。

2.2.3 猪屎豆和高丹草氮释放特征

图3 表明，施用硅后猪屎豆和高丹草在自然条件下还田可显著影响氮的释放率（F _高丹草 =88.6^**， F _猪屎豆 =60.7^**）。施用硅后高丹草与猪屎豆还田后 3、7、14、28、56 d 氮的释放率均比未施用硅的显著降低，猪屎豆施用硅与未施用硅相比分别降低 16.36%、10.66%、21.26%、9.20%、7.85%；高丹草则分别降低 34.65%、46.42%、17.47%、27.58%、12.11%； 施用硅对还田后猪屎豆、高丹草 112、168 d 氮的释放率影响不显著。

2.2.4 猪屎豆和高丹草磷释放特征

由图4 可知，施用硅后猪屎豆和高丹草在自然条件下还田显著影响磷的释放率（F_高丹草 =51.1^**，F_猪屎豆 = 135.0^**）。施硅与未施硅相比，高丹草的磷释放率在还田后 3、7、56 d 显著降低，分别降低 32.60%、21.06%、 19.78%；猪屎豆的磷释放率在还田后 7、14 d 显著提高，分别提高 30.78%、20.06%；还田后 112、168 d 施用硅对 2 种绿肥的磷释放率没有显著影响。

2.2.5 猪屎豆和高丹草钾释放特征

由图5 可知，施用硅后猪屎豆和高丹草在自然条件下还田显著影响钾释放率（F _高丹草 =451.9^**， F _猪屎豆 =1501.3^**），施用硅与未施硅相比，施硅显著降低猪屎豆还田后 3 d 钾的释放，降低了 55.10%；提高高丹草还田后 3、7、28 d 的钾释放率，分别提高 21.39%、12.48%、8.64%。施用硅对 2 种绿肥还田后 56、112、168 d 钾的释放率影响不显著。高丹草钾的释放率在还田后 7 d 为 40% 左右，在还田后 14 d 为 60% 左右；猪屎豆钾的释放率在还田后 7 d 达到 86% 左右，14 d 达到 97% 左右，2 种绿肥还田 7 d 钾释放率相差 46 个百分点； 在还田后 14 d 相差 37 个百分点。

对比分析猪屎豆、高丹草干物质、有机碳降解率和氮、磷、钾释放率在整个观测期间的变化情况发现，猪屎豆和高丹草干物质、有机碳的降解率和氮、磷、钾释放率的变化规律相同，均表现为前期降解快或养分释放快，不过高丹草表现出干物质和有机碳降解率比猪屎豆的降解率随时间的提高速度快，磷、钾表现出比较高的初始释放率；猪屎豆的氮初始释放率较高，氮、磷、钾释放率随时间的推移表现出较高的增长率，猪屎豆还田后 28 d 氮、磷、钾释放率比高丹草高出 5.80～18.13 个百分点；对比分析猪屎豆和高丹草中氮、磷、钾含量发现，初始养分释放率可能与其养分含量的数量有关。

3 讨论与结论

施用硅除可以提高作物产量、硅含量外^[8，14]，还影响植物对其它养分的吸收程度，这与作物种类和施肥水平有关^[1，7，13]。本文发现，猪屎豆和高丹草施用硅（SiO₂）42.4 kg/hm² 可以显著提高猪屎豆和高丹草产量、硅含量以及猪屎豆氮含量、高丹草钾含量，对有机碳、磷含量影响不显著。

绿肥还田除了提供碳、氮、磷、钾以及微量元素外，还可改善土壤孔隙度、土壤容重、土壤结构等土壤物理性状^[1，16]，不过长期以来绿肥改善土壤性状的效果维持不长，常常作为速效的有机肥施用，提高绿肥在土壤中的残留时间是提高绿肥改土效果的关键^[17]。已有研究发现，硅含量提高水稻秸秆矿化速度显著降低^[18]，土壤中硅含量与土壤有机质含量密切相关^[8，13]。本研究发现与未施用硅相比，施用硅绿肥还田后 3～56 d 显著降低绿肥干物质、有机碳降解率和氮释放率，与沈恒胜等^[18]的硅对稻草秸秆降解、Emsens 等^[19] 的硅对凋落物降解的影响规律一致，与 Marxen 等^[20]关于硅提高秸秆降解率相反；可能与硅固定绿肥体内的碳形态有关^[7，10-11]。研究认为硅与部分碳、氮形成沉淀进而影响碳的降解；硅还可以在植株细胞中聚集形成物理屏障，这种物理屏障不仅抵御了真菌对植株的侵入，也减轻了真菌对细胞壁的酶降解作用^[10]；二氧化硅的沉积位置影响硅化作用导致的碳闭塞位置，硅将碳吸附到其外表面，以减少碳对微生物和酶的暴露，来稳定固碳^[10，12]，从而影响施硅绿肥还田后有机碳的降解率。不过施用硅提高猪屎豆磷、高丹草钾的释放率，可能与磷、钾、氮在植物体内的形态、植物种类有关^[11-12]。

本研究发现，无论施用硅与否，高丹草的干物质、有机碳降解率提高均快于猪屎豆，猪屎豆氮、磷、钾释放率则表现出随时间推移比高丹草有高的加速度，与李增强等^[1]、崔志强等^[2]、潘福霞等^[4]、宋莉等^[6]对不同绿肥的降解规律一致，这可能与绿肥种类和养分含量有关。李增强等^[1]研究发现，绿肥中钾的释放快速，与本研究 2 种绿肥钾的释放规律相同。不过施用硅在没有提高绿肥中有机碳的条件下，硅影响有机碳、氮降解的机理是否是硅与碳、氮结合有关，需要进一步研究^[12，21]。

本研究发现在整个观测期内，无论施用硅与否，猪屎豆、高丹草还田后干物质、有机碳均表现出前期降解快后期降解慢，氮、磷和钾前期释放快后期释放慢的特点，与潘福霞等^[4]、宋莉等^[6]关于绿肥养分释放规律的研究结果一致^[4，6]，海南气候条件没有影响绿肥还田后的降解规律，不过还田后 56 d 的降解率比温带的绿肥降解率要高，热带地区的土壤更迫切需要延缓绿肥等有机物还田后的降解速率。

因此，绿肥施用硅提高了高丹草和猪屎豆绿肥产量，猪屎豆中氮含量和高丹草中钾含量，在不影响绿肥中碳含量的条件下显著抑制有机碳、氮的降解，是今后提高绿肥培肥效果的一个重要研究方向。绿肥施用硅后在海南自然条件下不影响 2 种绿肥的降解规律，施用硅对钾释放的影响时间比对磷、氮影响的时间短，施用硅减缓绿肥有机碳降解和氮释放机理需要进一步研究。

参考文献