绿肥作物是指可以利用其生长过程中产生的全部或部分鲜体直接或间接翻压至土壤中作肥料，或者能与主作物间套作起到改善土壤性状、促进主作物生长的作物，其鲜体即称为绿肥^[1]。绿肥在我国利用历史悠久，自战国初期至清朝年间，在没有化学肥料的情况下，“有机肥 + 绿肥”的农田养分平衡模式在保障人口和粮食增长上起到了历史性作用^[2]。在当前农业生产化肥减量增效的大背景下，绿肥的应用前景将愈加广阔。

盐碱地是重要的耕地后备资源，开展盐碱地综合利用对保障国家粮食安全具有重要战略意义。黄河三角洲拥有丰富的滨海盐碱地资源，农业开发利用前景广阔^[3]。然而，该区土壤盐渍化程度较高、土质粘重、土壤结构差、有机质和养分含量低，很大程度上阻碍了区域农业的高质量发展^[3]。在土壤盐分含量高、养分不平衡的情况下，不合理的肥料施用，特别是一味增施化肥，不仅投入成本增加、作物产量提高有限，甚至会导致土壤结构进一步恶化^[2]。绿肥可以提高大团聚体数量^[4]，提升土壤养分含量和土壤酶活性，改变土壤微生物群落结构^[5]，在盐碱地土壤结构改良和地力提升上有独特优势。绿肥对土壤的改良和地力提升作用的发挥，依赖于绿肥在土壤中的腐解和养分的释放过程^[6]。然而，在盐碱地环境，特别是在黄河三角洲滨海盐碱地区域，关于绿肥腐解及养分释放的研究较少，绿肥在盐碱地改良和地力提升方面的应用缺乏理论指导和数据支撑。

绿肥还田的传统途径是翻压还田，在绿肥适宜还田时期，先灭茬后再由机器旋耕翻压至耕层 10～20 cm 的深度^[7]。相对而言，免耕覆盖还田在绿肥还田中应用较少。秸秆覆盖具有保墒蓄水、调节地温、改善农田小气候以及抑制杂草生长和提高肥力的作用^[8]，如果采用绿肥覆盖还田（仅灭茬不旋耕），在具备上述作用的同时，相比旋耕翻压还田，还能减少土壤扰动和能源消耗，特别是后茬作物是玉米类直播作物的情况下。然而，目前国内外研究多集中在绿肥种植、翻压还田对土壤肥力提升的方面^[9-11]，对传统翻压还田与免耕覆盖还田的对比研究相对较少。

毛叶苕子（Vicia villosa）是华北地区应用较广的豆科冬绿肥，具有较强的耐旱、耐盐能力^[1]，在黄河三角洲地区盐碱地改良上具有较高的应用潜力。本研究通过种植试验和尼龙网袋模拟腐解试验，探究毛叶苕子在黄河三角洲盐碱地上潜在养分供应能力，研究其在免耕覆盖和翻压 2 种还田方式下的腐解及养分释放特征，以期为其在黄河三角洲地区合理利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

试验于 2020 年 9 月至 2021 年 10 月在黄河三角洲盐碱地农田生态系统观测研究站（37°18′0.13″N， 118°39′4.64″E）进行。研究站位于黄河三角洲国家级农业高新技术产业示范区，该区属暖温带季风气候，年均温 13.5℃，平均降水量 700～750 mm， 80% 降水集中在 5～9 月，土壤为盐化潮土。毛叶苕子种植地块总面积为 1000 m²。试验地块含盐量为 2～3 g/kg，pH 为 8.23～9.18，有机质含量为 9.80～11.49 g/kg，总氮含量为 0.61～0.88 g/kg，总磷含量为 0.56～0.82 g/kg，速效氮含量为 26.80～34.40 mg/kg，有效磷含量为 12.46～18.13 mg/kg。

1.2 试验设计

供试毛叶苕子为鲁苕 1 号，于 2020 年 9 月 25 日种植，在其盛花期（2021 年 5 月 25 日）进行测产和腐解试验。在试验地块随机选取 3 个 1 m 1 m 的样方，将其地上部齐地剪下，测定生物量及含水量。腐解试验采用尼龙网袋法，将长势良好的整株毛叶苕子剪成 2～3 cm 长小段混合均匀，用百分之一天平称取鲜样 100.00 g，装入长 25 cm、宽 15 cm 规格为 0.074 mm 孔径的尼龙网袋中封口，平铺在地表，模拟免耕覆盖还田，埋至土壤下 20 cm 模拟翻压还田，每个处理 3 次重复。参考前人关于毛叶苕子腐解的相关研究^[12-15]，其腐解及养分快速释放主要在前 21 d 内，后续进入平稳释放阶段，45 d 以后释放较慢。另外，黄河三角洲地区毛叶苕子的下茬作物多为夏玉米，一般在 6 月中下旬播种，按照 6 月 20 日播种预计，进入其追肥重要时期大喇叭口期（播后 40～45 d）和抽雄期（播后 45～50 d）的时间分别为 8 月 1～5 日和 5～10 日。本试验取样日期为还田后第 4、11、18、 25、32、39、60、81 d，60 d 时为 7 月 25 日（ 大喇叭口前期），81 d 时为 8 月 14 日（抽雄期～开花期），在这 2 个阶段测定毛叶苕子干物质腐解及养分释放情况，可为合理减施化肥提供依据。取样后去除网袋表面泥土和杂物，将网袋中绿肥残体取出，于烘箱中 75℃烘干至恒重，用百分之一天平测定残体质量后粉碎，测定全碳、全氮、全磷、全钾含量。毛叶苕子腐解试验期内的降雨量、气温、 20 cm 地温和 20 cm 土壤含水量由试验地附近（相隔 30 m）的小气候自动观测仪测定（图1）。

1.3 测定方法

样品碳、氮含量采用大进样量元素分析仪 （vario MACRO cube，Elementa，Germany）测定，磷含量经 H₂SO₄-H₂O₂ 消煮后，利用连续流动注射分析仪测定，钾含量经 H₂SO₄-H₂O₂ 消煮后，利用原子吸收分光光度计测定。

1.4 数据分析

干物质累积腐解率（%）=（腐解前干物质总量-腐解n d 的干物质总量）/ 腐解前干物质总量 ×100（1）

干物质平均腐解速率（mg/d）= 单位时间累积腐解量 / 单位时间（2）

养分累积释放量（mg）=（腐解前植株干物重 × 腐解前植株养分含量-第 n d 植株干物重 × 第 n d 植株养分含量）×1000（3）

养分累积释放率（%）= 养分累积释放量 /（腐解前植株干物重 × 腐解前植株养分含量 ×1000）× 100（4）

阶段内养分释放速率（mg/d）= 单位时间养分释放量 ×1000/ 单位时间^[16-17]（5）

绿肥腐解及养分释放特征分别采用一级动力学方程、幂函数方程、对数函数方程拟合，计算公式如下。

式中：n 为腐解天数，Y_n 为 n d 绿肥腐解率及养分释放率，a 和 b 为常数^[12]。

通过比较拟合方程的 R² 值以及 3 种方程在整个腐解时期的拟合值与实际值差值的绝对值加和，筛选最优拟合方程，R² 最大且加和值最小的为拟合效果最优的方程。

采用 Excel 2016 进行数据统计，2 种还田方式相同时间阶段下毛叶苕子的干物质腐解速率、累积腐解率，以及碳、氮、磷、钾的释放速率和累积释放率的显著性差异用 SPSS 21.0 进行独立样本 t 检验，用 Origin 2021 拟合腐解及养分释放特征并作图。

2 结果与分析

2.1 毛叶苕子产量及养分特征

翻压期，毛叶苕子地上部产量为 19917.0 kg/hm² （以鲜生物量计算），含水量为 75.8%±1.5%，碳含量为（413.8±0.8）g/kg，氮含量为（38.2±0.1）g/kg，磷含量为（4.9±0.3）g/kg，钾含量为（41.3±5.2）g/kg。按照理论值计算，种植毛叶苕子每公顷可提供 183.0 kg 氮、24.0 kg 磷、198.0 kg 钾。

2.2 不同还田方式下毛叶苕子干物质腐解特征

毛叶苕子干物质腐解速率和腐解动态在 2 种还田方式下差异显著（图2A）。覆盖还田方式下，毛叶苕子的腐解速率在经历快速腐解阶段（0～4 d， 297.8mg/d）后迅速下降（5～32 d，69.6～103.3mg/d），随后又逐渐上升（33～81 d，120.3～209.2 mg/d）。翻压还田方式下，在经历快速腐解阶段后（0～11 d，779.3～1411.3 mg/d）逐渐降低，并维持在相对稳定水平（12～81 d，76.5～179.5 mg/d）。在腐解前期，毛叶苕子翻压还田时的腐解速率明显高于覆盖还田，但第 19～32 d 时已无显著差异，自32 d 后翻压还田已低于覆盖还田。翻压还田下，前 11 d 累积腐解率已达 46.0%，至 81 d 时累积腐解率为 74.8%。覆盖还田时，累积腐解率呈平稳增长的趋势，至 81 d 时为 53.7%，仅与翻压还田 25 d 时相当（图2B）。

注：不同小写字母表示相同时间不同还田方式间差异显著（P<0.05）。下同。

2.3 不同还田方式下毛叶苕子养分释放动态

2.3.1 碳释放动态

覆盖还田时，毛叶苕子碳先经历快速释放期 （0～4 d，377.4 mg/d），后进入相对平稳期（5～25 d，101.8～149.1 mg/d），再下降维持在更低水平 （26～81 d，30.2～75.4 mg/d）。翻压还田时，毛叶苕子在经历 11 d 的快速释放后（329.5～811.3 mg/d），迅速下降进入稳定释放期（12～81 d，8.1～84.8 mg/d）。腐解前期，毛叶苕子翻压还田时的碳释放速率明显高于覆盖还田，但第 11 d 后已低于覆盖还田 （图3A）。与干物质累积腐解率类似，翻压还田下，前 11 d 碳累积碳释放率已达 55.6%，后阶段缓慢增长，至 81 d 时累积释放率为 81.0%。覆盖还田时，碳累积释放率呈平稳增长的趋势，至 43 d 左右达 50%，81 d 时达 75.6%，与翻压还田差距不大 （图4A）。

2.3.2 氮释放动态

毛叶苕子氮在覆盖还田时快速释放期持续时间短（0～4 d，37.2 mg/d），然后迅速进入缓慢释放期（5～81 d，1.2～12.1 mg/d）。翻压还田时，毛叶苕子在经历 11 d 的快速释放后（34.3～70.3 mg/ d），下降进入平稳释放期（12～81 d，1.6～9.9mg/d）。氮释放过程与碳释放过程相似，腐解前期翻压还田的释放速率明显高于覆盖还田，从 19 d 开始低于覆盖还田（图3B）。翻压还田下，前 11 d 氮累积释放率达到 56.6%，随后平稳缓慢增长，至 81 d 时达到 81.2%。覆盖还田时，约 43 d 达到 50%，至 81 d 时达到 77.1%（图4B）。

2.3.3 磷释放动态

磷释放速率在覆盖和翻压还田方式下相差不大 （图3C），均是前 11 d 释放较快，释放速率分别为 2.0～6.6 和 2.5～7.1 mg/d，12～81 d 释放速度明显减缓，释放速率分别为 0.2～0.8 和 0.2～1.0 mg/d。覆盖还田下，达到 50% 释放率为 39 d 左右，比翻压还田下慢 7 d。至 81 d 时，覆盖还田和翻压还田下的磷释放率分别为 59.8% 和 63.2% （图4C）。

2.3.4 钾释放动态

覆盖还田时，毛叶苕子钾快速释放期较短 （0～4 d，32.0 mg/d），随后迅速下降并维持相对平稳（5～32 d，10.7～16.2 mg/d），后再下降并保持相对稳定（33～81 d，6.1～6.7 mg/d）。翻压还田时，钾快速释放期维持时间较长（0～18 d，29.2～33.3 mg/d），随后变化趋势与覆盖还田一致，快速下降并保持平稳一段时间后，再明显下降又保持稳定（图3D）。在腐解前期（0～39 d），翻压还田下毛叶苕子钾释放速率高于覆盖还田，腐解后期则相反。至 81 d，覆盖还田累积释放率为 80.1%，翻压还田达 93.8%（图4D）。相比碳、氮、磷，毛叶苕子腐解过程中钾释放率最高（图4D）。

2.4 不同还田方式下毛叶苕子碳氮比的动态变化特征

覆盖还田下，毛叶苕子碳氮比在前 32 d 基本保持稳定（10.4～10.9），39 d 升高至 12 左右后变化很小（12.2～12.4）。翻压还田时，毛叶苕子碳氮比在前 4 d 基本无变化，11 d 后略有升高但变化不大（11.5～11.9）。2 种还田方式下，毛叶苕子碳氮比均波动不大。相对而言，翻压还田时毛叶苕子碳氮比变化更小（图5）。

2.5 不同还田方式下毛叶苕子腐解及养分释放的动力学方程

分别采用一级动力学方程、幂函数方程和对数函数方程对毛叶苕子腐解和养分释放动态进行拟合 （表1），并进行最优拟合方程筛选（表1、2）。结果显示，毛叶苕子腐解及各养分释放过程，覆盖还田方式下幂函数方程的 R² 更大且实际值与拟合值差值绝对值加和更小，翻压还田时对数函数方程的 R² 更大且实际值与拟合值差值绝对值加和更小。对腐解第 81 d 的拟合值与实际值的比较，也显示幂函数方程在覆盖还田方式下和对数函数方程在翻压还田方式下，拟合值与实际值偏差百分比总体上最小。因此，幂函数方程在覆盖还田下，对数函数方程在翻压还田下，可分别作为毛叶苕子腐解及养分释放的最优拟合动力学方程。

注：* 表示 P<0.05；** 表示 P<0.01。表3 同。

3 讨论

3.1 毛叶苕子的干物质腐解特征

绿肥腐解受自身化学性质如结构组成（半纤维素、纤维素及木质素）、养分含量、环境条件以及田间管理等多方面因素的影响^[18]。翻压还田方式下，旋耕翻压对土壤具有一定的疏松效果，可以提高土壤的通气性和微生物活性，且绿肥能与土壤紧密接触，从而加快绿肥的腐解速度^[19]。而免耕覆盖还田时，绿肥平铺于地面并暴露在空气中，受外界环境条件影响更大。本试验中，毛叶苕子翻压还田的累积腐解率和前期的腐解速率都显著高于免耕覆盖还田，这与猫豆和赤小豆 2 种还田方式下的腐解特性表现一致^[19]。在还田 32 d 后，覆盖还田下的腐解速率超过翻压还田，可能有两方面的原因：一是后期降雨增多土壤含水量升高（图1b），通气性变差，影响土壤中微生物和酶活性，导致毛叶苕子腐解速率下降^[20]；二是同期降雨增多气温升高，覆盖还田的毛叶苕子处于高温高湿的状态下，腐解速率有所回升。

不同区域毛叶苕子翻压还田条件下的腐解动态也各不相同。多数研究显示，毛叶苕子会在 21 d 内经历快速腐解阶段后趋于平稳释放^[12-15]，但在黄土高原黑垆土上，毛叶苕子在前 25 d 内腐解缓慢，腐解率仅为 31.5%，在翻压后 25 到 35 d 内为快速腐解期^[21]，与其他地区的差异较大。因此，绿肥腐解是受多种因素综合影响的复杂过程^[22]，在不同地区应用时需要针对性的研究加以指导。同时，尽管尼龙网袋法是目前研究绿肥腐解的最常用方法^[22]，但在不同研究中腐解袋的大小和样品重量并不尽相同，可能也是导致腐解动态存在差异的一个重要原因。绿肥腐解的相关研究，特别是应用尼龙网袋法时，应尽量采用相同的标准，以提高研究结果间的可比性。

另一方面，盐碱地区关于绿肥腐解及养分释放的研究仍然相对较少。山东省德州市陵县盐化潮土 （含盐量 2.3 g/kg，pH 7.80）毛叶苕子前 3 d 腐解速度较快，之后迅速降低、趋势变缓^[13]，与本研究 （含盐量 2.0～3.0 g/kg，pH 8.23～9.18）基本一致。在同属盐土（含盐量 1.86 g/kg，pH 8.71）但属于极端干旱区的新疆自治区南部，毛叶苕子快速腐解期为 7 d，在 21 d 内腐解率超过 60%^[14]，与山东省新泰市苹果园腐解动态相似^[23]。在江苏省盐城市滩涂区域，高盐环境下（含盐量 6.8 g/kg，pH 7.83）毛叶苕子腐解率显著低于低盐环境（含盐量 2.0 g/kg， pH 7.78），说明高盐条件下绿肥腐解可能会受抑制^[15]。可以看出，现有的少量研究多在含盐量 3 g/kg 以下的轻度盐碱地，仅有的对比研究也为轻度和重度盐碱地之间的比较，且各区域土壤 pH 差异也较大。后续应加强在中度盐碱地（3～6 g/kg）区域及不同 pH 条件下绿肥腐解动态的研究，为不同盐碱程度下绿肥的应用提供支撑。

3.2 毛叶苕子的碳、氮、磷、钾释放特征

本试验中，毛叶苕子腐解过程中养分的释放速率与干物质腐解速率相一致，均表现出前期快后期慢的特点，且 2 种还田方式下的累积腐解率均表现为钾 >氮 >碳 >磷，与华北地区棉田翻压种植毛叶苕子^[13]后的养分累积释放率规律一致，与豫南稻田种植的毛叶苕子的养分累积释放率钾 >磷 >碳 >氮有所差异^[12]，这种差异可能与毛叶苕子的翻压环境有关。在碳、氮 2 种养分释放过程中，前期养分释放速率整体表现为翻压还田 >覆盖还田，但还田 18～20 d 时，覆盖还田的释放速率超过翻压还田，这与免耕覆盖还田和翻压还田下猫豆和赤小豆后期的碳、氮释放速率^[19]表现一致。在磷养分释放过程中，2 种不同还田方式的释放过程没有显著差异。磷整体释放率低，最终释放率在 65% 左右，低于旱地红壤上毛叶苕子的磷养分释放率 （89.9%～94.5%）^[24]，可能与毛叶苕子的品种以及红壤地区土壤条件有关。与其他 3 种养分相比，钾元素释放较完全，主要原因是植物中的钾是以离子形式而不是以化合态存在，更容易被水浸提释放^[25]。另一方面，覆盖还田下各养分的快速释放期（4 d）均低于翻压还田（11 d），但在 81 d 内的累积腐解率相差不大，说明覆盖还田更有利于养分的平稳释放，持续供应养分能力更好。

3.3 毛叶苕子的碳氮比变化特征及相关性分析

2 种还田方式下，毛叶苕子腐解过程碳氮比变化范围为 10.4～12.3，微生物能够较好地利用植物中的养分^[17]，而不与作物产生竞争关系，有利于作物生长。对 2 种还田方式下碳氮比与绿肥腐解速率和养分释放速率进行相关性分析（表3），翻压还田的碳氮比与各速率显著负相关，随碳氮比的升高，腐解速率和养分释放速率降低，在覆盖还田条件下并无显著相关关系，表明在翻压还田方式下，绿肥本身化学组成对腐解及养分释放影响较大，而覆盖还田方式下，绿肥的腐解及养分的释放与绿肥、土壤、微生物、环境等众多因素有关。

3.4 黄河三角洲地区毛叶苕子养分供应

玉米是黄河三角洲地区最主要的夏播作物，多采用不整理土地的直播方式，其种植茬口可与毛叶苕子衔接。根据农业部办公厅印发的《小麦、玉米、水稻三种粮食作物区域大配方与施肥建议（2013）》，黄河三角洲地区玉米产量预期为 6750～8250 kg/hm² 时，一次性施肥方案推荐施用量为 28∶7∶9（N∶P₂O₅ ∶K₂O） 肥料 525.0～645.0 kg/hm^2[26]，折合氮、磷、钾用量分别为 147.0～180.0、37.5～45.0、48.0～58.5 kg/hm²。按本试验地毛叶苕子生物量（19917.0 kg/hm²）以及至 81 d 时的养分释放率计算，覆盖还田下毛叶苕子腐解释放的氮、磷、钾分别为 142.5、13.5、159.0 kg/hm²，理论上可提供玉米氮、磷、钾推荐施用量的 78.6%～96.6%、70.9%～87.1%、331.0%～406.7%，翻压还田下释放的氮、磷、钾分别为 150.0、15.0、 187.5 kg/hm²，理论上可提供玉米氮、磷、钾推荐施用量的 82.8%～101.7%、74.9%～92.1%、387.6%～476.2%。然而，豆科绿肥作物积累的营养成分，氮累积一部分来自生物固氮，一部分来自土壤吸收，磷和钾则全部来自土壤吸收。有研究表明，在紫云英连续 3 年还田不施加钾肥的情况下，晚稻收获后土壤的速效钾含量明显降低，说明紫云英还田并不能完全替代化学钾肥^[27]。另外，由于腐解后期养分损失以及形态转化等问题，绿肥作物还田后实际提供给土壤的养分远小于理论值，且玉米推荐化肥用量时考虑了土壤供氮能力^[28]。结合本研究的结果，毛叶苕子还田后在前期可提供较多的氮和钾，此时可适当减少氮和钾肥的施用。后期释放量提高有限，不能为后茬作物持续供应养分，需要适当追肥，以满足后茬作物各个生长时期的养分需求^[24]。种植绿肥时下茬作物化肥减量使用的比例，仍需要进行更多的研究验证。

从养分释放水平上看，覆盖还田和翻压还田 2 种还田方式相当，但覆盖还田下各养分的快速释放期均短于翻压还田，持续供应养分能力更好。从保护土壤墒情和减少能源消耗的角度来看，毛叶苕子免耕覆盖还田具有一定优势。然而，本研究是基于腐解袋固定在地面的结果，自然条件下，随着秸秆覆盖地表时间不断延长，秸秆自然腐烂后，降雨、风等因素可能将覆盖表层冲散，会降低对盐碱土的改良培肥效果。因此，2 种还田方式哪种更合适，需要综合考虑和进一步验证。在为玉米提供养分方面，毛叶苕子还田后应调整肥料的施用比例、时期与施用量。毛叶苕子还田后，可提供的磷肥较少且速度较慢，还田初期可能会产生微生物与作物竞争磷肥的现象，因此还田前期应配施一定量的磷肥以消除夺磷现象。

4 结论

毛叶苕子在免耕覆盖还田和翻压还田下，均表现为前期腐解和养分释放速率快，后期腐解和养分释放速率明显减缓的趋势。2 种还田方式下，养分累积释放率表现为钾 >氮 >碳 >磷，至 81 d 时，碳、氮、磷、钾的累积释放率分别为 75.6%～81.0%、77.1%～81.2%、59.8%～63.2%、8 0.1%～93.8%。与免耕覆盖还田相比，翻压还田的累积腐解率和前期的腐解速率都显著提高。2 种还田方式的养分释放水平相当，但覆盖还田下各养分的快速释放期均短于翻压还田，持续供应养分能力更好。从保护土壤墒情和减少能源消耗的角度，毛叶苕子灭茬免耕覆盖还田具有一定优势，但可能受后期降雨、风等自然条件的影响更大，需要综合考虑和进一步验证。在黄河三角洲区域，理论上毛叶苕子可以在较大程度上提供后茬玉米所需的氮、钾推荐施肥量，但实际因为养分释放、外界环境等原因，可供给的量远小于理论值，因此有必要进行长期定位试验来达到合理利用绿肥作物并指导土壤施肥的目的。

参考文献