新疆林果业种植总面积达到 9.078×10⁵ hm²，其中南疆林果业种植总面积占 75% 以上，形成了以红枣（Ziziphus jujuba Mill.）、香梨（Pyrus sinkiangensis）、苹果（Malus pumila Mill.）为主的林果业主产区^[1]。长期以来，南疆果园多以清耕为主，果树种植过程中存在化肥的不合理施用，致使果园土壤退化，果实产量、品质下降，经济效益低下，不利于林果产业的健康发展^[2-4]。为此，南疆果园逐步采用绿肥种植、绿肥还田的管理模式来改善此类问题^[5]。南疆果园面积大、范围广，果园绿肥还田的方式以机械还田为主，而机械还田方式整体上又分为直接翻压还田和覆盖还田两大类^[6]。研究表明，绿肥覆盖还田后，绿肥茎秆暴露在空气中，与土壤接触不充分，土壤酶和微生物活性较弱，较翻压还田腐解速率缓慢，进而绿肥腐解及其对土壤的影响效应相比翻压还田缓慢^[7-9]。李忠义等^[10]采用网袋模拟法发现猫豆和赤小豆干物质腐解及碳、氮、磷和钾等养分的累积释放率和释放速率表现为翻压还田 >免耕覆盖还田。田平等^[11]通过研究不同还田方式下秸秆的腐解率发现，旋耕还田方式下秸秆腐解率显著高于免耕覆盖还田。张学良等^[12] 通过试验发现在培养的前期和后期，翻压处理后土壤微生物量碳、氮含量显著高于覆盖处理。目前，南疆果园绿肥机械还田方式多以机械翻压为主，现有果园绿肥翻压还田机械主要有铧式犁、旋耕机、粉碎翻压机等^[13]，而同种机械可能存在多种还田方式，如旋耕机浅旋、深旋。不同还田方式下果园绿肥的腐解规律及土壤养分的变化规律也会有所差异^[14]。目前，关于不同机械翻压还田方式下绿肥改土培肥效果的优良性方面少有研究。因此，为探究不同绿肥翻压还田方式下的腐解特征和土壤养分变化规律，以寻求一种高效的绿肥机械翻压还田方式，本试验选取南疆果园常见的 3 种绿肥机械还田方式，采用尼龙网袋法模拟探究机械翻压还田后油菜的腐解情况，分析其腐解规律及养分释放特征，定期采集机械翻压还田后的试验地土壤，分析油菜还田后土壤养分的动态变化规律，为绿肥的高效利用及果园土壤管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验在新疆阿拉尔市十二团香梨园（40°28′ N，81°26′E）进行。该区属于典型暖温带大陆性干旱气候，年均气温 10.7℃，≥ 10℃积温 4113℃，极端最高温度 40.6℃，极端最低温度-23.4℃。无霜期 220 d，年均日照时数 2556.3～2991.8 h，年均降水量 40.1～82.5 mm，年均蒸发量 1876.6～2558.9 mm。土壤类型为荒漠土，香梨园土壤性状见表1。

1.2 试验设计

试验梨园为 7 年生梨园，株距 4.5 m×6 m，南北行向，灌溉方式为春秋季漫灌。以油菜为供试材料，于 2022 年 4 月初在香梨园行间播种油菜 20 行，行距 10 cm，播种量 2.25 g/m²，以清耕作为对照组 （CK）。6 月上旬，油菜盛花期，进行不同机械方式还田（每平方米鲜草量 4.68 kg），试验共设计 CK、 T1、T2、T3 4 个处理（表2 组 1），3 次重复。每个小区面积 2 m×25 m=50 m²，随机区组排列。

注：翻压深度为最深处；粉碎长度为实测均值。

油菜还田后，马上分别收集 3 种还田方式处理后土壤中的油菜茎秆（茎秆沾土过多的需剔除），擦除茎秆表面的土渣后将其分别装入尼龙网袋（规格 30 cm×25 cm×0.15 cm）中，分别为 t1、t2、t3 处理，各处理下油菜粉碎长度及翻压深度见表2（组 2）。按机械翻压深度（最深）将各处理网袋埋入相应的试验区，网袋埋入后地表面与机械还田后地表面平齐，用铁锹轻微镇压，每个处理 3 次重复。油菜还田前部分初始养分含量见表3。

1.3 样本采集与测定方法

试验从 2022 年 6 月 9 日至 8 月 19 日进行。油菜网袋（t1、t2、t3）还田后取样时间为第 7、14、 28、42、56、70 d 共 6 次。各处理随机取样，3 次重复，每次共取出 9 袋，取样后运回实验室，小心去除尼龙网袋表面浮土及根系杂物，拆开网袋将样品置于烘箱中烘干（60℃，48 h）至恒重，测定干物质重量。干物质样品粉碎后装入自封袋密封以备测定绿肥养分。对 CK、T1、T2、T3 相应处理的试验地土壤自第 0 d 取样后每隔 14 d 取样一次，共计 6 次。对每个处理按照 5 点取样法对 0～20 cm 土层进行取样，将同一处理的土壤进行混样后置于透明自封袋并标记，带回实验室阴干处理。

1.4 测定的指标及方法

油菜样品：将油菜烘干后测定其干物质重量，并计算油菜累积腐解量、累积腐解率、腐解速率。将绿肥干物质粉末过 0.25 mm 筛，全碳用重铬酸钾容量法-外加热法测定，全氮用 H₂SO₄-H₂O₂ 消煮后凯氏定氮法测定^[16]。

土壤样品：将阴干后的土壤除去植物残体等杂质，研磨后通过孔径为 2 mm 筛，测定土壤 pH 值，然后使土样过 0.15 mm 筛测定土壤有机质、速效钾、有效磷、碱解氮含量。土壤 pH 值测定采用电位法，采用 2.5∶1 水土比进行测定；土壤有机质采用重铬酸钾容量法（外加热法）测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；有效磷采用 0.5 mol/mL NaHCO₃ 法测定； 速效钾采用 NH₄OAc 浸提，火焰光度法测定^[16]。

1.5 数据分析与处理

油菜累积腐解量、累积腐解率、腐解速率及养分累积释放率、释放速率的计算公式^[17]：

对油菜腐解特征及其全碳、全氮的释放特征采用一级动力学方程进行拟合，计算公式为：

式中，CDC、CDR、ROD、NAR、RARR、NRR 依次分别为绿肥累积腐解量、累积腐解率、腐解速率、养分累积释放量、养分累积释放率、养分释放速率，M₀ 为绿肥初始干物质量，M_t 为腐解天数 t 时的绿肥干物质量，W_t 为 t 时的绿肥养分含量；M_m、 M_n 为还田时间为 m、n 时的绿肥累积腐解量。W_m、 W_n 为还田时间为 m、n 时的养分累积释放量。Y_t 为 t 时的绿肥腐解率及养分释放率；Y₀ 和 k 为常数。

利用 Excel2016 数据整理，SPSS 25.0 对所得数据进行单因素方差分析，采用 Origin 2020 进行方程拟合及作图。

2 结果与分析

2.1 油菜腐解特征

用一级动力学方程对 3种机械方式还田处理下油菜的累积腐解率进行拟合，发现各处理方程拟合程度较好（图1）。前 14 d 为快速腐解期，经方程拟合后 t1、t2、t3 各处理油菜腐解率最大在 39.16%～46.35%，该阶段各处理下腐解速率最大在 0.81～1.03 g/d；14～42 d 为中速腐解期，经方程拟合后各处理油菜腐解率最大在 63.02%～66.90%，该阶段各处理下腐解速率最大在 0.41～0.45 g/d； 42～70 d 为慢速腐解期，经方程拟合后各处理油菜腐解率最大在 67.37%～69.18%，该阶段各处理下腐解速率最大在 0.03～0.12 g/d。3 种还田方式下绿肥累积腐解量在 7、14 d 组间均存在显著差异，在 21、 28、42 d 时 t3 还田方式显著高于 t2、t1 处理，t1 与 t2 处理不存在显著差异，在 56、70 d 时，3 种还田方式下不存在显著性差异（P>0.05）。3 种还田方式下绿肥腐解速率在 7 d 时组间均存在显著差异，在 14、21 d 时 t1 处理相较 t2、t3 处理有显著差异，在 56 d 时，t3 处理相较 t1、t2 处理有显著差异；在 28、42、70 d 不存在显著性差异（P>0.05）。

2.2 腐解过程中油菜碳、氮的释放特征

油菜通过不同机械方式还田后，有机碳和氮的释放率变化均表现为前期快、后期慢的趋势，同样用一级动力学方程进行拟合（图2）。经方程拟合后油菜不同机械方式还田后碳累积释放速率均表现为前 14 d 内释放速率较快，第 14 d 时，不同处理下的油菜碳累积释放率在 45.54%～46.91%，释放速率在 0.088～0.121 g/d；在 14～42 d 期间，碳累积释放率较前期减缓，不同处理的油菜中碳最大累积释放率在 62.38%～64.40%，释放速率在 0.048～0.073 g/d；42～70 d 期间碳累积释放率变化缓慢，最大累积释放率在 63.77%～65.87%，释放速率最大为 0.003～0.024 g/d。3 种还田方式下油菜中碳累积释放量在 28 d 时 t3 处理显著高于 t1、t2 处理，在 42、70 d 时 3 种还田方式下不存在显著性差异（P>0.05），在 7、14、21、56 d 各处理间存在不同程度的显著性差异（P<0.05） （表4）。

注：不同小写字母表示不同处理间的差异显著（P<0.05）。

氮素的释放相比碳的释放快速，前 7 d 释放快速，不同处理的油菜中氮累积释放率在 39.69%～48.74%，最大释放速率为 42.92～49.32 mg/d，7～21 d 为中速释放期，同处理的油菜累积释放率在 56.10%～60.89%，最大释放速率为 5.01～5.94 mg/d； 在 21～70 d 期间氮累积释放较为缓慢，不同处理的油菜累积释放率在 57.90%～61.43%，最大释放速率为 1.0～1.98 mg/d。由表4 可知，3 种还田方式下油菜中氮累积释放量在整个试验期内各处理组间存在不同程度的显著性，t3 处理显著高于 t1、t2 处理（P<0.05）。

2.3 不同还田方式下土壤 pH 值动态变化

由图3 可知，在整个试验阶段不同处理下土壤 pH 值均有所变化。还田 14 d 时，T1、T2、T3 各组处理下土壤 pH 值较第 0 d 分别降低 0.08、0.03、0.07 个单位，3 个处理间未有显著差异性，但均显著低于 CK 组（P<0.05）。第 28 d 时，T1、T2、T3 处理分别达到整个试验期内的最小值，分别较 0 d 降低 0.07、 0.09、0.1 个单位，T2 处理显著低于 T1、T3 处理，且均显著低于 CK（P<0.05）。第 42 d 时，T1、T2、T3 处理下土壤 pH 值升高，较 28 d 分别升高 0.01、0.05、 0.04 个单位，T3 处理分别显著低于 T1、T2 处理 （P<0.05）。第 56 d 时，T1、T2 处理显著高于 T3 处理，与 CK 不存在显著性差异（P>0.05）。在 70 d 时，T2、 T3 处理分别显著低于 T1、CK（P<0.05），各处理组土壤 pH 值大小依次为 CK>T1>T3>T2，其中 T1、T2、 T3 较 0 d 分别降低 0.07、0.09、0.06 个单位。进一步比较相同处理不同时期时土壤 pH 值的变化可以发现，还田后 28 d 内各处理组内存在一定显著性差异（P<0.05）。

注：不同小写字母表示不同处理间的差异显著（P<0.05）；不同大写字母表示相同处理间的差异显著（P<0.05）。下同。

2.4 不同还田方式下土壤有机质动态变化

由图4 可知，在不同机械还田方式下，T1、T2、 T3 处理的土壤有机质含量整体呈先升高后降低的变化趋势，而 CK 处理下土壤有机质含量变化微小。第 14d 时，T1、T2、T3 处理下土壤有机质含量增高，T3 处理显著高于 T1、T2 处理，且达到该取样天数下有机质含量的最大值（9.28 g/kg），各处理均显著高于 CK 处理 （P<0.05）。第 28 d 时 T2、T3 处理达到各自处理下的最大值（9.53、9.84 g/kg），均显著高于 T1 处理，且 3 个处理均显著高于 CK 组（P<0.05）。第 42 d 时，T1、T2、 T3 处理下有机质含量开始降低，各处理组间有机质含量大小依次为 T3>T2>T1，各处理组间均存在显著性差异，且显著高于 CK 处理（P<0.05）。第 56 d 时，3 个处理组有机质含量大小依次为 T3>T1>T2，各处理组间均存在显著性差异（P<0.05）。至 70 d 时各处理土壤有机质含量大小依次为 CK>T3>T2>T1，相较 0 d 时分别降低 1.39%、2.02%、4.41%、2.77%，T2、T3 处理组间无显著性差异，但均显著高于 CK（P<0.05）。进一步比较相同处理不同时期的土壤有机质含量发现，还田后 T1、T2、T3 处理试验期内变化明显，各处理下土壤有机质含量均存在一定程度的显著性差异（P<0.05）。

2.5 不同还田方式下土壤碱解氮动态变化

由图5 可知，不同方式还田后土壤碱解氮含量整体呈 28 d 前上升、28 d 后下降的趋势，整个试验过程中 3 种机械还田处理组土壤碱解氮含量均显著高于 CK（P<0.05）。第 14 d 时，T1、T2、T3 处理下土壤碱解氮含量增高，相较 0 d 分别高出 11.97%、11.92%、 12.76%，T3 处理显著高于 T1、T2 处理（P<0.05）。第 28 d 时，T1、T2、T3 处理下土壤碱解氮含量分别增高至各自处理下的最大值（24.2、25.31、26.23 mg/kg），且各处理组间存在显著性差异（P<0.05）。第 42 d 时，T1、T2、T3 处理下土壤碱解氮含量较 28 d 时降低，T3 处理显著高于 T1、T2 处理（P<0.05）。第 56 d 时，T1、T2、T3 处理下土壤碱解氮含量大小依次是 T1>T2>T3，各处理间均存在显著差异（P<0.05）。第 70 d 时，各处理组土壤碱解氮含量大小依次为 T2>T3>T1>CK，除 T1 与 T3 处理间不存在显著性差异外，其余各处理组间均存在显著性差异（P<0.05）。进一步比较相同处理不同时期土壤碱解氮含量发现，在 28 d 时 T1、T2、T3 处理在各自处理下土壤碱解氮含量变化较为显著，各处理下土壤碱解氮含量在各个时期均存在一定程度的显著性差异（P<0.05）。

2.6 不同还田方式下土壤有效磷的动态变化

由图6 可知，不同方式还田后土壤有效磷含量变化整体呈先上升后降低的趋势。整个时间期内 T1、T2、T3 处理下土壤有效磷含量均显著高于 CK（P<0.05）。第 14 d 时，T1、T2、T3 处理下土壤有效磷含量增高，其中 T2 处理下土壤有效磷含量达到最大值（23.19 mg/kg），分别显著高于 T1、T3 处理。第 28 d 时，T1、T3 处理分别达到各自处理下的最大值（22.20、23.69 mg/kg），T3 处理显著高于 T1、T2 处理（P<0.05）。第 42 d 时， T1、T2、T3 处理下土壤有效磷含量较 28 d时降低，其中 T2、T3 处理有效磷含量降低幅度大于 T1 处理，T1 处理下有效磷含量分别显著高于 T2、T3 处理（5.02%、3.69%），处理组间均存在显著差异（P<0.05）。第 56 d 时，T1 与 T3 处理下有效磷含量不存在显著性差异（P>0.05），但 T1、T3 处理有效磷含量显著高于 T2（P<0.05），分别高出 3.13%、2.69%。第 70 d 时，各处理组相较 0 d 时土壤有效磷含量均有所降低，此时各处理有效磷含量大小依次为 T2>T1>T3>CK，各处理组间均存在显著差异（P<0.05）。进一步比较相同处理不同时期的土壤有效磷含量，发现在整个试验期内 CK 处理下土壤有效磷含量在各个时期均不存在显著性差异 （P>0.05），T1、T2、T3 处理在整个试验期内均存在一定程度的显著性差异（P<0.05）。

2.7 不同还田方式下土壤速效钾的动态变化

由图7 可知，不同方式还田后土壤速效钾含量变化整体呈先升高后降低的趋势，整个试验期内 T1、T2、T3 各处理下土壤速效钾含量均存在显著差异，且均显著高于 CK（P<0.05）。第 14 d 时，T1、T2、T3 处理下土壤速效钾含量增高，T2 达到所在处理下土壤速效钾含量的最大值（130 mg/kg），显著高于 T1、T3 处理（P<0.05）。第 28 d 时，T1、T3 处理分别达到各自处理的最大值，分别为 133、139 mg/kg，且显著高于 T2 处理 （P<0.05）。第 42 d 时，T1、T2、T3 处理下土壤有效磷含量降低，T3 处理较 T1、T2 处理分别显著增加 7.84%、5.77%。第 56 d 时，T2 处理较 T1、T3 处理分别显著增加 6.52%、4.26%。在 70 d 时，各处理组土壤速效钾含量大小依次为 T2>T3>T1>CK，较 0 d 分别降低 7.05%、5.56%、3.26%、1.14%。进一步比较相同处理不同时期土壤有效钾含量，发现在整个试验期内 T1、T2、T3、CK 处理在各个时期均存在显著性差异（P<0.05）。

2.8 不同还田方式下土壤各指标变化的相关性分析

由表5 可知，CK 处理下土壤碱解氮与有机质呈极显著正相关，速效钾与有机质、碱解氮呈显著正相关。T1 处理下碱解氮与有机质呈显著正相关；有效磷与有机质、碱解氮呈显著正相关；速效钾与有机质、碱解氮呈极显著正相关。T2 处理下碱解氮与有机质呈显著正相关；有效磷与有机质呈极显著正相关；速效钾与有机质、有效磷呈极显著正相关，与碱解氮呈显著正相关。T3 处理下碱解氮与有机质呈极显著正相关；有效磷与有机质呈极显著正相关，与碱解氮呈显著正相关；速效钾与有机质、碱解氮、有效磷呈极显著正相关。试验期内 pH 值与土壤各指标间存在不同程度的负相关，但均不显著。

注：采用 Pearson 相关性，显著性（双侧）分析；* 表示 P<0.05，** 表示 P<0.01。

3 讨论

3.1 不同还田方式下油菜腐解特征的变化

关于绿肥还田方式的研究，前人主要围绕绿肥覆盖还田和翻压还田两类还田方式，针对绿肥腐解、绿肥对土壤品质改善、绿肥对主栽作物生长及其果实品质等方面开展研究^[7，18-20]，而在某类具体的机械还田方式上探究绿肥腐解特性及其土壤养分变化规律的研究不多。本试验通过对 3 种机械翻压方式下绿肥腐解及养分释放规律的研究，发现 3 种还田方式下油菜的腐解特征及碳、氮的翻压释放规律相似，碳的最大累积释放量在 63.77%～65.87%，氮在 57.90%～61.43%，碳的累积释放率大于氮，整体都表现为前期快、后期逐渐缓慢的趋势，尤其前 7 d 腐解速率最快，原因可能是前 7 d 油菜茎秆含水率高，还田时期气温高，利于腐解，与前人在绿肥腐解规律方面的研究相似^[21-23]。具体来看，油菜腐解及碳、氮的释放主要集中在前 21 d，在前 21 d 内 t3 处理下绿肥腐解速率优于 t2、t1 处理，主要原因是 t3 处理下油菜茎秆的粉碎长度和翻压深度较其他两个处理更适合腐解，翻压深度过浅时土壤中温湿度较低，过深时土壤通气性随土层增加而降低，均不适合绿肥的腐解，与前人研究发现绿肥在翻压 10 cm 左右腐解最快的结果基本一致^[17，24]。

3.2 不同还田方式下土壤养分的变化

采用 3 种机械还田方式将油菜绿肥还田，通过对各还田方式处理下土壤的 pH 值及部分养分含量的定期测定与对比分析，结果发现，T1、T2、T3 处理下土壤 pH 值，土壤中有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量相较初始值，在第 28 d 以前除土壤 pH 值逐渐降低外，其余养分指标含量均不断升高，并均在 28 d 内达到各自处理的最高或最低值，在 28 d 以后不同还田处理下土壤 pH 值开始缓慢升高，其余养分指标含量逐渐降低；整个试验期内 3 种还田处理下各指标之间或与 CK 之间均存在一定的显著性差异（P<0.05），至试验结束时各养分指标含量较 0 d 均有所降低。表明油菜绿肥经 3 种机械方式还田腐解后，在短期内可在一定程度上降低南疆盐碱地碱性土壤的 pH 值，有效提高土壤中各养分的含量，与唐红琴等^[25]、刘国顺等^[26]、罗跃等^[27]在绿肥还田后对所处土壤 pH 值的影响和相关养分含量的变化趋势的研究结果相似。后期出现土壤 pH 值升高及各养分含量逐渐降低至低于初始值的现象，原因可能是试验期内所处试验地梨树正处于挂果期，对养分的需求比较大，吸收了部分养分。由相关性分析可知，本试验中各处理土壤 pH 与有机质、碱解氮、有效磷、速效钾不存在显著相关性，土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾之间均存在不同程度的相关性，与王晖等^[28]、Bruning 等^[29]对土壤各指标之间相关性的研究结果相似。比较短期内 3 种还田方式下土壤 pH 值和各养分指标含量增降幅度的最大值来看，T3 处理相较 T1、T2 处理后土壤 pH 值降幅最大，土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量的增幅最大，由此表明，短期内油菜绿肥经 T3 处理还田方式后对土壤品质的影响效果优于 T1、 T2 处理，产生差异的主要原因是 T3 处理下绿肥的粉碎长度与还田深度更有利于绿肥的腐解。

4 结论

（1）通过对比分析 3 种还田方式下油菜干物质腐解及碳、氮养分的释放规律，发现 3 种不同还田方式下油菜腐解的腐解特征及碳、氮的释放规律相似，整体都表现为前期快、后期逐渐缓慢的趋势，一级动力学方程能很好地拟合油菜累积腐解率及碳、氮累积养分释放率，其中 t3 处理相较其他处理更有利于油菜的腐解及养分的释放。

（2）通过对比分析试验地土壤 pH 值和有机质含量、碱解氮、有效磷、速效钾含量 5 个指标的动态变化规律，发现短期内油菜还田后各指标均有所变化，其中土壤 pH 值呈先降低后升高的趋势，其余指标均呈先升高再降低的趋势，各指标相较第 0 d 的增降幅度大小依次为速效钾 >碱解氮 >有效磷 >有机质 >pH 值，各还田处理下土壤各指标均与 CK 存在显著性差异（P<0.05），其中 T3 处理下土壤各指标增降幅度较为明显。

由上可知，短期内 T3-t3 还田方式下油菜的腐解及其对土壤性状的影响较其他处理更为显著，可作为南疆果园绿肥高效还田的主要机械还田方式。

参考文献