豌豆茎秆在土壤中的腐解与养分释放特征.pdf
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1、 文章编号:1 6 7 4-1 4 8 X(2 0 2 3)0 3-0 2 2 0-0 7豌豆茎秆在土壤中的腐解与养分释放特征高帆1,鞠玺凯1,郭琪琳2,李清华3,刘庆1(1.青岛农业大学资源与环境学院,山东青岛 2 6 6 1 0 9;2.中天水土治理科技(山东)股份有限公司,山东东营 2 5 7 0 0 0;3.青岛晟唐农业科技有限公司,山东青岛 2 6 6 1 0 9)摘 要:以 青豌2 9号 和 科豌6号 两种豌豆为绿肥,使用尼龙网袋填埋法进行田间模拟,研究豌豆茎秆还田后在砂姜黑土中的腐解及养分释放特征。结果表明:两种豌豆茎秆在土壤中的腐解表现出前期快、后期慢的特征,还田2 0 d时累
2、积腐解率超过5 0%,还田1 0 0 d时累积腐解率超过7 0%;豌豆茎秆中大量元素的释放速率排序为KNP,N、K的释放均有快速释放期,P的释放较为平缓;腐解残留物中碳氮比随腐解时间的延长呈降低趋势;中量元素C a的释放较慢,M g的释放较快;微量元素F e、M n、C u、Z n的释放均较慢,且腐解残留物中M n、C u、Z n均有不同程度的阶段性富集现象。结果可为豌豆绿肥在砂姜黑土还田的应用提供参考。关键词:豌豆;绿肥;腐解;养分释放;碳氮比中图分类号:S 1 4 2文献标识码:AD O I:1 0.3 9 6 9/J.I S S N.1 6 7 4-1 4 8 X.2 0 2 3.0 3
3、.0 0 9收稿日期:2 0 2 2-1 1-1 6 基金项目:国家甘薯产业技术体系(C A R S-1 0)作者简介:高帆(1 9 9 8),女,山东莱阳人,在读硕士,主要研究方向为农业资源与环境。E-m a i l:G a o f a n 1 9 3 71 6 3.c o m通信作者:刘庆(1 9 7 2),男,山东东明人,教授,博士,主要研究方向为植物营养机理与调控。E-m a i l:QY 7 2 7 11 6 3.c o mD e c o m p o s i t i o n a n d N u t r i e n t R e l e a s e o f P e a S t a l k
4、 s i n S o i lGAO F a n1,J U X i k a i1,GUO Q i l i n2,L I Q i n g h u a3,L I U Q i n g1(1.C o l l e g e o f R e s o u r c e s a n d E n v i r o n m e n t,Q i n g d a o A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y,Q i n g d a o 2 6 6 1 0 9,C h i n a;2.Z h o n g t i a n S o i l&W a t e r T r e a t m e
5、 n t T e c h n o l o g y(S h a n d o n g)C o.,L T D.,D o n g y i n g 2 5 7 0 0 0,C h i n a;3.Q i n g d a o S h e n g t a n g A g r i c u l t u r a l T e c h n o l o g y C o.,L T D.,Q i n g d a o 2 6 6 1 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:I n o r d e r t o s t u d y d e c o m p o s i t i o n c h a r a c t
6、 e r i s t i c s a n d n u t r i e n t r e l e a s e r u l e s o f p e a g r e e n m a n u r e s,t w o p e a v a r i e t i e s,Q i n g w a n 2 9 a n d K e w a n 6,w e r e s e l e c t e d a s g r e e n m a n u r e a n d t h e n y l o n m e s h b a g m e t h o d w a s u s e d f o r d e c o m p o s i t
7、 i o n s i m u l a t i o n a f t e r p e a s t a l k s r e t u r n e d t o S h a j i a n g b l a c k s o i l.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t d e c o m p o s i t i o n o f p e a s t a l k s i n s o i l w a s f a s t i n t h e e a r l y s t a g e b u t s l o w i n t h e l a t e s t a g e.T h e
8、 d e c o m p o s i t i o n r a t i o w a s m o r e t h a n 5 0%2 0 d a y s a f t e r r e t u r n t o t h e f i e l d a n d m o r e t h a n 7 0%1 0 0 d a y s a f t e r r e t u r n t o t h e f i e l d.T h e r e l e a s e r a t i o r a n k i n g s o f m a c r o n u t r i e n t s i n p e a s t a l k s w
9、 e r e KNP;n i t r o g e n a n d p o t a s s i u m h a d a r a p i d r e l e a s e p e r i o d,w h i l e t h e r e l e a s e o f p h o s p h o r u s w a s r e l a t i v e l y g e n t l e.I n t h e w h o l e d e c o m p o s i t i o n p r o c e s s,t h e C/N r a t i o s o f d e c o m p o s i t i o n r
10、 e s i d u e s t e n d e d t o d e c r e a s e w i t h p r o l o n g i n g d e-c o m p o s i t i o n t i m e.Am o n g m e d i u m e l e m e n t s,t h e r e l e a s e o f c a l c i u m w a s s l o w e r b u t t h a t o f m a g n e s i u m w a s f a s t e r.T h e r e l e a s e o f t r a c e e l e m e
11、n t s i n c l u d i n g i r o n,m a n g a n e s e,c o p p e r a n d z i n c w a s s l o w,a n d m a n g a-n e s e,c o p p e r a n d z i n c w e r e e n r i c h e d a t d i f f e r e n t s t a g e s e x c e p t f o r i r o n.T h i s s t u d y c a n p r o v i d e a r e f e r e n c e f o r t h e a p p
12、l i c a t i o n o f p e a g r e e n m a n u r e s i n S h a j i a n g b l a c k s o i l.K e y w o r d s:p e a s;g r e e n m a n u r e s;d e c o m p o s e;n u t r i e n t r e l e a s e;c a r b o n/n i t r o g e n r a t i o 绿肥是指直接或经堆沤后施入土壤用做肥料的栽培或野生绿色植物体1,绿肥还田可提高土壤微生物生物量碳和土壤碳、氮含量,改善土壤微生物组成,为作物生长提供养分2-
13、3。绿肥作物与其他作物轮作,可在合理利用自然资源的同时,提高土壤有机质含量和农产品品质,减少病虫害侵袭4。2 0世纪青岛农业大学学报(自然科学版)4 0(3):2 2 02 2 6,2 0 2 3J o u r n a l o f Q i n g d a o A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e)7 0年代,绿肥被广泛应用于农业生产中,我国绿肥作物的种植面积一度高达1.31 07 h m2,在培肥土壤、增加作物产量方面发挥了重要作用5。随着绿色理念的普及,绿肥还田已成为实现化肥减施和发展生
14、态农业的重要手段和有效途径。目前,人们在绿肥腐解特征与养分释放规律方面开展了大量研究:董浩等6在果园条件下翻压还田二月兰、黑麦草、毛叶苕子为有机肥源,研究3种绿肥的腐解规律并发现,翻压还田1 1 0 d时,累积腐解率为6 9.1%7 6.1%,呈现前期快、后期慢,最后逐渐平稳的趋势,得出豆科绿肥比禾本科绿肥更适宜于华北地区果园种植的结论;朱吉风等7采用尼龙网袋填埋法研究油菜和4种豆科绿肥紫云英、蚕豆等的腐解与养分释放特征并发现,5种绿肥的腐解速率均具有前期快、后期慢的特点,腐解1 5 d时的累积腐解率均超过5 0%,4种豆科绿肥N释放量高于P,豆科绿肥N和P释放量高于油菜;李忠义等8采用尼龙网
15、袋填埋法模拟免耕还田和翻压还田,研究豆科绿肥猫豆和赤小豆的腐解特征与C、N、P、K释放规律,发现还田后2 0 d内,两种豆科绿肥的腐解速率较快,2 0 d后变慢,且翻压还田两种绿肥时,累积腐解率和养分释放率均显著高于免耕还田。已有研究结果说明:绿肥腐解过程可分为3个阶段,即快速腐解期、缓慢腐解期和腐解停滞期;不同种类的绿肥一般都具有前期快、后期慢的特点,但3个阶段所耗时间存在差异9。豌豆绿肥是一种豆科绿肥,豌豆的共生根瘤菌能固定空气中的氮素1 0-1 1,与禾本科绿肥相比,豌豆绿肥一般具有 较高的腐 解率和 较 快 的 氮 释 放 速率5,1 2。然而,已有研究主要集中在豌豆绿肥腐解量及大量元
16、素释放特征方面,而将豌豆茎秆作为绿肥,研究还田后的腐解特征或养分释放特征的较少,尤其是关于豌豆茎秆腐解过程中的中量元素、微量元素释放特征的研究还未见报道。因此,本研究以两个鲜食豌豆品种 青豌2 9号 和 科豌6号 为试验材料,以豌豆茎秆为绿肥,采用尼龙网袋填埋法探究豌豆茎秆还田后在砂姜黑土中的腐解特征,以及大量元素、中量元素和微量元素的释放规律,为绿肥资源豌豆茎秆的还田及合理利用提供理论参考。1 材料与方法1.1 材料与设备两种豌豆 青豌2 9号 和 科豌6号,青岛市农科院提供;3 0 0目尼龙网袋,7 0 c m1 0 0 c m。HH数显恒温油浴槽,江苏正基仪器有限公司;K D N-1 0
17、 2 C定氮仪,上海纤检仪器有限公司;G X Z-3 0 0 B型培养箱,宁波市科技园区新江南仪器有限公司;7 2 2 E型可见分光光度计,上海光谱仪器有限公司;F P 6 4 0 0 A火焰光度计,上海光谱仪器有限公司;S T 2 1 0 0实验室p H计,奥豪斯仪器(常州)有限公司;AA-6 8 0 0原子吸收分光光度计,日本岛津有限公司。1.2 试验设计试验于2 0 1 9年5月在位于胶州市胶莱镇的青岛农业大学试验基地进行。土壤类型为砂姜黑土,有机质含量1 0.3 4 g/k g,全氮含量1.2 4 g/k g,碱解氮含量1 0 1.1 5 m g/k g,有效磷含量3 3.8 3 m
18、g/k g,速效钾含量7 5.6 8 m g/k g,p H=7.9 8。试验 采 用 尼 龙 网 袋 填 埋 法。绿 肥 分 别 为2 0 1 9-0 2-2 2播种、2 0 1 9-0 5-2 2收获的 青豌2 9号 和 科豌6号 豌豆茎秆。豌豆收获后,称取一定量茎秆,9 0 杀青,于鼓风干燥箱内7 0 烘干至恒重,称重后计算新鲜豌豆茎秆含水量,然后将烘干后的豌豆茎秆研磨后过0.2 5 mm筛,并测定其养分含量(表1)。另将收获后的两种豌豆的新鲜茎秆,分别剪成35 c m小段,每种豌豆茎秆称取3 0份,每份1 5 0 g,置于尼龙网袋中并扎紧袋口。将装有豌豆茎秆的尼龙网袋平铺并填埋于土面以
19、下1 0 c m位置,网袋间隔2 0 c m。分别于填埋后1 0、2 0、3 0、4 0、5 0、6 0、7 0、8 0、9 0、1 0 0 d时,取腐解的豌豆茎秆于样品袋中,烘干,称重,研磨,过筛,测定腐解残留物中的氮、磷、钾、钙、镁、铁、锰、铜、锌含量。1.3 测定方法采用重铬酸钾容量法测定全碳含量1 33 0-3 4;使用H2S O4-H2O2消煮,采用凯氏定氮法测定全氮含量1 32 6 5-2 6 7;使用H2S O4-H2O2消煮,采用钒钼黄比色法测定全磷含量1 32 6 8-2 7 0;使用H2S O4-H2O2消煮,采用火焰光度计法测定全钾含量1 32 7 0-2 7 1;使用H
20、NO3-HC l O4消煮,采用原子吸收分光光度法测定C a、M g、F e、M n、C u、Z n含量1 32 7 4-2 8 1。1.4 数据计算累积腐解率=(m1-m2)/m11 0 0%7平均腐解速率=(m1-m2)/n1 4养分残留率=(w2/w1)1 0 0%1 5式中:m1,腐解开始前测得的初始干物质质量,g;m2,腐解进行n d后测得的腐解残留物干物质质量,g;w1,腐解开始前取样测得的豌豆茎秆的初始122 3期 高帆,等:豌豆茎秆在土壤中的腐解与养分释放特征 养分含量;w2,腐解进行n d后取样测得的豌豆茎秆中腐解残留物的养分含量;n,腐解时间,d。表1 豌豆茎秆的养分含量T
21、 a b l e 1 N u t r i e n t c o n t e n t i n p e a s t a l k s a m p l e s豌豆品种P e a v a r i e t yC含量/(g/k g)C a r b o n c o n t e n tN含量/(g/k g)N i t r o g e n c o n t e n tP含量/(g/k g)P h o s p h o r u s c o n t e n tK含量/(g/k g)K a l i u m c o n t e n tC a含量/(g/k g)C a l c i u m c o n t e n tM g含量/(
22、g/k g)M a g n e s i u m c o n t e n tF e含量/(m g/k g)F e r r i c c o n t e n tM n含量/(m g/k g)M a n g a n e s e c o n t e n tC u含量/(m g/k g)C o p p e r c o n t e n tZ n含量/(m g/k g)Z i n c c o n t e n t 青豌2 9号4 3 0.1 13 1 8.1 33.9 11.0 21 9.0 83.3 74 7 4.6 76 6.3 27.5 57 5.1 8 科豌6号4 3 1.6 23 4.2 24.9 3
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