夏闲期种植豆科绿肥对旱地土壤性质和冬小麦生长的影响及其机制

【摘要】： 以提高资源利用效率、培育健康高效土壤、缓减全球变化的节能减排为主要特征的资源节约型和环境友好型并重的两型农业是我国现代农业发展的主要方向。黄土高原地区是我国主要的低肥力土壤地区之一,传统的夏闲期长达3个多月,夏闲地面积两百多万公顷。本文通过在渭北旱塬夏闲期种植并翻压短期豆科绿肥(大豆、长武怀豆、绿豆)的田间试验,结合绿肥腐解的尼龙网袋分解法,研究了不同绿肥对旱地土壤性质、后作冬小麦生长、养分吸收与利用的影响,探求绿肥培肥增效的机制,以期为黄土高原旱地土壤培肥和冬小麦稳产高产提供理论依据。研究取得了以下主要结论: 1.绿肥长武怀豆和绿豆的生物量显著高于大豆;长武怀豆植株氮和钾的还田量均最高,大豆的最低;绿豆磷的还田量最高,大豆最低;长武怀豆的根瘤丰富,含氮量显著高于大豆和绿豆。与夏季休闲处理相比,种植并翻压绿肥可显著提高土壤有机质、全氮和速效钾含量。种植并翻压绿肥4周后并没有对耕层土壤阳离子交换量产生显著影响,而土壤pH有高于休闲处理的趋势,表层土壤容重也有降低趋势;到小麦收获后,各处理的土壤pH差异均没有达到显著水平。种植绿肥消耗了较多的土壤水分,直到小麦收获时,种植绿肥处理的土壤贮水量仍低于休闲处理。三种绿肥处理之间土壤性质并没有显著差异。夏闲期种植和翻压豆科绿肥是旱地培肥土壤的有效途径。 2.夏闲期间种植并翻压豆科绿肥后,后作冬小麦产量和养分吸收量均显著下降。种植绿肥时对土壤水分的消耗和小麦生长季内的干旱是主要原因。种植绿肥有降低小麦冬前基本苗数和单株分蘖数的趋势,导致小麦后期成穗数显著下降,这是造成减产的直接原因。种植绿肥可提高冬小麦的收获指数和千粒重。种植绿肥能够增加冬小麦各器官的氮磷钾养分含量。不论夏季休闲还是种植绿肥,施用氮肥均显著提高小麦植株的含氮量,但却降低了小麦籽粒磷含量和颖壳磷含量、提高茎叶中磷含量的趋势;施用氮肥显著提高小麦的吸磷量。夏闲期种植绿肥后,减氮处理(108 kg hm-2)与正常供氮处理(135 kg hm-2)相比产量不仅没有降低,反而有增加趋势。与休闲处理相比,夏闲期种植并翻压豆科绿肥提高了小麦氮肥利用率。 3.田间埋袋试验表明,三种绿肥均表现为前期腐解快、后期腐解慢,高峰均出现在最初的1个月内。在残留率平稳的阶段,长武怀豆残留率显著高于大豆和绿豆。不同养分的释放不同:氮、磷、钾在最初的21 d内快速释放,其中钾的释放最彻底;287 d后钾的残留率为3.2 %～5.9 %,是所有养分中最低的,磷为33.5 %～41.8 %,氮为46.3 %～64.7 %。钙的残留率最高,而且始终没有显著的变化,287 d后残留率为74.8 %～89.8 %。镁的释放与钾类似,前28 d矿化速率较快,残留率已降至30 %左右。铜的释放有较明显的波浪起伏。铁在最初的21 d内有明显释放,随后变幅不大。锌的残留率在最初的49 d内呈下降趋势,49～175 d内,大豆和绿豆中的锌残留率基本保持不变,而长武怀豆的显著升高,175 d后,三种绿肥锌残留率均显著降低。锰残留率的变化在起伏中呈下降趋势,至287 d时,残留率降到了67.3 %～74.1 %,仅低于钙。三种绿肥养分释放状况的差异因养分种类而不同:氮、钙、铁、铜和锌的残留率在三种绿肥之间差异较大,钾和镁的残留率差异不显著。除了碳、氮、铜和锌外,其他养分残留率均表现为绿豆最低;除了碳、氮、铜和铁外,其他养分残留率均表现为大豆最高。