麦后复种绿肥对麦田土壤养分及小麦产量的影响

Effect of Replanting Green Manure after Wheat on Soil Nutrients and Wheat Yield in Wheat Fields

摘要: 【目的】为研究西北灌区最佳绿肥替代氮肥比例，探究麦后复种绿肥农田土壤养分含量，土壤酶活性变化，结合小麦产量，研究西北灌区最佳绿肥替代化肥比例，为当地小麦种植提供参考依据。【方法】试验一共六个处理：不施肥，当地传统施肥，85%氮肥N + 15%绿肥N，70%氮肥N + 30%绿肥N，55%氮肥N + 45%绿肥N和40%氮肥N + 60%绿肥N，于2023年4月至10月对土壤中有机质、全氮、全碳和硝态氮含量和脲酶和过氧化氢酶的活性进行研究。【结果】土壤中有机质、全氮、全碳和硝态氮含量均有不同程度增加，绿肥种植也能增加土壤中脲酶和过氧化氢酶的活性，70 C + 30 G处理土壤酶活性最高，结合2022年和2023年小麦平均产量，处理70 C + 30 G平均产量最高，为4821 kg/hm²。【结论】西北灌区麦后复种绿肥模式中，70%化肥氮 + 30%绿肥氮处理效果最佳，可同时土壤酶活性最高作物经济最好，达到双赢的目的。

Abstract: [Objective] To study the optimal green manure replacement ratio of nitrogen fertilizer in northwest irrigation district, to investigate the soil nutrient content of green manure farmland replanted after wheat, changes in soil enzyme activity, combined with the yield of wheat, to study the optimal green manure replacement ratio of fertilizer in northwest irrigation district, and to provide a reference basis for local wheat cultivation. [Methods] The experiment included six treatments: no fertilization, local traditional fertilization, 85% nitrogen fertilizer N + 15% green manure N, 70% nitrogen fertilizer N + 30% green manure N, 55% nitrogen fertilizer N + 45% green manure N, and 40% nitrogen fertilizer N + 60% green manure N. From April to October 2023, the study focused on the soil organic matter, total nitrogen, total carbon, and nitrate nitrogen content, as well as the activity of urease and catalase enzymes. [Results] Organic matter, whole nitrogen, whole carbon and nitrate nitrogen contents in soil were increased to different degrees, green manure planting also increased the activities of urease and catalase in soil, and soil enzyme activities were highest in the 70 C + 30 G treatment, and combined with the average wheat yields of 2022 and 2023, the treatment 70 C + 30 G had the highest average yield of 4821 kg/hm². [Conclusion] In the wheat-post green manure cropping model of the northwest irrigation area, the treatment of 70% chemical fertilizer nitrogen + 30% green manure nitrogen yields the best results, achieving the highest soil enzyme activity and the best crop economy, thus reaching a win-win situation.

1. 引言

绿色发展将是未来农业生产的主基调，1963年农业部组建了全国绿肥试验网应对全国绿肥生产需要[1]，绿肥是一种优质的肥源，具有营养成分高，养分全面的优点，可培肥土壤，提高肥料利用效率，对环境的污染也有改良作用，绿肥作物是可与其他作物进行间、套、轮作模式，或将作物鲜体作为肥料施入土壤、直接翻压到土壤中，可利于农作物生长发育，对土壤理化性状进行改良，绿肥相比其他一年或多年生植物，绿肥的优势在于生长周期短，并且绿肥能根据土壤不同的种类为其提供丰富的养分。大多数绿肥作物为豆科作物，如：如紫云英、苕子、紫花苜蓿、豌豆、田菁等，其作物鲜体称为绿肥[2]，在国外，由于绿肥可以在短时间内覆盖地表根系茂密，因此绿肥可以起到防止风蚀，水蚀，水土流失的作用，故而被称为覆盖作物[3]。绿肥施入后，经过腐解过程将绿肥本身丰富的矿物质分解释放到农田土壤中，提供种植作物本身所需的营养成分，绿肥投入是一项重要的农田管理措施，采用相应的措施可促成土壤改良和主作物增产稳产。

绿肥对土壤的改良作用主要体现在对土壤理化性状，以及土壤酶生物学方面的影响[4]，绿肥的翻压，施入必定会引起土壤空间结构的改变，土壤容重，孔隙度以及良好的土壤团粒结构均可提高土壤的通气性，良好的通气性对土壤中微生物的活性有积极作用，进而影响土壤中有机质的分解，还可以提高土壤的保水性和透水性，增加土壤的比表面积和孔隙度，使得土壤的保水保肥效率升高，良好的土壤团粒结构可促进栽培作物根系呼吸作用，更好的提高对土壤中水分和养分的利用[5] [6]。作物体内吸收利用的氮大多是来源于土壤中的可吸收的氮素，而土壤中氮素通过矿化和运移，其过程极易受外界肥源的影响，有研究表面绿肥还田这一方式可降低土壤层0~15 cm和15~30 cm的容重，绿肥还田对作物产量，养分吸收，土壤养分含量有明显影响，可为作物提供有利的生活环境[7]。种植绿肥有利于提高土壤酶活性，土壤养分含量，也可以增加土壤本身的稳定性、疏水性、和腐殖化程度[8]，通过绿肥的施用可提高土壤有机碳及总氮含量，并且土壤有机质含量也随之升高。Bianca等[9]发现，通过绿肥施用的不同方式，土壤有机碳和总氮含量有增加的趋势，土壤有机质含量随绿肥施入量随之升高。评价土壤肥力大小将土壤中无机氮的含量作为一项重要的参数，无机氮的含量是作物生长发育过程中吸收利用的主要形态，土壤中无机氮的形式主要是以铵态氮(NH₄⁺-N)和硝态氮(NO₃⁻-N)的方式存在[10]，硝态氮包含土壤中硝酸盐和亚硝酸盐，铵态氮则指土壤中的铵离子，其两者都是为作物生长发育所需氮素的主要吸收形式。土壤氮循环过程中，土壤酶对土壤氮素转化过程起至关重要的作用，绿肥还田过程中微生物可释放其养分供种植作物吸收利用，绿肥也属于清洁的氮源，增施氮肥可影响土壤酶活性，有研究表明增施氮肥可提高土壤脲酶的活性，土壤过氧化氢酶活性却截然相反[11]，而未施氮处理的土壤中，土壤中更多的养分会分配到酶的合成过程中，从而作物吸收利用的养分将会降低[12]，施氮过量也会导致加剧土壤中微生物碳限制，由于施氮导致的土壤酸化会对土壤过氧化氢酶活性有所影响。

本试验是基于甘肃省农业科学院武威实验站中麦后复种绿肥替代化肥最佳配比长期定位试验，以绿洲灌区麦田为研究对象，在等氮磷的条件下，监测2023年小麦绿肥毛叶苕子生育期土壤养分以及小麦产量的影响，从而探寻增加土壤养分的绿肥替代化肥最佳配比。

2. 材料与方法

2.1. 研究区概况

试验于2023年4月~2023年7月在甘肃省农业科学院武威绿洲农业试验站进行。实验站设在甘肃省武威市凉州区永昌镇白云村，当地海拔1504 m，年平均气温7.8℃，无霜期150天，平均降雨量222 mm，蒸发量2021 mm为温带大陆性干旱气候，土壤为典型的灌漠土。

2.2. 试验设计

本试验基于甘肃省农业科学院武威试验站绿肥化肥配施长期定位试验，对2023年麦后复种毛叶苕子全生育期进行土壤养分，土壤酶数据分析工作。麦后复种绿肥试验共有6个处理：不施肥(CK)，当地传统施肥(100 C)，85%化肥N + 15%绿肥N (85 C + 15 G)，70%化肥N + 30%绿肥N (70 C + 30 G)，55%化肥N + 45%绿肥N (55 C + 45 G)，40%化肥N + 60%绿肥N (40 C + 60 G)，3次重复，具体施肥量见(表1)，小麦收获后进行毛叶苕子复种(CK与100 C处理不复种毛叶苕子)，共18个小区，小区之间打50 cm × 30 cm的地埂，小区面积20 m² (4 m × 5 m)，试验采用单因素随机区组设计，其中化学氮肥60%做底肥，三叶期追肥40%，磷肥与绿肥全部基施。绿肥为小麦成熟后毛叶苕子盛花期收割的干草，含N 30 g/kg，P 3.5 g/kg，K 33 g/kg。(此处的绿肥用量为干草重量此处重钙用量的算法为713~2.25 * 3.5/0.43，0.43为重钙的含磷量，从而保证磷肥用量一致，小麦播种量450 kg/hm²，毛叶苕子播种量60 kg/hm²)。

Table 1. Fertilizer application rate of different treatments

表1. 不同处理施肥量表

编号 No.	处理 Treatment	化学N Chemical fertilizer N/(kg/hm^2)	P2O5 (kg/hm^2)	绿肥 Green manure/(kg/hm^2)
①	空白CK	0	0	0
②	当地传统施肥 FFP100%	225	150	0
③	85%化肥N + 15%绿肥N 85% fertilizer N + 15% green manure N	191	146	1125
④	70%化肥N + 30%绿肥N 70% fertilizer N + 30% green manure N	158	142	2250
⑤	55%化肥N + 45%绿肥N 55% fertilizer N + 45% green manure N	124	138	3375
⑥	40%化肥N + 60%绿肥N 40% fertilizer N + 60% green manure N	90	134	4500

2.3. 取样方法

土壤样品采集

小麦收获后每小区采集5点0~20 cm耕作层混合土样，作为1次重复，小区3个重复样品剔除石块及动植物残体等杂质后放在阴凉通风处自然风干再粉碎、过筛备测土壤养分。

2.4. 测定方法

1) 小麦籽粒及秸秆测定：收获后取小麦籽粒及秸秆样品测定碳氮含量。

2) 产量：小麦成熟期每小区随机取30株考种，脱粒称重，按14%籽粒含水量折合计算单位面积籽粒产量。

3) 土样测定：测定土壤有机质、全氮、全碳、铵态氮、硝态氮、脲酶、过氧化氢酶。

2.5. 统计分析

试验数据使用Microsoft Excel 2019整理分析，IBM SPSS Statistics 26软件进行方差分析，LSD法进行显著性检验(P < 0.05)，利用Origin 2021软件中的“Paired Comparison Plot”包制作温室气体排放通量、温室气体累积排放量，不同施肥配比关系图。

3. 结果与分析

3.1. 麦后复种绿肥绿肥模式中绿肥替代化肥对产量及植株养分的影响分析

2022年至2023年小麦产量整体有下降趋势(表2)，CK处理有略微上升趋势，2022年处理85 C + 15 G，70 C + 30 G，55 C + 45 G相比100 C处理增产12.8%、12.0%、2.5%，2023年处理85 C + 15 G，70 C + 30 G，55 C + 45 G，40 C + 60 G与相比100 C处理增产22.5%、25.1%、11.7%、19.3%。2022年产量最高为处理85 C + 15 G，产量为5547 kg/hm²，处理70 C + 30 G产量为5506 kg/hm²，2023年产量最高为处理70 C + 30 G，产量为4136 kg/hm²，处理85 C + 15 G产量为4053 kg/hm²，两年平均产量最高为处理70 C + 30 G，产量为4821 kg/hm²。

Table 2. Impact of green manure as a substitute for chemical fertilizers on wheat production (2022~2023)

表2. 绿肥替代化肥对小麦产量的影响(2022~2023年)

处理No. Treatment		产量Yield/(kg/hm^2)
		2022年Year	2023年Year
1	CK	2108.40 ± 163.71b	2530.00 ± 340.27b
2	100 C	4915.96 ± 374.64a	3307.33 ± 133.57ab
3	85 C + 15 G	5547.35 ± 220.51a	4052.67 ± 387.73a
4	70 C + 30 G	5505.75 ± 258.00a	4136.00 ± 534.51a
5	55 C + 45 G	5040.52 ± 286.38a	3694.00 ± 45.03a
6	40 C + 60 G	4852.93 ± 144.57a	3944.00 ± 219.39a

注：图中不同小写字母表示不同处理间差异显著(P < 0.05)下同。

3.2. 麦后复种绿肥绿肥模式中绿肥替代化肥对小麦籽粒秸秆碳氮含量

Table 3. Carbon and nitrogen content of wheat seed straw in different treatments (2023)

表3. 不同处理小麦籽粒秸秆碳氮含量(2023年)

处理No.Treatment		秸秆stalk		籽粒seeds
		有机碳 organic carbon	全氮 total nitrogen	有机碳 organic carbon	全氮 total nitrogen
1	CK	356.5 ± 14.26b	0.44 ± 0.03a	370.07 ± 24.06a	2.25 ± 0.05a
2	100 C	397.77 ± 20.81ab	0.49 ± 0.05a	379.53 ± 6.4a	2.25 ± 0.01a
3	85 C + 15 G	387.2 ± 16.14ab	0.53 ± 0.06a	373.3 ± 11.21a	2.14 ± 0.02a
4	70 C + 30 G	372.87 ± 9.75ab	0.46 ± 0.02a	387.07 ± 18.02a	2.13 ± 0.01a
5	55 C + 45 G	413.8 ± 4.51a	0.59 ± 0.05a	371.3 ± 13.65a	2.14 ± 0.02a
6	40 C + 60 G	382.27 ± 12.91ab	0.5 ± 0.05a	393.37 ± 16.29a	2.12 ± 0.1a

在2023年绿肥替代化肥不同处理下种植小麦秸秆籽粒养分(表3)可知，55 C + 45 G与CK处理小麦秸秆中有机碳含量差异显著，空白处理与不同的施肥处理小麦籽粒秸秆养分含量均无差异，在小麦籽粒养分中，相比较100 C处理，70 C + 30 G与40 C + 60 G籽粒中有机碳成分有所升高，85 C + 15 G、70 C + 30 G、55 C + 45 G和40 C + 60 G处理小麦籽粒中全氮含量都有略微降低，说明在小麦生长发育过程中，绿肥替代化肥处理对小麦籽粒中养分含量会有影响，但并不会对小麦的籽粒养分含量发生太大的变化。

3.3. 麦后复种绿肥中土壤全氮、有机质和全碳含量

3.3.1. 麦后复种绿肥不同处理土壤全氮含量

麦后复种绿肥模式中长期施用绿肥替代化肥会对土壤全氮含量产生一定的影响(图1)。小麦生育期间，相较于100 C处理，施用绿肥替代化肥可提高土壤全氮含量，土壤全氮含量随着绿肥替代比例的提高呈现出不断上升的趋势，提升幅度在1.2%~9.6%，绿肥替代比例超过45%的情况下，与100 C处理差异达到显著水平，且绿肥替代化肥处理的55 C + 45 G，40 C + 60 G比当地传统施肥100 C土壤中全氮含量多8.6%，9.6%。毛叶苕子盛花期土壤中全氮含量有所差异，55 C + 45 G，40 C + 60 G与当地传统施肥100 C土壤中全氮含量差异显著，且比100 C处理土壤中全氮含量多13.9%，13.4%，且绿肥复种处理相比较传统施肥100 C土壤中全氮提升幅度在9.0%~13.9%，相比较两个时期各处理全氮含量提升了25.3%~33.7%，复种绿肥处理相比较CK，100 C处理土壤中全氮含量提升幅度大，且土壤全氮含量要显著高于CK，100 C处理。

Figure 1. Soil total nitrogen content of green manure at maturity and bloom stage of wheat

图1. 小麦成熟期绿肥盛花期土壤全氮含量

3.3.2. 麦后复种绿肥不同处理土壤有机质含量

Figure 2. Soil organic matter content of green manure at maturity and bloom stage of wheat

图2. 小麦成熟期绿肥盛花期土壤有机质含量

麦后复种绿肥模式中长期施用绿肥替代化肥会对土壤有机质含量产生一定的影响(图2)。在小麦成熟期，绿肥替代化肥处理的70 C + 30 G，55 C + 45 G，40 C + 60 G处理土壤有机质含量显著高于CK处理，且均高于传统施肥100 C处理的土壤有机质含量，相较于100 C处理土壤有机质含量高4.2%，5.2%，3.8%，而绿肥盛花期测得土壤中有机质含量可知，复种绿肥毛叶苕子85 C + 15 G，70 C + 30 G，55 C + 45 G，40 C + 60 G处理与CK空白处理差异显著，且均高于传统施肥100 C处理，相较于100 C处理土壤有机质含量高，升高幅度在7.4%~10.2%。绿肥生育期间，各处理土壤中有机质含量的变化为，CK处理土壤有机质含量降低0.7%，100 C处理土壤有机质含量升高1.1%，85 C + 15 G处理土壤有机质含量升高9.1%，70 C + 30 G处理土壤有机质含量升高5.4%，55 C + 45 G处理土壤有机质含量升高5.3%，40 C + 60 G处理土壤有机质含量升高6.9%。所以麦后复种绿肥有利于土壤中有机质含量的积累。

3.3.3. 麦后复种绿肥不同处理土壤全碳含量

Figure 3. Soil full carbon content of green manure at maturity and bloom stage of wheat

图3. 小麦成熟期绿肥盛花期土壤全碳含量

麦后复种绿肥模式中长期施用绿肥替代化肥会对土壤全碳含量产生一定的影响(图3)。小麦成熟期测得土壤全碳含量可以看出，绿肥替代化肥70 C + 30 G，55 C + 45 G，40 C + 60 G处理，土壤全碳含量显著高于CK，100 C处理，且相较于传统施肥100 C处理土壤中全碳含量高5.8%，6.0%，6.7%，在绿肥盛花期测得土壤中全碳含量可以看出各处理直接无差异，且复种绿肥对不同处理之间土壤全氮的含量无差异，所以处理都处在一个稳定的区间内，85 C + 15 G处理土壤全碳含量最高，为61.61 G/KG。但在绿肥毛叶苕子生育期间总体来看，无论是复种绿肥的85 C + 15 G，70 C + 30 G，55 C + 45 G，40 C + 60 G处理，还是无复种绿肥的CK，100 C处理土壤中全碳的含量均有大幅度提升。

3.4. 麦后复种绿肥不同处理土壤硝态氮

3.4.1. 麦后复种绿肥不同处理土壤硝态氮

在麦后复种绿肥模式中，小麦生育期绿肥替代化肥处理会提高土壤硝态氮的利用率(图4)，复种绿肥生育过程中可帮助土壤重新储存硝态氮，在小麦成熟期85 C + 15 G，70 C + 30 G，55 C + 45 G，40 C + 60 G与CK处理差异及显著，与100 C处理土壤表层硝态氮含量差异显著，相较于100 C处理，土壤硝态氮含量分别减少67.3%，66.9%，63.7%，63.8%。在绿肥盛花期，85 C + 15 G，70 C + 30 G，55 C + 45 G，40 C + 60 G与CK，100 C处理差异显著，相较于100 C处理，土壤硝态氮含量分别增加65.1%，69.9%，1.03%，0.52%，相比较小麦成熟期与绿肥盛花期土壤硝态氮含量，CK，100 C处理中土壤硝态氮含量有明显降低，分别减少9.36 mG/KG，11.71 mG/KG，85 C + 15 G，70 C + 30 G，55 C + 45 G，40 C + 60 G处理中土壤硝态氮含量有明显升高，升高幅度在5.82 mG/KG~10.30 mG/KG，绿肥生育期间，闲置CK，100 C处理土壤中硝态氮含量有明显下降，分别降低9.36 mG/KG，11.71 mG/KG。由此可得在小麦生育期，绿肥配施化肥处理的小麦更容易吸收土壤中硝态氮，从图中明显看出复种绿肥与闲置土壤硝态氮含量的变化，复种绿肥后土壤中硝态氮含量明显升高，所以毛叶苕子生育期根系有利于土壤中硝态氮的储存。

Figure 4. Soil nitrate nitrogen content of green manure at maturity and bloom stage of wheat

图4. 小麦成熟期绿肥盛花期土壤硝态氮含量

3.4.2. 麦后复种绿肥不同处理土壤铵态氮

Figure 5. Soil ammonium nitrogen content of green manure at maturity and bloom stage of wheat

图5. 小麦成熟期绿肥盛花期土壤铵态氮含量

在麦后复种绿肥模式中，小麦收获期各施肥处理土壤铵态氮含量与CK处理无明显差异(图5)，但施肥处理土壤铵态氮含量均高于CK处理中土壤铵态氮含量，在绿肥盛花期，55 C + 45 G处理显著高于100 C处理土壤铵态氮含量，其他处理均无显著性，但绿肥替代化肥处理比传统施肥处理土壤铵态氮都高，相比较小麦成熟期与绿肥盛花期每个处理之间土壤铵态氮含量，CK，85 C + 15 G，70 C + 30 G，55 C + 45 G，40 C + 60 G各处理土壤铵态氮含量比小麦成熟期铵态氮含量均有降低，在施肥处理中，100 C处理土壤铵态氮含量减少最多，绿肥处理相比较100 C处理土壤中铵态氮的含量损失会慢一些。说明，在复种绿肥时期，无论是闲置的CK，100 C处理还是复种绿肥的85 C + 15 G，70 C + 30 G，55 C + 45 G，40 C + 60 G均会消耗土壤中铵态氮的含量，这个时期是土壤铵态氮含量降低的时期。

3.5. 麦后复种绿肥不同处理土壤酶活性

3.5.1. 麦后复种绿肥不同处理土壤脲酶活性

Figure 6. Soil urease activity of green manure at maturity and bloom stage of wheat

图6. 小麦成熟期绿肥盛花期土壤脲酶活性

在麦后复种绿肥模式中，通过小麦成熟期，绿肥盛花期土壤中脲酶活性发现添加肥料均能提升土壤中脲酶活性(图6)，两个时期70 C + 30 G处理的脲酶含量均最高，绿肥替代量梯度提升到30%，土壤脲酶活性随绿肥量逐渐加强，超过30%后，绿肥量再次增加土壤脲酶活性反而会有下降的趋势，小麦成熟期绿肥替代处理土壤的脲酶活性均显著高于CK处理，85 C + 15 G处理与100 C处理土壤的脲酶活性差显著，70 C + 30 G处理与100 C处理土壤的脲酶活性差异极显著，当绿肥替代量达到30%时，比100 C处理土壤的脲酶活性高10.5%，土壤的脲酶含量为3.50 mg/d/g，但绿肥替代化肥处理土壤脲酶活性均高于当地传统施肥，85 C + 15 G，70 C + 30 G，55 C + 45 G，40 C + 60 G处理土壤脲酶活性比100 C处理分别提升6.5%，10.5%，3.0%，1.8%。绿肥盛花期土壤脲酶活性中可知，85 C + 15 G，70 C + 30 G，55 C + 45 G，40 C + 60 G处理土壤脲酶活性显著高于空白对照CK，30%绿肥替代量处理的土壤中脲酶活性最强，土壤中脲酶含量为3.86 mg/d/g，绿肥替代化肥处理相比较传统施肥处理的土壤土壤脲酶活性均有所升高，上升幅度在3.8%~16.4%，相比较两个时期土壤中脲酶的活性，绿肥毛叶苕子生育期均可增加土壤中脲酶活性，闲置期的CK，100 C处理土壤中脲酶活性也有略微提升，且两个时期土壤中脲酶活性有相近的趋势。

3.5.2. 麦后复种绿肥不同处理土壤过氧化氢酶活性

Figure 7. Soil peroxidase activity of green manure at maturity and bloom stage of wheat

图7. 小麦成熟期绿肥盛花期土壤过氧化氢酶活性

麦后复种绿肥对土壤过氧化氢酶有一定的影响(图7)，从小麦成熟期绿肥盛花期测得的土壤过氧化氢酶活性中可得100 C处理比CK处理土壤过氧化氢酶活性有略微下降趋势，两个时期土壤过氧化氢酶活性最高为70 C + 30 G处理，两个时期70 C + 30 G处理过氧化氢酶含量分别为7.81 ml/g，8.20 ml/g。在小麦成熟期测得的土壤酶活性中可知，70 C + 30 G处理与100 C，85 C + 15 G处理土壤过氧化氢酶活性差异显著，替代化肥处理的85 C + 15 G，70 C + 30 G，55 C + 45 G，40 C + 60 G处理相比较传统施肥100 C处理土壤过氧化氢酶活性均有所提高，分别提高0.2%，10%，7.6%，4.2%。在绿肥盛花期测得的土壤酶活性中可知，70 C + 30 G处理与100 C处理土壤过氧化氢酶活性差异显著，替代化肥处理的85 C + 15 G，70 C + 30 G，55 C + 45 G，40 C + 60 G处理相比较传统施肥100 C处理土壤过氧化氢酶活性均有所提高，分别提高2.8%，5.4%，4.5%，4.1%，从图中可以看出，无论是作为绿肥生育期闲置的100 C和CK处理，还是复种绿肥的85 C + 15 G，70 C + 30 G，55 C + 45 G，40 C + 60 G处理相比较小麦成熟期测得的土壤过氧化氢酶活性均有不同程度的提高，由此可得，土壤闲置与复种绿肥都可增强土壤中过氧化氢酶的活性。

4. 讨论

4.1. 绿肥替代化肥对小麦产量的影响

2023年较2022年产量相比有下降趋势，这与长期定位实验田综合地力下降有关，与刘学彤[13]和高杰军[14]研究结果一致，其原因可能是随时间年限增加，土壤供肥能力下降，本实验得出，在绿肥量达到45%后，小麦的产量相比于其他绿肥化肥配施处理会减产，配施绿肥处理比当地传统施肥增产11.7%~25.1%，平均增产18.4%，两年绿肥替代化肥在15%~30%时产量相比于当地传统施肥产量高且稳定。对于小麦籽粒秸秆的养分含量，不同处理对小麦的籽粒和秸秆的养分影响微乎其微，有研究表明[15]小麦籽粒硝酸还原酶活性随氮肥用量的增加而提高，籽粒氮含量也会随氮素用量的增加而增加原因，本试验中测得各处理中籽粒全氮含量无明显差异相一致，本实验是以等氮条件下绿肥替代化肥为试验，施入麦田氮含量是相同的，所以各处理中小麦秸秆籽粒中测得的全氮含量直接无差异。

4.2. 绿肥替代化肥对土壤全氮的影响

小麦收获后复种绿肥毛叶苕子后，无论有无毛叶苕子种植的土壤全氮，有机质，全碳含量均有提升，且有毛叶苕子种植处理的土壤中全氮，有机质，全碳含量高于无毛叶苕子种植。土壤有机质，全氮是土壤供肥能力的一项重要指标，而利用有机肥部分替代化肥是一种有效的提高土壤供肥能力的措施。田想[16]和吴茜虞[17]研究中表明绿肥或有机肥替代化肥可有效减少种植成本，提高土壤全氮有，机质，全碳含量，这与本研究的结果一致。本研究中采用的绿肥是一种清洁的有机肥源，含有丰富的氮源，毛叶苕子腐解过程可增加土壤全氮、有机质，全碳含量，改良土壤养分结构进而提高土壤供肥能力。且已有研究表明，绿肥配施化肥可显著提升土壤中全氮含量[18]，这与本研究结果一致，绿肥毛叶苕子配施化肥作为底肥的施入对土壤全氮含量有增加趋势，且本研究还发现绿肥不同的替代比例会对土壤全氮含量产生一定的影响，本研究以40 C + 60 G处理土壤全氮含量最高，为1.66 g/kg，其原因可能是绿肥提供的氮素可更好的留在土壤中，既减少麦田N₂O排放，又提高了土壤的供肥能力，所以绿肥毛叶苕子确实可以替代部分常规施氮肥的一部分，并且不会降低土壤的养分，从而达到减施化学氮的目的。

本试验中小麦成熟期绿肥配施化肥处理土壤硝态氮含量显著低于无绿肥配施处理的土壤，复种绿肥毛叶苕子后有毛叶苕子种植的土壤中硝态氮含量均有大幅度升高，无毛叶苕子种植的土壤中硝态氮含量反而会将低，而且土壤中铵态氮的差异无显著性，这与韩梅[19]的研究施肥土壤0~20 cm硝态氮含量差异显著研究结果一致，而无绿肥毛叶苕子种植的土壤中硝态氮含量下降，这与樊军[20]在陕西做的长期定位试验研究结果一致，硝态氮的变化可能是因为无绿肥种植的土壤中由于长时间的土壤空闲，土壤中本矿化成的硝态氮随灌水，雨水淋溶向土壤深层移动，使土壤浅层的硝态氮含量降低，而毛叶苕子种植的土壤中硝态氮含量没有降低反而升高，说绿肥毛叶苕子根系的固氮作用，既能固定土壤中的硝态氮，还能为土壤提供硝态氮，所以有毛叶苕子种植的土壤中硝态氮含量会升高。小麦成熟期与绿肥盛花期测个麦田中土壤中铵态氮的含量无差异，相比较绿肥成熟期有无绿肥种植的土壤相比较小麦成熟期土壤中铵态氮含量均有所降低，这与苗艳芳[21]和孙亚斌[22]的研究结果一致，硝铵态氮是旱地土壤中作物主要吸收的养分，绿肥毛叶苕子的种植对土壤中铵态氮的需求量较高，从而在绿肥生育期间降低了土壤中铵态氮的含量，来年种植小麦时，绿肥毛叶苕子配施化肥时，绿肥分解后在土壤微生物的作用下，将土壤中的有机氮转化为无机氮供作物生长发育。

农田土壤中生物酶的活性对土壤中氮素的循环和作物根系养分的供给有重要影响，土壤中脲酶的过氧化氢酶的活性对农田温室气体的排放密切相关。通过研究本试验中脲酶和过氧化氢酶活性中可得，在小麦成熟期，绿肥毛叶苕子替代化肥处理土壤的两种酶中，都呈现出先上升后下降的趋势，且两种酶在70 C + 30 G处理中活性最高，在绿肥毛叶苕子盛花期两种酶也呈现出先上升后下降的趋势，70 C + 30 G处理中活性最高，由此可得脲酶和过氧化氢酶在绿肥替代化肥量在一定的范围内有上升趋势，达到峰值后绿肥量再升高土壤中脲酶和过氧化氢酶的活性反而会有所降低，这与秦玮玺[23]和李潮海[24]的研究结果一致，结果表明绿肥的施加量对土壤中脲酶和过氧化氢酶的活性在一定范围内可以刺激这两种酶的活性，绿肥毛叶苕子盛花期相比较小麦成熟期测得土壤脲酶和过氧化氢酶活性均有所提高，毛叶苕子种植期间，有无毛叶苕子种植的土壤中酶活性均有升高，且脲酶体现出绿肥参与处理的土壤相比较无绿肥参与的土壤脲酶活性差异显著，但毛叶苕子种植的土壤相比较无毛叶苕子种植的CK和100 C处理的土壤中两种酶的活性会更高，所以说明绿肥替代化肥处理的小麦生育期，还是绿肥种植期，绿肥参与的土壤中土壤酶活性会更高，无论是绿肥作为配施化肥的肥料还是作为农田作物都有利于提升土壤中脲酶和过氧化氢酶的活性。

5. 结论

本实验麦后复种绿肥对土壤中有机质、全氮、全碳和硝态氮含量均有不同程度增加，绿肥种植也能增加土壤中脲酶和过氧化氢酶的活性，70 C + 30 G处理中小麦成熟期，绿肥盛花期酶活性达到了最高，结合2022年2023年小麦平均产量，处理70 C + 30 G平均产量最高，为4821 kg/hm²，所以在西北灌区麦后复种绿肥这个模式中，搭配70%化肥氮 + 30%绿肥氮处理效果最佳，可同时土壤酶活性最高作物经济最好，达到双赢的目的。

基金项目

国家现代农业产业技术体系项目(CARS-22)；国家重点研发计划项目(2021YFD1700204)。

NOTES

^*通讯作者。