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利用绿肥作为减少化学肥料施用量的替代办法被认为是一种绿色农业方式。农业生态系统中的绿肥作物可以提供多种生态系统服务,包括改善土壤质量、养分循环、虫害抑制和提高作物生产力等。利用绿肥作为减少化学肥料施用量的替代办法被认为是一种绿色农业种植方式。然而,不同绿肥植物功能性状存在着差异,进而对土壤生态功能产生不同的影响,因此了解绿肥性状和生态功能之间的关系可为今后利用其关键功能性状预测和调控农田生态系统服务功能奠定基础。本研究通过分析18种绿肥植物功能性状的差异及其对农田土壤生态功能(即土壤性质、土壤微生物群落和玉米生长)的影响,探究绿肥植物功能性状在绿肥多功能性上的价值,结果表明:
(1)不同绿肥植物功能性状存在着显著的差异,十字花科(雪里蕻)的株高最大,豆科(紫花苜蓿(中国))株高最小;豆科绿肥(草木樨)的叶绿素相对含量最高,十字花科(芜菁甘蓝)叶绿素相对含量最低;禾本科绿肥的地上部植株生物量要高于其它科绿肥;植株含水量最高的为豆科(白三叶草);禾本科绿肥通常具有较高的根系生物量,不同绿肥作物地上部茎叶和根系的养分浓度没有达到显著差异。
(2)不同绿肥作物在不同时期(即绿肥生长期、翻压腐解期和玉米生长期)对土壤性质的影响存在着差异。在绿肥生长期,具有庞大根系的禾本科绿肥通常能够降低土壤的含水量、容重和最大持水量,增加土壤的孔隙度、pH和有机碳含量。富含氮的豆科绿肥和十字花科绿肥普遍能够增加土壤含水量和土壤孔隙度,降低土壤容重和最大持水量,增加土壤全氮含量。供试绿肥作物均能显著降低绿肥生长期和玉米生长期的土壤硝态氮含量,其中禾本科的效果最佳。在绿肥翻压腐解期,绿肥残体的分解和转化通常能够增加土壤含水量、土壤电导率,降低土壤最大持水量、增加土壤pH。在玉米生长期,绿肥通常能够增加土壤的含水量、最大持水量、孔隙度、电导率以及全氮全磷含量,降低土壤容重。
(3)在绿肥翻压后的玉米生长期,不同绿肥均能够增加玉米籽粒产量、地上部和地下部生物量,其中光叶苕子对产量影响最大。玉米籽粒产量主要与绿肥根系含氮量、氮吸收率存在正相关。玉米地上部生物量主要与绿肥含氮量存在正相关。综上,绿肥的含氮量将影响玉米的生长。
(4)玉米籽粒产量主要与绿肥生长期的土壤有机碳含量、孔隙度和绿肥翻压腐解期土壤含水量有关。而玉米地上部生物量主要与绿肥生长期土壤全氮、含水量和绿肥腐解期土壤速效磷、电导率以及玉米生长期土壤速效磷、全氮有关。而玉米根系生物量主要与绿肥生长期土壤有机碳、孔隙度、含水量和绿肥翻压腐解期土壤速效磷、含水量、电导率以及玉米生长期土壤有机碳、电导率有关。可见,绿肥作物对土壤有机碳和土壤物理性质的影响是其发挥土壤生态功能的基础,今后应加强土壤生物学性状的分析,以弥补有关绿肥调控土壤生物机制的认识。
综上,绿肥能够提供多种生态系统服务,但不同绿肥植物功能性状存在着差异,因而对土壤性质和生态过程的影响也不同,且这种效应会一直持续影响到主作物的生长,因此在农业生态系统中根据绿肥功能性状和功能发挥进行种类选择有助于发挥特定的目标性生态系统服务。总之,将绿肥植物功能性状与生态系统功能结合起来有助于揭示绿肥在促进农业生态系统功能服务的机制,充分了解绿肥种类介导的功能以促进绿肥在农业生态系统中发挥更重要的价值。
(1)不同绿肥植物功能性状存在着显著的差异,十字花科(雪里蕻)的株高最大,豆科(紫花苜蓿(中国))株高最小;豆科绿肥(草木樨)的叶绿素相对含量最高,十字花科(芜菁甘蓝)叶绿素相对含量最低;禾本科绿肥的地上部植株生物量要高于其它科绿肥;植株含水量最高的为豆科(白三叶草);禾本科绿肥通常具有较高的根系生物量,不同绿肥作物地上部茎叶和根系的养分浓度没有达到显著差异。
(2)不同绿肥作物在不同时期(即绿肥生长期、翻压腐解期和玉米生长期)对土壤性质的影响存在着差异。在绿肥生长期,具有庞大根系的禾本科绿肥通常能够降低土壤的含水量、容重和最大持水量,增加土壤的孔隙度、pH和有机碳含量。富含氮的豆科绿肥和十字花科绿肥普遍能够增加土壤含水量和土壤孔隙度,降低土壤容重和最大持水量,增加土壤全氮含量。供试绿肥作物均能显著降低绿肥生长期和玉米生长期的土壤硝态氮含量,其中禾本科的效果最佳。在绿肥翻压腐解期,绿肥残体的分解和转化通常能够增加土壤含水量、土壤电导率,降低土壤最大持水量、增加土壤pH。在玉米生长期,绿肥通常能够增加土壤的含水量、最大持水量、孔隙度、电导率以及全氮全磷含量,降低土壤容重。
(3)在绿肥翻压后的玉米生长期,不同绿肥均能够增加玉米籽粒产量、地上部和地下部生物量,其中光叶苕子对产量影响最大。玉米籽粒产量主要与绿肥根系含氮量、氮吸收率存在正相关。玉米地上部生物量主要与绿肥含氮量存在正相关。综上,绿肥的含氮量将影响玉米的生长。
(4)玉米籽粒产量主要与绿肥生长期的土壤有机碳含量、孔隙度和绿肥翻压腐解期土壤含水量有关。而玉米地上部生物量主要与绿肥生长期土壤全氮、含水量和绿肥腐解期土壤速效磷、电导率以及玉米生长期土壤速效磷、全氮有关。而玉米根系生物量主要与绿肥生长期土壤有机碳、孔隙度、含水量和绿肥翻压腐解期土壤速效磷、含水量、电导率以及玉米生长期土壤有机碳、电导率有关。可见,绿肥作物对土壤有机碳和土壤物理性质的影响是其发挥土壤生态功能的基础,今后应加强土壤生物学性状的分析,以弥补有关绿肥调控土壤生物机制的认识。
综上,绿肥能够提供多种生态系统服务,但不同绿肥植物功能性状存在着差异,因而对土壤性质和生态过程的影响也不同,且这种效应会一直持续影响到主作物的生长,因此在农业生态系统中根据绿肥功能性状和功能发挥进行种类选择有助于发挥特定的目标性生态系统服务。总之,将绿肥植物功能性状与生态系统功能结合起来有助于揭示绿肥在促进农业生态系统功能服务的机制,充分了解绿肥种类介导的功能以促进绿肥在农业生态系统中发挥更重要的价值。