磷是植株生长发育必需的营养元素之一，对植株的组织代谢及产量形成发挥着重要的作用[1]。研究表明，植株吸收的磷素55%～75%来自于土壤，25%～45%来自于肥料[2]。而施入土壤中的磷素会形成难溶性化合物，不易被植株吸收利用[3]，降低了磷肥利用率。已有研究表明，磷肥施入土壤后当季利用率仅为10%左右[4]。农耕期间还存在磷肥过量施用的现象，造成了水体富营养化和土壤污染等问题[5]，且全球磷矿总量有限，因此，提高磷肥利用率已经成为亟待解决的问题。
绿肥是一种良好的绿色肥料，是将植物体部分或全部就地翻压到土地中作肥料的绿色植物体[6]，通过翻压绿肥，可以改善土壤结构环境，提高土壤肥力，进而提高后茬作物产量[7]。我国对绿肥的研究源远流长，是最早种植绿肥的国家[8]，现已取得丰硕成果。邓小华等[9]田间定位试验得出，翻压绿肥后的土壤容重降低，土壤全氮、全磷、全钾等有效养分含量显著增加；王珂[10]将不同施肥方式与绿肥翻压相结合后发现，翻压绿肥可明显提高土壤中碱解氮、有效磷及有机质等含量；何春梅等[11]通过试验发现，若将绿肥进行翻压，可减少化肥用量，提高土壤酸性磷酸酶的活性。由于绿肥种类较多，因此，翻压后对土壤性质和作物产量等影响不同[12]。春油菜是十字花科绿肥，具有生物量大、易腐熟等特点，根系会分泌苹果酸、柠檬酸等有机酸，有利于土壤中难溶性钙磷、铁磷及铝磷的溶解活化[13]，能够有效增加土壤中速效磷的含量、促进土壤良性循环[14-15]。春播油菜作绿肥，不仅可以减少化肥施用量[16]，还可以减少土壤养分流失。
目前，在我国南方，尤其是华南地区对油菜绿肥的种植翻压方法及对土壤性质和后茬作物产量等[17]方面的研究较多，但在北方对绿肥种植翻压等研究较少，尤其在春油菜植株磷素与土壤磷及后茬作物吸收磷的情况等关系的研究鲜见报道。因此，本试验在华北地区潮土上，种植9 个春油菜品种，并对不同春油菜品种的生物量、磷含量，及其翻压后对土壤磷及后茬玉米吸收磷的情况等的差异进行了比较，旨在筛选出活化土壤磷素，提高后茬玉米产量及磷含量的春油菜品种，为华北地区合理种植绿肥、提高土壤磷素有效利用提供新的思路。
1 材料和方法
1.1 试验地点
试验地点位于天津市宁河区林场(117.82°E，39.33°N)。气候类型属于暖温带半湿润大陆季风型气候。该地区年平均气温11.2 ℃，平均湿度66%，最低气温出现在1月，平均为-5.8 ℃，最高气温出现在7月，平均为25.7 ℃。年平均降水量642 mm，降水量70%集中在6-8月，全年无霜期240 d。
1.2 试验材料
供试土壤为潮土，0～20 cm的耕层土壤养分和化学性质见表1。供试绿肥有9个不同的油菜品种，分别为中油肥1、中油肥2、中油肥1802、中油肥1804、中油肥1901、中油肥1903、中油肥1904、中油肥1906、中油肥1907，代号分别为Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9，由天津市农业科学院农业资源与环境研究所提供。
表1 土壤养分和化学性质
Tab.1 Soil nutrients and chemical properties
处理Treatment有机质/(g/kg)Organic matter全氮/(g/kg)Total nitrogen全磷/(g/kg)Total phosphorus全钾/(g/kg)Total potassium碱解氮/(mg/kg)Alkaline nitrogen 速效磷/(mg/kg)Availablephosphorus速效钾/(mg/kg)Available potassium酸碱度Potential of hydrogen电导度/(μS/cm)EC基础土样14.14±0.040.96±0.010.36±0.0123.59±0.0165.06±0.0131.63±0.01127.78±0.008.01±0.01222.00±0.15Foundation soil sample
1.3 试验设计
采用田间小区试验，本试验共设置10个处理，Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9共9个油菜品种处理，春季闲田作为对照(CK)，每组试验设置3次重复。每个小区面积133.34 m2，共1 333.4 m2。油菜于2019 年3 月18日播种，采用条播，每个品种播种量为9 kg/hm2，行距25～30 cm，并于6月8日进行翻压。翻压后种植玉米(众信516)，每公顷种植75 kg，玉米种植前每个小区施底肥，施氮量为90.71 kg/hm2(尿素)、施钾量为76.57 kg/hm2(氯化钾)、施磷量为93.24 kg/hm2(二铵)。
1.4 取样方法
绿肥翻压前，每个品种分别取3个样方，每个样方1 m2(1 m×1 m)，测定植株生物量，并取代表性根系鲜样(质量不少于150 g)和地上部分鲜样(质量不少于200 g)，用于测定全磷含量；未种油菜前，在每个小区多点取0～20 cm耕层混合土样作为基础土样，测定土壤养分等指标；在种植油菜未翻压前(5月25日)，在不同小区中采用多点法取0～20 cm混合土样，油菜翻压后种植玉米，在玉米生长期的7月5日、8月16日和玉米收获后的9月29日，分别在不同小区采用多点法取0～20 cm混合土样，在实验室风干制备进行4个时期土壤中速效磷测定，并测定9月29日土壤全磷含量、pH值和碱性磷酸酶活性；玉米收获时每个处理取9株植物样品进行全磷含量测定，并进行考种测产，每组试验设置3次重复。
1.5 测定及数据统计方法
参考鲍士旦[18]的方法测定土壤养分等指标；植物样通过浓硫酸-过氧化氢消煮，钒钼黄比色法测定全磷，参考Bowman等[19]的方法测定有机磷总量。
采用Excel和SPSS软件进行数据统计及相关性分析。
2 结果与分析
2.1 不同春油菜品种生物量及全量养分的差异
由表2可知，不同春油菜品种的生物量及其养分含量不同。在油菜生物量的测定中，Z5品种的生物量显著高于除Z4、Z9以外的其他品种；在春油菜全磷的测定中，Z1品种的全磷含量显著低于Z4、Z5处理，不同春油菜品种全磷含量波动范围为0.07～0.09 g/kg；油菜总磷是指每公顷春油菜可提供的全磷含量，用于评价每公顷春油菜的供磷能力，含量较高的春油菜品种为Z5((1.31±0.01)kg/hm2)、Z4((1.28±0.04)kg/hm2)、Z9((1.14±0.05)kg/hm2)，其中Z5、Z4显著高于除Z9外的其他品种(P<0.05)。
表2 不同春油菜品种生物量及磷含量的差异
Tab.2 Differences of biomass and phosphorus content of different spring Brassica campestris L. varieties
处理Treatment生物量/(kg/hm2)Biomass全磷/(g/kg)Total phosphorus油菜总磷/(kg/hm2)Total phosphorus per hectare of rapeCK---Z14 688.58±239.85de0.07±0.00b0.72±0.03cdZ25 888.42±616.32bc0.08±0.00ab1.03±0.06bZ34 584.25±629.25de0.07±0.02ab0.74±0.09cdZ46 577.02±539.16ab0.09±0.04a1.28±0.04aZ57 166.50±521.88a0.08±0.01a1.31±0.01aZ63 746.98±140.99ef0.07±0.01b0.57±0.03dZ74 918.12±263.22cd0.08±0.03ab0.85±0.05cZ84 881.60±326.28cd0.07±0.01ab0.82±0.02cZ96 457.03±759.13ab0.08±0.02ab 1.14±0.05ab
注：不同小写字母表示各处理间差异显著(P<0.05)。表3同。
Note：Different lowercase letters indicate significant difference(P <0.05).The same as Tab.3.
2.2 不同春油菜品种翻压对土壤中磷素含量的影响
2.2.1 不同春油菜品种翻压后土壤中全磷含量的影响 春油菜种植及翻压过程对土壤中全磷的含量起到了直接或间接的作用，图1为不同春油菜品种翻压对土壤全磷含量的影响(根据土壤养分丰缺标准进行评级)。试验田基础土样全磷含量仅为(0.36±0.01)g/kg，经过翻压后，各春油菜品种翻压后的土壤全磷含量均超过0.4 g/kg，且均高于CK，其中，Z5品种土样((1.06±0.01)g/kg)达到土壤全磷一级标准，Z4、Z9品种土样达到二级标准(0.8～1.0 g/kg)，Z2、Z3、Z7和Z8品种土样达到三级标准(0.6～0.8 g/kg)，Z1、Z6品种土样达到四级标准(0.4～0.6 g/kg)。由图1可知，各品种之间差异显著，除CK外，最高值与最低值之间相差了(0.59± 0.01)g/kg。
2.2.2 不同春油菜品种翻压对土壤中速效磷含量的影响 由图2可知，翻压前(5月25日)Z5、Z4、Z9、Z2、Z7、Z8各处理土壤中，速效磷含量之间没有显著性差异，但Z4、Z5、Z9显著高于Z1、Z3、Z6、CK处理。在翻压春油菜1个多月后(7 月5 日)，Z5、Z9、Z4、Z7、Z2各处理土壤中，速效磷含量之间没有显著性差异，但Z4、Z5、Z9、Z7显著高于Z1、Z3、Z6、Z8、CK处理。在翻压春油菜2个月后(8 月16 日)测得的各处理土壤中速效磷含量，Z5显著高于其他处理；在收获期(9月29日)测得的各处理土壤中速效磷含量Z5、Z9、Z4之间没有显著性差异，但显著高于其他各处理。翻压春油菜后，土壤速效磷含量均值在18.41～28.56 mg/kg，且将均值由大到小排序后，Z1、Z3、Z6之间没有显著性差异，且顺序处于较后的位置。比较翻压春油菜后3个时期测定的土壤速效磷含量可发现，Z4、Z5和Z9处理土壤中速效磷含量均处于前列，它们三者之间没有显著性差异。在未翻压绿肥前，Z4和Z5处理的土壤中速效磷含量分别低于种植油菜前(表1)的9.32%和8.44%。在收获期(9月29 日)Z4和Z5处理土壤中速效磷含量较种植油菜前(表1)提高了9.73%和2.27%，不同时期除CK以外，Z3和Z6处理的土壤中速效磷含量均较低(P<0.05)。
不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。图2-7同。
Different lowercase letters indicate significant difference(P<0.05).The same as Fig.2-7.
图1 不同春油菜品种翻压对土壤中全磷含量的差异
Fig.1 Differences of total phosphorus content in soil overturn of different spring Brassica campestris L. varieties
在翻压后收获期的各处理中，Z4、Z5、Z9、Z2、Z7的土壤速效磷量超过20 mg/kg，达到二级标准，其他品种的土壤速效磷量均超过10 mg/kg，达到三级标准。
图2 不同春油菜品种翻压后土壤中速效磷含量的差异
Fig.2 Differences of available phosphorus content in soil overturn of different spring Brassica campestris L. varieties
2.2.3 不同春油菜品种翻压对土壤总有机磷含量的影响 不同春油菜品种翻压后，土壤中总有机磷含量见图3。土壤中总有机磷含量较高的为Z7((164.73±0.25)mg/kg)、Z8((164.32±0.15)mg/kg)、Z2((163.01±0.22)mg/kg)、Z3((161.92±0.23)mg/kg)、Z9((155.61±0.35)mg/kg)、Z1((143.88±0.32)mg/kg)、Z6((142.43±0.23)mg/kg)，这7个处理之间没有显著性差异，其中Z2、Z7、Z8、Z9显著高于Z4、Z5和CK(P<0.05)。翻压后，土壤中总有机磷含量均有所上升，最高值与最低值相差(36.75±0.04)mg/kg。
不同春油菜品种翻压后，土壤中总有机磷含量占土壤中全磷含量的百分比例分布情况见图4。由图4可知，在不同春油菜品种翻压后，土壤中总有机磷含量占全磷含量在13.66%～31.75%，其中Z1、Z3、Z6、Z7、Z8品种含量较高，且它们与CK之间没有显著性差异。
图3 不同春油菜品种翻压后土壤总有机磷含量
Fig.3 The soil total organic phosphorus content of different spring Brassica campestris L. varieties after overturning
图4 不同春油菜品种翻压后土壤总有机磷含量占全磷含量的比例
Fig.4 The proportion of soil total organic phosphorus content to total phosphorus content in different spring Brassica campestris L. varieties after overturning
2.3 不同春油菜品种翻压对土壤pH值的影响
不同春油菜品种翻压后对土壤pH值的影响见图5。由图5可知，不同春油菜品种翻压后，基础土样与CK的pH值相差较小，其他品种中土壤pH值均有所下降，下降量较多的为Z4(7.33±0.26)、Z5(7.28±0.18)、Z7(7.48±0.18)和Z9(7.35±0.16)，它们之间差异不显著(P>0.05)。
图5 不同春油菜品种翻压后对土壤pH值的影响
Fig.5 Effects of different spring Brassica campestris L. varieties on soil pH value after overturning
2.4 不同春油菜品种翻压对土壤中碱性磷酸酶含量的影响
由图6可知，Z5品种处理的碱性磷酸酶含量显著高于除Z4外的其他处理，除Z5、Z4以外的其他处理的碱性磷酸酶含量均小于8.00 μmol/(d·g)，含量最低的为Z6((4.45±0.84)μmol/(d·g))，且Z6高于CK处理，CK碱性磷酸酶含量为(4.37±0.61)μmol/(d·g)。表明翻压春油菜会增加土壤中碱性磷酸酶的含量，增加量较多的为Z5和Z4。
图6 不同春油菜品种翻压对土壤中碱性磷酸酶含量的影响
Fig.6 Effects of different spring Brassica campestris L. varieties on soil alkaline phosphatase content after overturning
2.5 不同春油菜品种翻压对后茬玉米磷含量的影响
表3为不同春油菜品种翻压后，后茬玉米磷含量的情况。由表3可知，玉米秸秆中全磷含量较高的为Z4((0.67±0.03)g/kg)、Z9((0.59±0.09)g/kg)和Z5((0.57±0.10)g/kg)，这3个处理之间无显著性差异，但均显著高于其他处理；且Z4、Z9、Z5的玉米秸秆含磷量分别是CK的5.33，4.72，4.53倍。
玉米籽粒中全磷含量较高的为Z5((0.48±0.06)g/kg)、Z4((0.44±0.08)g/kg)、Z9((0.41±0.02)g/kg)，3个处理间无显著性差异，但Z5和Z4显著高于除Z9外的其他6个处理。CK中的玉米籽粒含磷量最低，为(0.26±0.03)g/kg，显著低于翻压春油菜的所有处理。Z5、Z4、Z9的玉米籽粒含磷量分别是CK的1.85，1.70，1.59倍。
玉米全株吸磷量较高的为Z4((1.11±0.06)g/kg)、Z5((1.05±0.01)g/kg)、Z9((1.01±0.04)g/kg)，三者之间无显著性差异，但显著高于其他处理。CK的玉米全株吸磷量((0.39±0.06)g/kg)最低，Z4、Z5、Z9的玉米全株吸磷量分别比CK高(0.72±0.00)g/kg，(0.66±0.05)g/kg和(0.62±0.02)g/kg。
玉米含磷量较高的为Z4((17.01±0.08)kg/hm2)、Z5((16.41±0.03)kg/hm2)、Z9((13.05±0.06)kg/hm2)，最低的为CK((4.27±0.06)kg/hm2)；Z4、Z5、Z9之间无显著性差异，但Z4、Z5显著高于除Z9外的其他处理，且和玉米全株吸磷量大小排序对比发现，含量较高的均为Z4、Z5、Z9，且三者间差异均不显著。
因此，不同春油菜品种翻压，会提高后茬玉米的含磷量，秸秆中含磷量波动范围为0.15～0.67 g/kg，籽粒中含磷量波动范围为0.33～0.48 g/kg，玉米全株的含磷量波动范围为0.47～1.11 g/kg，玉米的含磷量波动范围为5.67～17.01 g/hm2。
表3 不同春油菜品种翻压土壤对后茬玉米磷含量的影响
Tab.3 Effects of different spring Brassica campestris L. varieties on phosphorus content of subsequent corn after overturning
处理Treatment玉米秸秆全磷含量/(g/kg)Total phosphorus content in corn stalks玉米籽粒全磷含量/(g/kg)Total phosphorus content in corn grains玉米全株吸磷量/(g/kg)Total phosphorus uptake of whole corn每公顷玉米含磷量/(kg/hm2)Phosphorus content per hectare of cornCK0.13±0.05c0.26±0.03d0.39±0.06d4.27±0.06eZ10.17±0.03bc0.39±0.05bc0.55±0.06c6.66±0.06cZ20.37±0.07b0.40±0.04bc0.77±0.08b9.64±0.09bZ30.15±0.01bc0.33±0.06c0.47±0.08c5.67±0.08dZ40.67±0.03a0.44±0.08a1.11±0.06a17.01±0.08aZ50.57±0.10a0.48±0.06a1.05±0.01a16.41±0.03aZ60.20±0.02bc0.35±0.03c0.54±0.04c6.95±0.06cZ70.32±0.09b0.39±0.04bc0.71±0.01bc8.36±0.03bcZ80.19±0.06bc0.39±0.03bc0.58±0.06c6.63±0.07cdZ90.59±0.09a0.41±0.02ab1.01±0.04a13.05±0.06ab
2.6 不同春油菜品种翻压对后茬玉米产量性状的影响
由图7可知，不同春油菜品种翻压后茬玉米秃尖长度整体波动范围在2.07～3.41 cm，长度较长的为CK((3.41±0.12)cm)，其次为Z8((3.03±0.08)cm)，CK显著高于各处理，Z8和除Z4、Z5以外的其他各处理间无显著性差异。玉米百粒质量较高的为Z5((44.81±0.68)g)和Z4((44.60±1.89)g)，Z5和Z4显著高于其他处理，但它们之间差异不显著；Z9((43.69±1.78)g)显著高于除Z4、Z5以外的其他处理；最低的为CK((36.91±2.13)g)。玉米产量较高的处理为Z5((15 634.70±1 201.92) kg/hm2)、Z4((15 321.82±2 150.29)kg/hm2)、Z9((12 931.07±2 787.86)kg/hm2)，三者之间差异不显著，但Z5和Z4显著高于除Z9外的其他6个处理，产量最低的为CK((11 070.50±2 259.57)kg/hm2)，玉米产量排名较高的(Z5、Z4、Z9)分别比最低的(CK)高(4 564.2±1 057.65)，(4 251.32±109.28)，(1 860.57±528.29)kg/hm2。
图7 不同春油菜品种翻压对后茬玉米产量性状的影响
Fig.7 Effects of different spring Brassica campestris L. varieties on yield and traits of subsequent corn after overturning
2.7 春油菜生物量及其全磷含量、玉米含磷量等与土壤磷素之间的关系
由表4可知，春油菜生物量、春油菜全磷含量、土壤全磷含量、土壤速效磷含量、土壤有机磷含量、土壤碱性磷酸酶含量、玉米全株吸磷量及玉米产量之间均呈显著或极显著正相关。由此可知，当春油菜本身生物量较大时，体内全磷含量也较高，将春油菜进行翻压后，提供了大量的有机磷，提高了土壤中全磷含量，通过碱性磷酸酶对有机磷的分解作用，进一步提高了土壤中速效磷的含量，使得在翻压春油菜后种植玉米时，土壤能够持续稳定提供速效磷，给玉米提供充足养分，进而增加玉米产量。
表4 春油菜生物量及其全磷含量和玉米含磷量等与土壤磷素之间的关系
Tab.4 Relationship between spring Brassica campestris L. varieties biomass and it’s total phosphorus content and corn phosphorus content with soil phosphorus
指标Index春油菜生物量Spring Brassica campestris L. biomass春油菜全磷Spring Brassica campestris L. phosphorus土壤全磷Soil total phosphorus土壤速效磷Soil available phosphorus土壤碱性磷酸酶Soil alkaline phosphatase土壤有机磷Soil organicphosphorus玉米全株吸磷量Total phosphorus uptake of whole corn玉米产量Corn yield春油菜生物量1.000Spring Brassica campestris L. biomass春油菜全磷0.883∗∗1.000Spring Brassica campestris L. total phosphorus土壤全磷0.967∗∗0.931∗∗1.000Soil total phosphorus土壤速效磷0.969∗∗0.905∗∗0.972∗∗1.000Soil available phosphorus土壤碱性磷酸酶0.914∗∗0.917∗∗0.943∗∗0.972∗∗1.000Soil alkaline phosphatase土壤有机磷0.945∗∗0.952∗∗0.980∗∗0.949∗∗0.941∗∗1.000Soil organic phosphorus玉米全株吸磷量0.938∗∗0.895∗∗0.924∗∗0.978∗∗0.942∗∗0.923∗∗1.000Total phosphorus uptake of whole corn玉米产量0.770∗0.730∗0.780∗0.820∗∗0.717∗0.743∗0.861∗∗1.000Corn yield
注：n=9，r0.05=0.707，r0.01=0.834；**.在 0.01 水平极显著相关；*.在 0.05 水平显著相关。
Note：n=9，r0.05=0.707，r0.01=0.834；**.Extremely significance at 0.01 level； * .Significance at 0.05 level.
3 讨论与结论
春油菜具有生物量大、含磷素较高的特点，作为绿肥翻压到土壤中后，会增加土壤中各类养分含量，业已证明，翻压生物量较大的绿肥时，绿肥体内磷素释放速率高于碳和氮[20]。由本试验结果可知，翻压春油菜可明显增加土壤中全磷含量，中油肥1804、中油肥1901、中油肥1907品种的生物量较高，翻压后土壤全磷含量最高的也为这3个品种。土壤中速效磷素容易固定，尤其是pH值较高的土壤，速效磷易被钙固定。近年来，由于磷肥的大量投入，土壤中全磷总量逐年增加，但磷素有效性却有所下降。本试验得出，翻压春油菜后土壤磷的有效性明显高于CK，原因可能是：①相关研究得出，施加有机酸后，土壤中固态磷会进行溶解[21]。本试验中，春油菜生长时，根系会分泌有机酸，将土壤中难溶态的钙磷等进行了分解。②土壤速效磷含量与土壤中碱性磷酸酶的含量呈极显著正相关，且翻压春油菜后，土壤中碱性磷酸酶的含量明显高于春季闲田土壤。③春油菜本身吸收了土壤中的磷，当其归还土壤后，通过矿化分解释放到土壤中，其腐解过程中又会产生苹果酸、柠檬酸等有机酸[12]，降低土壤pH值，溶解土壤中的钙磷。
本试验后茬作物为玉米，对磷素十分敏感[22]。不同春油菜品种翻压后种植玉米，玉米秸秆中磷含量、籽粒中磷含量、全株吸磷量及玉米含磷量均高于春季闲田土壤，说明翻压春油菜会提高玉米不同部位的磷含量。磷素会影响玉米的秃尖长短及淀粉的形成，进而影响玉米的品质和产量[23]。翻压春油菜后，中油肥1906品种和春季闲田种植出的玉米秃尖较长，剩余其他品种地中种出的玉米秃尖均较短；翻压春油菜后，中油肥1804、中油肥1901和中油肥1907种植出的玉米百粒质量较高，说明翻压中油肥1804、中油肥1901和中油肥1907后种植出的玉米在生长发育期间磷素供应充足；对比其他几个品种的产量发现，中油肥1804、中油肥1901和中油肥1907种植出的玉米的产量排名也居于前列。
综上所述，翻压春油菜会增加土壤中的磷素含量，且会将土壤中难溶态磷素进行分解转化，使得土壤中速效磷含量增加，进而提高玉米的品质和产量。对比不同春油菜品种，中油肥1804、中油肥1901、中油肥1907的生物量较大，植株体内磷素含量高，且对后茬作物玉米的品质与产量都具有明显的提升，因此，推选中油肥1804、中油肥1901和中油肥1907为华北地区适宜种植的春油菜品种。
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