四種禾本科牧草對(duì)官?gòu)d水庫(kù)庫(kù)濱荒地的培肥效應(yīng)研究

肖波，武菊英，王慶海，堯水紅

（北京市農(nóng)林科學(xué)院 北京草業(yè)與環(huán)境研究發(fā)展中心，北京100097）

官?gòu)d水庫(kù)是北京市主要飲用水源之一，其設(shè)計(jì)庫(kù)容41.6億m3，水庫(kù)面積4.34萬km2［1］，但由于長(zhǎng)期持續(xù)干旱和上游工農(nóng)業(yè)用水量的急劇增加，水庫(kù)存水量不斷縮減，目前僅為1億m3左右。水庫(kù)水位下降后使原有庫(kù)岸大面積露出水面成為荒灘、荒坡地。水庫(kù)所處地區(qū)常年多風(fēng)，加之荒地土壤多為沙土、結(jié)構(gòu)松散，因此大面積荒地的存在極易產(chǎn)生沙塵、危害當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。不僅如此，在人口和糧食矛盾日益加劇的背景下，大面積荒地的廢棄也是對(duì)土地資源的一種嚴(yán)重浪費(fèi)?；谝陨显?，官?gòu)d水庫(kù)庫(kù)濱荒地的有效治理和合理利用已經(jīng)成為當(dāng)?shù)卣退畮?kù)管理部門的重要任務(wù)之一。

我國(guó)研究者對(duì)荒地治理已經(jīng)進(jìn)行了較多研究，這些研究大多關(guān)注荒地自然恢復(fù)過程中的植被多樣性變化以及對(duì)土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)的影響。例如：張國(guó)禎等［2］針對(duì)北京郊區(qū)荒灘荒地的研究認(rèn)為喬灌草復(fù)合結(jié)構(gòu)更能有效防風(fēng)固沙并改善林下小氣候；肖輝杰等［3］對(duì)北京市延慶縣龍慶峽荒灘恢復(fù)初期的植被和土壤特征變化進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)荒灘恢復(fù)過程中群落物種的豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)、多樣性指數(shù)均比恢復(fù)前顯著提高，且植被恢復(fù)使土壤理化性質(zhì)顯著改善。邱莉萍等［4］在云霧山研究發(fā)現(xiàn)，酶活性與土壤有機(jī)碳呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，并認(rèn)為土壤酶活性可敏感揭示植被恢復(fù)過程中的土壤肥力變化。戴全厚等［5，6］在黃土高原安塞地區(qū)的研究表明，植被恢復(fù)過程中土壤大團(tuán)聚體、水穩(wěn)性大團(tuán)聚體以及有機(jī)質(zhì)、全氮、水解氮、速效鉀、微生物量和土壤呼吸強(qiáng)度等均顯著增加。除此以外，還有學(xué)者研究了新技術(shù)和新方法在荒地植被建設(shè)中的作用與效果［2，7－10］。在荒地治理過程中，草類植被能快速覆蓋地表，具有防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源、保持水土、凈化空氣等多種生態(tài)功能［11］，是荒地治理的重要技術(shù)手段［12］，而優(yōu)質(zhì)牧草不僅具有較好的生態(tài)功能，還可同時(shí)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。因此，將優(yōu)質(zhì)牧草用于荒地治理可同時(shí)兼具較好的生態(tài)效益和一定的經(jīng)濟(jì)效益，可能是荒地治理的一種更好模式。

在前人草種篩選的基礎(chǔ)上［13－15］，本研究選擇葦狀羊茅（Festucaarundinacea）、老芒麥（Elymussibiricus）、無芒雀麥（Bromusinermis）和草地雀麥（Bromusriparius）4種抗旱、抗寒且保水保土效果較好的優(yōu)質(zhì)禾本科牧草，于北京市延慶縣境內(nèi)的官?gòu)d水庫(kù)庫(kù)濱地區(qū)選擇典型荒地進(jìn)行種植，通過對(duì)牧草種植前后的土壤進(jìn)行采樣、分析和測(cè)定，對(duì)比研究4種牧草種植后對(duì)荒地表層土壤基本理化性質(zhì)的影響，明確其培肥改土效應(yīng)，研究結(jié)果可為官?gòu)d水庫(kù)庫(kù)濱荒地的有效治理和適度利用提供科學(xué)依據(jù)和可選方案。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)選擇在北京市延慶縣西北部的張山營(yíng)鎮(zhèn)進(jìn)行。延慶縣位于北京西北部，處于內(nèi)蒙古高原和河北壩上地區(qū)與北京平原區(qū)的過渡地帶，其東、南、北三面環(huán)山，是首都西北部的重要生態(tài)屏障。研究區(qū)屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，是暖溫帶與中溫帶、半干旱與半濕潤(rùn)的過渡帶，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季涼爽干燥，冬季寒冷少雪［16］。由于受河北壩上及內(nèi)蒙古高原氣流影響，研究區(qū)風(fēng)力較大，年平均風(fēng)速5.1 m／s，年平均氣溫8.8℃，無霜期150～160 d［16］。同時(shí)，該區(qū)雨熱同期，多年平均降水量為467 mm，而且雨量分布不均，主要集中在7，8，9三個(gè)月［16］。土壤母質(zhì)以石灰?guī)r為主，土壤類型主要為石灰性褐土，也有部分潮土和水稻土分布。土地沙化明顯，地面僅有少量人工栽種的灌木，基本無喬木，大部分地方為稀疏荒草覆蓋。由于研究區(qū)為庫(kù)濱地區(qū)，地下水位較高且土壤水分運(yùn)動(dòng)頻繁，因此土壤具有輕度鹽堿化（電導(dǎo)率1.33 ms／cm、含鹽量0.09%、p H 7.52）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)分析

在研究區(qū)選擇典型荒地進(jìn)行雜草清除和翻耕后，平整為4塊試驗(yàn)小區(qū)（每塊約0.33 hm2）并隨機(jī)種植4種牧草。由于試驗(yàn)地為東西條狀走向，因此小區(qū)布設(shè)同樣為東西條狀走向以避免土壤空間異質(zhì)性的影響。牧草種植方式為人工條播后機(jī)械開溝并覆土鎮(zhèn)壓，種植行距為25 cm，播種深度為2～3 cm，播種量為：葦狀羊茅和老芒麥75 kg／hm2，無芒雀麥和草地雀麥為50 kg／hm2。牧草出苗后定期清除雜草，同時(shí)全年進(jìn)行2～3次刈割。

試驗(yàn)設(shè)葦狀羊茅、老芒麥、無芒雀麥和草地雀麥4種處理，以牧草種植前土壤為對(duì)照，使用單因素方差分析（ANOVA，SPSS 15.0）研究牧草種植前后以及4種牧草間土壤物理、化學(xué)性質(zhì)差異。牧草種植前土壤樣品的采集時(shí)間為2007年5月，牧草種植后土壤樣品的采集時(shí)間為2008年9月，即試驗(yàn)過程中牧草經(jīng)過了2年的生長(zhǎng)。土壤取樣時(shí)對(duì)每種牧草按均勻間距采集3個(gè)樣品，每個(gè)樣品均使用3點(diǎn)混合采樣法，并同時(shí)分0～10，10～20和20～30 cm 3層分層采集，所采集樣品風(fēng)干過篩后備用。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤物理性質(zhì)的測(cè)定方法為：機(jī)械組成，土壤粒徑分析系統(tǒng)（SEDIMAT 4－12，德國(guó)）；團(tuán)聚體含量，濕篩法；總孔隙度和毛管孔隙度，重量法；容重，環(huán)刀法。土壤化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定方法為：有機(jī)質(zhì)，重鉻酸鉀氧化法；全氮，凱氏法；堿解氮，堿解擴(kuò)散法；全磷，酸溶－鉬銻抗比色法；速效磷，碳酸氫鈉浸提法；速效鉀，原子吸收法；p H值，電極法。上述土壤理化性質(zhì)的測(cè)定方法詳見鮑士旦所編《土壤農(nóng)化分析》一書［17］。除此以外，試驗(yàn)還測(cè)定了牧草的部分生長(zhǎng)指標(biāo)，包括牧草的地上生物量（刈割－烘干－稱重）、地下生物量（挖掘－清洗－烘干－稱重）、株高（直尺）以及蓋度（First Growth植被蓋度分析儀，美國(guó)Decagon公司）等。

2 結(jié)果與分析

2.1 牧草生長(zhǎng)狀況

自2007年5月播種后，4種牧草均很快出苗并快速生長(zhǎng)，至2008年9月時(shí)，牧草已達(dá)到生長(zhǎng)旺盛期。結(jié)果顯示，4種牧草的株高均超過100 cm，蓋度均超過80%，且4種牧草之間株高和蓋度均非常接近（表1）。但從生物量看，無論地上生物量還是地下生物量，其順序均為葦狀羊茅＞老芒麥＞無芒雀麥＞草地雀麥，且除無芒雀麥和草地雀麥的生物量接近之外，其他牧草的生物量差異較大。然而單因素方差分析結(jié)果顯示，4種牧草的株高（F＝0.72，P＝0.504 2）、蓋度（F＝0.14，P＝0.711 8）以及地上生物量（F＝4.56，P＝0.088 3）、地下生物量（F＝5.22，P＝0.072 2）均無顯著差異。上述結(jié)果表明，4種牧草在所研究荒地上均可正常生長(zhǎng)，且生長(zhǎng)狀況大致相同。根據(jù)地上生物量估計(jì)，4種牧草平均每年可提供10.99 t／hm2的干飼料供牲畜飼用，因此具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，這表明以種植牧草的方式對(duì)所研究荒地進(jìn)行適度利用是可行的。

2.2 牧草對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

2.2.1 土壤機(jī)械組成 4種牧草種植前后表層土壤的機(jī)械組成測(cè)定結(jié)果（表2）表明：與牧草種植前相比，4種牧草種植后土壤砂粒含量變化不大，但粉粒含量明顯降低而粘粒含量明顯增加；同時(shí)，種植4種牧草的土壤之間，其粘粒、粉粒、砂粒含量近似，無明顯差異。就影響程度而言，4種牧草平均可減少20.65%的粉粒含量，同時(shí)增加13.98%的粘粒含量。單因素方差分析結(jié)果顯示：與種植前相比，4種牧草種植后的土壤砂粒含量無顯著變化，但粉粒含量顯著降低、粘粒含量顯著增加；同時(shí)，土壤粘粒、粉粒和砂粒含量在4種牧草之間并無顯著差異。分析4種牧草土壤機(jī)械組成取平均值可以發(fā)現(xiàn)，表層土壤的粘粒、粉粒和砂粒含量在牧草種植前分別為6.52%，41.45%和52.03%，而在牧草種植后則分別為17.90%，20.81%和61.29%。根據(jù)國(guó)際土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)［18］，牧草種植前的土壤質(zhì)地為壤土類壤土，而在牧草種植后變?yōu)檎橙劳令惿百|(zhì)粘壤土，這表明4種牧草的種植使荒地土壤機(jī)械組成有了較大程度的改變，使得其中粘粒含量大幅度增加，最終使土壤質(zhì)地發(fā)生明顯改變。對(duì)于4種牧草改善土壤質(zhì)地的機(jī)理，則認(rèn)為其可能與牧草根系的穿插作用以及根際微生物等物理、化學(xué)、生物過程有關(guān)。

表1 4種牧草種植2年后的生長(zhǎng)狀況比較Table 1 The growth status of four pasture grasses of two years

表2 4種牧草種植后對(duì)表層（0～10 cm）土壤機(jī)械組成的影響Table 2 Effects of four pasture grasses on mechanic composition of 0－10 cm surface soil %

2.2.2 土壤團(tuán)聚體組成 牧草種植前后土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量測(cè)定結(jié)果（表3）顯示，5種處理的土壤團(tuán)聚體分布狀況大致可以分為老芒麥和草地雀麥、葦狀羊茅和無芒雀麥以及種草前3類草地。然而，由表3很難判斷出種草前后土壤團(tuán)聚體狀況的總體變化。為了能夠準(zhǔn)確反映團(tuán)聚體的分布狀況和穩(wěn)定性特征，研究者提出了大于0.25 mm 團(tuán)聚體含量R0.25［19，20］、平均重量直徑（MWD，mean weight diameter）［21］以及幾何平均直徑（GMD，geometric mean diameter）［22］的概念用以進(jìn)行定量比較，其計(jì)算方法如下。

式中，MT為團(tuán)聚體總重量，Mr＞0.25為大于0.25 mm團(tuán)聚體重量，珚xi為某級(jí)團(tuán)聚體平均直徑，Wi為某級(jí)團(tuán)聚體百分含量。

R0.25水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量在整體上與團(tuán)聚體的穩(wěn)定性具有良好的相關(guān)性，而MWD和GMD則能表征土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性強(qiáng)弱，其數(shù)值越大表示團(tuán)聚度越高、穩(wěn)定性越強(qiáng)。本研究中，5種處理的R0.25由大到小依次為老芒麥＞草地雀麥＞無芒雀麥≈葦狀羊茅＞種草前（表3），4種牧草種植后R0.25平均增加了112%；而MWD由大到小依次為老芒麥（0.30）＞草地雀麥（0.26）＞葦狀羊茅（0.21）＝無芒雀麥（0.21）＞種草前（0.16），4種牧草種植后MWD平均增加了53%；GMD由大到小依次為老芒麥（0.15）＞草地雀麥（0.09）＞葦狀羊茅（0.08）＝無芒雀麥（0.08）＞種草前（0.06），4種牧草種植后GMD平均增加了67%。由此可見，使用R0.25、MWD、GMD這3種指標(biāo)對(duì)本研究5種處理的土壤團(tuán)聚體分布狀況進(jìn)行量化得到的結(jié)果均一致表明，與牧草種植前相比，4種牧草種植后土壤的水穩(wěn)定性均有一定程度的改善，其中老芒麥的效果最為明顯，其次為草地雀麥，再次為葦狀羊茅和無芒雀麥。土壤團(tuán)聚體的水穩(wěn)性是評(píng)價(jià)土壤抗水蝕能力的一個(gè)重要方面，因此由上述結(jié)果可以推測(cè)，4種牧草種植后可增加土壤抗水蝕能力，進(jìn)而降低土壤侵蝕、減少土壤養(yǎng)分流失，其對(duì)荒地土壤的培肥和保育具有重要作用。

表3 4種牧草種植后對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的影響Table 3 Effects of four pasture grasses on soil water－stable aggregates %

2.2.3 土壤容重和孔隙度 本研究對(duì)牧草種植前后表層土壤容重的測(cè)定結(jié)果（圖1）顯示，牧草種植后表層土壤容重由種植前的1.5 g／cm3降低到1.2 g／cm3左右，這表明4種牧草均可明顯降低土壤容重，其平均降低程度約為15%。就4種牧草對(duì)土壤容重的降低程度而言，無芒雀麥和老芒麥對(duì)土壤容重的降低程度為16%～17%，略高于草地雀麥的15%，而4種牧草中葦狀羊茅對(duì)土壤容重的影響最小，約為12%。進(jìn)一步的方差分析結(jié)果顯示，牧草種植前和4種牧草種植后這5種處理的土壤容重在總體上存在顯著差異（F＝10.50，P＝0.01）；然而兩兩比較結(jié)果表明，5種處理其土壤容重之間的顯著差異僅存在于牧草種植前和牧草種植后，而在4種牧草之間并無顯著差異。由此可得出結(jié)論，4種牧草種植后均可顯著降低土壤容重，但其降低程度近似，即4種牧草對(duì)土壤容重的影響一致。

圖1 4種牧草種植后對(duì)表層0～10 cm土壤容重的影響Fig.1 Effects of four pasture grasses on bulk density of 0－10 cm surface soil

孔隙度方面，牧草種植前后表層土壤（5 cm）的總孔隙度和毛管孔隙度（圖2）顯示，牧草種植前表層土壤的總孔隙度為49.81%，4種牧草種植后土壤總孔隙度變化不大。與牧草種植前相比，老芒麥對(duì)土壤總孔隙度的增加程度最大，為3.28%；其次為無芒雀麥和草地雀麥，分別為2.62%和2.16%；最小為葦狀羊茅，僅為1.65%?？傮w而言，4種牧草種植后表層土壤總孔隙度的平均增加程度為2.42%。單因素方差分析結(jié)果表明，牧草種植前后5種處理的土壤總孔隙度之間總體上無顯著差異（F＝0.62，P＝0.66）。與總孔隙度相比，4種牧草種植后對(duì)土壤毛管孔隙度的影響與總孔隙度一致（圖2），同樣4種牧草種植后表層土壤的毛管孔隙度略有增加。與牧草種植前相比，4種牧草對(duì)土壤毛管孔隙度的平均增加程度為2.63%，其影響從大到小依次為草地雀麥（4.53%）＞葦狀羊茅（3.51%）＞老芒麥（2.03%）＞無芒雀麥（0.45%），其次序與土壤總孔隙度略有不同。盡管如此，單因素方差分析結(jié)果顯示，4種牧草種植前后表層土壤毛管孔隙度總體上無顯著差異（F＝0.39，P＝0.77）。綜合以上土壤總孔隙度和毛管孔隙度兩方面可以認(rèn)為，4種牧草種植后使土壤的孔隙狀況有所改善，但程度有限，不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。對(duì)于草地建植影響土壤容重和孔隙狀況的機(jī)理，則一般認(rèn)為主要是植物根系穿插土壤的結(jié)果。另外，草地建植后有機(jī)質(zhì)等土壤理化性質(zhì)的改善、微生境改變后土壤動(dòng)物和土壤微生物的增多也可間接改變土壤容重和孔隙狀況。另外，由于土壤總孔隙度對(duì)應(yīng)于土壤飽和含水量，毛管孔隙度對(duì)應(yīng)于土壤田間持水量，因此上述牧草種植前后土壤孔隙度的變化可以反映出牧草種植后對(duì)土壤持水能力的影響，即4種牧草種植后土壤的持水能力有一定程度的增加，使土壤水分條件所有改善，而這對(duì)于荒地治理和利用具有重要意義。

圖2 4種牧草種植后對(duì)表層（0～10 cm）土壤總孔隙度和毛管孔隙度的影響Fig.2 Effects of four pasture grasses on soil total porosity and capillary porosity at 0－10 cm

2.3 牧草對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

牧草種植前后表層土壤的養(yǎng)分狀況（表4）顯示，牧草種植前表層土壤的有機(jī)質(zhì)含量最高僅為1.26%、全氮僅0.07%，堿解氮、速效磷和速效鉀含量更低，僅分別為74.21 mg／kg，2.55 mg／kg和73.40 mg／kg，由此可見官?gòu)d水庫(kù)庫(kù)濱荒地的土壤較為貧瘠，這也在一定程度說明了對(duì)該荒地土壤進(jìn)行治理和改良的必要性。同時(shí)，不同深度土壤養(yǎng)分測(cè)定結(jié)果顯示，4種牧草種植前土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀在剖面上均一致表現(xiàn)出明顯的表聚特征，即表層0～10 cm的土壤養(yǎng)分含量明顯高于10～20 cm土壤，并明顯高于20～30 cm土壤，這與通常的土壤養(yǎng)分剖面分布規(guī)律一致。4種牧草種植并經(jīng)過2年的生長(zhǎng)后，荒地土壤的全量和速效養(yǎng)分含量總體上均有所增加，但各種養(yǎng)分的增加幅度不同。盡管如此，對(duì)4種牧草而言，其對(duì)土壤養(yǎng)分的影響趨勢(shì)和影響程度基本一致。對(duì)4種牧草種植后的土壤養(yǎng)分取平均值，且同時(shí)將0～30 cm的土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行平均，其結(jié)果與牧草種植前相比，牧草種植后土壤有機(jī)質(zhì)含量增加了227%，全氮增加76%、全磷增加66%、堿解氮增加41%，而速效磷僅增加了4%、速效鉀幾乎沒有增加甚至略有降低。不僅如此，4種牧草對(duì)不同深度土壤養(yǎng)分的影響程度也有所不同。數(shù)據(jù)顯示，4種牧草對(duì)0～10，10～20，20～30 cm土壤有機(jī)質(zhì)的增加幅度依次為126%，268%，288%；對(duì)全氮依次為1%，88%，141%；全磷依次為40%，50%，107%；堿解氮依次為18%，42%，63%；對(duì)速效磷和速效鉀則影響不明顯。上述結(jié)果表明，4種牧草對(duì)土壤養(yǎng)分的影響在剖面上總體表現(xiàn)出表層小于淺層的規(guī)律。與牧草種植前相比，牧草種植后土壤養(yǎng)分在剖面上不再具有“表聚特征”，即牧草種植改變了荒地土壤養(yǎng)分的剖面分布規(guī)律。

單因素方差分析結(jié)果顯示（表4），牧草種植前后的土壤養(yǎng)分含量?jī)H在有機(jī)質(zhì)和全氮方面存在顯著差異，而在全磷、堿解氮、速效磷、速效鉀方面不存在顯著差異。不僅如此，對(duì)有機(jī)質(zhì)和全氮而言，10～20和20～30 cm土層存在顯著差異，表層0～10 cm土壤不存在顯著差異。另外，對(duì)4種牧草樣地而言，除極少數(shù)土層處的極少數(shù)養(yǎng)分指標(biāo)外，總體上土壤養(yǎng)分在4種牧草之間并不存在顯著差異。由統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可以得出結(jié)論，4種牧草種植后可以顯著增加10～20和20～30 cm的土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量，但對(duì)其他土層和其他養(yǎng)分指標(biāo)的增加作用不顯著。

綜上，對(duì)4種牧草種植后荒地0～30 cm土壤養(yǎng)分狀況的變化進(jìn)行估算，則4種樣地平均每年可增加有機(jī)質(zhì)含量絕對(duì)值0.98%，全氮含量0.01%，全磷含量0.16%，堿解氮含量8.88 mg／kg和速效磷含量0.08 mg／kg，對(duì)速效鉀含量基本不影響。就機(jī)理而言，與其他豆科牧草相比，所研究4種禾本科牧草對(duì)土壤養(yǎng)分的影響程度比較有限，這顯然與二者的作用機(jī)理不同有關(guān)。豆科牧草對(duì)土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn)主要來自于固氮菌的固氮作用；而禾本科牧草沒有固氮功能，其對(duì)土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn)主要是通過影響土壤質(zhì)地、改善土壤孔隙狀況、改變土壤微生境、增強(qiáng)土壤微生物活性等途徑最終間接影響土壤養(yǎng)分，顯然其作用過程更為漫長(zhǎng)、影響程度更為有限。然而對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)而言，豆科牧草和禾本科牧草的影響途徑相同，均主要是牧草莖葉和根系腐爛所致，因此本研究中4種禾本科牧草對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的增加程度顯著，每年可增加土壤有機(jī)質(zhì)0.98%。對(duì)于土壤速效鉀，由于其具有易淋洗的特點(diǎn)，因此本研究中牧草種植前后土壤速效鉀含量幾乎無變化是可以理解的。

表4 4種牧草種植前后土壤養(yǎng)分含量統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Table 4 Statistical results of soil nutrients among CK and four pasture grasses

3 討論

植物改善土壤物理性質(zhì)的主要途徑是根系的機(jī)械穿插作用［23］。植物根系在橫向和縱向伸展過程中可形成復(fù)雜、連續(xù)的根系網(wǎng)絡(luò)，這些根系腐爛、分解后所遺留的孔隙就成為土壤孔隙的重要組成部分。本研究中4種禾本科牧草均為須根系，其根系相對(duì)發(fā)達(dá)（葦狀羊茅的地下生物量高達(dá)1 111.6 g／m2，表1）且主要集中在淺層土壤，因此穿插作用更為明顯，相應(yīng)對(duì)土壤孔隙狀況的改善作用就更大。除根系機(jī)械穿插作用外，植物枯落物和植物死根分解后可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，從而間接改善土壤物理性質(zhì)［24］。上述2個(gè)途徑可使有植物覆蓋的土壤其物理性質(zhì)明顯好于裸露地，也正是由于這一原因，本研究中4種牧草種植2年后使表層土壤總孔隙度平均增加了2.42%，毛管孔隙度平均增加了2.63%，土壤容重平均降低了15%。除物理作用外，植物還具有顯著的化學(xué)作用，這一化學(xué)作用對(duì)固氮植物而言主要是固氮作用，但對(duì)非固氮的禾本科植物而言則主要是植物枯落物分解形成的有機(jī)物（有機(jī)碳、有機(jī)質(zhì)等）和無機(jī)物（氮、磷、鉀等）［25］。另外，植物大多還可分泌一些化學(xué)物質(zhì)，對(duì)禾本科植物而言其分泌物大多為糖類和有機(jī)酸等含碳有機(jī)化合物，這些物質(zhì)對(duì)根際土壤p H值及氧化還原電位有一定調(diào)節(jié)作用，可以影響營(yíng)養(yǎng)元素在根際的有效性［26］。理論上講，植物覆蓋后可使土壤養(yǎng)分水平顯著提升，但由于各種養(yǎng)分的性質(zhì)（水溶性等）不同，因此植被覆蓋后各種養(yǎng)分含量的增加程度也有所不同。其中，由于植物枯落物的分解，有機(jī)質(zhì)含量可得到大幅度增加；但對(duì)氮、磷、鉀而言，植物在通過各種途徑增加其含量的同時(shí)，也會(huì)消耗大量的養(yǎng)分用于植物自身的生長(zhǎng)，而且這些被吸收利用的養(yǎng)分即使通過枯落物再次進(jìn)入土壤后也并不能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)橛行B(tài)再次供植物吸收利用，再加上速效養(yǎng)分易淋洗的特征，因此植物對(duì)氮、磷、鉀的影響大多并不顯著，其中對(duì)速效養(yǎng)分的影響更是如此。上述原因可對(duì)本研究中“4種禾本科牧草對(duì)氮、磷、鉀的影響結(jié)果并不顯著”這一結(jié)論提供解釋。除物理、化學(xué)作用外，植物還可為土壤動(dòng)物和微生物提供棲息地和食物，從而增加土壤動(dòng)物和微生物的數(shù)量和種類，豐富土壤生物種群和多樣性，這是植物的生物作用。需要注意的是，植物對(duì)土壤的物理、化學(xué)以及生物作用并不孤立，而是相互作用、互相影響。例如：土壤物理性質(zhì)的改善有利于土壤養(yǎng)分狀況的提高，而土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加可以進(jìn)一步改善土壤孔隙狀況；土壤理化性質(zhì)的改善可增加土壤動(dòng)物及微生物的數(shù)量和多樣性，而土壤動(dòng)物的機(jī)械擾動(dòng)和排泄物、土壤微生物的分泌物反過來又可以增加土壤孔隙度，提高土壤養(yǎng)分含量。

綜合而言，相關(guān)研究均一致顯示，地表植被的恢復(fù)與土壤理化性質(zhì)的改善有顯著相關(guān)關(guān)系［23－25，27］，只是本研究所使用的4種禾本科牧草為須根系植物、根系復(fù)雜、生物量大，加上對(duì)環(huán)境脅迫具有較好的適應(yīng)性，生長(zhǎng)迅速，因此其對(duì)土壤理化性質(zhì)的改善作用較其他植物更為明顯。

4 結(jié)論

在官?gòu)d水庫(kù)庫(kù)濱荒地上，葦狀羊茅、老芒麥、草地雀麥和無芒雀麥均可正常生長(zhǎng)，種植第2年其株高均超過100 cm，蓋度超過80%，且每年可提供10.99 t／hm2的干飼料供牲畜飼用。在提供飼料產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，4種牧草還可使荒地土壤物理性質(zhì)總體發(fā)生明顯好轉(zhuǎn)，具體表現(xiàn)為：土壤粘粒含量顯著增加14%、土壤粉粒含量顯著降低21%，大于0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量增加112%，土壤容重顯著降低15%。除此以外，4種牧草均可使荒地土壤養(yǎng)分狀況總體好轉(zhuǎn)，但各種養(yǎng)分的增加程度有所不同，具體為：土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著增加227%，全氮含量顯著增加76%；全磷、堿解氮和速效磷含量分別增加66%，41%和4%。綜上所述，本研究在官?gòu)d水庫(kù)庫(kù)濱荒地上種植的葦狀羊茅、老芒麥、草地雀麥和無芒雀麥4種禾本科牧草不僅可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，且同時(shí)可以在總體上顯著改善表層土壤的物理、化學(xué)性質(zhì)，具有顯著的培肥改土效應(yīng)，對(duì)荒地土壤的持續(xù)培育和進(jìn)一步利用具有重要意義。該模式為官?gòu)d水庫(kù)庫(kù)濱荒地的治理提供了可選方案，并可推廣用于北京乃至整個(gè)華北地區(qū)的荒灘、荒地治理。

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