不同生長(zhǎng)年限苜蓿對(duì)鹽堿地土壤肥力的影響

魏曉斌，王志鋒，于洪柱，徐安凱，孫啟忠

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010； 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081；3.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧科學(xué)分院，吉林 公主嶺 136100)

前植物生產(chǎn)層

不同生長(zhǎng)年限苜蓿對(duì)鹽堿地土壤肥力的影響

魏曉斌1,2，王志鋒3，于洪柱3，徐安凱3，孫啟忠1

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010； 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081；3.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧科學(xué)分院，吉林 公主嶺 136100)

通過(guò)對(duì)不同生長(zhǎng)年限苜蓿地各土層水溶性鹽、有機(jī)質(zhì)、pH值、全氮、水解性氮、全磷、有效磷、全鉀及有效鉀的測(cè)定分析，研究了不同生長(zhǎng)年限苜蓿(Medicagosativa)對(duì)松嫩平原西部鹽堿地土壤肥力年際變化和垂直分布的影響。結(jié)果表明，種植苜蓿能夠有效降低土壤pH值和水溶性鹽含量；播種當(dāng)年,苜蓿地各土層全氮、水解性氮、全磷以及速效鉀的含量都有下降。播種兩年以上的苜蓿地，土壤有機(jī)質(zhì)、全磷、全氮和水解性氮含量都有所提高。空白地及各苜蓿地有效磷含量隨土層深度的加深呈遞減趨勢(shì)，表層速效鉀的含量最高。

苜蓿；土壤肥力；鹽堿地

松嫩平原西部鹽堿地屬半濕潤(rùn)半干旱過(guò)渡區(qū)，主要以蘇打(Na2CO3和NaHCO3)型鹽堿土為主，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，土壤鹽含量高、堿性強(qiáng)、肥力弱，這已成為該區(qū)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展的主要障礙因素[1-2]。近幾年，生物治理鹽堿地被世界公認(rèn)為投資少、見(jiàn)效快、效益大，尤其是通過(guò)栽培耐鹽型牧草改善土壤理化性質(zhì)、提高肥力，已取得顯著成效[3]。苜蓿(Medicagosativa)作為一種重要的耐鹽型牧草，在改良土壤、共生固氮、保持水土、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等方面表現(xiàn)出了其他植物不可代替的作用，產(chǎn)生了良好的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益，已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)[4]。Zai等[5]、Brito-Neto和Pereira[6]研究認(rèn)為，豆科植物能夠顯著影響土壤磷、鉀含量。果園套種牧草能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善0-40 cm土層土壤的氮磷鉀含量[7-9]。線琳等[10]、羅玲等[11]研究認(rèn)為，豆科綠肥施用1個(gè)月后土壤有效磷含量迅速升高，兩個(gè)月內(nèi)對(duì)土壤有效磷影響最大。20世紀(jì)60年代初，新疆自治區(qū)鞏固與提高土壤肥力北疆工作組研究了種植苜蓿對(duì)鹽堿地理化性質(zhì)的影響，之后其他研究者先后對(duì)我國(guó)中部及西部地區(qū)進(jìn)行了苜蓿改良鹽堿地試驗(yàn)，研究表明，通過(guò)種植苜蓿能夠有效降低土壤全鹽量及pH值，提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、速效磷的含量[12-17]。也有人比較了不同苜蓿種植年限對(duì)鹽堿地性質(zhì)的影響效果，發(fā)現(xiàn)，隨著種植年限的增加，土壤中全磷、速效鉀的含量逐年降低，而土壤pH值無(wú)明顯變化[12,18-19]。這些研究結(jié)果對(duì)鹽堿地的改良和利用具有十分重要的參考意義。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)域 試驗(yàn)在吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧科學(xué)分院試驗(yàn)基地進(jìn)行，位于吉林省大安市境內(nèi)，屬農(nóng)牧交錯(cuò)帶，地理位置123°08′45″-124°21′56″ E，44°57′00″-45°45′51″ N，年均溫4.3 ℃，≥10 ℃積溫2 921.3 ℃·d，年平均無(wú)霜期137 d[20]。苜蓿地分別建植于2008年、2009年、2010年、2011年及2012年，即1年齡、2年齡、3年齡、4年齡和5年齡苜蓿地。

1.2試驗(yàn)材料 供試土壤于2012年10月采自各苜蓿地及空白地(CK:未種苜蓿地)，采用梅花布點(diǎn)法采集0-5、5-15和15-30 cm土層的土樣，每個(gè)處理重復(fù)3次。土樣經(jīng)過(guò)20 d風(fēng)干處理后進(jìn)行土壤理化性質(zhì)測(cè)定。

1.3測(cè)定項(xiàng)目和方法 土壤pH值采用酸度法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定，水溶性鹽采用土水比例為1∶5浸提-電導(dǎo)法測(cè)定，全氮采用擴(kuò)散法測(cè)定，水解性氮采用堿解-擴(kuò)散法測(cè)定，全磷采用酸溶-鑰銻抗比色法測(cè)定，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定，全鉀采用堿熔-火焰光度法測(cè)定，速效鉀采用1 mol·L-1乙酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定[21]。

2 結(jié)果與分析

2.1不同生長(zhǎng)年限苜蓿對(duì)各土層水溶性鹽的影響 隨著種植年限的增加，各土層水溶性鹽呈總體下降的趨勢(shì)(圖1)。與空白地相比，5年齡苜蓿地0-5、5-15和15-30 cm土層水溶性鹽分別降低了45.4%、61.6%和61.1%。其中空白地5-15 cm土層水溶性鹽最高，達(dá)0.092 3%，而5年齡苜蓿地5-15 cm土層水溶性鹽只有0.035 4%。5年齡苜蓿地15-30 cn土層水溶性鹽含量最小，為0.034 4%，僅是空白地15-30 cm土層水溶性鹽總量的38.9%。同時(shí)，隨著種植年限的增加，土壤水溶性鹽含量的下降速率有所減緩，特別是播種3年以上苜蓿地各土層(圖1)。

2.2不同生長(zhǎng)年限苜蓿對(duì)各土層有機(jī)質(zhì)和pH值的影響 隨著種植年限的增加，各土層有機(jī)質(zhì)含量總體呈升高趨勢(shì)。與空白地相比，2年齡苜蓿地0-5、5-15和15-30 cm土層有機(jī)質(zhì)含量分別增加了33.7%、34.9%和91.6%。2～5年齡苜蓿地各土層的有機(jī)質(zhì)含量都超過(guò)了2%，其中5年齡苜蓿地0-5 cm土層有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到了2.779 9%，比空白地高出1.016 2個(gè)百分點(diǎn)(表1)。

各土層的pH值隨種植年限的增加雖有波動(dòng)，但總體呈降低趨勢(shì)。與空白地相比，不同處理的各土層pH值下降幅度為3.3%～15.3%。空白地、1、2年齡苜蓿地pH值最高所在的土層為5-15 cm，而4、5年齡苜蓿地pH值最高所在的土層為15-30 cm。2、4、5年齡苜蓿地各土層的pH值都降到了8以下，其中5年齡苜蓿地0-5和5-15 cm土層pH值降到最低，為7.27和7.56，比空白地分別降低了1.03和1.37(表1)。

2.3不同生長(zhǎng)年限苜蓿對(duì)各土層全氮和水解性氮的影響 隨著種植年限的增加，2、3年齡苜蓿地各土層的全氮和水解性氮總體變化趨勢(shì)是先降低后升高(圖2)。1年齡苜蓿地各土層全氮和水解性氮含量均為各處理最低，與空白地相比，降幅可達(dá)29.5%-64.1%，但2年齡苜蓿地中各土層全氮和水解性氮含量迅速增加，都增加了一倍以上。4年齡苜蓿地和5年齡苜蓿地相比，各土層的水解性氮含量相近，最高增幅僅為8.7%，而各土層全氮含量增加明顯，最低增幅為16.9%，最高增幅可達(dá)26.5%。5年齡苜蓿地0-5和5-15 cm土層全氮含量為各處理中最大，分別為0.189 8%和0.190 4%。5年齡苜蓿地各土層水解性氮含量均達(dá)到最大，分別為143.19 mg·kg-1(0-5 cm)、140.74 mg·kg-1(5-15 cm)和126.072 mg·kg-1(15-30 cm)，與對(duì)照相比，分別增加了73.0%、56.4%和62.7%(圖2)。

圖1 不同生長(zhǎng)年限苜蓿地各土層水溶性鹽的變化Fig.1 Changes of soil water-soluble salts content in alfalfa fields with different growth years

表1 不同生長(zhǎng)年限苜蓿地各土層有機(jī)質(zhì)和pH值的變化Table 1 Changes of soil organic matter and pH value in alfalfa fields with different growth years

2.4不同生長(zhǎng)年限苜蓿對(duì)各土層全磷和有效磷的影響 隨著種植年限的增加，全磷變化幅度較小，有效磷變化趨勢(shì)呈拋物線。除1年齡苜蓿地外，2～5年齡苜蓿地各土層全磷含量都比相應(yīng)空白地高，其中2年齡苜蓿地0-5和15-30 cm土層以及4年齡苜蓿地5-15 cm土層的全磷含量為各土層最高，分別為0.037 6%、0.037 5%和0.039 5%。2～5年齡苜蓿地各土層年際變化幅度較小，最高相差0.004 4%。同一處理中，0-5 cm土層的有效磷含量最高，隨著土層的加深有效磷的含量隨之降低。與空白地相比，1年齡苜蓿地的0-5和5-15 cm土層有效磷的含量迅速升高，增幅分別達(dá)82.4%和28.9%。4年齡苜蓿地各土層的有效磷含量最高，分別為5.72 mg·kg-1(0-5 cm)、5.12 mg·kg-1(5-15 cm)和3.55 mg·kg-1(15-30 cm)(圖3)。

2.5不同種植年限苜蓿對(duì)各土層全鉀和速效鉀的影響 與空白地相比，各處理的15-30 cm土層全鉀含量都有所增加，但各處理間增降差異較小。1～3年齡苜蓿地的5-15 cm土層全鉀含量有增加趨勢(shì)，但4和5年齡苜蓿地出現(xiàn)降低的趨勢(shì)，5年齡苜蓿地0-5和5-15 cm土層全鉀含量分別降低了23.7%和15.5%。各處理0-5 cm土層速效鉀含量最高，最高可達(dá)246.72 mg·kg-1，空白地和1～3年齡苜蓿土壤的速效鉀含量最低的土層為5-15 cm，但4和5年齡苜蓿地土壤速效鉀含量最低的土層為15-30 cm，其中1年齡苜蓿地5-15 cm土層速效鉀含量為各處理中最低(63.12 mg·kg-1)，僅為最高值的25.6%(圖4)。

圖2 不同生長(zhǎng)年限苜蓿地各土層全氮和水解性氮的變化Fig.2 Changes of total N and hydrolytic N in alfalfa fields of different growth years

圖3 不同生長(zhǎng)年限苜蓿地各土層全磷和有效磷的變化Fig.3 Changes of soil total P and available P in alfalfa fields with different growth years

圖4 不同生長(zhǎng)年限苜蓿地各土層全鉀和速效鉀的變化Fig.4 Changes of soil total K and available K in alfalfa fields with different growth years

3 討論

土壤鹽分平衡取決于土壤表面蒸發(fā)與淋溶能力的消長(zhǎng)，蒸淋比大于1時(shí)積鹽，反之脫鹽。本研究表明，隨著種植年限的增加各土層的水溶性鹽含量呈下降趨勢(shì)，這與苜蓿覆蓋面積大、扎根深有關(guān)。種植苜蓿增加了地表覆蓋，控制了地表蒸發(fā)，減少了地面蒸發(fā)；同時(shí)，苜蓿的蒸騰可降低地下水位，減少鹽分向地表的積累，抑制鹽分上升，降低土壤表層鹽分，這與前人研究相一致[12-17,22]。1年齡苜蓿地各土層水溶性鹽總量急劇下降，這可能與播種當(dāng)年耕作整地有關(guān)，有待于進(jìn)一步研究。

苜蓿根系發(fā)達(dá)，根系的78.3%集中分布在0-30 cm的土層[23]，隨著種植年限的增加，側(cè)根和毛細(xì)根數(shù)量增多，穿透力增強(qiáng)，能夠改善土壤物理性質(zhì)，吸收深層養(yǎng)分，從而增加土壤有機(jī)質(zhì)的吸收，使土壤有機(jī)質(zhì)含量逐年升高。尤其是5年齡苜蓿地，土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到最高，這與凋落物在表層土壤的集聚有關(guān)。苜蓿根系分泌的有機(jī)酸及殘?bào)w經(jīng)微生物分解產(chǎn)生的有機(jī)酸能中和土壤堿性[24]，使土壤pH值降低，這與其它研究相一致[12-17,25-26]。

研究表明，1年齡苜蓿地各土層全氮、水解性氮、全磷以及速效鉀的含量在各處理中最低，這可能與苜蓿播種當(dāng)年根系弱小有關(guān)，有待于進(jìn)一步研究。

苜蓿與根部的根瘤菌結(jié)合共生，形成高效的生物固氮體系，具有很強(qiáng)的固氮能力。由于播種當(dāng)年根系不發(fā)達(dá)，根瘤作用尚未形成或固氮能力較弱，無(wú)法滿足苜蓿生長(zhǎng)所需，只能消耗土壤中的氮素，使得1年齡苜蓿地全氮和水解性氮含量呈現(xiàn)最低水平。但隨著種植年限的增加，根系固氮能力逐漸增強(qiáng)，各土層全氮和水解性氮含量迅速升高，這與前人的研究相符[12-17]。苜蓿的生長(zhǎng)發(fā)育離不開(kāi)磷素的供給，且土壤中磷素屬于消耗型。1年齡苜蓿生長(zhǎng)對(duì)土壤中磷素的消耗，可能是使得1年齡苜蓿地各土層的全磷含量都較低的主要原因，有待于進(jìn)一步研究。雖然1年齡苜蓿地全磷的含量較低，但由于根系分泌的有機(jī)酸及殘?bào)w經(jīng)微生物對(duì)磷的活化，使得2年齡苜蓿土壤有效磷的含量迅速升高，以供給苜蓿生長(zhǎng)所需。但隨著種植年限的增加，表層根系老化，加之苜蓿生長(zhǎng)的消耗，5年齡苜蓿地各層土壤有效磷含量呈下降趨勢(shì)。2～5年齡苜蓿地全磷含量都比空白地高，主要是因?yàn)殡S著種植年限的增加，苜蓿根系逐漸深入土壤深層，根系分泌的有機(jī)酸及殘?bào)w能夠經(jīng)微生物活化深層土壤的磷并使之向表層土壤富集，所以表現(xiàn)出苜蓿生長(zhǎng)消耗磷，而表層土壤富集磷的現(xiàn)象。這與鄭普山等在辛集試驗(yàn)區(qū)的研究相一致，研究認(rèn)為土壤含磷量在0-20 cm土層增加而在20-40 cm土層減少[27]。也有研究[12,18-19]認(rèn)為，隨著種植年限的增加，土壤中全磷含量逐年降低，這有待于進(jìn)一步確認(rèn)。

鉀在土壤中移動(dòng)性較小，鉀離子在土壤中的擴(kuò)散較慢，主要通過(guò)根系吸收和轉(zhuǎn)移。1年齡苜蓿根系不發(fā)達(dá)，只能利用表層鉀素，這可能是造成各層土壤速效鉀含量消耗降低的關(guān)鍵因素。研究表明，隨著苜蓿種植年限的增加，各土層垂直剖面速效鉀含量隨土層的下降呈遞減趨勢(shì)，這可能與根系吸收深層鉀素向上輸送供給苜蓿生長(zhǎng)，而使下層土壤速效鉀含量降低有關(guān)，這與胡發(fā)成研究相反[19]。

4 結(jié)論

1)通過(guò)種植苜蓿能夠有效降低土壤pH值和水溶性含鹽含量。

2)播種當(dāng)年苜蓿地各土層全氮、水解性氮、全磷以及速效鉀的含量有所下降。

3)播種2年以上的苜蓿地，土壤有機(jī)質(zhì)、全磷、全氮和水解性氮含量有所提高。

4)空白地及各苜蓿地有效磷含量隨土層的加深呈遞減趨勢(shì)，表層速效鉀含量最高。

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Effectsofalfalfawithdifferentgrowthyearsonsoilfertilityinsaline-alkaliland

WEI Xiao-bin1,2, WANG Zhi-feng3, YU Hong-zhu3, XU An-kai3, SUN Qi-zhong1

(1.Institute of Grassland Research, CAAS, Hohhot 010010, China;2.Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China;3.Branch of Animal Science, Academy of Agricultural Sciences of Jilin Province, Gongzhuling 136100, China)

By determining and analyzing water soluble salt,organic matter,pH value,total N,hydrolytic N,total P,available P,total K and available K of each soil layer in alfalfa fields with different growth years, the effect of alfalfa with different growth years on the interannual variability and vertical distribution of soil fertility in saline-alkali land in western Songnen plain. The results showed that growing alfalfa could decrease soil pH value and water soluble salt content effectively. The contents of total N, hydrolytic N, total P and available K of each soil layer in alfalfa field had all declined in the seeding year. The contents of organic matter,total P, total N and hydrolytic N were all increased in alfalfa field sown for more than 2 years. The contents of available P in the CK and each alfalfa field tend to decrease progressively with soil layer’s decline, and the content of available K was highest in the surface layer.

alfalfa; soil fertility; saline-alkali land

SUN Qi-zhong E-mail:sunqz@126.com

S816;S551+.706;S158

A

1001-0629(2013)10-1502-06

2012-12-16 接受日期：2013-03-07

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金(CARS-35)作者簡(jiǎn)介:魏曉斌(1987-)，男，內(nèi)蒙古蘇尼特右旗人，在讀碩士生，研究方向?yàn)椴莓a(chǎn)品加工利用。E-mail:328861652@163.com

孫啟忠(1959-)，男，內(nèi)蒙古五原人，研究員，博士，研究方向?yàn)槟敛萆a(chǎn)加工與利用。E-mail:sunqz@126.com