苜蓿與禾草混播對海流圖鹽堿地土壤改良效果研究

陳逸凡,云 嵐,2*,艾 芊,李 楠,姚 娜,任曉敏,石鳳翎

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011;2.草地資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011)

土壤鹽堿化是世界性的環(huán)境問題,是導(dǎo)致土地退化難以利用的主要因素之一[1]。全球受鹽堿化影響的土地面積大約為9.55億hm2,其中0.77億hm2正在遭受土壤次生鹽堿化的影響[2]。我國鹽堿土總面積約3 600萬hm2,耕地中鹽漬化面積達(dá)到920.9萬hm2,占全國耕地面積的6.62%[3]。近年來我國投入大量人力物力用于鹽堿化治理,但土壤鹽堿化問題依然嚴(yán)峻[4],尤其是華北、西北和東北地區(qū)。因此,改良、開發(fā)和利用鹽漬化土地資源對農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

豆禾混播是一種高效的種植模式,既可以充分利用自然資源,發(fā)揮各草種的生物學(xué)優(yōu)勢,提高草地生產(chǎn)力和牧草品質(zhì)[5];又能提高土地生態(tài)系統(tǒng)氮素營養(yǎng)、促進(jìn)蛋白質(zhì)合成[6],人工草地中禾本科牧草與豆科牧草混播優(yōu)勢性已被廣泛得到驗(yàn)證[7]。豆禾混播牧草比例是決定混播草地功能的關(guān)鍵因素,而豆科牧草的氮素固定功能也是混播草地土壤培肥的關(guān)鍵[8-9]。張永亮等[10]對苜蓿、無芒雀麥單播與混播對土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分的影響研究表明混播草地更有利于土壤速效氮的積累,隨著牧草生長年限延長,土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀含量呈遞增趨勢。韓建國等[11]對農(nóng)牧交錯帶退耕還草對土壤有機(jī)質(zhì)和氮的影響研究表明播種第二年,草地0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量比小麥地有明顯改善;混播牧草改善土壤氮的效果比單播牧草更顯著。魏孔濤等[12]對混播比例對混播草地土壤養(yǎng)分及酶活性的影響研究發(fā)現(xiàn)混播比例對表層土壤養(yǎng)分含量及酶活性影響顯著,土壤養(yǎng)分與酶活性之間有一定相關(guān)性,二者共同決定土壤肥力。劉絲雨等[13]研究發(fā)現(xiàn)豆禾混播比例的改變能影響叢枝菌根真菌群落多樣性及土壤理化性質(zhì),且叢枝菌根真菌群落多樣性的變化受土壤pH及有機(jī)質(zhì)的顯著影響。

目前,已有關(guān)于混播草地生產(chǎn)性能、種間競爭和土壤養(yǎng)分方面的研究報道,如拉薩河谷禾豆混播草地生產(chǎn)力與種間關(guān)系的研究,夏河農(nóng)牧交錯區(qū)小黑麥與豆科牧草混播的生產(chǎn)性能研究等[14-15]。但對于在內(nèi)蒙古地區(qū)鹽堿土壤采用適宜當(dāng)?shù)氐亩箍婆c禾本科牧草進(jìn)行混播建植,改良鹽堿地的研究未見報道。雜花苜蓿(Medicagovaria)、新麥草(Psathyrostachysjuncea)、緣毛雀麥(Bromusciliatus)和長穗偃麥草(Elytrigiaelongata)適宜內(nèi)蒙古中西部地區(qū)種植且具有一定耐鹽堿性,本研究在內(nèi)蒙古土默川平原海流圖鹽堿化地區(qū),將雜花苜蓿與三種優(yōu)質(zhì)禾草進(jìn)行混播建植混播人工草地,研究不同混播處理下鹽堿土壤養(yǎng)分含量的變化并綜合評價鹽堿地改良效果,篩選出適合當(dāng)?shù)氐幕觳ソM合,以期為土默川平原鹽堿地改良和豆禾混播草地可持續(xù)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市土默特左旗海流圖鄉(xiāng),地理位置40°31′17″N、111°23′46″E,海拔1 018 m,屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候,日照時間較長,年日照時數(shù)2 876.5 h,無霜期130 d,年平均氣溫6.3℃,年平均降水量400 mm,年蒸發(fā)量1 800 mm,蒸降比為4.3∶1,相對濕度較低,年平均濕度為54%,土壤為輕度鹽堿的沙質(zhì)栗鈣土。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

本試驗(yàn)所用材料為‘草原3號’雜花苜蓿(Medicagovaria‘Caoyuan No.3’)、‘蒙農(nóng)4號’新麥草(Psathrostachysjuncea‘Mengnong No.4’)、‘錫林郭勒’緣毛雀麥(Bromusciliates‘Xilinguole’)和長穗偃麥草新品系(Elytrigiaelongata)。設(shè)置苜蓿和新麥草(M+P)、苜蓿和緣毛雀麥(M+B)、苜蓿和長穗偃麥草(M+E)三種混播組合,每種組合三種豆-禾比,分別為1∶1(M+P1、M+B1、M+E1);1∶2(M+P2、M+B2、M+E2);1∶3(M+P3、M+B3、M+E3)。同時以單播新麥草(P)、緣毛雀麥(B)、長穗偃麥草(E)、苜蓿(M)和未種植植物的空白組(CK)作對照,所有處理3次重復(fù),完全隨機(jī)區(qū)組排列,共42個小區(qū)?；觳ゲ捎瞄g行播種,播種參數(shù)詳見劉啟宇等[16]試驗(yàn)。于2018年4月27日播種,播種前測定土壤有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分等本底指標(biāo)(表1)。每年進(jìn)行2～3次刈割,不施肥,澆水2～3次。建植后連續(xù)3年每年9月初進(jìn)行土壤采樣。

表1 播前土壤本底理化性質(zhì)Table 1 Soil physical and chemical properties before sowing

1.3 土壤指標(biāo)與測定方法

在每個混播小區(qū)采用S型隨機(jī)采樣,采樣前先清除地表凋落物,用土鉆采集0～20 cm土樣,各小區(qū)分別取5個點(diǎn)混合。置于室內(nèi)自然風(fēng)干后將土壤過20目篩,剔除土壤中的小石塊和植物根系后分裝于密封袋中,再取一部分土壤過100目篩用于土壤有機(jī)質(zhì)的測定。土壤全氮含量用元素分析儀(Elementar vario MACRO CUBE)直接測定,土壤有機(jī)質(zhì)含量測定采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法),土壤速效磷含量測定采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法,土壤速效鉀含量采用NH4OAc浸提-火焰光度計法[17],pH值使用美國Thermo Orion公司生產(chǎn)的pH計測量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計及做表采用Microsoft Excel,采用SAS進(jìn)行方差分析,差異顯著性水平P=0.05,Origin2021作圖。

1.5 TOPSIS模型綜合排序

參考王文虎等[18]的方法,將三年的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀、pH數(shù)據(jù)進(jìn)行正向化處理,構(gòu)建原始數(shù)據(jù)矩陣,進(jìn)而構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化矩陣,代入TOPSIS模型,綜合評價各混播組合處理與最優(yōu)方案的接近程度。

2 結(jié)果與分析

2.1 混播栽培方式對土壤有機(jī)質(zhì)的影響

2.1.1不同混播組合對土壤有機(jī)質(zhì)的影響 建植當(dāng)年不同混播組合牧草,經(jīng)過一個生長季土壤有機(jī)質(zhì)含量不同(圖1),其中,混播M+P地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量最高值,為12.62 g·kg-1,單播苜蓿地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量高于單播禾草。三個混播組合、單播P和M地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于CK(P<0.05),三個混播組合地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于單播禾草。建植第二年不同混播組合及各單播地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于CK,各混播與單播處理間差異不顯著。建植第三年各單播及混播組合地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于CK,M+B混播地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量最高為24.98 g·kg-1,三個混播組合地塊之間差異不顯著。M地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量高于單播禾草,差異不顯著。因此,苜蓿與這3種禾草混播均有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累,其中苜蓿與緣毛雀麥單播和混播效果均優(yōu)于其他草種。

2.1.2不同混播比例對土壤有機(jī)質(zhì)的影響 不同比例豆禾混播可影響土壤有機(jī)質(zhì)的積累(圖2)。苜蓿-新麥草混播建植當(dāng)年各比例地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于單播M和P,其中M+P1地塊最高且與單播M、P差異顯著;建植第二年各混播和單播地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著;第三年M+P3地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量最高,顯著高于M+P2和P,但與M+P1和M之間差異不顯著。苜蓿-緣毛雀麥混播建植當(dāng)年各比例混播地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于單播B,與單播M差異不顯著;建植第二年各地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量無顯著差異;建植第三年M+B2地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量最高,顯著高于M+B3和B,但與M+B1和單播M地塊差異不顯著。苜蓿-長穗偃麥草混播,第一年單播E地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著低于混播和單播M地塊;建植第二年單播M地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量最高,且顯著高于M+E3和單播E,但與M+E1和M+E2差異不顯著;建植第三年單播M地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量仍為最高,但各處理地塊間差異均不顯著。建植三年后,不同比例混播處理對土壤有機(jī)質(zhì)的改良效果顯著,其中苜蓿-緣毛雀麥1∶2混播對土壤有機(jī)質(zhì)的提升效果最好。

圖1 不同年份各單播及混播組合土壤有機(jī)質(zhì)含量Fig.1 Soil organic matter content under different legume-grass mixed sowings and the single sowings of legume or grass in different year注：M,P,B,E分別表示苜蓿、新麥草、緣毛雀麥、長穗偃麥草,CK為空白對照,M+P,M+B,M+E表示兩種牧草混播。圖中不同小寫字母表示同一年份不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同Note：M,P,B and E respectively represent Medicago varia,Psathyrostachys juncea,Bromus ciliatus and Elytrigia elongata.CK is the blank control.M+P,M+B and M+E represent the mixed sowing of the two forages：M. varia+grass species (P,B and E respectively).Different lowercase letters within the same year indicate a significant difference among different sowings at the P<0.05 level.The same as below

2.2 混播栽培方式對土壤全氮的影響

2.2.1不同混播組合對土壤全氮的影響 建植混播草地,測定當(dāng)年各地塊土壤全氮。單播M地塊土壤全氮含量最高為0.56 g·kg-1,各混播組合及禾草單播地塊土壤全氮含量均顯著高于CK,但顯著低于單播M(圖3)。建植第二年單播M地塊土壤全氮含量仍為最高達(dá)0.91 g·kg-1,但與M+B差異不顯著,與M+P、M+E、單播禾草差異顯著。建植第三年單播M地塊土壤全氮含量仍為最高達(dá)1.37 g·kg-1,但與M+B和單播B地塊差異不顯著。因此,單播苜?；蜍俎Ｅc緣毛雀麥混播最有利于土壤全氮的積累。

圖2 不同混播配比土壤有機(jī)質(zhì)含量Fig.2 Content of soil organic matter in different mixed sowing ratio注：M+P1,M+P2,M+P3表示苜蓿與新麥草以1∶1,1∶2,1∶3混播,下同Note：M+P1,M+P2 and M+P3 represent the mixed sowing of M. varia and P. juncea at a ratio of 1∶1,1∶2 and 1∶3,the same as to M+B1,M+B2 and M+B3 and M+E1,M+E2 and M+E3 for B. ciliatus and E elongate,respectively

2.2.2不同混播比例對土壤全氮的影響 不同比例混播對土壤全氮的影響不同(圖4)。苜蓿-新麥草混播,建植當(dāng)年單播M地塊土壤全氮顯著高于混播和單播P地塊;建植第二年單播M和M+P3地塊土壤全氮含量顯著高于M+P2和單播P地塊;建植第三年所有比例混播地塊土壤全氮含量均顯著高于單播P,但顯著低于單播M。苜蓿-緣毛雀麥混播,建植當(dāng)年單播M地塊土壤全氮含量與M+B1差異不顯著,但顯著高于其他地塊;建植第二年M+B2地塊土壤全氮含量最高,與單播M和M+B1差異不顯著,顯著高于M+B3和單播B地塊;建植第三年M+B2地塊土壤全氮含量仍為最高,且顯著高于其他混播與單播處理。苜蓿-長穗偃麥草混播,建植第一年單播M地塊土壤全氮含量顯著高于其他處理,混播中M+E1地塊土壤全氮含量顯著高于M+E2、M+E3和單播E;建植第二年單播M地塊土壤全氮含量仍最高,混播M+E1地塊土壤全氮含量顯著高于單播E,與單播M差異不顯著;建植第三年M+E2地塊土壤全氮含量最高,顯著高于其他處理。

圖4 不同混播配比土壤全氮含量Fig.4 Content of total nitrogen in soil with different nixed sowing ratio

2.3 混播栽培方式對土壤速效磷的影響

2.3.1不同混播組合對土壤速效磷的影響 通過對不同混播組合地塊土壤速效磷含量測定,在建植當(dāng)年除長穗偃麥草單播地塊外,其他混播、單播處理地塊土壤速效磷含量均顯著高于CK,M+E地塊土壤速效磷含量最高為13.89 mg·kg-1,顯著高于單播E(圖5)。建植第二年M+B地塊土壤速效磷含量最高為44.40 mg·kg-1,各單播及混播組合地塊土壤速效磷含量均顯著高于CK,M+B地塊土壤速效磷含量顯著高于單播B和E。建植第三年所有處理土壤速效磷含量均顯著高于CK,M+B地塊土壤速效磷含量最高,達(dá)77.94 mg·kg-1,比CK增加近2倍,顯著高于其他混播組合及禾草單播,與單播M差異不顯著。M+P與單播P差異不顯著,M+B、M+E與單播B、E差異顯著?？傮w來看,建植第一年苜蓿與3種禾草混播對土壤速效磷的積累效果無顯著差異,但隨著建植時間增長,苜蓿與緣毛雀麥混播對土壤速效磷積累效果最顯著。

2.3.2不同混播比例對土壤速效磷的影響 比較不同比例苜蓿禾草混播對土壤速效磷的影響(圖6)。苜蓿-新麥草混播建植當(dāng)年各混播與單播間土壤速效磷含量無顯著差異;建植第二年M+P1、M+P3地塊速效磷含量顯著高于M+P2和M;建植第三年M+P3地塊速效磷含量顯著高于M+P2,與其他處理無顯著差異。苜蓿-緣毛雀麥混播,建植第一年各地塊間速效磷含量無顯著差異;建植第二年M+B1、M+B2地塊土壤速效磷含量顯著高于M+B3和單播處理;建植第三年與第二年趨勢一致,M+B1、M+B2地塊土壤速效磷含量仍維持最高水平。苜蓿-長穗偃麥草混播,建植當(dāng)年M+E2、M+E3地塊土壤速效磷含量顯著高于其他處理;建植第二年M+E1地塊土壤速效磷含量最高,與M+E3差異不顯著外,顯著高于其他處理;建植第三年M+E1地塊仍維持最高土壤速效磷水平。綜合來看,對土壤速效磷積累,短期以苜蓿-長穗偃麥草1∶2或1∶3混播效果更顯著,隨建植年限延長,苜蓿-緣毛雀麥1∶1或1∶2混播效果更好。

圖5 不同單播及混播組合土壤速效磷含量Fig.5 Soil available P content under different single and mixed sowings

圖6 不同混播配比土壤速效磷含量Fig.6 Content of soil available P in different mixed sowing ratio

2.4 混播栽培方式對土壤速效鉀的影響

2.4.1不同混播組合對土壤速效鉀的影響 對土壤速效鉀含量進(jìn)行測定(圖7),不同混播組合建植后各年份,所有混播及單播地塊土壤速效鉀含量均顯著高于CK,其中建植當(dāng)年M+P和單播P地塊含量最高,且與其他處理差異顯著;建植第二年和第三年也呈現(xiàn)相似趨勢,M+P和單播P地塊土壤速效鉀含量具有顯著優(yōu)勢,且禾草相對苜蓿具有更高的速效鉀積累水平。各組合中,苜蓿-新麥草混播對提高土壤速效鉀含量效果最顯著。

2.4.2不同混播比例對土壤速效鉀的影響 不同混播比例對土壤速效鉀含量有一定影響(圖8)。苜蓿-新麥草混播,連續(xù)三年M+P3地塊土壤速效鉀含量最高,且隨混播中P比例減少而下降,各年份單播P地塊速效鉀含量也顯著高于單播M。苜蓿-緣毛雀麥混播和苜蓿-新麥草混播在速效鉀積累上呈相似趨勢。苜蓿-長穗偃麥草混播則表現(xiàn)為單播E比M+E混播在速效鉀積累上更有優(yōu)勢。相對而言,苜蓿-新麥草1∶3混播對土壤速效鉀積累效果最顯著,禾本科牧草對速效鉀的積累作用優(yōu)于豆科牧草。

圖7 不同單播及混播組合土壤速效鉀含量Fig.7 Soil available K content under different single and mixed sowings

2.5 混播栽培方式對土壤pH的影響

2.5.1不同混播組合對土壤pH的影響 建植混播和單播草地對鹽堿地土壤pH都有顯著影響,且隨建植時間延長,pH較對照顯著降低(圖9)。建植當(dāng)年各混播組合間土壤pH差異不顯著,混播與單播間也不顯著,除單播B和P外,各處理均比對照有顯著下降,以M+E地塊土壤pH降幅最為顯著;建植第二年M+E和單播E地塊土壤pH降幅最大,單播B降幅相對最小,各混播組合間差異不顯著;建植第三年M+E地塊土壤pH最小,降至7.60,且顯著低于M+B、M、B地塊。相對而言,苜蓿與長穗偃麥草混播是降低鹽堿地土壤pH的最有效混播方式。

2.5.2不同混播比例對土壤pH的影響 隨著混播草地建植年限增長,土壤pH整體呈現(xiàn)下降的趨勢(圖10)。苜蓿-新麥草混播,建植當(dāng)年M+P3混播土壤pH降幅最大;建植第二年各混播和單播地塊土壤pH整體較前一年下降且差異不顯著;建植第三年各處理土壤pH基本穩(wěn)定在7.76～7.81,差異不顯著。苜蓿-緣毛雀麥混播對土壤pH影響與前者呈相似規(guī)律。苜蓿-長穗偃麥草混播,連續(xù)三年M+E2地塊土壤pH降幅最大,建植當(dāng)年M+E2地塊土壤pH顯著低于M,第三年M+E2地塊土壤pH顯著低于其他處理。因此,苜蓿-長穗偃麥草1∶2混播對降低土壤pH效果最顯著。

圖9 不同單播及混播組合土壤pH值Fig.9 Soil pH value under different single and mixed sowings

圖10 不同混播配比土壤pH值Fig.10 Soil pH with different mixing ratio

2.6 混播處理組合的綜合評價

用建植第三年的混播和單播草地土壤數(shù)據(jù)建立TOPSIS模型,評價各混播、單播的長期土壤改良效果。TOPSIS模型顯示,在建植第三年,苜蓿-緣毛雀麥1∶2混播地塊土壤指標(biāo)綜合排序最高,其次是苜蓿-新麥草1∶3、苜蓿-緣毛雀麥1∶1、苜蓿-長穗偃麥草1∶1。單播禾草排序相對靠后。對鹽堿地綜合改良效果來看,以適宜比例的豆禾混播為最優(yōu),其次是單播苜蓿,二者均優(yōu)于單播禾草。

表2 建植第三年各混播、單播處理土壤指標(biāo)的綜合評價Table 3 Comprehensive evaluation of soil properties of mixed and single sowings in the third year after planting

3 討論

人工草地生產(chǎn)力穩(wěn)定性與可持續(xù)性的評價與土壤養(yǎng)分關(guān)系密切[19]。不同草種的根系在混播草地中由于土壤深度或生長階段的差異會存在生態(tài)位分離,以降低對土壤養(yǎng)分的競爭,形成土壤養(yǎng)分吸收利用的不同策略[20]。

3.1 豆禾混播對土壤養(yǎng)分含量的影響

土壤中的有機(jī)質(zhì)含量變化決定于有機(jī)物質(zhì)輸入和輸出量的相對大小,有機(jī)物質(zhì)的輸入來源主要依賴于植物在地表的枯枝落葉、根系等其他植物殘體在土壤中的分解和腐殖化[21]。有機(jī)質(zhì)是土壤養(yǎng)分的外在表現(xiàn)形式,有機(jī)質(zhì)含量越高土壤養(yǎng)分越高,它可以疏松土壤和促進(jìn)植物對陽離子的吸收[22]。本研究發(fā)現(xiàn)不同豆禾混播處理土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于空白對照組,與前人的研究結(jié)果相同。鄭偉等[5]研究發(fā)現(xiàn)混播組合中豆科牧草所占比例越高,土壤有機(jī)質(zhì)含量越高。本研究中單播苜蓿的土壤有機(jī)質(zhì)含量一直處于較高水平,混播草地中苜蓿-長穗偃麥草混播、苜蓿-緣毛雀麥混播均為豆科牧草比例越高土壤有機(jī)質(zhì)含量越高,但苜蓿與新麥草混播土壤有機(jī)質(zhì)含量不遵循此規(guī)律,可能由于新麥草為下繁禾草,與其他禾草相比分蘗多、葉量大,隨著種植時間的增長,地表枯枝落葉等有機(jī)物質(zhì)輸入量增加,加之根莖不發(fā)達(dá)不影響土壤通氣性,有利于微生物活動,最終導(dǎo)致更多有機(jī)質(zhì)回歸土壤[10]。而苜蓿與緣毛雀麥混播對土壤有機(jī)質(zhì)的提升效果最好,這可能是緣毛雀麥生長速度快、根系生物量更多所導(dǎo)致。

土壤氮素變化主要受植物根系和微生物作用的影響,豆科植物均有固氮作用,對土壤氮素的影響與其生長需求和固氮能力的強(qiáng)弱有關(guān)[23-24],苜蓿為直根系豆科牧草,根系分布較深,周轉(zhuǎn)更新速度較慢,但能通過根瘤固氮增加土壤養(yǎng)分來源的多樣性[25]。潘多鋒等[26]研究紫花苜蓿與無芒雀麥混播對鹽堿地的改良,發(fā)現(xiàn)混播草地0～30 cm土層土壤速效氮、全氮含量較鹽堿地分別提高了1.29和1.09倍;邰繼承等[27]研究發(fā)現(xiàn)同行混播草地和隔行混播草地土壤全氮含量均顯著高于單播無芒雀麥草地。本研究發(fā)現(xiàn)不同混播組合、混播比例的土壤全氮含量均高于與之對應(yīng)的單播禾草,與前人研究結(jié)果相同,苜蓿與禾草混播后,禾本科牧草消耗氮素的同時還會促進(jìn)苜蓿固氮,對氮素積累更加有利[28],所以混播種群的生物固氮能力較單播種群高。不同比例的豆禾混播處理土壤全氮含量也不同,體現(xiàn)出不同混播組合對氮的協(xié)同效果不同,本研究表明苜蓿與緣毛雀麥1∶2混播土壤全氮含量顯著高于其他組合,二者對氮的協(xié)同效果最佳。

土壤速效養(yǎng)分一般是土壤中水溶性和交換態(tài)的養(yǎng)分,植物可直接吸收利用或可以很快從土壤膠體上交換出來供植物利用的養(yǎng)分,而磷肥與鉀肥在促進(jìn)作物生長發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用[29]。豆禾混播草地能通過提高土壤微生物群落多樣性水平,進(jìn)一步促進(jìn)土壤的礦化作用,從而能較有效地提高土壤速效養(yǎng)分含量。崔瑩[30]的研究結(jié)果顯示,燕麥與箭筈豌豆1∶1混播土壤速效磷含量高于各單播草地和其他混播草地;張皓等[31]對不同種植方式的土壤養(yǎng)分進(jìn)行研究,結(jié)果表明混作草地速效磷、全磷含量高于凈作草地。本研究中不同混播組合混播比例土壤速效磷含量均高于禾本科單播,苜蓿與緣毛雀麥1∶2混播由于種間的良性競爭和協(xié)調(diào)作用最大程度地發(fā)揮,使得混播群體對土壤磷的消耗減少。而苜蓿與長穗偃麥草1∶2混播全氮含量很高而速效磷含量較低,可能是充足的氮供應(yīng)促使植物吸收了更多的磷[32]。

土壤速效鉀包括交換性鉀和水溶性鉀,可供植物直接吸收利用但數(shù)量較少[33],土壤速效鉀含量反映了土壤鉀素的供應(yīng)狀況[34],以指導(dǎo)生產(chǎn)中鉀肥的施用與調(diào)配,曹仲華等[35]研究發(fā)現(xiàn)一年生箭筈豌豆加入燕麥混播能提高土壤速效鉀含量,使pH值降低。來幸樑等[36]將紫花苜蓿與無芒雀麥、草地早熟禾、葦狀羊茅分別混播,發(fā)現(xiàn)隨著苜蓿比例增加,苜蓿與草地早熟禾、無芒雀麥混播土壤速效鉀含量呈遞減趨勢。本研究中混播草地速效鉀含量與單播禾草差異不大,但顯著高于單播苜蓿,與上述學(xué)者研究結(jié)果基本一致,禾本科牧草比豆科牧草更能有效積累速效鉀。

3.2 豆禾混播對土壤pH值的影響

土壤pH值對土壤微生物活性有很大影響[37],土壤pH值對分解有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì),遷移和固定土壤養(yǎng)分化學(xué)元素有很大影響[38]。潘多鋒等[26]在對紫花苜蓿與無芒雀麥混播對松嫩平原鹽堿地改良研究中發(fā)現(xiàn)苜蓿與無芒雀麥混播后土壤pH顯著降低。本研究中豆禾混播顯著降低了鹽堿地土壤pH,說明混播草地是非常有效的治理鹽堿地的方法,其中苜蓿與長穗偃麥草混播降低土壤pH的效果最顯著,說明種植耐鹽植物對于鹽堿地改良效果更好。苜蓿與長穗偃麥草1∶2混播降低土壤pH效果極其顯著,說明該比例是最適合重度鹽堿地的種植方案。

4 結(jié)論

建立多年生苜蓿禾草混播草地對鹽堿地的改良效果優(yōu)于苜蓿單播和禾草單播,且改良效果隨種植年限增加更為顯著,表現(xiàn)為混播牧草對鹽堿地土壤各項(xiàng)理化性質(zhì)的綜合改善,也表明多年生牧草混播有利于草地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性。三種混播組合中,苜蓿與新麥草混播更有利于土壤速效鉀的積累,苜蓿與緣毛雀麥混播更有利于土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷的積累,苜蓿與長穗偃麥草混播更有利于降低土壤pH值。根據(jù)對牧草在鹽堿地建植三年后土壤指標(biāo)的綜合評價,表明苜蓿與新麥草1∶3混播、苜蓿與緣毛雀麥1∶2混播、苜蓿與長穗偃麥草1∶1混播土壤改良效果更佳。對于海流圖地區(qū)鹽堿地來說,短期以苜蓿-長穗偃麥草1∶2混播種植,長期以苜蓿-緣毛雀麥1∶2混播種植土壤改良效果最好。