不同牧草對延安地區(qū)新造地土壤速效磷的影響

鄭 恩，劉 敏，高銘雨，魏瑤瑤，王 俊，張永旺

（延安大學 生命科學學院，陜西 延安 716000）

黃土丘陵溝壑區(qū)是全世界土壤侵蝕最為劇烈的地區(qū)之一，該地區(qū)千溝萬壑，土質(zhì)疏松，植被覆蓋度低［1-2］。在過去的幾百年中，黃土丘陵溝壑區(qū)已經(jīng)實施了淤地壩工程［3］。有報告顯示，在過去50年內(nèi)，黃土高原上修建了十多萬座淤地壩，攔截了約210 億m3的沉積物［4］。與此同時，治溝造地工程也在21 世紀初開始在黃土丘陵區(qū)開始實施，2019年CHEN等［4］認為“治溝造地”過程應該堅持不破壞林地、建設高標準高質(zhì)量耕地，科學評估、穩(wěn)妥推廣，以此來促進光禿高原地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性。由于“治溝造地”工程時間尚短，其在工程形成的新造地中還面臨著諸多的問題。CHEN等［5］研究表明，新造地的土壤十分貧瘠，孔隙率小，微生物豐度均明顯低于坡耕地土壤和壩地土壤，且主要的肥力指標如鉀含量、磷含量、有機質(zhì)含量等也明顯低于坡耕地土壤和淤地壩土壤。因大量的新造地土壤需要得到改良［6］。

現(xiàn)在對土壤改良的研究很多，根據(jù)文獻報道對土壤改良的措施主要包括物理措施、化學措施和生物改良、耕作等措施［7］。物理改良措施主要采用抬高土地高程，深翻松耕等方法改良土壤。化學措施主要是使用土壤改良劑（石膏、磷石膏、過磷酸鈣等）來使土壤膠體的吸附性離子組成改變，達到改良土壤的效果。土壤改良劑具有見效快、實施方便等特點，是一種普遍的土壤改良措施［8］。生物措施具有改良土壤理化性質(zhì)、提高土壤微生物群落、提升土壤生產(chǎn)力等特點［9］。但是物理改良措施和化學改良措施具有成本大，改良效果不持久、局限性大等特點，且在新造地的土壤改良是為了以后更好地進行經(jīng)濟作物的種植和農(nóng)作物的種植，如果進行物理改良和化學改良，會對以后的農(nóng)作物種植造成不良效果，影響糧食安全。目前，生物措施改良土壤已經(jīng)成為土地改良的重要指導思想，全世界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的草種有五千余種，可用于生草實驗的有一千多種。主要用于生草的草種有豆科和禾本科，有一年生和多年生草。常用的豆科草種有：紫花苜蓿、白三葉、二年生草木樨等。其中白三葉和紫花苜蓿使用較多。禾本科草種中種類較多，有草地早熟禾、貓尾草、野牛草、葦狀羊茅、多年生黑麥草等。我國對于生草的草種的研究和應用將較少，主要使用有白三葉、百喜草、苜蓿、多年生黑麥草等，缺乏對于不同氣候區(qū)域和不同草種在不同生境中功能的深入評價研究［8］。根據(jù)延安市的實際情況，本試驗選擇了四種不同的牧草進行播種處理，豆科與禾本科植物各選擇了兩種，分別是黃花苜蓿、白三葉、葦狀羊茅、披堿草。

黃花苜蓿（MedicagosativaL.）為豆科多年生牧草，在我國廣泛栽培，有巨大的經(jīng)濟效益和良好的生態(tài)效應，對我國的生態(tài)恢復有重大意義［10］。苜蓿對環(huán)境的適應能力較強，可以在各種地形、土壤中生長，并且苜蓿具有根瘤，能為根部提供氮素營養(yǎng)。黃花苜蓿在生產(chǎn)性能和再生性能上不如紫花苜蓿，但是其匍匐性生長的根蘗特性，比紫花苜蓿對各種不利環(huán)境的抵抗能力要高，更適宜在北方地區(qū)露天種植［11］。白三葉草（TrifoliumrepensL.）是豆科車軸革屬多年生草本植物，適應性廣，一般播種生長期為5年，對土壤要求不嚴，可適應各種土壤，在微堿性和偏酸性土壤生長良好，可以作為牛等反芻動物的低成本高質(zhì)量來源，是優(yōu)良的牧草，而且又是改良土壤、護坡、覆綠的較為理想的草種，適應性廣，抗旱耐熱［12］。葦狀羊茅（FestucaarundinaceaSchreb.）是多年生禾本科牧草，是適應性最廣泛的牧草品種之一。它能夠在多種生態(tài)環(huán)境和氣候條件下生長，抗寒耐熱、耐旱耐濕。披堿草（ElymusdahuricusTurcz.）屬于禾本科多年生草本，是我國北方用于恢復植被的重要草種資源，在生態(tài)、放牧過程中有重要的實用經(jīng)濟價值，根系強大健壯、適應土壤類型廣泛、易于養(yǎng)護種植等特點［13-15］，披堿草是青藏高原退化草地恢復的生態(tài)草種，能夠適應惡劣的環(huán)境，并有較好的抗病蟲和抗環(huán)境斜坡能力［16］，在維持生態(tài)平衡方面有著重要作用［17］。磷元素是植物生長和生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力最主要的限制性元素之一，草地生態(tài)系統(tǒng)中磷元素循環(huán)會影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的物種組成、生產(chǎn)力、多樣性以及其他生態(tài)系統(tǒng)的進程。當土壤中缺乏磷元素時，會影響植物的種子生產(chǎn)和開花期以及整個生活史的正常進行。速效磷是植物所需營養(yǎng)的直接來源，土壤速效磷的含量高低決定了植物所能汲取的養(yǎng)分的含量的多少。

在前人的研究中，多為果園或特定種群的牧草對土壤的改良試驗，對于黃土高原丘壑區(qū)的研究較少。本試驗根據(jù)黃土高原地區(qū)的土壤土質(zhì)，選取一定的新造地進行生草試驗，探尋出適合于黃土高原地區(qū)新造地的土壤改良的適宜品種。為以后新造地的培育改良提供途徑和經(jīng)驗。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本文選擇陜西省延安市新造地為研究區(qū)，此為治溝造地工程的一個典型樣地，試驗區(qū)位于東經(jīng)109°48′，北緯36°36′，試驗地所在區(qū)域?qū)俑珊蛋敫珊荡箨懶约撅L氣候，全年降水在6、7、8月份比較集中，年均降水量在465 mm，年日照時數(shù)1 178 h。試驗樣地為黃土高原地區(qū)2018年新造地，除雜草外，當年未種植作物。2020年開始，劃分樣地分別種植葦狀羊茅、披堿草、黃花苜蓿、白三葉以及對照組。研究區(qū)位于黃土高原中部，屬于黃土高原丘陵溝壑區(qū)，土壤類型為黃綿土。

1.2 試驗設計

本試驗設計5 個處理，在新造地中根據(jù)大小劃分樣地，根據(jù)樣地大小均勻種植黃花苜蓿、白三葉、披堿草、葦狀羊茅以及空白對照組。除空白組外，皆采用條播種植。2020 年6 月播種，播種前采樣。期間對所有樣地進行除雜除草處理。2020 年7 月、2021年7 月和2022 年7 月分別進行采樣，并對每個樣方用土鉆采集9份0～<20 cm，20～<40 cm，40～60 cm 土層土樣，樣品采集后，用密封袋密封，帶回實驗室自然風干后混勻并研磨，剔除石礫、植物根系等雜質(zhì)，進行土壤磷元素的測定。

1.3 測定項目與方法

測定方法：土壤樣品指標的測定主要參照文獻方法［18］，測定土壤速效磷采用鉬銻抗比色法。

速效磷采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法。稱取過1 mm篩風干土樣2.500 g（精確到0.001 g）于150 mL三角瓶中，加入0.5 mo·lL-1NaHCO3溶液50 mL，加一勺無磷活性炭，振蕩30 min，馬上用無磷濾紙過濾。吸取濾液10 mL于50 mL容量瓶中，加入部分蒸餾水，再加入5 mL鉬銻抗試劑，定容搖勻，放置30 min后在700 nm波長下比色，以空白液為參比，讀出待測液的吸光度值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用單因素方差分析檢驗不同種類牧草和土層及其監(jiān)護作用對土壤各項指標之間的影響，使用SPSS 20.0 和SPSS 26 進行數(shù)據(jù)分析，使用Origin 2021進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 同一年中不同處理對土壤速效磷含量的影響

2020年7月—2022年7月的各個處理之間土壤速效磷含量如圖1 所示，播種不同牧草的速效磷含量各個深度都高于空白對照處理的速效磷含量。葦狀羊茅中0～<20 cm 的速效磷含量與20～<40 cm、40～60 cm 的速效磷含量有顯著性差異。40～60 cm深度的速效磷含量顯著高于0～<40 cm 深度的速效磷含量。黃花苜蓿處理的土壤速效磷含量0～<20 cm深度的速效磷含量與20～<40 cm、40～60 cm 深度的速效磷含量沒有顯著差異。披堿草處理、白三葉處理和空白對照中，不同深度的土壤速效磷含量也沒有顯著差異性。在同一深度不同的處理中，0～<20 cm 深度的速效磷含量中，披堿草處理的速效磷含量顯著高于其他四種處理的速效磷含量；葦狀羊茅、黃花苜蓿、白三葉與空白對照之間沒有顯著差異。在20～<40 cm 深度的速效磷含量中，不同的牧草處理都與空白對照處理有顯著差異性；不同牧草處理之間沒有顯著差異。在40～60 cm 深度的處理中，葦狀羊茅處理與黃花苜蓿處理與空白對照處理存在顯著差異。而披堿草處理與白三葉處理，與葦狀羊茅和黃花苜蓿以及空白對照都有顯著差異。

圖1 同一年中不同處理土壤速效磷含量

2021 年7 月份土壤速效磷養(yǎng)分含量如圖1 所示，進行播種處理的土壤速效磷含量各個深度都高于空白對照處理。葦狀羊茅處理和黃花苜蓿處理中不同土壤深度的速效磷含量沒有顯著差異。披堿草處理中，不同土壤深度的土壤速效磷含量都存在顯著差異。白三葉和空白處理各個深度的土壤速效磷含量中也沒有顯著差異。在2021 年7 月份土壤速效磷含量測定中，各個處理之間沒有顯著差異性。

由圖1可知，在經(jīng)過兩年的處理后，2022年7月份的土壤樣品中，在同一年中，同一種牧草處理的結(jié)果如下：葦狀羊茅處理的0～<20 cm深度的土壤速效磷含量顯著高于20～60 cm的速效磷含量。黃花苜蓿處理的20～<40 cm深度的土壤速效磷含量顯著低于0～<20 cm深度和40～60 cm深度的土壤速效磷含量。披堿草處理的0～<20 cm深度的土壤速效磷含量與20～<40 cm、40～60 cm深度的速效磷含量有顯著差異。白三葉處理的0～<20 cm、20～<40 cm深度的土壤速效磷含量與40～60 cm深度的土壤速效磷含量存在顯著差異。空白對照組的0～<20 cm、20～<40 cm深度的土壤速效磷含量與40～60 cm深度的土壤速效磷含量存在顯著差異。由圖1可知，各個處理之間的土壤速效磷含量，在0～<20 cm深度的土壤樣品中，披堿草處理的樣品與其他四種處理的樣品存在顯著差異。在20～<40 cm深度的土壤樣品中，葦狀羊茅與黃花苜蓿之間不存在顯著差異，與披堿草、白三葉及空白對照處理存在顯著差異。披堿草、白三葉、空白處理之間不存在顯著差異。在40～60 cm 深度的土壤樣品中，葦狀羊茅與黃花苜蓿、披堿草處理之間存在顯著差異；與白三葉和空白處理之間沒有顯著差異。黃花苜蓿與披堿草之間沒有存在顯著差異。

2.2 不同年份同一處理對土壤速效磷含量的影響

圖2 為同一處理不同年份之間的土壤速效磷，圖2 中A、B、C、D、E 圖分別為葦狀羊茅、黃花苜蓿、披堿草、白三葉和空白處理不同年間的土壤速效磷。根據(jù)圖A 顯示，在葦狀羊茅處理的樣地中，三個深度的土壤速效磷都有呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。0～<20 cm 深度和40～60 cm 三次樣品間沒有顯著差異，在20～<40 cm 深度中，2022 年7月樣品與其他兩次樣品之間有顯著差異。

圖2 同一處理不同年份間的土壤速效磷含量

由圖2B 可知，在播種黃花苜蓿的樣地中，三個深度的土樣土壤速效磷養(yǎng)分含量呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，三個深度的樣品中各個樣品之間沒有顯著差異。

由圖2C 可知，在播種披堿草的樣地中，三個深度土壤速效磷養(yǎng)分都呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，0～<20 cm 深度的土壤中，2021 年7 月的樣品與其他兩組樣品之間存在顯著差異，在20～<40 cm 和40～60 cm深度的土壤中，三組樣品中沒有顯著差異。

由圖2D可得，各個深度的土壤速效磷含量都呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，0～<20 cm 深度土壤速效磷含量有顯著的升高和降低趨勢。在20～<40 cm和40～60 cm 深度不同年份的土壤速效磷含量之間沒有顯著差異。

由圖2E可得，空白對照有助于土壤速效磷的積累，三種深度的土壤速效磷含量呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢。在0～<20 cm深度的土壤速效磷含量中，2020 年7 月 與2021 年7 月 和2022 年7 月的速效磷含量之間存在顯著差異；2021年7月與2022年7月的速效磷含量之間沒有顯著差異；在20～<40 cm 深度的土壤速效磷含量中，三組數(shù)據(jù)之間沒有顯著差異；在40～60 cm深度的土壤速效磷含量中，2020年7月的速效磷含量與2021 年7 月的速效磷含量之間存在顯著差異，2022 年7 月的速效磷含量與2020 年7月和2021年7月都存在顯著差異。

3 討論

土壤有效磷是植物所必需的營養(yǎng)元素之一，其含量的高低直接決定作物產(chǎn)量和品質(zhì)的優(yōu)劣。有效磷的土壤固定機制是一種極其復雜的生理化學過程，當磷素進入土壤后發(fā)生水解，使得局部土壤溶液中的磷酸離子比原來土壤高出數(shù)百倍以上，以至于與周圍溶液形成了濃度梯度。然而，土壤中大多磷素不能為植物所吸收，因此，注重作物根區(qū)土壤有效磷的時空分布格局，對于改善作物生長，提升作物產(chǎn)量至關重要。本研究結(jié)果表明，進行生草實驗可有效改善土壤有效磷含量，從土層角度來看，在新造耕地中大多數(shù)處理的土壤速效磷含量表現(xiàn)為0～<20 cm 和20～<40 cm 高于40～60 cm，驗證了“表聚效應”的特性，產(chǎn)生這一結(jié)果的原因可能有兩個方面，首先，相比于40～60 cm 土層的土壤，0～<20 cm 和20～<40 cm 的土層土壤的干物質(zhì)生物量和土壤生物組成成分較為活躍，在降水、森林土壤動物和微生物等因素的綜合作用下，新鮮的枯枝落葉就會形成不同分解狀態(tài)的有機殘體或被降解為分子量大小各異的土壤速效養(yǎng)分。一些枯枝落葉碎屑或養(yǎng)分可隨降水的攜帶作用以及土壤動物和微生物的轉(zhuǎn)移作用進入到上層土壤中，并在上層土壤層中保存下來，因此使得上層土壤有效磷含量明顯提高。另外，相比于其他速效養(yǎng)分，如硝態(tài)氮、速效鉀等，大量的灌溉和降水難以使得有效磷向深層土壤遷移，土壤中有效磷一小部分以正磷酸鹽的形式被植物根系所吸收利用，大部分以有機磷酸鹽的形式與土壤固相緊密相連，聚集在土壤表層［19-23］。

進行牧草播種兩年后，用不同牧草對樣地進行了生草實驗，結(jié)果表明，在進行牧草播種后，其變化趨勢與空白試驗的趨勢相同，均呈現(xiàn)先增加后降低，然而，播種牧草處理的樣品速效磷含量與第一年時相差不大，大多沒有顯著差異。在空白對照中，雖然呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，但是土壤速效磷含量相對于第一年有明顯的增加，在0～<20 cm深度中有顯著增加，可能是因為播種牧草在前期生長，會消耗土壤中的速效磷養(yǎng)分［16］，處于生長期的豆科牧草吸收帶走的土壤速效磷較多，因此土壤中的速效磷含量降低，與RUTIGLIANO、賈舉杰、賈倩民等的研究結(jié)果一致［24-26］。進行播種牧草處理后，黃花苜蓿播種的土壤中速效磷養(yǎng)分呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，與周冀瓊的研究結(jié)果相近［27］；進行白三葉處理的土壤中速效磷養(yǎng)分呈現(xiàn)先增后減的趨勢，與曹保芹等［28］的研究一致，與吳玉森、馬曉燕等的研究相近［16，29］。張艷秋的研究表明，披堿草在8 種牧草中對土壤速效磷的含量在0～<10 cm 含量最低，在10～<20 cm 披堿草含量最高，20～30 cm 披堿草顯著高于其他幾種牧草，與本研究中的研究結(jié)果相近。在張艷秋的研究中8種牧草的表層土壤的養(yǎng)分元素都是最高的，可見土壤中的養(yǎng)分主要分布于土壤表層，與本研究中的研究結(jié)果一致［30］。

4 結(jié)論

綜上所述，播種牧草可以在短時間內(nèi)對土壤速效磷的積累有促進作用，但是，豆科植物對土壤速效磷的影響呈現(xiàn)為先增高，后降低的趨勢。在兩年處理后空白對照對土壤速效磷的積累有促進作用，可能是因為土壤速效磷的流動性較小，植物缺少磷元素時，會從土壤中帶走較多的速效磷，以至于土壤中的速效磷養(yǎng)分減少。在種植第一年中，白三葉處理的土壤速效磷2021 年7 月各個深度相對于2020 年7 月都有所增加，在播種其他的牧草中，三個深度中總有一個或者兩個是低于2020 年7 月的，只有白三葉在第一年三個深度是同時增加的。那么在生草實驗前期，短期內(nèi)選擇播種白三葉是提高土壤速效磷養(yǎng)分的適宜選擇。本試驗僅針對不同牧草處理對土壤速效磷的影響，播種不同牧草對土壤其他性質(zhì)的影響需要進一步研究。