不同生长年限苜蓿对盐碱地土壤肥力的影响

魏晓斌，王志锋，于洪柱，徐安凯，孙启忠

(1.中国农业科学院草原研究所，内蒙古 呼和浩特 010010； 2.中国农业科学院研究生院，北京 100081；3.吉林省农业科学院畜牧科学分院，吉林 公主岭 136100)

前植物生产层

不同生长年限苜蓿对盐碱地土壤肥力的影响

魏晓斌1,2，王志锋3，于洪柱3，徐安凯3，孙启忠1

(1.中国农业科学院草原研究所，内蒙古 呼和浩特 010010； 2.中国农业科学院研究生院，北京 100081；3.吉林省农业科学院畜牧科学分院，吉林 公主岭 136100)

通过对不同生长年限苜蓿地各土层水溶性盐、有机质、pH值、全氮、水解性氮、全磷、有效磷、全钾及有效钾的测定分析，研究了不同生长年限苜蓿(Medicagosativa)对松嫩平原西部盐碱地土壤肥力年际变化和垂直分布的影响。结果表明，种植苜蓿能够有效降低土壤pH值和水溶性盐含量；播种当年,苜蓿地各土层全氮、水解性氮、全磷以及速效钾的含量都有下降。播种两年以上的苜蓿地，土壤有机质、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随土层深度的加深呈递减趋势，表层速效钾的含量最高。

苜蓿；土壤肥力；盐碱地

松嫩平原西部盐碱地属半湿润半干旱过渡区，主要以苏打(Na2CO3和NaHCO3)型盐碱土为主，生态环境十分脆弱，土壤盐含量高、碱性强、肥力弱，这已成为该区农牧业发展的主要障碍因素[1-2]。近几年，生物治理盐碱地被世界公认为投资少、见效快、效益大，尤其是通过栽培耐盐型牧草改善土壤理化性质、提高肥力，已取得显著成效[3]。苜蓿(Medicagosativa)作为一种重要的耐盐型牧草，在改良土壤、共生固氮、保持水土、营养价值等方面表现出了其他植物不可代替的作用，产生了良好的生态和经济效益，已成为当前研究的热点[4]。Zai等[5]、Brito-Neto和Pereira[6]研究认为，豆科植物能够显著影响土壤磷、钾含量。果园套种牧草能提高土壤有机质含量，改善0-40 cm土层土壤的氮磷钾含量[7-9]。线琳等[10]、罗玲等[11]研究认为，豆科绿肥施用1个月后土壤有效磷含量迅速升高，两个月内对土壤有效磷影响最大。20世纪60年代初，新疆自治区巩固与提高土壤肥力北疆工作组研究了种植苜蓿对盐碱地理化性质的影响，之后其他研究者先后对我国中部及西部地区进行了苜蓿改良盐碱地试验，研究表明，通过种植苜蓿能够有效降低土壤全盐量及pH值，提高土壤有机质、全氮、速效钾、速效磷的含量[12-17]。也有人比较了不同苜蓿种植年限对盐碱地性质的影响效果，发现，随着种植年限的增加，土壤中全磷、速效钾的含量逐年降低，而土壤pH值无明显变化[12,18-19]。这些研究结果对盐碱地的改良和利用具有十分重要的参考意义。

1 材料与方法

1.1试验区域 试验在吉林省农业科学院畜牧科学分院试验基地进行，位于吉林省大安市境内，属农牧交错带，地理位置123°08′45″-124°21′56″ E，44°57′00″-45°45′51″ N，年均温4.3 ℃，≥10 ℃积温2 921.3 ℃·d，年平均无霜期137 d[20]。苜蓿地分别建植于2008年、2009年、2010年、2011年及2012年，即1年龄、2年龄、3年龄、4年龄和5年龄苜蓿地。

1.2试验材料 供试土壤于2012年10月采自各苜蓿地及空白地(CK:未种苜蓿地)，采用梅花布点法采集0-5、5-15和15-30 cm土层的土样，每个处理重复3次。土样经过20 d风干处理后进行土壤理化性质测定。

1.3测定项目和方法 土壤pH值采用酸度法测定，有机质采用重铬酸钾容量法测定，水溶性盐采用土水比例为1∶5浸提-电导法测定，全氮采用扩散法测定，水解性氮采用碱解-扩散法测定，全磷采用酸溶-钥锑抗比色法测定，有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定，全钾采用碱熔-火焰光度法测定，速效钾采用1 mol·L-1乙酸铵浸提-火焰光度法测定[21]。

2 结果与分析

2.1不同生长年限苜蓿对各土层水溶性盐的影响 随着种植年限的增加，各土层水溶性盐呈总体下降的趋势(图1)。与空白地相比，5年龄苜蓿地0-5、5-15和15-30 cm土层水溶性盐分别降低了45.4%、61.6%和61.1%。其中空白地5-15 cm土层水溶性盐最高，达0.092 3%，而5年龄苜蓿地5-15 cm土层水溶性盐只有0.035 4%。5年龄苜蓿地15-30 cn土层水溶性盐含量最小，为0.034 4%，仅是空白地15-30 cm土层水溶性盐总量的38.9%。同时，随着种植年限的增加，土壤水溶性盐含量的下降速率有所减缓，特别是播种3年以上苜蓿地各土层(图1)。

2.2不同生长年限苜蓿对各土层有机质和pH值的影响 随着种植年限的增加，各土层有机质含量总体呈升高趋势。与空白地相比，2年龄苜蓿地0-5、5-15和15-30 cm土层有机质含量分别增加了33.7%、34.9%和91.6%。2～5年龄苜蓿地各土层的有机质含量都超过了2%，其中5年龄苜蓿地0-5 cm土层有机质含量达到了2.779 9%，比空白地高出1.016 2个百分点(表1)。

各土层的pH值随种植年限的增加虽有波动，但总体呈降低趋势。与空白地相比，不同处理的各土层pH值下降幅度为3.3%～15.3%。空白地、1、2年龄苜蓿地pH值最高所在的土层为5-15 cm，而4、5年龄苜蓿地pH值最高所在的土层为15-30 cm。2、4、5年龄苜蓿地各土层的pH值都降到了8以下，其中5年龄苜蓿地0-5和5-15 cm土层pH值降到最低，为7.27和7.56，比空白地分别降低了1.03和1.37(表1)。

2.3不同生长年限苜蓿对各土层全氮和水解性氮的影响 随着种植年限的增加，2、3年龄苜蓿地各土层的全氮和水解性氮总体变化趋势是先降低后升高(图2)。1年龄苜蓿地各土层全氮和水解性氮含量均为各处理最低，与空白地相比，降幅可达29.5%-64.1%，但2年龄苜蓿地中各土层全氮和水解性氮含量迅速增加，都增加了一倍以上。4年龄苜蓿地和5年龄苜蓿地相比，各土层的水解性氮含量相近，最高增幅仅为8.7%，而各土层全氮含量增加明显，最低增幅为16.9%，最高增幅可达26.5%。5年龄苜蓿地0-5和5-15 cm土层全氮含量为各处理中最大，分别为0.189 8%和0.190 4%。5年龄苜蓿地各土层水解性氮含量均达到最大，分别为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)，与对照相比，分别增加了73.0%、56.4%和62.7%(图2)。

图1 不同生长年限苜蓿地各土层水溶性盐的变化Fig.1 Changes of soil water-soluble salts content in alfalfa fields with different growth years

表1 不同生长年限苜蓿地各土层有机质和pH值的变化Table 1 Changes of soil organic matter and pH value in alfalfa fields with different growth years

2.4不同生长年限苜蓿对各土层全磷和有效磷的影响 随着种植年限的增加，全磷变化幅度较小，有效磷变化趋势呈抛物线。除1年龄苜蓿地外，2～5年龄苜蓿地各土层全磷含量都比相应空白地高，其中2年龄苜蓿地0-5和15-30 cm土层以及4年龄苜蓿地5-15 cm土层的全磷含量为各土层最高，分别为0.037 6%、0.037 5%和0.039 5%。2～5年龄苜蓿地各土层年际变化幅度较小，最高相差0.004 4%。同一处理中，0-5 cm土层的有效磷含量最高，随着土层的加深有效磷的含量随之降低。与空白地相比，1年龄苜蓿地的0-5和5-15 cm土层有效磷的含量迅速升高，增幅分别达82.4%和28.9%。4年龄苜蓿地各土层的有效磷含量最高，分别为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)(图3)。

2.5不同种植年限苜蓿对各土层全钾和速效钾的影响 与空白地相比，各处理的15-30 cm土层全钾含量都有所增加，但各处理间增降差异较小。1～3年龄苜蓿地的5-15 cm土层全钾含量有增加趋势，但4和5年龄苜蓿地出现降低的趋势，5年龄苜蓿地0-5和5-15 cm土层全钾含量分别降低了23.7%和15.5%。各处理0-5 cm土层速效钾含量最高，最高可达246.72 mg·kg-1，空白地和1～3年龄苜蓿土壤的速效钾含量最低的土层为5-15 cm，但4和5年龄苜蓿地土壤速效钾含量最低的土层为15-30 cm，其中1年龄苜蓿地5-15 cm土层速效钾含量为各处理中最低(63.12 mg·kg-1)，仅为最高值的25.6%(图4)。

图2 不同生长年限苜蓿地各土层全氮和水解性氮的变化Fig.2 Changes of total N and hydrolytic N in alfalfa fields of different growth years

图3 不同生长年限苜蓿地各土层全磷和有效磷的变化Fig.3 Changes of soil total P and available P in alfalfa fields with different growth years

图4 不同生长年限苜蓿地各土层全钾和速效钾的变化Fig.4 Changes of soil total K and available K in alfalfa fields with different growth years

3 讨论

土壤盐分平衡取决于土壤表面蒸发与淋溶能力的消长，蒸淋比大于1时积盐，反之脱盐。本研究表明，随着种植年限的增加各土层的水溶性盐含量呈下降趋势，这与苜蓿覆盖面积大、扎根深有关。种植苜蓿增加了地表覆盖，控制了地表蒸发，减少了地面蒸发；同时，苜蓿的蒸腾可降低地下水位，减少盐分向地表的积累，抑制盐分上升，降低土壤表层盐分，这与前人研究相一致[12-17,22]。1年龄苜蓿地各土层水溶性盐总量急剧下降，这可能与播种当年耕作整地有关，有待于进一步研究。

苜蓿根系发达，根系的78.3%集中分布在0-30 cm的土层[23]，随着种植年限的增加，侧根和毛细根数量增多，穿透力增强，能够改善土壤物理性质，吸收深层养分，从而增加土壤有机质的吸收，使土壤有机质含量逐年升高。尤其是5年龄苜蓿地，土壤有机质含量达到最高，这与凋落物在表层土壤的集聚有关。苜蓿根系分泌的有机酸及残体经微生物分解产生的有机酸能中和土壤碱性[24]，使土壤pH值降低，这与其它研究相一致[12-17,25-26]。

研究表明，1年龄苜蓿地各土层全氮、水解性氮、全磷以及速效钾的含量在各处理中最低，这可能与苜蓿播种当年根系弱小有关，有待于进一步研究。

苜蓿与根部的根瘤菌结合共生，形成高效的生物固氮体系，具有很强的固氮能力。由于播种当年根系不发达，根瘤作用尚未形成或固氮能力较弱，无法满足苜蓿生长所需，只能消耗土壤中的氮素，使得1年龄苜蓿地全氮和水解性氮含量呈现最低水平。但随着种植年限的增加，根系固氮能力逐渐增强，各土层全氮和水解性氮含量迅速升高，这与前人的研究相符[12-17]。苜蓿的生长发育离不开磷素的供给，且土壤中磷素属于消耗型。1年龄苜蓿生长对土壤中磷素的消耗，可能是使得1年龄苜蓿地各土层的全磷含量都较低的主要原因，有待于进一步研究。虽然1年龄苜蓿地全磷的含量较低，但由于根系分泌的有机酸及残体经微生物对磷的活化，使得2年龄苜蓿土壤有效磷的含量迅速升高，以供给苜蓿生长所需。但随着种植年限的增加，表层根系老化，加之苜蓿生长的消耗，5年龄苜蓿地各层土壤有效磷含量呈下降趋势。2～5年龄苜蓿地全磷含量都比空白地高，主要是因为随着种植年限的增加，苜蓿根系逐渐深入土壤深层，根系分泌的有机酸及残体能够经微生物活化深层土壤的磷并使之向表层土壤富集，所以表现出苜蓿生长消耗磷，而表层土壤富集磷的现象。这与郑普山等在辛集试验区的研究相一致，研究认为土壤含磷量在0-20 cm土层增加而在20-40 cm土层减少[27]。也有研究[12,18-19]认为，随着种植年限的增加，土壤中全磷含量逐年降低，这有待于进一步确认。

钾在土壤中移动性较小，钾离子在土壤中的扩散较慢，主要通过根系吸收和转移。1年龄苜蓿根系不发达，只能利用表层钾素，这可能是造成各层土壤速效钾含量消耗降低的关键因素。研究表明，随着苜蓿种植年限的增加，各土层垂直剖面速效钾含量随土层的下降呈递减趋势，这可能与根系吸收深层钾素向上输送供给苜蓿生长，而使下层土壤速效钾含量降低有关，这与胡发成研究相反[19]。

4 结论

1)通过种植苜蓿能够有效降低土壤pH值和水溶性含盐含量。

2)播种当年苜蓿地各土层全氮、水解性氮、全磷以及速效钾的含量有所下降。

3)播种2年以上的苜蓿地，土壤有机质、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随土层的加深呈递减趋势，表层速效钾含量最高。

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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

现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-35)作者简介:魏晓斌(1987-)，男，内蒙古苏尼特右旗人，在读硕士生，研究方向为草产品加工利用。E-mail:328861652@163.com

孙启忠(1959-)，男，内蒙古五原人，研究员，博士，研究方向为牧草生产加工与利用。E-mail:sunqz@126.com