不同种植年限紫花苜蓿种植地土壤容重及含水量特征

周恒++时永杰++路远

摘要：对不同种植年限（1、3、10、15年）紫花苜蓿种植地土壤容重及土壤含水量进行了研究，结果表明：随生长年限的增加，相同土层不同年限之间和各年限不同土层之间的土壤容重均逐渐减小，15年最小，1年最高；而各年限土壤含水量在垂直方向也随土壤深度的增加而呈减小趋势；相同土层不同年限之间，土壤含水量随种植年限的增加而减小。相关分析表明，土壤容重与含水量在0.01水平上显著相关。

关键词：紫花苜蓿；土壤容重；土壤含水量；利用年限；分布特征

中图分类号： S812.29文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）05-0490-04

在陆地生态系统中，草地面积较广，天然和人工草地覆盖了1/5的陆地表面[1]，在天然草地逐渐退化的情况下，人工草地的地位日益突出，这对气候变化及改良土壤均有较重要的意义。土壤容重与土壤质地、压实状况、土壤颗粒密度、土壤有机质含量及各种土壤管理措施有关。土壤越疏松多孔，容重越小，土壤越紧实，容重越大。土壤容重对土壤的水、肥、气、热状况都有直接或间接的影响，从而影响土壤肥力的发挥和作物的生长[2]。土壤中水分含量多少是影响作物生长的限制性因子，土壤水分含量又直接影响着土壤通气性。作为“牧草之王”的紫花苜蓿，属多年生豆科牧草，在我国已有 2 000 多年的人工栽培历史[3]。紫花苜蓿不仅具有较强的生态适应性，而且高产优质，是畜牧业发展的主要优质饲草[4]。研究不同种植年限紫花苜蓿地土壤容重和土壤含水量的变化，可为合理利用紫花苜蓿、优化土壤物理结构提供参考依据。

1材料与方法

1.1样地概况

试验地位于农业部兰州黄土高原生态环境重点野外科学观测试验站，在甘肃省兰州市七里河区彭家坪乡龚家湾村大洼山，地处103°45′E、36°01′N，海拔1 750 m，属于兰州盆地黄河南岸三级阶地。年均降水量324.5 mm，主要集中在 7、8、9月，蒸发量1 450.0 mm，日照时数2 751.4 h；年均温 9.3 ℃，≥0 ℃的活动积温3 700 ℃，≥10 ℃的活动积温1 900～2 300 ℃，极端最高温39.1 ℃，最低温-23.1 ℃。属于黄土高原半干旱丘陵沟壑区，土壤母质为第四纪风成黄土，土层深厚，土壤种类主要为灰钙土。

1.2样地选取

于2014年9月选取农业部兰州黄土高原生态环境重点野外科学观测试验站不同种植年限的紫花苜蓿地（1、3、10、15年），供试紫花苜蓿品种为中兰1号（中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所育成种），试验地为2000年、2005年、2012年、2014年4月种植的苜蓿地，地力及栽培管理一致。

1.3样品采集与处理

于2014年9月中旬在各样地内，挖土壤剖面，取样深度为0～150 cm，每10 cm为1层。用环刀法测定每层土壤容重，环刀容积100 cm3，剖面内各取3个重复。同时，每层土壤剖面在环刀取完样后，在旁边取20 g左右的鲜土于已知质量的铝盒中，取样后称鲜质量，烘干法测定各层土壤含水量。

1.4数据处理

所有数据均录入Excel电子表格，数据采用SPSS 21.0软件进行统计分析。不同生长年限紫花苜蓿不同土壤深度地下容重和含水量采用单因素方差分析，LSD法0.05水平上进行多重比较。数据结果以平均值±标准误表示。

2结果与分析

2.1不同种植年限紫花苜蓿地土壤容重分析

2.1.1不同种植年限紫花苜蓿地土壤容重变化特征不同种植年限紫花苜蓿地土壤容重存在显著差异（P<0.05）。1、3、10、15年0～150 cm土壤平均容重为1.635 、1.655、1.498、1.467 g/cm3。由图1可知，1年表现为先上升后下降最后又上升的趋势，整体数据变异系数为7.89%。最大值 1.881 g/cm3 出现在20～30 cm土层，最小值1.458 g/cm3出现在70～80 cm土层。3年表现为随土壤深度的增加，容重逐渐减小的趋势，整体数据变异系数为6.4%。最大值 1.786 g/cm3 出现在50～60 cm土层，最小值1.484 g/cm3出现在130～140 cm土层。10年和15年表现为0～70 cm随土层增加而容重减小，在60～70 cm最低，为1.413、1.397 g/cm3，随后又逐渐上升，但总体趋势都是逐渐减小，整体数据变异系数分别为5.37%和5.86%。10年的容重最大值1.622 g/cm3出现在20～30 cm土层；15年的容重最大值1.637 g/cm3出现在10～20 cm土层。

2.1.2不同种植年限紫花苜蓿地土壤容重层次特征由表1可知，随着种植年限的增加，各层容重呈下降趋势，以15年最小。0～10 cm和10～20 cm土层各年份土壤容重之间无显著差异；0～10 cm土层容重变化范围为1.580～1.670，变异系数为3.40%；10～20 cm土层容重变化范围为1.613～1.779 g/cm3，变异系数为6.34%。20～30 cm土层容重变化范围为1.602～1.881 g/cm3，变异系数为7.78%，1年土壤容重显著高于其他年份，3、10、15年容重比1年降低了1074%、13.77%、14.83%，而3、10、15年土壤容重之间无差异。30～110 cm土层土壤容重以3年最大， 各层变异系数分别为6.37%、7.77%、9.84%、9.16%、6.37%、6.22%、801%。110～150 cm土层容重以1年最大，各层变异系数为8.20%、7.62%、6.79%、8.80%、10.43%。

2.2不同种植年限紫花苜蓿土壤含水量分析

2.2.1不同种植年限土壤含水量变化规律不同种植年限紫花苜蓿土壤含水量存在显著差异（P<0.05）（图2）。1、3、10、15年0～150 cm土壤平均含水量分别为6.26%、6.92%、4.37%、3.71%。各年限土壤含水量垂直方向表现为：土壤含水量随土层深度的增加而呈减小趋势。具体为：1年土壤含水量呈先下降后上升的趋势。1年的0～150 cm土壤含水量在 4.80%～10.36%之间，土壤含水量变异系数为30.34%；其中0～20 cm土层土壤含水量显著高于30～120 cm，而与140～150差异不显著。3年土壤含水量随土层深度增加而减小，0～150 cm土壤含水量在4.35%～11.60%，土壤含水量变异系数为36.97%；其中0～20 cm土层显著高于20～150 cm 土层。10年土壤含水量呈减小趋势，0～150 cm土壤含水量在3.18～9.15%之间，土壤含水量变系数为47.38%；0～10 cm土层土壤含水量显著高于其他各层，40～150 cm各层土壤含水量差异不显著。15年的0～150 cm土壤含水量在2.42%～9.33%之间，变异系数为63.15%；0～20 cm土层土壤含水量显著高于其他各层，30～150 cm土层各层土壤含水量差异不显著。

2.2.2不同种植年限紫花苜蓿地土壤含水量层次差异分析由表2可知，不同年限相同土层土壤含水量在0～10 cm土层无差异，其余各层含水量之间差异显著，具体表现为种植年限越短，土壤含水量越大。0～40 cm土层3年土壤含水量最高，各层变异系数为17.98%、8.08%、7.29%、39.30%；40～150 cm土层1年土壤含水量最高，各层变异系数为 36.72%、36.18%、30.10%、32.22%、37.69%、40.36%、41.96%、4636%、56.55%、53.91%、70.00%。0～20 cm土层10年土壤含水量均最低，20～150 cm土层15年土壤含水量最低。

2.3不同种植年限土壤含水量与土壤容重相关性分析

土壤通气状况与土壤水分状况密切相关，由表3可知，除3年外，其余各生长年限紫花苜蓿地土壤含水量与土壤容重在0.01水平上显著相关，相关系数为0.718、0.574、0815。

3讨论

土壤容重与土壤质地、压实状况、土壤颗粒密度、土壤有机质含量及各种土壤管理措施有关。对不同生长年限紫花苜蓿土壤容重的分析表明，随生长时间增长，不同种植年限紫花苜蓿地土壤容重垂直分布格局及其在同一土层内的分布表现出差异性。随种植年限的增加，不同年限紫花苜蓿地土壤容重降低，这与杨玉海等的研究结果[5]部分相似，且底层低于表层，这与杨玉海等的结论[5]不相符。本研究中，以15年紫花苜蓿土壤容重最低，种植3年、10年、15年与1年相比，土壤容重均有所降低，这表明种植紫花苜蓿时间越长，对降低土壤容重的作用越大；同时年限越长，土壤容重变异越小，表明随着苜蓿的生长，对土壤容重的影响作用逐渐降低。有研究报道，土壤容重过高，会限制根系生长，减慢其伸长速度[6]，而1年紫花苜蓿根系获取养分等的能力还比较弱，对土壤的穿透作用还比较弱，对土壤的影响较小，因而具有较高的土壤容重。在相同土层不同年限紫花苜蓿土壤容重之间表现不同。在0～20 cm土层之间各年限容重无显著差异。各年限表层土壤容重变异小于深层土壤，这表明种植苜蓿对深层土

壤容重影响较大。

作物耗水是引起土壤水分变化的主要因素[7]，本研究中，随年限的增加，不同生长年限相同土层土壤含水量越低，且表层土壤含水量比深层土壤含水量变异小，这可能是由于表层土壤能够通过降雨或灌溉等途径获得水分补充，而深层土壤由于水分在土壤中的渗透速率的不同，加上试验地所处地区的气候条件等因素，导致水分得不到补充，因而变化较大。而同一年限不同土层随深度增加土壤含水量逐渐减少，这与杜世平等[8]、金凤霞等[9]的研究结果相似。这可能是由于随着紫花苜蓿生长年限的增加，根系向土壤深层生长，对深层土壤水分利用增加，当根系生长水分不足时，就会使得更深层土壤水分上移，供根系生长利用，这就导致了随种植年限的增加，土壤深层含水量较低[10-11]，出现土壤干层。

土壤容重和土壤含水量的相关分析表明，除3年紫花苜蓿地外，1年、10年、15年紫花苜蓿土壤容重与含水量在0.01水平上显著相关，这可能是因为1年处于生长初期，需要大量水分，而良好的土壤结构有利于根系的生长，而 10年和15年处于生长衰退期，加上前期对土壤水分的消耗，导致土壤含水量较低，因而需要更多的水分来维持生长，而好的土壤孔隙结构对保持水分有重要作用。3年处于旺盛生长时期，固氮固碳能力增强，对改善土壤肥力及物理结构效果比较明显，水分状况比较理想。

王志强等的研究表明，紫花苜蓿草地生长超过10年，翻耕后种植其他作物，即使是12年后，也不能满足林木和多年生豆科牧草的水分需要，只能种植1年生农作物[12]。虽然随着种植年限的增加，土壤容重减小，但综合考虑经济因素、生态因素，紫花苜蓿草地种植最好不要超过10年[3]，应及时翻耕。

4结论

通过对不同生长年限紫花苜蓿地土壤容重及含水量的分析，可以得到如下结论：随着生长年限的增加，各年限紫花苜蓿地土壤容重随土层深度的增加而呈现不同的变化特征，1年紫花苜蓿地容重呈先上升后下降最后又上升的趋势，而含水量则是先下降后上升，3年、10年、15年紫花苜蓿地表现为随土壤深度的增加，容重和含水量都呈逐渐减小趋势。容重的变异系数随年限的增加而减小，而含水量的变异系数则相反，说明生长年限越长，降低土壤容重效果越明显，而水分消耗也越严重。

相同土层不同生长年限紫花苜蓿地土壤容重与含水量不同。随着种植年限的增加，土壤容重及含水量降低，且表层变异小于深层。这是由于生长年限越长，紫花苜蓿根系对土壤的作用越强，使水分消耗越严重。

不同生长年限土壤容重及含水量具有相关性，但还需对其他因素进行相关分析，以便全面评价种植紫花苜蓿对土壤理化性质的改良作用。

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