不同牧草对延安地区新造地土壤速效磷的影响

郑 恩，刘 敏，高铭雨，魏瑶瑶，王 俊，张永旺

（延安大学 生命科学学院，陕西 延安 716000）

黄土丘陵沟壑区是全世界土壤侵蚀最为剧烈的地区之一，该地区千沟万壑，土质疏松，植被覆盖度低［1-2］。在过去的几百年中，黄土丘陵沟壑区已经实施了淤地坝工程［3］。有报告显示，在过去50年内，黄土高原上修建了十多万座淤地坝，拦截了约210 亿m3的沉积物［4］。与此同时，治沟造地工程也在21 世纪初开始在黄土丘陵区开始实施，2019年CHEN等［4］认为“治沟造地”过程应该坚持不破坏林地、建设高标准高质量耕地，科学评估、稳妥推广，以此来促进光秃高原地区农业发展的可持续性。由于“治沟造地”工程时间尚短，其在工程形成的新造地中还面临着诸多的问题。CHEN等［5］研究表明，新造地的土壤十分贫瘠，孔隙率小，微生物丰度均明显低于坡耕地土壤和坝地土壤，且主要的肥力指标如钾含量、磷含量、有机质含量等也明显低于坡耕地土壤和淤地坝土壤。因大量的新造地土壤需要得到改良［6］。

现在对土壤改良的研究很多，根据文献报道对土壤改良的措施主要包括物理措施、化学措施和生物改良、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。化学措施主要是使用土壤改良剂（石膏、磷石膏、过磷酸钙等）来使土壤胶体的吸附性离子组成改变，达到改良土壤的效果。土壤改良剂具有见效快、实施方便等特点，是一种普遍的土壤改良措施［8］。生物措施具有改良土壤理化性质、提高土壤微生物群落、提升土壤生产力等特点［9］。但是物理改良措施和化学改良措施具有成本大，改良效果不持久、局限性大等特点，且在新造地的土壤改良是为了以后更好地进行经济作物的种植和农作物的种植，如果进行物理改良和化学改良，会对以后的农作物种植造成不良效果，影响粮食安全。目前，生物措施改良土壤已经成为土地改良的重要指导思想，全世界已经发现的草种有五千余种，可用于生草实验的有一千多种。主要用于生草的草种有豆科和禾本科，有一年生和多年生草。常用的豆科草种有：紫花苜蓿、白三叶、二年生草木樨等。其中白三叶和紫花苜蓿使用较多。禾本科草种中种类较多，有草地早熟禾、猫尾草、野牛草、苇状羊茅、多年生黑麦草等。我国对于生草的草种的研究和应用将较少，主要使用有白三叶、百喜草、苜蓿、多年生黑麦草等，缺乏对于不同气候区域和不同草种在不同生境中功能的深入评价研究［8］。根据延安市的实际情况，本试验选择了四种不同的牧草进行播种处理，豆科与禾本科植物各选择了两种，分别是黄花苜蓿、白三叶、苇状羊茅、披碱草。

黄花苜蓿（MedicagosativaL.）为豆科多年生牧草，在我国广泛栽培，有巨大的经济效益和良好的生态效应，对我国的生态恢复有重大意义［10］。苜蓿对环境的适应能力较强，可以在各种地形、土壤中生长，并且苜蓿具有根瘤，能为根部提供氮素营养。黄花苜蓿在生产性能和再生性能上不如紫花苜蓿，但是其匍匐性生长的根蘖特性，比紫花苜蓿对各种不利环境的抵抗能力要高，更适宜在北方地区露天种植［11］。白三叶草（TrifoliumrepensL.）是豆科车轴革属多年生草本植物，适应性广，一般播种生长期为5年，对土壤要求不严，可适应各种土壤，在微碱性和偏酸性土壤生长良好，可以作为牛等反刍动物的低成本高质量来源，是优良的牧草，而且又是改良土壤、护坡、覆绿的较为理想的草种，适应性广，抗旱耐热［12］。苇状羊茅（FestucaarundinaceaSchreb.）是多年生禾本科牧草，是适应性最广泛的牧草品种之一。它能够在多种生态环境和气候条件下生长，抗寒耐热、耐旱耐湿。披碱草（ElymusdahuricusTurcz.）属于禾本科多年生草本，是我国北方用于恢复植被的重要草种资源，在生态、放牧过程中有重要的实用经济价值，根系强大健壮、适应土壤类型广泛、易于养护种植等特点［13-15］，披碱草是青藏高原退化草地恢复的生态草种，能够适应恶劣的环境，并有较好的抗病虫和抗环境斜坡能力［16］，在维持生态平衡方面有着重要作用［17］。磷元素是植物生长和生态系统生产力最主要的限制性元素之一，草地生态系统中磷元素循环会影响陆地生态系统的物种组成、生产力、多样性以及其他生态系统的进程。当土壤中缺乏磷元素时，会影响植物的种子生产和开花期以及整个生活史的正常进行。速效磷是植物所需营养的直接来源，土壤速效磷的含量高低决定了植物所能汲取的养分的含量的多少。

在前人的研究中，多为果园或特定种群的牧草对土壤的改良试验，对于黄土高原丘壑区的研究较少。本试验根据黄土高原地区的土壤土质，选取一定的新造地进行生草试验，探寻出适合于黄土高原地区新造地的土壤改良的适宜品种。为以后新造地的培育改良提供途径和经验。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本文选择陕西省延安市新造地为研究区，此为治沟造地工程的一个典型样地，试验区位于东经109°48′，北纬36°36′，试验地所在区域属干旱半干旱大陆性季风气候，全年降水在6、7、8月份比较集中，年均降水量在465 mm，年日照时数1 178 h。试验样地为黄土高原地区2018年新造地，除杂草外，当年未种植作物。2020年开始，划分样地分别种植苇状羊茅、披碱草、黄花苜蓿、白三叶以及对照组。研究区位于黄土高原中部，属于黄土高原丘陵沟壑区，土壤类型为黄绵土。

1.2 试验设计

本试验设计5 个处理，在新造地中根据大小划分样地，根据样地大小均匀种植黄花苜蓿、白三叶、披碱草、苇状羊茅以及空白对照组。除空白组外，皆采用条播种植。2020 年6 月播种，播种前采样。期间对所有样地进行除杂除草处理。2020 年7 月、2021年7 月和2022 年7 月分别进行采样，并对每个样方用土钻采集9份0～<20 cm，20～<40 cm，40～60 cm 土层土样，样品采集后，用密封袋密封，带回实验室自然风干后混匀并研磨，剔除石砾、植物根系等杂质，进行土壤磷元素的测定。

1.3 测定项目与方法

测定方法：土壤样品指标的测定主要参照文献方法［18］，测定土壤速效磷采用钼锑抗比色法。

速效磷采用碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法。称取过1 mm筛风干土样2.500 g（精确到0.001 g）于150 mL三角瓶中，加入0.5 mo·lL-1NaHCO3溶液50 mL，加一勺无磷活性炭，振荡30 min，马上用无磷滤纸过滤。吸取滤液10 mL于50 mL容量瓶中，加入部分蒸馏水，再加入5 mL钼锑抗试剂，定容摇匀，放置30 min后在700 nm波长下比色，以空白液为参比，读出待测液的吸光度值。

1.4 数据分析

采用单因素方差分析检验不同种类牧草和土层及其监护作用对土壤各项指标之间的影响，使用SPSS 20.0 和SPSS 26 进行数据分析，使用Origin 2021进行绘图。

2 结果与分析

2.1 同一年中不同处理对土壤速效磷含量的影响

2020年7月—2022年7月的各个处理之间土壤速效磷含量如图1 所示，播种不同牧草的速效磷含量各个深度都高于空白对照处理的速效磷含量。苇状羊茅中0～<20 cm 的速效磷含量与20～<40 cm、40～60 cm 的速效磷含量有显著性差异。40～60 cm深度的速效磷含量显著高于0～<40 cm 深度的速效磷含量。黄花苜蓿处理的土壤速效磷含量0～<20 cm深度的速效磷含量与20～<40 cm、40～60 cm 深度的速效磷含量没有显著差异。披碱草处理、白三叶处理和空白对照中，不同深度的土壤速效磷含量也没有显著差异性。在同一深度不同的处理中，0～<20 cm 深度的速效磷含量中，披碱草处理的速效磷含量显著高于其他四种处理的速效磷含量；苇状羊茅、黄花苜蓿、白三叶与空白对照之间没有显著差异。在20～<40 cm 深度的速效磷含量中，不同的牧草处理都与空白对照处理有显著差异性；不同牧草处理之间没有显著差异。在40～60 cm 深度的处理中，苇状羊茅处理与黄花苜蓿处理与空白对照处理存在显著差异。而披碱草处理与白三叶处理，与苇状羊茅和黄花苜蓿以及空白对照都有显著差异。

图1 同一年中不同处理土壤速效磷含量

2021 年7 月份土壤速效磷养分含量如图1 所示，进行播种处理的土壤速效磷含量各个深度都高于空白对照处理。苇状羊茅处理和黄花苜蓿处理中不同土壤深度的速效磷含量没有显著差异。披碱草处理中，不同土壤深度的土壤速效磷含量都存在显著差异。白三叶和空白处理各个深度的土壤速效磷含量中也没有显著差异。在2021 年7 月份土壤速效磷含量测定中，各个处理之间没有显著差异性。

由图1可知，在经过两年的处理后，2022年7月份的土壤样品中，在同一年中，同一种牧草处理的结果如下：苇状羊茅处理的0～<20 cm深度的土壤速效磷含量显著高于20～60 cm的速效磷含量。黄花苜蓿处理的20～<40 cm深度的土壤速效磷含量显著低于0～<20 cm深度和40～60 cm深度的土壤速效磷含量。披碱草处理的0～<20 cm深度的土壤速效磷含量与20～<40 cm、40～60 cm深度的速效磷含量有显著差异。白三叶处理的0～<20 cm、20～<40 cm深度的土壤速效磷含量与40～60 cm深度的土壤速效磷含量存在显著差异。空白对照组的0～<20 cm、20～<40 cm深度的土壤速效磷含量与40～60 cm深度的土壤速效磷含量存在显著差异。由图1可知，各个处理之间的土壤速效磷含量，在0～<20 cm深度的土壤样品中，披碱草处理的样品与其他四种处理的样品存在显著差异。在20～<40 cm深度的土壤样品中，苇状羊茅与黄花苜蓿之间不存在显著差异，与披碱草、白三叶及空白对照处理存在显著差异。披碱草、白三叶、空白处理之间不存在显著差异。在40～60 cm 深度的土壤样品中，苇状羊茅与黄花苜蓿、披碱草处理之间存在显著差异；与白三叶和空白处理之间没有显著差异。黄花苜蓿与披碱草之间没有存在显著差异。

2.2 不同年份同一处理对土壤速效磷含量的影响

图2 为同一处理不同年份之间的土壤速效磷，图2 中A、B、C、D、E 图分别为苇状羊茅、黄花苜蓿、披碱草、白三叶和空白处理不同年间的土壤速效磷。根据图A 显示，在苇状羊茅处理的样地中，三个深度的土壤速效磷都有呈现出先增加后降低的趋势。0～<20 cm 深度和40～60 cm 三次样品间没有显著差异，在20～<40 cm 深度中，2022 年7月样品与其他两次样品之间有显著差异。

图2 同一处理不同年份间的土壤速效磷含量

由图2B 可知，在播种黄花苜蓿的样地中，三个深度的土样土壤速效磷养分含量呈现出先增加后降低的趋势，三个深度的样品中各个样品之间没有显著差异。

由图2C 可知，在播种披碱草的样地中，三个深度土壤速效磷养分都呈现出先增加后降低的趋势，0～<20 cm 深度的土壤中，2021 年7 月的样品与其他两组样品之间存在显著差异，在20～<40 cm 和40～60 cm深度的土壤中，三组样品中没有显著差异。

由图2D可得，各个深度的土壤速效磷含量都呈现出先增加后减少的趋势，0～<20 cm 深度土壤速效磷含量有显著的升高和降低趋势。在20～<40 cm和40～60 cm 深度不同年份的土壤速效磷含量之间没有显著差异。

由图2E可得，空白对照有助于土壤速效磷的积累，三种深度的土壤速效磷含量呈现出先增加后减少的趋势。在0～<20 cm深度的土壤速效磷含量中，2020 年7 月 与2021 年7 月 和2022 年7 月的速效磷含量之间存在显著差异；2021年7月与2022年7月的速效磷含量之间没有显著差异；在20～<40 cm 深度的土壤速效磷含量中，三组数据之间没有显著差异；在40～60 cm深度的土壤速效磷含量中，2020年7月的速效磷含量与2021 年7 月的速效磷含量之间存在显著差异，2022 年7 月的速效磷含量与2020 年7月和2021年7月都存在显著差异。

3 讨论

土壤有效磷是植物所必需的营养元素之一，其含量的高低直接决定作物产量和品质的优劣。有效磷的土壤固定机制是一种极其复杂的生理化学过程，当磷素进入土壤后发生水解，使得局部土壤溶液中的磷酸离子比原来土壤高出数百倍以上，以至于与周围溶液形成了浓度梯度。然而，土壤中大多磷素不能为植物所吸收，因此，注重作物根区土壤有效磷的时空分布格局，对于改善作物生长，提升作物产量至关重要。本研究结果表明，进行生草实验可有效改善土壤有效磷含量，从土层角度来看，在新造耕地中大多数处理的土壤速效磷含量表现为0～<20 cm 和20～<40 cm 高于40～60 cm，验证了“表聚效应”的特性，产生这一结果的原因可能有两个方面，首先，相比于40～60 cm 土层的土壤，0～<20 cm 和20～<40 cm 的土层土壤的干物质生物量和土壤生物组成成分较为活跃，在降水、森林土壤动物和微生物等因素的综合作用下，新鲜的枯枝落叶就会形成不同分解状态的有机残体或被降解为分子量大小各异的土壤速效养分。一些枯枝落叶碎屑或养分可随降水的携带作用以及土壤动物和微生物的转移作用进入到上层土壤中，并在上层土壤层中保存下来，因此使得上层土壤有效磷含量明显提高。另外，相比于其他速效养分，如硝态氮、速效钾等，大量的灌溉和降水难以使得有效磷向深层土壤迁移，土壤中有效磷一小部分以正磷酸盐的形式被植物根系所吸收利用，大部分以有机磷酸盐的形式与土壤固相紧密相连，聚集在土壤表层［19-23］。

进行牧草播种两年后，用不同牧草对样地进行了生草实验，结果表明，在进行牧草播种后，其变化趋势与空白试验的趋势相同，均呈现先增加后降低，然而，播种牧草处理的样品速效磷含量与第一年时相差不大，大多没有显著差异。在空白对照中，虽然呈现出先增加后降低的趋势，但是土壤速效磷含量相对于第一年有明显的增加，在0～<20 cm深度中有显著增加，可能是因为播种牧草在前期生长，会消耗土壤中的速效磷养分［16］，处于生长期的豆科牧草吸收带走的土壤速效磷较多，因此土壤中的速效磷含量降低，与RUTIGLIANO、贾举杰、贾倩民等的研究结果一致［24-26］。进行播种牧草处理后，黄花苜蓿播种的土壤中速效磷养分呈现先增加后降低的趋势，与周冀琼的研究结果相近［27］；进行白三叶处理的土壤中速效磷养分呈现先增后减的趋势，与曹保芹等［28］的研究一致，与吴玉森、马晓燕等的研究相近［16，29］。张艳秋的研究表明，披碱草在8 种牧草中对土壤速效磷的含量在0～<10 cm 含量最低，在10～<20 cm 披碱草含量最高，20～30 cm 披碱草显著高于其他几种牧草，与本研究中的研究结果相近。在张艳秋的研究中8种牧草的表层土壤的养分元素都是最高的，可见土壤中的养分主要分布于土壤表层，与本研究中的研究结果一致［30］。

4 结论

综上所述，播种牧草可以在短时间内对土壤速效磷的积累有促进作用，但是，豆科植物对土壤速效磷的影响呈现为先增高，后降低的趋势。在两年处理后空白对照对土壤速效磷的积累有促进作用，可能是因为土壤速效磷的流动性较小，植物缺少磷元素时，会从土壤中带走较多的速效磷，以至于土壤中的速效磷养分减少。在种植第一年中，白三叶处理的土壤速效磷2021 年7 月各个深度相对于2020 年7 月都有所增加，在播种其他的牧草中，三个深度中总有一个或者两个是低于2020 年7 月的，只有白三叶在第一年三个深度是同时增加的。那么在生草实验前期，短期内选择播种白三叶是提高土壤速效磷养分的适宜选择。本试验仅针对不同牧草处理对土壤速效磷的影响，播种不同牧草对土壤其他性质的影响需要进一步研究。