沙地苜蓿種植年限對土壤速效鉀與堿解氮含量的影響

滕愛娣，鄧 波，王顯國，高 凱

(1.內蒙古民族大學農學院,內蒙古 通遼 028042；2.中國農業大學動物科技學院，北京 100083)

沙地苜蓿種植年限對土壤速效鉀與堿解氮含量的影響

滕愛娣1，鄧 波2，王顯國2，高 凱1

(1.內蒙古民族大學農學院,內蒙古 通遼 028042；2.中國農業大學動物科技學院，北京 100083)

通過測定不同種植年限紫花苜蓿地土壤中速效鉀和堿解氮的含量，分析了速效鉀和堿解氮在原生質土壤與人工種植地土壤在耕層的垂直分布以及根際土與非根際土中含量的變化狀況。結果表明：種植紫花苜蓿時間越長，對土壤速效鉀和堿解氮含量影響越大，紫花苜蓿地土壤速效鉀和堿解氮含量在耕層呈垂直下降趨勢，相同種植年限根際土與非根際土速效鉀和堿解氮含量差異明顯，原生質土與人工種植紫花苜蓿地土壤速效鉀和堿解氮含量差異明顯。隨著種植年限的增加速效鉀和堿解氮含量均呈現升-降-升趨勢。速效鉀含量整體表現為：2年生>5年生>4年生>3年生>1年生>原生質土，堿解氮含量整體表現2年生>5年生>3年生>1年生>4年生>原生質土。不同生長年限土壤中速效鉀和堿解氮的變化幅度較大，垂直方向上隨著土層深度的增加，各生長年限土壤養分均呈降低趨勢，表現出明顯的“表聚性”，并且各生長年限土壤養分以0～20 cm土層含量最多。

紫花苜蓿；生長年限；速效鉀；堿解氮

紫花苜蓿(Medicagosativa)是高產、優質的豆科牧草，具有產量高、品質好、抗逆性強、生態適應性廣和保持水土等功能[1-5]，同時，紫花苜蓿種植對土壤的理化性質具有一定的改良效果，能夠提高土壤肥力，是我國北方草田輪作的首選草種[6，7]。紫花苜蓿種植對土壤理化性質的改良效果是當前苜蓿研究的熱點問題之一，學者們分別從苜蓿種植對土壤全碳含量、磷含量、氮含量、酶含量等方面進行了細致的研究[8-11]。結果證實苜蓿種植均能提高土壤的氮素、磷素、鉀素含量，對土壤的淀粉酶、脲酶、過氧化氫酶也有提高作用[12，13]。有關不同種植年限苜蓿對土壤的改良效果楊恒山、邰繼承等[10]從土壤微生物和酶活性方面也進行了研究，且證實隨著紫花苜蓿種植年限的增加,土壤微生物的活動增強，酶活性均隨土層深度的增加而依次遞減；蔣平安等[16]也對不同種植年限苜蓿的土壤改良效果進行了相關研究，其研究表明苜蓿種植時間的長短對有機質和全量養分在耕層垂直分布的影響無差異,而速效養分和容重等特性隨苜蓿種植時間的延長,土層之間的差距愈明顯。雖然有學者對不同種植年限苜蓿的土壤改良效果進行了研究，但均在控制條件下進行，不能夠準確說明實際生產過程中不同種植年限苜蓿對土壤的改良效果。研究多集中在氮、磷、碳，對鉀素的研究相對較少。鑒于此，通過對內蒙古通遼珠日河不同年限苜蓿人工草地和原生植被地不同土層土壤中速效鉀和堿解氮含量的對比研究，以及對不同種植年限苜蓿根際土和非根際土速效鉀和堿解氮含量的對比研究，揭示大田生產過程中不同種植年限苜蓿對土壤的改良效果，為合理的苜蓿草田輪作提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 自然概況

內蒙古通遼市珠日河，位于N 43°36′，E 122°22′，屬于溫帶大陸性季風氣候。年平均氣溫5.2℃；年平均日照2 906 h；極端最高氣溫37.8℃；極端最低氣溫-35.9℃；最熱月平均氣溫24℃；最冷月份平均氣溫-16.2℃。年平均無霜期140 d。年平均降水量在300～450 mm。相對濕度為55%～61%。

1.2 土壤取樣方法

取樣地為1年生、2年生、3年生、4年生和5年生苜蓿人工草地，取樣時間為10月6日。分別于各生長年限苜蓿地選取4個樣點，各樣點分0～10、10～20、20～30、30～50、50～70、70～100 cm共6個層次，每個取樣點取5鉆，然后，將同一土層土壤進行混合，利用四分法進行取樣，將樣品在陰涼通風條件下陰干磨細，過1 mm篩備用。

采集根際土與非根際土時先用鐵锨鏟除雜物，然后用鐵锨小心沿植株基部向下挖大約50 cm，將抖落的土壤作為非根際土收集，用小毛刷將不能抖落的沾附在根上的土輕輕刷下作為根際土收集，風干、磨細，過1 mm篩備用。

1.3 土壤測定方法

速效鉀采用1 mol/L NH4Ac浸提-火焰光度法測定；堿解氮采用堿解擴散法測定。

2 結果與分析

2.1 不同種植年限對土壤速效鉀含量的影響

不同種植年限以及原生植被的紫花苜蓿土壤速效鉀含量的平均值大小為2年生>5年生>4年生>3年生>1年生>原生質土壤；1年生紫花苜蓿土壤各土層速效鉀含量沒有明顯差異，2年生紫花苜蓿0～10與10～20 cm土層速效鉀含量明顯高于其他各土層。3、4、5年生紫花苜蓿表層(0～10 cm)土壤速效鉀含量明顯高于其他土層，剩余土層含量無明顯差異。原生植被各土層速效鉀含量差異明顯，呈規律性逐層下降趨勢。0～10 cm土層速效鉀含量的大小關系為5年生>4年生>2年生>原生質>3年生>1年生。10～20與20～30 cm土層2年生明顯高于其他年限，剩余年限變化不明顯，30～50與50～70 cm土層變化規律相同，峰值均出現在第2年，次峰值出現在第5年，其余年份變化不明顯。70～100 cm土層除原生質土壤鉀含量較低外其他各年限無明顯差異。原生植被土壤速效鉀含量均值與一年生紫花苜蓿地土壤含量基本持平，稍低于一年生紫花苜蓿地土壤，明顯低于其他種植年限紫花苜蓿地土壤(表1)。

表1 不同年限苜蓿速效鉀含量Table1 The available potassium content in soil with different years of alfalfa planting

注：大寫字母表同列不同數值差異顯著(P<0.05)，小寫字母表示同行不同數值差異顯著(P<0.05)，下同

2.2 不同土層土壤速效鉀的動態變化

變異系數的均值大小為1年生>原生質>2年生>4年生>5年生>3年生土壤；隨著土層深度的增加變異系數有增大趨勢；1年生和原生質土壤的變異系數最大值均出現在50～70 cm土層，3年生和5年生土壤的變異系數最大值均出現在70～100 cm土層，2年生土壤變異系數最大值出現在10～20 cm土層，4年生土壤變異系數最大值出現在30～50 cm土層。0～10 cm土層變異系數最大值為3年生土壤，10～20 cm土層變異系數最大值為2年生土壤，20～30 cm土層變異系數最大值為原生質土壤，30～50、50～70、70～100 cm土層變異系數最大值均為1年生土壤(表2)。

2.3 根際土與非根際土土壤速效鉀含量

根際土與非根際土速效鉀含量平均值的大小為根際土>非根際土，根際土速效鉀含量大約為非根際土的1.07倍。不同生長年限根際土與非根際土中速效鉀含量的大小關系為2年生>4年生>5年生>3年生>1年生。相同年限中只有3年生根際土與非根際土速效鉀含量差異不顯著，其余年限含量差異均顯著(表3)。

表2 變異系數Table2 Coefficient of variation

表3 根際與非根際土壤速效鉀含量Table3 The available potassium content in rhizosphere and non-rhizosphere soil

2.4 不同種植年限對土壤堿解氮含量的影響

不同種植年限以及原生植被的堿解氮含量的平均值大小為2年生>5年生>3年生>1年生>4年生>原生質土;1年生、4年生、5年生和原生質土壤0～10 cm土層堿解氮含量均明顯高于其他土層，2年生土壤0～10與10～20 cm土層堿解氮含量明顯高于其他各土層，其他土層差異不明顯。3年生土壤10～20 cm土層堿解氮含量明顯高于其他土層，剩余土層含量無明顯差異。原生植被各土層堿解氮含量差異明顯，總體呈下降趨勢。0～10 cm土層堿解氮含量的大小關系為5年生>2年生>4年生>1年生>原生質>3年生。10～20與20～30 cm土層變化規律相同，2年生和3年生明顯高于其他年限，剩余年限變化不明顯，30～50 cm土層，峰值出現在第5年，次峰值出現在第2年，其余年份變化不明顯。50～70，70～100 cm土層變化規律相同，最大值均出現在第1年，原生質土壤堿解氮含量明顯低于其他種植年限紫花苜蓿地土壤堿解氮含量(表4)。

表4 不同年限苜蓿堿解氮含量Table4 The available nitrogen content in in soil with different years of alfalfa plantings

2.5 不同土層土壤堿解氮的動態變化

變異系數的平均值大小關系為5年生>4年生=原生質>3年生>2年生>1年生土壤；1年生土壤的變異系數最大值均出現在50～70 cm土層，2年生土壤的變異系數最大值出現在0～10 cm土層，3年生、4年生、5年生與原生質土壤變異系數最大值均出現在70～100 cm土層。0～10 cm土層變異系數最大值為2年生土壤，10～20 cm土層變異系數最大值為原生質土，20～30 cm土層變異系數最大值為5年生土壤，30～50 cm土層變異系數最大值為原生質土，50～70 cm土層變異系數最大值為5年生土壤，70～100 cm土層變異系數最大值為4年生土壤(表5)。

2.6 根際土與非根際土土壤堿解氮含量

根際土與非根際土壤堿解氮含量平均值的大小為根際土>非根際土，根際土堿解氮含量大約為非根際土的1.37倍。不同生長年限根際土中堿解氮含量的大小關系為4年生>5年生>3年生>2年生>1年生規律。非根際土中堿解氮的大小關系為5年生>4年生>3年生>2年生>1年生規律。相同種植年限中堿解氮含量差異均顯著(表6)。

表5 變異系數Table5 Coefficient of variation

表6 根際與非根際土壤堿解氮含量Table6 the available nitrogen content in rhizosphere and non-rhizosphere soil

3 討論

苜蓿作為改良貧瘠土壤的重要豆科牧草[5，6]，已有研究表明苜蓿種植能夠有效地提高土壤氮素含量[14-16]。試驗對不同種植年限苜蓿人工草地土壤與原生草地土壤堿解氮和速效鉀含量的比較也證實了這一結論。也證實了種植紫花苜蓿可以改良土壤的理化性質：(1)隨生長年限的增加紫花苜蓿根系的大量擴散和繁殖；(2)隨著生長年限的增加，紫花苜蓿的根部形成大量的根瘤菌，固氮功能增強，同時根系產生一些有機分泌物和部分腐爛根系[17-20]，從而增加了土壤中養分含量；(3)隨著種植年限的增加，枯枝落葉等物質的積累和腐爛造成了土壤中有機質不斷積累，從而導致了養分含量的增加。另外，施肥也是導致土壤中養分含量增加的因素之一。在垂直方向上隨著土層深度的增加，紫花苜蓿地土壤養分呈降低趨勢，表現出明顯的“表聚性”，20 cm土層以后，土壤養分急劇降低，表明土壤養分主要儲存于0～20 cm土層。可能是由于根系的大量繁殖、根瘤菌的固氮作用、有機質的積累以及肥料的施入均主要作用于這一土層。

試驗中任何生長年限的根際土中養分含量明顯高于非根際土，且達到差異顯著(P<0.05)，試驗的土壤微域，受根系生理活動的影響，所以在物理、化學和生物特性上不同于原土體，是土壤-植物根系-微生物三者相互作用的場所。對于植物來說，根際養分是最容易、最優先被吸收的養分。所以作為植物根系生長發育、營養成分吸收和新陳代謝的場所，根際各種養分的含量會與非根際有所差異。由于根系從土壤中吸收水分和養分，同時也向土壤中分泌各種有機及無機物質，加上根系本身具有強烈的穿插能力，使得根際土性質與非根際土有明顯的差異[20]。所以根際具有影響土壤性質的能力。

[1] Wang Y,Li L,Cui W,etal.Hydrogen sulfide enhances alfalfa(Medicagosativa) tolerance against salinity during seed germination by nitric oxide pathway[J].Plant and soil,2012,351(1-2):107-119.

[2] Lukman A I,Gong B,Marjo C E,etal.Facile synthesis,stabilization,and anti-bacterial performance of discrete Ag nanoparticles usin Medicago sativa seed exudates[J].Journal of colloid and interface science,2011,353(2):433-444.

[3] 徐麗君,王波,辛曉平.紫花苜蓿人工草地土壤養分及土壤微生物特性[J].草地學報,2011,19(3)：406-411.

[4] 曹宏,章會玲,蓋瓊輝,等.22個紫花苜蓿品種的引種試驗和生產性能綜合評價[J].草業學報,2011,20(6):219-229.

[5] 周敏．中國苜蓿栽培史初探[J]．草原與草坪，2004(1)：44-46．

[6] 耿華珠,吳永敷,曹致中,等.中國苜蓿[M].北京:中國農業出版社,1995：25-28.

[7] 郭曄紅,張曉琴,胡明貴.紫花苜蓿對次生鹽漬化土壤的改良效果研究[J].甘肅農業大學學報,2004(2):173-176.

[8] 范富,徐壽軍,張慶國,等.氮、磷、鉀肥配施對紫花苜蓿產量及營養物質含量的影響[J].中國土壤與肥料,2011(2):51-56.

[9] 陳志怡,李金月.不同生長年限對紫花苜蓿產量及土壤養分的影響[J].山東農業大學學報(自然科學版),2015,46(2):214-221.

[10] 邰繼承,楊恒山,張慶國,等.不同生長年限紫花苜蓿人工草地土壤酶活性及分布[J].草業科學,2008(4)：76-83.

[11] 張春霞,郝明德,王旭剛,等.黃土高原地區紫花苜蓿生長過程中土壤養分的變化規律[J].西北植物學報,2004(6):1107-1111.

[12] 蒯佳林,劉曉靜,李文卿.不同氮素水平對接種根瘤菌紫花苜蓿生長特性的影響[J].草原與草坪,2011,31(3):56-59

[13] 萬素梅,賈志寬,王勇,等.黃土高原半濕潤區苜蓿草地土壤干層形成及氮素消耗研究[J].自然資源學報,2008,23(3):383-390.

[14] 王高琦,張秀云,張輝農.鹽漬地區草坪草品種及其混播組合篩選的研究[ J].草原與草坪,2002,97(2):39-43.

[15] 楊恒山,曹敏建,范富,等．紫花苜蓿生長年限對土壤理化性狀的影響[J]．中國草地學報,2006,28(6)：29-31.

[16] 楊玉海,蔣平安,艾爾肯．種植苜蓿對土壤肥力的影響[J].干旱區地理,2005,28(2)：248-251．

[17] 李玉山.苜蓿生產力動態及其水分生態環境效應[J].土壤學報,2002,39(3):404-411.

[18] 程積民,萬惠娥,王靜.黃土丘陵區紫花苜蓿生長與土壤水分變化[J].應用生態學報,2005,16(3):435-438.

[19] 郭彥軍,黃建國.酸性紫色土上紫花苜蓿的結瘤性能與養分吸收[J].植物營養學報,2006,12(1):97-103.

[20] 楊揚,劉炳君,房江育,等.不同植茶年齡茶樹根際與非根際土壤微生物及酶活性特征研究[J].中國農學通報,2011,27(27):118-121.

Effect of different years of alfalfa planting on available potassium and available nitrogen content in soil

TENG Ai-di1,DENG Bo2,WANG Xian-guo2,GAO Kai1

(1.CollegeofAgronomy,InnerMongoliaUniversityforNationalities,TongLiao028042,China；2.ChinaAgriculturalUniversity,BeiJing100083,China)

The studying measured the content of available potassium and available nitrogen in the soil under different planting years of alfalfa,and analyzed their changes in the protoplasm soil and in the vertical tilth of the planting soil,and rhizosphere and non-rhizosphere in the soil.The results showed that the longer planting years of alfalfa had greater impact on potassium and nitrogen content in the soil,the potassium and nitrogen content in the topsoil was on the vertical decline,and the potassium and nitrogen content in rhizosphere and non- rhizosphere soil were obviously different under the same planting years,and the contents of potassium and nitrogen in the protoplasm soil and planting soil were obviously different.With the increasing of palnting years,the content of potassium and nitrogen were showed the trend of rise-decline-rise.The performance s of potassium content in overall ranked 2-year-old> 5 years old> 4 years> 3 years old> 1 year old> protoplasm soil.The performance of nitrogen content in overall ranked 2-year-old> 5 years old> 3 years old> 1 year old> 4 years> protoplasm soil.In different growth period,the content of available potassium and available nitrogen were quite different,which was vertically increasing with increasing soil depth.The soil nutrients in every growth years showed a decreasing trend with topsoil accumulation,which the soil nutrients stored in the soil layer with 0～20 cm .

Alfalfa；Number of growth years；available potassium；available nitrogen

2015-05-04；

2015-06-23

重點牧區草原“生產生態生活”配套保障技術集成與示范/2012BAD13B00；通遼市與內蒙古民族大學科技合作項目/SXYB2012080；科爾沁沙地苜蓿高效種植技術研究與示范/201403048-2項目資助

滕愛娣(1990-)，女，內蒙古通遼人，在讀碩士。 E-mail：525634348@qq.com 高凱為通訊作者。

S 151.9

A

1009-5500(2015)06-0022-05