不同生長年限對紫花苜蓿產量及土壤養分的影響

陳志怡,李金月

畢節職業技術學院,貴州畢節551700

不同生長年限對紫花苜蓿產量及土壤養分的影響

陳志怡,李金月

畢節職業技術學院,貴州畢節551700

研究了不同生長年限(2、5、6、7和10年生)對紫花苜蓿(Medicago sativa L.)草產量及土壤養分的影響。結果表明，隨生長年限的增加，紫花苜蓿產量呈先增加后降低趨勢，以7年生紫花苜蓿產量最高，與其他生長年限均達顯著差異水平(P＜0.05)；土壤含水量和電導率呈先增加后降低趨勢，而土壤容重、總孔隙度和pH呈先降低后增加趨勢，表明了紫花苜蓿具有顯著的脫鹽功能;土壤養分隨生長年限的增加呈先增加后降低趨勢，整體表現為：7年生＞10年生＞6年生＞5年生＞2年生，各生長年限紫花苜蓿土壤氮素和鉀素變化幅度較大，土壤全磷和有效磷含量差異并不顯著(P＞0.05)；垂直方向隨著土層深度的增加，各生長年限紫花苜蓿土壤養分呈降低趨勢，表現出明顯的“表聚性”，并且各生長年限紫花苜蓿土壤養分儲存于0～20 cm土層。相關性分析表明，紫花苜蓿土壤養分與相應的有效養分和含水量呈極顯著正相關(P＜0.01)，與電導率和pH呈極顯著的負相關(P＜0.01)，而pH和電導率之間極顯著正相關(P＜0.01)，由此可見，生長年限對紫花苜蓿土壤養分的影響是土壤理化等因子的共同作用結果。

生長年限;紫花苜蓿;產量;土壤養分

紫花苜蓿（Medicago sativa L.）屬多年生優質牧草，素有“牧草之王”美稱[1-3]，是北方農牧交錯帶糧草輪作的重要草種[4-7]，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[2,3,8,9]，對于調節氣候和改善農業生態環境具有極其重要的意義[1-3,10,11]。近年來，大量學者對紫花苜蓿草產量及土壤理化性狀進行比較研究，但研究結果不盡相同[12-14]。目前，黃土丘陵溝壑區正逐年加大紫花苜蓿的種植面積，但隨著紫花苜蓿生長年限的推進，其利用年限出現縮短的趨勢，這主要與苜蓿種植過程中對土壤肥力的消耗以及苜蓿根腐病的發生有關[8,10,11]。鑒于此，本文在地處北方農牧交錯帶紫花苜蓿種植面積較大的黃土丘陵溝壑區，研究黃土丘陵溝壑區不同生長年限對紫花苜蓿產量及土壤養分的影響，旨在了解生長年限對紫花苜蓿產量及土壤養分的影響，從而為紫花苜蓿合理建設、高效生產以及可持續利用提供理論依據，以期為黃土丘陵溝壑區紫花苜蓿人工草地的栽培和合理輪作提供科學依據。

1　材料與方法

1.1研究區概況

試驗地設置山西省臨汾市襄汾縣伯玉村紫花苜蓿種植區（111°25′35″E，35°53′28″N），該區屬暖溫帶大陸性季風氣候，海拔高度1376 m，年平均日照時數2450 h左右，有效積溫4700℃作用，年均氣溫在12.6℃左右，無霜期180～210 d，年平均降雨量為550 mm左右，年均蒸發量900～1200 mm，降水少較為集中，生長季內（4～10月）降水量占全年降水量的80～90%以上，日照充足（2417～2714 h），土壤類型為石灰性褐土，四季分明，近50年年平均氣溫10.15℃，地下水埋深3.45～5.86 m，具有充分的灌溉條件，適合紫花苜蓿生長。0～20 cm土層pH值為8.35，含水量為9.13%，容重為1.115 g·cm-3，電導率為68.3 μs·cm-1，土壤有機質含量為12.56 g·kg-1，全氮含量為1.08 g·kg-1，堿解氮含量為52.18 mg·kg-1，全磷含量為0.58 g·kg-1，有效磷含量為32.47 mg·kg-1，全鉀含量為6.53 g·kg-1，速效鉀23.45 mg·kg-1。

1.2樣地設置

試驗地面積約為0.2 hm2，土壤肥力及栽培管理模式基本一致，采用隨機區組排列，每個小區面積50 m2（10 m×5 m），各小區間保留5 m寬的緩沖帶。供試品種為美國引進的阿爾岡金紫花苜蓿（Medicago sativa L.cv.Algonquin），千粒重2.56±0.38 g，種子純度97%，發芽率90%以上。2003年4月10日、2006年4月10日、2007年4月10日、2008年4月10日、2011年4月10日采用條播，設置株距15 cm，行距20 cm，播種深度2～4 cm，播種量30±2 kg·hm-2，播種前施用磷酸二氫銨130 kg·hm-2、尿素130 kg·hm-2和氯化鉀130 kg·hm-2，翌年于春季返青前追施氯化鉀130 kg·hm-2。分別在播種后、苗期、初花期灌水3次，并且保證灌水量均相等，每次灌水量1000 m3·hm-2，每年10月底施過磷酸鈣350 kg·hm-2和氯化鉀100 kg·hm-2，試驗期間不追肥，每年刈割4次。

2013年秋季最后一次刈割后取樣測定，在各生長年限紫花苜蓿試驗地中選取4個具有代表性的樣方（重復值），樣方面積設置為2.5 m×2.5 m，剪齊地面部分測定鮮草產量，烘干（65℃，48 h）后計算鮮干比，然后折算干草產量。各生長年限紫花苜蓿4個樣方均采用剖面法取土樣，以（S）形取樣法分層（0～10、10～20、20～30 cm）采集土樣，每個土樣由5個土鉆的混合樣得到，采集的土樣塑封袋盛裝帶回實驗室測定土壤含水量，并在取樣點附近取相應的環刀土測定土壤容重。

1.3測定方法

新鮮土樣含水量采用烘干法測定（105℃），自然風干（20 d）去除碎片和部分根后過2 mm篩，pH采用電極電位法測定（1:2.5土水比）；電導率采用P4多功能測定儀測定。

將上述土樣研磨過0.5 mm篩用于土壤養分測定，有機碳采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；全磷采用NaOH堿溶-鉬銻抗比色法測定；有效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定；全氮采用半微量凱氏定氮法測定（意大利產DK6，UDK140分析儀）；堿解氮采用NaOH-H3BO3法測定；全鉀和速效鉀采用火焰光度計法[15]。

1.4數據處理

統計分析：Excel 2003.0和SPSS17.0軟件包進行數據統計和檢驗，單因素方差分析（One-way ANOVA），顯著性用Tukey法檢驗，Pearson相關系數檢驗土壤理化性質與養分之間的相關性，Origin 7.5作圖。

2　結果與分析

2.1不同生長年限對紫花苜蓿干草產量的影響

由圖1可知，紫花苜蓿全年干草產量大小依次表現為：7年生＞6年生＞5年生＞2年生＞10年生，紫花苜蓿草產量隨生長年限的增加呈倒“V”字型變化規律，7年生紫花苜蓿干草產量達到最高（15965.28 kg·hm-2），與其他處理的紫花苜蓿均達顯著差異水平（P＜0.05）；此后，紫花苜蓿草產量隨生長年限的增加急劇降低，10年生紫花苜蓿草產量最低（7356.89 kg·hm-2），并且與其他處理的紫花苜蓿均達顯著差異水平（P＜0.05）；6年生與5年生紫花苜蓿草產量沒有顯著差異（P＞0.05），與2年生和10年生紫花苜蓿草產量達顯著差異水平（P＜0.05）。與10年生紫花苜蓿草產量相比，2年生、5年生、6年生、7年生紫花苜蓿草產量分別增加了20.42%、52.26%、75.00%、117.01%。

圖1　不同生長年限紫花苜蓿干草產量比較Fig.1 The number of growth years of the yield of Medicago sativa

2.2不同生長年限對紫花苜蓿土壤理化性質的影響

表1　不同生長年限紫花苜蓿土壤理化性質比較Table 1 The number of growth years of the soil physical and chemical factors of Medicago sativa

由表1可知，從各生長年限紫花苜蓿0～30 cm土層土壤理化性質均值來看，紫花苜蓿土壤含水量、電導率和有機質含量隨生長年限的增加呈先增加后降低趨勢，基本表現為：7年生＞10年生＞6年生＞5年生＞2年生；而土壤容重、總孔隙度和pH隨生長年限的增加呈“V”字型的變化規律。從不同生長年限紫花苜蓿各層土壤理化性質來看，垂直方向紫花苜蓿土壤含水量、總孔隙度和有機質含量隨土層的增加逐漸降低，20 cm土層以后急劇下降；土壤pH、容重和電導率隨土層的增加逐漸升高，并且20 cm土層以后急劇升高。對于不同生長年限紫花苜蓿相同土層內土壤理化各指標基本表現為：7年生＞10年生＞6年生＞5年生＞2年生規律。

2.3不同生長年限對紫花苜蓿土壤養分垂直分布影響

各生長年限紫花苜蓿土壤養分總體上隨土層深度的增加呈下降趨勢（圖2），土壤養分均以0～10 cm土層最高，20～30 cm土層內土壤養分含量最低；隨著土層的加深，各生長年限紫花苜蓿土壤養分均相應高于上一土層，并且“表聚性”較為明顯，20 cm土層以后紫花苜蓿土壤養分急劇下降；相同土層內均以7年生紫花苜蓿土壤養分含量最高，2年生紫花苜蓿土壤養分含量最低；各生長年限紫花苜蓿相同土層內土壤養分含量基本表現為：7年生＞10年生＞6年生＞5年生＞2年生規律。

圖2　不同生長年限紫花苜蓿土壤養分垂直分布Fig.2 The number of growth years of the soil nutrient vertical distribution of Medicago sativa

2.4不同生長年限對紫花苜蓿土壤養分的影響

圖3　不同生長年限紫花苜蓿土壤養分比較Fig.3 The number of growth years of the soil nutrient of Medicago sativa

由圖3可知，紫花苜蓿土壤養分含量總體上隨著生長年限的增加呈先增加后降低的變化趨勢，隨生長年限的增加，紫花苜蓿土壤養分含量平緩升高，生長年限達6年以后，急劇升高，7年生紫花苜蓿土壤養分含量達到最高，2年生紫花苜蓿土壤養分含量最低，而后土壤全氮、全磷、全鉀和速效鉀含量有降低趨勢；各生長年限紫花苜蓿土壤全磷和有效磷含量差異并不顯著（P＞0.05）；5年生和6年生紫花苜蓿土壤全氮含量差異并不顯著（P＞0.05），與2年生達顯著差異水平（P＜0.05）；7年生和10年生紫花苜蓿土壤全氮含量差異并不顯著（P＞0.05），與其他生長年限達顯著差異水平（P＜0.05）；7年生和10年生紫花苜蓿土壤全鉀和速效鉀含量差異并不顯著（P＞0.05），與其他生長年限達顯著差異水平（P＜0.05），并且各生長年限之間土壤全鉀和速效鉀含量基本達顯著差異水平（P＜0.05）。

2.5不同生長年限紫花苜蓿土壤理化性質與養分的相關關系

紫花苜蓿土壤理化性質與土壤養分之間的Pearson相關關系如表2所示，由表2可知，土壤含水量與全磷呈顯著正相關（P＜0.05），與其他養分指標呈極顯著正相關（P＜0.01）；土壤pH與電導率呈極顯著正相關（P＜0.01），與有機質、全氮、全鉀呈極顯著負相關（P＜0.01），與堿解氮呈顯著負相關（P＜0.05）；土壤電導率與有機質、全氮、全磷、全鉀和總孔隙度呈顯著負相關（P＜0.05）；土壤容重與總孔隙度呈極顯著正相關（P＜0.01），與全鉀呈顯著正相關（P＜0.05）；土壤總孔隙度與全鉀呈極顯著正相關（P＜0.01），與有機質、全氮、有效磷和速效鉀呈顯著正相關（P＜0.05）；土壤有機質與全氮、堿解氮、全鉀和速效鉀呈極顯著正相關（P＜0.01），與全磷呈顯著正相關（P＜0.05）；土壤全氮與堿解氮、全磷、有效磷和全鉀呈極顯著正相關（P＜0.01），與速效鉀呈顯著正相關（P＜0.05）；土壤堿解氮與有效磷和速效鉀呈顯著正相關（P＜0.05）；土壤全磷與有效磷和全鉀呈極顯著正相關（P＜0.01），與速效鉀呈顯著正相關（P＜0.05）；土壤有效磷與速效鉀呈極顯著正相關（P＜0.01）；土壤全鉀與速效鉀呈極顯著正相關（P＜0.01）。

表2　不同生長年限紫花苜蓿土壤理化性質與養分相關關系Table 2 Correlation analysis of soil nutrients with physical and chemical factors of the number of growth years of the Medicago sativa

3　討論與結論

本研究中7年生紫花苜蓿草產量最高（圖1），與其他生長年限紫花苜蓿草產量達到顯著差異水平（P＜0.05），由于7年生紫花苜蓿光合生產能力強，對資源利用效率較高，加上單位面積一級分枝數較多，密度相對較大，而生長年限較長（10年生）的紫花苜蓿由于根系腐爛率明顯增加，株叢密度相對較低，從而導致干草產量較低。此外，紫花苜蓿生長發育需要消耗大量的水分，雖然其根系發達、耐干旱、保水固土效果顯著，但多年種植會引起土壤深層干燥化，最終導致紫花苜蓿的嚴重衰退[7,10,16,17]。因此，本研究中10年生紫花苜蓿產量及土壤養分含量出現下降趨勢。

隨生長年限的增加，紫花苜蓿土壤含水量和電導率呈先增加后降低趨勢，而土壤容重、總孔隙度和pH呈先降低后增加趨勢（表1），土壤通氣透水性和入滲能力相應的增強，7年生紫花苜蓿根系的大量擴散和繁殖造成了土壤總孔隙度和容重較小，土壤可溶性離子數目較多，導致土壤電導率較高[17-19]，而根瘤菌的固氮作用引起紫花苜蓿根區酸化，通過降低土壤pH增加土壤養分以及有效養分的吸收和利用[8,10,20]。此外，紫花苜蓿植被覆蓋度較高，有效減少了土壤水分蒸發，顯著抑制了土壤鹽漬化過程[6,7,11,17,18]；在生長過程中，紫花苜蓿還能吸收一部分土壤鹽分，表明了紫花苜蓿具有顯著的脫鹽功能，但這是一個長期的過程。

綜合圖2和3的結果表明，生長年限對紫花苜蓿土壤養分的影響表現為一定程度的增加效應，隨生長年限的增加紫花苜蓿壤養分呈先增加后降低趨勢，整體表現為：7年生＞10年生＞6年生＞5年生＞2年生，表明了苜蓿在一定程度上對土壤養分的累積作用和改良土壤肥力作用。7年生紫花苜蓿土壤養分各指標達到最大，主要是由于pH的降低促進了土壤養分的吸收和利用，紫花苜蓿在生長繁殖過程中會加大對土壤中有效養分的吸收利用[10,16,20]，因此，生長年限越長，紫花苜蓿對土壤有效養分的吸收越劇烈，但生長年限達到7年以后超出了紫花苜蓿吸收養分的閾限，可能造成紫花苜蓿產量和土壤養分降低；各生長年限紫花苜蓿土壤全磷和有效磷含量差異并不顯著（P＞0.05），表明生長年限對紫花苜蓿土壤磷素并沒有顯著的影響。圖3的結果顯示了各生長年限紫花苜蓿土壤氮素和鉀素變化幅度較大，主要是由于紫花苜蓿的固氮作用有利于提高土壤氮素含量，隨著生長的發育其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[10,16,,18,20-21]，從而增加了土壤中養分含量；Pearson相關性分析可知（表2），氮素和鉀素具有很高的相關性，因此，隨生長年限的增加紫花苜蓿土壤鉀素與氮素的變化趨勢保持一致。不同生長年限紫花苜蓿土壤養分的垂直分布格局及其在同一土層內的分布表現出差異性，垂直方向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，由此表明，不同生長年限紫花苜蓿土壤養分基本儲存于0～20 cm土層。

隨著生長年限的增加，紫花苜蓿對土壤有效養分的利用增強，因其根瘤固氮作用明顯，紫花苜蓿在生長期間土壤氮素養分處于盈余狀態[8,18,20-22]，因此在種植紫花苜蓿時一般不需施用氮肥；由于各生長年限中紫花苜蓿土壤鉀素變化幅度較大，因此，在高產栽培中須重視對鉀肥的施用。本研究中，10年生紫花苜蓿土壤有效養分略有下降趨勢，這種下降與紫花苜蓿生長過程中吸收土壤養分和播種時施肥有關[6-8,10,12,16]，紫花苜蓿除了吸收和利用土壤養分，養分的固定和淋洗也是值得考慮的因素[20,23,24]，由此可見，紫花苜蓿的高產栽培須重視肥料的及時追施，合理控制紫花苜蓿生長年限及控制施肥是未來的研究重點。

由表2可知，各生長年限紫花苜蓿土壤養分與相應的有效養分和含水量呈極顯著正相關（P＜0.01），表明了土壤含水量在一定程度上決定了土壤養分的吸收和利用，土壤全量養分也決定了土壤有效養分的吸收和利用；土壤養分與電導率和pH呈極顯著負相關（P＜0.01），表明了電導率和pH對土壤養分具有一定的抑制作用，可能是由于鹽化條件降低了各種土壤微生物酶活性及其對養分吸收降低，隨著土壤脫鹽和堿化程度的降低，進入土壤的有機物殘體增加，使得土壤養分含量增加[6-8,10,17-18,20]；而pH與電導率呈極顯著正相關（P＜0.01），表明pH的降低和土壤脫鹽的過程密切相關。綜合表2的結果來看，紫花苜蓿土壤養分是土壤理化性質的共同作用的結果。

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Effects of Growth Years on the Yield of Medicago sativa L.and Soil Nutrient

CHEN Zhi-yi,LI Jin-yue
Bijie Vocational and Technical College,Bijie 551700,China

The number of growth years(2,5,6,7 and 10 years)of the yield and soil nutrient of Medicago sativa were measured.The results showed that the yield of Medicago sativa were first increased and then decreased with the increase of growth years which the 7 growth years of the yield of Medicago sativa was the highest,and the 7 growth years of the yield was significant higher than other growth years of Medicago sativa(P＜0.05).Soil water content and electrical conductivity were first increased and then decreased,and soil bulk density,total porosity and pH showed the opposite trend with the increase of growth years which showed that Medicago sativa had a significant function of desalination.The soil nutrient of Medicago sativa were first increased and then decreased with the increase of growth years showed 7 years＞10 years＞6 years＞5 years＞2 years.It also showed that the number of growth years of rangeability of soil nitrogen and potassium were larger,and soil total phosphorus and available phosphorus had no significant difference(P＞0.05)of the number of growth years of Medicago sativa.The soil nutrient of the number of growth years of Medicago sativa decreased with the increase of soil depth which were mainly concentrated in the 0-20 cm depth and showed the“surface accumulation”.Correlation analysis showed that the soil nutrient and effective nutrient were extremely significant positive correlation with moisture content(P＜0.01)and were extremely significant negative correlation with soil electrical conductivity and pH(P＜0.01),while the soil electrical conductivity was extremely significant positive correlation with pH(P＜0.01),It turned out that the effects of the number of growth tears of the soil nutrient of Medicago sativa was the interaction result of soil physical and chemical factors.

Number of growth years;Medicago sativa;yield;soil nutrient

S963.22+3.3

A

1000-2324(2014)02-0214-07

2013-01-22

2013-03-02

陳志怡(1984-),女,漢,碩士,講師.研究方向:植物營養.E-mail:bjdxry@163.com