不同種植年限紫花苜蓿種植地土壤容重及含水量特征

周恒++時永杰++路遠

摘要：對不同種植年限（1、3、10、15年）紫花苜蓿種植地土壤容重及土壤含水量進行了研究，結果表明：隨生長年限的增加，相同土層不同年限之間和各年限不同土層之間的土壤容重均逐漸減小，15年最小，1年最高；而各年限土壤含水量在垂直方向也隨土壤深度的增加而呈減小趨勢；相同土層不同年限之間，土壤含水量隨種植年限的增加而減小。相關分析表明，土壤容重與含水量在0.01水平上顯著相關。

關鍵詞：紫花苜蓿；土壤容重；土壤含水量；利用年限；分布特征

中圖分類號： S812.29文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）05-0490-04

在陸地生態系統中，草地面積較廣，天然和人工草地覆蓋了1/5的陸地表面[1]，在天然草地逐漸退化的情況下，人工草地的地位日益突出，這對氣候變化及改良土壤均有較重要的意義。土壤容重與土壤質地、壓實狀況、土壤顆粒密度、土壤有機質含量及各種土壤管理措施有關。土壤越疏松多孔，容重越小，土壤越緊實，容重越大。土壤容重對土壤的水、肥、氣、熱狀況都有直接或間接的影響，從而影響土壤肥力的發揮和作物的生長[2]。土壤中水分含量多少是影響作物生長的限制性因子，土壤水分含量又直接影響著土壤通氣性。作為“牧草之王”的紫花苜蓿，屬多年生豆科牧草，在我國已有 2 000 多年的人工栽培歷史[3]。紫花苜蓿不僅具有較強的生態適應性，而且高產優質，是畜牧業發展的主要優質飼草[4]。研究不同種植年限紫花苜蓿地土壤容重和土壤含水量的變化，可為合理利用紫花苜蓿、優化土壤物理結構提供參考依據。

1材料與方法

1.1樣地概況

試驗地位于農業部蘭州黃土高原生態環境重點野外科學觀測試驗站，在甘肅省蘭州市七里河區彭家坪鄉龔家灣村大洼山，地處103°45′E、36°01′N，海拔1 750 m，屬于蘭州盆地黃河南岸三級階地。年均降水量324.5 mm，主要集中在 7、8、9月，蒸發量1 450.0 mm，日照時數2 751.4 h；年均溫 9.3 ℃，≥0 ℃的活動積溫3 700 ℃，≥10 ℃的活動積溫1 900～2 300 ℃，極端最高溫39.1 ℃，最低溫-23.1 ℃。屬于黃土高原半干旱丘陵溝壑區，土壤母質為第四紀風成黃土，土層深厚，土壤種類主要為灰鈣土。

1.2樣地選取

于2014年9月選取農業部蘭州黃土高原生態環境重點野外科學觀測試驗站不同種植年限的紫花苜蓿地（1、3、10、15年），供試紫花苜蓿品種為中蘭1號（中國農業科學院蘭州畜牧與獸藥研究所育成種），試驗地為2000年、2005年、2012年、2014年4月種植的苜蓿地，地力及栽培管理一致。

1.3樣品采集與處理

于2014年9月中旬在各樣地內，挖土壤剖面，取樣深度為0～150 cm，每10 cm為1層。用環刀法測定每層土壤容重，環刀容積100 cm3，剖面內各取3個重復。同時，每層土壤剖面在環刀取完樣后，在旁邊取20 g左右的鮮土于已知質量的鋁盒中，取樣后稱鮮質量，烘干法測定各層土壤含水量。

1.4數據處理

所有數據均錄入Excel電子表格，數據采用SPSS 21.0軟件進行統計分析。不同生長年限紫花苜蓿不同土壤深度地下容重和含水量采用單因素方差分析，LSD法0.05水平上進行多重比較。數據結果以平均值±標準誤表示。

2結果與分析

2.1不同種植年限紫花苜蓿地土壤容重分析

2.1.1不同種植年限紫花苜蓿地土壤容重變化特征不同種植年限紫花苜蓿地土壤容重存在顯著差異（P<0.05）。1、3、10、15年0～150 cm土壤平均容重為1.635 、1.655、1.498、1.467 g/cm3。由圖1可知，1年表現為先上升后下降最后又上升的趨勢，整體數據變異系數為7.89%。最大值 1.881 g/cm3 出現在20～30 cm土層，最小值1.458 g/cm3出現在70～80 cm土層。3年表現為隨土壤深度的增加，容重逐漸減小的趨勢，整體數據變異系數為6.4%。最大值 1.786 g/cm3 出現在50～60 cm土層，最小值1.484 g/cm3出現在130～140 cm土層。10年和15年表現為0～70 cm隨土層增加而容重減小，在60～70 cm最低，為1.413、1.397 g/cm3，隨后又逐漸上升，但總體趨勢都是逐漸減小，整體數據變異系數分別為5.37%和5.86%。10年的容重最大值1.622 g/cm3出現在20～30 cm土層；15年的容重最大值1.637 g/cm3出現在10～20 cm土層。

2.1.2不同種植年限紫花苜蓿地土壤容重層次特征由表1可知，隨著種植年限的增加，各層容重呈下降趨勢，以15年最小。0～10 cm和10～20 cm土層各年份土壤容重之間無顯著差異；0～10 cm土層容重變化范圍為1.580～1.670，變異系數為3.40%；10～20 cm土層容重變化范圍為1.613～1.779 g/cm3，變異系數為6.34%。20～30 cm土層容重變化范圍為1.602～1.881 g/cm3，變異系數為7.78%，1年土壤容重顯著高于其他年份，3、10、15年容重比1年降低了1074%、13.77%、14.83%，而3、10、15年土壤容重之間無差異。30～110 cm土層土壤容重以3年最大， 各層變異系數分別為6.37%、7.77%、9.84%、9.16%、6.37%、6.22%、801%。110～150 cm土層容重以1年最大，各層變異系數為8.20%、7.62%、6.79%、8.80%、10.43%。

2.2不同種植年限紫花苜蓿土壤含水量分析

2.2.1不同種植年限土壤含水量變化規律不同種植年限紫花苜蓿土壤含水量存在顯著差異（P<0.05）（圖2）。1、3、10、15年0～150 cm土壤平均含水量分別為6.26%、6.92%、4.37%、3.71%。各年限土壤含水量垂直方向表現為：土壤含水量隨土層深度的增加而呈減小趨勢。具體為：1年土壤含水量呈先下降后上升的趨勢。1年的0～150 cm土壤含水量在 4.80%～10.36%之間，土壤含水量變異系數為30.34%；其中0～20 cm土層土壤含水量顯著高于30～120 cm，而與140～150差異不顯著。3年土壤含水量隨土層深度增加而減小，0～150 cm土壤含水量在4.35%～11.60%，土壤含水量變異系數為36.97%；其中0～20 cm土層顯著高于20～150 cm 土層。10年土壤含水量呈減小趨勢，0～150 cm土壤含水量在3.18～9.15%之間，土壤含水量變系數為47.38%；0～10 cm土層土壤含水量顯著高于其他各層，40～150 cm各層土壤含水量差異不顯著。15年的0～150 cm土壤含水量在2.42%～9.33%之間，變異系數為63.15%；0～20 cm土層土壤含水量顯著高于其他各層，30～150 cm土層各層土壤含水量差異不顯著。

2.2.2不同種植年限紫花苜蓿地土壤含水量層次差異分析由表2可知，不同年限相同土層土壤含水量在0～10 cm土層無差異，其余各層含水量之間差異顯著，具體表現為種植年限越短，土壤含水量越大。0～40 cm土層3年土壤含水量最高，各層變異系數為17.98%、8.08%、7.29%、39.30%；40～150 cm土層1年土壤含水量最高，各層變異系數為 36.72%、36.18%、30.10%、32.22%、37.69%、40.36%、41.96%、4636%、56.55%、53.91%、70.00%。0～20 cm土層10年土壤含水量均最低，20～150 cm土層15年土壤含水量最低。

2.3不同種植年限土壤含水量與土壤容重相關性分析

土壤通氣狀況與土壤水分狀況密切相關，由表3可知，除3年外，其余各生長年限紫花苜蓿地土壤含水量與土壤容重在0.01水平上顯著相關，相關系數為0.718、0.574、0815。

3討論

土壤容重與土壤質地、壓實狀況、土壤顆粒密度、土壤有機質含量及各種土壤管理措施有關。對不同生長年限紫花苜蓿土壤容重的分析表明，隨生長時間增長，不同種植年限紫花苜蓿地土壤容重垂直分布格局及其在同一土層內的分布表現出差異性。隨種植年限的增加，不同年限紫花苜蓿地土壤容重降低，這與楊玉海等的研究結果[5]部分相似，且底層低于表層，這與楊玉海等的結論[5]不相符。本研究中，以15年紫花苜蓿土壤容重最低，種植3年、10年、15年與1年相比，土壤容重均有所降低，這表明種植紫花苜蓿時間越長，對降低土壤容重的作用越大；同時年限越長，土壤容重變異越小，表明隨著苜蓿的生長，對土壤容重的影響作用逐漸降低。有研究報道，土壤容重過高，會限制根系生長，減慢其伸長速度[6]，而1年紫花苜蓿根系獲取養分等的能力還比較弱，對土壤的穿透作用還比較弱，對土壤的影響較小，因而具有較高的土壤容重。在相同土層不同年限紫花苜蓿土壤容重之間表現不同。在0～20 cm土層之間各年限容重無顯著差異。各年限表層土壤容重變異小于深層土壤，這表明種植苜蓿對深層土

壤容重影響較大。

作物耗水是引起土壤水分變化的主要因素[7]，本研究中，隨年限的增加，不同生長年限相同土層土壤含水量越低，且表層土壤含水量比深層土壤含水量變異小，這可能是由于表層土壤能夠通過降雨或灌溉等途徑獲得水分補充，而深層土壤由于水分在土壤中的滲透速率的不同，加上試驗地所處地區的氣候條件等因素，導致水分得不到補充，因而變化較大。而同一年限不同土層隨深度增加土壤含水量逐漸減少，這與杜世平等[8]、金鳳霞等[9]的研究結果相似。這可能是由于隨著紫花苜蓿生長年限的增加，根系向土壤深層生長，對深層土壤水分利用增加，當根系生長水分不足時，就會使得更深層土壤水分上移，供根系生長利用，這就導致了隨種植年限的增加，土壤深層含水量較低[10-11]，出現土壤干層。

土壤容重和土壤含水量的相關分析表明，除3年紫花苜蓿地外，1年、10年、15年紫花苜蓿土壤容重與含水量在0.01水平上顯著相關，這可能是因為1年處于生長初期，需要大量水分，而良好的土壤結構有利于根系的生長，而 10年和15年處于生長衰退期，加上前期對土壤水分的消耗，導致土壤含水量較低，因而需要更多的水分來維持生長，而好的土壤孔隙結構對保持水分有重要作用。3年處于旺盛生長時期，固氮固碳能力增強，對改善土壤肥力及物理結構效果比較明顯，水分狀況比較理想。

王志強等的研究表明，紫花苜蓿草地生長超過10年，翻耕后種植其他作物，即使是12年后，也不能滿足林木和多年生豆科牧草的水分需要，只能種植1年生農作物[12]。雖然隨著種植年限的增加，土壤容重減小，但綜合考慮經濟因素、生態因素，紫花苜蓿草地種植最好不要超過10年[3]，應及時翻耕。

4結論

通過對不同生長年限紫花苜蓿地土壤容重及含水量的分析，可以得到如下結論：隨著生長年限的增加，各年限紫花苜蓿地土壤容重隨土層深度的增加而呈現不同的變化特征，1年紫花苜蓿地容重呈先上升后下降最后又上升的趨勢，而含水量則是先下降后上升，3年、10年、15年紫花苜蓿地表現為隨土壤深度的增加，容重和含水量都呈逐漸減小趨勢。容重的變異系數隨年限的增加而減小，而含水量的變異系數則相反，說明生長年限越長，降低土壤容重效果越明顯，而水分消耗也越嚴重。

相同土層不同生長年限紫花苜蓿地土壤容重與含水量不同。隨著種植年限的增加，土壤容重及含水量降低，且表層變異小于深層。這是由于生長年限越長，紫花苜蓿根系對土壤的作用越強，使水分消耗越嚴重。

不同生長年限土壤容重及含水量具有相關性，但還需對其他因素進行相關分析，以便全面評價種植紫花苜蓿對土壤理化性質的改良作用。

參考文獻：

[1]曹麗花，劉合滿，趙世偉. 當雄草原不同退化草甸土壤含水量及容重分布特征[J]. 草地學報，2011，19（5）：746-751.

[2]劉晚茍，山侖，鄧西平. 干濕條件下土壤容重對玉米根系導水率的影響[J]. 土壤學報，2003，40（5）：779-782.

[3]Wang W D. The practical role of grass and grain rotation[J]. Pratacult Sci China，1988，5（2）：1-3.

[4]劉沛松，李軍，賈志寬，等. 寧南旱區苜蓿草地土壤水分消耗規律及糧草輪作土壤水分恢復效應研究[J]. 中國農學通報，2005，

21（9）：270-274.

[5]楊玉海，蔣平安. 不同種植年限苜蓿地土壤理化特性研究[J]. 水土保持學報，2005，19（2）：110-113.

[6]Bengough A G，Young I M. Root elongation of seedling peas through layered soil of different penetration resistances[J]. Plant and Soil，1993，149（1）：129-139.

[7]吳金水，郭勝利，黨廷輝. 半干旱區農田土壤無機氮積累與遷移機理[J]. 生態學報，2003，23（10）：2040-2049.

[8]杜世平，王留芳，龍明秀. 寧南山區旱地紫花苜蓿土壤水分及產量動態研究[J]. 草業科學，1999，16（1）：12-15，17.

[9]金風霞，麻冬梅，劉昊焱，等. 不同種植年限苜蓿地土壤環境效應的研究[J]. 干旱地區農業研究，2014，32（2）：73-77.

[10]李玉山. 黃土高原森林植被對陸地水循環影響的研究[J]. 自然資源學報，2001，16（5）：427-432.

[11]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.

[12]王志強，劉寶元，路炳軍. 黃土高原半干旱區土壤干層水分恢復研究[J]. 生態學報，2003，23（9）：1944-1950.楊迪，賈晉煒，肖灑，等. 添加玉米稈對生活垃圾熱解產物特性的影響[J]. 江蘇農業科學，2016，44（5）：494-497.