巨菌草對內(nèi)蒙古引種區(qū)土壤理化性質(zhì)的影響

王利蒙，李鋼鐵，張 博

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)沙漠治理學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010018)

巨菌草(Pennisetumgiganteumz.x.lin)是多年生的直立叢生型草本植物。巨菌草根系發(fā)達(dá)、分蘗能力強(qiáng)，具有較強(qiáng)的抗逆性[1-3]，并對土壤中一些重金屬離子存在著較強(qiáng)的吸附作用，在鹽堿化、重金屬污染的生境中常被作為先鋒植物進(jìn)行培養(yǎng)[4-5]。劉鳳山等[6]分析了巨菌草對土壤性質(zhì)的改善程度，結(jié)果表明，種植巨菌草可以凈化和改良土壤，起到改善生態(tài)環(huán)境等作用。目前，在寧夏、陜西、甘肅、新疆、內(nèi)蒙古等土地荒漠化問題嚴(yán)重的地區(qū)也已成功引種巨菌草[7-10]，不僅為當(dāng)?shù)鼐徑馑亮魇Ш屯寥利}堿化等問題，同時(shí)帶動(dòng)當(dāng)?shù)胤N植產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，種植巨菌草農(nóng)民的收入也有所提高，因此，巨菌草是兼?zhèn)渖鷳B(tài)價(jià)值和巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物[11]。

截至目前，國內(nèi)對巨菌草生態(tài)功能的研究主要集中于菌草根際土壤微生物[12-13]、菌群多樣性[14]以及巨菌草防風(fēng)固沙效益研究[15]。而關(guān)于內(nèi)蒙古地區(qū)種植巨菌草對土壤理化特性改良效果的影響鮮有報(bào)道。該研究通過樣地試驗(yàn)，選取各試驗(yàn)區(qū)內(nèi)巨菌草生長前后的土壤，以裸地土壤作為對照，系統(tǒng)分析了巨菌草對土壤理化性質(zhì)的改善程度，以期為當(dāng)?shù)匾M(jìn)與培育抗旱新品種、改良土壤、建設(shè)生態(tài)環(huán)境屏障等方面提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況此次研究主要在內(nèi)蒙古自治區(qū)巨菌草推廣試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行取樣，包括通遼市奈曼旗、鄂爾多斯市達(dá)拉特旗、呼和浩特市土默特左旗的3個(gè)重點(diǎn)試驗(yàn)區(qū)域。奈曼旗試驗(yàn)區(qū)位于科爾沁沙地南部，屬溫帶大陸性季風(fēng)干旱氣候，年潛在蒸發(fā)量1 500～2 000 mm，年均氣溫6.0～6.5 ℃，無霜期約151 d；達(dá)拉特旗試驗(yàn)區(qū)在自治區(qū)西南部，處于鄂爾多斯高原北端，年降水量250～350 mm，年日照時(shí)數(shù)約3 000 h，太陽能、風(fēng)能資源充裕；土默特左旗試驗(yàn)區(qū)處于內(nèi)蒙古中部的呼和浩特市北什軸鄉(xiāng)海流村，屬溫帶大陸性氣候，年降水量約380 mm，年蒸發(fā)量約1 851.7 mm，蒸發(fā)量大于降水量，年平均濕度為54%，相對較低。

1.2 試驗(yàn)方法在奈曼旗、達(dá)拉特旗和土默特左旗3個(gè)試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)分別布設(shè)面積為600 m2(20 m×30 m)的標(biāo)準(zhǔn)樣地，同時(shí)設(shè)置裸地作對照試驗(yàn)，每處理設(shè)置3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地作為重復(fù)。土壤采樣時(shí)間分別為2018年4月上旬(首次引種巨菌草前)、2021年10月下旬(當(dāng)年收割后)。在生長季初期施加1 t/hm2的尿素作為基肥，種植期間各試驗(yàn)區(qū)采取相同的灌溉措施(滴灌)與管理模式。

在各樣地采用“S”型布點(diǎn)法確定采樣點(diǎn)，采用環(huán)刀法取土樣，采樣深度0～20 cm，同時(shí)裸地土壤作為對照(CK)。土樣密封并帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行風(fēng)干處理，過1 mm土壤篩去除植物根系和其他有機(jī)物。土壤物理性質(zhì)的調(diào)查選擇土壤容重、最大持水量、土壤總孔隙度3個(gè)主要指標(biāo)開展分析。土壤化學(xué)性質(zhì)的調(diào)查選擇pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀作為主要指標(biāo)開展分析，分別采用酸度計(jì)法、重鉻酸鉀氧化-外加熱法、凱氏定氮法、堿解擴(kuò)散法、酸熔-鉬銻抗比色法、碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法、酸熔-火焰光度法、乙酸銨浸提-火焰光度法進(jìn)行測定。每處理3個(gè)重復(fù)，共計(jì)12組數(shù)據(jù)，最后取平均值分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理所測數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2007軟件進(jìn)行整理及繪圖制表，采用SPSS 25.0進(jìn)行單因素方差分析及差異顯著性檢驗(yàn)(Duncan)。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植前后各試驗(yàn)區(qū)土壤物理性質(zhì)比較從達(dá)拉特旗、奈曼旗、土默特左旗巨菌草生長前后土壤的主要物理性質(zhì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1)可以看出，各種植巨菌草后樣地土壤容重均小于CK樣地，土壤孔隙度、最大持水量均大于CK。各試驗(yàn)區(qū)內(nèi)土壤容重均表現(xiàn)出隨著巨菌草生長顯著降低的趨勢，2021年的巨菌草樣地土壤容重平均為1.44 g/cm3，較種植前降低0.06 g/cm3；奈曼旗、達(dá)拉特旗、土默特左旗分別降低2.48%、4.32%、5.30%。3個(gè)巨菌草樣地土壤最大持水量平均增幅為11.60%，其中，達(dá)拉特旗變化較為突出，由29.04%增加至33.99%，提升幅度17.05%。與此同時(shí)，3個(gè)巨菌草樣地內(nèi)土壤總孔隙度均有所提高。由此可見，種植巨菌草可一定程度上降低土壤容重、增加土壤孔隙度、提高土壤保水能力。

表1 不同處理間土壤主要物理性質(zhì)分析

2.2 巨菌草對土壤pH、有機(jī)質(zhì)的影響從表2可以看出，達(dá)拉特旗、奈曼旗、土默特左旗試驗(yàn)區(qū)在連續(xù)種植巨菌草后pH明顯降低。巨菌草樣地與對照樣地的有機(jī)質(zhì)含量都有所增加，各試驗(yàn)區(qū)內(nèi)巨菌草樣地的土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于CK，且種植前后變化較大。巨菌草樣地內(nèi)土壤平均pH由種植前的9.07下降至8.68，下降4.30%；有機(jī)質(zhì)含量由2.59 g/kg增加至3.09 g/kg，增加幅度為19.31%。CK樣地土壤的平均pH由9.08增加至9.10；有機(jī)質(zhì)平均含量由2.54 g/kg增加至2.64 g/kg，變化不明顯。參考土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量指標(biāo)，達(dá)拉特旗種植巨菌草后土壤改良效果較好。可見，巨菌草種植對試驗(yàn)區(qū)土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量存在一定改良作用。

表2 土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量的變化情況

2.3 巨菌草對土壤全效氮、磷、鉀的影響由表3可知，種植巨菌草前后樣地間土壤全量養(yǎng)分存在差異。而在巨菌草樣地內(nèi)的土壤全氮、全磷、全鉀的平均增幅分別為32.00%、51.32%、13.71%。達(dá)拉特旗、奈曼旗、土默特左旗裸地的平均全氮含量由1.18 g/kg增加至1.25 g/kg，全磷含量由0.79 g/kg 增加至0.91 g/kg，全鉀含量由2.02 g/kg減少至1.81 g/kg，裸地對照組的土壤養(yǎng)分含量與2018年的無明顯差異。由此可知，裸地全氮、全磷、全鉀含量的變化無明顯規(guī)律性，而種植巨菌草后，樣地的土壤養(yǎng)分指標(biāo)均有一定變化，相比之下土壤養(yǎng)分含量較高，種植巨菌草在改善土壤全氮、全磷、全鉀方面有顯著的促進(jìn)作用。

表3 土壤全效氮、磷、鉀含量的變化情況

種植巨菌草對3處樣地的全氮、全磷、全鉀含量均產(chǎn)生不同影響，且影響程度不同。3處巨菌草樣地內(nèi)土壤全氮含量均呈上升趨勢，其中土默特左旗增加了62.61%，達(dá)拉特旗次之，增幅為33.03%,奈曼旗增幅較小，增幅為7.24%；全磷含量在種植巨菌草后均明顯增加，為變化較大的參數(shù)，其中土默特左旗的全磷含量比種植前提高了79.69%。同時(shí)，各巨菌草樣地的全鉀含量在種植巨菌草后均呈上升趨勢，但波動(dòng)較小，增幅在9.03%～15.87%。由3處樣地各自的全效氮、磷、鉀含量指標(biāo)變化情況可知，種植巨菌草對土默特左旗的土壤肥力提升效果較為理想。

2.4 巨菌草對土壤速效氮、磷、鉀的影響土壤中的速效養(yǎng)分含量是土壤對植物養(yǎng)分供應(yīng)能力的反應(yīng)。由表4可知，種植巨菌草土壤堿解氮含量均高于CK，且增幅較大。3處巨菌草樣地土壤堿解氮平均含量由6.69 mg/kg增加至9.74 mg/kg，增幅45.59%；CK樣地土壤堿解氮平均含量由6.99 mg/kg 增加至7.17 mg/kg，增加了2.58%。2021年10月巨菌草樣地土壤速效磷平均含量為11.14 mg/kg，比對照樣地的平均含量高3.59 mg/kg，比種植前(7.18 mg/kg)增加了55.15%。巨菌草樣地的土壤速效鉀平均含量13.63 mg/kg，比種植前增加了35.35%；而部分試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的裸地對照組土壤速效鉀含量出現(xiàn)了下降趨勢，平均含量由9.73 mg/kg減少至9.38 mg/kg。各巨菌草樣地土壤速效肥力較種植前均有改善。

表4 土壤速效氮、磷、鉀含量的變化情況

3 結(jié)論與討論

土壤物理特性對于植物生長過程中水分和能量的儲(chǔ)存交換、營養(yǎng)成分的供給有著決定性的作用。由試驗(yàn)結(jié)果可知，奈曼旗、達(dá)拉特旗、土默特左旗試驗(yàn)區(qū)的巨菌草樣地平均土壤容重明顯降低，土壤最大持水量、孔隙度也隨之增加，這與梅蘭等[16]的研究結(jié)果一致。土壤容重除受土壤質(zhì)地、降水等自然因素決定，人類生產(chǎn)的干擾或植物生長過程中釋放物質(zhì)的反作用也會(huì)對土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生良性影響。該研究結(jié)果顯示，種植巨菌草可有效改善土壤物理性質(zhì)，土壤中最大持水量、總孔隙度等參數(shù)明顯增加也體現(xiàn)了土壤透氣狀況與水分保持性能的提高，結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，這為生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)創(chuàng)造條件。

土壤的pH、有機(jī)質(zhì)及氮磷鉀含量等作為養(yǎng)分來源直接影響植物各階段的生長發(fā)育，是判斷土壤肥力狀況的重要化學(xué)指標(biāo)。關(guān)于改變地區(qū)植被對土壤養(yǎng)分的影響等方面，學(xué)者們已開展大量研究，發(fā)現(xiàn)通過植被恢復(fù)后土壤各養(yǎng)分會(huì)逐漸累積[17]。相關(guān)研究表明，種植巨菌草可提高土壤有益真菌含量，經(jīng)過分解復(fù)雜有機(jī)物質(zhì)和含氮蛋白質(zhì)類化合物產(chǎn)生豐富的腐殖質(zhì)，進(jìn)而提升土壤的肥力狀況[16]。該研究發(fā)現(xiàn)，種植巨菌草后的土壤全效、速效氮磷鉀含量明顯提高，pH逐漸降低，能夠起到改良土壤化學(xué)性質(zhì)的作用，與周揚(yáng)[18]對攀西干熱河谷區(qū)引種巨菌草改善土壤理化性質(zhì)的結(jié)論基本一致。整體上巨菌草樣地土壤發(fā)展趨于良性，CK樣地則存在不同程度的退化趨勢；3處巨菌草樣地土壤的養(yǎng)分含量較種植前均有所提高，不同引種區(qū)的巨菌草樣地土壤改良效應(yīng)不同。綜上所述，巨菌草對引種地的土壤理化特性均起到良性調(diào)控作用，土壤肥力的提升效果較為理想，可以考慮在北方鹽堿地區(qū)以及貧瘠土壤的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)過程中作為兼具生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的先鋒植物進(jìn)一步推廣種植。