沙地苜蓿种植年限对土壤速效钾与碱解氮含量的影响

滕爱娣，邓 波，王显国，高 凯

(1.内蒙古民族大学农学院,内蒙古 通辽 028042；2.中国农业大学动物科技学院，北京 100083)

沙地苜蓿种植年限对土壤速效钾与碱解氮含量的影响

滕爱娣1，邓 波2，王显国2，高 凯1

(1.内蒙古民族大学农学院,内蒙古 通辽 028042；2.中国农业大学动物科技学院，北京 100083)

通过测定不同种植年限紫花苜蓿地土壤中速效钾和碱解氮的含量，分析了速效钾和碱解氮在原生质土壤与人工种植地土壤在耕层的垂直分布以及根际土与非根际土中含量的变化状况。结果表明：种植紫花苜蓿时间越长，对土壤速效钾和碱解氮含量影响越大，紫花苜蓿地土壤速效钾和碱解氮含量在耕层呈垂直下降趋势，相同种植年限根际土与非根际土速效钾和碱解氮含量差异明显，原生质土与人工种植紫花苜蓿地土壤速效钾和碱解氮含量差异明显。随着种植年限的增加速效钾和碱解氮含量均呈现升-降-升趋势。速效钾含量整体表现为：2年生>5年生>4年生>3年生>1年生>原生质土，碱解氮含量整体表现2年生>5年生>3年生>1年生>4年生>原生质土。不同生长年限土壤中速效钾和碱解氮的变化幅度较大，垂直方向上随着土层深度的增加，各生长年限土壤养分均呈降低趋势，表现出明显的“表聚性”，并且各生长年限土壤养分以0～20 cm土层含量最多。

紫花苜蓿；生长年限；速效钾；碱解氮

紫花苜蓿(Medicagosativa)是高产、优质的豆科牧草，具有产量高、品质好、抗逆性强、生态适应性广和保持水土等功能[1-5]，同时，紫花苜蓿种植对土壤的理化性质具有一定的改良效果，能够提高土壤肥力，是我国北方草田轮作的首选草种[6，7]。紫花苜蓿种植对土壤理化性质的改良效果是当前苜蓿研究的热点问题之一，学者们分别从苜蓿种植对土壤全碳含量、磷含量、氮含量、酶含量等方面进行了细致的研究[8-11]。结果证实苜蓿种植均能提高土壤的氮素、磷素、钾素含量，对土壤的淀粉酶、脲酶、过氧化氢酶也有提高作用[12，13]。有关不同种植年限苜蓿对土壤的改良效果杨恒山、邰继承等[10]从土壤微生物和酶活性方面也进行了研究，且证实随着紫花苜蓿种植年限的增加,土壤微生物的活动增强，酶活性均随土层深度的增加而依次递减；蒋平安等[16]也对不同种植年限苜蓿的土壤改良效果进行了相关研究，其研究表明苜蓿种植时间的长短对有机质和全量养分在耕层垂直分布的影响无差异,而速效养分和容重等特性随苜蓿种植时间的延长,土层之间的差距愈明显。虽然有学者对不同种植年限苜蓿的土壤改良效果进行了研究，但均在控制条件下进行，不能够准确说明实际生产过程中不同种植年限苜蓿对土壤的改良效果。研究多集中在氮、磷、碳，对钾素的研究相对较少。鉴于此，通过对内蒙古通辽珠日河不同年限苜蓿人工草地和原生植被地不同土层土壤中速效钾和碱解氮含量的对比研究，以及对不同种植年限苜蓿根际土和非根际土速效钾和碱解氮含量的对比研究，揭示大田生产过程中不同种植年限苜蓿对土壤的改良效果，为合理的苜蓿草田轮作提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 自然概况

内蒙古通辽市珠日河，位于N 43°36′，E 122°22′，属于温带大陆性季风气候。年平均气温5.2℃；年平均日照2 906 h；极端最高气温37.8℃；极端最低气温-35.9℃；最热月平均气温24℃；最冷月份平均气温-16.2℃。年平均无霜期140 d。年平均降水量在300～450 mm。相对湿度为55%～61%。

1.2 土壤取样方法

取样地为1年生、2年生、3年生、4年生和5年生苜蓿人工草地，取样时间为10月6日。分别于各生长年限苜蓿地选取4个样点，各样点分0～10、10～20、20～30、30～50、50～70、70～100 cm共6个层次，每个取样点取5钻，然后，将同一土层土壤进行混合，利用四分法进行取样，将样品在阴凉通风条件下阴干磨细，过1 mm筛备用。

采集根际土与非根际土时先用铁锨铲除杂物，然后用铁锨小心沿植株基部向下挖大约50 cm，将抖落的土壤作为非根际土收集，用小毛刷将不能抖落的沾附在根上的土轻轻刷下作为根际土收集，风干、磨细，过1 mm筛备用。

1.3 土壤测定方法

速效钾采用1 mol/L NH4Ac浸提-火焰光度法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定。

2 结果与分析

2.1 不同种植年限对土壤速效钾含量的影响

不同种植年限以及原生植被的紫花苜蓿土壤速效钾含量的平均值大小为2年生>5年生>4年生>3年生>1年生>原生质土壤；1年生紫花苜蓿土壤各土层速效钾含量没有明显差异，2年生紫花苜蓿0～10与10～20 cm土层速效钾含量明显高于其他各土层。3、4、5年生紫花苜蓿表层(0～10 cm)土壤速效钾含量明显高于其他土层，剩余土层含量无明显差异。原生植被各土层速效钾含量差异明显，呈规律性逐层下降趋势。0～10 cm土层速效钾含量的大小关系为5年生>4年生>2年生>原生质>3年生>1年生。10～20与20～30 cm土层2年生明显高于其他年限，剩余年限变化不明显，30～50与50～70 cm土层变化规律相同，峰值均出现在第2年，次峰值出现在第5年，其余年份变化不明显。70～100 cm土层除原生质土壤钾含量较低外其他各年限无明显差异。原生植被土壤速效钾含量均值与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，明显低于其他种植年限紫花苜蓿地土壤(表1)。

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

注：大写字母表同列不同数值差异显著(P<0.05)，小写字母表示同行不同数值差异显著(P<0.05)，下同

2.2 不同土层土壤速效钾的动态变化

变异系数的均值大小为1年生>原生质>2年生>4年生>5年生>3年生土壤；随着土层深度的增加变异系数有增大趋势；1年生和原生质土壤的变异系数最大值均出现在50～70 cm土层，3年生和5年生土壤的变异系数最大值均出现在70～100 cm土层，2年生土壤变异系数最大值出现在10～20 cm土层，4年生土壤变异系数最大值出现在30～50 cm土层。0～10 cm土层变异系数最大值为3年生土壤，10～20 cm土层变异系数最大值为2年生土壤，20～30 cm土层变异系数最大值为原生质土壤，30～50、50～70、70～100 cm土层变异系数最大值均为1年生土壤(表2)。

2.3 根际土与非根际土土壤速效钾含量

根际土与非根际土速效钾含量平均值的大小为根际土>非根际土，根际土速效钾含量大约为非根际土的1.07倍。不同生长年限根际土与非根际土中速效钾含量的大小关系为2年生>4年生>5年生>3年生>1年生。相同年限中只有3年生根际土与非根际土速效钾含量差异不显著，其余年限含量差异均显著(表3)。

表2 变异系数Table2 Coefficient of variation

表3 根际与非根际土壤速效钾含量Table3 The available potassium content in rhizosphere and non-rhizosphere soil

2.4 不同种植年限对土壤碱解氮含量的影响

不同种植年限以及原生植被的碱解氮含量的平均值大小为2年生>5年生>3年生>1年生>4年生>原生质土;1年生、4年生、5年生和原生质土壤0～10 cm土层碱解氮含量均明显高于其他土层，2年生土壤0～10与10～20 cm土层碱解氮含量明显高于其他各土层，其他土层差异不明显。3年生土壤10～20 cm土层碱解氮含量明显高于其他土层，剩余土层含量无明显差异。原生植被各土层碱解氮含量差异明显，总体呈下降趋势。0～10 cm土层碱解氮含量的大小关系为5年生>2年生>4年生>1年生>原生质>3年生。10～20与20～30 cm土层变化规律相同，2年生和3年生明显高于其他年限，剩余年限变化不明显，30～50 cm土层，峰值出现在第5年，次峰值出现在第2年，其余年份变化不明显。50～70，70～100 cm土层变化规律相同，最大值均出现在第1年，原生质土壤碱解氮含量明显低于其他种植年限紫花苜蓿地土壤碱解氮含量(表4)。

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

2.5 不同土层土壤碱解氮的动态变化

变异系数的平均值大小关系为5年生>4年生=原生质>3年生>2年生>1年生土壤；1年生土壤的变异系数最大值均出现在50～70 cm土层，2年生土壤的变异系数最大值出现在0～10 cm土层，3年生、4年生、5年生与原生质土壤变异系数最大值均出现在70～100 cm土层。0～10 cm土层变异系数最大值为2年生土壤，10～20 cm土层变异系数最大值为原生质土，20～30 cm土层变异系数最大值为5年生土壤，30～50 cm土层变异系数最大值为原生质土，50～70 cm土层变异系数最大值为5年生土壤，70～100 cm土层变异系数最大值为4年生土壤(表5)。

2.6 根际土与非根际土土壤碱解氮含量

根际土与非根际土壤碱解氮含量平均值的大小为根际土>非根际土，根际土碱解氮含量大约为非根际土的1.37倍。不同生长年限根际土中碱解氮含量的大小关系为4年生>5年生>3年生>2年生>1年生规律。非根际土中碱解氮的大小关系为5年生>4年生>3年生>2年生>1年生规律。相同种植年限中碱解氮含量差异均显著(表6)。

表5 变异系数Table5 Coefficient of variation

表6 根际与非根际土壤碱解氮含量Table6 the available nitrogen content in rhizosphere and non-rhizosphere soil

3 讨论

苜蓿作为改良贫瘠土壤的重要豆科牧草[5，6]，已有研究表明苜蓿种植能够有效地提高土壤氮素含量[14-16]。试验对不同种植年限苜蓿人工草地土壤与原生草地土壤碱解氮和速效钾含量的比较也证实了这一结论。也证实了种植紫花苜蓿可以改良土壤的理化性质：(1)随生长年限的增加紫花苜蓿根系的大量扩散和繁殖；(2)随着生长年限的增加，紫花苜蓿的根部形成大量的根瘤菌，固氮功能增强，同时根系产生一些有机分泌物和部分腐烂根系[17-20]，从而增加了土壤中养分含量；(3)随着种植年限的增加，枯枝落叶等物质的积累和腐烂造成了土壤中有机质不断积累，从而导致了养分含量的增加。另外，施肥也是导致土壤中养分含量增加的因素之一。在垂直方向上随着土层深度的增加，紫花苜蓿地土壤养分呈降低趋势，表现出明显的“表聚性”，20 cm土层以后，土壤养分急剧降低，表明土壤养分主要储存于0～20 cm土层。可能是由于根系的大量繁殖、根瘤菌的固氮作用、有机质的积累以及肥料的施入均主要作用于这一土层。

试验中任何生长年限的根际土中养分含量明显高于非根际土，且达到差异显著(P<0.05)，试验的土壤微域，受根系生理活动的影响，所以在物理、化学和生物特性上不同于原土体，是土壤-植物根系-微生物三者相互作用的场所。对于植物来说，根际养分是最容易、最优先被吸收的养分。所以作为植物根系生长发育、营养成分吸收和新陈代谢的场所，根际各种养分的含量会与非根际有所差异。由于根系从土壤中吸收水分和养分，同时也向土壤中分泌各种有机及无机物质，加上根系本身具有强烈的穿插能力，使得根际土性质与非根际土有明显的差异[20]。所以根际具有影响土壤性质的能力。

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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

重点牧区草原“生产生态生活”配套保障技术集成与示范/2012BAD13B00；通辽市与内蒙古民族大学科技合作项目/SXYB2012080；科尔沁沙地苜蓿高效种植技术研究与示范/201403048-2项目资助

滕爱娣(1990-)，女，内蒙古通辽人，在读硕士。 E-mail：525634348@qq.com 高凯为通讯作者。

S 151.9

A

1009-5500(2015)06-0022-05