不同生长年限对紫花苜蓿产量及土壤养分的影响

陈志怡,李金月

毕节职业技术学院,贵州毕节551700

不同生长年限对紫花苜蓿产量及土壤养分的影响

陈志怡,李金月

毕节职业技术学院,贵州毕节551700

研究了不同生长年限(2、5、6、7和10年生)对紫花苜蓿(Medicago sativa L.)草产量及土壤养分的影响。结果表明，随生长年限的增加，紫花苜蓿产量呈先增加后降低趋势，以7年生紫花苜蓿产量最高，与其他生长年限均达显著差异水平(P＜0.05)；土壤含水量和电导率呈先增加后降低趋势，而土壤容重、总孔隙度和pH呈先降低后增加趋势，表明了紫花苜蓿具有显著的脱盐功能;土壤养分随生长年限的增加呈先增加后降低趋势，整体表现为：7年生＞10年生＞6年生＞5年生＞2年生，各生长年限紫花苜蓿土壤氮素和钾素变化幅度较大，土壤全磷和有效磷含量差异并不显著(P＞0.05)；垂直方向随着土层深度的增加，各生长年限紫花苜蓿土壤养分呈降低趋势，表现出明显的“表聚性”，并且各生长年限紫花苜蓿土壤养分储存于0～20 cm土层。相关性分析表明，紫花苜蓿土壤养分与相应的有效养分和含水量呈极显著正相关(P＜0.01)，与电导率和pH呈极显著的负相关(P＜0.01)，而pH和电导率之间极显著正相关(P＜0.01)，由此可见，生长年限对紫花苜蓿土壤养分的影响是土壤理化等因子的共同作用结果。

生长年限;紫花苜蓿;产量;土壤养分

紫花苜蓿（Medicago sativa L.）属多年生优质牧草，素有“牧草之王”美称[1-3]，是北方农牧交错带粮草轮作的重要草种[4-7]，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[2,3,8,9]，对于调节气候和改善农业生态环境具有极其重要的意义[1-3,10,11]。近年来，大量学者对紫花苜蓿草产量及土壤理化性状进行比较研究，但研究结果不尽相同[12-14]。目前，黄土丘陵沟壑区正逐年加大紫花苜蓿的种植面积，但随着紫花苜蓿生长年限的推进，其利用年限出现缩短的趋势，这主要与苜蓿种植过程中对土壤肥力的消耗以及苜蓿根腐病的发生有关[8,10,11]。鉴于此，本文在地处北方农牧交错带紫花苜蓿种植面积较大的黄土丘陵沟壑区，研究黄土丘陵沟壑区不同生长年限对紫花苜蓿产量及土壤养分的影响，旨在了解生长年限对紫花苜蓿产量及土壤养分的影响，从而为紫花苜蓿合理建设、高效生产以及可持续利用提供理论依据，以期为黄土丘陵沟壑区紫花苜蓿人工草地的栽培和合理轮作提供科学依据。

1　材料与方法

1.1研究区概况

试验地设置山西省临汾市襄汾县伯玉村紫花苜蓿种植区（111°25′35″E，35°53′28″N），该区属暖温带大陆性季风气候，海拔高度1376 m，年平均日照时数2450 h左右，有效积温4700℃作用，年均气温在12.6℃左右，无霜期180～210 d，年平均降雨量为550 mm左右，年均蒸发量900～1200 mm，降水少较为集中，生长季内（4～10月）降水量占全年降水量的80～90%以上，日照充足（2417～2714 h），土壤类型为石灰性褐土，四季分明，近50年年平均气温10.15℃，地下水埋深3.45～5.86 m，具有充分的灌溉条件，适合紫花苜蓿生长。0～20 cm土层pH值为8.35，含水量为9.13%，容重为1.115 g·cm-3，电导率为68.3 μs·cm-1，土壤有机质含量为12.56 g·kg-1，全氮含量为1.08 g·kg-1，碱解氮含量为52.18 mg·kg-1，全磷含量为0.58 g·kg-1，有效磷含量为32.47 mg·kg-1，全钾含量为6.53 g·kg-1，速效钾23.45 mg·kg-1。

1.2样地设置

试验地面积约为0.2 hm2，土壤肥力及栽培管理模式基本一致，采用随机区组排列，每个小区面积50 m2（10 m×5 m），各小区间保留5 m宽的缓冲带。供试品种为美国引进的阿尔冈金紫花苜蓿（Medicago sativa L.cv.Algonquin），千粒重2.56±0.38 g，种子纯度97%，发芽率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日采用条播，设置株距15 cm，行距20 cm，播种深度2～4 cm，播种量30±2 kg·hm-2，播种前施用磷酸二氢铵130 kg·hm-2、尿素130 kg·hm-2和氯化钾130 kg·hm-2，翌年于春季返青前追施氯化钾130 kg·hm-2。分别在播种后、苗期、初花期灌水3次，并且保证灌水量均相等，每次灌水量1000 m3·hm-2，每年10月底施过磷酸钙350 kg·hm-2和氯化钾100 kg·hm-2，试验期间不追肥，每年刈割4次。

2013年秋季最后一次刈割后取样测定，在各生长年限紫花苜蓿试验地中选取4个具有代表性的样方（重复值），样方面积设置为2.5 m×2.5 m，剪齐地面部分测定鲜草产量，烘干（65℃，48 h）后计算鲜干比，然后折算干草产量。各生长年限紫花苜蓿4个样方均采用剖面法取土样，以（S）形取样法分层（0～10、10～20、20～30 cm）采集土样，每个土样由5个土钻的混合样得到，采集的土样塑封袋盛装带回实验室测定土壤含水量，并在取样点附近取相应的环刀土测定土壤容重。

1.3测定方法

新鲜土样含水量采用烘干法测定（105℃），自然风干（20 d）去除碎片和部分根后过2 mm筛，pH采用电极电位法测定（1:2.5土水比）；电导率采用P4多功能测定仪测定。

将上述土样研磨过0.5 mm筛用于土壤养分测定，有机碳采用重铬酸钾氧化-外加热法测定；全磷采用NaOH碱溶-钼锑抗比色法测定；有效磷采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定；全氮采用半微量凯氏定氮法测定（意大利产DK6，UDK140分析仪）；碱解氮采用NaOH-H3BO3法测定；全钾和速效钾采用火焰光度计法[15]。

1.4数据处理

统计分析：Excel 2003.0和SPSS17.0软件包进行数据统计和检验，单因素方差分析（One-way ANOVA），显著性用Tukey法检验，Pearson相关系数检验土壤理化性质与养分之间的相关性，Origin 7.5作图。

2　结果与分析

2.1不同生长年限对紫花苜蓿干草产量的影响

由图1可知，紫花苜蓿全年干草产量大小依次表现为：7年生＞6年生＞5年生＞2年生＞10年生，紫花苜蓿草产量随生长年限的增加呈倒“V”字型变化规律，7年生紫花苜蓿干草产量达到最高（15965.28 kg·hm-2），与其他处理的紫花苜蓿均达显著差异水平（P＜0.05）；此后，紫花苜蓿草产量随生长年限的增加急剧降低，10年生紫花苜蓿草产量最低（7356.89 kg·hm-2），并且与其他处理的紫花苜蓿均达显著差异水平（P＜0.05）；6年生与5年生紫花苜蓿草产量没有显著差异（P＞0.05），与2年生和10年生紫花苜蓿草产量达显著差异水平（P＜0.05）。与10年生紫花苜蓿草产量相比，2年生、5年生、6年生、7年生紫花苜蓿草产量分别增加了20.42%、52.26%、75.00%、117.01%。

图1　不同生长年限紫花苜蓿干草产量比较Fig.1 The number of growth years of the yield of Medicago sativa

2.2不同生长年限对紫花苜蓿土壤理化性质的影响

表1　不同生长年限紫花苜蓿土壤理化性质比较Table 1 The number of growth years of the soil physical and chemical factors of Medicago sativa

由表1可知，从各生长年限紫花苜蓿0～30 cm土层土壤理化性质均值来看，紫花苜蓿土壤含水量、电导率和有机质含量随生长年限的增加呈先增加后降低趋势，基本表现为：7年生＞10年生＞6年生＞5年生＞2年生；而土壤容重、总孔隙度和pH随生长年限的增加呈“V”字型的变化规律。从不同生长年限紫花苜蓿各层土壤理化性质来看，垂直方向紫花苜蓿土壤含水量、总孔隙度和有机质含量随土层的增加逐渐降低，20 cm土层以后急剧下降；土壤pH、容重和电导率随土层的增加逐渐升高，并且20 cm土层以后急剧升高。对于不同生长年限紫花苜蓿相同土层内土壤理化各指标基本表现为：7年生＞10年生＞6年生＞5年生＞2年生规律。

2.3不同生长年限对紫花苜蓿土壤养分垂直分布影响

各生长年限紫花苜蓿土壤养分总体上随土层深度的增加呈下降趋势（图2），土壤养分均以0～10 cm土层最高，20～30 cm土层内土壤养分含量最低；随着土层的加深，各生长年限紫花苜蓿土壤养分均相应高于上一土层，并且“表聚性”较为明显，20 cm土层以后紫花苜蓿土壤养分急剧下降；相同土层内均以7年生紫花苜蓿土壤养分含量最高，2年生紫花苜蓿土壤养分含量最低；各生长年限紫花苜蓿相同土层内土壤养分含量基本表现为：7年生＞10年生＞6年生＞5年生＞2年生规律。

图2　不同生长年限紫花苜蓿土壤养分垂直分布Fig.2 The number of growth years of the soil nutrient vertical distribution of Medicago sativa

2.4不同生长年限对紫花苜蓿土壤养分的影响

图3　不同生长年限紫花苜蓿土壤养分比较Fig.3 The number of growth years of the soil nutrient of Medicago sativa

由图3可知，紫花苜蓿土壤养分含量总体上随着生长年限的增加呈先增加后降低的变化趋势，随生长年限的增加，紫花苜蓿土壤养分含量平缓升高，生长年限达6年以后，急剧升高，7年生紫花苜蓿土壤养分含量达到最高，2年生紫花苜蓿土壤养分含量最低，而后土壤全氮、全磷、全钾和速效钾含量有降低趋势；各生长年限紫花苜蓿土壤全磷和有效磷含量差异并不显著（P＞0.05）；5年生和6年生紫花苜蓿土壤全氮含量差异并不显著（P＞0.05），与2年生达显著差异水平（P＜0.05）；7年生和10年生紫花苜蓿土壤全氮含量差异并不显著（P＞0.05），与其他生长年限达显著差异水平（P＜0.05）；7年生和10年生紫花苜蓿土壤全钾和速效钾含量差异并不显著（P＞0.05），与其他生长年限达显著差异水平（P＜0.05），并且各生长年限之间土壤全钾和速效钾含量基本达显著差异水平（P＜0.05）。

2.5不同生长年限紫花苜蓿土壤理化性质与养分的相关关系

紫花苜蓿土壤理化性质与土壤养分之间的Pearson相关关系如表2所示，由表2可知，土壤含水量与全磷呈显著正相关（P＜0.05），与其他养分指标呈极显著正相关（P＜0.01）；土壤pH与电导率呈极显著正相关（P＜0.01），与有机质、全氮、全钾呈极显著负相关（P＜0.01），与碱解氮呈显著负相关（P＜0.05）；土壤电导率与有机质、全氮、全磷、全钾和总孔隙度呈显著负相关（P＜0.05）；土壤容重与总孔隙度呈极显著正相关（P＜0.01），与全钾呈显著正相关（P＜0.05）；土壤总孔隙度与全钾呈极显著正相关（P＜0.01），与有机质、全氮、有效磷和速效钾呈显著正相关（P＜0.05）；土壤有机质与全氮、碱解氮、全钾和速效钾呈极显著正相关（P＜0.01），与全磷呈显著正相关（P＜0.05）；土壤全氮与碱解氮、全磷、有效磷和全钾呈极显著正相关（P＜0.01），与速效钾呈显著正相关（P＜0.05）；土壤碱解氮与有效磷和速效钾呈显著正相关（P＜0.05）；土壤全磷与有效磷和全钾呈极显著正相关（P＜0.01），与速效钾呈显著正相关（P＜0.05）；土壤有效磷与速效钾呈极显著正相关（P＜0.01）；土壤全钾与速效钾呈极显著正相关（P＜0.01）。

表2　不同生长年限紫花苜蓿土壤理化性质与养分相关关系Table 2 Correlation analysis of soil nutrients with physical and chemical factors of the number of growth years of the Medicago sativa

3　讨论与结论

本研究中7年生紫花苜蓿草产量最高（图1），与其他生长年限紫花苜蓿草产量达到显著差异水平（P＜0.05），由于7年生紫花苜蓿光合生产能力强，对资源利用效率较高，加上单位面积一级分枝数较多，密度相对较大，而生长年限较长（10年生）的紫花苜蓿由于根系腐烂率明显增加，株丛密度相对较低，从而导致干草产量较低。此外，紫花苜蓿生长发育需要消耗大量的水分，虽然其根系发达、耐干旱、保水固土效果显著，但多年种植会引起土壤深层干燥化，最终导致紫花苜蓿的严重衰退[7,10,16,17]。因此，本研究中10年生紫花苜蓿产量及土壤养分含量出现下降趋势。

随生长年限的增加，紫花苜蓿土壤含水量和电导率呈先增加后降低趋势，而土壤容重、总孔隙度和pH呈先降低后增加趋势（表1），土壤通气透水性和入渗能力相应的增强，7年生紫花苜蓿根系的大量扩散和繁殖造成了土壤总孔隙度和容重较小，土壤可溶性离子数目较多，导致土壤电导率较高[17-19]，而根瘤菌的固氮作用引起紫花苜蓿根区酸化，通过降低土壤pH增加土壤养分以及有效养分的吸收和利用[8,10,20]。此外，紫花苜蓿植被覆盖度较高，有效减少了土壤水分蒸发，显著抑制了土壤盐渍化过程[6,7,11,17,18]；在生长过程中，紫花苜蓿还能吸收一部分土壤盐分，表明了紫花苜蓿具有显著的脱盐功能，但这是一个长期的过程。

综合图2和3的结果表明，生长年限对紫花苜蓿土壤养分的影响表现为一定程度的增加效应，随生长年限的增加紫花苜蓿壤养分呈先增加后降低趋势，整体表现为：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对土壤养分的累积作用和改良土壤肥力作用。7年生紫花苜蓿土壤养分各指标达到最大，主要是由于pH的降低促进了土壤养分的吸收和利用，紫花苜蓿在生长繁殖过程中会加大对土壤中有效养分的吸收利用[10,16,20]，因此，生长年限越长，紫花苜蓿对土壤有效养分的吸收越剧烈，但生长年限达到7年以后超出了紫花苜蓿吸收养分的阈限，可能造成紫花苜蓿产量和土壤养分降低；各生长年限紫花苜蓿土壤全磷和有效磷含量差异并不显著（P＞0.05），表明生长年限对紫花苜蓿土壤磷素并没有显著的影响。图3的结果显示了各生长年限紫花苜蓿土壤氮素和钾素变化幅度较大，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，随着生长的发育其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[10,16,,18,20-21]，从而增加了土壤中养分含量；Pearson相关性分析可知（表2），氮素和钾素具有很高的相关性，因此，随生长年限的增加紫花苜蓿土壤钾素与氮素的变化趋势保持一致。不同生长年限紫花苜蓿土壤养分的垂直分布格局及其在同一土层内的分布表现出差异性，垂直方向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，由此表明，不同生长年限紫花苜蓿土壤养分基本储存于0～20 cm土层。

随着生长年限的增加，紫花苜蓿对土壤有效养分的利用增强，因其根瘤固氮作用明显，紫花苜蓿在生长期间土壤氮素养分处于盈余状态[8,18,20-22]，因此在种植紫花苜蓿时一般不需施用氮肥；由于各生长年限中紫花苜蓿土壤钾素变化幅度较大，因此，在高产栽培中须重视对钾肥的施用。本研究中，10年生紫花苜蓿土壤有效养分略有下降趋势，这种下降与紫花苜蓿生长过程中吸收土壤养分和播种时施肥有关[6-8,10,12,16]，紫花苜蓿除了吸收和利用土壤养分，养分的固定和淋洗也是值得考虑的因素[20,23,24]，由此可见，紫花苜蓿的高产栽培须重视肥料的及时追施，合理控制紫花苜蓿生长年限及控制施肥是未来的研究重点。

由表2可知，各生长年限紫花苜蓿土壤养分与相应的有效养分和含水量呈极显著正相关（P＜0.01），表明了土壤含水量在一定程度上决定了土壤养分的吸收和利用，土壤全量养分也决定了土壤有效养分的吸收和利用；土壤养分与电导率和pH呈极显著负相关（P＜0.01），表明了电导率和pH对土壤养分具有一定的抑制作用，可能是由于盐化条件降低了各种土壤微生物酶活性及其对养分吸收降低，随着土壤脱盐和碱化程度的降低，进入土壤的有机物残体增加，使得土壤养分含量增加[6-8,10,17-18,20]；而pH与电导率呈极显著正相关（P＜0.01），表明pH的降低和土壤脱盐的过程密切相关。综合表2的结果来看，紫花苜蓿土壤养分是土壤理化性质的共同作用的结果。

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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

陈志怡(1984-),女,汉,硕士,讲师.研究方向:植物营养.E-mail:bjdxry@163.com