全 文 ：第 10卷 第 2期
2 0 0 2年 6月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
NO．2
2002
等高固氮植物篱模式对坡耕地土壤养分的影响
孙 辉 唐 亚 何永华 赵其 国
(中国科学院成都生物研究所 成都 610041)(中国科学院南京土壤研究所 南京 210008)
摘 要 对坡耕地土壤剖面养分的研究结果表明，等高固N植物篱模式对养分的影响表现在对养分的归还和在土
壤剖 面的再分 配。培植植 物篱 5年后 ，该 系统 中与植 物篱不 同距 离位 点 0～40cm 土层土壤 有机质和全 N含 量分别
比对照高 1．2～2．3倍和 0．5～1．7倍，有效磷和速效钾 显著增加，表明植物篱可有效改善土壤养分状况。研究结
果还表明在植物篱模式下0～60cm土层土壤有机质和全 N含量均比种植带相应土层高，0～20cm土层有效磷和有
效钾含量明显比种植带各位点相应土层高，表明植物篱与农作物之 间无养分竞争；种植 带下部 0～40cm土层养分
状况比种植带中部和上部相应土层优越，种植带上部各土层养分状况最差；植物篱内40cm 以下土层中有效磷和速
效钾含量比种植带下相同土层低，说明植物篱根系可将土壤深层的 P、K吸收并通过刈割枝叶返还种植带，发挥养
分 泵的功能 。因此 ，植 物篱通 过生物 固 N 和养 分泵 的功 能提高种植 带上层土壤 养分含 量和促进 矿质养分 循环。
关键词 等 高植 物篱模 式 坡耕地 土壤养 分 农 林复合 经营
Studies on soil nutrient redistribution under contour hedgerow system．SUN Hui，TANG Ya，HE Yong—Hua(Chengdu
Institute of Biology，Chinese Academy of Sciences，Chengdu 610041)，ZHAO Qi—Guo(Institute of Soil Science，Chinese
Academy of Sciences，Nanjing 210008)，CJEA，2002，10(2)：79～82
Abstract (~ntour hedgerow system has been regarded as the most favorable agroforestry systems for water and soil con—
servation．However，it is more concerned whether hedgerows in the system compete with crops for belowground resourc—
es．especialy nutrient beyond their crown areas．The nutrients in soil profiles in the system were analyzed for determining
nutrients competition between hedgerows and crops in the system and nutrients redistribution pattern in the system．Or—
ganic matter and total nitrogen contents of topsoil(0～40cm)at different positions in hedgerow system are increased
1．2～2．3 times and 0．5～ 1．7 times over those of control respectively，and available P and exchangeable K have also in—
creased remarkably after five years of hedgerow establishment，suggesting that contour hedgerow system is very efective
for topsoil nutrient improvement．In hedgerow system．soil nutrients of 0～20 cm beneath hedgerow are higher than those
beneath aley，therefore competition for nutrient doesn’t occur between hedgerow and crops．The results also show that
nutrients status in alley varies with positions，namely，nutrients in downside aley are better than those in the middle and
upper aley，and upper aley is the poorest position in alley．Available P and exchangeable K below 40 cm beneath hedger—
OW was lower than those beneath aley，suggesting that ro t system of hedgerow is functioned as“nutrient pump”to up—
take K and P from deep soil beyond crop rot system and return them to topsoil by pruning of hedgerow．
Key words Contour hedgerow system，Sloping agricultural land，So il nutrient，Agroforestry
等高固N植物篱模式是一种农林复合经营方式，或称为植物篱间作(Hedgerow intercropping)，是将木
本固N植物在坡耕地上沿等高线带状密植，通过适时修剪 ，将其控制在适当高度，避免与农作物发生光热竞
争，同时刈割枝叶作为绿肥或覆盖物施人相邻的作物种植带 。该模式通过植物篱的拦截和对土壤物理性
质的改善，能有效进行水土保持，修剪植物篱获得的枝叶作为绿肥和地表覆盖物可培肥土壤 ，且刈割枝叶作
优良饲料，老枝干作燃料 ，农民可从中获得直接经济效益；植物篱引入农业系统可促进系统养分循环 ，减少养
分流失，提高土壤生物活性。等高固 N植物篱技术作为坡耕地水土保持和土壤培肥的农林复合经营模式之
一
，其研究与推广应用已在热带地区引起越来越广泛的关注。固 N植物篱对坡耕地表土养分的影响，国内
外已进行了很多研究工作 ’ ，但植物篱与农作物间养分竞争方面的研究 目前尚少见报道。为此，研究了
等高固 N植物篱对不同层次坡耕地土壤养分的影响，为等高植物篱模式在山区推广应用提供理论依据。
* 国际山地中心(ICIMOD)ATSCFS(1991～2001)项 目、四川省青年科技基金和中国科学院成都地奥科学基金资助
收稿 日期 ：2001—06—26 改 回日期 ：2001—08—20
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中 国 生 态 农 业 学 报 第 l0卷
1 试验材料与研究方法
试验在中国科学院成都生物研究所宁南山区持续发展试验站内进行，该站地处金沙江干热河谷气候区，
旱季雨季明显，年降雨量 660～1140mm，5～10月降雨量占全年的 87．9％。试区海拔 1400～1485m，坡向西
南，坡度 15。～38。；土壤为褐红壤，建点时表土有机质 11．1g／kg，全N0．53g／kg。1994年在试区建立了面积为
12hm 的等高固 N植物篱示范园，植物篱树种主要为新银合欢(Leucaena leucocephala)。植物篱为双行，宽
度 50cm，植物篱之间为作物种植带，间距 4～6m。为研究坡耕地等高固 N植物篱系统中土壤养分状况，在
坡耕地种植 5年后的植物篱上侧距离植物篱 lm处种植带(A)、植物篱内(B)、植物篱下侧距植物篱 lm处种
植带内(c)和种植带中间(D)的土壤剖面取样，20次重复；对照(CK)为试区内未培植植物篱在传统顺坡耕作
方式的坡耕 地 ，9次 重 复。各位 置 取样 层 次均 为 0～20cm、20～40cm、40～60cm 和 60cm 土层 以下 ，用
~42mm土钻分层采集，分析土壤样品的有机质、全 N、有效磷、有效钾含量和阳离子交换量。有机质采用重
铬酸钾氧化_夕 加热法分析；全 N采用重铬酸钾一硫酸消化、半微量凯氏定 N法分析；有效磷采用碳酸氢钠浸
取一钼锑抗比色法分析；速效钾采用醋酸铵浸取一火焰光度计法分析。
2 结果与分析
2．1 等高固 N植物篱模式土壤有机质分布
植物篱模式下不同位置及不同深度土壤有机质含量见表 1。由表 1可知，等高固 N植物篱模式下各层
土壤有机质含量均比对照相应层次高得多，其中0～20cm土层土壤有机质含量比对照高 1．8～2．3倍 ，20～
40cm土层 比对照高1．2～2．1倍 ，40～60cm土层 比对照高l～3．5倍，60cm土层以下 比对照高0．3～1．6
表1 等高固N植物篱模式土壤有机质的立体分布 倍。在等高植物篱模式下各位置有机质含
Tab．1 Spatial distribution of organic matter content
under contour hedgerow system
*A为种植带下部 ，B为植物篱，c为种植带上部，D为种植带中部，下同
量均随土层加 深而递减 ，且有 机质含量 随所
处位置不同发生分 异 ，0～20cm 土层植物篱
下土壤有机 质含量最高 ，种植带 各位置有机
质含量相近 ；20cm 以下各土层作物种植带 中
部含量最低 ，种植 带 上部 次之 ，种 植带 下部
最高。新银合欢 等高植物篱 每年能提供
8～14t／hm 刈割枝 叶，为种 植带提 供大量 有
机质 ，耕作层 土壤有 机质的改善是 由于 大量
枝 叶输入和土壤侵蚀 减少的结果 ，而对 照无
有机质输入且土壤侵蚀严重 ，故土壤有机质含量显著低于植物篱模式 。深层土壤有机质变化主要是植
物篱根系(主要是细根)死亡分解作用的结果，其中植物篱上侧 lm处(A)20cm以下土层有机质含量高于植
物篱(B)相应土层，这可能是植物篱根系分布不对称所引起的。
2．2 等高固 N植物篱模式土壤全 N分布
土壤含 N量的立体分布见表 2，等高固 N植物篱系统改善土壤含 N量的效果很明显，等高固 N植物篱模
式各点土壤含 N量均 比对照相应土层高，其 中 0～20cm 土层最为显著 ，全 N含量 比对照高 1．1～1．7倍 ，20～
40cm土层 比对照高 0．5～1倍 ，40～60cm土层 比对照高 0．2～1．2倍 ，60cm以下土层比对照高 0．2～0．5倍。该
模式下土壤含 N量分布差异与有机质分布有类似趋势，植物篱内(B)各层次(除 20～40cm 土层外)N
素状况均 比种植带 各位点好 ；在 种植带 中种植带 下部(A)各层 土壤含N量最高 ，种植 带上部 (C)次之 ，种植
带中部(D)与上部(c)差异不大，表明植物篱 表2 等高固N植物篱模式下土壤全N的立体分布
与农作物在 0～60cm土层无 N素竞争，且提
高了土壤 N素含量。植物篱枝叶含 N量很
高，如新银合欢枝叶干物质含 N量可达 4％，
枝叶输入和土壤侵蚀降低是耕作层土壤全 N
改善的主要原因 ，对照无枝叶输入 ，养分流
失亦严 重 ，故土壤全 N含量显著低于植 物
篱模式。深层土壤全 N变化主要是植物篱
根系(主要是细根)死亡分解提供 和表 土N素
Tab．2 Spatial distribution of total nitrogen content
under contour hedgerow system
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第 2期 孙 辉等 ：等高固氮植物篱模式对坡耕地土壤养分的影响 81
淋溶的结果，新银合欢植物篱在作物生长季节地下部分的供 N量为 25～102kg／hm ，表明根系对土壤养分
的影响不可忽视，值得深入研究。随着固N植物篱系统中位置变化和与植物篱的距离不同，养分分异很明
显。在种植带下部 20～40cm土层含 N量比植物篱内相应土层还高，这可能是部分 N素随地表径流和土壤
中流动运移，由于植物篱的拦截 ，而在种植带下部入渗和被土壤吸持的结果。
2．3 等高固 N植物篱模式土壤有效磷分布
等高固N植物篱模式及对照土壤各
层次有效磷含量见表 3。等高固 N植物
篱模式土壤各层次有效磷含量均高于对
照，表明植物篱对土壤有效磷状况 的改
善效果非常明显。其 中植物篱(B)0～
20cm 土层 土壤有 效 磷 比种植 带各 位置
均高，种植带下侧次之，种植带上侧最
低 ；植物篱下面及两侧(A)、(C)20cm以
下土层有效磷含量均低于种植带 中部
表 3 等高固N植物篱模式土壤有效磷的立体分布
Tab．3 Spatial distribution of available P content under
contour hedgerow system
20cm以下土层，表明植物篱根系吸收植物篱下面及两侧 20cm土层以下土壤中有效磷。20～40cm土层植物
篱下土壤有效磷高于种植带上侧而低于种植带下侧 ，40cm土层以下有效磷含量则均不高于两侧，且种植带
下侧有效磷含量高于种植带上侧 ，表明植物篱对两侧种植带 20cm土层以下土壤有效磷吸收程度不同。豆
科植物枝叶中 P含量很低，本研究中种植带内土壤有效磷比对照高，可能是由于有机质的提高有利于无效
磷转化为有效磷以及减少 P的固定，植物篱的水土保持作用减少了土壤有效磷的损失(据测定，流失土壤中
有效磷含量为原表土含量的5倍以上)。植物篱模式对土壤中P的影响是有争议的，Mnkeni P．N．S．研究
表明施用枝叶可提高土壤有机磷和全 P，P素平衡状况得到改善 ，但 Haggar J．P．研究结果显示该模式并
未显著增加土壤有效磷含量 ，但植物篱模式下作物产量及其 P、K吸收量均比对照高，在中等施 P条件下 P
素状况方可长期维持 。据宁南县 2个试验点长期试验，使用 P肥能使花生进一步增产H ，表明仅靠枝叶提
供 的 P不能满足农作物需要。
2．4 等高固 N植物篱模式土壤速效钾与阳离子交换量分布
表 4表明等高固 N植物篱同样可提高种植带 0～20cm土层 的速 效钾 ，且速效钾分布与有效磷相似 ，植
物篱下0～20cm土层速效钾含量比种植带其他位置速效钾含量高50％以上。20～60cm土层种植带中部速
表4 等高固N植物篱模式土壤速效钾的立体分布 效钾含量最低，‘而植物篱下面及其两侧
Tab．4 Spatial distribution of exchangeable K content under
contour hedgerow system
29g／kg，以年生产干物质 4t／hm 计算 ，年
提供 K素达 100kg／hm 以上，故植物篱
模式 比对照显著提 高 0～20cm 土层速效
钾含量 ；种植带下部 20cm 以下 土层速效
钾含量明显高于种植带上部的相应土
层 ，这 是 由于 K素在 土壤 中移动性大所
引起的，植物篱又将淋溶到下层土壤中
的 K吸收利用 ，促进 了 K素循环 和减少
K素的淋溶损失。土壤交换性 阳离子如
种植 带相 应层次 土壤速 效钾 含量高 ，说
明植物篱可增加该土层速效钾，且种植
带下侧 效果 比上侧 明 显。60cm 以下 土
层植物篱下土壤速效钾含量低于上下两
侧 ，表明植物篱显著吸收 60cm 以下土层
速效钾，与农作物不存在速效钾的竞争。
刈割枝 叶为 种植 带 提 供 了较充 足 的 K
素 ，如 新 银合 欢 枝 叶 干 物 质 含 K量 为
表 5 等高固N植物篱模式土壤阳离子交换量的立体分布
Tab．5 Spatial distribution of CEC under contour hedgerow system
表 5所示，植物篱下面各深度土壤阳离子交换量显著增加，但等高固 N植物篱模式对种植带各位置各深度
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中 国 生 态 农 业 学 报 第 10卷
土壤阳离子交换量的影响并不明显，与对照亦无显著差异，这可能与观测和试验的时间不够长有关。
3 小结与讨论
与传统顺坡种植相比，等高固 N植物篱能维持并提高坡耕地土壤有机质、全 N、有效磷和有效钾含量；
等高固 N植物篱模式土壤养分含量呈现水平和垂直分异，种植带下部各土层养分状况最好，种植带中部次
之 ，种植带上部最差；等高固 N植物篱模式养分含量随土层加深而递减，尤其是植物篱内土壤中有效磷和有
效钾含量比种植带内相应土层随深度降低得更快，植物篱吸收深层土壤的养分，通过刈割枝叶返还种植带表
土，促进系统养分循环和进行再分配。等高固 N植物篱模式作为一种保护性耕作模式可实现坡地资源的持
续利用，在坡耕地比较集中的长江中上游地区具有巨大的应用潜力，但该模式植物篱向坡耕地土壤提供的刈
割枝叶中养分的矿化、利用、循环状况及其能否通过农业生态系统内土壤养分循环实现坡耕地养分自我维持
尚需进一步研究，以便为该模式的实际应用提供理论基础。
参 考 文 献
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