全 文 ：第 0卷 第 2期
2 0 01年 6月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eeo—Agriculture
Vo1．9
June．
No．2
2 0 01
带状种植系统养分供给与利用研究进展 *
孙 辉 唐 亚
(中国科学院成都生物研究所 成都
赵其国
610041)(中国科学院南京土壤研究所 南京 210008)
摘 要 带城种植是 1种以固N植物蔷为核心、农作物与植精篙相问种植的农林复台经营模式，植物蔷通过修剪
避免对农作物遮光，其技叶作为覆盖物和有机肥，可提高土壤肥力。阐进了植物篙枝叶N素矿化和利用、枝叶有机
碳矿化及其对土壤有机质的影响 及固N植物篱对土壤 P素和其他矿质元素的供给状况，并评价了该模式下土壤
养分书有机质动态。
关键词 带状种植 固N植精营 养分动态
Review of rese~Irclt仰 nutrient contribution and recovery in aley c 叩 ng systems． SuN Hui，TANG Ya
(ChefIgduInstitute of Biology·ChineseAcademy of sciences，ChenIgdu，810041)．ZHAOQ；一Guo(Institute of Soil
Sciences，Chinese Academy of Sciences·Nanjing．210008)，CJEA，2001，9(2)：85~87
Alztraet Aley cropping is the farming system growing food crops between hedgerows of tres or shrubs(nitrogen
fixing species)．The hedgerows in the systems are regularly pruned to prevent shading companion crops and to pro—
vide prunings for mulch and i2flanure to improve soil fertility． N~rogen mineralization of branch and leaf of
hedgerow，organic carbon mineralization of branch and leaf of hedgerow and its effects on soil organ~ matter as
wel as the supply situation of hedgerow on soil phosphorus and other mineral element were expounded．The dy-
names of soil nutrien and organic matter under the system were reviewed．
Key words Aley cropping sys tems，Ni~ogen fixing hedgerow，Nutrient dynamics
带状种植模式(Aley cropping)是将植物篱(主要是固N树种)与农作物呈带状相间种植在坡耕地上用
以防治土壤侵蚀的1种特殊农林经营模式。该模式植物蓠通过修剪避免对农作物遮光、并提供大量枝叶培肥
土壤或提供其他经济收益，通过低投入实现土地持续利用。固N植物篱枝叶含有丰富的粗蛋白等养分，可用
来饲养牲畜，厩肥输入种植带培肥土壤。另外还可将固N植物蓠引入退化草场，以恢复和提高牧场生产力和
稳定性。不少研究者将该模式作为热带地区坡耕地落后耕作方式的替代模式，近 20年来已成为国际上农林
复合经营的研究热点之一。该模式在实现水土保持的同时，可通过植物蓠刈割枝叶输入作物种植带实现养分
循环，达到不施或少施化肥的目的，在亚热带地区具有潜在应用价值，因而该模式的研究和应用对我国南方
地区农业生态环境建设具有重要的借鉴意义。
I带状种植模式下枝叶有机碳矿化及其对土赣有机质的影响
刈割植物蓠提供大量枝叶作绿肥可增加土壤有机质。
研究发现，带状种植下土壤有机碳为 9．4g／kg，比对照(5．9
g／kg)高得多，植物蓠下土壤有机质可达 12．3g／kg，土壤动
物活动强，使植物蓠下土壤中养分、有机碳循环和固持量增
大；孙辉等在金沙江干热河谷对退化坡耕地利用带状种植
模式的研究表明，植物篱可明显改善耕层土壤的理化性状。
衰l 不同模式下玉米，豇豆长期轮忭土壤有机质变化
hb．1 Ef『啦s 噼m 皿 唧 毗t ubh∞ ／∞- 廿。 Bb血
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0~5cm土屠5—1O锄 土层0~5cm土层5~10cm土层
有机质矿化受其化学组成的影响，Lupwayi N．z．等研究表 H
明，新银合欢(Leucaena leucocephala)枝叶干物质有机碳含
量为 482~492．6g／kg，并用指数模型很好地拟合了干物质
皇 。
23．5 l】l 0 7．1 6l5
s
8 14．7 6．0 ¨
或有机碳分解与时间的关系。大部分有机碳分解发生在施用枝叶14~28d后，新银合欢枝叶中易矿化干物
· 国际山地中4~,(ICIMOD)ATSCFS项目、四川省青年科技基叠和中国科学院成都地奥科学基金共同资助
收穑日期 z00O_01-Z7 改回日期；ZO00-03—12
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86 中 国 生 态 农 业 学 报 第 9卷
质的日矿化率为 6．5 ～25．1 ，分解较快，施 N肥可促进分解；难分解的干物质占总量 42．6 ～50．8 ．
可长期存留在土壤中，枝叶中术质素、多酚等较难分解组分含量及C／N值也影响有机碳矿化。土壤有机质积
累与矿化还受土壤理化与生物性质、气候因素和耕作措旋等因素影响，表 1是不同模式下玉米／豇豆长期连
续轮作土壤有机质含量，传统耕种有机质衰减最为迅速。
2 带状种植模式下植物篱枝叶 N素矿化与利用
2，1 植物蕾生物固N及其供 N■
植物篱生物固N量受多种因素影响，刈割频率对新银合欢、阔叶合欢(Albizzia lebbeck)和墨西哥丁香
(Gliricida sepium)的生物固N量、根瘤和固N酶活性无不良影响。刈割可促进生物固N，墨西哥丁香刈割和
不刈割生物固N量分别为其全 N的 54 和 35 ，刈割使 N素主要分布在叶和根内(54 )；枝叶使用方式
对生物固N也有影响，枝叶施入土壤使新银合欢和墨西哥丁香的生物固N分别降低了 1 9．1 和20．6 ，而
覆盖地表处理的植物篱固 N量最大，生物固N可分别满足其本身所需 N素的 73 和 5o 。也有些情况下
生物固N量很少，可能引起植物篱与农作物竞争 N素，如 Kadiata B．D．的研究显示，新银合欢中N素的
72．5 、墨西哥丁香 N紊的 63．9 、阔叶合欢N素的 49．8 源于土壤，较多依赖土壤 N可能与未接种相应
根瘤菌有关。植物篱供N量与植物篱树种、生物量、固N能力、枝叶质量及经营方式等有关，新银合欢刈割后
地下部分N素占全部N素 5o 以上，作物生长期间地下部分向土壤供 N 25~102kg／hm ，说明植物蓠地下
部分的N素贡献很可观。植物篱 L．1eucocephala、Acioa berteri、Alchornea cordifolia、L．1eucocephala、Gliri—
cida sepium、Acacia m 和Eryth~na poepiga．a通过刈割其枝叶年供给作物带的N素分别为 150
kg／hm。、41kg／hm 、85kg／hm 、169kg／hm。、247kg／hm 、200kg／hm 和 60kg／hm。。
2．2 刈箭枝叶中 N素的r化
Lupwayi N．z．等利用指数模型较好的拟合了新银台欢枝叶中N素矿化与时间的关系：
N 一15．08 ×(1-e ) (1)
式中，Ⅳ一为N素矿化量占枝叶全 N的百分数，15．o8 为易矿化N百分数．f为天数，0．12为矿化常数。新
银合欢枝叶旌用后最初 14 d N素释放最快，236 d后有 8 的新银合欢N素存留在土壤中，多转化为稳定
的、非淋溶态有机氨，N紊矿化主要是微生物分解而不是淋溶作用。枝叶中术质素、多酚含量及土壤水分状
况影响其矿化速率，矿化速率与降雨次数呈正相关，与多酚／N和(多酚+木质紊)／N呈显著负相关。有研究
表明，在淋溶条件下矿化常数与枝叶木质紊、多酚含量之间的回归关系为：
一o．079e (2)
式中， 为矿化常数，z为木质素+多酚含量。在非淋溶条件下矿化常数 与枝叶蛋白质结合容量(Protein—
binding capacity)呈负指数相关：
k一 0．078e (3)
式中，Y为蛋白质结合容量，施用 98 d后枝叶中N紊矿化量为 6 (淋溶状态)和 22 (非淋溶状态) 新银合
欢植物篱问种植玉米，在枝叶施用 20 d后其叶、茎和叶柄分别有 5o ～58 、25 ～67 和 38 ～5l 分
解，枝叶矿化的N紊玉米中占 3．9 ～9．4 ，未分解枝叶中占32．7 ～49 ，而 36 ～48 留存于土壤中，
0．3 ～21．9 损失掉；枝叶施用52 d后 55 以上的N紊矿化，玉米、有机质、土壤中及损失的N紊分别占
枝叶N素的4．8 、45．1 、24．9 和 25．2 。
2．3 枝叶中 N秦利用奉
枝叶中N寨利用率决定于枝叶中N释放、转化、固定及作物需N水平 ，在新银合欢与Davtyladenia刈
割枝叶施用5 d后未种植作物处理中施入的枝叶N紊分别有20 和 5 留存于土壤，而种植作物处理的土
壤中则分别只有 5 和 1 ，枝叶矿化的 N紊在开始 42 d没有淋失，因为释放的 N紊绝大部分被作物利用。
新银合欢植物篱间种植玉米，新银合欢叶施用45 d后玉米、新银合欢植物篱、土壤和未分解有机质中以及总
利用率所占N紊比例分别为4．2 ，9．6 、19．7 和33．5 ，129 d后这些指标为 10．o 、9．4 、13．2 和
42．2 ，在施新银合欢叶后 45 d内N紊释放与玉米需N不同步，在 45 d后叶释放的所有 N紊被玉米、植物
篱或土壤生物利用。研究还表明，在实验培养(非淋溶)条件下玉米对枝叶释放N紊的利用率平均达89 ，但
田问实验玉米对枝叶N紊利用率较低，且与矿化量有密切关系，当季利用率一般仅 lo ～2o 。施枝叶后可
短期内提高土壤速效氨并影响农作物生长，新银合欢枝叶施入土壤 14 d后土壤 NO；一N比无植物篱免耕处
理增 加了4倍 ，4个月后N0 —N和NH+一N平均增加了2．8和1．4倍 ，不同水分条件下作物N紊吸收比免
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第 2期 孙 辉等 ：带状种植系统养分供给与利用研究进展 87
耕增加2～3．5倍。长期施枝叶使土壤易矿化有机氮增加，矿化率上升；微生物在作物生长期间增加80 ；在
种植玉米时旖 N标记的植物篱枝叶 30 d后”N占玉米全 N的 13 ～14 ，而 100 d后只有 8 ～】] ，枝
叶N素当季利用总量约 10kg／hm ，这部分 N素 60 d内基本全被作物利用；施枝叶后微生物活性迅速增加，
使 N素矿化率增高，有利于作物有充足 N素进行早期形态建成，是增产的重要因素。植物篱枝叶可提高 N
肥利用率并减少其淋失，如硫铵与枝叶混施比单施硫铵的处理作物产量和 N素吸收量显著增加 Xu z．H．
研究表明，新银合欢枝叶施用量为 1．7t／hm。(干物质量)不能满足作物需 N要求，施用 40kg／hm 硫铵后 N
素利用率可达 42．7 ，其余 N素主要分布在 o～25cm的表土中，约 35 的 N素损失；枝叶埋入土壤比覆盖
地表 N素当季利用率低，约为 9 ；枝叶中N素约有 27 ～41 由于反硝化等损失，进入土壤的N素主要
在 25cm的表土中，25cm以下土壤中不足2 ，淋失很少。
3 带状种植模式下同 N植物篱对土壤 P素及其他矿质元素的供给
有机质可阻塞土壤中铁铝氧化物的P吸附位，提高土壤有效碑含量。在坦桑尼亚10年研究表明．施用枝
叶可提高土壤有机磷和全 P量，改善 P素平衡状况，这可能是 哀2 不同檀物篱供给作物P与其他矿质养分量
有机质影响的结果。固N植物枝叶P含量很低，单施枝叶难以 Tab·2 Ph~phamad otherminer~nutrienufm hedgerow prun
满足农作物对 P的需求，一般在中等施 P条件下土壤 P素才能 植S物
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蓄
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量很高，其矿化与 N素矿化相似，在施用后 7d释放最快。Wendt等研究了新银合欢枝叶与玉米需P和矿质
元素的关系，表明可提高土壤全 N、pH、交换性 Ca、Mg和K；表土 15cm提供的 K和 zn超过玉米所需，而提
供的P素不足以使玉米达到最大产量；施P35kg／hm 玉米可增产，作物吸收P增加，但导致土壤zn缺乏。施
枝叶可使表层土壤的Ca、Mg、K和 s循环加快。
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