全 文 ：第28卷农业现代化研究
基金项目:农业部平衡施肥项目及云南省耕地生产力调查经费资助(2004～2005)。
作者简介:官会林(1964-),男,云南昆明人,副教授,硕士研究生导师,主要从事土壤与农业生态方面的研究。
收稿日期:2007-12-24;修回日期:2007-03-02
FertilityResilienceofDegradedUplandRedSoil
inRelationtoAstragalussinicusIntercropping
GUANHui-ling1,LIUShi-qing1,ZHANGWu-di1,YINFang1,DUANQing-zhong2
(1.EnergyandEnvironmentalColegeofYunnanNormalUniversity,Kunming 650092,China;
2.YunnanDepartmentofSoilandFertilization,Kunming 650034,China)
Abstract:Studyonthediferentcharactersofuplandredsoilfertilityundersteadycultivationsystemsbydiferentutilizations.
TheresultsindicatedthatcomparedAstragalussinicusunderintercroppingduringwinterondrylandoffieldBwiththefield
CandD which undertheconventionalcultivationsystems,0~20cm decreasedthebulkdensityby0.22～0.33g/cm3,natural
moisturecontentby3.89%～5.00%,granularstructure (>1mm)by3.22%～5.52%,organicmaterby27.68～30.47g/㎏.Increased
theratio(HA/FA)by1.24～1.41counterunit,thereadilyavailableinsoilwithN,P,Krespectivelyby66.97～75.87mg/㎏,5.89～
7.51mg/㎏,67.12～84.54mg/㎏.Moreover,theapplicationalsoadjuststhepH ofsoilandindicatesthestrongefecton
restrainingfrom thedeteriorationofnutrientPinredsoil.Theseresultsprovidedscientificbasesandmethodsforimproving
thedevelopmentutilizationandfertilizerofredsoilwithshrublandofwinterintheSouthofChina.
Keywords:intercropAstragalussinicus;uplandredsoil;fertilitydeterioration;resilience
摘 要:研究了稳定耕作系统下的不同利用方式的高原山地红壤肥力变化特征。结果表明:紫云英冬季旱地轮作的B地与传统耕
作利用的C、D地比较,0～20cm土壤体积质量降低0.22～0.33g/cm3,自然含水量增加3.89～5.00%,>1mm团聚体增加3.22～5.52%,
有机质增加27.68～30.47g/kg,HA/FA比值提高1.24～1.41个计数单位,土壤速效N、P、K分别提高66.97～75.87mg/kg、5.89～7.51
mg/kg、67.12～84.54mg/kg,并对调节土壤PH值、抑制红壤磷素养分退化的作用最为明显。此研究结果,为促进我国南方红壤区冬
闲山地的开发利用及改良培肥,提供科学依据与方法途径。
关键词:紫云英轮作;山地红壤;肥力退化;恢复性能
中图分类号:S344.16 文献标识码:B 文章编号:1000-0275(2007)04-0494-04
(1.云南师范大学能源与环境科学学院,云南 昆明 650092;2.云南省土壤肥料工作站,云南 昆明 650034)
官会林 1,刘士清 1,张无敌 1,尹 芳 1,段庆钟 2
紫云英轮作与退化山地红壤肥力恢复研究
第28卷第4期
2007年7月
农业现 研究
RESEARCHOFAGRICULTURALMODERNIZATION
Vol.28No.4
July2007
高原山地红壤主要分布于云南境内的丘陵山区和半山
区地区,红壤系列土壤占全省总土地面积的 70%,是云南省
主要的土地资源。境内山地占84%,高原丘陵占10%,平坝占
6%[1]。长期的粮作单一种植模式导致山地红壤发生不同程度
的肥力退化,主要表现为土壤养分贫瘠,有机质含量低,土壤
保水肥性能差,养分流失,特别是磷素养分退化突出,冬春季
干旱少雨,土壤复盐基和表土结皮等生产障碍因素突出。导
致大面积山地冬季荒闲,旱地作物抗逆性弱,山区旱地普遍
是广种薄收。
对此,我国广大科技工作者针对山地红壤肥力退化及改
良利用方面进行了广泛研究,并取得了显著成效[2-12],很多研
究者已经从土地利用方式(如;林地—草地—农地)、土壤侵
蚀、水土流失、发育母质及施肥方面的角度,对我国东南丘陵
区红壤类型的肥力退化机制特征进行了广泛的研究 [7-10],但
由于高原气候及成土母质影响的差异,云南高原山地红壤的
土壤性能特征与我国东南丘陵区红壤有一定差异,其干季盐
基化较明显,形成“红壤不酸”的特殊格局,并且针对高原山
地红壤区用绿肥轮作对冬闲山地进行改良培肥的研究尚十
分少见。另外,许多研究结果也表明,不同种植制度下,红壤
旱地的肥力亦呈现出不同的变化趋势[4,7,9]。因此,本文根据作
者多年试验研究和调查,选择耕作 10年以上的 3种土地利
用方式,分析了高原山地红壤肥力退化特征与恢复性能,为
利用生物工程措施发展云南旱地冬季绿肥轮套种植,改良培
肥高原山地红壤提供科学依据及指导作用。
1 研究区概况
本研究选择了云南省石林彝族自治县(103°11′～103°30′
E,24°40′～24°55′N)分布广泛的石灰岩山地红壤的 3种耕作
系统。在中国三大阶梯地势中,该区域处于第二阶梯面上;山
地红壤集中分布于海拔1750～2100m之间的高原丘陵和低山
地貌区域;属亚热带低纬高原季风气候,干湿季分明,降雨集
中于夏季(每年5～10月),冬春季干旱(11月至次年4月),年
降雨量在 800～850mm之间,夏季降水量占全年降水量的
80%～88%,旱季降水量仅占 12%～20%;太阳辐射年总量为
5.63×105～5.65×105J/cm2,历年平均日照时数为 2318h,无霜
期 254d;最热月为 7月,平均温 20.8℃,最冷月为 1月,平均
温8.2℃,全年平均温15.9℃。种植玉米、小麦、杂豆类、薯类及
烟草是该区域山地红壤利用的主要方式,在传统耕作模式的
第4期
表1 不同利用方式下山地红壤物理性状
26.61
26.40
36.10
43.59
10.91
18.20
24.20
33.81
25.51
31.48
21.61
14.48
23.27
15.10
12.59
5.52
13.70
8.82
5.60
3.30
0.91
0.80
1.02
1.13
12.80
11.81
7.92
6.81
0～20
0～20
0～20
0～20
15
20
15
15
A
B
C
D
粘粒
(%)
细粉
粒
(%)
粗粉
粒
(%)
砂粒
(%)
团聚
体
(%)
容重
(g/
cm3)
含水
率
(%)
土层
(cm)样本
耕作
制度
影响下,土壤干旱、贫瘠、侵蚀等障碍因素突出,大部分山地
冬季荒闲,加之地处山区和半山区,经济贫困落后,土地产出
率低,玉米产量多在 4500～7500kg/hm2左右,小麦及杂豆类
产量产多在 2250kg/hm2左右;施肥结构也较单一,旱地粮作
尿素或碳铵施用量225kg/hm2左右,普钙300kg/hm2左右,有
机肥投入不足 4500kg/hm2,钾肥几乎不用,部分农户具有旱
地种植绿肥作饲料的习惯。
2材料与方法
2.1土壤样品采集
以杂草荒地 A为对照,选择耕作 10年以上的 3种土地
利用方式,即:玉米与冬季紫云英(Astragalussinicus)轮作地
B,单季玉米种植后冬闲荒地 C,玉米与冬季小麦轮作地 D。
分别按不同土地利用方式多点分层采集 0～20cm耕作层土
样,每个分析样本为 20～30个采样点的混合土样,样品采集
于2004年5月上旬,采样前15d内未降雨。
2.2土壤分析
项目测定及方法[13]:土壤体积质量(环刀法)、自然含水
量(烘干称重法)、团粒结构(比重计法)、土壤有机质(重铬酸
钾法)、土壤碱解 N(扩散法)、土壤速效 P(碳酸氢钠浸提-钼
锑抗比色法)、土壤速效 K(火焰光度计法)、PH值采用电位
法测定。
3 结果与分析
3.1土壤含水率与物理性能指针的变化差异
山地土壤含水率是衡量土壤保水性能的重要指标,并直
接影响到夏播玉米的出苗率,土壤容重和团聚体组成是反映
土壤结构良莠与土壤物理肥力的重要方面。以 A地为对照,
土地耕作利用后总体上造成土壤粒级的破坏,土壤颗粒由粗
变细或粘性化,并且不同利用方式下土壤含水率、水稳性团
聚体及粘粒含量的变化趋势也不同(图1)。比较B、C、D地发
现:玉米与紫云英轮作的 B地土壤含水率比 C、D地分别高
3.89%、5.00%,团聚体(>1mm)含量分别高 3.22%、5.52%;土
壤容重 B地比 C、D地分别降低 0.22g/cm3、0.33g/cm3,粘粒
(<0.002mm)含量分别低 9.70%、17.19%;砂粒(1～0.05mm)和
粗粉粒(0.05～0.02mm)的含量 B高于 C、D地,而以 D地的砂
粒、粗粉粒含量最低,粘粒含量最高(表1)。或许因为云南高
原季雨气候的影响,对频繁耕种的山地红壤易导致水稳性团
聚体破坏,其耕作土壤粘性化更为突出。玉米与紫云英轮作
的B地,由于紫云英大量的枯枝落叶及密集根系的保护,增
强了降雨对耕层土壤冲撞的缓冲性能,抑制土壤物理肥力的
退化进程。因此,玉米与紫云英轮作可以提高山地土壤的保
水性能,提高水稳性团聚体含量,可以改善土壤的松散性和
分散性能,而C、D地则相反。
3.2土壤酸碱度的变化差异
酸性强是红壤的显著特点之一,不同母质发育的红壤旱
地,受母质特性的影响,其 PH值具有一定差异,但均表现为
酸性[11,12]。在云南滇中山地红壤区,其干季复盐基较明显,形
成“红壤不酸”的特殊格局。开垦利用的B、C、D山地红壤,其
PH值均高于未开垦利用的 A地,分别增加 0.7、1.0、1.6个计
数单位(表2)。因施肥及耕作制度影响,旱地土壤的复盐基化
易导致土壤PH值升高。土壤含盐量增加,首先抑制土壤微生
物活性,从而使氮的氨化和硝化作用受抑制,可阻碍植物对
N的吸收,降低植物体内氨基酸和蛋白质的合成,使植物生
长受到抑制[14]。比较B、C、D地,发现B地土壤 PH值均低于
C、D地,说明玉米与紫云英轮作地,对抑制土壤复盐基化具
有明显作用。或许是因为旱地与紫云英轮作后提高了土壤含
水率和有机质含量,降低了土壤盐分浓度,提高了土壤有机
质对酸碱的缓冲作用。
3.3土壤有机肥力的变化差异
在耕地土壤中胡敏酸(HA)和富里酸(FA)的含量及比
值,往往可以反映土壤肥力的质的特征,HA/FA比值大小与
土壤肥力高低成正比。不同耕作利用的A、B、C、D,有机质含
量与 HA含量及 HA/FA比值呈正相关(Y=0.0104X+0.0326,
R2=0.9569;Y=0.0494X+0.0327,R2=0.9999)。玉米与紫云英轮
作的 B地,其有机质含量、腐殖质总量、胡敏酸(HA)量,均高
于 A地;而 C、D地则低于 A地(表 2、图 2),B地机质含量分
别高于C、D地27.68g/㎏、30.47g/㎏。说明玉米与豆科绿肥
轮作的 B地,枯枝落叶及残根的有机物归还量高,促进了土
壤有机质的积累,而 C地和 D地因开垦利用后,表土有机质
易随水土流失而退化。因此,不同利用方式影响着土壤有机
肥力的变化。旱地玉米与紫云英轮作,有利于山地红壤有机
肥力的恢复与提高,而C、D耕作利用则加速了山地红壤有机
肥力的退化进程。
3.4土壤N、P、K养分的变化
3.4.1土壤全N与碱解 N 不同耕作利用下,玉米与紫云英
轮作的 B地,土壤全 N与碱解 N含量均高于杂草荒地 A,分
别增加 0.67g/kg、53.46mg/kg,也高于单季玉米种植冬闲地 C
和玉米与冬季小麦轮作地 D。而 C、D地土壤全 N与碱解 N
含量均低于杂草荒地 A,C地分别降低 0.33g/kg、13.51mg/
kg,D地分别降低 0.36g/kg、22.41mg/kg(表 3、图 3)说明 B
地有机凋落物归还量高,增加了土壤有机 N源,加之紫云英
自身具有固氮功能,因而土壤中氮素营养较其它利用方式
高。玉米与冬季小麦轮作的 D地,虽然提高了土地利用复种
指数,但山地红壤区多属缓坡丘陵地,频繁耕作造成水土流
图1不同利用方式下土壤含水率、团聚体及
粘粒含量变化趋势(A地对照100%)
200
150
100
50
0
相
对
百
分
率
( %
)
A B C D
耕作制度
含水率
团聚体
粘粒
495官会林等:紫云英轮作与退化山地红壤肥力恢复研究
第28卷农业现代化研究
300
250
200
150
100
50
0
相
对
百
分
率
( %
)
A B C D
耕作制度
图3高原山地红壤不同利用方式的N、
P、K养分含量变化(对照A为100%)
全N
全P
全K
碱解N
速效P
速效K
350
300
250
200
150
100
50
0
相
对
百
分
率
( %
)
A B C D
耕作制度
有机质
腐殖总碳
胡敏酸
HA/FA
图2不同利用方式土壤有机质和腐殖质
组成变化特征(对照作为100%)
失严重、土层浅薄、土壤养分亏缺等障碍因素,加速了山地红
壤氮素的退化进程。
3.4.2土壤全 P与速效 P开垦利用的 B、C、D地,土壤全磷
含量均高于杂草荒地 A,但变化差异不大,曲线相对平稳(图
3),全磷变化量在 1.48～1.81g/㎏之间,而速效磷含量在不同
耕作制度中的变异相对较大,变化量在 2.41～9.92mg/㎏之
间。比较发现:玉米与紫云英绿肥轮作的B地,虽然全磷含量
略低于C、D地,但速效磷含量高于 C、D地和 A地,分别增加
5.89mg/㎏、7.51mg/㎏和 6.11mg/㎏(表 3)。说明玉米与紫
云英绿肥轮作,可降低红壤对磷的吸附量,提高土壤中磷的
有效性。
3.3.3土壤全 K与速效 K 土壤全钾含量变化曲线与全磷变
化相似,变化差异也不大,曲线相对平稳(图 3)。3种不同耕
作利用的 B、C、D地,其全钾含量均低于杂草荒地 A,与全磷
含量相反。B、C、D地土壤全钾含量变化在 6.36～7.51g/㎏之
间(表3),根据南方东部丘陵区红壤肥力状况评价标准[15],属
于严重缺钾。所以,高原山地红壤应重视钾肥的施用;玉米与
紫云英绿肥轮作的B地,土壤速效钾含量均高于 A地 54.26
mg/㎏,而C、D地则相反。说明旱地玉米与紫云英绿肥轮作,
对土壤钾素养分的积累具有促进作用;而C、D地的耕作利用
方式,导致土壤钾素养分退化,以D地更为严重。
4 结果讨论
4.1云南高原山地红壤开垦利用后,造成土壤粒级的破坏,
但玉米与紫云英冬绿肥轮作的 B地,其土壤物理性能优于单
季玉米种植的冬闲荒地C和玉米与冬季小麦轮作的D地。一
方面由于豆科绿肥大量的须根系盘绕及对土壤具有固定作
用,对雨水直接冲撞也具有良好的缓冲性能,减少水土流失
的破坏性,另一方面豆科绿肥大量的枯枝落叶增加了土壤有
机质和腐殖质含量,改善土壤粘化性能,以往的研究结果也
表明了有机质能促进土壤水稳性团聚体的形成与恢复,并与
有机质含量呈正相关[16]。
4.2旱地粮作与紫云英冬季绿肥轮作,可提高山地红壤对
OH-(碱性物质)的缓冲性能,抑制山地红壤的复盐基化过
程。由于高原气候影响,山地红壤开垦利用后干季复盐基明
显,或许是耕作对土壤物理结构破坏,再经雨水的淋溶冲刷
过程,腐殖质层变薄,有机质含量减少,导致阳离子交换量减
少,使胶体上吸附的 H+及 Al3+离子能对 OH-离子(碱性物
质)起缓冲作用减弱[17],导致土壤PH值上升。但是,玉米与
紫云英绿肥轮作的耕地,由于有机质的富集作用,促进土壤
胶体对 H+、Al3+离子的吸附性,从而增强了土壤对 OH-(碱
性物质)的缓冲性能。
4.3云南高原山地红壤对磷的吸附量相当高,是造成山地红
壤有效磷含量低的根本因素,根据云南红壤磷的形态分析[1]:
红壤中无机磷通常占全磷的3/4,甚至80%以上;在无机磷
中,能为作物吸收的Al-P和 Ca-P所占的比例却很少,中、低
肥力仅占 5.4%～13.3%,难被作物吸收的 Fe-P和包裹磷占
86.7%～94.6%;据恒温吸附试验,在磷浓度 0.001～0.01M范围
内,山原红壤对磷的吸附量与磷浓度成直线相关,其方程式
为:低肥力地 y=38.520+1.850X (r=0.9480II),中肥地 y=
29.650+1.326X(r=0.9787II),可见山原红壤对磷具有较强的固
定作用。因此,实行旱地粮作与豆科绿肥轮作,可提高土壤中
磷的有效含量,从而降低了红壤对磷的吸附量,是抑制山地
红壤磷素养分退化的有效途径。
4.4云南高原气候表现为夏季雨量相对集中,入秋后逐渐减
少,冬春季节干旱少雨。因此选择旱地粮作与豆科绿肥轮作,
应选择适合的季节和土壤墒情。根据试验研究结果:玉米与
紫云英绿肥冬季轮作时,播种期则应选择在玉米成熟的中后
期,播种量为 5.5～6.0kg亩,玉米收割后已长绿,并能安全越
冬,于夏季作物前翻压肥地或作为饲料利用。冬季轮作绿肥
有利于保持土壤湿润墒情,促进夏播旱地作物出苗,并能减
少或消除因冬春至夏初的干旱引起的土壤复盐基化作用。
5 结论
云南高原山地红壤开垦利用后,虽然耕地土壤物理性能
有不同程度退化,但是只要采取科学的耕作制度,实施旱地
粮作与冬季豆科绿肥紫云英轮作,对抑制耕作层土壤侵蚀、
培肥地力,特别是对减缓干季复盐基作用、降低红壤对磷的
吸附量、提高土壤有效磷含量、抑制山地红壤磷素养分退化
等,具有明显作用;而玉米与冬季小麦轮作或单季玉米种植
后冬闲地,则加速了土壤碱性化和土壤物理、化学及有机肥
表2高原山地红壤不同利用方式下的PH、
有机质和腐殖质组成
0.66
1.74
0.50
0.33
0.32
0.23
0.24
0.21
0.21
0.40
0.12
0.07
0.53
0.63
0.36
0.28
12.69
36.98
9.3
6.15
5.90
6.60
6.90
7.50
15
20
15
15
HA/FA
A
B
C
D
富里酸
FA(%)
胡敏酸
HA(%)
腐殖
总碳(%)
有机质
(g/㎏)
PH样本
耕作
制度
表3高原山地红壤不同方式下的N、P、K养含量
A
B
C
D
样本
耕作
制度
88.91
143.17
76.05
58.63
3.81
9.92
4.03
2.41
89.56
143.02
76.05
67.15
9.65
7.51
6.92
6.36
1.48
1.67
1.76
1.81
1.29
1.96
0.96
0.93
15
20
15
15
速效K
(mg/㎏)
速效P
(mg/㎏)
碱解N
(mg/㎏)
全K
(g/㎏)
全P
(g/㎏)
全 N
(g/㎏)
496
第4期
力的退化进程,以玉米与冬季小麦两季轮作的 C地退化更为
严重;3种耕作利用方式对土壤肥力退化抑制的影响效果为:
玉米与冬季绿肥轮作B>单季玉米种植后冬闲C>玉米与冬季
小麦轮作 D。因此,利用生物工程措施发展旱地冬季绿肥轮
套种植,是云南高原山地红壤改良培肥、抑制退化的有效方
法和途径。
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·科研简讯·
农业部检查组视察
中科院亚热带所转基因水稻试验基地
6月22日,农业部转基因生物安全管理跨区执法检查组
在湖南省农业厅科技处领导的陪同下,视察了中科院亚热带
农业生态所在湘潭县的转基因水稻试验基地。检查组认真察
看了转基因水稻的隔离情况,并详细询问了种植的转基因水
稻品种和规模、产品处理、研究进展等情况,对该所承担的
“转 Bar基因抗除草剂杂交早稻香 125s/Bar68-1在湖南省的
生产性试验”实施情况表示满意。
据悉,该所在湖南转基因水稻研究方面走在了前列,“转
Bar基因抗除草剂杂交早稻香125s/Bar68-1在湖南省的生产
性试验”是湖南省属地内研究 机构被农业部批准的第一例
转基因水稻生产性试验。除此之外,该所还培育出了一批稳
定的抗除草剂不育系和恢复系,配组出一些抗除草剂超级杂
交稻苗头组合;利用多基因转化策略培育抗除草剂、抗虫、抗
病、耐旱的转基因水稻研究工作也取得了预期进展,在转基
因杂交水稻方面具有较雄厚的技术储备。(肖国樱)
联合国粮农组织专家
访问中科院亚热带农业生态所
5月 27日至 6月 1日,联合国粮农组织(FAO)农业部高
级官员 JanPoulisse博士首次来华访问了中国科学院亚热带
农业生态研究所。访问期间,Poulisse博士考察了该所的实验
和科研条件,并与相关学科专家进行了座谈和交流。之后,针
对全球 N肥利用概况和效益及其环境问题,Poulisse博士还
为该所科研人员和研究生作了专题报告。
该所客座研究员、国际著名土壤学家J.K.Syers教授也于
同期到达亚热带生态所开展合作研究,并作了题为“Changing
conceptofphosphoruschemistryinsoils:Implicationstofertilizer
useeficiencyandtheenvironment”的学术报告。
(土壤养分循环项目组)
朱英国院士访问中科院亚热带农业生态所
5月 11日,中国工程院院士、武汉大学朱英国教授和李
阳生教授一行访问了中国科学院亚热带农业生态研究所。王
克林所长向客人介绍了亚热带生态所的基本情况,吴金水副
所长介绍了该所实验室建设情况,之后,双方就联合成立水
稻分子生态育种中心进行了亲切交谈。
在谈到双方建立联合机构时,朱院士认为,它一方面可
以发挥中国科学院在生态研究方面的优势,为大学打造一个
共享平台,加强水稻生态适应性机理和育种研究;另一方面
也可以利用大学优势资源,加强人才培养和成果转化,是一
个“双赢”的举措。
双方对联合成立水稻分子生态育种研究中心达成共识,
并提出了具体工作部署和日程安排。(肖国樱)
497官会林等:紫云英轮作与退化山地红壤肥力恢复研究