全 文 ：半干旱黄土区苜蓿草地轮作农田土壤
氮、磷和有机质变化 3
王　俊1 ,2 　李凤民2 3 3 　贾　宇2 　王亚军2
(1 西北大学环境科学系 ,西安 710069 ;2 兰州大学干旱农业生态国家重点实验室 ,兰州 730000)
【摘要】　大田试验研究了多年生苜蓿草地轮作农田 2 年内的耕层土壤氮、磷养分和有机质变化. 结果表
明 ,与苜蓿连作相比 ,苜蓿草地轮作成农田后 ,土壤 N 和有机质消耗增加 ,2 年中耕层土壤全氮含量平均分
别下降了 514 %和 1915 %、有机质下降了 4618 %和 2812 % ,土壤全磷无显著变化 ;轮作提高了土壤氮、磷
养分有效性及其活化率 ,土壤硝态氮含量 2 年分别提高了 1515 %和 15911 %、速效磷含量提高了 4415 %和
4810 % ,差异显著. 不同轮作方式对土壤养分变化有显著影响. 苜蓿草地轮作后第 2 年 ,种植春小麦与种植
玉米相比差异显著 ,种植马铃薯和休闲处理土壤养分变化幅度处于二者之间. 种植春小麦能够维持农田土
壤肥力生长季平衡 ,种植玉米增加了对土壤全氮、有机质和速效磷的消耗 ,土壤养分含量出现季节性下降 ,
C/ N 和 C/ P 降低. 在半干旱地区多年生苜蓿草地向农田转变过程中 ,以轮作春小麦为宜 ,应避免种植玉米
作物 ,以维持农田肥力平衡.
关键词 　草田轮作 　苜蓿 　土壤氮 　土壤磷 　土壤有机质 　轮作方式
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 03 - 0439 - 06 　中图分类号 　S15813 　文献标识码 　A
Dynamics of soil nitrogen ,phosphorus and organic matter in alfalfa2crop rotated farmland in semiarid area of
Northwest China. WAN G J un1 ,2 ,L I Fengmin2 ,J IA Yu2 ,WAN G Yajun2 (1 Depart ment of Envi ronmental Sci2
ence, Northwest U niversity , Xi’an 710069 , China ; 2 L aborat ry of A rid A gro2ecology , L anz hou U niversity ,
L anz hou 730000 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (3) :439～444.
Pasture2crop rotation is regarded as a key planting system in the semiarid area of China’s Loess Plateau. This pa2
per studied the dynamics of soil nitrogen ,phosphorus and organic matter within the two years of alfalfa2crop rota2
tion. The results showed that in comparing with continuous alfalfa planting ,alfalfa2crop rotation induced a decline
of soil total nitrogen and organic matter contents by 5. 4 % and 19. 5 % ,and 46. 8 % and 28. 2 % ,respectively ,in
the first and second year ,but no significant difference was found in soil total phosphorus. Soil nutrient availability
was improved due to the rotation. In the first and second year of rotation ,soil nitrate nitrogen and available phos2
phorus contents increased by 15. 5 % and 159. 1 % ,and 44. 5 % and 48. 0 % ,respectively. Planting spring wheat
could maintain soil fertility ,the second was fallow and planting potato ,while planting corn accelerated the deple2
tion of soil total nitrogen ,organic matter and available phosphorus. As a result ,in the alfalfa2crop rotation ,plant2
ing spring wheat could be more available to the maintenance of soil fertility.
Key words 　Pasture2crop rotation , Medicago sativa , Soil nitrogen , Soil phosphorus , Soil organic matter , Rota2
tion pattern. 3 国家“十五”科技攻关项目 (2001BA509B15) 和国家重点基础研究
发展规划资助项目 ( G2000018603) .3 3 通讯联系人. E2mail :fmli @lzu. edu. cn
2004 - 04 - 20 收稿 ,2004 - 07 - 14 接受.
1 　引 　　言
苜蓿 ( Medicago sativa) 是一种优良的牧草 ,在
世界各地具有广泛的适应性[22 ] . 苜蓿根瘤具有很强
的生物固氮能力 ,据估算 ,当年生苜蓿固定到土壤中
的 N 约 35～305 kg·hm - 2 ,比其他作物地和天然草
地高. 在我国半干旱地区 ,1 hm2 苜蓿地一年可固定
约 270 kgN ,相当于 825 kg 硝酸铵[28 ] . 另一方面 ,苜
蓿种植后 ,其根瘤菌和大量的须根给土壤留下的腐
殖质可增加土壤有机质[27 ] ,改善土壤团粒结构[2 ] .
黄土高原地区种植 2 年的苜蓿 ,土壤有机质可达到
2100～2188 g·kg - 1 ,2 年生至 4 年生地苜蓿地 ,土
壤中留有大量根茬 ,1 hm2 遗留地根茬中约含 21415 kg N、3415 kg P2O5 和 9010 kg K2O[29 ] . 因此 ,将苜蓿引入作物轮作系统 ,实施草田轮作可以有效地改良土壤 ,提高土壤肥力 ,从而提高后茬作物的产量和品质[1～13 ,17 ,18 ,23 ,27 ] . 研究表明 ,与小麦连作系统相比 ,苜蓿2小麦轮作可以显著提高土壤有机质和速效氮、速效磷含量[5 ,13 ,16 ] . 利用苜蓿2作物轮作进行土壤改良 ,积极推行草田轮作制度 ,对我国黄土高原半干旱地区的生态恢复和重建 ,实现农业可持续发展具有重要意义[14 ,19 ,20 ,24 ] .
应 用 生 态 学 报 　2005 年 3 月 　第 16 卷 　第 3 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Mar. 2005 ,16 (3)∶439～444
在苜蓿2作物草田轮作系统中 ,由农田轮作为苜
蓿草地一般不会存在土壤肥力障碍 ,并且土壤肥力
水平会不断提高. 由苜蓿草地轮作为农田 ,则土壤肥
力下降 ,但对苜蓿草地轮作为农田后土壤肥力的消
耗动态 ,以及不同作物对土壤肥力的影响目前还很
少了解. 本文系统地研究了半干旱黄土区苜蓿草地
轮作农田后土壤 N、P 和有机质的变化 ,旨在阐明苜
蓿草地轮作为农田后的土壤养分消耗机制 ,探求半
干旱地区合理有效的草田轮作方式 ,实现农田生态
系统的可持续利用.
2 　研究地区与研究方法
211 　研究地区概况 本研究在我国甘肃省榆中县中连川乡中连川村进行(36°02’N ,104°25’E) . 该地区平均海拔 2 345 m ;平均年光能辐射总量 510 ×109 J·m - 1 ,年日照时数 2 500 h ;年均气温612 ℃;年平均降水量 32811 mm ,年际降水变率 2215 % ,为中温带半干旱气候. 作物一年一熟. 该地区降水少 ,年降水变率大 ,且分布不均 ,作物生长水源主要为天然降水 ,为典型的旱地雨养农业. 2001 年 8 月 18 日和 9 月 17 日出现 2 次 30mm 左右的强降水过程 ,但全年降水偏少 ,较历年平均低4515 mm. 2002 年为丰水年 ,超过 30 mm 的降水过程出现了5 次 ,整个实验期内降水较历年平均增加了约 76 mm. 试区为典型的半干旱黄土丘陵沟壑区 ,供试土壤为黄绵土 ,肥力中等 ,田间持水量为 21118 % ,凋萎湿度为 7117 %. 供试土壤其它基本性质见表 1.
表 1 　中连川试验地土壤的基本理化性质
Table 1 Basic soil properties of experimental site in Zhonglianchuan
土层
Layer
(cm)
有机碳
Organic C
(g·kg - 1)
全氮
Total N
(g·kg - 1)
全磷
Total P
(g·kg - 1)
有效磷
Available P
(mg·kg - 1)
p H 机械组成 Partical size analysis( %)
210～0102
mm
0102～01002
mm
< 01002
mm
阳离子交换量
CEC
(c mol·100 g - 1)
容重
Bulk density
(g·cm - 3)
0～20 0153 01065 01063 710 815 33172 48115 17132 911 1120
20～40 0144 01056 01067 610 814 33180 48185 27197 618 1121
212 　研究方法
21211 实验设计 　在半干旱地区 ,苜蓿在生长 7～8 年后将
进入生理衰退期. 本文选择了一块已种植 10 年的紫花苜蓿
( Medicago sativa)草地作为试验样地 ,由于管理良好 ,苜蓿
尚未进入衰退期 ,生物产量仍维持在较高水平. 2000 年秋季
收获后 ,将部分面积 (400 m2) 的苜蓿草地翻耕 ,2001 年 4 月
30 日种植草谷子 ( Setaria italica ,只收获谷草 ,不收籽粒) ,
设为苜蓿2谷子处理 (AM) ,未被翻耕部分作为苜蓿草地对照
(AA) . 2002 年 AA 处理继续种植苜蓿 ,编号 AAA ;AM 处理
被均分 4 份 ,其中一份进行完全休耕 (AMF) ,另 3 份分别种
植玉米 ( Zea m ays) 、马铃薯 ( Solanum tuberosum ) 和春小麦
( Triticum aestivum) ,编号分别为 AMC、AMP 和 AMW. 小
麦、玉米、马铃薯分别于 2002 年 4 月 4 日、5 月 1 日和 5 月 2
日播种 ,8 月 2 日、9 月 25 日和 9 月 28 日收获. 所有处理均
没有施肥 ,设有 3 个小区作为 3 次重复 ,随机区组设计 ,每小
区面积 30 m2 .
21212 测定方法 　分别于当年作物生长季初 (4 月 15 日) 、季
中 (7 月 15 日)和季末 (10 月 15 日) 在各处理小区采集耕层
(0～20 cm)土壤样品 ,3 次重复 ,风干、过筛 ,测定土壤有机
质和 N、P 养分. 生长季养分平衡为 10 月份测定与 4 月份测
定的养分含量之差. 有机质测定用重铬酸钾容量法2外加热
法 ;全氮测定用半微量凯氏定氮法 ,先用浓硫酸充分消煮样
品后用凯氏定氮仪 ( Kjeltec Auto 1030 Analyzer ,瑞典 , FOSS
TECA TOR 公司制造) 进行定氮分析 ; NO3 - 2N 和 NH4 + 2N
用 2M KCl 浸提后在流动注射分析仪 ( FIAstar 5000 Analyzer ,
瑞典 ,FOSS TECA TOR 公司制造) 上测定 ;全磷用钒钼黄比
色法测定 ;速效磷用 015 M NaHCO3 浸提法测定.
试验数据采用 SAS(6112) 统计软件 ( PROC ANOVA) 进
行分析.
3 　结果与分析
311 　多年生苜蓿草地轮作农田耕层土壤氮变化
31111 土壤全氮 　由表 2 可以看出 ,2001 年 4 月、7
月和 10 月 3 次测定中 ,AM 土壤全氮含量均低于
AA 处理 ,其中 10 月份差异达到显著水平 ( P <
0105) . 与 AA ( 01400 g·kg - 1 ) 相比 , AM 含氮量
(01378 g·kg - 1) 全年平均下降了 514 %. 生长季平
衡中 AM 的单季增加量较 AA 处理低了 01035 g·
kg - 1 .
　　2002 年 (苜蓿草地轮作后第 2 年) ,土壤全氮的
消耗持续增加. 4 月、7 月和 10 月 3 次测定中 ,轮作
处理全氮含量 (01209～01338 g·kg - 1 ,平均 01273 g
·kg - 1)显著低于 AAA (01338 g·kg - 1) ,全年平均下
降了 1915 %. 不同轮作农田中 , AMC 和 AMP
(01252 g·kg - 1和 01256 g·kg - 1) 含氮量显著低于
AMW 和 AMF (01288 g·kg - 1和 01294 g·kg - 1) . 经
过一个生长季 , AMC 土壤全氮下降了 01036 g·
kg - 1 、AMP 基本持平、AMW 和 AMF 则分别增加了
01061 g·kg - 1和 01055 g·kg - 1 . 这表明与轮作春小
麦和休闲相比 ,在苜蓿草地翻耕后第 2 年 ,轮作玉米
不利于保持土壤全氮的平衡.
044 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
表 2 　中连川多年生苜蓿草地轮作农田耕层土壤( 0～20 cm) N、P和有机质
Table 2 Soil total N,total P ,available P and organic matter and its balance at 0～20 cm depth after the conversion of alfalfa grassland to cropland in
Zhonglianchuan ( g·kg - 1)
处 　理
Treatment
4 月 15 日 April 15
A B C D
7 月 15 日 J uly 15
A C D
10 月 15 日 October 15
A B C D
平 　均 Average
A B C D
生长季平衡 Seasonal balance
A B C D
2001AA 01419 01730 5110 1210 01314 7186 7186 01467 01697 7160 4216 01400 01714 6185 2216 01048 - 01033 2150 3016
　　AM 01392 01797 7198 1417 01338 12199 8101 01405 01714 8174 1313 01378 01756 9190 1210 01013 - 01083 0176 - 1139
　　L sd0105 ns ns 0194 1152 ns 3133 ns 01030 ns ns 8136 ns ns 0196 2105 ns
2002AAA 01360 01705 2179 1214 01283 2114 1017 01372 01696 2110 1219 01338 01701 2134 1210 01012 - 01009 - 0169 0156
　　AMC 01277 01686 4149 8111 01237 5125 7131 01241 01682 1170 7162 01252 01684 3181 7168 - 01036 - 01004 - 3114 - 0149
　　AMF 01277 01686 4149 8111 01274 2192 9141 01332 01699 1135 9106 01294 01693 2192 8186 01055 01013 - 3114 0195
　　AMP 01277 01686 4149 8111 01209 3183 7195 01281 01675 1132 8160 01256 01681 3121 8122 01004 - 01011 - 3117 0149
　　AMW 01277 01686 4149 8111 01249 4185 9166 01338 01686 2144 11126 01288 01686 3193 9167 01061 01000 - 2105 3115
　　L sd0105 01030 ns 1168 1160 01042 1153 1134 01045 ns 0148 1185 01026 ns 0130 0186 ns
A : 全氮 Total N ;B :全磷 Total P ;C : 速效磷 Available P ;D :有机质 Organic matter.
表 3 　中连川多年生苜蓿草地轮作农田耕层土壤( 0～20cm)矿质氮变化
Table 3 Soil mineral nitrogen at 0～20cm depth after the conversion of alfalfa grassland to cropland in Zhonglianchuan ( mg·kg - 1)
处 理
Treatment
4 月 April
NO3 - 2N NH4 +2N Σ 7 月 J ulyNO3 - 2N NH4 +2N Σ 10 月 OctoberNO3 - 2N NH4 +2N Σ 平均 AverageNO3 - 2N NH4 +2N Σ 生长季平衡 Seasonal balanceNO3 - 2N NH4 +2N Σ
2001AA 4136 40171 45108 8168 31149 40117 9173 37180 47153 7159 36167 44126 5137 - 2191 2145
　　AM 6139 36164 43103 7191 43192 51183 12100 39132 51132 8177 39196 48173 5161 2168 8129
　　L sd0105 0146 ns ns ns 4195 5126 1196 ns ns 0193 ns ns
2002AAA 7149 25105 32154 2166 23107 25173 2151 39104 41155 4122 29105 33127 - 4198 13199 9101
　　AMC 18152 25185 44137 2170 29140 32110 2187 42196 45184 8103 32174 40177 - 15165 17111 1147
　　AMF 18152 25185 44137 8149 28135 36185 17118 36122 53141 14173 30114 44188 - 1134 10137 9104
　　AMP 18152 25185 44137 7120 29111 36131 7142 35109 42151 11105 30102 41106 - 11110 9124 - 1186
　　AMW 18152 25185 44137 3137 28155 31192 7189 46126 54115 9193 33155 43148 - 10163 20141 9178
　　L sd0105 2104 ns 4141 0145 3138 2199 1170 5179 4135 0193 2183 3172
31112 土壤矿质氮 　2001 年 4 月和 10 月测定中 ,
AM 硝态氮 (NO3 - 2N) 含量显著高于 AA ,7 月份则
差异不显著 ,3 次平均 AM (8177 mg·kg - 1) 较 AA
(7159 mg·kg - 1 ) 提高了 1515 % (表 3 ) . 铵态氮
(N H4 +2N)和总矿质氮含量 7 月测定中 AM 显著高
于 AA ,4 月和 10 月测定以及 3 次测定的平均值 ,2
个处理间均无显著差异. 经过一个生长季 ,2 个处理
硝态氮增加量相近 ,但由于 AA 铵态氮含量下降 ,导
致 AM 的单季总矿质氮积累量显著高于 AA. AM 总
矿质氮增加量较 AA 提高了 5184 mg·kg - 1 .
2002 年除 10 月测定中 AMP 处理外 ,其它轮作
处理土壤硝态氮、铵态氮和总矿质氮含量均高于
AAA 处理. 全年平均轮作农田土壤硝态氮和总矿质
氮较苜蓿草地 ( AAA ) 分别提高了 15911 % 和
2718 % ,差异显著 ; 铵态氮提高了 818 % , 其中
AMW、AMC 与 AAA 差异显著 ,苜蓿草地轮作农田
后土壤硝态氮含量显著提高 ,并可相应提高土壤总
矿质氮水平. 不同轮作农田中 ,3 次测定平均土壤硝
态氮和总矿质氮最高 AMF ( 14173 mg ·kg - 1 和
44188 mg ·kg - 1 ) 、AMC 最低 ( 8103 mg ·kg - 1 和
40177 mg·kg - 1) ;而铵态氮 AMW 最高 (33155 mg·
kg - 1) 、AMP 最低 (30102 mg·kg - 1) . 2002 年生长季
平衡中 ,各处理土壤硝态氮含量均有不同程度的下
降 ,而铵态氮含量出现上升. 总矿质氮 AMP 有少量
降低、AMC 少量增加 ,而 AMW、AMF 和 AAA 则均
有超过 9 mg·kg - 1的季节性积累.
31113 土壤 N 活化率 　表 4 是以不同处理耕层土壤
总矿质氮量与全氮量的比值来反映的土壤 N 活化
率. 2001 年 AM 处理土壤 N 活化率 3 次测定均高于
AA ,其中 7 月和 10 月测定差异显著. 3 次测定平均
AM 和 AA 的土壤 N 活化率分别为 1310 % 和
1112 %. 2002 年测定结果与前一年相同 ,轮作农田
土壤 N 活化率 (1219 %～1917 % ,平均 1518 %)显著
高于 AAA (9178 %) . 不同轮作处理在 7 月和 10 月
测定中差异显著 ,7 月份测定 AMP (1716 %) 显著高
于其它 3 个处理 ,而 10 月份测定则 AMC 处理最高
(1917 %) .
表 4 　中连川多年生苜蓿草地轮作农田耕层土壤( 0～20 cm) N、P 活
化率变化
Table 4 Soil N, P availability at 0～20 cm depth after the conversion of
alfalfa grassland to cropland in Zhonglianchuan ( %)
处　理
Treatment
4 月 15 日
April 15
N P
7 月 15 日
J uly 15
N
10 月 15 日
October 15
N P
平 均
Average
N P
2001 AA 1017 0170 1218 1012 1109 1112 0190
　　AM 1110 1100 1514 1217 1122 1310 1111
　　Lsd0105 ns 0110 1178 0193 ns 1112 0111
2002 AAA 9104 0140 9109 1112 0130 9178 0135
　　AMC 1611 0166 1317 1917 0125 1615 0145
　　AMF 1611 0166 1314 1618 0119 1514 0142
　　AMP 1611 0166 1716 1513 0120 1613 0143
　　AMW 1611 0166 1219 1611 0136 1510 0150
　　Lsd0105 1172 0106 2169 3104 0106 3158 0104
1443 期 　　　　　　　　　　王 　俊等 :半干旱黄土区苜蓿草地轮作农田土壤氮、磷和有机质变化 　　　　　　　　　　　
312 　多年生苜蓿草地轮作农田耕层土壤磷变化
31211 土壤全磷 　由表 2 可见 ,2001 年 AM 和 AA
土壤全磷含量在 4 月和 10 月测定中均无显著差异.
2002 年结果与 2001 年相同 ,土壤全磷含量在所有
处理间没有显著差异.
31212 土壤速效磷 　表 2 结果表明 ,2001 年苜蓿草
地翻耕后土壤速效磷含量增加. AM 耕层土壤速效
磷含量在 3 次测定中均高于 AA ,其中 4 月和 7 月测
定差异显著 ,AM 3 次平均速效磷含量 (9. 90 mg·
kg - 1)较 AA (6185 mg·kg - 1)高 4415 %. 经过一个生
长季 ,2 个处理土壤速效磷含量均有增加 ,但 AM 的
增加量显著低于 AA.
2002 年轮作农田耕层土壤速效磷含量 4 月、7
月和 10 月 3 次测定平均为 3147 mg·kg - 1 ,比 AAA
(2134 mg·kg - 1) 提高了 4810 % ,苜蓿草地轮作第 2
年 ,土壤速效磷含量仍有显著提高. 但在 10 月份测
定中 ,除 AMW 外的其它 3 个轮作处理土壤速效磷
含量均显著低于 AAA ,玉米、马铃薯等作物种植或
休闲地均导致土壤速效磷含量迅速下降.
31213 土壤磷活化率 　以速效磷与全磷的比值计算
的土壤磷活化率 (表 4) ,结果表明 ,苜蓿草地在翻耕后
土壤磷活化程度得到提高. 2001 年 AM 和 AA 的 P 活
化率 2 次测定平均为 1111 %和 0190 %. 2002 年 4 月
测定轮作农田土壤磷活化率 (0166 %)显著高于 AAA
(0140 %) . 10 月份测定 AMW 显著高于 AAA 处理
(0130 %) ,AMP 和 AMF 则显著低于 AAA 处理.
313 　多年生苜蓿草地轮作农田耕层土壤有机质
2001 年 4 月测定中 ,AM 耕层土壤有机质含量
显著高于 AA 处理 (表 2) ,可能是前一年的翻耕过
程中将地表的大量枯落物埋入土壤 ,增加了土壤耕
层的有机质含量. 在 7 月和 10 月测定中 AM 耕层有
机质含量均低于 AA ,其中 10 月测定结果差异达到
显著水平. 3 次测定平均 AM 有机质含量 (1210 g·
kg - 1)较 AA (2216 g·kg - 1) 下降了 4618 %. 从生长
季平衡看 , AA 土壤耕层有机质增加了 3016 g·
kg - 1 ,AM 下降了 1139 g·kg - 1 .
2002 年除 10 月测定中 AMW 处理外 ,轮作农
田有机质含量 (平均 8161 g·kg - 1) 显著低于苜蓿草
地 (平均 1210 g·kg - 1) ,平均下降了 2812 %. 从不同
轮作处理来看 ,AMC 和 AMP 在 7 月和 10 月测定中
土壤有机质显著低于 AMW 和 AMF ,表明轮作第 2
年种植春小麦或休闲较种植玉米或马铃薯降低了对
土壤有机质的消耗. 生长季平衡也有类似结果 ,
AMW 有机质增加了 3115 g·kg - 1 ,AMC 则下降了
0149 g·kg - 1 .
314 　土壤 C/ N 与 C/ P
图 1 结果表明 ,2001 年除 4 月测定外 ,AA 具有
更高的土壤 C/ N ,尤其是在 10 月份测定中 AA 的
C/ N 达到了 53 ,而 AM 仅为 2314. 2002 年 AAA 在
4 月测定中显著高于轮作处理 ,后 2 次测定无显著
差异. AMC 在 7 月测定中 C/ N (1719) 低于其它处
理 ,其中与 AMW (2219)差异显著.
从 C/ P 来看 ,2001 年 4 月份测定 AM 与 AA 之
间无显著差异 ,AM 处理 C/ P 为 1117 ,略高于 AA
(817) . 10 月测定 AA 处理 C/ P 为 3515 ,而 AM 处理
仅为 1314. 2002 年延续了前一年的趋势 ,轮作农田
较苜蓿草地具有更低的土壤 C/ P. 不同轮作处理中 ,
10 月测定 AMC 土壤 C/ P 最低 ( 615) ,显著低于
AMW( 819) , AMP、AMF 处于二者之间 ,分别为
714 和 715.
图 1 　中连川多年生苜蓿草地轮作农田土壤 C/ N 与 C/ P 变化
Fig. 1 Soil C/ N and C/ P at 0～20 cm depth after the conversion of alfalfa grassland to cropland in Zhonglianchuan.
244 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
4 　讨 　　论
　　Holford 等[9 ,10 ] 、MaCallum 等[17 ]在澳大利亚对
苜蓿2作物轮作的研究表明 ,苜蓿通过固氮作用可为
后作小麦提供充足的土壤 N 供应 ,并提高土壤中有
效氮水平. Li 等[13 ]对我国黄土高原半湿润地区的研
究表明 ,与小麦连作种植相比 ,苜蓿2小麦2玉米循环
后土壤全氮和速效氮含量均显著增加. 本文中没有
选择相应的常规耕作方式进行比较 ,而是与苜蓿连
作进行了对比. 10 年生苜蓿地在翻耕后 2 年内土壤
全氮含量显著下降 ,矿化氮 ( NO3 - 2N 和 N H4 +2N)
的积累量显著上升 ,土壤 N 活化率提高. 这表明苜
蓿草地轮作农田后土壤供氮能力提高 ,在半干旱地
区进行苜蓿2作物轮作对提高后作作物土壤的 N 有
效性具有积极作用.
党廷辉[5 ]研究表明 ,与小麦连作相比 ,苜蓿2小
麦轮作模式土壤速效磷显著增加 ,而全磷则没有差
异.而在 Li 等[13 ]的研究中 ,苜蓿2小麦种植土壤速
效磷和全磷含量均显著低于小麦连作. 本文中 ,苜蓿
草地轮作 2 年中对土壤全磷没有影响 ,轮作后土壤
速效磷含量较苜蓿草地显著增加 ,但其趋势并没有
持续到第 2 年生长季结束 ,种植玉米、马铃薯或休闲
均导致土壤速效磷含量迅速下降. 这表明苜蓿草地
向农田转换过程对土壤 P 的影响相对于土壤 N 和
有机质要小得多 ,影响时间上也较短暂.
土壤有机质是农田生态系统可持续能力的关键
指示因子[25～27 ] . 多年生作物 (或牧草) 在向一年生
作物轮作过程中 ,由于耕作过程增加了对土壤的干
扰 , 土壤有机质迅速下降 , 土壤退化过程加
速[2 ,11 ,27 ] .一般认为 ,种植苜蓿可以大幅度提高土
壤的有机质含量[2 ,5 ,10 ,27 ] . 本文结果证实了这一结
论. 与苜蓿连作相比 ,苜蓿草地轮作农田土壤有机质
含量出现显著下降 ,表明苜蓿草地轮作过程加速了
土壤有机质的分解 ,其机理可从 C/ N 和 C/ P 中得到
进一步的解释.
C/ N 比值可以暗示土壤生物分解过程中 C 和
N 转化作用之间的一种密切关系. 在正常耕地中 ,土
壤生物获得平衡营养的土壤 C/ N 比大约为 25[21 ] .
如果土壤 C/ N 比值大于 25 ,即表示土壤中 N 的含
量不能满足细菌的需要. 这非但不会有 N 的积累 ,
而且腐败菌类迅速繁殖 ,加速土壤有机质的分解. 在
这种情况下 ,土壤中没有多余的 N H4 +2N ,不会产生
硝化作用[29 ] . 本文中 2001 年多年生苜蓿草地土壤
在后 2 次测定中均大于 25 ,最高达到了 53 ,表明在
苜蓿生长季中后期 ,土壤微生物对土壤氮的固持大
大强于矿化. 与苜蓿草地相比 ,翻耕后土壤的 C/ N
比显著下降 ,在 16～20 之间 ,表明土壤氮的矿化大
于固持 ,直接导致土壤有机质的分解和矿质氮的增
加. C/ P 比也有类似结论.
多年生苜蓿草地翻耕后种植一季浅根系的草谷
是当地常见的种植方式 ,以提供饲料和恢复农田水
分. 但是 ,苜蓿草地轮作农田第一年种植草谷子加速
了土壤无机养分的矿化 ,草谷地土壤有机质含量也
显著下降. 本文在苜蓿草地轮作第 2 年选择了 4 种
不同的种植方式探讨土壤矿化过程的影响.
与种植作物相比 ,轮作休闲主要提高了土壤
NO3 - 2N 含量 ,但这种夏季休闲的方式也有可能增
加 NO3 - 2N 淋失的潜在危险[15 ] . 不同作物中 ,轮作
第 2 年种植玉米与种植春小麦对土壤养分的影响显
著不同 ,种植马铃薯则处于二者之间. 玉米与其他作
物相比 ,生物学产量较高 ,对土壤养分消耗相应较
大. 种植玉米后土壤全氮、有机质含量、速效磷含量
均迅速下降 ,C/ N、C/ P 降低 ,并出现季节性养分亏
缺. 从生长季平衡来看 ,种植春小麦维持了较高的土
壤养分含量 ,土壤全氮、矿质氮和有机质均出现季节
性增加. 这表明在没有任何外源性养分输入情况下 ,
从实现农田生态系统自身可持续性角度来看 ,多年
生苜蓿草地轮作农田第 2 年以种植春小麦为宜 ,应
避免种植玉米等耗肥量较大的作物.
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作者简介 　王 　俊 ,男 ,1974 年 11 月生 ,博士. 主要从事环
境与生态学研究 ,发表论文 20 余篇 ,其中 SCI 收录 4 篇.
Tel :029288307315 ; E2mail :wangj @nwu. edu. cn
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