全 文 ：播种方式对紫花苜蓿+无芒雀麦草地
土壤碳密度和组分的影响
邰继承 ,杨恒山 ,范 富 ,范辰 ,聂立强 ,周祥武
(内蒙古民族大学农学院 ,内蒙古 通辽 028042)
摘要:2007 年在内蒙古民族大学农学院试验农场以种植 2 年的单播紫花苜蓿(Medicago sativa)、单播无芒
雀麦(Bromus innermis)、隔行混播和同行混播人工草地为研究对象 , 采用分层取样法研究了不同播种方式
对土壤有机碳密度及氧化稳定性的影响。结果表明:在牧草生长时期 ,土壤有机碳密度以隔行混播草地最
大 , 为 11.59 t/ hm2 , 其次为单播紫花苜蓿草地 , 二者显著高于单播无芒雀麦草地 、同行混播草地(P<0.01);
氧化稳定系数 ,隔行混播草地最大(1.28),同行混播草地次之(1.16), 二者亦显著(P <0.05)高于单播紫花
苜蓿草地(1.00)、单播无芒雀麦草地(0.85);表明混播有利于土壤有机碳的稳定 , 且隔行混播较之同行混播
更有利于土壤有机碳的积累。
关键词:紫花苜蓿;无芒雀麦;隔行混播;同行混播
中图分类号:S352;S153.6 +21　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-0629(2010)06-0102-06
＊ 　科尔沁地区是典型农牧交错区 ,长期以来 ,不
合理地利用草地资源造成该区生态环境严重恶
化 ,农牧业生产受到严重影响[ 1] 。人工草地是草
地畜牧业集约化经营的基础[ 2-3] 。建立高产 、优质
的人工草地是解决该区草畜供求矛盾 、促进草地
畜牧业持续发展的关键措施之一[ 4] 。建立豆科+
禾本科混播草地是提高草地生产力的基本方法 ,
苜蓿(Medicago sativa)与无芒雀麦(Bromus in-
nermis)是建植人工草地的理想组合[ 5] 。
土壤有机质(SOM)是土壤品质的一个极其
重要的属性 , 它不但是土壤肥力的重要物质基
础[ 6-10] ,更重要的是它在全球气候变化和生物多
样性保育上的服务功能[ 11-12] 。有机质含量和品质
是评价草地管理措施可持续性的重要因子[ 13] 。
土壤有机质的氧化稳定性关系到有机质分解的难
易 ,是土壤有机质的一个重要性质 , 影响养分(特
别是氮素)供应的容量和强度 ,是评价土壤有机质
的动态品质指标[ 14] 。它用氧化稳定系数(Kos)来
衡量 , Kos 值越大 , 氧化稳定性越大 ,反之越小。
关于土壤有机质(碳)的研究 ,前人已进行了大量
工作 ,但其研究内容主要针对农田肥料试验或自
然草地 、林地退化及土地利用方式改变对有机碳
的影响等[ 15-21] 。本研究以科尔沁地区不同播种方
式下紫花苜蓿+无芒雀麦人工草地为对象 ,分析
了在精细管理 、高频刈割条件下牧草生长期间土
壤有机碳密度及氧化稳定性的变化 ,以期为指导
建立理想人工草地和科学培肥提供理论依据 。
1　材料与方法
1.1 试验地概况　试验于 2007 年 9 月在内蒙
古民族大学农学院试验农场进行 ,试验点近 50年
平均气温 6.8 ℃, ≥10 ℃活动积温为 3 220
℃·d ,无霜冻期 154 d ;年平均降水量 398 mm ,
生长季内(4-9月)降水量占全年降水量的 89%。
试验地位于 43°36′N , 122°22′E ,海拔高度 178
m 。试验田为灰色草甸土 , 有机质含量 15.50
g/kg , 碱解氮 58.45 mg/kg , 速效磷 48.32
mg/kg ,速效钾 163.67 mg/kg ,pH 值 8 .20 ,有灌
溉条件。
1.2 试验材料　试验材料紫花苜蓿阿尔冈金
(Algonquin)从美国引进 ,无芒雀麦(Car ton)由中
国农业科学院提供。
102-107
06/ 2010 草　业　科　学PRATACULTURAL SCIENCE 27 卷 06 期Vol.27.No.06
＊ 收稿日期:2009-10-27基金项目:内蒙古民族大学科研创新团队建设项目(NMD10-03)作者简介:邰继承(1977-),男(蒙古族),内蒙古阿荣旗人 ,讲师 ,硕士 ,主要从事农业资源利用方面的教学与科研工作。
E mail:taijich eng19771013@126.com
1.3 试验设计　试验设单播紫花苜蓿 、单播无
芒雀麦 、同行混播和隔行混播 4个处理 ,单播紫花
苜蓿播量为 15 kg/hm2 , 单播无芒雀麦播量为
22.5 kg/hm2 ,混播播量均为对应单播播量的一
半。小区面积为32.4 m2 ,行距 30 cm 。2006年 5
月 6日播种 ,基肥施磷酸二铵 150 kg/hm2 ,尿素
75 kg/hm2 ,硫酸钾 150 kg/hm2 ;翌年返青后不施
任何肥料。第 1年刈割 2次 ,翌年刈割 4次 ,留茬
高度均为 5 ～ 6 cm ,栽培管理条件一致。2007年
秋季最后一次刈割后取样测定 ,采用环刀法按0 ～
10 、10 ～ 20 、20 ～ 30 、30 ～ 40 、40 ～ 50 cm 分层采集
原状土壤 , 3次重复 ,用于测定土壤容重;以 S 形
取样法在垄间 10 个采样点用土钻分层(按 0 ～
10 、10 ～ 20 、20 ～ 30 、30 ～ 40 、40 ～ 50 cm)采集然后
混合 ,用于测定土壤有机碳 、易氧化有机碳等指
标。
1.4 测定项目与方法　容重采用环刀法[ 22 ;土
壤有机碳氧化稳定性采用袁可能和张友全[ 23] 的
方法 , 即用 0.4 mol/ L 1/6 K 2Cr2O 7-H 2SO4
(1∶1)170 ～ 180 ℃煮沸 5 min 测定土壤有机碳
(b),用 0 .2 mol/L 1/6 K 2Cr2O 7-H 2SO 4(1 ∶3)
130 ～ 140 ℃煮沸 5 min测定易氧化有机碳(a)含
量 ,氧化稳定系数 Kos=(b -a)/a ,其中(b -a)为
难氧化有机碳 , a/b为有机碳活化度。
土壤碳密度(DOC)由下列公式求得[ 24] :
DOC =SOC ×γ×H i ×10-1
式中 , DOC -碳密度(t/hm2);SOC -有机碳含量
(g/kg);γ-平均容重(g/cm3);Hi -土层厚度(cm)。
1.5 数据处理与统计分析　数据处理与统计
分析采用 Excel软件和 JM P 5 .01软件 。
2　结果与分析
2.1 播种方式对土壤容重的影响　从 0 ～ 50
cm 土层的平均值来看 ,单播紫花苜蓿地土壤容重
最大 ,其次为同行混播草地 、隔行混播草地 ,单播
无芒雀麦草地土壤容重最小(表 1)。单播紫花苜
蓿地土壤容重随土层深度的增加而先增后降 ,土
层间差异不显著 。隔行混播 、同行混播和单播无
芒雀麦草地土壤容重随土层深度增加而呈现先降
后增的趋势 ,均为 10 ～ 20 cm 土层最低;隔行混
播 、同行混播和单播无芒雀麦草地 0 ～ 10 cm 土层
土壤容重高于 10 ～ 20 cm 土层的原因可能与无芒
雀麦部分须根腐烂相对降低 10 ～ 20 cm 土层土壤
容重及表层土壤受人为踩踏相对较重有关。
2.2 播种方式对土壤有机碳密度的影响　
由表 2可见 ,单播紫花苜蓿土壤有机碳密度在0 ～
50 cm 各土层内呈现随深度增加而降低的趋势
(20 ～ 30 cm 土层例外),而单播无芒雀麦 、同行混
播和隔行混播则先降后升 ,各处理均以 0 ～ 10 cm
土层土壤有机碳密度为最大 。0 ～ 50 cm 土层土
壤有机碳密度的平均值以隔行混播草地最高 ,其
次为单播紫花苜蓿 ,二者与同行混播和单播无芒
雀麦处理间均达极显著水平(P <0 .01)。说明隔
行混播对土壤有机碳含量的影响作用较大 ,而同
行混播则相对不利于土壤有机碳的累积 。0 ～ 10
和10 ～ 20cm土层内 ,混播草地有机碳密度显著
表 1　不同播种方式下土壤容重比较
土层深度
(cm)
土壤容重(g/cm3)
单播紫花苜蓿 单播无芒雀麦 同行混播 隔行混播
0～ 10 1.27±0.22aA 1.15±0.32bB 1.25±0.12aA 1.24±0.18aA
10～ 20 1.29±0.31aA 1.09±0.29cC 1.21±0.26bB 1.19±0.15bB
20～ 30 1.31±0.27aA 1.25±0.17aA 1.28±0.16aA 1.26±0.22aA
30～ 40 1.33±0.18aA 1.31±0.13aA 1.32±0.23aA 1.28±0.19aA
40～ 50 1.31±0.20aA 1.30±0.18aA 1.32±0.27aA 1.29±0.25aA
平均 1.30±0.23aA 1.20±0.21bB 1.27±0.19aA 1.24±0.19abA
注:同行不同小写字母表示差异显著(P<0.05);同行不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。下表同。
10306/ 2010 草　业　科　学(第 27卷 06 期)
表 2　不同播种方式下土壤有机碳密度比较
土层深度
(cm)
土壤有机碳密度(t/ hm2)
单播紫花苜蓿 单播无芒雀麦 同行混播 隔行混播
0～ 10 13.02±0.13bA 12.80±0.19bA 13.93±0.22aA 14.22±0.10aA
10～ 20 11.10±0.36aA 9.97±0.34bA 11.78±0.53aA 11.48±0.35aA
20～ 30 12.53±0.57aA 8.29±0.02cC 7.96±0.40cC 10.55±0.05bB
30～ 40 10.35±0.57aA 5.32±0.01cC 5.10±0.01cC 8.54±0.13bB
40～ 50 9.63±0.11bB 9.71±0.12bB 9.55±0.10bB 13.18±0.09aA
平均 11.32±0.30aA 9.22±0.05bB 9.66±0.16bB 11.59±0.03aA
高于单播无芒雀麦草地;0 ～ 10 cm 土层内 ,混播
草地有机碳密度显著高于单播草地;而在 20 ～ 30
和 30 ～ 40 cm 土层单播紫花苜蓿草地有机碳密度
明显高于其他播种方式 ,其中 20 ～ 30 cm 土层单
播紫花苜蓿草地有机碳密度分别是隔行混播 、同
行混播和单播无芒雀麦草地的 1.19 、1.57和1.51
倍;30 ～ 40 cm 土层单播紫花苜蓿草地有机碳密
度分别是隔行混播 、同行混播和单播无芒雀麦草
地的1.21 、2.03和 1 .95 倍 ,这也说明了植物根系
的分布是影响土壤中有机碳垂直分布的重要因
素 ,因为大量死根的分解归还为土壤提供了丰富
的碳源;40 ～ 50 cm 土层内 ,隔行混播草地碳密度
最大 ,并与其他处理间达极显著水平(P<0.01),
可能是由于上层有机碳淋溶相对较大 。0 ～ 20 cm
土层内 ,虽然单播无芒雀麦草地也有较高的有机
碳含量 ,但有机碳密度却最低 ,这与此层次较小的
土壤容重有直接关系 。
2.3 播种方式对土壤易氧化有机碳的影响
　由表 3可见 ,各处理土壤易氧化有机碳在 0 ～
50 cm 各土层内随深度增加变化的趋势与土壤有
机碳密度变化趋势相同 ,以 0 ～ 10 cm 土层最大。
0 ～ 10 cm 土层 ,单播无芒雀麦草地易氧化有机碳
含量最高 , 且与其他处理间差异达极显著水平
(P<0 .01);10 ～ 20 cm 土层各处理间差异不显著
(P>0 .05);20 ～ 30 和 30 ～ 40 cm 土层则单播紫
花苜蓿草地土壤易氧化有机碳含量最高 ,并与其
他处理间达极显著水平(P<0.01);40 ～ 50 cm 土
层则单播无芒雀麦最高 ,隔行混播次之 ,二者与单
播紫花苜蓿 、同行混播处理间差异达显著水平。
0 ～ 50 cm 土层土壤易氧化有机碳的平均值以单
播紫花苜蓿草地最高 ,其次为单播无芒雀麦 ,二者
与同行混播和隔行混播处理间差异均达显著水平
(P<0 .05)。
2.4 播种方式对土壤难氧化有机碳的影响
　难氧化有机碳含量为总有机碳与易氧化有机碳
的差值 。由表 4可见 ,各处理土壤难氧化有机碳
在0 ～ 50cm各土层内随深度增加变化的趋势与
表 3　不同播种方式下土壤易氧化有机碳比较
土层深度
(cm)
土壤易氧化有机碳(g/ kg)
单播紫花苜蓿 单播无芒雀麦 同行混播 隔行混播
0～ 10 5.20±0.11cB 6.11±0.11aA 5.49±0.17bcB 5.56±0.02bB
10～ 20 4.51±0.13aA 5.15±0.18aA 5.09±0.46aA 4.44±0.38aA
20～ 30 4.44±0.01aA 2.92±0.14cB 2.87±0.08cB 3.33±0.19bB
30～ 40 4.02±0.28aA 2.16±0.11cBC 1.52±0.04dC 2.87±0.14bB
40～ 50 3.70±0.42bB 5.10±0.03aA 3.43±0.09bB 4.47±0.25aAB
平均 4.37±0.03aA 4.29±0.01aAB 3.68±0.08cC 4.13±0.03bB
104 PRATACULTURAL SCIENCE(Vo l.27.No.06) 06/ 2010
表 4　不同播种方式下土壤难氧化有机碳比较
土层深度
(cm)
土壤难氧化有机碳(g/ kg)
单播紫花苜蓿 单播无芒雀麦 同行混播 隔行混播
0～ 10 5.05±0.01bB 5.03±0.28bB 5.66±0.01aAB 5.91±0.10aA
10～ 20 4.10±0.15bAB 4.00±0.49bB 4.65±0.02abAB 5.20±0.08aA
20～ 30 5.13±0.45aA 3.71±0.16bB 3.35±0.23bB 5.05±0.23aA
30～ 40 3.77±0.16aA 1.91±0.11cB 2.35±0.04bB 3.80±0.04aA
40～ 50 3.66±0.50bB 2.37±0.07cC 3.82±0.02bB 5.76±0.18aA
平均 4.34±0.25bB 3.40±0.04dC 3.96±0.04cBC 5.14±0.01aA
有机碳密度和易氧化有机碳相同 ,也以表层最高 。
0 ～ 10和 10 ～ 20 cm 土层 ,混播草地难氧化有机
碳含量大于单播草地 , 且与其差异达显著水平
(P<0.05),含量最高的隔行混播草地与单播草
地土壤难氧化有机碳间差更是达极显著异水平
(P<0.01);20 ～ 30和 30 ～ 40 cm 土层则单播紫
花苜蓿草地土壤难氧化有机碳含量较单播无芒雀
麦和同行混播草地有大幅提高 ,并与其处理差异
达极显著水平;40 ～ 50 cm 土层则隔行混播最高 ,
与其他处理间差异达显著水平 ,这与隔行混播草
地该土层较高的有机碳密度有关。0 ～ 50 cm 土
层土壤难氧化有机碳的平均值以隔行混播草地最
高 ,其次为单播紫花苜蓿草地 ,而单播无芒雀麦草
地在各层次均最低。
2.5 播种方式对土壤有机碳氧化稳定系数
的影响　土壤有机碳的氧化稳定性关系其分解
的难易 ,从植物营养的角度来说对养分供应有较
大影响。而在全球变化和可持续发展的大背景
下 ,从 2001年美国学者首先提出固碳科学的概念
到现在 ,土壤碳固定已成为当前有关陆地生态系
统碳循环与全球变化的地球表层过程研究的重要
领域[ 25] 。从这个意义上说有机碳的氧化稳定性
越大则越有利于土壤固碳。由表 5 可见 , 0 ～ 50
cm 土层土壤有机碳氧化稳定性的平均值以隔行
混播草地最高 ,其次为同行混播草地 ,二者与单播
草地间差异均达显著水平(P <0.05),隔行混播
草地更是达到极显著差异水平(P<0.01),这说
明混播条件有利于土壤有机碳的稳定。各处理土
壤有机碳氧化稳定性在 0 ～ 50 cm 各土层内随深
度增加变化的趋势不一 ,但除同行混播草地 30 ～
40 cm 土层最高外 ,其他均以 20 ～ 30 cm 土层最
高 。同层不同处理间 ,除 20 ～ 30 cm 土层差异不
显著(P>0 .05)外 ,其他均为单播无芒雀麦最低 ,
且达到差异显著水平 ,这说明来源于无芒雀麦的
有机碳相对紫花苜蓿更易于分解;从各处理有机
碳活化度间的比较也可以看出 ,单播无芒雀麦草
地最高 ,为 0 .56 ,并与其他处理间差异达极显著
水平 ,而单播紫花苜蓿草地 、同行混播草地和隔行
表 5　不同播种方式下土壤有机碳氧化稳定系数比较
土层深度
(cm)
土壤有机碳氧化稳定系数
单播紫花苜蓿 单播无芒雀麦 同行混播 隔行混播
0～ 10 0.98±0.02aAB 0.83±0.06bB 1.03±0.03aA 1.07±0.02aA
10～ 20 0.91±0.01bA 0.78±0.12bA 0.92±0.08abA 1.18±0.12aA
20～ 30 1.16±0.11bA 1.28±0.12abA 1.17±0.04bA 1.52±0.16aA
30～ 40 0.94±0.03cB 0.89±0.09cB 1.54±0.07aA 1.33±0.08bA
40～ 50 1.01±0.25aAB 0.47±0.01bB 1.12±0.04aA 1.29±0.11aA
平均 1.00±0.07cBC 0.85±0.01dC 1.16±0.01bAB 1.28±0.01aA
10506/ 2010 草　业　科　学(第 27卷 06 期)
混播草地则有机碳活化度分别为 0 .50 、0 .47 、
0.44 。
3　小结
3.1 单播无芒雀麦草地土壤容重最小 ,单播紫花
苜蓿草地土壤容重最大 ,且以 0 ～ 20 cm 最显著 。
这是因为测试期间正值紫花苜蓿(2龄)旺盛生长
时期 ,土壤中大量活体根系挤压土壤 ,相对增加土
壤容重;而无芒雀麦草地 0 ～ 20 cm 土壤中大量须
根相对容易腐烂降低了土壤容重。
3.2 土壤有机碳含量是多因素影响下土壤有机碳
输入与输出之间平衡的结果。牧草地上部分由于
收割而移出土壤系统 ,凋落物及地下部分进入土
壤的量和分布深度则可能成为影响土壤有机碳含
量的主要因素 。单播无芒雀麦草地 、同行混播草
地和隔行混播草地 0 ～ 20 cm 土层有机碳均大于
单播紫花苜蓿草地 , 20 ～ 40 cm 单播紫花苜蓿草
地则显著增加。各处理有机碳密度在 0 ～ 50 cm
土层内平均值以隔行混播草地最大 ,单播紫花苜
蓿草地次之 ,二者与单播无芒雀麦草地和同行混
播草地间差异达极显著水平。混播方式对碳密度
有较大影响 ,隔行混播有利于碳密度的增加 ,而同
行混播则不利于碳密度的增加。有机碳密度 、易
氧化碳 、难氧化碳在剖面的分布则表现为相似趋
势 ,均为 0 ～ 10 cm 土层最大 ,这是该层植物枯枝
落叶和根系分布相对较多所致 。单播无芒雀麦草
地土壤有机质活化度最大并与其他处理间差异达
极显著水平 ,说明来源于无芒雀麦的有机质部分
相对较易分解。氧化稳定系数则是隔行混播草地
最大 ,其次为同行混播草地 ,二者与单播草地间差
异也达到了显著水平 ,说明混播条件有利于土壤
有机质的稳定。
3.3 本研究还发现有机碳含量在 0 ～ 40 cm 土层
上有随着深度的增加而下降的趋势 ,但在 40 ～ 50
cm 土层上则明显大于上层含量 ,且大多达显著差
异水平 。这可能是由于科尔沁地区作为我国主要
的商品粮基地 ,多年的开发利用导致耕作层(0 ～
40 cm)有机碳相对消耗过大 ,而 40 ～ 50 cm 土层
的利用则相对较少 ,有机碳含量保持较好 。
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Effects of sowing methods on soil carbon density and
composition in the alfalfa and Bromus inermis pasture
TAI Ji-cheng , YANG Heng-shan ,FA N Fu ,FAN Chen ,
NIE Li-qiang ,ZHOU Xiang-wu
(College of Ag riculture , Inne r M ongolia Universi ty for N ationali ties ,
Inner Mongolia Tongliao 028042 ,China)
Abstract:A experiment w as conducted to invest igate the soil o rganic carbon density and oxidative sta-
bility coeff icient among four g rasslands by mul ti-lay er sampling method , including tw o-year alfalfa
single pasture , Bromus innermis single pasture , interlacing mixture pasture o f alfalfa and B.inner-
mis , and inline mixture pasture o f alfalfa and B .innermis.This study indicated that the soil o rganic
carbon density w as the big gest w i th the 11.59 t/hm2 in the interlacing mixture pasture of alfalfa and
B.innermis , and w as the second in the alfalfa single pasture during the g row th season.The soil o r-
ganic carbon density in the interlacing mixture pasture o f alfalfa and B.innerm is and alfalfa single
pasture w as significantly greater than that in the B.innermis sing le pasture and inline mix ture pasture
of alfalfa and B .innermis (P<0.01).T he highest oxidative stability coeff icient w as found in the in-
terlaced mix ture pasture o f alfalfa and B .innermis with 1.28 and the oxidative stability coef ficient w as
1.16 in the inline mix ture pasture of alfalfa and B.innerm is.The oxidative stability coeff icient of al-
falfa single pasture and B.innerm is sing le pasture w ere 1.00 and 0.85 , respect ively .T his study im-
plied that Mixed sowing w as the bet ter fo r the stabilization of soil organic mat ter and inte rlacing mix-
ture method w as bet ter than inline mix ture method .
Key words:alfalfa;B romus inermis;interlaced mixture;inline mix ture
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10706/ 2010 草　业　科　学(第 27卷 06 期)