全 文 ：第２８卷第２期
２０１４年４月
水土保持学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ
Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．２
Ａｐｒ．，２０１４
收稿日期：２０１３－０８－２２
基金项目：国家重点基础科学（９７３计划）研究前期专项（２０１２ＣＢ７２３２０６）；国家青年自然基金（４１１０１３０１）
作者简介：陈林（１９８３－），男，硕士，研究实习员，主要从事干旱、半干旱区资源与环境研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｌｉｎ１９８３８８＠１６３．ｃｏｍ
通讯作者：宋乃平（１９６３－），男，博士，教授，主要从事土地利用与生态过程研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｏｎｇｎｐ＠１６３．ｃｏｍ
荒漠草原区不同粒径土壤理化性质对苜蓿种植年限的响应
陈 林，杨新国，宋乃平，肖绪培，王 兴
（宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室，
西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地，西部生态与生物资源开发联合研究中心，银川７５００２１）
摘要：为了探明宁夏中部荒漠草原区长期种植苜蓿对土壤理化性质的影响，采用时空互代法，选取不同种
植年限苜蓿地为研究对象，以天然草地为对照，分析不同种植年限苜蓿地不同粒径土壤颗粒的理化性质。
结果表明，种植苜蓿后＜０．１０６ｍｍ的颗粒含量较草地（０ａ）的含量高，一定程度上促进土壤的细粒化。不
同粒径间的ｐＨ值、ＥＣ、有机质、全氮、碱解氮、全磷和速效磷在同一种植年限间均无显著差异（ｐ＞０．０５），
但＞０．５ｍｍ和＜０．１０６ｍｍ粒径的土壤活性有机碳含量均显著高于０．１０６～０．２５ｍｍ粒径（ｐ＜０．０５）。
随着种植年限的增加，ｐＨ值有所降低，当苜蓿严重退化后（＞２２ａ），ｐＨ值略有上升，而ＥＣ值则相反。苜
蓿种植后对２０－４０ｃｍ ｐＨ值的影响要大于０－２０ｃｍ。土壤有机质含量在各年限间差异不显著（ｐ＞０．０５），
当苜蓿严重退化后（＞２２ａ），其显著降低（ｐ＜０．０５）。０－２０ｃｍ活性有机碳含量随种植年限增加呈先升高后
降低的趋势，而２０－４０ｃｍ则保持不变或略呈降低的趋势。０－２０ｃｍ中＞０．５ｍｍ和＜０．１０６ｍｍ粒径的
活性有机碳含量在各种植年限间均显著高于２０－４０ｃｍ（ｐ＜０．０５），而０．１０６～０．２５ｍｍ粒径在不同土层
间则无显著差异（ｐ＞０．０５）。０－４０ｃｍ土壤全磷含量的变化趋势均为先升高（０～２２ａ）后降低（＞２２ａ），而
０－２０ｃｍ速效磷含量呈升－降，２０－４０ｃｍ速效磷则表现为升－降－升－降的“Ｍ”型波动。０－２０ｃｍ全
磷含量显著低于２０－４０ｃｍ（ｐ＜０．０５）。０－４０ｃｍ土壤全氮、碱解氮含量属于低和极低等级，且没有表现
出豆科植物根系的固氮作用。
关键词：苜蓿；土壤理化性质；种植年限；风沙区
中图分类号：Ｓ１５８．３；Ｓ３４４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－２２４２（２０１４）０２－０１０５－０７
Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｓｏｉｌ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｎ Ａｌｆａｌｆａ Ｇｒａｓｓｌａｎｄ
ｏｆ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｐｌａｎｔｉｎｇ Ｙｅａｒｓ ｉｎ Ｄｅｓｅｒｔ Ｓｔｅｐｐｅ Ｒｅｇｉｏｎ
ＣＨＥＮ Ｌｉｎ，ＹＡＮＧ Ｘｉｎ－ｇｕｏ，ＳＯＮＧ Ｎａｉ－ｐｉｎｇ，ＸＩＡＯ Ｘｕ－ｐｅｉ，ＷＡＮＧ Ｘｉｎｇ
（Ｋｅｙ Ｌａｂ．ｆｏｒ Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｅｇｒａｄｅｄ Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｎｏｒｔｈ－ｗｅｓｔｅｒｎ Ｃｈｉｎａ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ
Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｂｒｅｅｄｉｎｇ Ｂａｓｅ ｆｏｒ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｌａｎｄ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｏｒｔｈ－ｗｅｓｔｅｒｎ Ｃｈｉｎａ，
Ｕｎｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｅｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎ Ｗｅｓｔｅｒｎ Ｃｈｉｎａ，Ｎｉｎｇｘｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ ７５００２１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｋｎｏｗ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ ａｌｆａｌｆａ ｇｒａｓｓｌａｎｄ
ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｙｅａｒｓ，ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｒｅｐｌａｃｉｎｇ ｔｉｍｅ ｗｉｔｈ ｓｐａｃｅ，ａｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ
ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｏｐ ｓｏｉｌ（０－４０ｃｍ）ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ａｎｄ ｓｏｉｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｙｅａｒｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ
ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ：Ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ＜０．１０６ｍｍ ｉｎ ｐｌａｎｔｉｎｇ ａｌｆａｌｆａ ｐｌｏｔｓ ｗｅｒｅ ａｌ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ
ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒａｓｓ，ｓｏ ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｔｏ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｆｉｎｅ－ｇｒａｉｎｅｄ ｓｏｉｌ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｂｙ ｐｌａｎｔｉｎｇ ａｌｆａｌｆａ．Ｔｈｅｒｅ
ｗａｓ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒｓ（＞０．５ｍｍ，０．１０６～０．２５ｍｍ ａｎｄ
＜０．１０６ｍｍ）ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｐＨ，ＥＣ，ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ（ＳＯＭ），ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ（ＴＮ），ａｖａｉｌａｂｌｅ
ｎｉｔｒｏｇｅｎ（ＡＮ），ｔｏｔａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ（ＴＰ）ａｎｄ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ（ＡＰ）（ｐ＞０．０５），ｂｕｔ ｔｈｅ＞０．５ｍｍ ａｎｄ
＜０．１０６ｍｍ ｓｏｉｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｏｆ ｓｏｉｌ ａｃｔｉｖｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ０．１０６～０．２５ｍｍ
ｓｏｉｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ（ｐ＜０．０５）．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｙｅａｒｓ ｏｆ ｐｌａｎｔｉｎｇ ａｌｆａｌｆａ，ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｐＨ ｖａｌｕｅｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ｗｈｅｎ ａｌ－
ｆａｌｆａ ｓｅｖｅｒｅｌｙ ｄｅｇｒａｄｅｄ（＞２２ａ），ｐＨ ｖａｌｕｅｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｓｌｉｇｈｔｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ＥＣ ｖａｌｕｅｓ ｗｅｒｅ ｏｐｐｏｓｉｔｅ．Ａｆｔｅｒ
ｐｌａｎｔｉｎｇ ａｌｆａｌｆａ，ｉｔ ｗａｓ ｅｆｆｅｃｔｅｄ ｏｎ ｐＨ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ２０－４０ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ０－２０ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ．
Ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎ ｅａｃｈ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｙｅａｒ（ｐ＞０．０５），ｗｈｅｎ
ａｌｆａｌｆａ ｓｅｖｅｒｅｌｙ ｄｅｇｒａｄｅｄ（＞２２ａ），ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｌｏｗｅｒ（ｐ＜０．０５），ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ
DOI:10.13870/j.cnki.stbcxb.2014.02.020
ｍａｔｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ０－２０ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ｗｅｒｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ２０－４０ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ．Ｔｈｅ ｓｏｉｌ ａｃｔｉｖｅ ｏｒ－
ｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ０－２０ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆｉｒｓｔ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｐｌａｎｔｉｎｇ
ｙｅａｒｓ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ａｃｔｉｖｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ２０－４０ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ｒｅｍａｉｎ ｕｎｃｈａｎｇｅｄ ｏｒ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｄｅ－
ｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅ ｓｏｉｌ ａｃｔｉｖｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ＞０．５ｍｍ ａｎｄ＜０．１０６ｍｍ ｓｏｉｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ０－
２０ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ｉｎ ｅａｃｈ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｙｅａｒｓ ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ２０－４０ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ（ｐ＜０．０５），
ｂｕｔ ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ａｃｔｉｖｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ０．１０６～０．２５ｍｍ
ｓｏｉｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒｓ（ｐ＞０．０５）．Ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ０－２０ｃｍ ａｎｄ ２０－４０ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ ｗｅｒｅ
ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆｉｒｓｔ（０－２２ａ）ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ（＞２２ａ）ｔｒｅｎｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ
ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ０－２０ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ｗｅｒｅ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｒｅｎｄ，ｂｕｔ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ２０－４０ｃｍ
ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ｗｅｒｅ ｓｈｏｗｅｄ ａｓ ｔｈｅ“Ｍ”ｔｙｐｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ０－２０ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ
ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ２０－４０ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ（ｐ＜０．０５）．Ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏ－
ｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎ ０－４０ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ｗｅｒｅ ｌｏｗ ａｎｄ ｖｅｒｙ ｌｏｗ ｌｅｖｅｌｓ，ａｎｄ ｗｅｒｅ ｎｏｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｒｏｏｔｓ ｏｆ ｌｅｇｕｍｅ
ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｆｉｘａｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｏｉｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｌｆａｌｆａ；ｓｏｉｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｐｌａｎｔｉｎｇ ｙｅａｒｓ；ｓａｎｄｙ ａｒｅａ
生态恢复片面强调生态效益忽视广大农民的经济收益是不合理的，建植人工草地发展集约经营的草场建
设是实现草畜均衡增长、促进畜牧业持续发展的重要技术途径［１］。２０００年宁夏实施了退耕还林还草工程，草
地已作为该区植被建设中的先锋植物得到恢复和营建，特别是２００３年全区天然草原实施禁牧封育以来，以种
植紫花苜蓿为主的人工种草得到了快速发展［２－３］，在一定程度上解决了禁牧封育后发展畜牧业饲草料短缺的
问题［４］。苜蓿根瘤固氮作用使其具有培肥地力的功能［５］，多年生苜蓿的根系发达，根系及残茬在翻耕后能显著
增加表层土壤的有机质含量，可有效地改善土壤的理化性状［６］。杨恒山等［７］和胡发成［８］试验研究得出，种植苜
蓿改善了土壤的物理和化学性状。杨玉海等［１］研究认为，土壤的速效养分随苜蓿种植时间的增长，层次之间的
差距愈明显。张春霞等［９］研究认为，５ａ苜蓿地土壤氮素含量显著低于种植初期，同时刘晓宏等［１０］认为，多年
生苜蓿草地深层土壤中的硝态氮浓度显著偏低。张少民［１１］和刘晓峰［１２］等研究表明，苜蓿地有机质和氮素含量
随生长年限的延长逐渐增加。郭玉泉等［１３］的研究显示，３ａ苜蓿草地土壤有机质和全氮与种植前相比显著降
低。万素梅等［１４］认为，苜蓿草地土壤有机质和氮素含量在生长旺盛期呈下降趋势，在衰败期呈现逐渐增加的
趋势。可以看出，在不同的气候条件和土壤质地等环境下研究苜蓿草地土壤养分变化规律所得出的结论不同，
本文对宁夏中部荒漠草原区不同种植年限的苜蓿地表层不同粒径土壤的理化性状进行了初步研究，以期为该
区生态环境建设、苜蓿产业发展提供理论指导。
１ 研究地区概况与研究方法
１．１ 研究地区概况
宁夏盐池县皖记沟行政村，位于盐池县城东北约３ｋｍ，地貌为鄂尔多斯缓坡起伏高原。气候特点为干旱
少雨，蒸发量大，冬春两季风大沙多，属典型的中温带大陆性气候。１９５４－２０１０年年平均气温为８．４６℃，年降
水量为２７６．３ｍｍ，年日照时数为２ ８６２．６ｈ。土壤以淡灰钙土和风沙土为主［１５］。
表１ 样地基本情况
种植
年限
盖度／
％
高度／
ｃｍ
鲜生物量／
（ｇ·ｍ－２）
主要物种
０ａ ６０ － ７０．７６±８．８１ 赖草、猪毛蒿、牛枝子、蓝刺头、远志、苦豆子
５ａ ６５ ４５±６ ２４１．９９±１１．０９ 苜蓿、猪毛蒿
１２ａ ７０ ４８±９ ２１２．０６±９．２０ 苜蓿、猪毛蒿
２２ａ ７５ ４５±４ ２５４．８４±１５．７５ 苜蓿、猪毛蒿
＞２２ａ ４５ ３５±２ １０６．６４±１８．４９ 苜蓿、猪毛蒿、牛枝子
１．２ 样地选择与样品采集
空间代时间的方法被广泛用于
研究植被恢复及生态效益评价等方
面，能够在一定空间尺度内，通过选
取不同时间尺度的植物群落来反映
植物种群生长过程中生物与环境之
间的相互作用［１６］。故本文采用空间
代替时间的方法进行研究不同种植
年限紫花苜蓿地表层土壤状况，通过选取当地同一海拔高度、地理位置相近、土壤性质均一的５，１２，２２ａ以及
有明显退化的大于２２ａ生、具有代表性的苜蓿样地，以周边荒草地为对照，记为０ａ。在各样地内按照０－２０
ｃｍ和２０－４０ｃｍ分两层采集土样，设置３次重复，将３次重复的同层土样去除植物根系和石块后混合均匀，用
四分法取２ｋｇ左右装入样品袋，带回实验室后风干备用。样地调查和采样时间同步，均为２０１２年８月。
６０１ 水土保持学报 第２８卷
１．３ 测定指标及方法
随机选取５００ｇ左右的土样，采用干筛法对其进行处理，获得并收集各粒级土壤团粒（去掉石块），用电子
天平（精度为０．０００ １）分别称量各粒级土壤团粒质量。考虑到不同粒径样品对土壤理化性质分析结果存在一
定的影响［１７］，为了使测定的数据既可与国际制接轨，又可减小分析误差，以下理化性质的测定和分析均采用＞
０．５ｍｍ，０．１０６～０．２５ｍｍ和＜０．１０６ｍｍ的３个粒级进行。土壤ｐＨ和电导率（ＥＣ）分别采用５∶１水土比悬
液和浸提液直接测定；土壤有机质（ＳＯＭ）采用重铬酸钾氧化－外加热法（油浴）［１８］测定；活性有机碳（ＳＡＯＣ）
的测定参见文献［１９］；土壤全磷（ＴＰ）采用钼锑抗比色法［１８］测定；土壤速效磷（ＡＰ）采用０．５ｍｏｌ／Ｌ ＮａＨＣＯ３ 浸
提－钼锑抗比色法［１８］测定；全氮（ＴＮ）采用凯氏法［１８］测定；碱解氮（ＡＮ）采用碱解扩散法［１８］测定。
１．４ 数据处理
采用Ｅｘｃｅｌ ２００３和ＳＰＳＳ １７．０软件进行数据的统计、分析和比较：在数据正态分布检验和数据转换的基
础上，计算均值和标准差，对各项指标进行单因素方差分析（ｏｎｅ－ｗａｙ ＡＮＯＶＡ），利用ＬＳＤ法进行不同种植
年限土壤理化性质指标的差异显著性多重比较。
２ 结果与分析
２．１ 土壤颗粒组成
通过对０－２０ｃｍ土壤样品的颗粒组成统计分析，不同种植年限苜蓿样地土壤颗粒组成中０．２５～０．５ｍｍ
和０．１０６～０．２５ｍｍ的含量较高，分别为２８．７１％～４７．３１％，４２．４９％～５２．３２％；０．５～１ｍｍ和１～２ｍｍ次
之，其平均值分别为７．６６％，４．２９％；其次为＞２ｍｍ的，在０．２４％～３．７２％之间，其平均值为２．０１％；＜０．１０６
ｍｍ最小，平均值仅为１．８７％。２０－４０ｃｍ土壤样品的机械组成与０－２０ｃｍ的基本一致，仍是０．２５～０．５ｍｍ
和０．１０６～０．２５ｍｍ的颗粒含量较高，０．５～１ｍｍ，１～２ｍｍ和＞２ｍｍ的次之，＜０．１０６ｍｍ的最小。该研究
区土壤质地总体上属于沙壤土类型。进一步比较发现，０－２０ｃｍ和２０－４０ｃｍ土层中＞０．１０６ｍｍ的各粒径
颗粒在不同年限间没有明显的关系，而种植苜蓿在短期内（＜２２ａ）对土壤质地不会产生显著的影响。但比较０
－２０ｃｍ和２０－４０ｃｍ土层中＜０．１０６ｍｍ的颗粒含量，种植苜蓿后的样地内＜０．１０６ｍｍ的颗粒含量均较草
地（０ａ）土壤颗粒的含量高。
表２ 不同种植年限土壤颗粒组成
土层／
ｃｍ
样地
不同土壤颗粒组成百分比／％
＞２ｍｍ １～２ｍｍ ０．５～１ｍｍ ０．２５～０．５ｍｍ ０．１０６～０．２５ｍｍ ＜０．１０６ｍｍ
０ａ
平均值 ３．７２ ３．８８ ７．６８ ３７．８１ ４５．５０ １．４２
变异系数 １．８２ ０．８６ ２．６９ ９．７３ １３．０４ ０．８２
５ａ
平均值 ２．３３ ４．８６ ８．４３ ２８．７１ ５２．３２ ２．３５
变异系数 ０．５２ ０．６５ ２．０４ １４．１０ １５．９４ ０．９４
０－２０ １２ａ
平均值 ２．５１ ７．３４ １０．６９ ３４．４８ ４２．４９ ２．４８
变异系数 ０．８５ １．１６ １．９８ ８．７０ ８．３１ １．２０
２２ａ
平均值 １．２４ ３．８１ ４．８０ ３９．０４ ４９．４５ １．６６
变异系数 ０．５９ １．０４ １．０１ ５．００ ３．０３ ０．６４
＞２２ａ
平均值 ０．２４ １．５４ ６．７１ ４７．３１ ４２．７４ １．４６
变异系数 ０．１６ ０．７６ ０．７２ ４．２２ ４．２２ ０．４１
０ａ
平均值 ２．９９ ７．４６ １１．５１ ４２．５３ ３４．５４ ０．９７
变异系数 ０．９４ ０．９９ ２．０８ ３．５８ ８．４２ ０．４８
５ａ
平均值 ２．１３ ７．１５ １１．１１ ２１．９０ ５６．５９ １．１２
变异系数 １．４５ ２．９９ ３．２４ ７．０２ １０．２４ １．０１
２０－４０ １２ａ
平均值 １．７４ １１．０５ １１．２２ ３３．８３ ３９．７６ ２．４０
变异系数 １．３３ ３．３６ ３．４１ ４．３８ ８．８６ １．０６
２２ａ
平均值 １．５９ ８．１２ ９．１４ ２３．９０ ５５．５９ １．６６
变异系数 ０．６３ １．５６ ０．９２ ２．２４ ３．８４ ０．３５
＞２２ａ
平均值 ０．８４ ４．２８ ６．７９ ４２．７１ ４３．７１ １．６８
变异系数 ０．５９ １．７９ ２．６４ ６．３７ ７．７３ ０．４９
２．２ 土壤ｐＨ
从图１中可以看出，０－２０ｃｍ和２０－４０ｃｍ土层土壤ｐＨ值分布在８．４７～９．１１范围内，按照我国土壤酸
７０１第２期 陈林等：荒漠草原区不同粒径土壤理化性质对苜蓿种植年限的响应
碱度分级［２０］均属碱性土壤，且不同粒径（＞０．５ｍｍ，０．１０６～０．２５ｍｍ和＜０．１０６ｍｍ）土壤ｐＨ值的变化趋势
一致，均为随着种植年限的增加（＜２２ａ），ｐＨ 值有所降低，但当苜蓿严重退化时（＞２２ａ），ｐＨ 值有上升的趋
势。在０～５ａ间，２０－４０ｃｍ土层土壤ｐＨ值较０－２０ｃｍ高，到１２～２２ａ时，２０－４０ｃｍ土层土壤ｐＨ值降幅
较大，其值低于０－２０ｃｍ土壤，但当苜蓿严重退化后（＞２２ａ），２０－４０ｃｍ土层土壤ｐＨ值增幅大于０－２０ｃｍ
土壤，达到了９．０３，显著高于０－２０ｃｍ土壤的８．７９。这说明苜蓿种植后对下层（２０－４０ｃｍ）土壤ｐＨ值的影
响要大于表层土壤（０－２０ｃｍ）。不同粒径间ｐＨ值在同一种植年限间均无显著差异（ｐ＞０．０５）。
图１ 不同种植年限苜蓿地表层不同粒径土壤ｐＨ比较
２．３ 土壤ＥＣ
图２为不同种植年限苜蓿地表层不同粒径土壤ＥＣ的比较。０－２０ｃｍ和２０－４０ｃｍ土层土壤ＥＣ值的波
动较大，分布在５８．００～１７２．３３μＳ／ｃｍ范围内，且不同粒径（＞０．５ｍｍ，０．１０６～０．２５ｍｍ和＜０．１０６ｍｍ）土壤
ＥＣ值的变化趋势一致，均为随着种植年限的增加（＜２２ａ），ＥＣ值有增加的趋势，到２２ａ时达到了最大值，但
当苜蓿严重退化后（＞２２ａ），ＥＣ值又有所降低。
图２ 不同种植年限苜蓿地表层不同粒径土壤ＥＣ比较
在０～１２ａ间，０－２０ｃｍ土层土壤ＥＣ值和２０－４０ｃｍ土层土壤没有显著差异（ｐ＞０．０５），在２２ａ时，０－
２０ｃｍ土层土壤ＥＣ值的增幅较大，显著高于２０－４０ｃｍ土层（ｐ＜０．０５），但当苜蓿严重退化后（＞２２ａ），０－２０
ｃｍ和２０－４０ｃｍ土层土壤ＥＣ值均有所降低，但０－２０ｃｍ土层土壤的ＥＣ值降幅大于２０－４０ｃｍ土层土壤，
使得两者ＥＣ值之间没有显著差异（ｐ＞０．０５）。除２２ａ种植苜蓿的２０－４０ｃｍ土壤的＞０．５ｍｍ粒径的ＥＣ值
与０．１０６～０．２５ｍｍ和＜０．１０６ｍｍ的粒径间有差异外（ｐ＜０．０５），其他不同粒径间ＥＣ值在同一种植年限间
均无显著差异（ｐ＞０．０５）。
２．４ 土壤有机质
从图３中可以看出，０－２０ｃｍ和２０－４０ｃｍ土层土壤有机质含量的变化范围在０．３６～３．８８ｇ／ｋｇ之间，按
照土壤养分含量分级表［２１］，其含量属于极低等级。总体看来，研究区苜蓿地土壤有机质含量随着种植年限的
增加有所增大，以２２ａ生苜蓿地最高，这和许多研究的结果一致［１，２２］，但各年限间土壤有机质含量差异不显著
（ｐ＞０．０５）。当苜蓿严重退化后（＞２２ａ），土壤有机质含量则显著降低（ｐ＜０．０５）。在０～２２ａ间，０－２０ｃｍ土
层土壤有机质含量较２０－４０ｃｍ土层土壤高，但波动较大；苜蓿种植＞２２ａ（衰退）后，各粒径土壤有机质含量
均下降，总体看来，０－２０ｃｍ土层土壤有机质含量仍较２０－４０ｃｍ土层土壤高。不同粒径间土壤有机质在同
一种植年限间均无显著差异（ｐ＞０．０５）。
２．５ 土壤活性有机碳
从图４中可以看出，０－２０ｃｍ土层土壤活性有机碳含量的波动较大，２０－４０ｃｍ土层土壤活性有机碳含量
的波动相对较小，且变化趋势不同，０－２０ｃｍ土层土壤活性有机碳含量呈先升高后降低，而２０－４０ｃｍ则保持
８０１ 水土保持学报 第２８卷
不变或略呈降低的趋势。不同土层中，各粒径间土壤活性有机碳的含量不同，０－２０ｃｍ土层中＞０．５ｍｍ和＜
０．１０６ｍｍ粒径的土壤活性有机碳含量在各种植年限间均显著高于２０－４０ｃｍ土层（ｐ＜０．０５），而０．１０６～
０．２５ｍｍ粒径在不同土层间则无显著差异（ｐ＞０．０５）。不同粒径间，０－２０ｃｍ和２０－４０ｃｍ土层中＞０．５ｍｍ
和＜０．１０６ｍｍ粒径的土壤活性有机碳含量均显著高于０．１０６～０．２５ｍｍ粒径（ｐ＜０．０５）。
图３ 不同种植年限苜蓿地表层不同粒径土壤有机质比较
图４ 不同种植年限苜蓿地表层不同粒径土壤活性有机碳比较
２．６ 土壤氮
表３为不同种植年限苜蓿地表层３种粒径土壤全氮、碱解氮的比较。＞０．５ｍｍ粒径土壤全氮含量为
０．２２～０．５２ｇ／ｋｇ，碱解氮为２．８０～２１．５０ｍｇ／ｋｇ；０．１０６～０．２５ｍｍ粒径土壤全氮含量为０．１５～０．４８ｇ／ｋｇ，碱
解氮为３．５０～１６．８０ｍｇ／ｋｇ；＜０．１０６ｍｍ粒径土壤全氮含量为０．１７～０．８１ｇ／ｋｇ，碱解氮为５．２５～１１．９０
ｍｇ／ｋｇ。按照土壤养分含量分级表［２１］，全氮含量属于低和极低等级，碱解氮则均属于极低等级。可以看出，０－
２０ｃｍ和２０－４０ｃｍ土壤全氮和碱解氮含量的波动均较大。０－２０ｃｍ和２０－４０ｃｍ土壤全氮和碱解氮含量均
无显著差异（ｐ＞０．０５）。不同粒径间，土壤全氮和碱解氮含量在同一种植年限中均无显著差异（ｐ＞０．０５）。
表３ 不同种植年限苜蓿地表层不同粒径土壤ＴＮ、ＡＮ的比较
土层／
ｃｍ
种植
年限
＞０．５ｍｍ
ＴＮ／（ｇ·ｋｇ－１）ＡＮ／（ｍｇ·ｋｇ－１）
０．１０６～０．２５ｍｍ
ＴＮ／（ｇ·ｋｇ－１）ＡＮ／（ｍｇ·ｋｇ－１）
＜０．１０６ｍｍ
ＴＮ／（ｇ·ｋｇ－１）ＡＮ／（ｍｇ·ｋｇ－１）
０ａ ０．４０±０．０９ ７．００±１．０３ ０．２９±０．０８ ４．９０±０．９６ ０．２１±０．１０ ５．２５±１．３０
５ａ ０．２４±０．１０ ２１．５０±５．２１ ０．２９±０．０８ １５．２３±２．１６ ０．３２±０．１１ １１．９０±０．９９
０－２０ １２ａ ０．５２±０．１２ ９．８０±１．９８ ０．４２±０．１８ １０．１５±０．９９ ０．８１±０．１９ ８．７５±０．４９
２２ａ ０．４９±０．１１ ２１．１８±５．６４ ０．１５±０．０５ １１．９０±１．９８ ０．２８±０．１５ １０．３３±１．７３
＞２２ａ ０．２２±０．０７ １１．７３±６．１９ ０．２５±０．１７ １０．６８±４．７０ ０．３０±０．０１ １０．３３±１．７３
０ａ ０．４０±０．０１ ２．８０±１．９８ ０．２４±０．１２ ３．５０±０．４９ ０．２８±０．２６ ５．６０±１．４８
５ａ ０．３１±０．２２ ８．０５±２．４７ ０．２３±０．１１ １５．９３±３．５８ ０．２２±０．１１ ７．７０±１．９４
２０－４０ １２ａ ０．３３±０．０５ １０．８０±２．４０ ０．３５±０．１４ ５．４３±０．７４ ０．２３±０．０３ ８．０５±２．９７
２２ａ ０．２５±０．１７ ４．３８±１．７３ ０．４８±０．３２ １６．８０±２．２９ ０．３５±０．３０ ７．００±１．４５
＞２２ａ ０．２４±０．０７ ８．７５±１．４８ ０．１９±０．０７ ９．９８±０．２５ ０．１７±０．１５ ５．７８±０．２５
２．７ 土壤磷
从表４中可以看出，＞０．５ｍｍ粒径土壤全磷含量为０．３３～１．３８ｇ／ｋｇ，速效磷为７６．３８～１６２．３６ｍｇ／ｋｇ；
０．１０６～０．２５ｍｍ粒径土壤全磷含量为０．５３～１．３５ｇ／ｋｇ，速效磷为５４．７１～１７３．９１ｍｇ／ｋｇ；＜０．１０６ｍｍ粒径
土壤全磷含量为０．５４～１．２６ｇ／ｋｇ，速效磷为７０．１２～１５０．１１ｍｇ／ｋｇ。按照土壤养分含量分级表［２１］，全磷含量
属于中和高等级，速效磷则均属于高和极高等级。０－２０ｃｍ和２０－４０ｃｍ土层土壤全磷含量的变化趋势均为
先升高（０～２２ａ）后降低（＞２２ａ），而土壤速效磷的情况则不相同，由于部分数据的缺失，０－２０ｃｍ土层土壤速
９０１第２期 陈林等：荒漠草原区不同粒径土壤理化性质对苜蓿种植年限的响应
效磷含量呈先升高后降低的趋势，而２０－４０ｃｍ土层土壤速效磷则表现为升－降－升－降的“Ｍ”型波动。
表４ 不同种植年限苜蓿地表层不同粒径土壤ＴＰ、ＡＰ的比较
土层／
ｃｍ
种植
年限
＞０．５ｍｍ
ＴＰ／（ｇ·ｋｇ－１） ＡＰ／（ｍｇ·ｋｇ－１）
０．１０６～０．２５ｍｍ
ＴＰ／（ｇ·ｋｇ－１） ＡＰ／（ｍｇ·ｋｇ－１）
＜０．１０６ｍｍ
ＴＰ／（ｇ·ｋｇ－１） ＡＰ／（ｍｇ·ｋｇ－１）
０ａ ０．５０±０．０５ ８５．００±２６．６７ ０．５３±０．０７ ５４．７１±１１．３０ ０．５４±０．１０ ７５．１７±２０．４２
５ａ ０．６２±０．１２ １３３．２８±１５．４７ ０．６３±０．０６ ８３．８５±１３．３２ ０．６７±０．０３ １０４．８８±１３．７６
０－２０ １２ａ １．０１±０．０８ １６２．３６±１３．７６ １．０７±０．１９ １３８．２７±１１．５３ ０．７８±０．０３ ７４．２２±１５．２９
２２ａ １．０８±０．１０ ７６．３８±２６．３８ ０．９６±０．０３ ６５．４４±１６．８５ ０．９８±０．０６ ７０．１２±１９．６８
＞２２ａ ０．３３±０．０１ － ０．６３±０．０８ － ０．８１±０．０７ －
０ａ ０．５６±０．０９ ９５．０５±２１．７７ ０．６０±０．０４ １０３．７２±２３．７４ ０．６９±０．０３ ７５．３３±１６．４５
５ａ ０．９７±０．０６ １３４．４３±２３．２０ ０．９２±０．０６ １６６．０４±２４．０２ ０．９６±０．０７ １５０．１１±１７．０８
２０－４０ １２ａ １．３８±０．０５ １１１．６１±２３．３２ １．３５±０．０３ ９１．７８±１７．２５ １．２６±０．０２ ９０．０９±２８．４９
２２ａ １．２９±０．０６ １４０．６９±１６．０３ １．１２±０．０７ １７３．９１±１２．２９ １．１６±０．０７ ９９．９９±２５．４７
＞２２ａ ０．８７±０．０３ ９９．５７±２１．６９ ０．８７±０．０９ １３０．３３±１４．５１ １．０４±０．０７ １１４．３５±１３．７３
不同土层中，０－２０ｃｍ土层中＞０．５ｍｍ，０．１０６～０．２５ｍｍ和＜０．１０６ｍｍ粒径的土壤全磷含量均显著低
于２０－４０ｃｍ土层（ｐ＜０．０５），而土壤速效磷则不一致。在０～５ａ，２０－４０ｃｍ土层土壤速效磷显著高于０－２０
ｃｍ土层（ｐ＜０．０５），１２～２２ａ间则无显著差异（ｐ＞０．０５），苜蓿明显退化后（＞２２ａ），２０－４０ｃｍ土层土壤速效
磷又显著高于０－２０ｃｍ土层（ｐ＜０．０５）。不同粒径间，土壤全磷含量无显著差异（ｐ＞０．０５），除１２ａ中０－２０
ｃｍ土层中＜０．１０６ｍｍ粒径的土壤速效磷含量显著低于其他两个粒径外，土壤速效磷含量间均无显著差异（ｐ
＞０．０５）。
３ 结论与讨论
（１）在０－２０ｃｍ和２０－４０ｃｍ中，０．２５～０．５ｍｍ和０．１０６～０．２５ｍｍ的颗粒含量较高，０．５～１ｍｍ，１～２
ｍｍ和＞２ｍｍ次之，＜０．１０６ｍｍ最小，属于沙壤土类型，在一定程度上反映了研究区典型的沙化土壤特征。
在０－２０ｃｍ和２０－４０ｃｍ土层中，＞０．１０６ｍｍ的各粒径颗粒在不同年限间没有明显的关系，这意味着土壤
质地主要还是继承母质的特征，而种植苜蓿在一定的时期内（＜２２ａ）对土壤质地不会产生显著的影响。而在０
－２０ｃｍ和２０－４０ｃｍ土层中，种植苜蓿后的样地内，＜０．１０６ｍｍ的颗粒含量均较草地（０ａ）土壤颗粒的含量
高，这可能是由于种植苜蓿后其发达的根系对土壤的影响，土壤机械结构发生了变化［８］，也可能是在生长期内
苜蓿根系分泌物质一定程度上促进土壤颗粒的细粒化。
（２）不同粒径土壤理化性质有所不同，总体来看，研究区不同粒径间的ｐＨ、ＥＣ、有机质、全氮、碱解氮、全磷
和速效磷在同一种植年限间均无显著差异（ｐ＞０．０５），但＞０．５ｍｍ和＜０．１０６ｍｍ粒径的土壤活性有机碳含
量均显著高于０．１０６～０．２５ｍｍ粒径（ｐ＜０．０５）。因此，在今后的实验分析中，通过预处理后测定ｐＨ、ＥＣ、有
机质、全氮、碱解氮、全磷和速效磷时，可不用考虑土壤样品粒径大小，但测定土壤活性有机碳时，必须根据实验
目的和要求进行土壤预处理。当然土壤理化性状还与其他因素有关，不能单纯运用土壤粒径变化片面分析。
（３）随种植苜蓿年限增加，土壤有机质含量增大，但差异不显著（ｐ＞０．０５），当苜蓿严重退化后（＞２２ａ），土
壤有机质含量则显著降低（ｐ＜０．０５），这主要是苜蓿的侧根和毛细根增多，由于苜蓿根系新老交替的过程中的
残留根系、腐殖质归还养分等，随生长年限的延长，改善了土壤的物理性质，使土壤有机质含量提高［２３］，也可能
是由于苜蓿根部会产生一些有机分泌物，且苜蓿生物量较大，枯枝落叶及根系残茬归还到土壤中有较多的有机
物质，对土壤有机质可以进行一定程度的补偿，从而使有机质含量增加，但当苜蓿衰退后，草地对土壤有机质的
归还量不能抵消作物生长所消耗的量，因此致使土壤有机质含量减少。但任晶晶等［２２］的研究结果表明，种植
苜蓿并不一定促进土壤有机质的累积，主要是因为受苜蓿根系吸收特征的影响以及不同地区、不同生长时期的
苜蓿对土壤有机质的归还情况也不尽相同。０－２０ｃｍ和２０－４０ｃｍ土层土壤全磷含量的变化趋势均为先升
高（０～２２ａ）后降低（＞２２ａ），而０－２０ｃｍ土层土壤速效磷含量呈先升高后降低的趋势，２０－４０ｃｍ土层土壤
速效磷则表现为升－降－升－降的“Ｍ”型波动，这主要是由于苜蓿是需磷量较多的作物，随苜蓿生长年限增
加，各土层土壤的速效磷含量均有所下降。本研究区豆科植物根系的固氮作用能使土壤Ｎ含量提高并没有在
表层（０－４０ｃｍ）土壤中体现，可能与本研究区属风沙区，土壤养分含量受气候因素的影响较大有关，常年的大
风和暴雨级的降水致使上层土壤养分流失和下移严重，加之土壤氮易流失，故不同苜蓿种植年限表层土壤氮含
量的波动较大，同时，紫花苜蓿提高土壤全氮含量可能是因为其能提高深层土壤ＮＨ＋４ －Ｎ含量［１０］。
０１１ 水土保持学报 第２８卷
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