全 文 ：收稿日期：!""#$"%$"& 接受日期：!""#$"’$’%
基金项目：国家农业部 ()&项目（!""%$’#!）；农业部农业结构调整重大技术研究专项项目（!""!$"($"!*）；
国家“十一五”旱地农业支撑计划资助。
作者简介：万素梅（%(+&—），女，新疆阿克苏阿拉尔人，副教授，在读博士，主要从事旱区农业资源的教学与研究工作。
,-./01：2/345.607%"8%+’9 :;.。! 通讯作者 ,-./01：<=0>5/38 ?;.@ :;.
黄土高原半湿润区苜蓿草地土壤氮素消耗
特征研究
万素梅%，!，韩清芳%，胡守林!，贾志宽%!，杨宝平%
（%西北农林科技大学干旱半干旱农业研究中心，陕西杨凌 #%!%""；
! 塔里木大学植物科技学院，新疆阿拉尔 &)’’""）
摘要：本文研究了黄土高原地区生长年限分别为 ) /、+ /、%" /、%! /、%& /及 !+ /苜蓿草地土壤氮素的变化特征。结
果表明，在 "—%""" :.土层，不同生长年限苜蓿草地土壤全氮与碱解氮含量均呈现规律性的变化，即随土层深度的
增加，全氮及碱解氮含量下降，’7" :.土层以下，变化趋势平缓。在 "—!"" :.土层，!+ /苜蓿草地全氮、碱解氮含
量低于 ) /、+ /苜蓿草地，高于 %" /、%! /苜蓿草地；在 !""—%""" :.土层，土壤全氮、碱解氮含量在不同生长年限之
间差异不大，表明苜蓿生长超过一定年限，土壤氮素有一定恢复，但受土壤氮素累计消耗的影响，只能使土壤上层
的氮素逐步得到恢复，而深层土壤氮素难以恢复；苜蓿草地有机碳与全氮、碱解氮及 A B C之间均为正相关关系。
苜蓿生长 + /以后，应对苜蓿草地进行合理施肥，以维持苜蓿草地的氮素平衡。
关键词：土壤有机质；土壤全氮；碱解氮；苜蓿草地；半湿润区
中图分类号：D7)%9"+；D%7&9’ 文献标识码：* 文章编号：%""&$7"7E（!""&）"%$""&)$"+
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苜蓿种植多年后，深层土壤水分出现的强烈亏
缺以及随之而产生的土壤养分缺乏问题，导致黄土
高原地区苜蓿草地大面积衰退［%］。草地养分能否得
到及时补偿和恢复，这一重要的科学问题越来越受
植物营养与肥料学报 !""&，%)（%）：&) $ &(
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
[1/3? C5?T0?0;3 /3U \6T?010<6T D:063:6
到人们的关注，并成为黄土高原地区能否大面积发
展人工草地的战略性决策问题。研究苜蓿草地土壤
氮素消耗规律，对该区苜蓿草地合理施肥、农业持续
发展及生态环境恢复有重要的理论意义。
氮素是植物生长必需的大量元素，氮素缺乏会
影响植物的产量。目前国内外对土壤氮素及其影响
因素的相关研究较多［!"#］。研究表明，土壤氮素的
含量、形态和分布受多种因素的影响，长期种植作物
条件下，土壤中氮素分布发生了很大变化［$"%］。樊
军等［&］研究了黄土高原沟壑区人工草地土壤剖面氮
素含量与分布，结果显示，连续种植苜蓿会显著消耗
土壤氮素；而张春霞的研究表明［’］，连续种植 $ 年
苜蓿，土壤氮素含量最低，此后随生长年限延长，氮
素含量有所提高；刘晓宏的研究结果表明［()］，长期
种植苜蓿对土壤深层 *+", "*造成不同程度的亏缺，
但土壤 *-.# "*含量较高；由于土壤结构以及植物
根系分布状况，不同土层氮素含量存在显著差异，其
季节性变化过程也明显不同［((］。
尽管国内外对土壤氮素的相关研究较多，但针
对苜蓿草地土壤氮素的研究存在以下不足：（(）不
施肥情况下，苜蓿连续种植多年后，对土壤氮素空间
分布特征缺乏系统研究；（!）以前的研究大都局限
于耕层土壤氮素的消耗，而对土壤深层，特别是与根
系分布深度相适应土层中土壤氮素的消耗很少涉
及。植物根系吸收的氮素并不完全集中在耕层，还
有相当一部分来自于土壤深层［,］。因此，测定耕层
土壤氮素的消耗无法反映深层情况，从而难以全面
表征土壤氮素的分布特征。为此，本研究采集生长
年限分别为 # /、0 /、() /、(! /、(& /、!0 /的苜蓿草地
土壤样品，系统研究了 )—())) 12土层的土壤氮素
变化规律，以期能系统地反映不同生长年限苜蓿对
深层土壤氮素的消耗规律，为黄土高原地区草田轮
作、苜蓿草田管理及土壤—作物系统的氮素管理提
供科学依据。
! 材料与方法
!"! 研究区概况与土样采集
试验在甘肃省农科院镇原试验站进行。该试验
点位于陇东高原，地处北纬 ,$3,)4，东经 ()%3!’4 ，海
拔高度 (!%’ 2，属北方半湿润偏旱一熟区，为黄土
高原沟壑区的典型区域。区域日照充足，年总辐射
量（$5$#!$50$）6 ()$ 7 8 12!，年日照时数 !#))!!0))
9，日照百分率 $$:，年平均气温 &5,;，最高温度
,%5!;，最低温度 " !)5&;。无霜期 (0$ <，干燥度
(5(%。多年平均降水量 $#) 22，降水量年内分布不
均匀，$#: 以上的降水量集中在 %!’月。年均蒸
发量 (0,&5, 22，土壤凋萎湿度 %:。地下水埋深 0)
!()) 2，是典型的旱作雨养农业区。本研究区土
壤类型为发育良好的覆盖黑垆土，质地为中壤
土［(!］。
自 (’&)年以来，研究区域进行了大规模的植被
恢复研究，苜蓿被作为黄土高原地区植被恢复的首
选草种。目前该区域有 (!!0 /不同生长年限的紫
花苜蓿草地。根据资料记录和实地调查，选取生长
年限分别为 # /、0 /、() /、(! /、(& /、!0 /的紫花苜蓿
草地为研究对象，以荒地为对照（=>），共 %个样地，
荒地临近苜蓿草地，为从未垦殖过的生荒地。选择
的不同生长年限苜蓿草地位于同一塬面，立地条件
相同，其初始养分含量与目前的荒地（) 年）基本一
致。试验地自播种至今，均未施肥。
于 !))0年 # 月苜蓿分枝初期，采集土壤样品。
在各处理区，选取具代表性的样点 ,个，取样深度为
)—())) 12。用土钻分层取样，)—!)) 12土层，每
!) 12一个层次样，!))—())) 12土层，每 $) 12一
个层次样，同层土样混合均匀。自然风干后，部分土
样磨细过 )5(#’ 22筛孔，用于测定有机碳、全氮；部
分土样过 ( 22筛孔，用于测定碱解氮含量。
!"# 分析方法
分析项目为有机碳（?+=）、全氮（@*）和碱解氮
（A*）。其中土壤有机碳采用重铬酸钾容量法—外
加热法测定（油浴温度为 (&);，沸腾 $ 2BC），全氮采
用半微量开氏法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定
（用 (5) 2DE 8 F */+-水解土壤，使潜在有效氮碱解
转化为 *-,，被 -,G+,所吸收，用标准酸滴定）［(,］。
!"$ 数据处理
所有试验数据采用 HI=HF 进行统计处理，
?A?&5)进行方差分析及新复极差测验［(#"($］。
# 结果与分析
#"! 苜蓿草地土壤有机质垂直变化规律
土壤有机质对维持土壤养分平衡和提高有效态
养分起着非常重要的作用。不同处理 )—())) 12
土层有机质含量变化规律见图 (。由图 ( 可以看
出，随苜蓿生长年限的延长，有机质含量降低。有机
质含量最高的是 0 /，为 %5(( J 8 KJ，其次是 () /、(! /、
!0 /，分别为 05’$ J 8 KJ、05#’ J 8 KJ 和 05,& J 8 KJ，# /
为 05)# J 8 KJ，(& /有机质含量最低，只有 $5(0 J 8 KJ，
荒地有机质含量与 () /相当，为 05’’ J 8 KJ。
$&(期 万素梅，等：黄土高原半湿润区苜蓿草地土壤氮素消耗特征研究
从 !—"!! #$土层看，有机质含量较高的是% &、
’ &，超过 ()! * + ,*，"’ &与 -! &有机质含量相等，为
.)/! * + ,*；有机质含量最低的是荒地，只有 .)-.
* + ,*，比所有年限低 !)!’!")’" * + ,*。在土壤深层
（"!!—-!!! #$），有机质含量远低于 !—"!! #$ 土
层，低 !).’!%)0. * + ,*。
不同生长年限苜蓿草地对土壤有机质的消耗存
在差异，且随着土层的加深，有机质含量逐渐降低，
苜蓿生长至 "’ &时，就会衰败，地上生物量减少，对
养分的吸收也减少，同时根系庞大，由枯枝落叶和根
系归还到土壤中的有机质增多，使有机质含量得到
恢复，因此 "’ &苜蓿地的有机质含量高于 -( &。
图 ! 不同生长年限苜蓿草地土壤有机质垂直变化
"#$%! &’()$*+ ,- +,#. ,/$()#0 1(22*/ #) $/(++.()3+ 4#2’ (.-(.-(+ $/,4#)$ -,/ 3#--*/*)2 .*)$2’+ ,- 2#1*
565 苜蓿草地土壤全氮垂直变化规律
土壤全氮含量在不同处理 !—-!!! #$土层呈
现规律性的变化（图 "），随土层深度的增加，全氮含
量下降，在 "!!—0!! #$土层，达到全层的最低值，
土壤全氮含量仅为 !)"00!!)"/1 * + ,*；01! #$土层
以下，全氮含量变化趋势平缓，基本稳定在 !)00%
! !)0’! * + ,* 之间。不同生长年限苜蓿草地土壤
全氮含量在 (!!—/!! #$土层出现了一个氮素低谷
值（比上下层低 !)!"!!)-"0 * + ,*）。
从 !—"!! #$土层看，% & 的全氮含量最高，为
!)’"’ * + ,*，其次是 ’ &、-( &、"’ &，分别为 !)1/1
* + ,*、!)1(0 * + ,*、!)1.- * + ,*；-!&、-"& 全氮含量较
低，分别为 !)1"0 * + ,*、!)%// * + ,*；全氮含量最低的
是荒地，只有 !)%’! * + ,*，分别比 % &、’ &、-( &、"’ &
低 !)---! !)-’’ * + ,*。在土壤深层（"!!—-!!!
#$），所有处理的全氮含量差异不大，均为 !)0% * + ,*
左右。
以上分析表明，不同生长年限苜蓿草地对土壤
养分的消耗存在差异，且随着土层的加深，全氮含量
逐渐降低。从 !—-!!! #$土层看，全氮含量较高的
是 % &、"’ &及 -( &，分别为 !)%%. * + ,*、!)%0% * + ,*、
!)%00* + ,*，’ &、-! &、-" &全氮含量超过 !)%! * + ,*，
全氮含量最低的是荒地，只有 !)0/. * + ,*。
567 苜蓿草地土壤碱解氮含量与分布
土壤碱解氮含量是土壤有效氮的指标，代表土
壤供氮强度。由图 0可以看出，碱解氮含量的变化
趋势与土壤全氮基本一致，即随土层深度的增加，含
量逐渐降低。"!! #$土层以下碱解氮含量变化平
缓，趋于稳定。
在 !—-!!! #$土层范围内，不同生长年限苜蓿
草地的碱解氮含量存在差异。随苜蓿生长年限的延
长，碱解氮含量降低。碱解氮含量较高的是 % &、’
&，分别为 -/)1! $* + ,*、-()%( $* + ,*，其次是 -! &、"’
&、-" &，分别为 -1)(0 $* + ,*、-1)./ $* + ,* 和 -1)"!
$* + ,*，-( & 为 --)"0 $* + ,*。所有生长年限苜蓿草
地碱解氮含量均高于荒地（-!)"( $* + ,*），比荒地高
!)/’!/)(! $* + ,*。
在 !—"!! #$土层，% &、’ &碱解氮含量较高，分
别为 ".)’% $* + ,*、0!)’. $* + ,*，其次为 "’ &、-! &及
-" &，分别为 "0)%/ $* + ,*、"")/- $* + ,* 和 "")%"
$* + ,*，-( &为 -’)/( $* + ,*，碱解氮含量最低的是荒
地，只有 --)/- $* + ,*；"!!—-!!! #$土层，除-( &苜
蓿草地碱解氮含量低于荒地外，其余各年限均高于
荒地。
’( 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 -%卷
图 ! 不同生长年限苜蓿草地土壤全氮垂直变化
"#$%! &’()$* +, -+#. /+/(. 0 #) /’* $1(--.()2- 3#/’ (.,(.,(- $1+3#)$ ,+1 2#,,*1*)/ .*)$/’- +, /#4*
图 5 不同生长年限苜蓿草地土壤碱解氮垂直变化
"#$%5 &’()$* +, -+#. (6(#.(7.* 0 #) /’* $1(--.()2- 3#/’ (.,(.,(- $1+3#)$ ,+1 2#,,*1*)/ .*)$/’- +, /#4*
5 讨论
589 土壤有机质
土壤有机质对维持土壤养分平衡和提高有效态
养分起着非常重要的作用［!"］。#$%% 和 &’$(%［!)］报
道，在半湿润区，长期种植苜蓿不会增加土壤有机
质。但是，有研究得出了相反的结论，如 *+,-$ 与
./+%0/1［!2］的研究结果表明，苜蓿种植 )年以后土壤
有机质增加 345。本研究中，不同生长年限苜蓿草
地土壤有机质差异极显著，6 $、" $、!7 $、!3 $、3" $
的土壤有机质比荒地增加 48"5!!25，此结论与
*+,-$ 和 ./+%0/1的结论一致。刘世全［!9］研究表明，
土壤全氮与有机质呈正相关，碱解氮与全氮呈极显
著正相关（1 : 78966!!）。
本试验中，有机质与全氮、碱解氮及 ; < =比之
间均为正相关关系，且有机质与碱解氮呈显著正相
关（1 : 782"69!，17874，4 : 78)46）；有机质与 ;< =比呈
极显著正相关（1 : 789!29!!，1787!，4 : 782)6），土壤全
氮与碱解氮、碱解氮与 ;< =比之间的相关系数分别
为 784)7"、78">77。表明土壤全氮、碱解氮、; < =与
有机质的协同变化趋势明显，土壤有机质含量的提
高，必然导致全氮、碱解氮、; < =比的提高。通过采
取相应的农艺措施，正向选择与有机质正相关的因
素，可以有效提高草地肥力水平。这为苜蓿草地的
管理和合理施肥提供了理论依据。
58! 土壤全氮
土壤全氮含量是土壤肥力的主要指标之一，土
壤中氮素含量的多少主要决定于土壤有机碳含量的
多少，一般来说，这两者之间有平行关系，土壤全氮
含量随着土壤有机质含量的增加而增加。本试验结
)2!期 万素梅，等：黄土高原半湿润区苜蓿草地土壤氮素消耗特征研究
果表明，有机质与全氮、碱解氮之间都呈正相关，全
氮与碱解氮之间也呈正相关关系，这一结论与前人
的结论一致［!"］。
土壤养分的含量和分布，受作物根系吸收特征
的强烈影响而产生分异。荒地地面裸露，只有较少
的杂草，虽然对土壤中养分吸收少，但每年直接和间
接归还到土壤中的有机质也少，因此土壤全氮含量
最低。苜蓿能通过共生固氮，固定大气中游离的氮
气，增加土壤中的氮源。已有研究结果表明，苜蓿每
年固定的 #$为 %&!’&& () * +,$［$&］。因此苜蓿草地
土壤全氮含量高于荒地。但不同生长年限苜蓿草地
对土壤氮素的消耗存在差异，苜蓿种植年限少于 - .
（含 - .）时，地上部生长旺盛，生物量高，通过枯枝落
叶及根系残茬归还到土壤中的有机碳源较多［$!］，同
时根系分布层次相对较浅，对深层土壤氮素消耗少，
因此 &—!&&&/,土层全氮含量较高；随种植年限的
延长，根系分布层次加深，对深层土壤养分吸收较
多，因此土壤全氮含量逐渐降低；苜蓿生长至 !0 .
以后，生长衰败，根系活力下降，对土壤养分的吸收
量减少，同时由于部分根系死亡，从而增加了归还土
壤的有机氮量，土壤中也保持较高的全氮含量，因此
!0 .、$- .苜蓿地土壤全氮含量高于 !& .、!$ .。
!"! 土壤碱解氮
土壤有效养分虽然只占土壤全量养分的一小部
分，但能够被作物直接吸收转化，因此土壤有效养分
的含量直接影响作物的产量。本试验中，在 &!
$&& /,土层，’ .、- .碱解氮含量较高，其次为 $- .、
!& .及 !$ .的，含量最低的是荒地。另外还表现出
随苜蓿生长年限的延长，碱解氮含量降低的明显趋
势。但苜蓿生长至 $- .，由于生长严重衰败，根系活
力下降，对土壤养分的吸收量减少，同时由于部分根
系死亡，从而增加了归还土壤的有机氮量，使土壤中
也保持了较高的碱解氮含量，因此，$- .土壤碱解氮
含量又高于 !& .、!$ .的。说明种植苜蓿对土壤氮
素有增加效应，苜蓿主要依靠深层根系吸收土壤中
的水分和养分。
苜蓿生长超过一定年限，根系活力下降，生物量
减少，进入衰败期，对土壤氮素利用强度减少，土壤
氮素会有一定恢复，但受土壤氮素总体消耗的影响，
恢复速度较慢，只能使土壤上层的氮素逐步得到恢
复，而深层土壤氮素难以恢复。本研究中，在 &—
$&& /,土层，$- . 草地土壤全氮、碱解氮含量低于
’ .、- .，高于 !& .、!$ .的；在 $&&—!&&& /,土层，土
壤全氮、碱解氮含量在不同生长年限之间差异不大，
但深层土壤全氮、碱解氮含量下降。笔者认为，可能
是随着生长年限的延长，苜蓿对土壤氮素的利用已
由表层逐渐转向中、下层。
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