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Alfalfa productivity and plateau characteristics in a gully region of the Loess Plateau

黄土高原沟壑区苜蓿生产力及养分特性的研究



全 文 :书黄土高原沟壑区苜蓿生产力及养分特性的研究
折凤霞1,郝明德1,2,臧逸飞1
(1.西北农林科技大学资源环境学院,陕西 杨凌712100;2.西北农林科技大学水土保持研究所,陕西 杨凌712100)
摘要:在长期定位试验的基础上,研究了黄土高原沟壑区粮草轮作中苜蓿产草量及其养分变化特性。结果表明,苜
蓿产草量一年生最低,为8763kg/hm2,3年生产草量达到最高,为12020kg/hm2,4年生产草量为9665kg/hm2,
开始出现下降。1年生苜蓿对氮、磷、钾的吸收量最低,分别为218kg/hm2,11kg/hm2,105kg/hm2,3年生苜蓿对
磷、钾的吸收量最高,分别为23kg/hm2 和185kg/hm2,比1年生苜蓿吸磷量高109.1%、吸钾量高76.2%;而4年
生苜蓿对氮的吸收量最高,为351kg/hm2,比1年生苜蓿吸氮高61%。土壤有机质、全氮和碱解氮含量逐年增加,
有机质由15.60g/kg增至18.26g/kg,全氮由1.20g/kg增至1.50g/kg,碱解氮由64.74mg/kg增至88.02
mg/kg;土壤全磷、速效磷及速效钾含量逐年下降,全磷由0.86g/kg降至0.76g/kg,速效磷由14.00mg/kg降至
9.27mg/kg,速效钾由70.51mg/kg降至54.35mg/kg。建议在生产中施适量钾肥满足苜蓿高品质、高产量的需
要。
关键词:紫花苜蓿;产草量;养分吸收;土壤肥力
中图分类号:S816.11  文献标识码:A  文章编号:10045759(2013)02031305
  紫花苜蓿(犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪)是高产、优质的多年生豆科苜蓿,被誉为“牧草之王”,苜蓿根系发达,耐干旱,具
有改良土壤、保持水土的功能[1,2]。其强大的根系和固氮功能对土壤中的氮、磷等养分的固定和释放有重要的影
响[3]。前人对苜蓿产草量及其土壤养分已做过大量研究,春亮等[4]和杜世平等[5]研究发现苜蓿播后一直到第5
年间的产量处于上升阶段[6]。徐丽君等[7]通过研究生长1~5年紫花苜蓿人工草地,发现生长4年的苜蓿草地其
各项土壤养分含量高于其他年限的苜蓿草地。潘占兵等[8]通过研究宁南黄土丘陵区旱作3年生、7年生和19年
生苜蓿地土壤肥力的变化特征发现不同旱作年限地土壤综合肥力指数为7年生>3年生>19年生。但多数研究
是在连作年限条件下进行的。通过对粮草轮作中苜蓿的生产力、苜蓿对养分的吸收量以及土壤养分变化特征的
研究,以期为提高黄土高原区苜蓿产草量和培肥土壤提供依据。
1 材料与方法
试验在陕西省长武县中国科学院长武生态试验站进行。该试验区属暖温带半湿润大陆性季风气候,是典型
的雨养农业区。海拔1200m,年均降水578.5mm,年平均气温9.1℃,>10℃年积温为3029℃,无霜期171d,
供试品种为当地农家品种紫花苜蓿,是当地主要的饲料作物。
供试土壤为中壤黄盖粘黑垆土,1984年试验开始时耕层土壤有机质为10.5g/kg、全氮0.80g/kg、碱解氮
37.0mg/kg、全磷0.66g/kg,速效磷3.0mg/kg,速效钾129.3mg/kg,pH8.3。小区面积6.5m×10.3m=67
m2,随机区组设计,统一于每年3月中旬施用氮磷化肥(N120kg/hm2、P2O5120kg/hm2)。
本试验粮草8年轮作区是种植4年苜蓿后,接着种一季马铃薯,再连种3年小麦。本试验主要研究轮作种植
中的不同年限苜蓿,均3次重复。供试苜蓿每年刈割2次,分别为6月中旬、8月下旬,田间管理同大田。
2011年在6月16日、8月23日采集苜蓿植株样品;样品经风干、粗粉碎、混匀后取样装袋密封保存,分析前
再细粉碎(60~70℃烘至恒重)。土样在8月22日采集,按“S”形在每个小区耕层选6点组成1个混合样(0~20
第22卷 第2期
Vol.22,No.2
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
313-317
2013年4月
收稿日期:20120425;改回日期:20120606
基金项目:国家重点基础研究发展计划-西北旱作高产栽培的水分高效利用原理及调控(2009CB118604),国家科技支撑计划重大项目-农田
水土保持工程与耕作关键技术研究(2011BAD31B01)农技推广与体系建设专项经费项目和中国科学院知识创新工程重要方向项目
(KZCX2YWJC408)资助。
作者简介:折凤霞(1987),女,陕西绥德人,硕士。Email:she_fengxia@126.com
通讯作者。Email:mdhao@ms.iswc.ac.cn
cm),2次重复,自然风干,分别过1.00和0.25mm筛。
苜蓿产草量为2茬苜蓿风干生物量之和;土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定;全氮采用凯氏定氮法测
定;全磷采用酸溶-钼锑抗比色法测定;速效氮采用碱解扩散法测定;速效磷采用0.5mol/L碳酸氢钠浸提-钼
锑抗比色法测定;速效钾采用火焰光度法测定,测定结果以风干基表示。植物样品氮、磷、钾含量测定:硫酸-双
氧水消煮法,氮采用凯氏定氮法测定,磷采用钼蓝比色法测定,钾采用火焰光度法测定。采用SPSS13.0软件和
Excel进行数据处理。
2 结果与分析
2.1 产草量
不同轮作年限苜蓿产草量不同(表1),苜蓿产草量随种植年限的延长而增加,增至第3年产草量开始下降,
即1年生苜蓿最低为8763kg/hm2,2年生苜蓿较一年生苜蓿产草量高20%,3年生苜蓿产草量最高,达12020
kg/hm2,较2年生苜蓿产草量高14%,4年生苜蓿产草量较3年生减少20%,降低至9665kg/hm2。
不同轮作年限苜蓿在不同茬次的产草量变化趋势一致(表1),1年生苜蓿第1茬产草量最低,为6571
kg/hm2,2年生苜蓿较1年生苜蓿产草量高17%,3年生苜蓿产草量最高,达8893kg/hm2,较2年生苜蓿产草
量高16%,4年生苜蓿产草量降低至7352kg/hm2,较3年生苜蓿产草量低17%。1年生苜蓿第2茬产草量也是
最低,为2192kg/hm2,2年生苜蓿较1年生苜蓿产草量高30%,3年生苜蓿产草量最高,达3127kg/hm2,较2
年生苜蓿产草量高10%,4年生苜蓿产草量降低至2313kg/hm2,较3年生苜蓿产草量低26%。
不同生长年限第1茬产草量占全年产草量的74%,第2茬产草量占全年产草量的26%,这是茬次生长阶段
的温度、降水和日照时数等气象条件的变化对苜蓿生长的影响。
表1 粮草轮作苜蓿产草量
犜犪犫犾犲1 犉狅狉犪犵犲犮狉狅狆狉狅狋犪狋犻狅狀犪犾犳犪犾犳犪狆犾犪狀狋狔犻犲犾犱
处理Treatments 1茬产量Firstcutting(kg/hm2) 2茬产量Secondcutting(kg/hm2) 年产量 Yield(kg/hm2) 标准差SE
1年生Thefirstyear 6571 2192 8763 78.90
2年生Thesecondyear 7685 2841 10526 20.58
3年生Thethirdyear 8893 3127 12020 100.49
4年生Theforthyear 7352 2313 9665 78.54
2.2 养分吸收
本试验苜蓿对氮的吸收量随种植时间延长呈明显的增加趋势(表2),1年生苜蓿对氮的吸收量最低,为218
kg/hm2,2年生苜蓿吸氮量较1年生苜蓿增加18%,为258kg/hm2,3年生苜蓿吸氮量较1年生苜蓿增加39%,
为302kg/hm2,4年生苜蓿吸氮量较1年生苜蓿增加幅度较大,增加61%,为351kg/hm2。
由于豆科作物特有的固氮特性,使苜蓿对磷的吸收量较强,试验中苜蓿对P的吸收量随年增加,增至第3年
开始下降(表2),即1年生苜蓿对P的吸收量最低,为11kg/hm2,2年生苜蓿对P的吸收量较1年生高55%,3
年生苜蓿对P的吸收量最高,为23kg/hm2,较2年生苜蓿高35%,而4年生苜蓿对P的吸收量较3年生低
30%。
试验苜蓿对K的吸收量相差各异(表2),即1年生苜蓿对K的吸收量最低,为105kg/hm2,2年生苜蓿较1
年生苜蓿高35%,3年生苜蓿对K的吸收量最高,增幅也最大,为185kg/hm2,较2年生苜蓿高30%,4年生苜蓿
对K的吸收量开始下降,比3年生苜蓿低32%。
不同轮作年限苜蓿第1茬对N、P、K吸收量较高,4、5月是苜蓿第1茬生长的适宜时间,此时苜蓿第1茬次
的干物质累积最快,对养分需求量大,同时产量和品质也最高[9]。
2.3 土壤养分变化
苜蓿对土壤养分的利用能力强,自土壤中吸收的养分远较一般作物和牧草高。分析不同轮作年限苜蓿土壤
413 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.2
的肥力状况(表3),土壤有机质呈随种植年限的延长而增加的趋势,即1年生苜蓿土壤有机质含量最低,为15.60
g/kg,2年生苜蓿土壤有机质较1年生高9%,3年生苜蓿较2年生高3%,4年生土壤有机质含量最高,为18.26
g/kg,较3年生苜蓿土壤有机质高4%。
苜蓿土壤氮素同有机质含量变化相同,也呈随种植年限的延长而增加的趋势,即1年生苜蓿土壤氮素含量最
低,土壤全氮含量为1.20g/kg,碱解氮含量为64.74mg/kg,4年生苜蓿土壤氮素含量最高,较1年生苜蓿土壤
全氮和碱解氮分别增加了25%和36%。且苜蓿土壤有机质和全氮、碱解氮之间均为显著正相关关系,相关系数
分别为0.996和0.973,土壤全氮与碱解氮之间相关性也显著,狉=0.966。
表2 粮草轮作苜蓿氮、磷、钾含量及其吸收量
犜犪犫犾犲2 犉狅狉犪犵犲犮狉狅狆狉狅狋犪狋犻狅狀犪犾犳犪犾犳犪犖,犘,犓狌狆狋犪犽犲犪狀犱犻狋狊犮狅狀狋犲狀狋
测定项目
Item
处理
Treatments
养分含量Content(%)
一茬Firstcutting 二茬Secondcutting
养分吸收量Uptake(kg/hm2)
一茬Firstcutting 二茬Secondcutting
总养分吸收量
Total(kg/hm2)
N 1年生Thefirstyear 2.33 2.98 153 65 218
2年生Thesecondyear 2.55 3.05 187 71 258
3年生Thethirdyear 2.69 3.34 207 95 302
4年生Theforthyear 2.73 3.46 243 108 351
P 1年生Thefirstyear 0.11 0.19 7 4 11
2年生Thesecondyear 0.15 0.20 12 6 17
3年生Thethirdyear 0.18 0.21 16 7 23
4年生Theforthyear 0.15 0.20 11 5 16
K 1年生Thefirstyear 1.15 1.34 76 29 105
2年生Thesecondyear 1.31 1.45 101 41 142
3年生Thethirdyear 1.55 1.50 138 47 185
4年生Theforthyear 1.28 1.36 94 31 126
表3 粮草轮作苜蓿土壤肥力情况
犜犪犫犾犲3 犉狅狉犪犵犲犮狉狅狆狉狅狋犪狋犻狅狀狊狅犻犾犳犲狉狋犻犾犻狋狔
处理
Treatments
有机质
Organicmatter
(g/kg)
全氮
TotalN
(g/kg)
碱解氮
AvailableN
(mg/kg)
全磷
TotalP
(g/kg)
速效磷
Availablephosphorus
(mg/kg)
速效钾
Availablepotassium
(mg/kg)
1年生 Thefirstyear 15.60 1.20 64.74 0.86 14.00 70.51
2年生 Thesecondyear 16.93 1.35 71.57 0.85 10.63 68.50
3年生 Thethirdyear 17.52 1.44 79.09 0.82 9.70 61.60
4年生 Theforthyear 18.26 1.50 88.02 0.76 9.27 54.35
  苜蓿为喜磷作物,在生长过程中需要消耗大量的磷素。试验苜蓿土壤磷素含量呈现随轮作年限的延长而降
低的趋势(表3)。不同年限间苜蓿土壤全磷含量差异较小,即1年生土壤全磷含量最高,为0.86g/kg,其次为2
年、3年生苜蓿,分别较1年生苜蓿低1%和5%,全磷含量最低的是4年生苜蓿,为0.76g/kg,比1年生苜蓿低
12%。
土壤速效磷含量差异较大,即1年生土壤速效磷含量明显高于其余3年,高达14.00mg/kg,较2年生苜蓿
土壤速效磷含量高32%,3年和4年生苜蓿较1年生苜蓿土壤速效磷含量低31%和34%。
苜蓿在生长过程中对钾素的消耗由于得不到及时的供给,造成土壤钾素含量差异较大,随着苜蓿生长年限的
延长,土壤钾素呈下降的趋势(表3):1年生土壤速效钾含量最高,为70.51mg/kg,2年生苜蓿土壤速效钾较1
513第22卷第2期 草业学报2013年
年生低3%,3年生苜蓿较2年生低10%,4年生土壤速效钾含量最低,为54.35mg/kg,较3年生苜蓿土壤速效
钾降低12%。
3 结论与讨论
本试验条件下,苜蓿生长4年内产草量较高且稳定,且产草量随种植年限的延长而增加,增至第3年后开始
下降,这可能与苜蓿在轮作条件下的生长有关系。而春亮等[4],曹永红等[10],万素梅等[11]研究发现,在实际生产
中,苜蓿播后一直到第5年间的产草量处于上升阶段且黄土高原区苜蓿产草量最高出现在生长第6年,种植6年
以后产草量开始下降。茬次生长阶段的温度、降水和日照时数等气象条件对苜蓿的生长有很大影响,第1茬苜蓿
平均产草量占全年产草量的74%,第2茬平均产草量仅占全年的26%。
土壤氮素是作物营养的主要给源,在作物所吸收的氮素中,约45%~50%均来自土壤氮素。张少华等[12]的
研究发现1hm2 地的苜蓿1年可固定270kg氮素,相当于825kg硝酸铵,且苜蓿固氮量随种植年限延长而增
加。本试验研究表明,在粮草轮作4年条件下,苜蓿对氮素的吸收量呈现逐年增加的趋势,这与张少华等[12]的研
究结论一致。
杨恒山等[13]发现紫花苜蓿体内磷含量随生长年限的增加而降低。本试验苜蓿对磷的吸收量差异较大,对磷
的吸收量升至第3年后开始下降,即1年生苜蓿对磷的吸收量最低,为11kg/hm2,2年和3年生较1年生苜蓿吸
磷量高55%和109%,4年较3年生苜蓿吸磷量低30%。
本试验苜蓿对钾的吸收量升至第3年后开始下降,变化范围为105~185kg/hm2。苜蓿在生长过程中需要
吸收大量的钾,由于长期钾素得不到供给,使苜蓿钾素养分出现亏缺,因此,生产中必须重视紫花苜蓿磷肥和钾肥
的施用,以满足其持续高产的需要。
由于苜蓿在生长初期需要消耗大量的土壤养分,不能固氮,因此它吸收的养分主要来源于试验地土壤本身,
所以造成1年生苜蓿土壤有机质和氮素含量最低。随着苜蓿生长发育、苜蓿长势渐旺,生理机能增强,根部形成
大量的根瘤菌,具备了固氮能力[14]。虽然苜蓿还在继续吸收利用土壤中的氮素和其他有机养分,但此时苜蓿根
部形成大量的根瘤菌,固氮能力增强,能将空气中的氮素固定到土壤中,同时根系产生一些有机分泌物和部分腐
烂根系,可以增加土壤中的有机质,使土壤有机质和氮素含量不断上升。粮草轮作苜蓿土壤有机质、全氮和碱解
氮含量均呈随种植年限的延长而增加的趋势,且土壤有机质和全氮、碱解氮之间均为显著正相关关系,相关系数
分别为0.996和0.973,土壤全氮与碱解氮之间相关性也显著,狉=0.966。本试验与万素梅等[15],张国盛等[16]研
究发现苜蓿土壤有机质和全氮、碱解氮之间均为显著正相关关系的结论一致。
由于苜蓿生长过程中长期消耗大量速效钾,使速效钾得不到及时供应,是造成苜蓿土壤速效钾含量降低的重
要原因。这与陈宏亮[14],杨恒山等[17]研究结论一致,试验苜蓿土壤磷素和钾素含量随种植年限的延长而下
降[18]。因此,建议在生产中施适量钾肥来提高土壤养分,同时满足苜蓿高品质、高产量的需要。
苜蓿-作物轮作系统不但能克服长时间种植苜蓿造成的物质循环的浪费,而且能维持良好的土壤肥力,促进
土壤氮素的有效利用[19]。同时作物-土壤系统是一个复杂的系统,受自然和人为等多种因素的影响和制约,并
且作物生长变化有一定的季节性、规律性,因此形成了苜蓿-作物轮作制度下,特有的土壤养分动态变化规律,因
此对轮作苜蓿的产草量和肥力特性还有待继续深入研究。
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犃犾犳犪犾犳犪狆狉狅犱狌犮狋犻狏犻狋狔犪狀犱狆犾犪狋犲犪狌犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊犻狀犪犵狌犾狔狉犲犵犻狅狀狅犳狋犺犲犔狅犲狊狊犘犾犪狋犲犪狌
SHEFengxia1,HAOMingde1,2,ZANGYifei1
(1.ColegeofResourceandEnvironmentScience,NorthwestSciTechUniversityofAgricultureand
Forestry,Yangling712100,China;2.InstituteofSoilandWaterConservation,
NorthwestSciTechUniversityofAgricultureandForestry,
Yangling712100,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Alfalfa(犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪)plantyieldandnutrientchangecharacteristicsofforagecroprotationwere
studiedinalongtermexperimentinthegulyregionoftheLoessPlateau.Theoneyear犕犲犱犻犮犪犵狅yieldwas
8763kg/ha(thelowest)andthethreeyear犕犲犱犻犮犪犵狅yieldwas12020kg/ha(thehighest)butthefouryear
yieldfelto9665kg/ha.TheN,P,Kuptake(218,11,105kg/harespectively)inoneyear犕犲犱犻犮犪犵狅wasthe
lowest.TheP,Kuptakeofthreeyear犕犲犱犻犮犪犵狅wasthehighest(23kg/haand185kg/harespectively)and
comparedwithoneyear犕犲犱犻犮犪犵狅,thePuptakewas109.1%higherandtheKuptakewas76.2%higher.The
Nuptakeoffouryear犕犲犱犻犮犪犵狅wasthehighest,about351kg/ha,whichwas61%higherthanoneyear犕犲犱犻
犮犪犵狅.Soilorganicmatter,totalnitrogenandalkalisolutionnitrogencontentincreasedeachyear,organicmat
terincreasedform15.60to18.26g/kg,totalnitrogenincreasedfrom1.20to1.50g/kg,andalkalisolution
nitrogenincreasedfrom64.74to88.02mg/kg.However,soiltotalphosphorus,availablephosphorusandpo
tassiumdeclinedeachyear.Totalphosphorusfelfrom0.86to0.76g/kg,availablephosphorusfelfrom
14.00to9.27mg/kg,rapidlyavailablepotassiumfelfrom70.51to54.35mg/kg.Consequently,theopti
mumamountofpotashinproductionfertilizerisneededtomeettheneedsofhighqualityandhighproduction
ofafalfa.
犓犲狔狑狅狉犱狊:alfalfa;forageyield;nutrientabsorption;soilfertility
713第22卷第2期 草业学报2013年