全 文 ：书垄覆膜集雨种植对二年龄苜蓿草地
土壤养分的影响
寇江涛１，２，师尚礼１，２，周万海１，２，尹国丽１，２，李建伟１，２
（１．甘肃农业大学草业学院，甘肃 兰州７３００７０；２．草业生态系统教育部重点实验室 甘肃省草业工程实验室
中－美草地畜牧业可持续研究中心，甘肃 兰州７３００７０）
摘要：旱作条件下，垄覆膜集雨措施应用于紫花苜蓿种植，垄为集雨区，沟为种植区，研究不同沟垄宽比和覆膜方式
对２年龄苜蓿草地土壤养分影响。结果表明，垄覆膜种植苜蓿第２年返青前、第２茬刈割后，各处理０～２０，２０～４０
ｃｍ土壤全磷（ＴＰ）含量均无显著差异，膜垄、土垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土壤有机质（ＳＯＭ）、全氮（ＴＮ）含量均随着
垄宽度的增大而增加，且膜垄处理０～４０ｃｍ土层ＳＯＭ、ＴＮ、速效氮（ＡＮ）、速效磷（ＡＰ）、缓效钾（ＳＡＫ）、速效钾
（ＡＫ）含量均显著高于土垄处理及ＣＫ（平作），所有处理中 ＭＲ６０、ＭＲ７５土壤养分含量最高。刈割后和返青前相
比，膜垄处理０～４０ｃｍ土层ＳＯＭ的减少量显著低于土垄处理，膜垄处理０～４０ｃｍ土层ＴＮ的增加量及ＡＮ、ＡＰ、
ＳＡＫ、ＡＫ的减少量均显著大于土垄处理；相关性分析表明，各处理０～４０ｃｍ土层ＳＯＭ的减少量与苜蓿的经济产
量呈显著的负相关，０～４０ｃｍ土层ＴＮ的增加量、ＡＰ的减少量、ＡＫ的减少量均与苜蓿的经济产量呈显著的正相
关。说明垄覆膜集雨种植紫花苜蓿能够有效的抑制ＳＯＭ含量的降低，且膜垄的抑制作用大于土垄，同时促进ＴＮ
含量的增加，有效地提高０～４０ｃｍ土壤养分，有利于土壤的可持续利用。
关键词：苜蓿草地；垄覆膜集雨；土壤养分
中图分类号：Ｓ５５１＋．７０６；Ｓ１５８．３　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００４５７５９（２０１１）０５０２０７１０
　 我国西北黄土高原处于半干旱区，是我国北方农牧交错带的北界和雨养农业的下限区，也是生态环境变化的
敏感区，该地区地下水位深，农业生产主要依靠天然降水，几乎没有其他水源［１］，该地区年降水分布不均匀，总量
少且集中在７－９月份，降水形式多以小于５ｍｍ的无效和微效降水或大暴雨为主，径流损失与蒸发损失并存［２］，
这不仅不利于作物对水分的有效吸收，而且会造成大面积的水土流失［３，４］，且该地区地形破碎，土壤侵蚀剧烈，养
分流失严重，土壤贫瘠化较为普遍［５］。因此，干旱缺水、水土流失及严酷的自然条件成为西北黄土高原区生态环
境脆弱和农业生产力低下的主要原因［６］。
研究表明，实施垄沟集雨种植，能够使垄上降水流入沟中，产生水分叠加［７］，同时田间沟垄可以减小风速，抑
制蒸发，提高入渗深度［８］，从而达到蓄积雨水、增加土壤含水量、改善土壤墒情、延长水分有效期和对天然降水资
源实现空间调控，满足作物对水分的生长需求［９１１］。在我国垄覆膜集雨种植的研究和应用多集中在北方干旱半
干旱雨养农业区，这些研究主要针对土壤蓄水供水［１２，１３］、农田水热环境［１４，１５］、水肥效应［１６］以及集雨效率［１７］等方
面，并最终落脚于作物产量，而且大多数垄沟集雨的研究均以一年生农作物为主［１２１５，１８２０］，对多年生牧草的研究
报道较少［９，２１，２２］，对苜蓿草地土壤养分的研究报道更少［２３］。
本研究以我国西北旱地为研究对象，通过垄覆膜集雨种植紫花苜蓿（犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪）试验，研究不同覆膜
方式和不同沟垄宽比处理对二年龄苜蓿草地土壤养分的影响，以探讨该新型种植方式对土壤质量的综合影响，旨
在为我国黄土高原地区发展草田轮作、草地植被和改善生态环境提供科学的理论依据和技术参考，并为提高旱作
苜蓿草地产草量、延长草地高产年限提供有效的途径和方法，对半干旱区旱地牧草种植具有一定的实践指导
意义。
第２０卷　第５期
Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．５
草　业　学　报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ 　　
２０７－２１６
２０１１年１０月
 收稿日期：２０１１０２１８；改回日期：２０１１０５２３
基金项目：农业部行业专项“牧区优质高效饲草生产利用技术研究与示范”（２０１００３０２３），全国种质资源保种（ＮＢ２１３０１３５）和国家现代牧草产
业技术体系建设专项（ＣＡＲＡ３５）资助。
作者简介：寇江涛（１９８６），男，甘肃镇原人，在读硕士。Ｅｍａｉｌ：ｋｏｕｊｉａｎｇｔａｏ＠ｓｔ．ｇｓａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｓｈｉｓｈｌ＠ｇｓａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
１　材料与方法
１．１　试验区基本概况与自然条件
试验于２００８年４月－２００９年１０月在甘肃省永登县武胜驿镇霍家湾村（３６．７３°Ｎ，１０３．２５°Ｅ）进行，该区海
拔２６２４ｍ，属典型的大陆性气候，处于半干旱区，年降水量２３０．０～４３５．８ｍｍ，年蒸发量１２３０．４～１８７９．８ｍｍ。
年平均日照２６５９．３ｈ，年最低气温－２８．１℃，最高气温３４．３４℃，年平均气温５．９℃，年平均相对湿度５６％，干燥
度３．１，年均无霜期１２１ｄ。全年多为西北风，夏季阴雨天气亦有东南风，风力一般２～４级，最大９级，频率１９％，
年均风速２．３ｍ／ｓ，定时最大风速２０ｍ／ｓ，８级以上大风年均１１．３ｄ，最多年份达２６ｄ。境内沟壑纵横，气候干
燥，植被稀少，土壤为钙砾土，土质疏松。试验地前茬作物为冬小麦（犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿），０～４０ｃｍ土层有机质
３２．００ｇ／ｋｇ、全氮２．１４ｇ／ｋｇ、速效氮１１５．１４ｍｇ／ｋｇ、全磷０．８７ｇ／ｋｇ、速效磷３６．５４ｍｇ／ｋｇ、速效钾２１４．１２
ｍｇ／ｋｇ。２００９年苜蓿生长期（４月１０日－９月２０日），试验区降水量为２１１．９ｍｍ，为干旱年份。
１．２　试验设计
供试品种为陇东紫花苜蓿（犕．狊犪狋犻狏犪ｃｖ．ＬｏｎｇＤｏｎｇ），采用垄沟种植方式，垄为集雨区，沟为种植区。设覆
膜垄和土垄２种集雨面处理，集雨垄坡度４０°，垄高２５ｃｍ，覆膜垄上覆盖宽１．２ｍ、厚０．０８ｍｍ的塑料薄膜，边缘
用土固压，以防被风损害；土垄为人工原土夯实。试验设９个处理（４种沟垄宽比×２种垄覆盖方式＋１对照），其
中对照（ＣＫ）为平作，４种沟垄宽比（沟宽：垄宽）为６０ｃｍ∶３０ｃｍ、６０ｃｍ∶４５ｃｍ、６０ｃｍ∶６０ｃｍ 和６０ｃｍ∶７５
ｃｍ。苜蓿出苗前期，种植区全部进行小麦秸秆覆盖。小区随机排列，每处理重复３次，垄长６ｍ，每小区有４条垄
３条沟，试验小区编号分别为 ＭＲ３０、ＭＲ４５、ＭＲ６０、ＭＲ７５、ＳＲ３０、ＳＲ４５、ＳＲ６０、ＳＲ７５、ＣＫ，其中 ＭＲ 为膜垄
（ｍｕ１ｃｈｉｎｇｒｉｄｇｅ），ＳＲ为土垄（ｓｏｉｌｒｉｄｇｅ），ＣＫ为平作。小区面积及编号见表１。
表１　试验设计参数
犜犪犫犾犲１　犜犺犲犱犲狊犻犵狀狆犪狉犪犿犲狋犲狉狊狅犳犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋
编号
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
沟垄宽比
Ｆｕｒｒｏｗ∶Ｒｉｄｇｅ（ｃｍ）
小区面积
Ｐｌｏｔａｒｅａ（ｍ２）
产流面积
Ｒｕｎｏｆｆａｒｅａ（ｍ２）
沟面积
Ｆｕｒｒｏｗａｒｅａ（ｍ２）
垄覆盖方式
Ｐａｄｍａｔｅｒｉａｌｃｏｖｅｒｅｄｒｉｄｇｅ
ＭＲ３０ ６０∶３０ １８．０ ７．２ １０．８ 覆膜Ｐｌａｓｔｉｃｃｏｖｅｒｅｄ
ＭＲ４５ ６０∶４５ ２１．６ １０．８ １０．８ 覆膜Ｐｌａｓｔｉｃｃｏｖｅｒｅｄ
ＭＲ６０ ６０∶６０ ２５．２ １４．４ １０．８ 覆膜Ｐｌａｓｔｉｃｃｏｖｅｒｅｄ
ＭＲ７５ ６０∶７５ ２８．８ １８．０ １０．８ 覆膜Ｐｌａｓｔｉｃｃｏｖｅｒｅｄ
ＳＲ３０ ６０∶３０ １８．０ ７．２ １０．８ 原土夯实Ｒｉｄｇｅｃｏｍｐａｃｔｅｄｗｉｔｈｓｏｉｌ
ＳＲ４５ ６０∶４５ ２１．６ １０．８ １０．８ 原土夯实Ｒｉｄｇｅｃｏｍｐａｃｔｅｄｗｉｔｈｓｏｉｌ
ＳＲ６０ ６０∶６０ ２５．２ １４．４ １０．８ 原土夯实Ｒｉｄｇｅｃｏｍｐａｃｔｅｄｗｉｔｈｓｏｉｌ
ＳＲ７５ ６０∶７５ ２８．８ １８．０ １０．８ 原土夯实Ｒｉｄｇｅｃｏｍｐａｃｔｅｄｗｉｔｈｓｏｉｌ
ＣＫ － ２１．６ ０ ０ 　　　　－
１．３　田间管理
试验地于２００８年４月１３日播种，在每小区沟内条播４行紫花苜蓿，行距１５ｃｍ，播种深度１～２ｃｍ，播种量
２２．５ｋｇ／ｈｍ２。播种前施基肥，基肥用量：纯Ｎ［ＣＯ（ＮＨ２）２，含氮４６％］和纯Ｐ（重过磷酸钙，含Ｐ２Ｏ５４６％）的用量
分别为３４．５ｋｇ／ｈｍ２ 和８０．０ｋｇ／ｈｍ２。田间无灌溉，播种后松土，人工除莠，以免苜蓿幼苗受杂草的危害。
１．４　测定项目
１．４．１　干草产量　第１茬苜蓿于盛花期（２００９／７／１１）刈割，第２茬苜蓿于初花期（２００９／９／２０）刈割，每小区随机
选取３个０．６ｍ×１．０ｍ样方，留茬高度５ｃｍ，刈割后放在１０５℃的烘箱中杀青１５ｍｉｎ，之后置于６０℃下烘至恒
重（２４ｈ），冷却后取出称重，求平均值，折算成每公顷的干草重量。用全部种植面积（即小区面积＝沟面积＋垄面
积）计算干草产量。
８０２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１１） Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．５
１．４．２　土壤养分　于苜蓿种植第２年返青前（２００９／４／１０）、第２茬苜蓿初花期（２００９／９／２０）刈割后，各小区内按
“Ｓ”型设置３个采样点（取样点均分布在种植沟内），分别用土钻取０～２０，２０～４０ｃｍ土样，将同一层次３个土样
均匀混合使成为１个混合样，带回实验室风干、去杂、过筛后待测定。
土样分析在甘肃农业大学草业学院草业生态系统教育部重点实验室进行，测定方法如下［２４］：有机质（ＳＯＭ）
－重铬酸钾容量法（外加热法）、全氮（ＴＮ）－半微量凯氏法、全磷（ＴＰ）－ＨＣｌＯ４－Ｈ２ＳＯ４ 法、速效氮（ＡＮ）－碱解
扩散法、速效磷（ＡＰ）－０．５ｍｏｌ／ＬＮａＨＣＯ３ 法、速效钾（ＡＫ）－ＮＨ４ＯＡｃ浸提（火焰光度法）、缓效钾（ＳＡＫ）－
１ｍｏｌ／Ｌ热 ＨＮＯ３ 浸提（火焰光度法）。
１．５　数据处理
采用Ｅｘｃｅｌ２００３进行数据处理和图表绘制，并采用ＳＰＳＳ软件进行统计分析。
２　结果与分析
２．１　不同集雨处理对土壤有机质的影响
返青前、刈割后，膜垄、土垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＳＯＭ含量均随着垄宽度的增加而增大，而且膜垄处
理０～２０，２０～４０ｃｍ土层平均ＳＯＭ含量显著高于土垄处理和ＣＫ（图１）。
返青前，膜垄处理之间０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＳＯＭ 含量差异不显著，但均显著高于ＣＫ，ＭＲ４５、ＭＲ６０、
ＭＲ７５均显著高于土垄处理；土垄处理之间０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＳＯＭ含量差异不显著，ＳＲ６０、ＳＲ７５０～２０ｃｍ
土层ＳＯＭ含量显著高于ＣＫ，ＳＲ３０、ＳＲ４５与ＣＫ差异不显著，土垄处理２０～４０ｃｍ土层ＳＯＭ含量均与ＣＫ差异
不显著。刈割后，ＭＲ４５、ＭＲ６０、ＭＲ７５０～２０ｃｍ土层ＳＯＭ含量差异不显著，均显著高于 ＭＲ３０及土垄处理；膜
垄处理之间２０～４０ｃｍ土层ＳＯＭ含量差异不显著，ＭＲ４５、ＭＲ６０显著高于土垄处理；膜垄、土垄各处理０～２０，
２０～４０ｃｍ土层ＳＯＭ含量均显著高于ＣＫ。
图１　不同集雨处理０～２０，２０～４０犮犿土壤有机质含量
犉犻犵．１　犛狅犻犾狅狉犵犪狀犻犮犿犪狋狋犲狉（犛犗犕）犻狀０狋狅２０犪狀犱２０狋狅４０犮犿狊狅犻犾犾犪狔犲狉狊犪犿狅狀犵犱犻犳犳犲狉犲狀狋狉犪犻狀犳犪犾犺犪狉狏犲狊狋犻狀犵狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
不同字母表示差异显著（犘＜０．０５）Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｔｔｅｒｓｍｅａｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｔ犘＜０．０５．
　　刈割后与返青前相比，膜垄、土垄处理及ＣＫ０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＳＯＭ含量均显著降低，膜垄处理０～２０，
２０～４０ｃｍ土层平均ＳＯＭ含量分别降低７．８０％，９．２７％，土垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层平均ＳＯＭ 含量分别
降低１１．１９％，１０．１２％，ＣＫ０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＳＯＭ含量分别降低１５．３０％，１６．７１％。
２．２　不同集雨处理对土壤全氮、速效氮的影响
返青前、刈割后，膜垄、土垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＴＮ含量均随着垄宽度的增大而增加，而且膜垄处理
０～２０，２０～４０ｃｍ土层平均ＴＮ含量显著高于土垄处理和ＣＫ（图２）。返青前，膜垄处理之间０～２０，２０～４０ｃｍ
土层ＴＮ含量差异不显著，均显著高于ＣＫ；土垄处理之间０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＴＮ含量差异不显著，且均与
ＣＫ无显著差异。刈割后，膜垄、土垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＴＮ含量均显著高于ＣＫ。刈割后与返青前相
比，除ＣＫ外，膜垄和土垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＴＮ含量均显著提高，膜垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层平
均ＴＮ含量分别提高１２．７１％，１１．２６％，土垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层平均 ＴＮ含量分别提高８．４５％，
９．８０％。表明垄覆膜集雨种植能够显著提高土壤全氮含量，而且膜垄处理的增幅明显大于土垄处理。
９０２第２０卷第５期 草业学报２０１１年
图２　不同集雨处理０～２０，２０～４０犮犿土层土壤全氮、速效氮含量
犉犻犵．２　犜狅狋犪犾狀犻狋狉狅犵犲狀（犜犖）犪狀犱犪狏犪犻犾犪犫犾犲狀犻狋狉狅犵犲狀（犃犖）犮狅狀狋犲狀狋狊犻狀０狋狅２０犪狀犱２０狋狅４０犮犿狊狅犻犾犾犪狔犲狉狊
犪犿狅狀犵犱犻犳犳犲狉犲狀狋狉犪犻狀犳犪犾犺犪狉狏犲狊狋犻狀犵狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
　　返青前、刈割后，膜垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＡＮ含量均显著高于ＣＫ，而且膜垄处理显著高于土垄处
理。返青前，土垄处理０～２０ｃｍ土层ＡＮ含量均显著高于ＣＫ，ＳＲ６０、ＳＲ７５处理２０～４０ｃｍ土层ＡＮ含量显著
高于ＣＫ，ＳＲ３０、ＳＲ４５处理与ＣＫ差异不显著；刈割后，土垄处理０～２０ｃｍ土层ＡＮ含量均显著高于ＣＫ，ＳＲ６０
２０～４０ｃｍ土层ＡＮ含量显著高于ＣＫ，ＳＲ３０、ＳＲ４５、ＳＲ７５与ＣＫ差异不显著。刈割后与返青前相比，ＣＫ０～２０
ｃｍ土层ＡＮ含量显著升高，２０～４０ｃｍ土层ＡＮ含量显著降低，膜垄、土垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＡＮ含量
均显著降低。膜垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层平均ＡＮ含量分别降低６．６１，４．６６ｍｇ／ｋｇ，土垄处理０～２０，２０～
４０ｃｍ土层平均ＡＮ含量分别降低６．８８，５．００ｍｇ／ｋｇ。
２．３　不同集雨处理对土壤全磷、速效磷的影响
返青前、刈割后，膜垄、土垄处理和ＣＫ０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＴＰ含量均无显著差异（图３）。
返青前，膜垄处理之间０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＡＰ含量差异不显著，均显著高于土垄处理和ＣＫ；土垄处理之
间０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＡＰ含量差异不显著，且均与ＣＫ无显著差异。刈割后，ＳＲ４５、ＳＲ６０、ＳＲ７５０～２０ｃｍ土
层ＡＰ含量显著低于ＣＫ，膜垄处理及ＳＲ３０与ＣＫ差异不显著；ＭＲ３０２０～４０ｃｍ土层ＡＰ含量显著高于ＣＫ，
ＭＲ４５、ＭＲ６０、ＭＲ７５及ＳＲ６０２０～４０ｃｍ土层 ＡＰ含量与ＣＫ差异不显著，ＳＲ３０、ＳＲ４５、ＳＲ７５２０～４０ｃｍ土层
ＡＰ含量显著低于ＣＫ。刈割后与返青前相比，膜垄、土垄处理及ＣＫ０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＡＰ含量均显著降
低，膜垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层平均ＡＰ含量分别降低７．５７，５．３０ｍｇ／ｋｇ，土垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层
平均ＡＰ含量分别降低６．６２，４．６８ｍｇ／ｋｇ。
２．４　不同集雨处理对土壤缓效钾、速效钾的影响
返青前、刈割后，膜垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＳＡＫ含量随着垄宽度的增大而增加，且均显著高于土垄处
理和ＣＫ（图４）；返青前土垄处理０～２０ｃｍ土层ＳＡＫ含量均显著高于ＣＫ，刈割后ＳＲ３０、ＳＲ７５与ＣＫ差异不显
著，ＳＲ４５、ＳＲ６０显著低于ＣＫ；返青前ＳＲ３０、ＳＲ４５２０～４０ｃｍ土层ＳＡＫ含量与ＣＫ差异不显著，ＳＲ６０、ＳＲ７５显
著高于ＣＫ，刈割后ＳＲ３０、ＳＲ４５、ＳＲ６０与ＣＫ差异不显著，ＳＲ７５显著低于ＣＫ。刈割后与返青前相比，ＣＫ０～２０
ｃｍ土层ＳＡＫ含量显著降低，膜垄和土垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＳＡＫ含量均显著降低。膜垄处理０～２０，
０１２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１１） Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．５
图３　不同集雨处理０～２０，２０～４０犮犿土层土壤全磷、速效磷含量
犉犻犵．３　犜狅狋犪犾狆犺狅狊狆犺狅狉狌狊（犜犘）犪狀犱犪狏犪犻犾犪犫犾犲狆犺狅狊狆犺狅狉狌狊（犃犘）犮狅狀狋犲狀狋狊犻狀０狋狅２０犪狀犱２０狋狅４０犮犿狊狅犻犾犾犪狔犲狉狊
犪犿狅狀犵犱犻犳犳犲狉犲狀狋狉犪犻狀犳犪犾犺犪狉狏犲狊狋犻狀犵狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
图４　不同集雨处理０～２０，２０～４０犮犿土层土壤缓效钾、速效钾含量
犉犻犵．４　犛犾狅狑犾狔犪狏犪犻犾犪犫犾犲狆狅狋犪狊狊犻狌犿（犛犃犓）犪狀犱犪狏犪犻犾犪犫犾犲狆狅狋犪狊狊犻狌犿（犃犓）犮狅狀狋犲狀狋狊犻狀０狋狅２０犪狀犱２０狋狅４０犮犿
狊狅犻犾犾犪狔犲狉狊犪犿狅狀犵犱犻犳犳犲狉犲狀狋狉犪犻狀犳犪犾犺犪狉狏犲狊狋犻狀犵狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
１１２第２０卷第５期 草业学报２０１１年
２０～４０ｃｍ土层平均ＳＡＫ含量分别降低６４．５４，４０．０５ｍｇ／ｋｇ，土垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层平均ＳＡＫ含量
分别降低６０．０８，３０．０３ｍｇ／ｋｇ。
返青前、刈割后，膜垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＡＫ含量均随着垄宽度的增大而增加，且均显著高于土垄
处理和ＣＫ；返青前ＳＲ４５、ＳＲ６０、ＳＲ７５０～２０ｃｍ土层ＡＫ含量显著高于ＣＫ，ＳＲ３０与ＣＫ差异不显著，ＳＲ６０、
ＳＲ７５２０～４０ｃｍ土层ＡＫ含量显著高于ＣＫ，ＳＲ３０、ＳＲ４５与ＣＫ差异不显著；刈割后土垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ
土层ＡＫ含量均与ＣＫ差异不显著。刈割后与返青前相比，ＣＫ处理０～２０ｃｍ土层ＡＫ含量显著降低，膜垄和土
垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＡＫ含量均显著降低。膜垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层平均ＡＫ含量分别降低
１９．５８，１２．２１ｍｇ／ｋｇ，土垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层平均ＡＫ含量分别降低１８．５２，９．３２ｍｇ／ｋｇ。
２．５　不同集雨处理０～４０ｃｍ土层土壤养分增减量
图５　不同集雨处理的干草产量
犉犻犵．５　犈犮狅狀狅犿犻犮狔犻犲犾犱犪犿狅狀犵犱犻犳犳犲狉犲狀狋
狉犪犻狀犳犪犾犺犪狉狏犲狊狋犻狀犵狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
与经济产量的关系
用全部面积计算苜蓿干草产量（图５），膜垄和
土垄处理均显著高于ＣＫ，其中以 ＭＲ６０处理最高，
显著高于 ＭＲ７５、ＭＲ４５和 ＭＲ３０，ＭＲ７５与 ＭＲ４５
之间差异不显著，但显著高于 ＭＲ３０；土垄处理以
ＳＲ６０和ＳＲ７５较高，二者之间差异不显著，但显著
高于ＳＲ４５和ＳＲ３０，ＳＲ４５显著高于ＳＲ３０；膜垄和土
垄处理的平均年干草产量分别较ＣＫ提高２０４．９８％
和１６３．６３％。表明膜垄处理的经济产量显著高于
土垄处理，土垄处理经济产量也明显高于ＣＫ。
对不同集雨处理０～４０ｃｍ土壤养分增减量与
经济产量作相关性分析（图６），结果表明：０～４０ｃｍ
土层ＳＯＭ的减少量与苜蓿的经济产量呈显著的负
相关，０～４０ｃｍ土层ＴＮ的增加量、ＡＰ的减少量、ＡＫ的减少量均与苜蓿的经济产量呈显著的正相关。
３　讨论与结论
３．１　垄覆膜集雨对土壤有机质的影响
作为土壤重要组成部分和代表一个主要碳库的ＳＯＭ 是土壤肥力的重要标志，是土壤中各种营养元素特别
是氮、磷的重要来源，ＳＯＭ能使土壤具有保肥性、缓冲性，使土壤疏松，从而改善土壤的理化性质［２４］。ＳＯＭ 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［２５］，ＳＯＭ 的损失主要取决于土壤有机质的氧化及土壤
侵蚀的程度，微生物是ＳＯＭ分解和周转的主要驱动力，凡是能影响微生物活动及其生理作用的因素都会影响
ＳＯＭ的分解和转化，因此土壤温度和水分是影响ＳＯＭ分解和转化的主要因素［２６］。
垄覆膜集雨能够将小于５ｍｍ的无效、微效降水通过人工产流形式形成坡面径流，使之有效化，从而对有限
降水资源进行再分配［２７］，而且田间起垄及垄上覆膜能使２个集雨面上的降水集中到１个面上，沟中的水分产生
叠加，同时垄具有抑制蒸发的作用［１７］，使得聚集在沟内的水分下渗后明显改善苜蓿根际水分状况。起垄覆膜后，
地面凹凸不平，粗糙度加大，从而加大地表面积，增强接收太阳光辐射能力，使地面土壤温度提高，加之地面覆膜
的保温作用，垄下土壤温度提高，通过土壤导热性，种植行间土壤温度明显提高［２８，２９］。因此，膜垄和土垄处理的
土壤水温条件得到改善，促进微生物的生物周转，加速了ＳＯＭ的矿化，同时，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ＳＯＭ的主要因素，而紫花苜蓿根系入土
较深，相应归还土壤的植物残体量较大［２５，３０］，使得第２茬苜蓿刈割后，膜垄、土垄处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层
ＳＯＭ含量和返青前相比均显著降低。
膜垄处理垄上覆盖的地膜和土垄垄面的结皮层使得土壤表面结构发生改变，能够明显的减少风蚀和地表径
流给土壤养分带来的损失，有效的抑制ＳＯＭ 含量的降低，而且膜垄的抑制作用大于土垄，而ＣＫ不具有这种抑
制作用，因此ＣＫ０～４０ｃｍ土层ＳＯＭ的减少量大于膜垄和土垄处理。试验表明各处理０～４０ｃｍ土层ＳＯＭ的
２１２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１１） Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．５
图６　不同集雨处理０～４０犮犿土壤养分增减量与经济产量的关系
犉犻犵．６　犚犲犾犪狋犻狅狀狊犺犻狆犫犲狋狑犲犲狀狊狅犻犾狀狌狋狉犻犲狀狋犮犺犪狀犵犲犪狀犱犲犮狅狀狅犿犻犮狔犻犲犾犱狅犳犪犾犳犪犾犳犪犻狀０狋狅４０犮犿
狊狅犻犾犾犪狔犲狉狊犪犿狅狀犵犱犻犳犳犲狉犲狀狋狉犪犻狀犳犪犾犺犪狉狏犲狊狋犻狀犵狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
减少量与苜蓿的经济产量呈显著的负相关，说明垄覆膜集雨种植在促进微生物的生物周转、加速ＳＯＭ矿化的同
时又能够有效的抑制ＳＯＭ含量的降低，使得０～４０ｃｍ土层ＳＯＭ的减少量明显低于土垄和ＣＫ。
３．２　垄覆膜集雨对土壤全氮和速效氮的影响
土壤ＴＮ是标志土壤氮素总量和供应给植物有效氮的源和库，也是ＡＮ的直接供给源，综合反映了土壤的氮
素水平［３１］。在作物所吸收的氮素中，约４５％～５０％来自土壤氮素，土壤供氮不足是引起作物产量下降和品质降
低的主要限制因子，也是各种生态系统生产力高低的主要限制因子［２５］。
苜蓿草地土壤氮素的主要来源是土壤本身所含的氮素及苜蓿生长过程中所固定的氮，表层土壤中８０％～
９７％的氮存在于有机质中［３１］。温度是影响黄土高原紫花苜蓿草地土壤净氮矿化速率的主效因素，温度和水分有
明显的交互效应［３２］，垄覆膜集雨种植所形成的水热条件促进了ＳＯＭ的矿化，而且膜垄和土垄处理能明显提高苜
蓿的出苗率、成苗率及越冬率，次年苜蓿返青后，膜垄和土垄处理的植株密度显著高于ＣＫ［３３］，因此膜垄和土垄处
理在苜蓿生长中所固定的氮也显著高于ＣＫ，所以第２茬苜蓿刈割后膜垄和土垄处理０～４０ｃｍ土层ＴＮ含量和
返青前相比显著增加，ＣＫ０～４０ｃｍ土层ＴＮ含量较返青前增加但不显著；相关性分析表明，各处理０～４０ｃｍ土
层ＴＮ的增加量与苜蓿的经济产量呈显著的正相关，说明垄覆膜集雨种植苜蓿有利于ＴＮ含量的增加。苜蓿生
长过程中所需要的氮主要来自ＡＮ，所以第２茬苜蓿刈割后膜垄和土垄处理０～４０ｃｍ土层ＡＮ含量和返青前相
比显著降低。
３．３　垄覆膜集雨对土壤全磷和速效磷的影响
苜蓿对土壤氮素不敏感而对磷素比较敏感，苜蓿生长中所需的磷素只能从土壤中摄取，在我国许多地方，磷
是制约苜蓿生产的主要营养元素［２３］。干旱半干旱的黄土区属石灰性土壤，一般说来该地区的土壤全磷含量比较
充足，但全磷中只有小部分能被转化为有效磷供苜蓿直接吸收利用。人工种草虽然能提高土壤氮素水平，但植物
无法增加土壤中磷素水平，磷在土壤中的溶解性差、难以移动，加上植物不断消耗，已成为该区植物生长主要的限
３１２第２０卷第５期 草业学报２０１１年
制因子［３４］。
贾宇等［２３］研究表明，垄沟集雨种植紫花苜蓿，土壤ＴＰ在处理之间和采样期之间均无显著差异，但在各处理
土壤中ＡＰ在试验期间均减少，减少量和苜蓿的干草产量成正比。本试验表明，苜蓿返青前、刈割后，膜垄、土垄
和ＣＫ处理０～２０，２０～４０ｃｍ土层ＴＰ含量均无显著差异。返青前膜垄处理０～４０ｃｍ土层ＡＰ含量显著高于
ＣＫ，土垄处理０～４０ｃｍ土层ＡＰ含量与ＣＫ无显著差异，是由于膜垄处理在越冬期能够提高土壤温度，增加微
生物活性，有利于处于固持状态的磷素转化为ＡＰ，说明垄覆膜集雨种植有利于土壤磷的可持续利用。第２茬苜
蓿刈割后膜垄、土垄及ＣＫ处理０～４０ｃｍ土层ＡＰ含量均较返青前显著降低，而且膜垄处理的减少量大于土垄
处理和ＣＫ，相关性分析表明，各处理０～４０ｃｍ土层ＡＰ的减少量与苜蓿的经济产量呈显著的正相关，说明苜蓿
产量越高对土壤中ＡＰ的消耗越多。以上结果均与贾宇等［２３］的研究结果一致。
３．４　垄覆膜集雨对土壤缓效钾和速效钾的影响
ＳＡＫ又称非交换性钾，常被作为评价土壤供钾潜力的指标，并以此作为合理施用钾肥的依据，ＳＡＫ很难被
植物直接吸收利用，但ＳＡＫ和ＡＫ处于平衡之中，当土壤中ＡＫ被植物吸收利用后，ＳＡＫ可以慢慢地释放补充
ＡＫ［２５］。试验表明，第２茬苜蓿刈割后ＣＫ处理０～２０ｃｍ土层ＳＡＫ、ＡＫ含量较返青前均显著降低，２０～４０ｃｍ
土层ＳＡＫ、ＡＫ含量较返青前均降低但不显著，而膜垄和土垄处理０～４０ｃｍ土层ＳＡＫ、ＡＫ含量较返青前均显
著降低，而且膜垄处理的减少量大于土垄处理和ＣＫ，是由于苜蓿生长过程大量吸收ＡＫ，当ＡＫ含量降低时，增
加了ＳＡＫ释放ＡＫ的量，所以ＳＡＫ含量显著降低。苜蓿生长中所需的钾只能从土壤中摄取，相关性分析表明，
各处理０～４０ｃｍ土壤ＡＫ的减少量与苜蓿的经济产量呈显著的正相关，说明苜蓿产量越高对土壤中ＡＫ的消耗
越多。
土壤养分作为“土壤圈”物质循环的重要组成部分，也是草地农业生态系统中维持生物生命周期的必要条件。
垄覆膜作为一种集雨措施应用于紫花苜蓿的种植，所形成的水热条件对土壤养分有明显的影响，能够有效地提高
０～４０ｃｍ土壤养分，有利于土壤的可持续利用。土壤养分的变化容易受到各种外部因素的制约，如人为因素有
耕作、施肥等，特别是耕作施肥会导致土壤养分分布的不均匀，从而造成局部的差异；土壤养分的变化还与当地的
土壤质地、地形地貌、机械条件、耕作方式以及作物品种等诸多因素有关，同时大田试验由于周期长，容易受外部
因素的制约，得出的初步结论有待今后在不同地区根据当地自然条件进行长时间定点观测研究，进一步分析和验
证。另外，垄覆膜集雨种植改善土壤的水分、温度条件后，对土壤的微生物活动、土壤酶活性及养分循环均可产生
显著的影响，因此，垄覆膜集雨种植对苜蓿草地的微生物数量、土壤酶活性、土壤养分循环和有效性及Ｃ、Ｎ分布
和储量的影响有待进一步研究，旨在为提高旱作苜蓿草地产草量、延长草地高产年限提供有效的途径和方法。
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５１２第２０卷第５期 草业学报２０１１年
犛狅犻犾狀狌狋狉犻犲狀狋犻狀狋狑狅狔犲犪狉犪犾犳犪犾犳犪犳犻犲犾犱狅狀犮狅狀犱犻狋犻狅狀狅犳犳犻犾犿犿狌犾犮犺犻狀犵狉犪犻狀犳犪犾犺犪狉狏犲狊狋犻狀犵犮狌犾狋犻狏犪狋犻狅狀
ＫＯＵＪｉａｎｇｔａｏ１，２，ＳＨＩＳｈａｎｇｌｉ１，２，ＺＨＯＵ Ｗａｎｈａｉ１，２，ＹＩＮＧｕｏｌｉ１，２，ＬＩＪｉａｎｗｅｉ１，２
（１．ＣｏｌｅｇｅｏｆＧｒａｓｓｌａｎｄＳｃｉｅｎｃｅ，ＧａｎｓｕＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ
ｏｆＥｃｏｓｙｓｔｅｍＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＰｒａｔａｃｕｌｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧａｎｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅ，
ＳｉｎｏＵｓＣｅｎｔｅｒｆｏｒＧｒａｚｉｎｇｌａｎｄＥｃｏｓｙｓｔｅｍＳｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｆｉｌｍｍｕｌｃｈｉｎｇｒａｉｎｆａｌｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏａｌｆａｌｆａ（犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪）ｐｌａｎｔｉｎｇ
ｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｄｒｙｆａｒｍｉｎｇ，ｒｉｄｇｅｗａｓｕｓｅｄａｓｒａｉｎｆａｌｃｏｌｅｃｔｉｏｎａｒｅａ，ａｎｄｆｕｒｒｏｗｗａｓｕｓｅｄａｓｐｌａｎｔｉｎｇａｒｅａｔｏ
ｓｔｕｄｙｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｖａｒｉｏｕｓｒｉｄｇｅｆｕｒｒｏｗｒａｔｉｏｓａｎｄｍｕｌｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｎｓｏｉｌｎｕｔｒｉｅｎｔｓｏｆｔｗｏｙｅａｒａｌｆａｌｆａｆｉｅｌｄｓ．
Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｎｏｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｔｏｔａｌｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ（ＴＰ）ｃｏｎｔｅｎｔｓｗａｓｆｏｕｎｄａｍｏｎｇｔｈｅｔｒｅａｔ
ｍｅｎｔｓｂｅｆｏｒｅｒｅｖｉｖｉｎｇｐｅｒｉｏｄｏｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄｙｅａｒａｎｄａｆｔｅｒｔｈｅｍｏｗｉｎｇｏｆｓｅｃｏｎｄｃｒｏｐｉｎｓｏｉｌｌａｙｅｒｓｏｆ０ｔｏ２０ａｎｄ
２０ｔｏ４０ｃｍ；ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ，ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ（ＳＯＭ）ａｎｄｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎ（ＴＮ）ｃｏｎｔｅｎｔｓｉｎｃｒｅａｓｅｄａｓｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅ
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ｆｏｕｎｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆＳＯＭａｎｄｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃｙｉｅｌｄｏｆａｌｆａｌｆａ，ａｎｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｐｏｓｉｔｉｖｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｗａｓ
ｆｏｕｎｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃｙｉｅｌｄｏｆａｌｆａｌｆａａｎｄｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＴＮ，ｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆＡＰａｎｄＡＫ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔ
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６１２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１１） Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．５