全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2003) 03-0228-06
农牧交错带退耕还草对耕作层土壤磷、钾含量的影响
韩永伟, 韩建国, 王　 , 张蕴薇, 康俊梅
(中国农业大学草地研究所, 北京 100094)
摘要: 在农牧交错带以小麦为对照, 研究退耕还草对土壤磷、钾含量的影响。结果表明, 退耕还草后,土壤 0～20 cm
速效磷、钾含量均高于小麦地。冰草和无芒雀麦能较好地提高土壤速效磷和速效钾的含量。老芒麦与无芒雀麦混播
( 3∶1)可以明显提高土壤速效磷含量。无芒雀麦与冰草混播( 3∶1)可以较好地提高土壤速效钾含量。
关键词: 草原学; 农牧交错带; 退耕还草; 磷含量; 钾含量
中图分类号: S 812. 2　　文献标识码: A
Soil Content of Phosphorus and Potassium in the Agro-Pastoral Transitional
Zone After Cropland Being transformed into Grassland
HAN Yong-w ei, HAN Jian-guo, WANG Kun, ZHANG Yun-wei, KANG Jun-mei
( Ins t itu te of Gr as sland Science, Chin a Agricu ltural University, Beijing 100094, Ch ina)
Abstract: A study, comparing the so il content of pho spho rus and potassium in a plo t of grassland that has
been tr ansformed from cropland w ith that of a plot of w heat f ield in the agro-pasto ral t ransitional zone, re-
veals that the quick-act ing P and K in a soil depth of 0～20 cm of the former are higher than tho se o f the
lat ter of the same soil depth. Land cult ivated w ith w heatgrass and smoo th bromegrass could effect ively
have its soil content of quick-acting P and K enhanced. M ixed sow ing of Siberian w ildry e and smooth
bromegr ass( 3∶1) could raise the soil content of quick-act ing phosphor us, w hile smooth bromegrass and
wheatgrass sow ed in a rat io o f 3∶1 could raise the soil content o f quick-act ing potassium ef fectiv ely .
Key words: Grassland science; agro-pastoral t ransit ional zone; t ransforming cropland into gr assland; pho s-
phorus content ; potassium content
　　自 18 世纪 50年代尤其是 19 世纪 70年代以
来,农牧交错带经历了大规模农业开垦[ 1]。就河北坝
上草原而言, 仅 20世纪 50年代后期到 70年代中期
有组织的大规模垦荒就有三次。据统计,坝上西部四
县(张北、康保、沽源、尚义) 在此期间牧业用地从
73. 33 万 hm 2减少到 23. 33 万 hm2, 减少 68. 18%;
丰宁坝上草场、草滩面积从 6. 13万 hm2 减少到 1.
27万 hm 2,减少 79. 35% [ 2]。草原被开垦为农田后,
由于耕作制度不合理, 有机肥补给不足,系统物质与
能量长期大量输出而得不到及时补充,地力逐渐下
降[ 3]。
牧草发达的根系和土壤微生物的共同活动, 能
较好地促进土壤理化性质的改善[ 4～7]。目前国内外
对牧草影响土壤氮和有机质的研究较多,对牧草影
响土壤磷、钾含量的研究相对较少[ 8～14] ,关于农牧
交错带退耕还草对土壤磷、钾含量的影响则未见报
道。本项研究旨在探索农牧交错带退耕地种植牧草
对土壤磷、钾含量的影响,以期为该区退耕还草恢复
草原植被提供理论依据。
收稿日期: 2002-10-17; 修回日期: 2003-06-12
基金项目:国家重点基础研究发展规划 G2000018606项目资助
作者简介:韩永伟( 1973-) ,男,内蒙古人, 2002年 7月于中国农业大学获得博士学位,现在中国环境科学研究院生态所工作,主要从事区域
草地生态保护、生物多样性保护和土地退化等方面的研究工作
第 11卷　第 3期
　Vo l. 11　　No. 3
草　地　学　报
ACT A AGRESTIA SIN ICA
　2003 年　9月
　Sept. 　2003
1　材料与方法
1. 1　试验区自然概况
试验区位于河北省承德地区丰宁满族自治县西
北部坝上草原的鱼儿山牧场,地处东经 116°04′, 北
纬 41°44′,海拔 1460 m。处于半干旱大陆季风气候
带,除夏季受东南暖湿气流的影响外,较长时间受蒙
古高压寒冷干旱气候的控制。年均降水量 430. 7
mm, 主要集中在 7、8、9三个月, 占全年降水量的
79%。年蒸发量 1735. 7 mm, 是降水量的四倍多。因
受燕山的阻隔, 仅在坝头和坝东部分地区降水量稍
大, 接近半湿润。年平均气温 1℃, 一月和七月平均
气温分别为- 18. 6℃和 17. 6℃, 年≥10℃积温
1513. 1℃, 无霜期 85 d,年均风速 4. 3 m / s, 年均大
风日数 49 d,年均沙尘暴日数 13 d, 年均日照时数
2930. 9 h。主要土壤类型为沙质栗钙土。试验期间气
象资料见图 1、图 2。
图 1　1999～2001年试验区降水量变化与多年平均降水量
Fig . 1　Mont hly rainfall from March to Sept. o f 1999, 2000 and 2001 and the aver age o f these year s in the exper imental area
图 2　1999～2001年试验区月均温变化与多年月均温
Fig. 2　Monthly ever age month temperat ur e from March to Sept. o f 1999, 2000 and 2001 and the aver age monthly
temperat ur e of t hese years in the experiment al ar ea
1. 2　试验设计
试验分别于 2000 年 5月 30 日～8月 30日和
2001年 5月 30日～8月 30日在丰宁县鱼儿山牧场
进行。2000年试验选择 1998年种植的老芒麦( Ely-
mus sibir icus)草地、无芒雀麦( B romus inermis)草地
和红豆草( Onobry chis viciaef ol ia)草地; 2001年试验
选择 2000年种植的老芒麦草地、无芒雀麦草地、冰
草( Agr opy ron cr istatum)草地及老芒麦+ 无芒雀麦
草地、老芒麦+ 冰草草地、无芒雀麦+ 冰草草地。对
照为试验当年在上述草地相同地段种植的小麦地。
1. 2. 1　草地建植　分别于 1998 年 8月 10日和
2000年 8月 16日,选用加拿大无芒雀麦品种 Carl-
ton、冰草品种 Kir ky 和老芒麦、红豆草的当地自繁
品种在退耕地上条播建植单播和混播草地, 行距 25
cm, 播深 2 cm。每一草地包括 3个小区,面积均为
229第 3期 韩永伟等:农牧交错带退耕还草对耕作层土壤磷、钾含量的影响
60 m
2( 15 m×4 m ) ,间隔50 cm 左右, 随机排列。单
播播量分别为: 老芒麦 22. 5 kg/ hm 2、无芒雀麦 30
kg/ hm2、红豆草 45 kg/ hm 2、冰草 15 kg/ hm 2; 混播
设 9个处理: 老芒麦( 25%) + 无芒雀麦( 75%)、老芒
麦( 50% ) + 无芒雀麦( 50%)、老芒麦( 75% ) + 无芒
雀麦( 25% ) ; 老芒麦( 25%) + 冰草( 75%)、老芒麦
( 50%) + 冰草( 50%)、老芒麦( 75%) + 冰草( 25%) ;
无芒雀麦( 25%) + 冰草( 75%)、无芒雀麦( 50% ) +
冰草( 50%)、无芒雀麦( 75% ) + 冰草( 25% ) ,混播中
每一牧草播量按该牧草的单播播量×混播比例×( 1
+ 20% )计算。
1. 2. 2　小麦地建植　2000年 4月 23日和 2001年
4月 20日在上述试验草地相同地段用春小麦当地
自繁品种条播建植小麦地,播量 300 kg/ hm2 ,播深4
cm ,行距25 cm。小麦地分3个小区, 面积均为 60 m2
( 15 m×4 m) , 随机排列。
1. 2. 3　试验地管理、利用　播种时小麦地施种肥尿
素 37. 5 kg/ hm2 ,磷酸二铵75 kg / hm2 ,草地不施肥。
试验地中耕除杂草一次。每年秋季草地收籽后割草
利用。
1. 3　测试项目及方法
分别于 2000年 5～8月和 2001年 5～8月每月
末,在各试验小区按蛇形取样法采集 0～20 cm 土壤
样品, 每 10 cm 为一个土层, 用 1 m 长土钻取 5个
点,各层混合均匀。所取土样,风干并过 1 mm 筛后
用四分法取 200 g 左右装入纸袋, 带回实验室用于
化学成分分析。
1. 3. 1　速效磷　0. 5 mol/ L NaHCO 3浸提—钼锑
抗比色法。
称取过 1 mm 筛风干土样 5. 00 g 置于 250 ml
三角瓶中, 加入一小勺无磷活性碳粉和 0. 5 mol / L
的 NaHCO 3浸提剂 100 ml, 在20～25℃条件下震荡
30 min(震荡频率 180 次/ min)后, 用无磷滤纸滤入
三角瓶中。同时做空白对照。吸取滤液 10. 00 ml置
于 50 ml三角瓶中,加 5. 00 ml钼锑抗试剂,摇匀后
加 10. 00 ml 水, 再摇匀后静置 30 min, 用 751-GW
分光光度计(上海产)在 700 nm 处进行比色, 从工
作曲线查取显色液测定值的对应数。
速效磷计算公式: 速效磷( mg / kg ) = 显色液测
定值对应数( mg / kg )×50
1. 3. 2　速效钾　1N NH4AC浸提—火焰光度法。
称取过 1 mm 筛风干土样 5. 00 g 置于 200 ml
三角瓶中, 加 1N NH 4AC 溶液 50. 0 m l, 在 20～
25℃条件下震荡 30 m in,过滤。吸取滤液 5 ml置于
50 ml 容量瓶中, 定容, 用 6400# A 火焰光度计
测定。
速效钾计算公式:速效钾( mg / kg ) = 滤液测定
值( mg / kg )╳液土比
式中液土比为∶10
1. 4　资料统计处理方法
采用国际通用的Windows 版统计分析系统软
件 SAS( V ersion 6. 12)对所得数据进行统计分析。
2　结果与分析
2. 1　单播牧草对土壤速效磷含量的影响
2000 年和 2001年试验初期( 5月 30日) , 小麦
地土壤速效磷含量比各单播草地高, 以后各单播草
地均比相应层次小麦地高(表 1) , 且在植物生长后
期差异显著( P< 0. 05) , 表明牧草和小麦对土壤速
效磷含量的影响有明显不同。2000年测试结果表
明, 红豆草草地 0～20 cm 土壤速效磷含量最高, 各
单播草地差异显著( P< 0. 05) ; 2001年测试结果表
明,各单播草地 0～20 cm 土壤速效磷含量大小顺序
为:冰草草地> 无芒雀麦草地> 老芒麦草地, 且不同
草种对土壤速效磷含量影响存在显著差异 ( P
< 0. 05)。
经一个生长季后, 0～20 cm 土壤速效磷含量,
草地有所增加而小麦地降低: 2000 年测定时, 草地
平均增加 1. 49 mg / kg, 小麦地降低 2. 71 mg / kg ;
2001年测定时,草地平均增加 0. 39 mg / kg ,小麦地
降低 4. 22 mg/ kg。
2. 2　混播牧草对土壤速效磷含量的影响
由表 1、表 2可知, 2001年 8月 30日末次测定
时,混播草地土壤速效磷含量比同一时期小麦地高。
在0～20 cm 土层内,多数情况下混播草地土壤速效
磷含量不及其相应牧草各自单播的草地高。在各混
播草地中,以老芒麦+ 无芒雀麦( 3∶1)草地 0～20
cm 土层土壤速效磷平均含量最高, 表明此混播类型
草地在维持和改善土壤速效磷方面效果显著。
230 草　地　学　报 第 11卷
表 1　单播牧草对土壤速效磷含量(mg/ kg)的影响
Table 1　Effects of sowing a sing le fo rag e species on so il content of quick-acting phosphorus( mg / kg )
测试年份
Year
土层
Soil layer
草种
Forage species
测定日期　T es tin g date
5月 30日
30-May
6月 30日
30-Jun
7月 30日
30-Jul
8月 30日
30-Aug
2000 0～10 cm 老芒麦　 Sib erian wildrye 3. 6962D 3. 2628C 4. 1869C 3. 9615C
无芒雀麦 Sm ooth bromegrass 4. 3876C 4. 4421B 5. 1465B 4. 9863B
红豆草　 Sainfoin 5. 5443B 5. 1036A 7. 8122A 7. 0288A
小麦　　 Wheat 6. 0527A 3. 1713C 3. 4024D 3. 1849D
10～20 cm 老芒麦　 Sib erian wildrye 3. 0621C 2. 8969C 3. 3984C 3. 1968C
无芒雀麦 Sm ooth bromegrass 4. 2415B 4. 0697B 4. 4975B 4. 2877B
红豆草　 Sainfoin 5. 0123A 4. 9923A 5. 7671A 5. 4728A
小麦　　 Wheat 5. 4322A 2. 8895C 3. 0966C 2. 8875D
2001 0～10 cm 无芒雀麦 Sm ooth bromegrass 4. 7221C 4. 1083B 4. 9851B 5. 5111A
冰草　　 Wheatgras s 5. 5989B 4. 6344A 5. 6843A 5. 5112A
老芒麦　 Sib erian wildrye 3. 6699D 3. 4946C 3. 5301C 3. 7354B
小麦　　 Wheat 6. 5539A 3. 3184C 2. 2112D 2. 3129C
10～20 cm 无芒雀麦 Sm ooth bromegrass 4. 0206B 3. 2293B 3. 4946B 4. 7221B
冰草　　 Wheatgras s 5. 5611A 4. 4568A 5. 0358A 5. 5053A
老芒麦　 Sib erian wildrye 3. 1438C 2. 2126C 2. 4946C 3. 1960C
小麦　　 Wheat 5. 5945A 2. 0431C 1. 3899D 1. 3986D
　　注:多重比较仅限于同一土壤层,同列中不同大写字母间差异显著( P< 0. 05)
Note: Th e comparison is limited in the s ame soil layer. Means w ith diff erent capital let ters in the same column indicate sign ificant dif fer-
ence at 0. 05 level
表 2　混播牧草对土壤速效磷含量(mg/ kg)的影响
Table 2　Effects of sow ing mixed for age species on soil content o f quick-acting pho spho rus ( mg / kg )
土层
S oil layer
混播比例
Proport ion of
m ixed forage seed
老芒麦+ 冰草
Sib erian wildrye
+ Wheatgrass
老芒麦+ 无芒雀麦
S iber ian w ildrye
+ Smooth b romegrass
无芒雀麦+ 冰草
Smooth bromegrass
+ Wheatgrass
小麦
Wheat
0～10 cm 1∶1 3. 2315Bb 4. 196Ca 3. 1438Bb 2. 3129c
1∶3 4. 4590Ac 5. 5112Bb 7. 7032Aa 2. 3129d
3∶1 4. 459Ab 10. 6843Aa 2. 5301Bc 2. 3129d
10～20 cm 1∶1 3. 0562Ba 3. 4946Ba 3. 1438Ba1. 3986b
1∶3 2. 9685Bc 5. 0728Aa 4. 3714Ab 1. 3986d
3∶1 3. 8453Aa 3. 2315Ba 2. 3163Cb 1. 3986c
　　注:测定日期为 2001年 8月 30日。多重比较仅限于同一土层,同列中不同大写字母间和同行间不同小写字母间差异显著( P< 0. 05)
Note: Th e test ing date w as 30 Augus t, 2001. The compar ison is limited in the same soil layer . Means w ith dif f erent capital let ters ( smal l
let ters) in the same column ( lin e) indicate sign ifican t dif f erence at 0. 05 level
2. 3　单播牧草对土壤速效钾含量的影响
在 2000年、2001 年的同一测定时期,试验区各
单播草地土壤速效钾含量均显著大于小麦地的速效
钾含量( P< 0. 05) , 表明草地提供速效钾的能力明
显高于小麦地(表 3)。
各单播草地土壤速效钾含量, 2000年时的大小
顺序为:红豆草草地> 无芒雀麦草地> 老芒麦草地,
各草地间差异均达显著水平( P< 0. 05) ; 2001年时,
以无芒雀麦草地速效钾含量最高, 各单播草地间差
异显著( P< 0. 05) , 表明不同单播处理对土壤 0～20
cm 土层速钾含量影响明显。
一个生长季结束时, 0～20 cm 土层速效钾含
量,各单播草地均有所提高,小麦地却减少。2000年
草地土壤速效钾含量平均提高 17. 92 mg / kg, 小麦
地降低 16. 81 mg / kg; 2001年草地土壤速效钾含量
平均提高 18. 70 mg / kg ,小麦地降低 17. 81 mg / kg。
2. 6　混播牧草对土壤速效钾含量的影响
2001 年 8 月 30 日末次测定时, 各混播草地土
231第 3期 韩永伟等:农牧交错带退耕还草对耕作层土壤磷、钾含量的影响
壤速效钾含量,均高于各单播的草地和小麦地(表
4、表 3)。不同混播比例的草地土壤速效钾含量,差
异多达显著水平( P < 0. 05) , 表明: 混播类型和比
例, 对土壤速效钾含量都有较大影响。0～20 cm 土
层速效钾含量, 各混播草地中以无芒雀麦+ 冰草
( 3∶1)草地最高。
表 3　单播牧草对土壤速效钾含量(mg/ kg)的影响
Table 3　Effects of sowing a single fo rag e species on so il content of quick -acting po tassium ( mg / kg )
测定年份
Year
土层
Soil layer
草种
Forage species
测定日期　T es tin g date
5月 30日
30-May
6月 30日
30-Jun
7月 30日
30-Jul
8月 30日
30-Aug
2000 0～10 cm 老芒麦　 Sib erian wildrye 134. 748C 106. 347C 146. 872C 138. 256C
无芒雀麦 Sm ooth bromegrass 162. 783B 146. 580B 190. 430B 180. 443B
红豆草　 Sainfoin 198. 414A 171. 093A 258. 704A 251. 831A
小麦　　 Wheat 114. 256D 86. 351D 93. 826D 90. 924D
10～20 cm 老芒麦　 Sib erian wildrye 100. 263C 82. 403C 102. 289C 100. 297C
无芒雀麦 Sm ooth bromegrass 129. 580B 123. 298B 144. 751B 139. 263B
红豆草　 Sainfoin 162. 878A 145. 988A 189. 964A 186. 091A
小麦　　 Wheat 80. 187D 64. 026D 70. 122D 69. 895D
2001 0～10 cm 无芒雀麦 Sm ooth bromegrass 134. 478A 140. 985A 273. 306A 162. 621A
冰草　　 Wheatgras s 111. 015B 133. 608B 203. 892B 137. 987B
老芒麦　 Sib erian wildrye 104. 237C 115. 533C 170. 430C 114. 813C
小麦　　 Wheat 101. 682D 99. 771D 147. 256D 73. 226D
10～20 cm 无芒雀麦 Sm ooth bromegrass 99. 771A 121. 463A 190. 877A 124. 082A
冰草　　 Wheatgras s 88. 904C 89. 385C 147. 256C 100. 908C
老芒麦　 Sib erian wildrye 93. 263B 97. 459B 160. 508B 103. 447B
小麦　　 Wheat 69. 185D 70. 178D 121. 831D 62. 022D
　　注:多重比较仅限于同一土层,同列中不同大写字母间差异显著( P< 0. 05)
Note: Th e comparison is limited in the s ame soil layer. Means w ith diff erent capital let ters in the same column indicate sign ificant dif fer-
ence at 0. 05 level
表 4　混播牧草对土壤速效钾含量(mg/ kg)的影响
T able 4　Effect s o f mix ed sow ing fo rag es on soil content o f quick-acting potssium ( mg/ kg )
土层
S oil layer
混播比例
Proport ion of
mixed forages s eed
老芒麦+ 冰草
Sib erian wildrye
+ Wheatgrass
老芒麦+ 无芒雀麦
S iber ian w ildrye
+ Smooth b romegrass
无芒雀麦+ 冰草
Smooth bromegrass
+ Wheatgrass
小麦
Wheat
0～10 cm 1∶1 164. 571Bc 173. 154Ba 171. 463C b 73. 226d
1∶3 187. 163Ab 189. 756Aa 181. 682Bc 73. 226d
3∶1 147. 861Cc 165. 533C b 196. 251Aa 73. 226d
10～20 cm 1∶1 116. 496Bc 141. 462Aa 128. 422C b 62. 022d
1∶3 132. 645Ab 135. 533Ba 135. 432Ba 62. 022d
3∶1 106. 274Cc 126. 496C b 145. 543Aa 62. 022d
　　注:测定日期为 2001年 8月 30日。多重比较仅限于同一土层,同列中不同大写字母间和同行间不同小写字母间差异显著( P< 0. 05)
Note: Th e test ing date w as 30 Augus t, 2001. The compar ison is limited in the same soil layer . Means w ith dif f erent capital let ters ( smal l
let ters) in the same column ( lin e) indicate sign ifican t dif f erence at 0. 05 leve
3　讨论
3. 1　2000年、2001年 5月 30日测定时, 小麦地土
壤速效磷含量比各单播草地高, 这可能是由于小麦
地在 4月底种植时施磷酸二氨造成的; 5月 30 日以
后,各单播草地速效磷含量均大于小麦地,可能是由
于小麦生长需要比牧草吸收更多的磷, 这与
Hartemink
[ 10]的研究结果类似。
3. 2　2001年 8月 30 日牧草生长结束时, 在 0～20
cm 土层内, 多数情况下混播草地土壤速效磷含量不
及其相应牧草各自单播的草地高,这可能是由于牧
232 草　地　学　报 第 11卷
草混播后对土壤磷的消耗多于单播,所以在农牧交
错带对土壤速效磷的维持效果而言,牧草混播并不
一定都比单播好, 这一观点有待进一步研究验证。
3. 3　单播草地土壤速效钾的季节变化明显,且年度
间有所差异: 2000 年 6月份牧草生长旺盛,吸收土
壤钾较多,导致土壤速效钾含量降低,以后由于干旱
牧草在 7月底休眠后吸收钾减少, 使土壤速效钾含
量增加, 8月牧草出现再次生长,对钾的吸收又有所
增加。所以 8月 30日土壤速效钾含量又表现为降
低; 2001年,各单播草地土壤速效钾含量,均在 7月
30日达到最高,这可能是因为 6月份雨量较大, 7月
份雨量较小, 土壤从湿润转到干旱有利于土壤中非
交换性钾的活化[ 15] , 此后( 8 月 30日)降低,这可能
是由于 8月份牧草处于开花结实后期对土壤速效钾
消耗较大。
4　结论
4. 1　不同草种对土壤 0～20 cm 速效磷含量的影响
差异显著, 2000年试验用草地中红豆草草地土壤速
效磷含量最高; 2001试验用各单播草地速效磷含量
大小顺序为: 冰草草地> 无芒雀麦草地> 老芒麦
草地。
4. 2　草地提供速效钾的能力明显高于小麦地, 混播
草地土壤速效钾含量比相应的单播草地高。混播类
型和比例,对土壤速效钾含量都有较大影响。无芒雀
麦+ 冰草( 3∶1)提高 0～20 cm 土壤速效钾含量的
作用较强。
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