全 文 ：第２５卷第６期
２０１１年１２月
水土保持学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ
Ｖｏｌ．２５Ｎｏ．６
Ｄｅｃ．，２０１１
收稿日期：２０１１－０７－１４
基金项目：国家青年科学基金（３１１０１１１３）；山西省自然基金（９９１１０２）；山西省科技攻关项目（２０１００３１１００２－９）；山西农大博士启动基金
作者简介：杜天庆（１９６８－），女，山西祁县人，博士，副教授，硕导，主要从事作物土壤生态研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｇｄｔｑ１９６８＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
通讯作者：苗果园（１９３４－），男，山西河曲人，硕士，教授，博导，主要从事作物生态与旱作农业研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｉａｏｇｕｏｙｕａｎ１９３４＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ
不同类型豆科植物对黄土母质生土的改土效果
杜天庆１，苗果园１，郝建平１，杨锦忠２，崔福柱１，薛建福１
（１．山西农业大学，山西 太谷０３０８０１；２．青岛农业大学，山东 青岛２６６１０９）
摘要：以黄土母质生土为供试土壤，以不同类型豆科植物为生物材料，对生物改土效应进行研究。结果表
明：①草木樨、苜蓿根际土壤容重在１．００～１．３５ｇ／ｃｍ３ 之间，是最适宜的土壤容重范围；黑豆、大豆对０．２５
～３ｍｍ之间团粒具有较强的作用；种植草木樨、苜蓿、黑豆、大豆后，土壤＞０．５ｍｍ水稳性团聚体的含量
均在９０％以上。草木樨、苜蓿、黑豆和大豆对土壤物理性质具有良好的改良作用。②草木樨、苜蓿、小冠花
在短时期内对土壤氮素具有较强的补给作用；豆科牧草在生土地上生长两季后，对土壤０－６０ｃｍ土层氮
素具有明显的表聚效应；土壤表层有机质含量以小冠花最高；０－２０ｃｍ土壤表层速效Ｐ的含量均极显著高
于其他层次的；红三叶和小冠花土壤速效Ｋ含量高于草木樨和苜蓿的。种植红三叶和小冠花对土壤表层
肥田效果比草木樨和苜蓿占优势。③一年生高产植物大豆随生长进程的前、中、后期土壤Ｎ素表现了高－低
－高的积累－消耗－再积累的过程，土壤Ｎ素循环较大。研究为生物改土、有机沃土提供了理论参考。
关键词：豆科植物；黄土母质生土；土壤性状；生物改土
中图分类号：Ｓ１５６．９２；Ｓ５２；Ｓ５４；Ｓ５５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－２２４２（２０１１）０６－００７６－０５
Ｓｏｉｌ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ Ｅｆｆｅｃｔ ｂｙ Ｐｌａｎｔｉｎｇ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｔｙｐｅｓ ｏｆ
Ｌｅｇｕｍｅ Ｐｌａｎｔｓ ｉｎ Ｉｍｍａｔｕｒｅ Ｌｏｅｓｓ Ｓｕｂｓｏｉｌ
ＤＵ Ｔｉａｎ－ｑｉｎｇ１，ＭＩＡＯ Ｇｕｏ－ｙｕａｎ１，ＨＡＯ Ｊｉａｎ－ｐｉｎｇ１，ＹＡＮＧ Ｊｉｎ－ｚｈｏｎｇ２，ＣＵＩ Ｆｕ－ｚｈｕ１，ＸＵＥ Ｊｉａｎ－ｆｕ１
（１．Ｓｈａｎｘｉ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉｇｕ，Ｓｈａｎｘｉ ０３０８０１；２．Ｑｉｎｇｄａｏ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２６６１０９）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｍｍａｔｕｒｅ ｓｕｂｓｏｉｌ ｏｆ ｌｏｅｓｓ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｓｏｉｌ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ
ｏｆ ｌｅｇｕｍｅ ｐｌａｎｔｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ：①Ｔｈｅ ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌ ｗａｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ，ｂｅｔｗｅｅｎ １．００ｇ／ｃｍ３
ａｎｄ １．３５ｇ／ｃｍ３，ｂｙ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｓｗｅｅｔ ｃｌｏｖｅ ａｎｄ ａｌｆａｌｆａ．Ｐｌａｎｔｉｎｇ ｂｌａｃｋ ｓｏｙｂｅａｎ ａｎｄ ｓｏｙｂｅａｎ ｈａｄ ｓｔｒｏｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ
ｏｎ ｓｏｉｌ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ０．２５ｍｍ ａｎｄ ３ｍｍ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｏｖｅｒ ０．５ｍｍ ｗａｓ
ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ９０％ａｆｔｅｒ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｓｗｅｅｔ ｃｌｏｖｅ，ａｌｆａｌｆａ，ｂｌａｃｋ ｓｏｙｂｅａｎ ａｎｄ ｓｏｙｂｅａｎ．Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌ
ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｓｗｅｅｔ ｃｌｏｖｅ，ａｌｆａｌｆａ，ｂｌａｃｋ ｓｏｙｂｅａｎ ａｎｄ ｓｏｙｂｅａｎ．②Ｐｌａｎｔｉｎｇ ｓｗｅｅｔ ｃｌｏｖｅ，ａｌ－
ｆａｌｆａ ａｎｄ ｃｒｏｗｎ ｖｅｔｃｈ ｃｏｕｌｄ ｓｕｐｐｌｙ ｓｏｉｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｎ ｓｈｏｒｔ ｐｅｒｉｏｄ．Ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓ ｓｕｒｆａｃｅ ｇａｔｈｅｒｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ
ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ Ｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ０ａｎｄ ６０ｃｍ ａｆｔｅｒ ｔｗｏ－ｓｅａｓｏｎ ｌｅｇｕｍｅ ｐｌａｎｔｓ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ｗａｓ
ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｆｏｒ ｓｏｉｌ ｒａｐｉｄｌｙ ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｐ ｉｎ ｃｒｏｗｎ ｖｅｔｃｈ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ Ｋ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｆｏｒ ｒｅｄ ｃｌｏｖｅｒ ａｎｄ
ｃｒｏｗｎ ｖｅｔｃｈ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｆｏｒ ｓｗｅｅｔ ｃｌｏｖｅ ａｎｄ ａｌｆａｌｆａ．Ｉｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｒｅｄ ｃｌｏｖｅ ａｎｄ
ｃｒｏｗｎ ｖｅｔｃｈ ｗａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｓｗｅｅｔ－ｃｌｏｖｅ ａｎｄ ａｌｆａｌｆａ．③Ｔｈｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｃｙｃｌｅ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ
ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ－ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ－ｒｅａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｉｇｈ－ｌｏｗ－ｈｉｇｈ，ｆｏｌｏｗｉｎｇ ｗｉｔｈ ｇｒｏｗｔｈ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ｂｅｆｏｒｅ－ｍｉｄｄｌｅ－ａｆｔｅｒ ｂｙ
ｐｌａｎｔｉｎｇ ｓｏｙｂｅａｎ．Ｉｔ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｉｌ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｆｒｏｍ ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｅｇｕｍｅ ｐｌａｎｔｓ；ｉｍｍａｔｕｒｅ ｌｏｅｓｓ ｓｕｂｓｏｉｌ；ｓｏｉｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｏｉｌ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ
黄土高原沟壑区平沟造田、小流域治理过程中，不可避免地造成地表土剥离、土层混乱，形成典型的生土
地；山西是是全国产煤大省，工矿区废弃地的复垦是当前面临的主要问题［１］。解决这些问题必须依靠土壤肥力
的恢复再造。长期以来，施肥是提高土壤肥力的直接措施，但随着生物有机农业的发展，生物改土已成为土地
改良的重要指导思想［２］。在生物改土中，与其他植物相比，豆科植物功能显著。关于豆科植物的改土效应，前
人已做过大量的研究，主要集中在以下３点：①传统农业中的许多采用豆科与其他科属作物间、混、套、复、轮作
改土的经验［３－４］；②豆科绿肥翻压对土壤的改良［５］；③种植豆科牧草对土壤的改良［６－１０］。与前人研究取材比较
单一、土壤本底值各异、研究方法纵向深入相比，本研究在豆科根形取材上选取具有不同类型代表性与横向可
比性的植物，且以土壤理化性质本底值极低、基本处于黄土母质状态的生土土壤为试验基质，试图在极度缺乏
基本营养的相对相同的本底条件下，探讨不同类型豆科植物的改土效应，以求为迅速改造生土地、加速生土熟
化找出一条生物改土、有机沃土的途径，求得在理论与应用上有所突破与创新。
１ 材料与方法
１．１ 供试材料
供试植物大豆、黑豆、绿豆、豌豆、蚕豆、芸豆由太谷县种子公司提供，苜蓿、草木樨、红三叶、小冠花、柽麻由
山西农业大学动科院草业科学系提供；供试土壤取自地表３ｍ以下的生土，其养分含量为：全Ｎ ０．１９８ｇ／ｋｇ，
有机质０．４０３％，速效Ｐ ４．７５ｍｇ／ｋｇ，速效Ｋ ３５．２２ｍｇ／ｋｇ。为了保持不同作物能够正常生长，在土壤中加入
了肥料，肥料用量为：有机肥２ ５００ｋｇ／６６６．７ｍ２，尿素１５ｋｇ／６６６．７ｍ２，过磷酸钙３５ｋｇ／６６６．７ｍ２，氯化钾７．５
ｋｇ／６６６．７ｍ２，全部作基肥施入。
１．２ 试验设计
试验在山西农业大学生态研究室及其实验农场进行。盆栽试验：采用直径２５ｃｍ、高３０ｃｍ的直筒型瓷花
盆，每盆装土１５ｋｇ，于２００８年４月２０日播种，出苗后每盆中留苗５株。试验Ⅰ设１１个处理，分别播种绿豆、
黑豆、大豆、蚕豆、豌豆、芸豆、草木樨、红三叶、柽麻、小冠花和苜蓿，重复３次，随机对比排列，一个生长季节后
于２００８年１０月５日对根际土壤进行采样，分析土壤物理性状的变化。试验Ⅱ设１０个处理，分别播种大豆、黑
豆、绿豆、豌豆、蚕豆、苜蓿、草木樨、红三叶、小冠花和柽麻，重复１２次，随机对比排列，分别与６月１６日、７月
１６日、８月６日和１０月５日对根际土壤进行采样，每次每处理取样３盆，分析不同时期土壤表层全Ｎ的变化。
土柱根管试验：根管为纵剖两半再对合加固而成的硬质塑料管，管直径２５ｃｍ、长１ｍ，立于根室中，调查取
样时打开根管、根土即暴露于外。试验设５个处理，２００８年４月２０日在根管中分别播种苜蓿、草木樨、红三
叶、小冠花和柽麻，重复３次，随机对比排列，出苗后每根管中留苗５株。２个生长季节后于２００９年１０月５日
对不同层次根际土壤进行采样，分析剖面土壤养分的变化。
１．３ 测试指标及方法
容重测定采用环刀法；土壤孔隙度计算可得；土壤三相计算可得；土壤团粒结构测定采用干筛法；水稳性团
粒结构测定利用净水法［１１］。土壤有机质测定采用重铬酸钾容量法－外加热法；全Ｎ测定采用半微量开氏法；速
效Ｐ测定采用０．５ｍｏｌ／Ｌ ＮａＨＣＯ３ 浸提－分光光度法；速效Ｋ测定采用ＮＨ４ＯＡｃ浸提－火焰光度法［１２］。
利用Ｅｘｃｅｌ软件进行数据整理、分析与绘图，用ＳＰＳＳ数据分析软件进行系统分析。
２ 结果与分析
２．１ 不同豆科植物对土壤物理性状的影响
２．１．１ 不同层次土壤容重、孔隙度、三相比的差异比较 土壤容重和孔隙度是土壤的基本物理性状，二者直接
影响土壤蓄水和通气性能，土壤良好的物理性状对提高土壤的抗蚀性与抗冲性具有重要意义［１３］。表１表明，
不同豆科植物对土壤物理性质的改良作用存在明显差异。总体上看，土壤容重与孔隙度呈负向关系，植物１０
－２０ｃｍ土层土壤容重高于０－１０ｃｍ土层的，除苜蓿和芸豆外，其他９种豆科植物两层之间土壤容重差异均
达极显著水平。随着土层的加深，土壤总孔隙度降低，固相、液相增加，气相降低。
进一步分析０－２０ｃｍ土层各物理性状的平均数，发现土壤容重最低和土壤总孔隙度最高的３种豆科植物
依次是绿豆、大豆、黑豆；气相最高的３种豆科植物为黑豆、绿豆、大豆。土壤容重最高和土壤总孔隙度最低的
５种豆科植物依次是豌豆、芸豆、柽麻、红三叶、蚕豆；气相最低的５种豆科植物分别为豌豆、蚕豆、芸豆、柽麻和
红三叶。土壤容重过大表明土壤紧实，不利于透水、通气、扎根；土壤容重太小又会使有机质分解过速，并使植
物根系扎不牢而易倾倒。根据大多数作物耕层土壤容重一般以１．００～１．３５ｇ／ｃｍ３ 为宜［１４］，判定和证实了本
试验条件下草木樨和苜蓿对土壤物理性质具有良好的作用。在０－１０ｃｍ与１０－２０ｃｍ土层之间，土壤物理性
状改变最大的是小冠花，由上而下土壤容重增加１３８％，气相下降５６．１４％。究其原因是与小冠花本身的特性
及其生长期间雨量较多有关。小冠花是半匍匐性草本植物，因其覆盖度大而增强了土壤的蓄水保墒能力；同时
由于雨水较多，造成了表层积水，土壤水分饱和、胁迫严重。不同年份小冠花对土壤物理性状的影响有待进一
步研究。
７７第６期 杜天庆等：不同类型豆科植物对黄土母质生土的改土效果
表１ 一个生长季节后不同豆科植物不同层次土壤容重、孔隙度、三相比
植物
土壤容重／（ｇ·ｃｍ－３）
０－１０ｃｍ １０－２０ｃｍ
土壤总孔隙度／％
０－１０ｃｍ １０－２０ｃｍ
固相／％
０－１０ｃｍ １０－２０ｃｍ
液相／％
０－１０ｃｍ １０－２０ｃｍ
气相／％
０－１０ｃｍ １０－２０ｃｍ
绿豆 ０．４５Ｉ ０．４７Ｇ ８３．０５Ａ ８２．２０Ａ １６．９６Ｈ １７．８０Ｆ １２．５６Ｇ １２．７０Ｆ ７０．４８Ｃ ６９．５０Ｂ
黑豆 ０．５３Ｈ ０．５６Ｆ ８０．１６Ｂ ７８．９８Ｂ １９．８４Ｇ ２１．０３Ｅ ５．７９Ｉ ７．５９Ｇ ７４．３７Ａ ７１．３９Ａ
大豆 ０．４５Ｉ ０．５７Ｆ ８３．１２Ａ ７８．６７Ｂ １６．８８Ｈ ２１．３３Ｅ １０．８７Ｈ １４．６８Ｅ ７２．２５Ｂ ６３．９９Ｃ
蚕豆 １．２６Ｅ １．５２Ｂ ５２．３７Ｅ ４２．５７ＥＦ ４７．６３Ｄ ５７．４３Ａ ３７．６６Ｂ ４１．１８Ａ １４．７１Ｊ １．３９ＨＩ
豌豆 １．３８Ｃ １．５２Ｂ ４７．９２Ｇ ４２．９０ＥＦ ５２．０８Ｂ ５７．１０Ａ ４４．１４Ａ ４０．７０Ａ ３．７８Ｋ ２．２１Ｈ
芸豆 １．４４Ａ １．４５Ｄ ４５．８３Ｈ ４５．２７Ｄ ５４．１７Ａ ５４．７４ＢＣ ２７．４７Ｃ ２７．９６Ｂ １８．３６Ｉ １７．３０Ｇ
草木樨 １．２１Ｆ １．２８Ｅ ５４．５２Ｄ ５１．７０Ｃ ４５．４８Ｅ ４８．３０Ｄ ４．１５Ｊ ４．６８Ｉ ５０．３７Ｅ ４７．０２Ｄ
红三叶 １．３２Ｄ １．４８Ｃ ５０．０６Ｆ ４４．３０ＤＥ ４９．９４Ｃ ５５．７０Ｂ １７．４４Ｆ ２０．４９Ｄ ３２．６２Ｇ ２３．８２Ｅ
柽麻 １．４１Ｂ １．４４Ｄ ４６．８６ＧＨ ４５．８３Ｄ ５３．１４ＡＢ ５４．１７Ｃ ２０．７９Ｄ ２４．２８Ｃ ２６．０７Ｈ ２１．５４Ｆ
小冠花 ０．６５Ｇ １．５５Ａ ７５．３９Ｃ ４１．５７Ｆ ２４．６１Ｆ ５８．４３Ａ １８．９４Ｅ ４１．２６Ａ ５６．４５Ｄ ０．３１Ｉ
苜蓿 １．２５Ｅ １．２６Ｅ ５２．９３Ｅ ５２．４１Ｃ ４７．０７Ｄ ４７．５９Ｄ ４．３４Ｊ ５．９７Ｈ ４８．５９Ｆ ４６．４４Ｄ
注：同列不同大写字母表示差异达０．０１显著水平；不同小写字母表示差异达０．０５显著水平。下同。
２．１．２ 土壤团粒结构和水稳性团聚体的比较 一个生长季节后对土壤团粒结构进行了测定（图１（ａ）），不同
作物对土壤团粒结构有较明显的影响。黑豆对０．２５～３ｍｍ团粒的作用最大，其次为大豆、草木樨、红三叶、苜
蓿和芸豆，蚕豆和豌豆对团粒贡献最小，０．２５～３ｍｍ团粒所占百分数均小于４５％。＜０．２５ｍｍ的团粒数以苜
蓿最多，占团粒总数的３０．７０％，其次为草木樨、黑豆、红三叶和大豆。分析认为：＜０．２５ｍｍ的结构体为微团
聚体，微团聚体的多少是衡量土壤肥力高低的重要指标之一。土壤表层的微团粒结构越多表明土壤越融和、松
软。有这种结构的土壤不僵板、裂缝少、渗漏损失少、泥性匀活、土肥相融。＞０．２５ｍｍ的团粒含量越高，土壤
容重也越小，土壤疏松、土壤通气度大、土壤涵蓄水分与供应作物生长所需水分的能力越好。
进一步分析＞０．５ｍｍ水稳性团聚体的含量（图１（ｂ）），草木樨、苜蓿、黑豆、大豆和红三叶均在９０％以上，
但红三叶极显著低于其他４种植物。具有水稳性团聚体结构的土壤水气协调，单位体积内土壤的接触面较小，
故能大大减少土壤的粘结性与粘着性，使土体结构疏松，从而改善土壤的耕性［５］。上述结果表明，利用豆科植
物改善土壤物理性质的作用在一定程度上草木樨、苜蓿、黑豆和大豆优于其他植物。
图１ 一个生长季节后０－２０ｃｍ土壤团粒结构和水稳性团聚体
表２ 不同时期土壤表层０－２０ｃｍ全Ｎ含量 ｇ／ｋｇ
植物 ６月１６日 ７月１６日 ８月６日 １０月５日
大豆 ０．３４３±０．００４ｂｃ ０．２３８±０．００８ａ ０．１９６±０．０００ａｂ ０．２５９±０．００４ｅ
黑豆 ０．３６４±０．００８ｂ ０．２３８±０．００８ａ ０．１２６±０．００８ｅ ０．３２９±０．０１２ｃ
绿豆 ０．３３６±０．００８ｂｃ ０．１６１±０．００４ｅ ０．１６８±０．０００ｃｄ ０．３０８±０．０００ｃｄ
豌豆 ０．４２７±０．０１２ａ ０．２１７±０．０２０ａｂ ０．１８９±０．０１２ａｂｃ ０．３４３±０．０１２ｂｃ
蚕豆 ０．３５０±０．００８ｂ ０．１８９±０．００４ｃｄ ０．２１０±０．００８ａ ０．２８０±０．０２４ｄｅ
苜蓿 ０．２９４±０．００８ｄｅ ０．１８９±０．００４ｃｄ ０．１７５±０．００４ｂｃｄ ０．３７１±０．０１２ａｂ
草木樨 ０．３０１±０．００４ｄ ０．１８９±０．００４ｃｄ ０．１５４±０．０００ｄ ０．３９２±０．０１６ａ
红三叶 ０．３１５±０．０１２ｃｄ ０．２１０±０．００８ｂｃ ０．１８９±０．００４ａｂｃ ０．３１５±０．００４ｃｄ
小冠花 ０．２６６±０．００８ｅ ０．２３８±０．００８ａ ０．２０３±０．０１２ａ ０．３２２±０．０００ｃ
柽麻 ０．３３６±０．０１６ｂｃ ０．１８２±０．０００ｄｅ ０．１５４±０．０００ｄ ０．３０８±０．０００ｃｄ
２．２ 不同豆科植物对土壤养分的影响
２．２．１ 豆科植物第一年生长期间土壤
全氮含量的变化 表２表明，不同作物
生长期间土壤全氮含量变化趋势一致，
即随着生育期的后延，土壤全氮含量逐
渐下降，而当一个生长季节结束后，土壤
全氮含量逐渐回升。这一变化趋势说
明，不同豆科植物的生长均会从土壤中
带走一定数量的氮素，但土壤全氮下降
的幅度有所不同，生长期间４次土壤全
氮测定结果表明，不同作物之间均表现
出显著差异。对１０月５日和６月１６日的测定结果进行比较，种植草木樨、苜蓿、小冠花一季后，土壤全氮含量
均显著增加，说明这３种豆科植物在短时期内对土壤氮素具有较强的补给作用，这可能与它们密集的根系在土
８７ 水土保持学报 第２５卷
壤中产生穿插、挤压、分割、网络等作用以及根系分泌物和分解产物密切相关；种植红三叶越冬前植株从土壤中
带走的氮素也得以归还土壤。
对于其他６种豆科植物来说，黑豆从土壤中带走了６５．３８％的氮素，但到成熟后有６１．７０％的氮素归还到
土壤中；柽麻和绿豆氮素分别下降了４．１７％和４．３６％；豌豆和蚕豆氮素分别下降了１０．８４％和１３．５０％；大豆
是需氮最多的植物，仅依靠根瘤菌的共生固氮作用给予土壤－植物体系所补存的氮素营养不足以弥补它从土
壤中带走的氮，所以到成熟后土壤全氮含量下降了１８．５３％。
２．２．２ 豆科牧草２个生长季节后土壤养分比较 表３为５种豆科牧草生长两季后土壤剖面养分测定结果，与
表２生长一季后土壤表层全Ｎ含量相比，红三叶和小冠花土壤表层全Ｎ含量增长幅度最大，均为１００％；柽麻
的增长量也达５０％以上；苜蓿增加４７．１７％；草木樨增长数量最少，为２１．４３％。以上结果表明，生土地上种植
豆科牧草，随着种植年限的增加，土壤表层全Ｎ含量均有不同程度的提高。对不同层次进行分析，土壤全Ｎ的
垂直变化趋势是从上到下逐渐降低，呈现明显的层次性，即在０－２０ｃｍ土壤表层，除苜蓿外，土壤全Ｎ含量极
显著高于亚表层２０－４０ｃｍ的；在２０－４０ｃｍ和４０－６０ｃｍ之间，只有草木樨和小冠花全Ｎ含量下降的幅度
较大；在６０－８０ｃｍ和８０－１００ｃｍ ２个层次之间，土壤全Ｎ含量除小冠花达０．０５水平差异外，其他４种豆科
牧草差异均不显著。以上分析表明５种豆科牧草在生土地上生长两季后，对土壤０－６０ｃｍ土层氮素具有明显
的表聚效应，这可能与土壤Ｎ主要存在于生物活动区，尤其是在植物根系分布区密切相关。
５种豆科牧草土壤有机质的垂直变化趋势与全Ｎ的相同，即从表层向下逐步减少，与土壤中植物的残体量
由上向下依次减少一致。小冠花土壤表层有机质含量最高，其次为红三叶，草木樨土壤表层有机质含量高出苜
蓿３％，柽麻土壤表层有机质含量最低。
表３ 不同豆科牧草地土壤剖面养分含量
植物 深度／ｃｍ 全Ｎ含量／（ｇ·ｋｇ－１） 有机质含量／％ 速效Ｐ含量／（ｍｇ·ｋｇ－１） 速效Ｋ含量／（ｍｇ·ｋｇ－１）
０－２０ ０．５４６±０．０１６ａＡ １．８８９±０．０５３ａＡ ５．７６０±０．６９３ａＡ １２７．５±１．４４３ａＡ
２０－４０ ０．４３４±０．０３２ａｂＡＢ １．４１１±０．０６６ｂＡＢ ２．０８４±０．４０４ｂＢ １００．０±５．７７４ｂＢ
苜 蓿
４０－６０ ０．３２２±０．０００ｂｃＢＣ １．１８３±０．０６６ｂｃＢＣ １．９６２±０．４１２ｂＢ ９０．０±０．０００ｃＢＣ
６０－８０ ０．２３８±０．０６５ｃｄＣ ０．９９０±０．１５１ｃｄＢＣ １．５６９±０．５７８ｂＢ ８０．０±０．０００ｄＣ
８０－１００ ０．１６８±０．０５７ｄＣ ０．７４０±０．２０４ｄＣ １．１４８±０．３１１ｂＢ ７７．５±１．４４３ｄＣ
平均值 ０．３４２±０．０６８ １．２４３±０．１９６ ２．５０５±０．８３０ ９５．０±９．０４８
０－２０ ０．６３０±０．０００ａＡ １．９５７±０．０３９ａＡ １０．４００±１．２１６ａＡ １６５．０±２．８８７ａＡ
２０－４０ ０．３６４±０．０２４ｂＢ １．５２５±０．０６７ｂＢ １．７９４±０．２０９ｂＢ ８５．０±２．８８７ｂＢ
红三叶
４０－６０ ０．２９４±０．０３２ｂＢ １．３３１±０．００７ｃＣ １．７８６±０．０４２ｂＢ ８５．０±２．８８７ｂＢ
６０－８０ ０．１５４±０．０４９ｃＣ ０．７９７±０．０１３ｄＤ ０．９３７±０．２５９ｂＢ ８２．５±４．３３０ｂＢ
８０－１００ ０．１１２±０．００８ｃＣ ０．４２１±０．００７ｅＥ ０．６７１±０．０３５ｂＢ ７５．０±２．８８７ｂＢ
平均值 ０．３１１±０．０９２ １．２０６±０．２７１ ３．１１８±１．８３４ ９８．５±１６．７２６
０－２０ ０．４７６±０．００８ａＡ １．９４６±０．００７ａＡ ６．９０５±０．４４４ａＡ １３０．０±４．３３０ａＡ
２０－４０ ０．４２０±０．０２３ｂＢ １．５８２±０．０２０ｂＢ ２．３６３±０．１１９ｂＢ ８０．０±０．０００ｂＢ
草木樨
４０－６０ ０．３６４±０．０５２ｃＣ １．１４９±０．０２０ｃＣ １．６４８±０．１７８ｂｃＢＣ ８０．０±２．８８７ｂＢ
６０－８０ ０．１４０±０．０１８ｄＤ ０．８７６±０．０２０ｄＤ １．１３８±０．０３８ｃｄＣＤ ７５．０±０．０００ｂＢ
８０－１００ ０．１２６±０．０１７ｄＤ ０．６１４±０．０００ｅＥ ０．４５０±０．０００ｄＤ ７０．０±０．０００ｂＢ
平均值 ０．３０５±０．０７３ １．２３３±０．２４０ ２．５０１±１．１４５ ８７．０±１０．９０９
０－２０ ０．６４４±０．００８ａＡ ２．１７３±０．０２０ａＡ １２．６４８±０．１３５ａＡ １６０．０±０．０００ａＡ
２０－４０ ０．３５０±０．０１６ｂＢ １．４４５±０．０５９ｂＢ ２．００６±０．０００ｂＢ ９０．０±０．０００ｂＢ
小冠花
４０－６０ ０．２５２±０．０２４ｃＣ １．０４７±０．０５３ｃＣ １．１８２±０．０１３ｃＣ ８５．０±２．８８７ｃＢ
６０－８０ ０．１４０±０．００８ｄＤ ０．８３１±０．０２０ｄＤ ０．６７２±０．０８３ｄＤ ７５．０±０．０００ｄＣ
８０－１００ ０．０８４±０．００８ｅＤ ０．５０１±０．０３９ｅＥ ０．５４９±０．０３５ｄＤ ７２．５±１．４４３ｄＣ
平均值 ０．２９４±０．０９９ １．１９９±０．２８８ ３．４１１±２．３２３ ９６．５±１６．１９４
０－２０ ０．４６２±０．０００ａＡ １．７７５±０．０５３ａＡ ５．５２９±０．６８０ａＡ １３０．０±０．０００ａＡ
２０－４０ ０．２９４±０．０３２ｂＢ １．５５９±０．０２０ｂＢ ２．６１６±０．３５２ｂＢ １１０．０±０．０００ｂＢ
柽 麻
４０－６０ ０．２２４±０．０２４ｂｃＢ １．２１８±０．０４６ｃＣ ２．０８２±０．１０１ｂｃＢＣ ９０．０±５．７７４ｃＣ
６０－８０ ０．１５４±０．０００ｃＢ ０．６１４±０．０３９ｄＤ １．０５１±０．０３８ｃｄＢＣ ８５．０±２．８８７ｃＣ
８０－１００ ０．１５４±０．０６５ｃＢ ０．５９２±０．０３９ｄＤ ０．９０７±０．１７２ｄＣ ８５．０±２．８８７ｃＣ
平均值 ０．２５８±０．０５７ １．１５２±０．２４１ ２．４３７±０．８３７ １００．０±８．８０３
９７第６期 杜天庆等：不同类型豆科植物对黄土母质生土的改土效果
土壤中速效Ｐ含量在剖面上的垂直分布也与全Ｎ、有机质的分布趋势一致。０－２０ｃｍ土壤表层速效Ｐ的
含量均极显著高于２０－４０ｃｍ土层的，在２０－１００ｃｍ土层，土壤速效Ｐ的变异不大，这与Ｐ的移动性少，向下
淋溶少有关。
表层速效Ｋ的含量在１２７．５～１６５．０ｍｇ／ｋｇ之间，差异较大，与Ｋ的性质有关，土壤中的速效Ｋ都是溶解
态和离子交换态，它们很容易被植物吸收。草木樨和苜蓿在土壤中生长两季，除基肥外土壤中一直无外施 Ｋ
肥，处于生长旺期的草木樨和苜蓿吸收带走的速效 Ｋ较多，使土壤中速效 Ｋ的含量低于红三叶和小冠花的。
据观察红三叶和小冠花在生长第２年的７－９月份，其凋落物量明显高于其他３种植物的，凋落物经过几个月
的缓慢分解后，在大量微生物的作用下，养分矿化较快，从而土壤速效Ｋ含量明显增加。
土壤有机质是评价土壤质量的一个重要指标，它不仅能增强土壤的保肥和供肥能力，提高土壤养分的有效
性，而且可促进团粒结构的形成，改善土壤的透水性、蓄水能力及通气性，增强土壤的缓冲性等；土壤全氮含量
高低主要取决于土壤有机质含量高低，而土壤有机质含量又主要取决于有机物质归还数量、有机物质腐殖化系
数和土壤有机质矿化率。本试验条件下苜蓿、草木樨、红三叶种植两季后对土壤的培肥作用高于小冠花和柽麻
的，这从表３中０－１００ｃｍ层土壤养分平均数全Ｎ与有机质的变化趋势可以看出，两者具有很好的相关性。
３ 结论与讨论
（１）土壤物理性状是土壤直接受植物根系生长构型、挤压、切割穿透、网络影响而形成的空间特性，不同豆
科植物由于株型不同、根冠比不同、生育期与生育寿命长短的不同，因而对土壤物理性状指标影响不同。本试
验条件下分枝性强、营养体繁茂性强、经济产量相对较高的大豆、黑豆，耕层根系发达，土壤容重较低、孔隙度较
大、气相比亦较大，且黑豆、大豆对０．２５～３ｍｍ之间团粒具有较强的作用；多年生深根牧草草木樨、苜蓿根际
土壤容重界于１．００～１．３５ｇ／ｃｍ３ 之间，是最适宜的土壤容重范围；种植草木樨、苜蓿、黑豆、大豆后，土壤＞０．５
ｍｍ水稳性团聚体的含量均在９０％以上。由于容重是衡量土壤松紧状况的指标，而土壤团聚体结构状况对土
壤水分和肥力有着重要的涵养作用［１３］，因此种植草木樨、苜蓿、黑豆和大豆对黄土母质生土物理性质具有良好
的改良作用。
（２）由于豆科植物既是土壤Ｎ的利用者，又是土壤Ｎ的生产者，因此豆科植物生长期间土壤Ｎ素变化循
环较大，尤其是一年生高产豆科植物大豆，随生长进程的前、中、后期土壤Ｎ素表现了高－低－高的积累－消
耗－再积累的过程。豆科植物在丰富土壤Ｎ素积累过程中，除通过根瘤固Ｎ作用减少对土壤硝态氮的吸收，
使土壤肥力得到明显改善外，在很大程度上取决于豆科植物的残留物释放养分提供持续的氮素营养，使土壤肥
力得到改善。董智等［９］研究表明，在黄泛平原风沙化土地种植豆科牧草可使土壤有机质含量、碱解氮、速效磷、
速效钾含量增加，且不同牧草间各养分状况指标的含量差异显著。在本研究中，草木樨、苜蓿、豌豆、黑豆、小冠
花、红三叶６种豆科植物在短时期内对土壤氮素具有较强的补给作用；５种豆科牧草在黄土母质生土上生长两
季后，土壤０－２０ｃｍ表层全Ｎ含量与生长一季后相比均有不同程度提高，培肥土壤能力随种植时间的延长而
越发显著，与董智等［９］研究结果一致。其中红三叶与小冠花提高幅度达１００％，种植红三叶和小冠花对土壤表
层肥田效果比种植柽麻、苜蓿和草木樨占优势。
土壤有机质是土壤中氮和磷的重要来源，同时对土壤物理性状也有极大的影响，因此土壤有机质作为衡量
土壤肥力高低的一个最重要指标而备受重视［５］。本试验条件下０－１００ｃｍ土层内有机质含量表现为：苜蓿、草
木樨、红三叶显著高于小冠花和柽麻，且与全Ｎ含量有很好的相关性，以上结果与根系分布及茎叶根系水温量
有关。种植豆科植物枝叶还田及腐根枯落物有效改善土壤结构，提高土壤肥力，对提高土壤有机质和全氮有较
好效果，与秦嘉海等［８］、曾希柏等［１６］研究结果一致。
（３）由容重、孔隙度、团粒结构及土壤养分状况总体分析，草木樨、苜蓿、黑豆、红三叶４种豆科植物对黄土
母质生土具有良好的改良效果，因此在同类型土壤开发初期可以作为改土首选，这对新垦贫瘠土壤性状的改良
将有着积极全面的推进作用，可作为生物改土的一项有效举措。
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０８ 水土保持学报 第２５卷
４ 结 论
（１）武隆主要烟区土壤，有机质含量适中，ｐＨ４．５～７．５范围的土壤占绝大部分。全氮量和碱解氮含量较
高。对于氮含量较高的烟田，为了避免在烟株生长后期因氮素过量造成烟叶成熟期推迟，应适当控施氮肥，并
适当提早追施氮肥的时间。植烟土壤磷含量处于较低水平，不能为烟草提供充分磷素的土样占总样品数的
７７．５６％，烟区有近６０％的土壤速效钾含量丰富，适宜烟草的生长。
（２）中量元素中近６０％的烟田有效钙含量偏高；多数土壤交换性镁含量在适宜至丰富范围；有效硫含量缺
与不缺大约各占５０％，缺硫的土样数占５６．７３％，不缺硫的土样占４３．２７％。
（３）有效锌含量适中偏丰、有效铜含量丰富，适宜优质烟叶的生长，有９０％左右的土壤有效锰、有效铁含量
偏高。因此，主要微量元素不是影响武隆烟区优质烤烟生产的主要因素。
（４）通过对武隆烟区土壤进行模糊性综合评价可以看出，武隆烟区大部分土壤样品的ＩＦＩ值处于中等（占
３９．１０％）和较高（占３３．０１％）水平，另有７．０５％处于高水平，而分布在较低水平的占１７．６３％，仅有３．２１％的
土壤样品分布在低水平。综合评价结果表明武隆烟区土壤肥力较适宜生产烤烟。
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ｌａｎｄ ｓｕｃｃｅｓｓｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｅａｓｔｅｒｎ Ｔｉｂｅｔ Ｐｌａｔｅａｕ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｏｉｌ Ｅｃｏｌｏｇｙ，２０１０，４４：１６４－１６９．
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６８ 水土保持学报 第２５卷