全 文 ：乌兰布和沙漠东北缘三种豆科绿肥植物生物量
和养分含量及其对土壤肥力的影响＊
杨晓晖　王葆芳＊＊　江泽平
(中国林业科学研究院林业研究所 国家林业局林木培育实验室 ,北京 100091)
摘　要　土壤肥力是限制乌兰布和沙漠东北缘沿黄灌区建立高产绿洲的主要因子之一。在内蒙古自
治区磴口县试验地种植 3 种绿肥植物 ,比较它们改良土壤的效果。结果表明 , 1 ～ 2 年生紫花苜蓿的总
生物量干重为最高 ,而沙打旺则因其抗风沙能力强 , 地上部分生长较其它两种植物为好 , 由于植株中水
分含量较高 ,其生物量的鲜重在三者中是最高的。 2 年生绿肥植物总生物量干重和养分含量的测定结
果则显示 ,全氮和全磷含量的变化趋势为沙打旺>紫花苜蓿>草木樨 , 而全钾含量则为紫花苜蓿>草
木樨>沙打旺;从 3 种植物对土壤改良效果来看 ,改良作用为沙打旺>紫花苜蓿>草木樨。与两种常
用的绿肥作物相比 ,沙打旺因其对风沙较强的抗性而具有较高的改良土壤能力 , 因此在同类型的沙漠
绿洲开发初期可以作为改良土壤的首选植物。
关键词　绿肥植物 ,生物量 , 养分含量 ,土壤肥力 , 乌兰布和沙漠
中图分类号　S158　　　文献标识码　A　　　文章编号　1000-4890(2005)10-1134-05
Biomass and nutrient concentrations of three green manure leguminous plants and their effects on soil nutri-
ents at northeastern edge of Ulanbuhe Desert.YANG Xiaohui ,WANG Baofang , JIANG Zeping(Silvicultur-
al Center of State Forestry Administration , Research Institute of Forestry , Chinese Academy of Forestry ,
Beijing 100091 , China).Chinese Journal of Ecology , 2005 , 24(10):1134～ 1138.
Soil fer tility is one of the main factors limiting the establishment o f cost-effective oasis along the Yellow River
irrig ated area at nor theastern edge of Ulanbuhe Desert.The study on the soil improvement with three legumi-
nous plants in the experimental site of Dengkou County , Inner Mongolia showed that among three test green
manure plants , 1- and 2-year-old Medicago sativa had the highest total dry biomass , while Astragalus adsur-
gens , one of typical psammophy tes , had the highest above-ground fresh biomass and plant w ater content due to
its high ability against blown-sand damage.The total N and P concentrations of plants were in o rder of Astra-
galus adsurgens>Medicago sativa>Melilotus suaveolens , w hereas the total K concentration was Medicago
sativa>Melilotus suaveolens>Astragalus adsurgens.Astragalus adsurgens w as the most suitable used as
g reen manure , followed by Medicago sativa , and Melilotus suaveolens.The soil improvement effect of these
three plants w as also in the order of Astragalus adsurgens>Medicago sativa>Melilotus suaveolens.Compar-
ing with o ther two commonly used green manure leguminous plants , Astragalus adsurgens had a better soil
improvement feature in arid oasis due to its resistance to blow n-sand , and could be the preferred plant for soil
improvement in the early stag e of deser t development.
Key words　green manure plant , biomass , nutrient content , Ulanbuhe Deser t.
＊国家“十五”科技攻关重大资助项目(2002BA517A09-02)。
＊通讯作者
收稿日期:2004-09-12　　改回日期:2005-03-01
1　引　言
黄河在其大拐弯处孕育了内蒙古河套平原 ,赐
她以深厚肥沃的土地和优质的灌溉水源 ,使其成为
中国北方的粮仓。然而在河套平原的西南部 ,却有
一个独特的景观类型 ,其东部为黄河冲积平原 ,西部
则是乌兰布和沙漠的东北缘 ,该景观大多以流动和
半流动沙丘为主 ,虽然这部分沙漠历史上也曾被开
垦成农田 ,但由于灌溉完全依靠无坝自流引水 ,基本
上是有灌无排 ,再加上没有完善的防护措施 ,这些土
地很快就因沙化或盐碱化而被废弃[ 1] 。解放后 ,特
别是 1961年在磴口县的黄河段上建成的三盛公引
水枢纽及并联各自流引水干渠的总干渠 ,使得河套
平原的灌溉有了基本保证;1981年乌梁素海至黄河
的出口工程通水 ,则标志着河套平原进入了灌排结
合的新阶段[ 2] ,这为乌兰布和沙漠东北缘流动沙地
的开发和防护体系的建立提供了水源保障 。然而对
生态学杂志 Chinese Journal of Ecolo gy　2005 , 24(10):1134 ～ 1138　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
DOI :10.13292/j.1000-4890.2005.0113
这些流动沙地而言 ,水源问题只是限制其生产力最
为主要的因子之一 ,而沙质土壤瘠薄 、保水保肥能力
差也是其中的一项限制因子 ,因此在水源有保证的
前题下 ,改良土壤就成为该区需要解决的首要问题 。
绿肥植物作为一种优良的土壤改良材料已为全
世界各地所采用 ,且大多采用同作物混作来改良土
壤中的氮肥状况[ 7 ～ 9] ,用来改善沙地土壤养分状况
的研究尚不多见[ 6] 。本研究以乌兰布和沙漠东北
缘的磴口县为例 ,通过在推平的流动沙丘上种植 3
种绿肥植物-紫花苜蓿(Medicago sat iva)、沙打旺
(Astragalus adsurgens)和草木樨(Meli lotus suave-
olens),比较其生物量 、养分含量及对土壤肥力的影
响 ,探讨在沙地开发前期选用绿肥植物改良土壤的
可行性 ,以期为干旱区绿洲农业生产中的土壤改良
措施提供参考。
2　研究地区与研究方法
2.1　研究区概况
乌兰布和沙漠位于河套平原西南部 ,黄河 、狼
山 、巴音乌拉山之间 ,属温带干旱区 ,面积约 1.15×
10
4
km
2 ,其中流动沙丘占总面积的 36.9%,半固定
沙丘占 33.3%,固定沙丘占 29.8%。由于黄河贯穿
沙漠的东和东南边缘 ,水面高出丘间地数米或二三
十米 ,大部分地段可引黄河水灌溉 ,沙漠中潜水埋深
1.5 ～ 3 m 。全境以风沙土为主 ,植被是由几种小型
针茅和草组成的成片荒漠化草原群落 ,与藏锦鸡儿
(Caragana t ibet ica)、红沙(Reaumuria soongorica)
等荒漠植被交错组成的过渡性植被 ,流沙下部零星
生长着籽 蒿 (Artem isia sphaerocephala)、沙 竹
(Psammochloa mongolica)和沙米(Agriophy llum
squarrosum)等 , 半固定沙丘多以油蒿(Artemisia
ordosica)、锦鸡儿(Caragana spp.)为主 ,在水分条
件较好的低地 , 主要是以芨芨草(Achnatherum
splendens)、芦苇(Phragmites communis)、盐爪爪
(Kalidium spp.)为主的盐化草甸植被[ 4] 。
研究区选在乌兰布和沙漠东北缘内蒙古磴口县
试验地内 ,试验地沙丘推平前主要以流动和半流动
沙丘为主 ,土壤类型为风沙土 ,在丘间低地上分布有
油蒿群丛 、油蒿+白刺(Nitraria sibirica)群丛 、油蒿
+霸王(Zygophy llum xanthoxylon)+白刺群丛 ,其
下层土壤以漠钙土为主。在 1995年秋季 ,我们将流
动沙丘推平 ,修建了灌溉渠道 ,并设置了相应的防风
沙措施 ,由于冬春季风沙活动的影响 ,推平后的沙地
在 1996年的春季又出现了一些起伏 ,对沙地做进一
步复平 ,并沿灌溉渠道栽植了 3行杨树作为防护林。
2.2　研究方法
在沙丘推平后 ,采用随机取样的方法对土壤进
行分层取样(0 ～ 20 、20 ～ 40和 40 ～ 60 cm),在 1996
年 5月 15日到 25日对 3种绿肥植物进行撒播 ,每
亩播种量为 1 ～ 1.5 kg ,浅耙 1 次后浇水 ,在出苗 7
～ 10 d后再浇 1 次水 ,以确保种子能全部萌出 。3
种植物的出苗率均在 50%以上 ,基本上达到要求 。
在 1996年 10月和 1997年 10月分别对 1年生
和 2年生的 3种绿肥植物的生物量进行了调查 ,每
种植物随机选择了 10个 5 m×5 m 的样方 ,对其地
上和地下部分生物量鲜重进行了称量后 ,分别取一
定量的样品在实验室 60℃恒温下烘干 24 h ,计算地
上和地下部分生物量的干重;1997年 10 月在 10个
测定生物量的样方中 ,分别取 0 ～ 20 、20 ～ 40 和 40
～ 60 cm 的土样 , 对其有机质含量 、全氮 、全磷 、全
钾 、速效氮 、速效磷 、速效钾以及土壤 pH 值进行测
定 ,同时选取 2年生植物的茎叶和根系样品在实验
室进行养分含量分析 ,土壤样品及植物样品的分析
均采用国家标准方法在中国林业科学研究院林业研
究所土壤实验室中进行[ 3] 。
3　结果与分析
3.1　3种绿肥作物生物量的变化
对 3种绿肥植物 1年生和 2年生植株地上及地下
部分生物量鲜重的调查结果显示 ,1年生植物的地上生
物量鲜重为沙打旺(5 490.6 kg·hm-2)>紫花苜蓿
(4 943.8 kg·hm-2)>草木樨(3 954.3kg·hm-2),而地
下生物量鲜重则为紫花苜蓿(2 863.2 kg·hm-2)>草木
樨(1 902.0 kg·hm-2)>沙打旺(1 488.1 kg·hm-2), 2
年生植物的地上和地下部分生物量鲜重的变化趋势与
1 年生 植 物 完全 一 致 , 即 地 上 部分 沙 打 旺
(29 752.5 kg·hm-2)>紫花苜蓿(17 653.2 kg·hm-2)>
草木樨(16 387.3 kg·hm-2), 地下部分紫花苜蓿
(9 176.8 kg·hm-2)>草木樨(7 204.5 kg·hm-2)>沙
打旺(6 953.7 kg·hm-2);1年生植物总生物量的鲜重
为 紫 花 苜 蓿 (7 807.0 kg·hm-2)> 沙 打 旺
(6 978.7 kg·hm-2)>草木樨(5 856.3 kg·hm-2),而 2
年生植物则为沙打旺(36 706.2 kg·hm-2)>紫花苜蓿
(26 830.0 kg·hm-2)>草木樨(23 591.8 kg·hm-2)。
通常来说 ,植物的地上和地下生物量的变化趋势是
一致的 ,然而 ,由于种植的土地为沙丘推成的 ,其土
1135杨晓晖等:乌兰布和沙漠东北缘三种豆科绿肥植物生物量和养分含量及其对土壤肥力的影响
壤以风沙土为主 ,尽管已经营建了农田林网 ,但因时
间较短 ,尚不能发挥其防护功能 ,强烈的风沙活动会
对植物的地上部分生长产生影响 ,沙打旺是沙生植
物 ,对风沙有一定的抵抗力 ,而紫花苜蓿和草木樨可
能要受到较大的影响 ,因此其地上生物量明显低于
沙打旺 。由于地上生物量的显著差异 ,导致 2 年生
沙打旺的生物量明显高于其它两种绿肥植物 。
对 1年生绿肥植物干重的测定结果表明 ,就地
上部分而言 ,紫花苜蓿(1 804.5 kg·hm-2)>沙打旺
(1 135.6 kg·hm-2)>草木樨(1 123.0 kg·hm-2),
地下部分紫花苜蓿(1 187.9 kg·hm-2)>草木樨
(504.0 kg·hm-2)>沙打旺(370.5 kg·hm-2),而总
生物量干重紫花苜蓿(2 992.4 kg·hm-2)>草木樨
(1 627.0 kg·hm-2)>沙打旺(1 506.1 kg·hm-2),
由于沙打旺和草木樨地上部分相差无几 ,因此地下
部分的差异决定了其总生物量的差异 。同时从三种
绿肥植物的干鲜比上看 ,无论是地上部分还是地下
部分 ,沙打旺的植株中水分含量最高 ,草木樨次之 ,
紫花苜蓿最低 ,即三种植物干鲜比的值为紫花苜蓿
>草木樨>沙打旺 。尽管沙打旺的总生物量鲜重值
较高 ,但其干重值却是三者中最低的 。2 年生绿肥
植物的地上干重为沙打旺(8 122.4 kg·hm-2)>紫花
苜蓿(6 902.4 kg·hm-2)>草木樨(5 276.7 kg·hm-2),
地下干重为紫花苜蓿(3 423.3 kg·hm-2)>草木樨
(2 202.0 kg·hm-2)>沙打旺(1 936.6 kg·hm-2),总生
物量干重为紫花苜蓿(10 325.7 kg·hm-2)>沙打旺
(10 059.0 kg·hm-2)>草木樨(7 478.7 kg·hm-2)。
　　从鲜重和干重来看 ,1年生紫花苜蓿的总生物
表 1　1～ 2年生绿肥植物生物量(kg·hm-2)
Tab.1　Biomass of 1～ 2 year-old green manure plants
植物种 年龄 地上生物量鲜重 干重 干鲜比
地下生物量
鲜重 干重 干鲜比
总生物量
鲜重 干重 干鲜比
紫花苜蓿 1 4943.8 1804.5 0.3650 2863.2 1187.9 0.4149 7807.0 2992.4 0.3833
2 17653.2 6902.4 0.3910 9176.8 3423.3 0.3730 26830.0 10325.7 0.3849
沙打旺 1 5490.6 1135.6 0.2068 1488.1 370.5 0.2490 6978.7 1506.1 0.2158
2 29752.5 8122.4 0.2730 6953.7 1936.6 0.2785 36706.2 10059.0 0.2740
草木樨 1 3954.3 1123.0 0.2840 1902.0 504.0 0.2650 5856.3 1627.0 0.2778
2 16387.3 5276.7 0.3220 7204.5 2202.0 0.3056 23591.8 7478.7 0.3170
量均为最高 ,而 1年生的沙打旺尽管鲜重大于 1 年
生草木樨 ,而干重却小于 1年生草木樨;对 2年生植
物来说 ,沙打旺的鲜重为最高 ,紫花苜蓿的干重为最
高 ,而草木樨则均为最低值 ,从植物地上和地下生物
量的干鲜比来看 , 1年生和 2 年生沙打旺的干鲜比
均为最低 ,这表明沙打旺水分含量最高 ,草木樨次
之 ,而紫花苜蓿最低 。
3.2　3种绿肥植物的养分含量分析
植株养分分析结果表明(图 1),2年生沙打旺茎
叶和根系中全氮和全磷含量均为三者中最高 ,全钾
含量则为三者中最低 ,而 2年生紫花苜蓿茎叶和根
系中全氮高于草木樨 ,全磷含量相差不多 ,而全钾含
量则略高于草木樨。结合 2年生绿肥植物地上和地
下生物量干重的测定结果 ,沙打旺中全氮含量最高 ,
为 344.63 kg·hm-2 ,紫花苜蓿次之 ,为 282.03 kg·
hm
-2 ,草木樨最低 ,为 192.31 kg·hm -2 ,全磷含量
与全氮相同 ,为沙打旺(49.11 kg·hm-2)>紫花苜
蓿(31.98 kg·hm -2)>草木樨(25.46 kg·hm-2),而
全钾含量则为紫花苜蓿(128.70 kg·hm-2)>草木
樨(82.76 kg·hm -2)>沙打旺(66.91 kg·hm-2)(表
2),可见从做绿肥的角度上来看 ,沙打旺应该是首
图 1　2年生植物地上和地下部分养分含量对比
Fig.1　comparison of nutrient concentration in aboveground and un-
derground parts of 2-year old plants
1136　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生态学杂志　第 24卷　第 10 期　
表 2　2年生绿肥植物不同部位养分含量(kg·hm-2)
Tab.2　Nutrient concentrtion in different tissues of 2-year-old green
manure plants
植物种
氮
茎叶 根系 小计
磷
茎叶 根系 小计
钾
茎叶 根系 小计
紫花苜蓿 171.88 110.15 282.03 22.23 9.75 31.98 82.46 46.24 128.70
沙打旺 267.28 77.36 344.64 40.46 8.65 49.11 48.59 18.32 66.91
草木樨 126.52 65.79 192.31 18.01 7.45 25.46 60.79 21.97 82.76
选 ,其次为紫花苜蓿 ,草木樨为最差 。
3.3　3种绿肥植物对土壤肥力的影响
根据 2年生植物 0 ～ 60 cm 土层中根系分布状
况的调查结果 , 0 ～ 20 cm土层内的 3种植物的根系
鲜重占总鲜重的 61.35%～ 82.23%,20 ～ 40 cm 土
层内根系鲜重占总鲜重的 14.88%～ 36.33%,而 40
～ 60 cm 土层内根系鲜重仅占总鲜重的 1.09%～
2.89%(图 2),这表明 2 年生植物土壤中根系对土
壤养分的直接影响绝大部分分布在 0 ～ 60 cm 土层
内 ,因此我们对 0 ～ 60 cm 土层内土壤的全氮和速效
氮含量与开发前的测定结果进行了比较分析 。结果
表明 ,3 个土层内的全氮和速效氮含量均有一定程
度的提高 ,在 3个土层内土壤全氮含量均以沙打旺
地最高 ,紫花苜蓿地次之 ,草木樨地最低 ,与流动沙
地相比 ,0 ～ 20 、20 ～ 40和 40 ～ 60 cm 的沙打旺地全
氮量分别提高 55.06%、161.19%和 36.43%,紫花
苜蓿地分别提高 41.57%、161.19%和 24.81%,草
木樨地分别提高了 21.35%、65.67%和 14.73%;同
时3个土层内的速效氮也均有一定程度的提高 ,其
中0 ～ 20和 20 ～ 40 cm 土层内紫花苜蓿地和沙打旺
地的速效氮含量相差无几 ,草木樨地则较两者为低 ,
在 40 ～ 60 cm 土层内 ,沙打旺地的含量最高 ,草木樨
次之 ,紫花苜蓿最低 ,与流动沙地相比 , 0 ～ 20 、20 ～
40和 40 ～ 60 cm 的沙打旺地速效氮含量分别提高
52.34%、34.71%和39.76%,紫花苜蓿地分别提高
图 2　绿肥植物土层中根系分布
Fig.2　Weight of plant roots in di fferent soil layers
50.48%、33.44%和 14.95%,草木樨地分别提高
40.75%、15.76%和 31.12%。可以看出 , 3种绿肥
地内全氮含量递减变化为 20 ～ 40 、0 ～ 20和 40 ～ 60
cm ,速效氮含量递减变化为 0 ～ 20 、40 ～ 60 和 20 ～
40 cm(紫花苜蓿例外)(图 3),出现这种分布格局可
能与灌溉对氮肥的淋溶有关 。
图 3　不同绿肥植物地各土层内全氮和速效氮的变化
Fig.3　Change of soil total N and available N in soil layers under dif-
ferent plants
4　结　语
从 3种植物的生物量的分析结果来看 , 1 ～ 2年
生紫花苜蓿的总生物量干重为最高 ,而沙打旺则因
其抗风沙能力强 ,地上部分生长较其它两种植物为
好 ,且植株中水分含量较高 ,因此其生物量的鲜重在
三者中是相对较高的。
结合 2年生绿肥植物地上和地下部分生物量干
重和养分含量的测定结果 ,全氮和全磷含量的变化
趋势为沙打旺>紫花苜蓿>草木樨 ,而全钾含量则
为紫花苜蓿>草木樨>沙打旺 ,从我国土壤营养元
素富含钾 ,磷不足 ,氮贫乏的特点来看[ 5] , 3种植物
中沙打旺最适宜做绿肥 ,其次为紫花苜蓿 ,草木樨为
最差。
从 3 种植物对土壤改良效果来看 ,改良作用最
好的植物为沙打旺 ,其次为紫花苜蓿 , 最后为草木
1137杨晓晖等:乌兰布和沙漠东北缘三种豆科绿肥植物生物量和养分含量及其对土壤肥力的影响
樨 ,由于灌溉对土壤养分淋溶程度不同 ,因此在 0 ～
60 cm 土层全氮和速效氮的垂直分布格局具有一定
的差异 。可见与两种常用的绿肥作物相比 ,沙打旺
因其对风沙较强的抗性而具有较高的改良土壤的能
力 ,因此在同类型的沙漠绿洲开发初期可以作为改
土首选。
　　上述分析表明 ,即使我们将种植的绿肥植物收
割后作为牧草 ,其根系对土壤的改良作用也是十分
明显的 ,其中改良作用最好的植物为沙打旺 ,其次为
紫花苜蓿 ,最后为草木樨 。
参考文献
[ 1] 　方汝林.1985.内蒙古河套灌区开垦中的生态环境演变[ J] .自
然资源 ,(1):5～ 16.
[ 2] 　王伦平 ,陈亚新 ,曾国芳 ,等.1993.内蒙古河套灌区灌溉排水与
盐碱化防治[ M] .北京:水利电力出版社.
[ 3] 　刘光崧 , 蒋能慧 , 张连第 , 等.1996.土壤理化分析与剖面描述
[ M] .北京:中国标准出版社.
[ 4] 　朱震达 ,吴　正 ,刘　恕 ,等.1980.中国沙漠概论[ M] .北京:科
学出版社.
[ 5] 　鲁如坤.1989.我国土壤氮 、磷 、钾的基本状况[ J] .土壤学报 , 26
(3):280～ 286.
[ 6] 　魏兴琥 ,杨喜林 ,施来成.1995.新垦沙地绿肥改土试验[ J] .土
壤肥料 ,(2):42～ 44.
[ 7] 　Ali M .1999.Evaluat ion of green manure technology in t ropical
low land rice systems[ J] .Field Crop Res., 61:61～ 78.
[ 8] 　Ash raf M , et al.2004.Comparative effects of applying leguminous
and non-leguminous green manures and inorganic N on biomass
yield and ni trogen uptake in f lloded rice (Oryza sat iva L.)[ J] .
Biol.Fer t.Soi ls , 40:147～ 152.
[ 9] 　Stopes C , Millington S ,Woodward L.1996.Dry matter and nit ro-
gen accumulation by three leguminous green m anure species and
the yield of a following w heat crop in an organic production system
[ J] .Agr.Ecosyst.Environ., 57:189～ 196.
作者简介　杨晓晖 , 男 , 1968 年生 , 副研究员 , 博士。主要研
究方向为景观生态学及荒漠化防治。
责任编辑　李凤芹
1138　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生态学杂志　第 24卷　第 10 期