刈割对牧草地下部根区土壤养分及土壤酶活性的影响

1、章家恩等：刈割对牧草地下部根区土壤养分及土壤酶活性的影响 391刈割对牧草地下部根区土壤养分及土壤酶活性的影响章家恩，刘文高，陈景青，施耀才，蔡燕飞华南农业大学热带亚热带生态研究所，广东 广州 510642摘要：对不同刈割强度对牧草地下部根区土壤养分状况及土壤酶活性进行了研究，结果表明，牧草刈割对根区土壤养分、土壤酶活性和土壤微生物数量存在一定影响。不同刈割强度对牧草根区土壤有机质、全磷和全钾含量无明显影响。土壤全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量均因刈割强度的增加而显著下降。土壤蔗糖酶、脲酶活性因刈割处理强度的增加而下降；土壤过氧化氢酶活性则表现为相反的变化趋势。刈割对土壤微生物总数量的影响较大

2、，表现为轻刈割不刈割重刈割。关键词：刈割；牧草；土壤养分；土壤酶中图分类号：S812.4 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2005）03-0387-05植物-土壤系统是一个相互作用、相互影响的有机整体，植物与土壤之间的相互作用主要是通过根-土界面或根际微生态界面（micro-eco-interface）来实现的。一方面，植物的生长需要源源不断地通过根系从土壤中吸取养分和水分，并需要土壤作为基础支撑。另一方面，地上部植物生长及其覆盖也在不断改变着土壤理化性状及土壤微生态环境。植物根系在不断地分泌有机物质，同时也在不断地进行呼吸，释放CO2，改变着根际土壤环境和根际微生物群落结构，进

3、而影响土壤中的许多理化过程12。而植物根系的生理生态状况又与植物地上部生长状况密切相关。因此，当植物地上部发生变化后（如砍伐、刈割、火烧等），植物地上部的光合作用、呼吸作用、蒸腾作用以及光合作用产物的分配与转运以及根系的分泌等生理生态活动等会发生相应的变化35，这些变化又势必通过根系对土壤微生态环境产生一定的影响2。然而，目前国内外就刈割对牧草生长的影响多限于地上部分的系统研究,而对其地下部分的研究还不够6，特别是对土壤生态系统的影响研究还很不够。近年来，一些学者开始关注植物地上部刈割对土壤理化性质的影响710。为此，本研究对不同刈割强度条件下牧草地下部根区土壤养分性质变化进行了研究，旨在了解

4、不同刈割强度对土壤生态系统的某些影响。1 研究地区与研究方法1.1 研究地区概况实验场地位于广州华南农业大学校内农场。实验区冬季少严寒，年均气温高，霜日少，有效积温和雨量充足。实验期间年均气温22 左右，最冷月（1月）平均气温13 左右；最热月（7月）平均气温29 左右，年降雨量1800 mm左右，适合于柱花草生长。1.2 试验材料与研究方法供试材料为柱花草，品种为圭亚那柱花草Stylosanthes guianensis (Aubl.) SW.中的CIAT184，由广东省农业厅牧草工作站提供。柱花草为放牧和刈割兼用型豆科牧草。1962年引入我国海南，随后推广到华南地区，表现较好，主要用作饲料

5、和绿肥作物，有较好的固氮能力和保持水土功能。试验地原作菜地，土壤pH值为6.1，有机质含量为29.2 g/kg，全氮含量为0.65 g/kg，碱解氮含量为121.68 mg/kg，全磷含量为0.39 g/kg，速效磷含量为35.25 mg/kg，全钾含量为3.34 g/kg，速效钾含量为6.95 mg/kg。试验共分3 种处理，包括轻刈割（留茬50 cm）、重刈割（留茬25 cm）和不刈割（对照），各3次重复，随机区组设计共9个小区，每个小区3 m×4 m =12 m2，四周设置保护行。2003年4月1日开始整地，4月12日进行播种，按照株距40 cm，行距60 m穴播，每穴35粒种

6、子。播种后按750 kg/hm2的施肥量给每个小区施含N、P、K各15%的挪威复合肥1.8 kg，此后整个过程不施肥。播种一星期后出苗，到8月25日进行刈割。在刈割前（7月27日和8月24日）、刈割后（9月30日和11月1日）分别采集柱花草根区土壤，带回实验室按照有关的方法对土壤药品进行理化性质和土壤酶活性测定11, 12，主要测定指标包括有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾、土壤酶活性（包括蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶）。土壤微生物数量分析采用平板培养法13，真菌、放线菌和细菌培养分别采用马丁氏培养基、高氏1号培养基和牛肉膏蛋白胨培养基。2 结果与分析2.1 牧草刈割对根区土壤养分状

7、况的影响2.1.1 牧草刈割对根区土壤有机质含量的影响三种处理下牧草根区土壤有机质含量不存在显著性差异，说明在1年中刈割1次不会造成土壤有机质的明显变化。从时间动态来看，三种处理下土壤有机质含量均随着柱花草的生长而逐渐减少，其中重刈割减少约38.8%，轻刈割减少约42.5%，不刈割减少约41.6%（表1）。表1 柱花草刈割前后土壤有机质含量的变化able 1 Contents of soil organic matter before and after cutting ofStylosanthes guianensis (Aubl.) SW g·kg-17月27日8月24日9月30

8、日11月1日不刈割28.48±0.25A19.90±0.26A16.88±0.93A16.62±0.86A轻刈割27.73±0.31A20.48±0.27A15.66±0.47A15.95±0.32A重刈割27.70±1.32A20.8±0.27A15.24±0.46A16.95±0.31A表中数据为平均值±标准误差，表中同列具有相同字母者，表示在0.01水平差异不显著，不同字母表示在0.01水平下差异显著（DMRT法）2.1.2 牧草刈割对根区土壤全氮含量的影响刈

9、割后（9月30日和11月1日），三种处理土壤全氮含量存在显著差异，说明柱花草刈割对土壤全氮含量有明显影响。与不刈割相比，轻刈割下降约15.2%（9月30日）和19.1%（11月1日），重刈割下降约48.7%（9月30日）和35.3%（11月1日）（表2）。这说明了一方面由于牧草地上部受到损伤后，为了恢复生长，需要从土壤中吸收大量的氮素，造成了土壤含氮量的下降。另一方面由于柱花草地上部刈割可能导致其根系固氮能力下降，结果造成刈割后土壤氮素含量要明显低于不刈割处理。表2 柱花草刈割前后土壤中全氮含量的变化Table 2 Contents of soil total nitrogen before

10、and after cutting ofStylosanthes guianensis (Aubl.) SW g·kg-1处理7月27日8月24日9月30日11月1日不刈割0.650±0.025A0.833±0.010A1.398±0.029A1.301±0.058A轻刈割0.655±0.010A0.830±0.006A1.185±0.035B1.053±0.025B重刈割0.661±0.014A0.845±0.022A0.821±0.040C0.929±0.011

11、C从时间动态来看，土壤全氮含量在柱花草生长过程中总体上表现为一个增加过程。种植柱花草后，三种处理下土壤全氮含量都大于原来种植前的土壤全氮含量（0.65 g/kg），说明种植柱花草有利土壤氮素的积累。这是由于柱花草是一种豆科牧草，具有固氮作用，有利于提高土壤氮素含量（表2）。2.1.3 牧草刈割对根区土壤碱解氮含量的影响刈割后，土壤碱解氮含量变化表现为，不刈割处理高于轻刈割处理，但二者差异不显著；不刈割处理则显著高于重刈割处理，大约高出33.2%。说明重刈割处理可使土壤中碱解氮含量出现一个大的衰减。但刈割2个月后，由于柱花草地上部逐渐恢复，加上土壤生态系统的自我调整，三个处理间土壤碱解氮含量差异

12、不显著。从柱花草生育期动态来看，土壤碱解氮含量在生长前期有一个小的增长过程，但到生长后期则总体上呈现出一个递减趋势，不刈割减少了37.4%，轻刈割减少了32.0%，重刈割大约减少了11.1%。这主要与柱花草生长发育对土壤有效氮的大量需求有关（图1）。图1 柱花草刈割前后土壤碱解氮含量的动态变化Fig. 1 Contents of soil alkali-soluble nitrogen before and after cutting of Stylosanthes guianensis (Aubl.) SW (g·kg-1)2.1.4 牧草刈割对根区土壤全磷含量的影响刈割后，重刈割

13、处理和轻刈割处理土壤全磷含量要低于不刈割处理，但三个处理之间无显著差异，说明刈割对土壤全磷含量无明显影响。从生育期时间动态来看，三种处理中土壤全磷含量表现为一个迅速衰减的过程，从前后两次土壤全磷含量分析结果来看，减少了50%以上（图2）。图2 柱花草刈割前后土壤全磷含量动态变化Fig. 2 Contents of soil total phosphorus before and after cutting of Stylosanthes guianensis (Aubl.) SW2.1.5 牧草刈割对根区土壤速效磷含量的影响刈割后，重刈割处理土壤速效磷含量衰减最快，并明显低于轻刈割处理，重刈割

14、处理比轻刈割少24.6%；轻刈割处理又显著低于不刈割处理，比不刈割大约少27.3%。说明刈割对土壤速效磷含量具有明显影响，在刈割初期，柱花草为了恢复其地上部，势必会加大对土壤中速效磷的吸收利用，刈割强度越大，柱花草对土壤速效磷的吸收越剧烈（表3）。表3 柱花草刈割前后土壤速效磷含量的变化Table 3 Contents of soil available phosphorus before and after cutting of Stylosanthes guianensis (Aubl.) SW mg×kg-1处理7月27日8月24日9月30日11月1日不刈割55.14±

15、;3.55A66.03±2.89A62.55±1.47A47.46±1.18A轻刈割54.34±1.30A66.98±2.44A45.45±1.16B44.60±0.74A重刈割53.25±1.06A65.06±1.13A34.29±0.39C32.71±0.84B从时间动态来看，土壤速效磷含量在柱花草生长初期有一个小的增长过程，但到后期总体上呈现下降趋势，重刈割处理土壤速效磷含量衰减最大，比刈割前约下降了32.35 mg/kg，大约减少了49%（表3）。2.1.6 牧草刈割对根区土壤

16、全钾含量的影响三种处理下土壤全钾含量在刈割前无显著差异。在刈割初期（9月30日），各处理下土壤全钾含量存在显著差异，不刈割>重刈割>轻刈割。说明在刈割初期柱花草对土壤全钾含量会产生一定影响。到后期（11月1日），三种处理土壤全钾含量无显著差异，土壤全钾含量大约在2.1 2.2 g/kg之间。表5 柱花草刈割前后土壤蔗糖酶活性的变化Table 5 Activity of soil sucrase before and after cutting of Stylosanthes guianensis (Aubl.) SW 葡萄糖 mg·g-1·d-1处理7月27日8

17、月24日9月30日11月1日不刈割8.60±0.35A9.97±0.13A16.76±0.27A14.40±0.38A轻刈割8.61±0.52A9.96±0.11A14.26±0.23B12.62±0.27B重刈割8.62±0.48A10.13±0.17A9.89±0.27C11.12±0.15C从时间动态来看，在柱花草生长过程中，土壤全钾含量呈现明显减少趋势，从前后两次土样全钾含量分析结果来看，三种处理都大约减少了30%以上，说明柱花草生长对钾素的需求较大而导致其含量下降（

18、图3）。图3 柱花草刈割前后土壤全钾含量动态变化Fig. 3 Contents of soil total potassium before and after cutting of Stylosanthes guianensis (Aubl.) SW2.1.7 牧草刈割对根区土壤速效钾含量的影响刈割后，三种处理间土壤速效钾含量出现显著性差异，其中，重刈割土壤速效钾含量衰减最快，大约减小了58.8%，这可能是由于重刈割后，柱花草为了恢复植株生长，需要吸收土壤中较多的速效钾，所以土壤速效钾含量亏损较多。不刈割处理次之，大约减少了20.2%，轻刈割处理土壤速效钾含量反而高于不刈割处理，与刈割前持平

19、（表4）。表4 柱花草刈割前后土壤速效钾含量的变化Table 4 Contents of soil available potassium before and after cutting of Stylosanthes guianensis (Aubl.) SW mg×kg-1处理7月27日8月24日9月30日11月1日不刈割10.06±0.07A7.33±0.04A6.60±0.06B5.85±0.07B轻刈割10.17±0.06A7.36±0.06A7.53±0.04A7.11±0.06A重刈割10

20、.17±0.05A7.38±0.05A3.42±0.06C3.04±0.06C从生育期动态来看，在柱花草生长过程中，三种处理下土壤速效钾含量均逐渐减少。其中重刈割牧草土壤速效钾含量减少最多，达70.1%，轻刈割为30.1%，不刈割为41.9%。2.2 牧草刈割对根区土壤酶活性的影响2.2.1 牧草刈割对根区土壤蔗糖酶活性的影响蔗糖酶对增加土壤中易溶性营养物质起着重要作用12, 14。刈割前，三种处理土壤蔗糖酶活性无显著差异。刈割后，三种处理下土壤酶活性出现显著性差异，表现为：不刈割处理>轻刈割>重刈割。与不刈割相比，重刈割约下降了40.9%，

21、轻刈割约下降了14.9%，而且这种影响一直持续到11月。说明刈割对牧草地上部的损伤可能引起地下部根系生理生态性质（如根系活力、根系分泌物等）的改变，进而影响到根区土壤酶活性（表5）。从时间动态来看，不刈割和轻刈割处理条件下土壤蔗糖酶酶活性变化表现为一个先上升而后略有下降的过程，不刈割和轻刈割土壤蔗糖酶活性在9月份达到最高。而重刈割处理下土壤蔗糖酶活性则在11月份达到最大。2.2.2 牧草刈割对土壤脲酶活性的影响脲酶广泛存在于土壤中，它与土壤有机质、全氮、全磷含量等密切相关，是一个重要的肥力指标12, 14。刈割前，各种处理下土壤脲酶活性差异不大。刈割后，刈割处理比不刈割处理的土壤脲酶活性低，并

22、表现为显著性差异。不刈割处理和轻刈割处理在9月30日土壤脲酶活性明显增加，但重刈割处理土壤脲酶活性则变化不大，说明重刈割可造成土壤脲酶活性的降低，但到11月份，三种处理下土壤脲酶活性无显著性差异，此时被刈割的柱花草地上部已基本恢复（表6）。表6 柱花草刈割前后土壤脲酶活性的变化Table 6 Activity of soil urease before and after cutting of Stylosanthes guianensis (Aubl.) SW NH3-N×mg·g-1·d-1处理7月27日8月24日9月30日11月1日不刈割6.4±0

23、.12A6.8±0.12A16.0±0.58A4.6±0.12A轻刈割6.2±0.08A7.0±0.08A10.4±0.44B5.0±0.09A重刈割6.2±0.16A7.0±0.10A7.4±0.22C4.8±0.12A从时间动态来看，土壤脲酶活性与土壤蔗糖酶活性有着类似的变化规律，即在柱花草生长过程中逐渐增加，到10月份左右达到最大，而后明显降低。2.2.3 牧草刈割对土壤过氧化氢酶活性的影响过氧化氢酶广泛存在于土壤中和生物体内。土壤过氧化氢酶可促使过氧化氢的分解，因而有利于防止它

24、对生物体的毒害作用12, 14。刈割前，三种处理条件下，土壤过氧化氢酶活性差异不大。刈割后，重刈割和轻刈割处理的土壤过氧化氢酶活性相对不刈割处理来有较大的提高，重刈割处理下土壤过氧化氢酶活性明显增加。过氧化氢酶活性的增加有利于分解过氧化氢而防止其对生物体的毒害作用。到后期，当被刈割牧草完全恢复后，三种处理条件下土壤过氧化氢酶活性基本达到同一水平（图4）。图4 柱花草刈割前后土壤过氧化氢酶活性变化Fig. 4 Activity of soil catalase before and after cutting of Stylosanthes guianensis (Aubl.) SW2.3 牧草

25、刈割对土壤微生物数量的影响表7 刈割前后土壤微生物总数的变化Table 7 Total amount of soil microorganisms before and after cutting of Stylosanthes guianensis (Aubl.) SW 107个·kg-1处理7月4日9月30日不刈割1.82±0.21A1.88±0.24B轻刈割2.28±0.22A5.56±0.26A重刈割1.723±0.07A0.72±0.08C从微生物数量分析结果来看，三种处理下土壤微生物总数量之间存在显著差异。其中重

26、刈割处理的土壤微生物数量要显著低于不刈割土壤的微生物总数，而轻刈割的数量要显著高于不刈割的土壤微生物数量（表7）。说明不同刈割处理对土壤微生物总数有较大的影响，轻刈割可促进土壤微生物数量的增加，而重刈割则明显造成了微生物数量的下降。3 小结牧草刈割对根区土壤养分、土壤酶活性和土壤微生物数量均具有一定的影响。牧草刈割后根区土壤有机质有所下降，但不显著。土壤全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量均因刈割强度的增加而显著下降。刈割对土壤全磷、全钾含量的影响不显著。土壤蔗糖酶、脲酶活性因刈割处理强度的增加而下降。刈割对土壤过氧化氢酶活性的影响则相反，表现为重刈割轻刈割不刈割。刈割对土壤微生物总数量的影响很大

27、，表现为轻刈割不刈割重刈割。综上而言，植物地上部刈割后对地下部土壤生态学性质会造成一定影响，但目前关于植物地上部遭受损伤后对地下部的内在作用机制还不清楚，因此，在这方面今后有待开展深入研究，特别是对植物地上部刈割后，植物对土壤养分、水分的需求动态、光合作用产物的分配、根系分泌物的变化等方面要加强研究。参考文献：1 涂书新, 孙锦荷, 郭智芬, 等. 植物根系分泌物与根际营养关系评述J. 土壤与环境, 2000, 9(1): 6467.TU S X, SUN J H, GUO Z F, et al. On relationship between root exudates and plant

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