播种方式对紫花苜蓿 无芒雀麦人工草地浅剖面土壤C、N分布及储量的影响.docx

1、41452010年12月草业学报ACTAPRATACULTURAESINICA播种方式对紫花苜蓿+无芒雀麦人工草地浅剖面土壤C、N分布及储量的影响邰继承，杨恒山，范富，张庆国，宋桂云，苏雅乐(内蒙占民族大学农学院.内蒙古通辽028042)摘要：采用分层取样法研究了两年生单播紫花苜布、单播无芒雀麦、隔行混播和同行混播人工栽培草地土壤碳、缺含量及分布状况。结果表明，在牧草生长时期，单播紫花苜卷草地土壤容重最大，单播无芒雀麦草地容咆最小;040cm±层土壤有机碳含量以单播紫花R蓿草地最大，其次为隔行混播草地，二者与.单播无芒雀麦草地、同行混播草地间差异达极显著水平(PV0.01);土壤全敏

2、含械为单.播无芒雀麦草地最低，其他处理间无显若差异(P>0.05)；在。40cm全制面，单播紫花苜蓿草地有机碳储鼠最大，为46.98t/hm2,隔行混播卓地次之，为44.77t/hm二者显著高于同行混播单地(38.75t/hm2)及单播无芒雀麦草地(36.37t/hm2)(P<0.05)o关键词：紫花苜蓿；无芒雀麦；隔行混播；同行混播中图分类号：S344.16；S158.3文献标识码：A文章编号：1004-5759(2010)06-0041-05科尔沁地区是典型的半干早农牧交错地区，长期以来，由于不合理利用草地资源造成该地区生态环境恶化,农牧业生产受到严重影响。历史上各国开发半干早

3、地区取得的一个共同成功的经验就是实行农业与牧业的结合，而人工草地是畜牧业集约化经营的基础23?。建立高产、优质的人工草地是解决该地区草畜供求矛原、促进草地畜牧业持续发展的关键措施之一。建立豆科+禾本科混播草地是提高草地生产力的基本方法，苜蓿(Medicagosativa)与无芒雀麦(Bromusinermis)则是建植人工草地的理想组合'。土壤有机质(碳)含玷是土壤质量的一个极其重要的属性，它不但是土壤肥力的重要物质基础，影响土壤物理、化学和生物学性质与过程:&刃，而且更重要的是关系着在全球气候变化和生物多样性发育上.的服务功能它的含晨和质量是评价管理措施可持续性的重要因子。合

4、理调节其积累与分解，是维持和提高耕地质量、促进农业可持续发展的一项重要任务M戚。草地生态系统是全球陆地生态系统的重要组成部分，碳储单约占整个陆地生态系统的15%,而且90%的碳储存在土壤中，由于其丰富的碳储量和独特的生物地球化学过程而成为了碳循环领域研究的一个热点关于草地生态系统土壤碳、氮的研究，前人已进行了一些工作，但其研究内容主要是针对天然草地在不同节原类型、不同管理措施及退化演替过程中或土地利用方式改变后土壤有机碳、氮的变化等C，5n<,本试验是在科尔沁地区农田改种牧草基础上，以不同播种方式的紫花苜蓿+无芒雀麦人工栽培草地土壤为对象，研究其在精细管理、高频刈割条件下牧草生长期间土壤

5、有机碳、氮的变化，以其为在全球气候变化背景下指导建立理想人工草地和科学培肥提供理论依据。1材料与方法1.1试验地概况该研究于2007年9月在内蒙古民族大学农学院试验农场进行(43°36N,122°22E,海拔178m)。研究区近50年平均温6.8C2】0C年活动积温为322OC.无霜期154d；年平均降水量398mm,生长季内(4-9月)降水量占全年降水量的89%。土壤为灰色草甸土，耕层有机质含量；15.50g/kg.碱解貌58.45mg/kg,速效磷48.32mg/kg,速效钾163.67mg/kgpH8.20,有灌溉条件。1.2试验材料试验材料为紫花苜蓿阿尔冈金(M.s

6、ativacv.Algonquin由美国引进，无芒雀麦(B.inerrniscv.Carton)由收稿日期,2010-01-14»改回日期=2010-03-11基金项目：内蒙古民族大学科研创新团队建设计划项目(NMD10-03)资助.作名简介：邰继承<1977-),男.蒙占族.内蒙古阿荣旗人.讲师，项士.Emailstaiiichenal9771013©中国农业科学院引进。1.3试验设计试验设单.播紫花苜精（DZ）、单播无芒雀麦（DW）、同行混播（TH）和隔行混播（GH）4个处理.3次重夏，小区面积为32.4m行距30cm。2006年5月6日播种，基施磷酸二铉150k

7、g/hm，,尿素75kg/hm2,硫酸钾150kg/hm'；翌年返青后不施用任何肥料-单播紫花苜蓿播/为15kg/hm，单播无芒雀麦播最为22.5kg/hm2.混播播咕均为对应单播播量的50%。第1年刈割2次，翌年刈割4次，留茬高度均为56cm,栽培管理条件一致。于2007年秋季最后1次刈割后取样测定。采用环刀法按010,1020.2030,3040cm分层采集原状土壤，用于测定土壤容重；以S形取样法在垄间用土钻按010.1020.2030.3040cm分层采集10个采样点的混合样，用于测定土壤有机碳、全氮等指标。1.4测定项目与方法土壤有机碳测定采用重铭酸钾容量法一外加热法改；全氮测

8、定采用半微量凯氏法“°：;容重采用环刀法:。有机碳储量计算见下式：M=立(MXyXH)X(l-Gi)i-jlb式中.M为有机碳储量（tC/hm2）；Nf为i层有机碳含量（g/kg）顷为i层容重（g/'cmfHi为，层厚度（cm）;G，-为直径22mm的石砾所占体积百分比（%）；为土层数。1.5数据处理与统计分折数据处理与统计分析采用MicrosoftExcel2003和JMP5.0.1软件。2结果与分析2.1不同播种方式下土壤容重的比较土壤容重从040cm土层的平均值来看，单播紫花苜蓿草地最大，为1.30g/cm3,其次分别为同行混播草地1.27g/cm隔行混播草地1.24g

9、/cm。单播无芒雀麦草地土壤容重最小.为1.20g/cm3（图1）0单播紫花苣蓿苴地土壤容重随土层深度的增加而依次增加土层间差异不显著；隔行混播、同行混播和单播无芒雀麦草地上壤容重随七层深度增加而呈先降低后增加的趋势，均为1020cm土层最低；。40cm范围内各层均表现为单播紫花苜蓿草地土壤容重最大，其中1020cm±层明显，与其他处理差异达显著水平（PV0.05）。2.2不同播种方式下土壤有机碳含量的比较单播无芒雀麦、同行混播和隔行混播草地土壤有机碳含员在040cm各土层内呈随深度增加而降低的趋势.而单播紫花苜蓿草地则呈波动式下降.20-3（）cm土层含玷高于相邻土层（图2）。各处

10、理均以010cm土层土壤有机碳含虽最高数学模拟表明其有机碳的深度变化均符合直线方程，其中单播无芒雀麦草地y=一2.3716h+13.670,V=0.9965；同行混播草地），=一2.5355工+14.076,"=0.9771$隔行混播草地y=-1.5684了+12.958,庞=0.9957；而单播紫花苜蓿草地y=-Q.6449.r+10.659,您=0.5917；说明单播紫花苜蓿草地有机碳剖面分布与其他处理间有一定差异。040cm土层土壤有机碳含房的平均值以单播紫花苜蓿草地最高，为9.05g/kg.其次为隔行混播草地.为9.04g/k&,二者均极显著高于同行混播草地（7.74

11、g/kg）和单播无芒雀麦草地（7.74g/'kg）（PV0.01）。020cm±层内，其他处理有机碳含景高于单播紫花苜蓿草地；而在2040cm土层单播紫花苜蓿草地有机碳含量则明显增加，并与其他处理间差异达到极显著水平（PV0.01）。2.3不同播种方式下土壤全氮含量的比较010cm土层内，单播无芒雀麦草地土壤全氮含量极显著低于权他处理（PV0.01）（图3）;040cm土层土壤全氮含量的平均值分别为单播紫花苜指节地0.75g/kg.隔行混播草地0.75g/kg和同行混播草地0.74g/kg.:者差异不显著（P>0.05）,但都极显若高于单播无芒雀麦草地0.45g/kg（

12、P<0.01）o各处理全氮含量随深度增加变化不同,单播紫花苜蓿草地2030cm土层全氟含盾最高,单播无芒雀麦草地以1020cm上层全氮含量最高，同行混播和隔行混播章地全氟则表现为表层含量最高。2.4不同播种方式下土壤C/N及C、N相关，性4种处理方式下其他土层土壤C/N基本均在1015变化，而单播无芒雀麦草地。10cm的C/N却为35.89,显著高于其他土层（P<0.05）（图4）。一般认为，当土壤的C/N大于30时.会产生土壤有效氮素的微生物同化固定，使植物的缺敏现象更为严重；当C/N小于15时，其矿化作用一开始提供的有效氮量就可以供应植物的生长需要：22】。也就是说,本研究各处

13、理、各土层中除单播无芒雀麦草地010cm土层外，其余土壤矿化分解过程均可为牧草生K提供氮素营养，而单播无芒雀麦章地010cm上层则表现为微生物与牧草对敏素营养的竞争关系。土壤全氮含屈和有机碳含量是土壤养分诸因素中最重要的2个因素.数学模型可定量模拟出它们之间的相关程度，本研究运用线性回归分析，利用15个样本（单播无芒雀麦草地。10cm±层除外，图中阴影点）的有机碳与总氮数据,建立了它们之间的回归方程（图5）。SCC=0.0923TN-O.O647.R2=0.8785,可见关联度很高，揭示出土壤氮水平与有机碳含牡有显著的正相关效应。010102020303040土层深度Soildept

14、h(cm)0-1010-2020303040010010304010202O3O土层深度Soildepth(cm)图1不同播种方式下土壤容重比较Fig.1Comparisonofsoilbulkdensitywithsoildepthsindifferentsowingmethods图2不同播种方式土墉总有机碳含量比较Fig.2Comparisonofsoilorganiccarboncontentwithsoildepthsinmixedsowingmethods。】010202030土层深度Soildepth(cm)30-40图3不同播神方式土壤全氮含量比较图4不同播种方式土壤C/N比较土

15、层深度Soildepth(cm)Fig.4ComparisonofsoilC/NwithsoildepthsindifferentsowingmethodsFig.3Comparisonofsoiltotalnitrogencontentwithsoildepthsindifferentsowingmethods2.5不同播种方式下土壤有机碳储量的比较不同牧草类型及不同混播方式下的有机碳储量存在较大差异（图6）。就整个040cm全剖面土体而言，单播紫花苜蓿草地土壤有机碳储量最大，为46.98t/hm隔行混播草地次之，为44.77t/hm?,二者无显著差异（户>0.05）,但均显著高于同行

16、混播草地的38.75t/hm2及单播无芒雀麦草地的36.37t/hn?（PV0.05）。可见.山于群落结构与组成不同，在各种类型植被-土壤系统综合作用下，各处理土壤环境产生较大分异，相应的导致各处理土壤有机碳状况亦发生显著差异。各处理均为。10cm土层有机碳储重最大，其中单播无芒雀麦草地、同行混播草地和隔行混播草地随土层深度加深而递减.而单播紫花苜蓿草地则是先降后升再降，2030cm七层储量:高于相邻土层，这与土壤有机碳含帝随深度的变化规律-致。图5土壤有机碳与全氮的关系Fig.5Relationshipsbetweensoilorganiccarboncontentandsoiltotaln

17、itrogencontentunderfourgrasslandtypes3.2.O,80.4.2O1100-00(罗M)=-2uoy=4>8oj1-u«-o二_os点如渥季0-10cm10-20cmCD20-30cmB30-40cm30-40cm播种方式Sowingmethod图6不同播种方式下土堵有机碳储量的比较Fig.6ComparisonofsoilorganiccarbonstorageindifferentsowingmethodsO3讨论随着畜牧业的发展和我国农业产业结构调整的不断推进,牧草的作用已经越来越被广大农民所重:视，大力发展牧草产业已经逐步成为提高农业综

18、合效益的重要手段。发展农区草业将酝酿-次对耕地农业的革命，不仅为改进农业系统提供最初的动力.而旦可发掘农区草地资源.解放巨大食物资源潜力，实现人一畜分粮是保证粮食安全的重大步骤土壤有机碳含玷及其动态平衡不仅是反映土壤质量和草地健康的重要指标，直接影响着土壤肥力和草地生产力，而且由于土壤有机碳犀储故巨大，其较小幅度的变化就可能影响到大气CQ浓度的变化,从而以其温室效应影响全球气候变化。土壤有机碳含量是土壤管理、气候、植被覆盖等各种因素综合影响下有机碳输入与输出之间动态平衡的结果以口刃。牧草地上部分由于收割而移出土壤系统，地下部分进入上壤的量和分布深度及地上凋落物则可能成为影响土壤总有机碳含量的主

19、要因素。本研究表明无芒雀麦对表层有机碳的积累影响显著，而紫花苜蓿对深层有机碳积累显著。20cm土层其他处理土壤有机碳含量均高于单播紫花苜蓿处理，正是由于无芒雀麦大量的浅层须根及凋落物腐烂归还所致；2040cm±层单播紫花苜蓿草地有机碳明显增加则是由于紫花苜蓿根系入七较深，相应归还土壤的植物残体量较大；而混播条件下由于紫花苜蓿与无芒雀麦的种间竞争从而减少其深层生物量.最终使深层有机碳归还量降低，这也佐证了植物根系的分布是影响深层土壤中有机碳垂直分布的主要因素。各处理在040cm土层内总有机碳平均值以单播紫花苜蓿草地最大，为9.05g/kg,隔行混播草地次之，为9.04g/kg,二者无显

20、著差异(P>0.05),它们均极显著高于单播无芒雀麦草地和同行混播草地(PV0.01)。可以看出，不同的混播方式对土壤有机碳含量亦有较大影响，隔行混播有利于有机碳的累积.而同行混播则不利于有机碳的累积。从单纯增加土壤有机碳的饬度来看,单播紫花苜蓿和隔行混播方式为优；如从增汇减排的角度则隔行混播方式最为理想，因为二者结合除可更好地利用上下土层养分资源外，同期试验还表明隔行混播草地有机碳氧化稳定系数最大，其次为同行混播草地，二者与单播草地间也达到了显著差异水平(PV0.05)2句，可以说明合理混播条件下既有利于土壤增碳，同时又有利于土壤固碳，更能发挥退耕还草的积极作用。参考文献：张淑艳，张永

21、亮.科尔沁地区禾豆混播人工草地生产特性分析J.中国草地，2003.9：32-36.2山仑.徐炳成.黄土高原半干早地区建设稳定人工草地的探讨J.草业学报，2009.18(2)：1-2.3 陈敏.改良退化草地与建立人工草地的研究M.呼和浩特：内蒙击人民出版社.1998.4 很成君，韩建国.或郁萍.刈割期和留茬高度对混播草地产量及品质的影响J.草地学报，2001，9(4)：257-264.5 张永亮，张丽娟.苜指、无芒雀麦混播及单播箪地产段动态研究J.中国草地学报2006,28(5)：23-28.6 马成泽.有机质含站对土壤几项物理性质的影响1J.土壤通报，1994,25(2)：65-67.'

22、;7jPowlsonI)S.BrookesPC.Mesurementofsoilmicrobialbiomassprovidesanearlyindicationofchangesintotalsoilorganicmatterduetostawincorporation.J.SoilBiologyandBiochemistry.1987,19(2)：159-164.8IlayncsRJ.Labileorganicmatterfractionsascentralcomponentsofthequalityofagriculturalsoils：Anoverview.AdvancesinAgro

23、nomy,2005,85；221-268.9王发刚，王启基，王文颖.等.土壤有机碳研究进展J.草业科学，2008,25(2)：48-54.10J金峰，杨浩.赵其国，等.土壤有机碳储景及影响因素研究进展J.上壤，2000,(1)：11-17.11ManlayR.FcllllerC,SwiftMJ.HistoricalevolutionofsoilorganicmatterconceptsandtheirrelationshipswilhthefertilityansustainabilityofcroppingsystcmsJ3.Agriculture.EcosystemanEnvironmen

24、t,2007,119：217-233.12金维续.有机肥料研究四十年J.土壤肥料，1989.(5)：3540.131命仁培.农牧结合，培育肥上一黄淮海平原农业持续发展的基础J.土壤通报，1998,29(3)：97-98.14石蜂.李玉娥.高清竹.等.管理措施对我国草地土壤有机碳的影响J.草业科学，2009,26(3)：9-15.15J王枪芬,陈佐忠，TieszenLT.人类活动对锡林郭勒地区主要草原土壤有机碳分布的影响J.植物生态学报，】998.22(6)：545-551.16 高安社，郑淑华，赵萌莉.等.不同草原类型土壤有机碳和全敏的差异J.中国草地.2005,27(6)：44-48.17

25、李凌浩.上地利用变化对草原生态系统土壤碳贮量的影响J.植物生态学报，1998,22(4):300-302.18 王俊明.张兴吕.退耕草地演替过程中的碳储地变化J.草业学报，2009,18(1)：1-8.19 李月梅，啊广民，徐仁海,等.植物群落生物量和有机碳对高寒草甸土地利用变化的响应JJ.草业科学，2007.24(6)：4-8.20 鲁如坤.土壤农业化学分析方法M.北京：中国农业科技出版社.1999：106-109,146-149.21 郭国双.谈谈土壤容术的测定.灌溉排水，1983.2(2)：3940.22 黄昌勇.土壤学M.北京：中国农业出版社.2000：34-38.23：任继周.林慧龙

26、.农区种草是改进农业系统、保证粮食安全的取大步骤J.草业学报，2009,18(5)：1-9.24辛刚，颜丽.汪景宽.等.不同开峰年限黑土有机质变化的研究J.土壤通报.2002,33(5)：332-335.25_SolomonD,LehmannJ,KinyangiJ,etal.LongtermimpactsofanthropogenicperturbationsondynamicsandspeciationoforganiccarbonintropicalforestandsubtropicalgrasslandecosystcmslJGlobalChangeBiology.2007,13：51

27、1-530.26=邰继承,杨恒山.范富，等.播种方式对紫花背蓿十无芒雀麦草地土壤碳密度和组分的影响J.草业科学，2010.27(6)：)02-107.EffectsofmanualsowingmethodsofMedicagosalivaandBromusinermisonthedistributionandcontentofsoilorganiccarbonandnitrogenTAIJi-cheng,YANGHcng-shan»FANFu,ZHANGQing-guo,SONGGui-yun,SUYa-lc(AgriculturalCollege,InnerMongoliaUniversityforNationali