两种土壤改良剂对3 种牧草生长及土壤含水量的影响

肖兴艳，张雷一，刘 方，姚 斌，龙 健

(1．贵州大学资源与环境工程学院，贵州 贵阳550025;2．中国林业科学研究院荒漠化研究所，北京100091;3．贵州师范大学，贵州省山地环境重点实验室，贵州 贵阳550001)

土壤水分是气候、植被、地形及土壤因素等自然条件的综合反应，其对植物正常生长发育有很重要的影响，土壤的水文特性在很大程度上也反映了植被对土壤结构改良的性能［1］。土壤水分是土壤－植物－大气连续体的一个关键因子，是土壤系统养分循环和流动的载体，它不但直接影响土壤的特性和植物的生长，且间接影响植物的分布［2］。牧草种植一方面增加植被的覆盖度和土地生物产量，另一方面也增大土壤水分的消耗［3］。喀斯特地区是典型的生态环境脆弱区，巨大的人口和环境压力使该区生态环境受到严重的破坏，土壤侵蚀退化严重，出现明显的石漠化，植被自然恢复困难［2］。当前研究者已对喀斯特土壤水分动态、变异特征及其影响因子进行了较多研究，但研究主要集中在林地［4-7］，对草地土壤水分的研究相对较少。因而，研究喀斯特山区牧草土壤水分的变化，对合理利用土地资源及林草间作具有重要意义。雀稗(Paspalum thunbergii)、黑麦草(Lolium perenne)、拉巴豆(Dolichos lablab)均属多年生草本植物，除具有产量高、适口性好、营养丰富的特点外，对喀斯特山区的水土保持和畜牧业具有重要作用。为此，本研究选取这3 种牧草作为研究对象，较为系统地分析牧草生长过程中土壤含水量的动态，以便为喀斯特山区植被恢复与生态建设提供科学依据。

1 材料与方法

1．1 供试材料

试验土壤采于贵州省花溪区贵州大学校园周边坡地，土壤类型为碳酸盐岩发育的石灰土［8-9］。野外采集0 －20 cm 的表层土壤，土壤样品混匀后用于盆栽试验。土壤改良剂采用玉米秸秆粉碎物、玉米秸秆炭化物，牧草为雀稗、黑麦草、拉巴豆。

1．2 试验方案

试验于2014 年3 月中旬采用室外盆栽方式进行，将供试土壤均匀摊开，去除树叶和石头等杂质，自然风干后过5 mm 筛后装入塑料盆钵中，每盆(30 cm×30 cm)装土10 kg，盆钵内装土距盆缘约2 cm。雀稗、黑麦草、拉巴豆种子用蒸馏水浸泡12 h 后均匀地播于盆中，其上用薄土层覆盖。每种牧草设置3 个处理，分别为对照(CK)、秸秆炭(5%)、秸秆(5%)。秸秆粉碎物、秸秆炭与土壤充分混匀后施入土壤中，每处理4 次重复。出苗后，每间隔2 d 浇水一次，保持盆栽土壤适宜的含水量。待幼苗长至2 ～3 叶期，停止浇水，测定牧草地上生物量;并依据天然降雨情况，开始进行土壤含水量测定。

1．3 地上生物量的测定

每个盆钵里随机抽取10 株植株，将植株表面泥土冲洗干净、吸水干燥后测其鲜重，将称重后的鲜样于105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干24 h，待质量恒定后测其干重。

1．4 土壤含水量的测定

2014 年8 －10 月期间，每月在连续不降雨时段进行土壤含水量的测定，分别为2015 年8 月21日－26 日(共计6 d)，2015 年9 月21 日－30 日(共计10 d)，2015 年10 月5 日－16 日(共计12 d)，于每月监测时段的每天09:00 用时域反射(Time-domain Reflectometer，简称TDR，U．S．A)测定表层(测定深度为土层10 cm 处)土壤含水量［7，9-10］，每盆重复测定3 次，取平均值作为每盆土壤含水量。

1．5 数据统计分析

收集整理记录数据后(土壤含水量每两天取一次数据进行统计)，利用SPSS 17．0 统计软件对各指标进行方差分析和差异显著性分析，采用最小显著极差法(LSD)进行多重比较。

2 结果与分析

2．1 土壤改良剂对牧草生长的影响

一般情况下，植株越高，其生长势越强。添加秸秆炭后3 种牧草株高及生物量均高于对照(表1)。雀稗、黑麦草、拉巴豆的株高分别比对照高10．5%、9．5%和7．4%，地上部分生物量分别高10．6%、13．6%和6．5%。黑麦草的株高在不同改良剂处理下差异显著(P ＜0．05);与添加秸秆相比，秸秆炭处理的株高21．2%。导致此结果的可能其原因是由于生物质炭具有多孔结构，比表面积大，具有较好的保水保肥效果，对植株的生长有促进作用，有助于植株生长。3 种牧草间的株高由于生理特性不同存在差异，尤其是秸秆处理下拉巴豆的株高分别是雀稗和黑麦草2． 0、3． 5 倍，生物量分别是雀稗和黑麦草6．4、36．7 倍，主要是由于拉巴豆为豆科植物，植株个体较大。

表1 不同土壤改良剂处理植株的生长情况Table 1 Plant growth under different soil improver treatments

2．2 土壤改良剂对土壤含水量的影响

随着连续不降水时间的增加，土壤含水量呈逐渐降低趋势，由于监测时长不同，土壤含水量的变化幅度有差异，因此选取8 －10 月监测时段的降雨初期(2015 年8 月21 －22 日、2015 年9 月21 －22 日、2015 年10 月5 －6 日)，连续5 d 不降雨(2015 年8月25 －26 日、2015 年9 月25 －26 日、2015 年10 月9 －10 日)，连续10 d 不降水(2015 年9 月29 －30日、2015 年10 月14 －15 日)的土壤含水量分别求其平均值，分析两种改良剂处理下的3 个处理阶段平均土壤含水量的变化情况(图1)。总体而言，不同改良剂处理下平均土壤含水量的大小顺序表现为秸秆炭＞对照＞秸秆，其总体变化没有明显差异。但随着监测天数(连续不降雨天数)增加，土壤含水量差异明显:监测时间越长，土壤含水量越低。

降水初期，秸秆炭处理的雀稗平均土壤含水量比对照组高3． 3%，而秸秆处理则比对照组低1．5%;连续5 d 不降水，秸秆炭处理的平均土壤含水量比对照组高8． 3%，而秸秆处理比对照低1．3%;在连续10 d 不降雨条件下，秸秆炭处理的平均土壤含水量比对照组高17．9%，同期秸秆处理的比对照组低2．0%(图1)。

秸秆炭处理的黑麦草平均土壤含水量在降水初期、连续5 d 不降水和连续10 d 不降水的条件下分别比对照组高2．4%、6．6%和17．4%，而在秸秆处理下土壤含水量分别比对照低1．2%、1．6%和3．7%(图1)。

随着连续不降水时间的增加，拉巴豆的土壤含水量变化明显，降水初期、连续5 d 不降水和连续10 d 不降水的平均土壤含水量分别比对照组高6．6%、15．1% 和19． 8%，秸秆处理的分别比对照组低1．6%、5．3%和3．7%(图1)。

分析结果表明，与对照相比，秸秆炭处理土壤含水量较高，而秸秆处理土壤含水量则有所降低，其对土壤的保水效果差。经多重比较分析，连续10 d 不降水的情况下，雀稗不同改良剂处理土壤含水量的差异显著(P ＜0．05)，秸秆炭能显著提高土壤含水量。该研究结果表明，改良剂对土壤含水量有一定的调节作用。

2．3 3 种牧草对土壤含水量的影响

图1 两种改良剂处理下雀稗、黑麦草和拉巴豆的土壤含水量Fig．1 The soil moisture of paspalum，ryegrass，and Dolichos lablab under different treatments

3 种牧草都有一定的保水能力，但不同的牧草保水能力存差异。雀稗的平均土壤含水量较高，黑麦草次之，拉巴豆最低;雀稗的最高平均土壤含水量分别比黑麦草和拉巴豆高15．4%和31．1%。牧草平均土壤含水量的最大值介于37．4% ～42．6%，最小值介于8．1% ～24．0%，差距较大。标准差表示同一牧草在连续不降水条件下土壤含水量的离散程度，雀稗的离散程度最低，说明雀稗保水性能较强。经多重比较分析，雀稗和拉巴豆的土壤水分差异显著，可能的原因是拉巴豆植株个体相对较大，且为豆科植物，其吸水能力和蒸腾能力都较强，造成土壤持水能力相对较低。初步试验结果表明，种植雀稗有利于提高土壤的保水能力，可以作为喀斯特山区生态恢复优先考虑种植的草种。

不同牧草的生长特性有差异，导致其土壤持水能力也有所不同。本研究通过盆栽试验对3 种牧草的土壤含水量进行动态监测。结果显示，3 种牧草的平均土壤含水量随着连续不降水时间的增加而逐渐降低，并且雀稗的平均土壤含水量较高，黑麦草次之，拉巴豆最低。然而，不同草种的平均土壤含水量差异显著(P ＜0．05)，综合分析，降水初期，3 种牧草的平均土壤含水量的差异较小，其变化幅度小于10%(秸秆处理下种植雀稗的平均土壤含水量仅比拉巴豆高7．9%);但随着连续不降水时间的增加，种植3 种牧草的平均土壤含水量变化差异越大，连续5 d 不降水时，种植雀稗和黑麦草的平均土壤含水量分别比拉巴豆的高45．8%、36．1%，且雀稗与拉巴豆差异显著(P ＜0．05);连续10 d 不降水时，种植雀稗的平均土壤含水量比黑麦草和拉巴豆分别高达45．9%、59．8%，雀稗与黑麦草、拉巴豆之间差异显著(P ＜0．05)。

通过对3 种牧草平均土壤含水量的分析可知，土壤含水量在每个阶段的变化趋势一致;不同阶段土壤含水量变化有差异，随着监测天数的增加，牧草土壤含水量变化差异显著(P ＜0．05)，连续10 d 不降水时，雀稗、黑麦草和拉巴豆的土壤含水量差异最显著(P ＜0．05)。各阶段牧草土壤含水量大小排序为雀稗＞黑麦草＞拉巴豆，且由分析结果知雀稗含水量显著高于黑麦草和拉巴豆。初步的试验结果说明种植雀稗土壤的保水效果最好。

3 讨论与结论

全球气候变化破坏了原有的生态多样性，导致生物资源枯竭、生态环境恶化，水土流失则是生态环境恶化的形式之一。在喀斯特生态脆弱区防止水土流失，提高水土保持效果并非一项简单的工作，本研究分析了不同品种牧草及土壤改良剂对土壤含水量的影响。

在150 d 的盆栽试验过程中，不同改良剂处理条件下3 种牧草的株高和地上部生物量皆随牧草生长时间的增加而增加，不同改良剂处理牧草的长势存在差异，土壤中施用秸秆炭的效果较好，这可能是由于前期施加的秸秆炭中含碳量高，其在培养过程中部分降解，使土壤养分和微生物活动增加，促进了牧草生长［11-13］。但各项指标变化差异不显著且植株叶尖发黄，这可能是由于添加的改良剂在牧草生长初期提供了充足的养分和水分，植株长势较好，而随着养分和水分的逐渐消耗，牧草后期的生长受到制约［14-15］，出现叶尖发黄现象。但是总体而言，改良剂是影响牧草生长的重要影响因子，施用生物质炭对牧草生长具有一定的促进作用。

土壤水分是影响植物生长发育的主要环境因素之一，水分亏缺对植物的影响非常重要，在干旱情况下对植物的影响更是至关重要［16-17］，故而研究土壤含水量变化具有重要意义。本研究以秸秆炭和秸秆作为改良剂，分析其对土壤含水量的影响。结果表明，不同改良剂对土壤含水量的影响不一样，施加秸秆炭有利于提高土壤的保水性能，而秸秆对土壤的保水效果差。这可能是由于秸秆炭具有疏松多孔的结构、巨大的表面积和极强的吸附能力，能够吸附和保持水分，改善土壤理化性质，增强土壤保水能力［12，18］，从而延长植物的存活时间，提高作物产量和品质，可以促进农业的可持续发展。

种植牧草能有效改良土壤，并增强土壤的水土保持效应，但是不同牧草品种的保水效果存在差异。本研究中种植雀稗和拉巴豆的土壤其含水量差异显著，结果表明，禾本科牧草的保水蓄水效果好于豆科，原因可能是禾本科地上生物量较小，植被蒸腾耗水较少，这与苏德喜和贾倩民［19］的研究结果相似;而对禾本科牧草而言，雀稗比黑麦草对土壤具有更明显的保墒作用。初步研究结果表明，喀斯特山区种植雀稗有利于提高土壤含水量，秸秆炭添加后其提高效果更加明显，在后续的研究中可以考虑对其具体的保水机制进行深入分析。

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