巨菌草对内蒙古引种区土壤理化性质的影响

王利蒙，李钢铁，张 博

(内蒙古农业大学沙漠治理学院，内蒙古呼和浩特 010018)

巨菌草(Pennisetumgiganteumz.x.lin)是多年生的直立丛生型草本植物。巨菌草根系发达、分蘖能力强，具有较强的抗逆性[1-3]，并对土壤中一些重金属离子存在着较强的吸附作用，在盐碱化、重金属污染的生境中常被作为先锋植物进行培养[4-5]。刘凤山等[6]分析了巨菌草对土壤性质的改善程度，结果表明，种植巨菌草可以净化和改良土壤，起到改善生态环境等作用。目前，在宁夏、陕西、甘肃、新疆、内蒙古等土地荒漠化问题严重的地区也已成功引种巨菌草[7-10]，不仅为当地缓解水土流失和土壤盐碱化等问题，同时带动当地种植产业的发展，种植巨菌草农民的收入也有所提高，因此，巨菌草是兼备生态价值和巨大经济价值的植物[11]。

截至目前，国内对巨菌草生态功能的研究主要集中于菌草根际土壤微生物[12-13]、菌群多样性[14]以及巨菌草防风固沙效益研究[15]。而关于内蒙古地区种植巨菌草对土壤理化特性改良效果的影响鲜有报道。该研究通过样地试验，选取各试验区内巨菌草生长前后的土壤，以裸地土壤作为对照，系统分析了巨菌草对土壤理化性质的改善程度，以期为当地引进与培育抗旱新品种、改良土壤、建设生态环境屏障等方面提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况此次研究主要在内蒙古自治区巨菌草推广试验点进行取样，包括通辽市奈曼旗、鄂尔多斯市达拉特旗、呼和浩特市土默特左旗的3个重点试验区域。奈曼旗试验区位于科尔沁沙地南部，属温带大陆性季风干旱气候，年潜在蒸发量1 500～2 000 mm，年均气温6.0～6.5 ℃，无霜期约151 d；达拉特旗试验区在自治区西南部，处于鄂尔多斯高原北端，年降水量250～350 mm，年日照时数约3 000 h，太阳能、风能资源充裕；土默特左旗试验区处于内蒙古中部的呼和浩特市北什轴乡海流村，属温带大陆性气候，年降水量约380 mm，年蒸发量约1 851.7 mm，蒸发量大于降水量，年平均湿度为54%，相对较低。

1.2 试验方法在奈曼旗、达拉特旗和土默特左旗3个试验区域内分别布设面积为600 m2(20 m×30 m)的标准样地，同时设置裸地作对照试验，每处理设置3个标准样地作为重复。土壤采样时间分别为2018年4月上旬(首次引种巨菌草前)、2021年10月下旬(当年收割后)。在生长季初期施加1 t/hm2的尿素作为基肥，种植期间各试验区采取相同的灌溉措施(滴灌)与管理模式。

在各样地采用“S”型布点法确定采样点，采用环刀法取土样，采样深度0～20 cm，同时裸地土壤作为对照(CK)。土样密封并带回实验室进行风干处理，过1 mm土壤筛去除植物根系和其他有机物。土壤物理性质的调查选择土壤容重、最大持水量、土壤总孔隙度3个主要指标开展分析。土壤化学性质的调查选择pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾作为主要指标开展分析，分别采用酸度计法、重铬酸钾氧化-外加热法、凯氏定氮法、碱解扩散法、酸熔-钼锑抗比色法、碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法、酸熔-火焰光度法、乙酸铵浸提-火焰光度法进行测定。每处理3个重复，共计12组数据，最后取平均值分析。

1.3 数据处理所测数据采用Microsoft Office Excel 2007软件进行整理及绘图制表，采用SPSS 25.0进行单因素方差分析及差异显著性检验(Duncan)。

2 结果与分析

2.1 种植前后各试验区土壤物理性质比较从达拉特旗、奈曼旗、土默特左旗巨菌草生长前后土壤的主要物理性质统计结果(表1)可以看出，各种植巨菌草后样地土壤容重均小于CK样地，土壤孔隙度、最大持水量均大于CK。各试验区内土壤容重均表现出随着巨菌草生长显著降低的趋势，2021年的巨菌草样地土壤容重平均为1.44 g/cm3，较种植前降低0.06 g/cm3；奈曼旗、达拉特旗、土默特左旗分别降低2.48%、4.32%、5.30%。3个巨菌草样地土壤最大持水量平均增幅为11.60%，其中，达拉特旗变化较为突出，由29.04%增加至33.99%，提升幅度17.05%。与此同时，3个巨菌草样地内土壤总孔隙度均有所提高。由此可见，种植巨菌草可一定程度上降低土壤容重、增加土壤孔隙度、提高土壤保水能力。

表1 不同处理间土壤主要物理性质分析

2.2 巨菌草对土壤pH、有机质的影响从表2可以看出，达拉特旗、奈曼旗、土默特左旗试验区在连续种植巨菌草后pH明显降低。巨菌草样地与对照样地的有机质含量都有所增加，各试验区内巨菌草样地的土壤有机质含量均高于CK，且种植前后变化较大。巨菌草样地内土壤平均pH由种植前的9.07下降至8.68，下降4.30%；有机质含量由2.59 g/kg增加至3.09 g/kg，增加幅度为19.31%。CK样地土壤的平均pH由9.08增加至9.10；有机质平均含量由2.54 g/kg增加至2.64 g/kg，变化不明显。参考土壤pH和有机质含量指标，达拉特旗种植巨菌草后土壤改良效果较好。可见，巨菌草种植对试验区土壤pH和有机质含量存在一定改良作用。

表2 土壤pH、有机质含量的变化情况

2.3 巨菌草对土壤全效氮、磷、钾的影响由表3可知，种植巨菌草前后样地间土壤全量养分存在差异。而在巨菌草样地内的土壤全氮、全磷、全钾的平均增幅分别为32.00%、51.32%、13.71%。达拉特旗、奈曼旗、土默特左旗裸地的平均全氮含量由1.18 g/kg增加至1.25 g/kg，全磷含量由0.79 g/kg 增加至0.91 g/kg，全钾含量由2.02 g/kg减少至1.81 g/kg，裸地对照组的土壤养分含量与2018年的无明显差异。由此可知，裸地全氮、全磷、全钾含量的变化无明显规律性，而种植巨菌草后，样地的土壤养分指标均有一定变化，相比之下土壤养分含量较高，种植巨菌草在改善土壤全氮、全磷、全钾方面有显著的促进作用。

表3 土壤全效氮、磷、钾含量的变化情况

种植巨菌草对3处样地的全氮、全磷、全钾含量均产生不同影响，且影响程度不同。3处巨菌草样地内土壤全氮含量均呈上升趋势，其中土默特左旗增加了62.61%，达拉特旗次之，增幅为33.03%,奈曼旗增幅较小，增幅为7.24%；全磷含量在种植巨菌草后均明显增加，为变化较大的参数，其中土默特左旗的全磷含量比种植前提高了79.69%。同时，各巨菌草样地的全钾含量在种植巨菌草后均呈上升趋势，但波动较小，增幅在9.03%～15.87%。由3处样地各自的全效氮、磷、钾含量指标变化情况可知，种植巨菌草对土默特左旗的土壤肥力提升效果较为理想。

2.4 巨菌草对土壤速效氮、磷、钾的影响土壤中的速效养分含量是土壤对植物养分供应能力的反应。由表4可知，种植巨菌草土壤碱解氮含量均高于CK，且增幅较大。3处巨菌草样地土壤碱解氮平均含量由6.69 mg/kg增加至9.74 mg/kg，增幅45.59%；CK样地土壤碱解氮平均含量由6.99 mg/kg 增加至7.17 mg/kg，增加了2.58%。2021年10月巨菌草样地土壤速效磷平均含量为11.14 mg/kg，比对照样地的平均含量高3.59 mg/kg，比种植前(7.18 mg/kg)增加了55.15%。巨菌草样地的土壤速效钾平均含量13.63 mg/kg，比种植前增加了35.35%；而部分试验区内的裸地对照组土壤速效钾含量出现了下降趋势，平均含量由9.73 mg/kg减少至9.38 mg/kg。各巨菌草样地土壤速效肥力较种植前均有改善。

表4 土壤速效氮、磷、钾含量的变化情况

3 结论与讨论

土壤物理特性对于植物生长过程中水分和能量的储存交换、营养成分的供给有着决定性的作用。由试验结果可知，奈曼旗、达拉特旗、土默特左旗试验区的巨菌草样地平均土壤容重明显降低，土壤最大持水量、孔隙度也随之增加，这与梅兰等[16]的研究结果一致。土壤容重除受土壤质地、降水等自然因素决定，人类生产的干扰或植物生长过程中释放物质的反作用也会对土壤结构产生良性影响。该研究结果显示，种植巨菌草可有效改善土壤物理性质，土壤中最大持水量、总孔隙度等参数明显增加也体现了土壤透气状况与水分保持性能的提高，结构趋于稳定，这为生态系统的良性循环创造条件。

土壤的pH、有机质及氮磷钾含量等作为养分来源直接影响植物各阶段的生长发育，是判断土壤肥力状况的重要化学指标。关于改变地区植被对土壤养分的影响等方面，学者们已开展大量研究，发现通过植被恢复后土壤各养分会逐渐累积[17]。相关研究表明，种植巨菌草可提高土壤有益真菌含量，经过分解复杂有机物质和含氮蛋白质类化合物产生丰富的腐殖质，进而提升土壤的肥力状况[16]。该研究发现，种植巨菌草后的土壤全效、速效氮磷钾含量明显提高，pH逐渐降低，能够起到改良土壤化学性质的作用，与周扬[18]对攀西干热河谷区引种巨菌草改善土壤理化性质的结论基本一致。整体上巨菌草样地土壤发展趋于良性，CK样地则存在不同程度的退化趋势；3处巨菌草样地土壤的养分含量较种植前均有所提高，不同引种区的巨菌草样地土壤改良效应不同。综上所述，巨菌草对引种地的土壤理化特性均起到良性调控作用，土壤肥力的提升效果较为理想，可以考虑在北方盐碱地区以及贫瘠土壤的生态环境恢复过程中作为兼具生态经济价值的先锋植物进一步推广种植。