不同年齡甘草的生長特征及土壤理化性質(zhì)分析

葉麗娜　呂濤　張立欣　李相儒　袁勤　魏特　劉江　代香榮　郝偉昌　劉向陽　郝亞峰

摘要 在2018年5、7和9月在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市杭錦旗獨貴塔拉鎮(zhèn)阿木古龍甘草示范區(qū)選取1年生、2年生、3年生和4年生甘草，對其生長特征及理化性質(zhì)進行分析。結果表明，甘草株高、主根長度、主根直徑、地上生物量和地下生物量隨甘草年齡增加而不同幅度增大。3年生和4年生甘草之間主根直徑和地下生物量無顯著差異。土壤含水量在3年生甘草為最大，田間持水量和土壤孔隙度在3年生和4年生甘草較大。土壤入滲速率和土壤容重在3年生和4年生甘草較低。pH、電導率、速效氮、速效磷、速效鉀和有機質(zhì)在3年生和4年生甘草下顯著提高，表明3年生和4年生甘草對土壤理化性質(zhì)的影響比較相似。

關鍵詞 甘草;不同年齡;生長特征;土壤理化性質(zhì)

中圖分類號 S567.7+1文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）11-0093-04

Abstract The demonstration area of Amugulong in Duguitala Town，Hangjin County，Ordos City，Inner Mongolia in May，July and September 2018，selected 1year，2year，3year and 4year licorice，analyzed their growth characteristics and physical and chemical properties. The results showed plant height，taproot length，taproot diameter，aboveground biomass and underground biomass of licorice increased with age. There was no significant difference in taproot diameter and underground biomass between 3year and 4year licorice. The soil water content was the largest in 3year licorice，and the field water capacity and soil porosity were the largest in 3year and 4year licorice. Soil infiltration rate and soil bulk density were lower in 3year licorice and 4year licorice. ?pH，electrical conductivity，rapidlyavailable nitrogen，rapidlyavailable phosphorus，rapidlyavailable potassium and organic matter were significantly increased under 3year and 4year licorice，indicating that 3year and 4year licorice had similar effects on soil physical and chemical properties.

Key words Licorice;Different ages;Growth characteristics;Soil physical and chemical properties

近幾十年來，隨著人口增加和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)的飛速發(fā)展，全球氣候變化加劇，世界各地土地發(fā)生了不同程度的退化和沙化[1]，從而引起了廣大學者們的關注，不少學者開始研究了我國土地沙化退化的現(xiàn)狀、原因、變化趨勢，并通過不斷摸索研究，掌握了一些荒漠化、沙化治理技術，取得了一定的成果。灌木作為沙漠地區(qū)優(yōu)勢種，具有防風固沙、保持水土和改良鹽堿地的作用[2-4]。錢洲[5]研究不同恢復年限下樣地植被恢復特征及土壤理化性質(zhì)的變化得出，植被恢復過程中植被蓋度、密度、地上生物量和地下生物量有了明顯的增長，并改善了當?shù)赝寥览砘再|(zhì)。苗恒錄[6]研究毛烏素沙地土壤養(yǎng)分空間變異性揭示了土壤中的全氮、速效磷、速效鉀和有機質(zhì)的空間分布特征。劉陟等[7]對毛烏素沙地油蒿生物量進行了估測模型研究。綜上所述，植物對土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。

甘草（Glycyrrhiza uralensis）屬豆科，多年生草本，具有抗寒、耐熱、耐旱、抗鹽堿等優(yōu)良特征，適應能力強，生命力旺盛，一般生長在干旱、半干旱的沙土、沙漠邊緣和黃土丘陵地帶。甘草的用途也十分廣泛，在醫(yī)藥、食品、飼用和日用化工等領域均有廣泛應用[8]。近年來，在實踐過程中人們發(fā)現(xiàn)甘草能夠把空氣中的氮吸收并轉移，固定到土壤中，具有荒漠、半荒漠地區(qū)保持水土、改良土壤、防風固沙的作用，因此逐漸引起學者們的關注。該研究以不同年齡甘草為研究對象，分析不同年齡甘草生長特征及對土壤理化性質(zhì)的影響，從而為甘草治沙改土研究提供理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市杭錦旗獨貴塔拉鎮(zhèn)境內(nèi)，地理坐標為40°36′28.13″N、108°33′51.07″E。研究區(qū)屬于典型的溫帶大陸性氣候，全年平均降水量在186 mm左右，主要集中在7—8月份，降水量149 mm，占全年降水量的49%，全年平均蒸發(fā)量2 499 mm左右，月蒸發(fā)量為42 mm。日照充足，晝夜溫差大，年平均氣溫6.3 ℃，7月平均氣溫22 ℃，極端最高氣溫38 ℃，最低平均氣溫-12 ℃，極端最低氣溫-31 ℃，無霜期為135 d。風向多為南、東南風，年均風速為3.2 m/s，最大風速為7.6 m/s。研究區(qū)主要植被由楊柴、花棒、檸條錦雞兒、油蒿、白沙蒿、沙柳、沙米、沙鞭草等植物為主的沙生灌叢和半灌叢組成。該地區(qū)土壤類型為風沙土。

1.2 樣地設計及數(shù)據(jù)采集

2018年在杭錦旗獨貴塔拉鎮(zhèn)阿木木古龍甘草產(chǎn)業(yè)示范區(qū)內(nèi)選取1年生、2年生、3年生和4年生人工種植甘草地進行樣地設置。5、7和9月在每種年齡甘草樣地隨機選取3個植被調(diào)查樣方（樣方面積為1 m×1 m），測量甘草株高，采集地上部分測量生物量（用恒溫烘箱65 ℃條件下烘干）。 2018年9月在每個年齡甘草樣地選取3個調(diào)查樣方（5 m×1 m）挖取甘草地下部分，測量主根長度、主根直徑及地下部分生物量。在每個植被樣方周圍選取3個樣點，每個樣點采集0～10、10～20和20～30 cm土層的土樣，每個土層為3個重復。采集的土樣拿回實驗室去除雜物，在平整的平臺上攤成薄薄一層，置于干凈整潔的室內(nèi)通風處自然風干，過篩1.000和0.125 mm篩后測量土壤有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀、pH、電導率、土壤容重、田間持水量、入滲速率、蒸發(fā)速率和含水量等指標。

1.3 土壤理化性質(zhì)測定

土壤物理性質(zhì)的測定采用環(huán)刀法;土壤有機質(zhì)測定采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法;速效氮的測定采用堿解擴散法;速效磷的測定采用NaHCO3浸提，分光光度計法;速效鉀的測定采用NH4OAc浸提，火焰光度計法。分析方法均按照《土壤農(nóng)化分析》[9]方法進行。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析并繪圖。利用SPSS 18.0軟件對不同年齡甘草株高、地上生物量、主根長度、主根直徑、地下部分生物量及不同年齡甘草土壤物理性質(zhì)（土壤含水量、土壤容重、土壤孔隙度、田間持水量及入滲速率）和化學性質(zhì)（pH、電導率、有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀）進行單因素方差分析（One-Way ANOVA），甘草主根長度及主根直徑進行相關分析，顯著水平為P<0.05。

2 結果與分析

2.1 不同年齡甘草生長特征 對不同年齡甘草株高及主根長度進行單因素方差分析，結果表明（圖1），不同年齡間甘草株高及主根長度具有逐年增高趨勢，從小到大依次均為1年生、2年生、3年生、4年生甘草。4種處理下甘草株高具有顯著差異，4年生甘草株高能達到47.22 cm。 4年生甘草主根長度顯著高于其他3個年齡甘草主根長度（P<0.05）。2年生甘草主根長度和3年生甘草沒有出現(xiàn)顯著性差異（P>0.05）。

對不同年齡甘草主根直徑進行單因素方差分析，結果發(fā)現(xiàn)（圖2），4年生甘草主根直徑顯著高于1年生和2年生甘草主根直徑（P<0.05）。3年生甘草主根直徑與2年生和4年生甘草沒有出現(xiàn)顯著性差異（P>0.05），4個年齡甘草主根直徑從小到大依次為1年生、2年生、3年生、4年生甘草。

對不同年齡甘草主根長度及主根直徑進行相關分析，結果發(fā)現(xiàn)（圖3），主根長度與主根直徑之間呈顯著冪函數(shù)關系y=0.243 3x0.472 8（R2=0.382 8）。

對不同年齡甘草地上生物量及地下生物量進行單因素方差分析，結果發(fā)現(xiàn)（圖4），4年生甘草地上生物量顯著高于其他3個年齡甘草地上生物量（P<0.05），地上生物量達168.36 g。3年生和4年生甘草地下生物量顯著高于1年生和2年生甘草地下生物量（P<0.05）;1年生與2年生、3年生與4年生甘草地下生物量均沒有出現(xiàn)顯著性差異（P>0.05）。4種年齡甘草地上生物量及地下生物量從小到大依次為1年生、2年生、3年生、4年生甘草，表明甘草地下部分生長到3年后緩慢增長。

2.2 不同年齡甘草土壤物理性質(zhì)

2.2.1 土壤含水量。從表1可看出，土壤含水量在0～10、10～20和20～30 cm土層下均表現(xiàn)為3年生甘草土壤含水量顯著高于1年生、2年生和4年生甘草及對照處理下土壤含水量。2年生、3年生和4年生甘草土壤含水量變化均在10～20 cm土壤含水量最高。1年生甘草土壤含水量隨土層的加深而增大。

2.2.2 土壤入滲速率。在0～10 cm土層時，對照處理下土壤入滲率最高，隨甘草年齡的增加而土壤平均入滲率降低，4年生甘草土壤入滲速率最低。10～20 cm土層時，土壤入滲速率從大到小依次為CK、1年生甘草、2年生甘草、4年生甘草、3年生甘草。20～30 cm土層時，3年生甘草土壤平均入滲率顯著低于CK處理，入滲速率從大到小依次為CK、1年生甘草、2年生甘草、4年生甘草、3年生甘草。

2.2.3 土壤容重。在0～10、10～20和20～30 cm土層下均表現(xiàn)對照處理下土壤容重最大，4年生甘草土壤容重最小，各處理下土壤容重從大到小依次為CK、1年生甘草、2年生甘草、3年生甘草、4年生甘草。

2.2.4 田間持水量。在0～10、10～20和20～30 cm土層時均表現(xiàn)為對照處理下田間持水量最低，隨著甘草年齡的增長而增加，從大到小依次為4年生甘草、3年生甘草、2年生甘草、1年生甘草、CK。20～30 cm土層時，3年生和4年生甘草田間持水量顯著高于對照處理下田間持水量。

2.2.5 土壤孔隙度。在0～10 cm土層時，3年生甘草土壤孔隙度顯著高于對照處理。10～20 cm土層時，3年生和4年生甘草土壤孔隙度顯著高于對照處理。20～30 cm土層時，3年生和4年生甘草土壤孔隙度顯著高于1年生甘草和對照處理。在0～10、10～20和20～30 cm土層時，土壤孔隙度從大到小均依次為3年生甘草、4年生甘草、2年生甘草、1年生甘草、CK。

2.3 不同年齡甘草土壤化學性質(zhì)

2.3.1 速效氮。從表2可看出，在0～10、10～20和20～30 cm土層時均表現(xiàn)為3年生甘草土壤速效氮顯著高于對照流動沙地，且對照流動沙地土壤速效氮含量處于最低水平，表明種植甘草可以提高土壤速效氮含量。0～10 cm土層時，不同處理下土壤速效氮含量從大到小依次為3年生甘草、4年生甘草、2年生甘草、1年生甘草、CK;10～20和20～30 cm土層時，不同處理下土壤速效氮含量從大到小依次為3年生甘草、2年生甘草、4年生甘草、1年生甘草、CK。

2.3.2 速效鉀。在0～10、10～20和20～30 cm土層下土壤速效鉀含量均表現(xiàn)隨甘草種植年齡增長而增加的趨勢，3年生和4年生甘草土壤速效鉀含量顯著高于對照流動沙地， 不同處理下土壤速效鉀含量從大到小依次為4年生甘草、3年生甘草、2年生甘草、1年生甘草、CK。

2.3.3 速效磷。在0～10、10～20和20～30 cm土層下速效磷含量均表現(xiàn)隨甘草種植年齡增長而增加的趨勢;0～10 cm土層時，3年生和4年生甘草速效磷含量顯著高于其他處理;10～20 cm土層時，4年生甘草速效磷含量顯著高于其他處理（除3年生甘草）;20～30 cm土層時，3年生、4年生甘草速效磷含量顯著高于1年生甘草和對照流動沙地。3種土層下速效磷含量從大到小均依次為4年生甘草、3年生甘草、2年生甘草、1年生甘草、CK。

2.3.4 有機質(zhì)。在0～10、10～20和20～30 cm土層下有機質(zhì)含量均表現(xiàn)隨甘草種植年齡增長而增加的趨勢，0～10 cm土層時，4年生甘草有機質(zhì)含量顯著高于CK、1年生甘草和2年生甘草，與3年生甘草有機質(zhì)含量沒有顯著性差異;10～20 cm土層時，4年生甘草有機質(zhì)含量顯著高于對照流動沙地，與其他處理沒有顯著性差異;20～30 cm土層時，3年生和4年生甘草有機質(zhì)含量顯著高于其他處理。3種土層下有機質(zhì)含量從大到小均依次為4年生甘草、3年生甘草、2年生甘草、1年生甘草、CK。

3 討論

甘草的用途十分廣泛，甘草根部可應用于醫(yī)藥、食品、日用化工等領域，莖葉可用于畜牧業(yè)中。同時發(fā)現(xiàn)甘草也是荒漠、半荒漠地區(qū)保持水土、改良土壤、防風固沙的重要植物[8]。因此，甘草在沙漠地區(qū)也開始大面積種植。人工固沙灌木林的建植和發(fā)育能夠增加沙面地表粗糙度，逐漸降低地表細沙粒、黏粒的吹蝕，增加土壤黏粉粒含量[10-11]，進而改變土壤容重、通氣狀況和保水能力，增加了土壤養(yǎng)分的儲量[12-13]。土壤物理性質(zhì)是土壤其他性質(zhì)的結構性基礎，直接影響土壤的其他性質(zhì)，對于土壤系統(tǒng)發(fā)育具有重要作用[14]。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)分析，甘草生長特征各指標均隨甘草年齡增加而增大，但是逐年增大幅度具有差異。其中3年生和4年生甘草主根直徑及地下生物量均較大，表明甘草生長到3年以后地下生物量及主根直徑生長緩慢，3年生和4年生甘草差異不顯著。株高、主根長度和地上生物量為4年生甘草最大。主根長度和主根直徑間呈顯著冪函數(shù)關系。

該研究得出不同年齡甘草不同程度地影響土壤理化性質(zhì)。土壤含水量表現(xiàn)為3年生甘草土壤含水量顯著高于1年生、2年生和4年生甘草及對照處理。土壤入滲速率在3年生和4年生甘草為較低。土壤容重在對照處理下土壤容重最大，4年生甘草土壤容重最小，3年生和4年生甘草無顯著差異。 田間持水量隨甘草年齡增加而增大的趨勢，但是4年生和3年生甘草差異不顯著。土壤孔隙度在3年生和4年生甘草為較大。

植被與土壤之間存在相互作用，土壤條件對植被的生長有影響，反過來植被對土壤性質(zhì)也會產(chǎn)生一定的影響。該研究對不同年齡甘草土壤化學性質(zhì)進行分析得出，pH、電導率、速效氮、速效磷、速效鉀和有機質(zhì)在3年生和4年生甘草下均較大，對土壤化學性質(zhì)的影響比較相似，除速效鉀外其他指標在3年生和4年生甘草之間均無顯著性差異。因此，3年生和4年生甘草對土壤養(yǎng)分的提升有很大的促進作用。

4 結論

通過對不同年齡甘草生長特征指標及土壤理化性質(zhì)進行研究，得到以下主要結論：

（1）甘草株高、主根長度、主根直徑、地上生物量和地下生物量隨甘草年齡增加而增大，增大幅度不同。3年生和4年生甘草之間主根直徑和地下生物量無顯著差異。主根直徑和主根長度之間呈顯著的冪函數(shù)關系。

（2）土壤含水量在3年生甘草為最大，田間持水量和土壤孔隙度在3年生和4年生甘草的較大。土壤入滲速率和土壤容重在3年生和4年生甘草較低。

（3）pH、電導率、速效氮、速效磷、速效鉀和有機質(zhì)在3年生和4年生甘草下均較大，3年生和4年生甘草對土壤的影響比較相似。

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