不同年龄甘草的生长特征及土壤理化性质分析

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　　摘要 在2018年5、7和9月在内蒙古鄂尔多斯市杭锦旗独贵塔拉镇阿木古龙甘草示范区选取1年生、2年生、3年生和4年生甘草，对其生长特征及理化性质进行分析。结果表明，甘草株高、主根长度、主根直径、地上生物量和地下生物量随甘草年龄增加而不同幅度增大。3年生和4年生甘草之间主根直径和地下生物量无显著差异。土壤含水量在3年生甘草为最大，田间持水量和土壤孔隙度在3年生和4年生甘草较大。土壤入渗速率和土壤容重在3年生和4年生甘草较低。pH、电导率、速效氮、速效磷、速效钾和有机质在3年生和4年生甘草下显著提高，表明3年生和4年生甘草对土壤理化性质的影响比较相似。
　　关键词 甘草;不同年龄;生长特征;土壤理化性质
　　中图分类号 S567.7+1 文献标识码 A
　　文章编号 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
　　
　　近几十年来，随着人口增加和现代农业、工业的飞速发展，全球气候变化加剧，世界各地土地发生了不同程度的退化和沙化[1]，从而引起了广大学者们的关注，不少学者开始研究了我国土地沙化退化的现状、原因、变化趋势，并通过不断摸索研究，掌握了一些荒漠化、沙化治理技术，取得了一定的成果。灌木作为沙漠地区优势种，具有防风固沙、保持水土和改良盐碱地的作用[2-4]。钱洲[5]研究不同恢复年限下样地植被恢复特征及土壤理化性质的变化得出，植被恢复过程中植被盖度、密度、地上生物量和地下生物量有了明显的增长，并改善了当地土壤理化性質。苗恒录[6]研究毛乌素沙地土壤养分空间变异性揭示了土壤中的全氮、速效磷、速效钾和有机质的空间分布特征。刘陟等[7]对毛乌素沙地油蒿生物量进行了估测模型研究。综上所述，植物对土壤理化性质产生一定的影响。
　　甘草（Glycyrrhiza uralensis）属豆科，多年生草本，具有抗寒、耐热、耐旱、抗盐碱等优良特征，适应能力强，生命力旺盛，一般生长在干旱、半干旱的沙土、沙漠边缘和黄土丘陵地带。甘草的用途也十分广泛，在医药、食品、饲用和日用化工等领域均有广泛应用[8]。近年来，在实践过程中人们发现甘草能够把空气中的氮吸收并转移，固定到土壤中，具有荒漠、半荒漠地区保持水土、改良土壤、防风固沙的作用，因此逐渐引起学者们的关注。该研究以不同年龄甘草为研究对象，分析不同年龄甘草生长特征及对土壤理化性质的影响，从而为甘草治沙改土研究提供理论依据。
　　1 资料与方法
　　1.1 研究区概况
　　研究区位于内蒙古自治区鄂尔多斯市杭锦旗独贵塔拉镇境内，地理坐标为40°36′28.13″N、108°33′51.07″E。研究区属于典型的温带大陆性气候，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%，全年平均蒸发量2 499 mm左右，月蒸发量为42 mm。日照充足，昼夜温差大，年平均气温6.3 ℃，7月平均气温22 ℃，极端最高气温38 ℃，最低平均气温-12 ℃，极端最低气温-31 ℃，无霜期为135 d。风向多为南、东南风，年均风速为3.2 m/s，最大风速为7.6 m/s。研究区主要植被由杨柴、花棒、柠条锦鸡儿、油蒿、白沙蒿、沙柳、沙米、沙鞭草等植物为主的沙生灌丛和半灌丛组成。该地区土壤类型为风沙土。 　　1.2 样地设计及数据采集
　　2018年在杭锦旗独贵塔拉镇阿木木古龙甘草产业示范区内选取1年生、2年生、3年生和4年生人工种植甘草地进行样地设置。5、7和9月在每种年龄甘草样地随机选取3个植被调查样方（样方面积为1 m×1 m），测量甘草株高，采集地上部分测量生物量（用恒温烘箱65 ℃条件下烘干）。 2018年9月在每个年龄甘草样地选取3个调查样方（5 m×1 m）挖取甘草地下部分，测量主根长度、主根直径及地下部分生物量。在每个植被样方周围选取3个样点，每个样点采集0～10、10～20和20～30 cm土层的土样，每个土层为3个重复。采集的土样拿回实验室去除杂物，在平整的平台上摊成薄薄一层，置于干净整洁的室内通风处自然风干，过筛1.000和0.125 mm筛后测量土壤有机质、速效氮、速效磷、速效钾、pH、电导率、土壤容重、田间持水量、入渗速率、蒸发速率和含水量等指标。
　　1.3 土壤理化性质测定
　　土壤物理性质的测定采用环刀法;土壤有机质测定采用重铬酸钾容量法-外加热法;速效氮的测定采用碱解扩散法;速效磷的测定采用NaHCO3浸提，分光光度计法;速效钾的测定采用NH4OAc浸提，火焰光度计法。分析方法均按照《土壤农化分析》[9]方法进行。
　　1.4 统计分析
　　采用Excel 2010软件对数据进行统计分析并绘图。利用SPSS 18.0软件对不同年龄甘草株高、地上生物量、主根长度、主根直径、地下部分生物量及不同年龄甘草土壤物理性质（土壤含水量、土壤容重、土壤孔隙度、田间持水量及入渗速率）和化学性质（pH、电导率、有机质、速效氮、速效磷、速效钾）进行单因素方差分析（One-Way ANOVA），甘草主根长度及主根直径进行相关分析，显著水平为P<0.05。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同年龄甘草生长特征 对不同年龄甘草株高及主根长度进行单因素方差分析，结果表明（图1），不同年龄间甘草株高及主根长度具有逐年增高趋势，从小到大依次均为1年生、2年生、3年生、4年生甘草。4种处理下甘草株高具有显著差异，4年生甘草株高能达到47.22 cm。 4年生甘草主根长度显著高于其他3个年龄甘草主根长度（P<0.05）。2年生甘草主根长度和3年生甘草没有出现显著性差异（P>0.05）。
　　 对不同年龄甘草主根直径进行单因素方差分析，结果发现（图2），4年生甘草主根直径显著高于1年生和2年生甘草主根直径（P<0.05）。3年生甘草主根直径与2年生和4年生甘草没有出现显著性差异（P>0.05），4个年龄甘草主根直径从小到大依次为1年生、2年生、3年生、4年生甘草。
　　 对不同年龄甘草主根长度及主根直径进行相关分析，结果发现（图3），主根长度与主根直径之间呈显著幂函数关系y=0.243 3x0.472 8（R2=0.382 8）。
　　 对不同年龄甘草地上生物量及地下生物量进行单因素方差分析，结果发现（图4），4年生甘草地上生物量显著高于其他3个年龄甘草地上生物量（P<0.05），地上生物量达168.36 g。3年生和4年生甘草地下生物量显著高于1年生和2年生甘草地下生物量（P<0.05）;1年生与2年生、3年生与4年生甘草地下生物量均没有出现显著性差异（P>0.05）。4种年龄甘草地上生物量及地下生物量从小到大依次为1年生、2年生、3年生、4年生甘草，表明甘草地下部分生长到3年后缓慢增长。
　　2.2 不同年龄甘草土壤物理性质
　　2.2.1 土壤含水量。从表1可看出，土壤含水量在0～10、10～20和20～30 cm土层下均表现为3年生甘草土壤含水量显著高于1年生、2年生和4年生甘草及对照处理下土壤含水量。2年生、3年生和4年生甘草土壤含水量变化均在10～20 cm土壤含水量最高。1年生甘草土壤含水量随土层的加深而增大。
　　2.2.2 土壤入渗速率。在0～10 cm土层时，对照处理下土壤入渗率最高，随甘草年龄的增加而土壤平均入渗率降低，4年生甘草土壤入渗速率最低。10～20 cm土层时，土壤入渗速率从大到小依次为CK、1年生甘草、2年生甘草、4年生甘草、3年生甘草。20～30 cm土层时，3年生甘草土壤平均入滲率显著低于CK处理，入渗速率从大到小依次为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土层下均表现对照处理下土壤容重最大，4年生甘草土壤容重最小，各处理下土壤容重从大到小依次为CK、1年生甘草、2年生甘草、3年生甘草、4年生甘草。
　　2.2.4 田间持水量。在0～10、10～20和20～30 cm土层时均表现为对照处理下田间持水量最低，随着甘草年龄的增长而增加，从大到小依次为4年生甘草、3年生甘草、2年生甘草、1年生甘草、CK。20～30 cm土层时，3年生和4年生甘草田间持水量显著高于对照处理下田间持水量。
　　2.2.5 土壤孔隙度。在0～10 cm土层时，3年生甘草土壤孔隙度显著高于对照处理。10～20 cm土层时，3年生和4年生甘草土壤孔隙度显著高于对照处理。20～30 cm土层时，3年生和4年生甘草土壤孔隙度显著高于1年生甘草和对照处理。在0～10、10～20和20～30 cm土层时，土壤孔隙度从大到小均依次为3年生甘草、4年生甘草、2年生甘草、1年生甘草、CK。
　　2.3 不同年龄甘草土壤化学性质
　　2.3.1 速效氮。从表2可看出，在0～10、10～20和20～30 cm土层时均表现为3年生甘草土壤速效氮显著高于对照流动沙地，且对照流动沙地土壤速效氮含量处于最低水平，表明种植甘草可以提高土壤速效氮含量。0～10 cm土层时，不同处理下土壤速效氮含量从大到小依次为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土层时，不同处理下土壤速效氮含量从大到小依次为3年生甘草、2年生甘草、4年生甘草、1年生甘草、CK。 　　2.3.2 速效钾。在0～10、10～20和20～30 cm土层下土壤速效钾含量均表现随甘草种植年龄增长而增加的趋势，3年生和4年生甘草土壤速效钾含量显著高于对照流动沙地， 不同处理下土壤速效钾含量从大到小依次为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土层下速效磷含量均表现随甘草种植年龄增长而增加的趋势;0～10 cm土层时，3年生和4年生甘草速效磷含量显著高于其他处理;10～20 cm土层时，4年生甘草速效磷含量显著高于其他处理（除3年生甘草）;20～30 cm土层时，3年生、4年生甘草速效磷含量显著高于1年生甘草和对照流动沙地。3种土层下速效磷含量从大到小均依次为4年生甘草、3年生甘草、2年生甘草、1年生甘草、CK。
　　2.3.4 有机质。在0～10、10～20和20～30 cm土层下有机质含量均表现随甘草种植年龄增长而增加的趋势，0～10 cm土层时，4年生甘草有机质含量显著高于CK、1年生甘草和2年生甘草，与3年生甘草有机质含量没有显著性差异;10～20 cm土层时，4年生甘草有机质含量显著高于对照流动沙地，与其他处理没有显著性差异;20～30 cm土层时，3年生和4年生甘草有机质含量显著高于其他处理。3种土层下有机质含量从大到小均依次为4年生甘草、3年生甘草、2年生甘草、1年生甘草、CK。
　　3 讨论
　　甘草的用途十分广泛，甘草根部可应用于医药、食品、日用化工等领域，茎叶可用于畜牧业中。同时发现甘草也是荒漠、半荒漠地区保持水土、改良土壤、防风固沙的重要植物[8]。因此，甘草在沙漠地区也开始大面积种植。人工固沙灌木林的建植和发育能够增加沙面地表粗糙度，逐渐降低地表细沙粒、黏粒的吹蚀，增加土壤黏粉粒含量[10-11]，进而改变土壤容重、通气状况和保水能力，增加了土壤养分的储量[12-13]。土壤物理性质是土壤其他性质的结构性基础，直接影响土壤的其他性质，对于土壤系统发育具有重要作用[14]。
　　根据试验数据分析，甘草生长特征各指标均随甘草年龄增加而增大，但是逐年增大幅度具有差异。其中3年生和4年生甘草主根直径及地下生物量均较大，表明甘草生长到3年以后地下生物量及主根直径生长缓慢，3年生和4年生甘草差异不显著。株高、主根长度和地上生物量为4年生甘草最大。主根长度和主根直径间呈显著幂函数关系。
　　该研究得出不同年龄甘草不同程度地影响土壤理化性质。土壤含水量表现为3年生甘草土壤含水量显著高于1年生、2年生和4年生甘草及对照处理。土壤入渗速率在3年生和4年生甘草为较低。土壤容重在对照处理下土壤容重最大，4年生甘草土壤容重最小，3年生和4年生甘草无显著差异。 田间持水量随甘草年龄增加而增大的趋势，但是4年生和3年生甘草差异不显著。土壤孔隙度在3年生和4年生甘草为较大。
　　植被与土壤之间存在相互作用，土壤条件对植被的生长有影响，反过来植被对土壤性质也会产生一定的影响。该研究对不同年龄甘草土壤化学性质进行分析得出，pH、电导率、速效氮、速效磷、速效钾和有机质在3年生和4年生甘草下均较大，对土壤化学性质的影响比较相似，除速效钾外其他指标在3年生和4年生甘草之间均无显著性差异。因此，3年生和4年生甘草对土壤养分的提升有很大的促进作用。
　　4 结论
　　通过对不同年龄甘草生长特征指标及土壤理化性质进行研究，得到以下主要结论：
　　（1）甘草株高、主根长度、主根直径、地上生物量和地下生物量随甘草年龄增加而增大，增大幅度不同。3年生和4年生甘草之间主根直径和地下生物量无显著差异。主根直径和主根长度之间呈显著的幂函数关系。
　　（2）土壤含水量在3年生甘草为最大，田间持水量和土壤孔隙度在3年生和4年生甘草的较大。土壤入渗速率和土壤容重在3年生和4年生甘草较低。
　　（3）pH、电导率、速效氮、速效磷、速效钾和有机质在3年生和4年生甘草下均较大，3年生和4年生甘草對土壤的影响比较相似。
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