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为了支撑黄土高原草地农业生态系统的发展,必须通过建立人工草地来解决家畜饲草需求的问题。豆科牧草在人工草地建植过程中具有提供高质量饲料,培肥地力,改良土壤等作用,但长期种植沙打旺、苜蓿和胡枝子其生产力动态变化,以及对于土壤有机碳、全氮的影响尚不明确。因此从2004年开始通过长期试验来评定三种豆科牧草生产力、水分消耗以及对土壤有机碳和全氮的影响。取得结果如下：三种豆科牧草生产力比较,苜蓿(Medicago sativa L.)7年总计地上生物量为91t/ha,显著高于沙打旺(Astragalus adsurgens Pall.)和胡枝子(Lespedeza davurica S.),两者分别为56t/ha和42t/ha,苜蓿年平均生产地上生物量13t/ha,而沙打旺和胡枝子仅为8t/ha和6t/ha。水分利用效率苜蓿以其22kg/ha.mm,显著高于沙打旺(16kg/ha.mm)和胡枝子(12kg/ha.mm)。三种豆科牧草对于水分需求显著高于生长季降雨量,所以会造成对土壤水分的消耗。对于水分的消耗,苜蓿显著高于沙打旺和胡枝子,苜蓿7年总计消耗水分3638mm,而沙打旺和胡枝子消耗水分的量分别为3503mm和3492mm。苜蓿种植7年后,对于土壤水分的消耗延伸至地下5m范围,而沙打旺主要集中在地下3m范围,胡枝子主要吸取地下2m范围土壤水分。通过对于苜蓿、沙打旺和胡枝子生物产量、水分利用效率和土壤水分消耗比较分析得出结论：虽然沙打旺和胡枝子在生物产量和水分利用效率方面显著低于苜蓿,但是对于土壤水分的消耗较少。经过7年种植,三种豆科牧草土壤有机碳含量剖面分布呈S型。表现为：表层0-30cm土层有机碳含量约8-9g/kg,60-100cm土层有机碳含量介于5-6.3g/kg,100-150cm土层土壤有机碳含量三种豆科牧草也相对较高约为6g/kg,而30-60cm和150-200cm土层土壤有机碳含量相对较低。三种豆科牧草地土壤有机碳含量7年内持续增加,除60-100cm土层外,其余各土层土壤有机碳储量随种植年限线性增加。苜蓿草地100-150cm和150-200cm土层土壤有机碳增加量约为1.4Mg C ha-1yr-1,而60-100cm土层为0.7Mg C hha-1yr-1,0-30cm土层为0.5Mg C ha-1yr-1。胡枝子100-150cm土层土壤有机碳增加量为1.6Mg C ha-1yr-1,其次为150-200cm土层为0.9Mg C ha-1yr-1,60-100cm和0-30cm土层土壤有机碳增加量均为0.5Mg C ha-1yr-1。沙打旺土壤100-150cm土层土壤有机碳增加量为0.9Mg C ha-1yr-1,150-200cm土层为0.7Mg C ha-1yr-1,60-100cm土层土壤有机碳增加量为0.5Mg C ha-1yr-1,而0-30cm土层仅为0.1Mg C ha-1yr-1.总体上,和裸地休闲比较,三种豆科牧草显著增加整个2m土壤剖面有机碳储量。苜蓿种植7年后,土壤有机碳增加量最高,为24.12Mg/ha,胡枝子草地次之,为19.89Mg/ha,而沙打旺最低,为14.57Mg/ha。休闲裸地损失土壤有机碳4.16Mg/ha。按照年平均计算,苜蓿土壤平均每年2m土壤有机碳增加量为4.2Mg C ha-1yr-1,胡枝子草地为2.8Mg C ha-1yr-1,而沙打旺为2.1Mg C ha-1yr-1,休闲裸地平均每年损失0.6Mg C ha-1yr-1。土壤全氮含量随三种豆科牧草种植年限增加于各土层变化趋势不同,150-200cm土层沙打旺草地土壤全氮含量在第1-3年种植期内下降,第4-7年升高,苜蓿和胡枝子草地于第6-7年显著升高；100-150cm土层沙打旺和胡枝子种植7年后几乎保持在种植前水平,而苜蓿显著升高；30-60cm和60-100cm土层三种豆科牧草均随种植年限增加土壤全氮含量显著下降,而0-30cm土层均有波动但是保持在种植前水平。种植7年后,比较200cm剖面土层土壤全氮储量发现,沙打旺和胡枝子土壤全氮储量和种植前相比较均显著降低,苜蓿和种植前相比较略有升高,但差异不显著,而裸地没有显著变化。2010年10月苜蓿草地200cm剖面土壤全氮含量高于裸地,而沙打旺和胡枝子低于裸地,苜蓿显著高于沙打旺。种植7年后苜蓿草地200cm剖面土壤全氮含量增加286.0kgN ha-1,沙打旺和胡枝子土壤全氮含量分别降低2204.8kgN ha-1和1209.6kg N ha-1,裸地土壤全氮损失880.8kgNha-1。种植前土壤C/N比值为7.63,种植7年后,沙打旺,胡枝子和苜蓿草地土壤C/N比值分别显著增加至9.34,8.94和8.45,而休闲裸地土壤C/N比值没有显著的变化。整个实验期间,豆科牧草土壤和休闲裸地的土壤C/N比值介于7-10之间变化。综合比较得出,苜蓿产草量、水分利用效率,土壤有机碳和全氮含量高于沙打旺和胡枝子。但是苜蓿对于土壤水分消耗显著高于沙打旺和胡枝子,并且土壤水分消耗深于沙打旺和胡枝子。