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三江源區(qū)不同退化程度高寒草地土壤特征分析

2012-04-29 00:44:03魏衛(wèi)東,李希來
湖北農(nóng)業(yè)科學 2012年6期

魏衛(wèi)東,李希來

摘要:研究了不同退化程度高寒草地不同土層的土壤特征。結果表明,三江源區(qū)高寒生態(tài)條件下草地退化對土壤物理、化學特征具有較為明顯的影響。在0~30 cm土層,不同退化程度高寒草地土壤容重、含水量、總孔隙度差異顯著。土壤容重隨高寒草地退化程度的加劇和土壤深度的增加而增大,變動范圍為1.02~1.61 g/cm3;土壤含水量、土壤總孔隙度隨高寒草地退化程度的加劇而減小,變動范圍分別為13.98%~70.75%、40.82%~60.29%;土壤pH總體隨高寒草地退化程度的加劇而增大;土壤有機碳含量隨高寒草地退化程度的加劇而下降,以0~10 cm土層下降最明顯,輕度、中度和重度退化高寒草地該土層有機碳含量與未退化草地相比,分別下降36.05%、61.82%、66.55%;不同退化程度高寒草地土壤全氮、全磷、全鉀含量總體為未退化草地>輕度退化草地>中度退化草地>重度退化草地。

關鍵詞:三江源區(qū);高寒草地;退化程度;土壤特征

中圖分類號:S151.9文獻標識碼:A文章編號:0439-8114(2012)06-1102-05

Characteristics of Soil on Different Degraded Grasslands on Alpine Meadow in Source Area of Lancang, Yellow and Yangtze River

WEI Wei-dong,LI Xi-lai

(College of Agriculture and Animal Husbandry, Qinghai University,Xining 810016, China)

Abstract: Characteristics of soil in different degradation grassland on alpine meadow were analyzed based on different soil layers. The results showed that under the ecological conditions of source area of Lancang, Yellow and Yangtze river, Alpine meadow degradation had marked effects on soil physical and chemical characteristics. The soil bulk density, moisture content, total porosity in 0~30cm soil layer of the different degraded alpine meadow were significantly different. Soil bulk density increased with the aggravation of degraded alpine meadow and also increased with the increment of soil depth. The corresponding values ranged from 1.02 to 1.61 g/cm3. The soil moisture content and total porosity decreased with the aggravation of degraded alpine meadow, their range values were 13.98%~70.75%, 40.82%~60.29% respectively. Soil pH increased gradually with the expansion of degradation degree. Content of SOC(0~10 cm) was highest in undegraded alpine meadow, while 36.05%, 61.82% and 66.55% decreased in light, moderately and heavy degradation alpine meadow compared with undegraded alpine meadow respectively. The tendency of total N ,total P and total K contents in different degradation alpine pasture were undegraded meadow > light degraded meadow > moderately degraded meadow > heavy degraded meadow.

Key words: source area of Lancang river, Yellow river and Yangtze river; alpine meadow;degraded degree;soil characteristics

三江源區(qū)位于青海省南部(89°24′-102°15′E,31°32′-36°16′N),地處青藏高原腹地,平均海拔3 500~4 500 m,是青藏高原重要的組成部分[1],長江、黃河、瀾滄江的發(fā)源地[2],也是世界上海拔最高、面積最大的濕地分布區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)最敏感和脆弱的地區(qū)[3],青海省乃至全國重要的生態(tài)環(huán)境保護區(qū)。

近年來,由于三江源區(qū)人口急劇增加、草場牲畜超載過牧、鼠害嚴重、土壤侵蝕及全球氣候變化等人為和自然因素的共同影響,高寒草地嚴重退化,使得該地區(qū)生態(tài)環(huán)境日益惡化,生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱,威脅著廣大牧民群眾的生存與發(fā)展,也威脅著三江中下游廣大地區(qū)的生態(tài)安全。高寒草地退化主要表現(xiàn)為植物生產(chǎn)力及質(zhì)量下降、土壤理化和生物性狀惡化等諸多問題。由于高寒草地退化是植被-土壤系統(tǒng)的整體退化,因此,高寒草地土壤退化是草地退化的核心問題之一[4],伴隨草地植被退化的土壤退化將導致土壤物理、化學性質(zhì)發(fā)生相應的變化。目前,關于三江源區(qū)不同退化程度高寒草地的研究相對集中于高寒草地生態(tài)系統(tǒng)群落結構、物種等方面[5,6],對退化高寒草地土壤方面的研究,尤其是三江源區(qū)土壤理化性質(zhì)方面的研究相對較少,因此,探討三江源區(qū)獨特氣候、地理等自然背景下不同退化程度高寒草地土壤物理、化學性質(zhì)的變化規(guī)律具有重要意義。通過研究不同退化程度高寒草地土壤理化性質(zhì)的變化特征,以期揭示三江源區(qū)退化高寒草地土壤特征的演變過程、規(guī)律及對高寒草地退化的響應,為三江源區(qū)退化高寒草地生態(tài)環(huán)境治理、草地植被恢復與重建提供一定的科學依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)自然概況

研究區(qū)位于青海省果洛州甘德縣青珍鄉(xiāng),地理位置為34°08′N、100°12′E,平均海拔4 082 m,為典型高原大陸性半濕潤氣候區(qū),無四季而只有冷季、暖季之分,冷季長達9個多月。年均氣溫-2.00 ℃,極端最低氣溫-35.03 ℃;年均降水量520 mm,年均蒸發(fā)量1 465 mm,太陽輻射強,年日照時數(shù)2 313~2 607 h,牧草生長季150 d,無絕對無霜期;土壤為高山草甸土,土層薄、質(zhì)地差、易侵蝕。研究區(qū)以莎草科(Cyperaceae)、禾本科(Gramineae)、菊科(Compositae)、龍膽科(Gentianaceae)、薔薇科(Rosaceae)、豆科(Leguminosae)等植物為主,屬于典型高寒嵩草草甸草地。

1.2樣地設置

按照文獻[7]的方法對研究區(qū)草地群落的退化狀況進行調(diào)查,并結合地表及水土流失狀況、鼠害程度等指標綜合判斷將其劃分為未退化草地(UD)、輕度退化草地(LD)、中度退化草地(MD)、重度退化草地(HD)4種樣地(表1)。

1.3土樣采集

2010年8月在樣地取樣,在UD、LD、MD、HD上各設置5個采樣點挖土壤剖面,每個剖面分0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm采集土樣,然后將同一土層土樣混合為一個土樣,混合土樣采用烘干法測定土壤含水量,并帶回實驗室風干、去雜、過篩后供試驗分析用;按照文獻[8]的方法進行土壤有機碳、全氮、全磷、全鉀、pH的測定;土壤容重采用環(huán)刀(100 cm3)法分層測定;土壤總孔隙度計算公式為P=93.95-33.00b,式中,P為土壤總孔隙度,b為土壤容重[9]。

1.4數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2003整理數(shù)據(jù),使用SPSS 12.0進行統(tǒng)計分析。

2結果與分析

2.1不同退化程度高寒草地土壤容重的變化

土壤容重是反映土壤松緊程度、孔隙狀況、通透性及植物根系生長阻力狀況等的重要物理性質(zhì)[10]。圖1反映出隨著高寒草地退化程度的加劇,土壤容重呈增加趨勢;同一退化程度下,隨土壤層次的加深容重呈增加趨勢;不同退化程度間,0~10 cm土層容重比20~30 cm土層容重變化幅度大,說明表層土壤容重更易受高寒草地退化的影響。通過對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,不同退化程度高寒草地土壤容重差異顯著(P<0.05)。高寒草地樣地土壤容重為1.02~1.61 g/cm3,未退化高寒草地20~30 cm土層容重是0~10 cm土層容重的1.37倍,而重度退化高寒草地20~30 cm土層容重是0~10 cm土層容重的1.15倍,說明重度退化程度下,表層土壤與較深層土壤容重差距縮小。

2.2不同退化程度高寒草地土壤含水量的變化

圖2反映出隨高寒草地退化程度的加劇,土壤含水量呈下降趨勢;同一退化程度下,隨土壤層次的加深含水量呈下降趨勢;不同退化程度間,0~10 cm土層含水量較20~30 cm土層含水量變化幅度大。通過對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,不同退化程度高寒草地土壤含水量差異顯著(P<0.05)。樣地土壤含水量為13.98%~70.75%,0~10 cm土層含水量未退化草地是重度退化草地的2.49倍,而20~30 cm土層含水量未退化草地僅是重度退化草地的1.98倍,說明高寒草地退化對土壤表層含水量的影響更明顯。

2.3不同退化程度高寒草地土壤總孔隙度的變化

土壤總孔隙度反映了土壤中所有孔隙的總量,主要影響到土壤中水分、氣體的存在狀況[11]。適宜的土壤總孔隙度有利于植物根系的生長,同時土壤總孔隙度也是土壤涵養(yǎng)水分能力的體現(xiàn)。圖3反映出隨高寒草地退化程度的加劇,土壤總孔隙度呈下降趨勢;同一退化程度下,土壤總孔隙度隨土壤層次的加深呈下降趨勢。通過對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,不同退化程度下土壤總孔隙度、同一退化程度下不同土層土壤總孔隙度均差異顯著(P<0.05)。樣地土壤總孔隙度為40.82%~60.29%,0~10 cm土層土壤總孔隙度未退化草地是重度退化草地的1.26倍,反映出重度退化對表層土壤緊實度影響明顯,草地植物生活的表土層通透性變差。

2.4不同退化程度高寒草地土壤pH的變化

圖4結果表明,不同退化程度高寒草地土壤pH有一定變化,總體隨退化程度的加劇而增大;0~10 cm土層、20~30 cm土層重度退化草地較未退化草地土壤pH有所增加;同一退化程度下,pH隨土層加深而增大。通過對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,不同退化程度間、同一退化程度不同土層間均未達顯著差異(P>0.05)。

2.5不同退化程度高寒草地土壤有機碳的變化

土壤有機碳影響土壤肥力、土壤持水能力、土壤抗侵蝕能力和土壤容重等,其變化狀況還可以指示土壤的退化及其程度。圖5結果表明,隨高寒草地退化程度的加劇,土壤有機碳含量呈下降趨勢;同一退化程度下,隨土壤層次加深有機碳含量呈下降趨勢。通過對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,同一退化程度下,0~10 cm土層與10~20 cm土層、20~30cm土層間有機碳含量差異達極顯著水平(P<0.01)。在0~10 cm土層,輕度退化、中度退化、重度退化草地有機碳含量較未退化草地分別下降了36.05%、61.82%、66.55%,反映出隨草地退化程度的加劇,表層土壤有機碳含量迅速下降,與地上植被蓋度的迅速下降一致。10~20 cm土層、20~30 cm土層不同退化程度間土壤有機碳含量差異不顯著(P>0.05)。土壤有機碳含量的變化取決于有機物的輸入量和輸出量的平衡[12],說明隨著高寒草地退化程度的加劇,植被蓋度的變化使草地植物固碳能力下降,減少了土壤碳庫的碳輸入量。

2.6不同退化程度高寒草地土壤全氮、全磷、全鉀的變化

圖6、圖7、圖8反映出隨著高寒草地退化程度的加劇,土壤全氮、全磷、全鉀含量均呈下降趨勢。同一退化程度下,全氮、全磷含量隨土層加深呈下降趨勢,全鉀含量隨土層加深呈增加趨勢。20~30 cm土層全氮含量在不同退化程度間的變化幅度相對較小,0~10 cm土層、10~20 cm土層全氮含量及各土層全磷含量、全鉀含量在不同退化程度間的變化幅度相對較大,反映出退化程度對較淺土層全氮的影響明顯,對0~30 cm土層全磷、全鉀的影響均明顯。通過對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,不同退化程度高寒草地土壤全磷、全鉀含量差異顯著(P<0.05),但當高寒草地退化到中度、重度程度時對土壤全鉀的影響相對較??;0~10 cm土層、10~20 cm土層不同退化程度高寒草地土壤全氮含量差異顯著(P<0.05),20~30 cm土層不同退化程度高寒草地土壤全氮含量差異不顯著(P>0.05);同一退化程度下,不同土層間全氮、全磷含量差異顯著(P<0.05),中度退化、重度退化下不同土層間全鉀含量差異不顯著(P>0.05)。不同退化程度下高寒草地土壤全氮、全磷、全鉀的含量分別為1.17~4.61 g/kg、0.49~0.77 g/kg、17.48~19.12 g/kg,0~10 cm土層重度退化草地較未退化草地全氮、全磷、全鉀分別下降37.09%、12.99%、4.51%。

3小結與討論

1)研究中,三江源高寒草地不同退化程度對土壤主要物理、化學性質(zhì)的影響明顯。隨著退化程度的加劇,土壤容重呈增加趨勢,土壤含水量、土壤總孔隙度、土壤pH、土壤有機碳、土壤全氮、土壤全磷、土壤全鉀總體呈下降趨勢。同一退化程度下,高寒草地退化對0~10 cm土層物理、化學性質(zhì)的影響總體較10~20 cm土層、20~30 cm土層的影響顯著。

2)高寒草地不同退化程度下土壤容重差異顯著。草地超載過牧是引起草地退化的誘因之一,超載的牲畜長期對草地土壤踐踏而使土壤逐漸變緊實;原因之二在于隨草地退化程度加劇,地上植被蓋度顯著下降,水土流失嚴重,小粒徑土壤顆粒流失導致容重增加。土壤容重增加通常表明土壤呈現(xiàn)退化趨勢,且容重愈大,土壤退化愈嚴重[13]。

3)高寒草地重度退化對表層土壤含水量、土壤總孔隙度、有機碳、全氮、全磷、全鉀的影響比對較深土層的影響更加顯著,而高寒草地優(yōu)勢植物莎草科嵩草屬的矮嵩草、小嵩草等根系的分布相對集中于表土層,因此受高寒草地退化的影響尤其明顯,既反映出隨高寒草地退化程度的加劇植被蓋度急劇下降,也反映出退化高寒草地由于植被蓋度的下降導致涵養(yǎng)水分、補充碳源等能力下降,從而使退化草地植被恢復與重建因受到了土壤含水量等的制約而變得困難。

4)土壤性質(zhì)的變化是高寒草地土壤退化發(fā)生、發(fā)展的前提,同時對土壤有機物質(zhì)的轉化、土壤肥力的演變具有顯著影響[14]。草地退化包括植被的退化和草地土壤的退化,二者具有相互反饋、相互促進的作用。而在三江源地區(qū),廣泛存在的輕度、中度、重度退化草地植被種類組成、產(chǎn)量等都已發(fā)生顯著變化,不僅減少了地上生物量和地下生物量,而且植被的變化引起了土壤性質(zhì)的明顯變化,反之,土壤性質(zhì)的變化如容重的增加、含水量、有機碳、全磷、全鉀的下降進一步反作用于植被,既導致植物生長受抑制,又可能成為土壤侵蝕的重要誘因,使得高寒草地退化加劇、恢復與重建難度加大。土壤性質(zhì)的變化可以作為監(jiān)測草地退化的指標,尤其是表層土壤物理、化學性質(zhì)對草地退化的響應相對比較敏感。

5)研究發(fā)現(xiàn),在研究區(qū)樣地不同退化程度下草地土壤全氮、全磷、全鉀含量均總體呈未退化草地>輕度退化草地>中度退化草地>重度退化草地的變化趨勢,與蔡曉布等[14]的研究所表明的草地輕度退化階段的土壤肥力特征總體上高于正常草地的結論不同,有待深入研究。

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