王 平，孫 濤

（1.黑龍江省水土保持科學研究所，哈爾濱150000，2.中國科學院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，哈爾濱150081）

祁連山地處青藏、蒙新、黃土三大高原交匯地帶，是我國西部重要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地和水源涵養(yǎng)源。近些年來，受氣候變化和長期超載過牧等人類活動的共同影響，祁連山草地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能嚴重受損，導致草地退化加劇、生物多樣性萎縮、毒雜草滋生蔓延和草地生產(chǎn)力顯著降低等嚴重生態(tài)環(huán)境問題［1－3］。

為了恢復改良退化草地、抑制毒雜草危害蔓延，普遍采用禁牧封育、建植人工草地和毒雜草防治等措施對受損生態(tài)系統(tǒng)進行恢復［4－5］。土壤是生態(tài)系統(tǒng)中諸多生態(tài)過程（如營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、水分平衡和凋落物分解等）的載體，其結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分狀況是度量退化生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)功能恢復與維持的關鍵指標之一［6］。土壤是草地生態(tài)系統(tǒng)重要的組分之一，土壤的發(fā)育和肥力狀況對植被及家畜的生長發(fā)育產(chǎn)生重要的影響。因此，在草地生態(tài)系統(tǒng)中對土壤特征進行判別顯得尤為重要。當前有關退化草地恢復的研究大多側(cè)重于植被群落恢復過程以及抗牧性等方面［7－9］，針對該區(qū)退化草地恢復對土壤理化特性系統(tǒng)調(diào)查研究較少。本研究通過比較退化草地不同修復措施對土壤理化性質(zhì)的變影響規(guī)律，揭示植被退化和恢復過程中土壤肥力的演化機理，評價不同退化草地恢復模式的效應和功能，可為我國類似區(qū)域退化草地植被恢復與重建提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于甘肅省肅南縣境內(nèi)，地處祁連山東段北坡（38°02′N，101°34′E）。平均海拔2 870m，年平均氣溫0～3℃，最熱和最冷月氣溫分別為12月，15℃和11月，－13℃，年降水量350mm左右，蒸發(fā)量1 500～1 800mm。有關該地區(qū)的地理、植被、氣候概況已經(jīng)有專文報道［10］，本文不再贅述。

1.2 樣品采集與處理

在研究點選擇具有典型代表性的重度退化草地（HD）為對照樣地，封育2年草地（EN）、禁牧草地（GP）和雜草防除草地（WC）為退化草地恢復樣地，對照和各處理樣地均為3個重復。各調(diào)查樣地基本情況概況如表1所示。2010年8月中旬，在每個樣地，按對角線隨機布點，隨機收集10個土核（直徑3.5 cm）每個土核分為0—10，10—20，20—30cm個層次分別取土樣，混合均勻，帶回室內(nèi)，樣品經(jīng)風干后移出粉碎，挑去礫石和根系后，分別過20目、80目和100目篩，密封貯放、備測。

1.3 測定方法

土壤容重、土壤持水量和孔隙度等物理性質(zhì)采用環(huán)刀法取樣測定。經(jīng)過預處理后的土壤樣品分別進行pH值（酸度計法）、全磷（鉬銻抗比色法）、速效磷（碳酸氫鈉法）、全氮和速效氮（凱氏定氮法和康維皿法）、有機質(zhì)含量（重鉻酸鉀硫酸溶液氧化法）、全鉀用氫氧化鈉熔融—火焰光度計法、速效鉀（火焰光度法）的測定［11］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有試驗數(shù)據(jù)用Excel 2007進行整理統(tǒng)計，用SPSS 18.0數(shù)據(jù)分析軟件進行統(tǒng)計分析，對不同處理間土壤理化特性進行單因素方差分析和LSD法顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 退化草地恢復措施對土壤物理特性影響

退化草地不同恢復措施對土壤物理性狀的影響明顯不同（表2）。3種退化草地恢復樣地同層土壤容重顯著低于對照重度退化草地（P＜0.05），不同退化草地恢復措施之間沒有顯著差異。相比對照重度退化草地，圍欄和雜草防除能明顯增加土壤的毛管持水量和總孔隙度（P＜0.05），但禁牧樣地10—30cm土壤深度總孔隙度和重度退化草地沒有明顯不同（P＞0.05）。不同處理間土壤最大含水量表現(xiàn)為：雜草防除＞圍欄＞禁牧和重度退化草地，且之間差異達到顯著水平（P＜0.05）。

土壤容重反映了土壤的松緊程度和對地表水流的蓄積能力，土壤水分和通透性不僅是影響土壤肥力的物性狀，也是土壤肥力的重要促動因素，他們直接影響著草地植被的生長發(fā)育進程。結(jié)果表明退化草地恢復對土壤容重和產(chǎn)生較大影響，這與退化草地恢復改變草地植物群落組成、結(jié)構(gòu)以及草地利用強度等有密切關系。禁牧和封育能顯著提高草地植物的高度、蓋度和地上地下生物量，增草地植被群落中優(yōu)良牧草比重，減少雜類草種類［12］。草地生物量的增加不僅增加草地掉落物數(shù)量，而且地下植物根系在生長更新之機，可改善土壤通透性、增加水分含量。其次，禁牧和封育讓減輕了家畜踐踏，進而使得土壤疏松，有利于空氣擴散，土壤微生物活力增加［13］。毒雜草防治對物理性狀的改善，主要可能由毒雜草滅除后，其地上地下生物量腐爛分解，不僅給其他優(yōu)良牧草提供了有利的生長條件，而且腐爛根系擴大了土壤孔隙，增加了積蓄攔截雨水能力。

2.2 退化草地恢復措施對土壤化學特性影響

退化草地不同恢復重建措施對土壤化學特性的影響見（表3）。各處理間不同深度土壤化學特性呈現(xiàn)不同變化趨勢。土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、有效氮、有效磷和有效鉀土壤隨土層加深而變減小，且上層土壤最大，底層最??；但土壤pH值則表現(xiàn)為相反的趨勢，0—10cm土壤pH值最小，20—30cm最高。退化草地不同恢復措施間土壤化學特性有顯著差異。禁牧和圍欄樣地土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、有效氮和有效鉀含量顯著高于重度退化草地（P＜0.05）。雜草防除樣地0—30cm土壤有機質(zhì)、有效氮和有效磷含量顯著高于對照（P＜0.05），但土壤全磷和對照之間沒有顯著差異。不同退化草地恢復措施間，同一深度土壤化學特性差異不大，10—30cm雜草防除樣地土壤全氮和全磷顯著低于其他兩種恢復措施樣地（P＜0.05），10—20cm土層禁牧樣地有效鉀明顯高于圍欄和雜草防除樣地（P＜0.05）。

表3 不同退化草地及其恢復措施對土壤化學特性的影響

退化草地恢復措施對土壤養(yǎng)分與物理特性是相一致的，良好的養(yǎng)分循環(huán)及累積只有以良好的土壤物理性能為基礎和載體。在退化草地生態(tài)系統(tǒng)植被恢復過程中，由于不同草地植被恢復改良措施下表層土壤中有機質(zhì)和有效養(yǎng)分累積方式和機理不同，產(chǎn)生的結(jié)果也不同［14］。禁牧和圍欄措施認為降低或完全排除了家畜啃食和踐踏，使得草地生態(tài)系統(tǒng)在自身彈性下得以恢復，草地群落組成結(jié)構(gòu)改變，物種多樣性和優(yōu)良牧草量增加，土壤酶活性增加，提高養(yǎng)分含量［15－16］。類似的研究結(jié)果在其他生態(tài)系統(tǒng)也有報道，孫宗玖等在對新疆蒿類荒漠草地的研究表明，封育后0—10cm土層土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀及速效氮、磷、鉀含量顯著高于放牧地草地（P＜0.01）［17］。之所以本研究圍欄樣地土壤養(yǎng)分呈現(xiàn)較大空間變異（0—30cm），這與本研究區(qū)域降雨量遠遠高于荒漠草地，而土壤水分對養(yǎng)分的輸移以及空間分布有重要影響有關。至于雜草防除樣地，土壤養(yǎng)分的提高主要與毒雜草經(jīng)人工放出后，其地上地下生物量分解腐爛釋放的養(yǎng)分回歸到土壤有密切的關系［18］。

3 結(jié)論

（1）禁牧、封育和雜草防除是高山重度退化草地恢復重建的有效措施，對土壤物理和化學特性有顯著改善作用。3種恢復措施均能改善土壤松緊程度、增加土壤對地表水流的蓄積能力及其通氣性能。3種退化草地恢復措施對土壤化學特性的影響因恢復措施不同而有所差異。禁牧和圍欄措施能提高土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、有效氮和有效鉀含量；而雜草防除措施能增加土壤有機質(zhì)、有效氮和有效磷含量，但對土壤全磷含量沒有顯著影響。

（2）在高山重度退化草地恢復重建中，因依據(jù)退化草地成因、植被群落和利用類型等特性，采取因地制宜的恢復措施。對過度放牧、牧草缺乏休養(yǎng)生息草地、可采取禁牧和封育措施；而對雜草退化草地，可進行毒雜草防除。不管哪種措施，只要措施得當，均能改善土壤物理化學性狀。

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