張靜

摘要：以西藏高寒色林錯(cuò)濕地為研究對(duì)象，對(duì)重度踐踏型（ZM）、輕度擾動(dòng)型（QM）以及長期禁牧（CK）影響下草甸土壤容重、表面緊實(shí)度及其碳、氮空間分布進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：①土壤容重隨土層深度的增加呈增加的趨勢。不同放牧對(duì)表層（0～20 cm）土壤容重和土壤緊實(shí)度的影響均存在顯著差異，其中ZM>CK>QM。隨著土層深度（20～40 cm）的增加，這種影響差異不斷減小至無差異。②不同放牧干擾下，土壤總有機(jī)碳（SOC）含量和土壤全氮（TN）含量隨土層深度的增加呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢。但不同放牧干擾下，表層（0～20 cm）土壤SOC和TN含量存在顯著差異，其中CK>ZM>QM。隨著土層深度（20～40 cm）的增加，不同放牧干擾對(duì)土壤SOC和TN含量的影響不存在顯著差異。研究表明，放牧對(duì)濕地表層土壤（0～20 cm）物理性狀及其碳、氮營養(yǎng)物質(zhì)積累存在顯著影響，不同放牧對(duì)其影響存在差異，進(jìn)而對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)“匯”功能產(chǎn)生影響。

關(guān)鍵詞：西藏高寒濕地；放牧；土壤容重；土壤碳氮

中圖分類號(hào)：S153.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）18-4660-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.18.011

濕地由于具有改善環(huán)境污染、減少溫室效應(yīng)、控制洪水和防止土壤沙化等功能而被稱為“地球之腎”。西藏高寒濕地是世界上獨(dú)一無二的濕地類型，除具有一般濕地共同擁有的功能外，由于其區(qū)位的重要性、環(huán)境的特殊性，西藏高寒濕地比一般濕地更具有特殊經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、保護(hù)功能。但是在人口爆炸和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的雙重壓力下，20世紀(jì)中后期由于濕地圍墾、生物資源的過度利用、濕地環(huán)境污染、濕地水資源過度利用、大江大河流域水利工程建設(shè)、泥沙淤積、海岸侵蝕與破壞、城市建設(shè)與旅游業(yè)的盲目發(fā)展等不合理利用導(dǎo)致濕地生態(tài)系統(tǒng)退化，造成濕地面積縮小，水質(zhì)下降、水資源減少甚至枯竭、生物多樣性降低、濕地功能降低甚至喪失。土壤作為濕地的主要營養(yǎng)物質(zhì)，特別是碳和氮的儲(chǔ)存庫，在濕地碳匯、氮匯等匯功能中起著關(guān)鍵作用，是濕地生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心。濕地土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的積累及其轉(zhuǎn)化直接影響到濕地生態(tài)系統(tǒng)的“匯”功能。因此，研究濕地土壤營養(yǎng)物質(zhì)分布及其關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子，是掌握濕地生態(tài)系統(tǒng)“匯”功能效益及其“源/匯”演化過程的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

西藏高寒濕地地處藏族等少數(shù)游牧民族聚集區(qū)。隨著當(dāng)?shù)厝丝诘脑鲩L以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，放牧的強(qiáng)度不斷增大，放牧的類型由原來單一的牦牛放牧類型向牛、羊、馬、豬等多元放牧類型轉(zhuǎn)變。放牧影響濕地土壤的理化性質(zhì)[1]、營養(yǎng)物質(zhì)積累[2]，進(jìn)而對(duì)濕地土壤“匯”功能產(chǎn)生影響。然而受環(huán)境因素影響，放牧是否對(duì)高寒濕地土壤營養(yǎng)物質(zhì)空間分布格局產(chǎn)生差異影響的有關(guān)研究尚未開展。因此，研究不同放牧對(duì)濕地土壤營養(yǎng)物質(zhì)空間分布的差異影響，能為濕地不同放牧的分類管理、維護(hù)濕地生態(tài)系統(tǒng)“匯”功能提供理論依據(jù)，這也是該區(qū)域?qū)崿F(xiàn)濕地資源合理利用的重大需求。

本研究依據(jù)放牧對(duì)濕地土壤干擾的特征，將放牧劃分為重度放牧和輕度擾動(dòng)型放牧2種。通過調(diào)查，研究了不同放牧干擾對(duì)濕地土壤物理性質(zhì)（容重、緊實(shí)度等）的影響及其差異；土壤有機(jī)碳分布的影響及其差異和土壤全氮分布格局的影響及其差異。通過研究，擬掌握不同放牧干擾對(duì)高寒濕地土壤碳、氮積累影響的異同，為加強(qiáng)該區(qū)域濕地生態(tài)系統(tǒng)“匯”功能保護(hù)、開展?jié)竦胤拍练诸惞芾硖峁┛茖W(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于西藏自治區(qū)申扎、尼瑪、班戈三縣交界處的色林錯(cuò)湖區(qū)（31°29′-31°47′N，89°19′-89°56′E），是西藏自治區(qū)第一大湖，全國第二大咸水湖，湖面海拔4 530 m。色林錯(cuò)湖區(qū)年平均氣溫-0.4 ℃，最熱月（7月）平均氣溫15.9 ℃，最冷月（1月）平均氣溫-17.9 ℃；多年平均降水量290.8 mm，主要集中在6～9月份，降水量占全年總量的92.2%；全年日照時(shí)數(shù)2 897.4 h，年日照百分率65%。≥17.0 m/s的大風(fēng)日數(shù)達(dá)90.8 d。

隨著當(dāng)?shù)厝丝跀?shù)量的增長以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求，色林錯(cuò)草甸放牧壓力不斷增加，過度放牧導(dǎo)致原有草甸植被受到嚴(yán)重破壞，物種組成及其空間格局發(fā)生改變，影響了濕地土壤營養(yǎng)物質(zhì)的輸入；同時(shí)，也造成濕地土壤理化性質(zhì)改變而引起土壤沙化。因此，中國在2003年建立了色林錯(cuò)國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，以保護(hù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)。

1.2 研究方法

1.2.1 放牧類型的劃分 通過對(duì)研究區(qū)域基本情況的掌握，以及該區(qū)域放牧種類及其對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)干擾特征，將色林錯(cuò)高山草甸、沼澤化草甸放牧類型劃分為重度放牧（ZM）和輕度擾動(dòng)型放牧（QM）2種類型，同時(shí)選擇長期禁牧的自然草甸（CK）為對(duì)照。

1.2.2 野外監(jiān)測與土壤樣品采集 2014年夏季通過對(duì)該區(qū)域放牧情況的調(diào)查，分別確定了重度放牧與擾動(dòng)型放牧干擾區(qū)域，并以圍欄禁牧區(qū)為對(duì)照，進(jìn)行土壤調(diào)查取樣。其中，采用土壤緊實(shí)度儀測定不同放牧干擾下土壤的表面緊實(shí)度，每區(qū)域重復(fù)測定3次，并對(duì)照土壤緊實(shí)度換算表計(jì)算土壤表面緊實(shí)度。在測定土壤緊實(shí)度的同時(shí)，分別在每種放牧干擾類型典型區(qū)挖取土壤剖面。用小刀除去地面植被和枯枝落葉后，從上到下將土壤坡面按0～5、5～10、10～20、20～30、30～40 cm分成5層，分別采集原狀土（環(huán)刀法）和混合土樣帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測定。

1.2.3 室內(nèi)分析 土壤容重采用環(huán)刀法，土壤有機(jī)質(zhì)（SOC）采用重鉻酸鉀氧化外加熱法，土壤全氮（TN）測定采用半微量凱氏法[3]。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析 運(yùn)用DPS 7.0統(tǒng)計(jì)軟件，采用單因素方差分析方法，對(duì)不同放牧干擾下的土壤表面緊實(shí)度、土壤容重、SOC、TN的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行差異性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤緊實(shí)度與容重

不同放牧干擾對(duì)濕地土壤表面緊實(shí)度的影響存在差異。其中，重度放牧干擾下土壤表面緊實(shí)度（15.42 kg/cm3）顯著高于禁牧區(qū)（5.13 kg/m3）和擾動(dòng)型放牧干擾（0.27 kg/cm3）的土壤緊實(shí)度（P<0.05）。濕地土壤容重隨土壤深度的增加均呈現(xiàn)增加的趨勢（圖1）。但是，不同放牧干擾對(duì)濕地0～20 cm土壤容重的影響存在顯著差異，其中，重度放牧干擾下的表層0～5、5～10、10～20 cm土壤容重（1.32、1.48、1.62 g/cm3）顯著高于禁牧區(qū)（1.01、1.19、1.38 g/cm3），禁牧區(qū)土壤容重顯著高于輕度放牧干擾下的土壤容重（0.78、0.89、1.15 g/cm3）（P<0.05）。隨著土壤深度的增加（20～40 cm），不同放牧干擾對(duì)土壤容重的影響不存在顯著性差異。

2.2 土壤總有機(jī)碳（SOC）

土壤有機(jī)碳含量隨土壤深度的增加均呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢（圖2）。但不同放牧干擾對(duì)表層土壤SOC含量的影響存在顯著差異，其中，禁牧區(qū)0～5、5～10、10～20 cm土層土壤有機(jī)碳含量分別為45.51、38.45、28.57 g/kg，顯著高于重度放牧干擾SOC含量，而重度放牧干擾SOC含量顯著高于輕度擾動(dòng)型放牧干擾下的SOC含量（P<0.05）。隨著土壤深度（20～40 cm）的增加，不同放牧干擾對(duì)SOC含量的影響無顯著性差異（圖2）。

2.3 土壤全氮（TN）

土壤全氮含量隨土壤深度的增加均呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢，但不同放牧干擾對(duì)土壤表層全氮含量的影響存在顯著差異（圖3）。其中，禁牧區(qū)土壤表層0～5、5～10、10～20 cm土層全氮含量分別為2.23、2.05、1.54 g/kg，顯著高于重度放牧下同土層土壤全氮含量，而重度放牧土壤表層全氮含量顯著高于輕度擾動(dòng)型放牧干擾下土壤表層全氮含量（P<0.05）。隨著土壤深度（20～40 cm）的增加，不同放牧干擾對(duì)土壤全氮含量的影響不存在顯著差異。

3 討論

放牧通過改變土壤的孔隙度進(jìn)而影響土壤的物理性質(zhì)，如容重[4]。許多研究表明，放牧?xí)斐赏寥缐喊?，土壤緊實(shí)度和容重會(huì)隨著放牧強(qiáng)度的增加而增加[5]，在一定程度上具有累積效應(yīng)[6]。本研究通過不同放牧類型對(duì)西藏高寒濕地表層土壤物理性狀影響的研究發(fā)現(xiàn)，不同放牧類型對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響存在差異。其中，重度放牧增加了表層土壤的緊實(shí)度和土壤容重，而輕度擾動(dòng)型放牧?xí)档捅韺油寥谰o實(shí)度。此研究結(jié)果和范橋發(fā)等[7]的研究一致，主要是由于重度放牧以大型家畜為主，通過反復(fù)踩踏壓實(shí)，使?jié)竦赝寥乐蟹敲芸紫稖p少，導(dǎo)致土壤的通氣性、滲透性和蓄水能力遭到破壞，而輕度擾動(dòng)型放牧主要以小型家畜和候鳥等為主，它們對(duì)表層土壤具有一定的翻拱，會(huì)使得土壤相對(duì)疏松，孔隙度增大從而導(dǎo)致土壤容重減少。但這種表現(xiàn)僅體現(xiàn)在表層土壤，隨著土層深度的增加，差異會(huì)越來越小。

放牧對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)中化學(xué)元素的間接影響是改變化學(xué)元素的循環(huán)過程和行為特征。西藏高寒濕地在不同放牧干擾下，其表層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量均呈下降趨勢，很大程度上是因?yàn)橥ㄟ^食草動(dòng)物的踐踏，植物殘?bào)w變得破碎，同時(shí)，植物覆蓋度下降，土壤容重增加，其結(jié)果是提高了土壤表面溫度，這些環(huán)境因子的變化均有利于植物殘?bào)w的分解。放牧亦使土壤養(yǎng)分礦化速率增大，固定速率降低，增強(qiáng)植物殘?bào)w分解和土壤礦化，至少在短期內(nèi)可以提高土壤養(yǎng)分濃度，有利于植物吸收積累養(yǎng)分，提高生產(chǎn)力，這也是系統(tǒng)的一種生產(chǎn)力補(bǔ)償機(jī)制。但是，不同放牧干擾對(duì)西藏高寒濕地土壤有機(jī)質(zhì)、全氮的積累影響存在一定差異。重度放牧下表層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量顯著高于擾動(dòng)型放牧下的表層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量，主要是因?yàn)橹囟确拍量纱蠓冉档椭脖坏厣仙锪?，踩踏的同時(shí)增加土壤緊實(shí)度和容重，使得土壤有機(jī)質(zhì)礦化作用減弱[8]。而輕度擾動(dòng)型放牧不僅使得原有植物物種喪失、生物量降低，其土壤有機(jī)質(zhì)礦化也隨著土壤緊實(shí)度降低、通透性的改善而加強(qiáng)，進(jìn)一步加劇了土壤養(yǎng)分衰竭退化，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)的積累與釋放失衡。

雖然濕地面積僅占全球面積的4%～6%[9]，但濕地生態(tài)系統(tǒng)中的碳儲(chǔ)量卻占全球陸地碳儲(chǔ)量的12%～24%[10]，濕地生態(tài)系統(tǒng)較高的生產(chǎn)力水平及其特殊的還原環(huán)境，使?jié)竦卦谔嫉膬?chǔ)存過程中呈現(xiàn)出碳匯的功能[11-13]。土壤營養(yǎng)物質(zhì)的貯量和積累速率是濕地“匯”功能體現(xiàn)的基礎(chǔ)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1980-2002年，西藏高寒生態(tài)系統(tǒng)形成平均每年2 300萬t的凈碳匯，約占中國陸地植被碳匯增加量的13%，其中高寒草地生態(tài)系統(tǒng)形成平均每年1 760萬t的碳匯，西藏高原植被生態(tài)系統(tǒng)已成為中國重要碳匯地區(qū)之一[14]。西藏高寒濕地由湖泊、河流、原生沼澤、沼澤化草甸、草甸及庫塘濕地等組成，其中沼澤和沼澤草甸濕地分布面積約占整個(gè)濕地面積的50%[15]，但草甸也是藏區(qū)發(fā)展牧業(yè)的重要區(qū)域。本研究表明，放牧均導(dǎo)致西藏高寒濕地草甸土壤表層營養(yǎng)元素的含量減少，尤其是輕度擾動(dòng)型放牧加速了土壤有機(jī)質(zhì)礦化、養(yǎng)分衰竭，使?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)功能退化，嚴(yán)重影響了濕地生態(tài)系統(tǒng)的“匯”功能，成為碳、氮排放的“源”。因此，在該地區(qū)應(yīng)進(jìn)一步開展?jié)竦胤拍脸休d力的研究。在基于濕地保護(hù)管理目標(biāo)與該區(qū)域濕地草甸放牧承載力的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)放牧的分類管理，科學(xué)設(shè)置踐踏型放牧的時(shí)間、區(qū)域及其強(qiáng)度，尤其是要嚴(yán)控?cái)_動(dòng)型放牧，進(jìn)而維護(hù)西藏高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)的碳“匯”功能。

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