秦麗萍 羅天旭 馮兆林 白文麗

摘要 ［目的］探明不同利用方式對(duì)天然草原土壤肥力的影響。［方法］以不同類型天然草原為研究對(duì)象，分析禁牧、冷季放牧和常年放牧天然草原土壤中有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量的變化。［結(jié)果］以長期禁牧為對(duì)照，放牧利用增加了高寒草甸和溫性草原土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀含量，但顯著降低了土壤銨態(tài)氮含量（P＜0.05），冷季放牧對(duì)溫性荒漠草原土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量無顯著影響（P>0.05），常年放牧高寒草甸速效磷含量顯著高于禁牧（P＜0.05），但常年放牧顯著降低了溫性草原0～20 cm土層速效磷含量（P＜0.05）。［結(jié)論］放牧利用有利于高寒草甸和溫性草原土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量的增加，但溫性荒漠草原其含量受影響不大，禁牧能顯著提升高寒草甸、溫性草原和溫性荒漠草原銨態(tài)氮含量（P＜0.05）。

關(guān)鍵詞 天然草原；土壤肥力；利用方式

中圖分類號(hào) S812.2? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2023）10-0046-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.10.011

Abstract ［Objective］To explore the effects of different utilization modes on soil fertility of natural grassland.［Method］The changes of soil organic matter，ammonium nitrogen，available phosphorus and available potassium in different types of natural grassland were analyzed by grazing prohibition，cold season grazing and perennial grazing.［Result］Compared with grazing prohibition，grazing utilization increased the contents of soil organic matter and available potassium in alpine meadow and temperate steppe，but significantly decreased the content of soil ammonium nitrogen （P<0.05）.Cold season grazing had no significant effect on the contents of soil organic matter and available potassium in temperate desert steppe （P>0.05）.The content of available phosphorus in alpine meadows of perennial grazing was significantly higher than that of grazing prohibition （P<0.05），but perennial grazing significantly reduced the content of available phosphorus in the 0-20 cm soil layer of temperate grasslands （P<0.05）.［Conclusion］Grazing is beneficial to the increase of soil organic matter and available potassium contents in alpine meadow and temperate steppe，but the content of soil organic matter and available potassium contents in temperate desert steppe are not affected，and grazing prohibition can significantly increase the content of ammonium nitrogen in alpine meadow，temperate steppe and temperate desert steppe（P＜0.05）.

Key words Natural grassland;Soil fertility;Utilization mode

草原是我國面積最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)中具有重要的地位和作用。武威市位于河西走廊東端，天然草原總面積173.19萬hm2，占土地總面積的52.17%，是面積最大的土地類型。由于草原大部分處干旱、半干旱地區(qū)，氣候干旱、風(fēng)大沙多、植被稀疏，草地生態(tài)系統(tǒng)具有易破壞難恢復(fù)的特點(diǎn)，加之全球變暖、人們片面追求草地的畜牧生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益等，草地退化、沙化嚴(yán)重，水土流失、水涵養(yǎng)功能衰減，土壤養(yǎng)分的固定和利用效果不佳等問題日益呈現(xiàn)。為了保護(hù)和修復(fù)退化草原，武威市開始探索實(shí)施禁牧、季節(jié)性放牧等保護(hù)利用措施。其中，禁牧是指通過圍欄封育長期禁止放牧利用的草原保護(hù)措施；季節(jié)性放牧是按季節(jié)劃分放牧草地，隨著季節(jié)的更替輪流放牧；冷季放牧是在冬春季氣溫較低時(shí)進(jìn)行適度放牧，而在牧草生長季進(jìn)行休牧的一種草地利用方式；常年放牧則是不進(jìn)行任何放牧干預(yù)，任意放牧的一種草原利用方式。

不同利用方式會(huì)引起草地生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)植物及微生物組分、土壤結(jié)構(gòu)的改變和養(yǎng)分的失衡。近些年，針對(duì)不同利用方式天然草原土壤肥力的變化，大量學(xué)者開展了研究，但由于草地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)外界干擾的滯后性、地區(qū)間氣候環(huán)境的差異等，土壤養(yǎng)分在不同草地生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化具有復(fù)雜性，放牧對(duì)土壤養(yǎng)分含量影響的研究結(jié)果不盡相同。例如，曾有學(xué)者對(duì)退化嚴(yán)重的青藏高原高寒草地和埃塞俄比亞北部草地封育效果進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)封育后土壤有機(jī)碳、氮含量顯著增加［1］，但Reeder等［2］研究發(fā)現(xiàn)封育后美國中北部半干旱草地土壤有機(jī)碳含量顯著低于放牧區(qū)，也有專家指出過長時(shí)間禁牧?xí)璧K草地的更新和固碳潛力的發(fā)展［3］。截至目前，已有專家開展了武威市退化草地不同恢復(fù)模式植被特征變化的相關(guān)研究，但對(duì)地下土壤肥力等的研究鮮見報(bào)道，基于此，該試驗(yàn)通過對(duì)不同利用方式天然草原土壤肥力變化進(jìn)行研究，比較不同利用方式對(duì)天然草原土壤肥力的影響，以期為天然草原合理利用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 該試驗(yàn)盡量選取植被類型差異較小、海拔差異不大、土壤類型一致的同種類型草原，禁牧處理天然草原禁牧?xí)r間均在10年以上，具體試驗(yàn)地分布情況如表1所示。

1.2 土壤樣品的采集

7—8月，在地勢(shì)平坦、植被長勢(shì)較好的不同處理天然草原上，隨機(jī)選取3個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)用土鉆分別取0～20和20～40 cm土層，密封帶回實(shí)驗(yàn)室，去除植物根系和石塊，風(fēng)干后過篩供土壤理化特性測(cè)定。

1.3 土壤理化特性的測(cè)定方法

土壤有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量分別采用重鉻酸鉀加熱法、靛酚藍(lán)比色法、碳酸氫鈉浸提比色法和醋酸銨浸提法進(jìn)行測(cè)定［4］。

1.4 數(shù)據(jù)處理 利用Excel 2020進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和處理，用SPSS 24.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因子方差（oneway anova）分析、Duncan多重比較和成對(duì)樣本T檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同利用方式土壤有機(jī)質(zhì)含量變化

從表2可以看出，不同類型天然草原土壤有機(jī)質(zhì)含量變化不盡一致。對(duì)高寒草甸而言，常年放牧土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，顯著高于禁牧和冷季放牧（P＜0.05），禁牧有機(jī)質(zhì)含量最低；在20～40 cm土層，禁牧和冷季放牧有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著（P>0.05），冷季放牧0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量顯著高于20～40 cm（P＜0.05）。對(duì)溫性草原而言，冷季放牧和常年放牧（除0～20 cm）有機(jī)質(zhì)含量顯著高于禁牧（P＜0.05）；禁牧0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量顯著高于20～40 cm（P＜0.05），其他利用方式不同土層之間差異不顯著。溫性荒漠草原土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，不同利用方式和土層之間差異均不顯著（P>0.05）。

2.2 不同利用方式土壤銨態(tài)氮含量變化

從表3可以看出，3種類型天然草原整體呈現(xiàn)出禁牧處理土壤銨態(tài)氮含量顯著高于放牧利用（P＜0.05），高寒草甸和溫性草原冷季放牧和常年放牧之間土壤銨態(tài)氮含量差異不顯著（P>0.05）。禁牧高寒草甸土壤銨態(tài)氮含量是放牧利用的10倍以上，但是土層之間差異不顯著（P>0.05）。放牧利用溫性草原0～20 cm土層銨態(tài)氮含量約是20～40 cm的5倍，溫性草原0～20 cm土層銨態(tài)氮含量顯著高于20～40 cm（P＜0.05）。禁牧和冷季放牧溫性荒漠草原0～20 cm土層銨態(tài)氮含量顯著高于20～40 cm（P＜0.05）。

2.3 不同利用方式土壤速效磷含量變化

從表4可以看出，不同利用方式天然草原土壤速效磷含量變化較為復(fù)雜。對(duì)高寒草甸而言，禁牧處理土壤速效磷含量顯著低于放牧利用（P＜0.05），在0～20 cm土層，冷季放牧和常年放牧之間差異不顯著（P>0.05），但在20～40 cm土層，冷季放牧土壤速效磷含量最高，顯著高于常年放牧和禁牧（P＜0.05）。對(duì)溫性草原而言，不同土層土壤速效磷含量變化不一致，在0～20 cm土層，禁牧處理土壤速效磷含量顯著高于放牧利用（P＜0.05）；在20～40 cm土層，放牧利用土壤速效磷顯著含量高于禁牧（P＜0.05），且放牧利用土層之間差異顯著（P<0.05）。對(duì)溫性荒漠草原而言，在0～20 cm土層，禁牧和冷季放牧土壤速效磷含量無顯著差異（P>0.05）;在20～40 cm土層，冷季放牧土壤速效磷含量顯著高于禁牧處理（P＜0.05），且顯著高于0～20 cm土層（P＜0.05）。

2.4 不同利用方式土壤速效鉀含量變化

從表5可以看出，利用方式對(duì)高寒草甸、溫性草原和溫性荒漠草原土壤速效鉀含量有影響，高寒草甸和溫性草原呈現(xiàn)出基本一致的變化趨勢(shì)，即常年放牧天然草原土壤速效鉀含量顯著高于禁牧（P＜0.05），但高寒草甸冷季放牧和禁牧之間差異不顯著（P>0.05），而溫性草原冷季放牧和常年放牧之間差異不顯著（P>0.05）。高寒草甸和溫性草原0～20 cm土層土壤速效鉀含量均顯著高于20～40 cm（P＜0.05）。禁牧和冷季放牧溫性荒漠草原土壤速效鉀含量差異不顯著（P>0.05），且土層之間差異也不顯著（P>0.05）。

3 討論

3.1 土壤有機(jī)質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)是陸地生物圈的主要成分之一，是指示土壤健康的關(guān)鍵指標(biāo)。在草地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤有機(jī)質(zhì)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化過程十分復(fù)雜，受溫度、降水、植被、土壤和管理措施等因素的影響。根據(jù)已有文獻(xiàn)的報(bào)道，不同利用方式天然草原土壤有機(jī)質(zhì)含量變化不一。如孫宗玖等［5］研究發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)與放牧強(qiáng)度間無顯著相關(guān)性，但魏伯平等［6］研究發(fā)現(xiàn)溫性荒漠草原輕牧區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量極顯著高于其他放牧區(qū)，Hiernaux等［7］研究發(fā)現(xiàn)在生態(tài)環(huán)境相對(duì)脆弱的半干旱和干旱地區(qū)放牧后土壤有機(jī)質(zhì)含量降低。與Reeder等［2］的研究結(jié)果一致，該研究發(fā)現(xiàn)，與禁牧比較，放牧利用提高了高寒草甸和溫性草原土壤有機(jī)質(zhì)含量，這可能因?yàn)榉拍潦怪参锏慕M成發(fā)生變化，降低了牧草產(chǎn)量，但植物根冠比率較大，因而增加了碳向地下的分配量，且家畜的踐踏使凋落物破碎并與土壤充分接觸［8］，此外，放牧使凋落物積累量減少，有助于凋落物的分解，也引起了碳向土壤的轉(zhuǎn)移［9］。與禁牧相比，冷季放牧對(duì)溫性荒漠草原土壤有機(jī)質(zhì)含量無顯著影響，可能因?yàn)闇匦曰哪菰旧碇脖惠^為稀疏，植物種類較少，冷季放牧并未造成植物種類的減少和地下根系的分布變化，從而并未對(duì)地下土壤有機(jī)質(zhì)造成影響，這與李潤富等［10］研究發(fā)現(xiàn)封育對(duì)土壤全碳含量無顯著影響一致。

3.2 土壤銨態(tài)氮

天然草原土壤中可利用氮主要由全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮３部分組成，主要與土壤的礦化、植物的吸收量、家畜的排泄量有關(guān)。有學(xué)者對(duì)青藏高原草甸植被系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，在植物生長期間放牧可以提高土壤銨態(tài)氮含量［11］。Berg等［12］和Menezes等［13］認(rèn)為放牧對(duì)土壤氮含量沒有顯著影響，長期適度放牧有利于提高氮的循環(huán)速率及可利用率。該研究發(fā)現(xiàn)，放牧利用降低了高寒草甸、溫性草原和溫性荒漠草原土壤銨態(tài)氮含量，可能因?yàn)殡S著放牧強(qiáng)度的增加，家畜對(duì)牧草采食量增加，植物在不斷地進(jìn)行補(bǔ)償性生長時(shí)加大了對(duì)氮的需求，從而使得土壤銨態(tài)氮含量降低，這與蘇振聲等［14］對(duì)西藏高寒草甸研究發(fā)現(xiàn)加大放牧強(qiáng)度顯著降低了土壤速效氮含量一致?？赡芘c不同土層植被根系分布引起微生物的礦化作用不同有關(guān)，溫性草原和溫性荒漠草原土壤0～20 cm土層土壤銨態(tài)氮含量顯著高于20～40 cm。

3.3 土壤速效磷

土壤速效磷的變化反映土壤的實(shí)際供肥能力，其含量受到土壤類型、氣候、管理水平、利用程度等影響［15］。前人研究發(fā)現(xiàn)，放牧40年的重度放牧草地全磷降低，而速效磷含量卻增加［16］，該研究也發(fā)現(xiàn)，與禁牧相比，放牧利用顯著增加了高寒草甸土壤速效磷含量，這可能因?yàn)榉拍晾么龠M(jìn)家畜糞便的歸還及地表凋落物的分解，有利于土壤速效磷的增加。放牧溫性草原和溫性荒漠草原，由于家畜反復(fù)采食刺激了牧草再生，導(dǎo)致深層土壤全磷向速效磷轉(zhuǎn)移增加，20～40 cm土層土壤速效磷含量顯著增加，趙吉等［17］研究也發(fā)現(xiàn)適度放牧?xí)鹕顚油寥浪傩Я缀康脑黾印?/p>

3.4 土壤速效鉀

速效鉀是土壤中易被作物吸收利用的鉀素，一般指水溶性鉀和交換性鉀，其含量高低是表征土壤鉀素供應(yīng)狀況的重要指標(biāo)之一［18］，占全鉀含量的0.1%～2.0%，受地上植被及土壤中的水分、溫度、質(zhì)地等因素的影響。樊華等［19］研究發(fā)現(xiàn)封育后土壤速效鉀含量提高了143.75%，該研究發(fā)現(xiàn)，與有機(jī)質(zhì)含量變化基本一致，常年放牧高寒草甸和溫性草原土壤速效鉀含量顯著高于禁牧，這可能因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)對(duì)交換態(tài)鉀有重要的固持能力，有機(jī)質(zhì)含量的增加引起速效鉀含量的變化?？赡芤?yàn)榧倚笈判刮镏泻写罅库浐褪艿酵寥懒苋茏饔玫挠绊?，溫性草原與高寒草甸0～20 cm土層土壤速效鉀含量顯著高于20～40 cm，這與蘇洪燁等［20］研究發(fā)現(xiàn)速效養(yǎng)分含量在0～10 cm土層含量最高相一致。

4 結(jié)論

不同類型天然草原禁牧、冷季放牧和常年放牧土壤中有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量變化不一致。整體而言，有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量變化基本一致，溫性草原和高寒草甸有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量隨利用程度加大而增加，溫性荒漠草原土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量基本不受放牧利用的影響，高寒草甸、溫性草原和溫性荒漠草原銨態(tài)氮含量禁牧高于放牧利用，速效磷含量在不同類型天然草原變化較為復(fù)雜。綜合分析，放牧利用有利于高寒草甸和溫性草原土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量的增加，禁牧能顯著提升高寒草甸、溫性草原和溫性荒漠草原土壤銨態(tài)氮含量，放牧利用有利于高寒草甸0～20 cm土層和溫性草原、溫性荒漠草原20～40 cm土層土壤速效磷含量的增加。

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