不同草地利用方式对土壤有机碳、全氮和全磷的影响

2012-06-04李亚娟曹广民龙瑞军

草原与草坪 2012年5期

李亚娟，曹广民，龙瑞军

（1.甘肃农业大学草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中－美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃兰州 730070；2.中国科学院西北高原生物研究所，青海西宁 810008；3.兰州大学草地农业科技学院，甘肃兰州 730020；4.青藏高原生态系统管理国际中心，甘肃兰州 730020）

青海省共和县位于青藏高原东北缘，青海湖南岸，是青海牧区人口最多，牲畜比重最大的县［1］。“塔拉”系蒙古语，意为平原或滩地平原，是青海省海南藏族自治州共和盆地的重要组成部分，由于气候干旱、少雨以及草地超载过牧、大量垦殖、不合理开采等使土地沙漠化进程逐年增大，塔拉滩成为黄河上游风沙危害最严重的地区之一［2－4］。塔拉滩地区在20世纪50～60年代还是当地最好的草地，而今已经严重沙化，成为共和盆地最主要的沙源地。近年，共和县经过多年的努力，通过封育禁牧、退牧还草、生态移民等措施对塔拉滩进行了生态治理，使流动沙丘得到有效控制［5－9］。通过调查研究青海省海南州共和县不同利用方式下有机碳、全氮和全磷的含量，揭示了不同利用方式下土壤有机碳、全氮和全磷的含量变化特征，对于揭示塔拉滩地区不同土地利用方式对土壤养分含量的影响，为当地土地沙化治理、水土流失和生态环境保护提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

塔拉滩总面积29.55万hm2，属高原大陆性气候，干旱少雨，气候温凉，日照充足，昼夜温差大，年平均气温4.1℃，年均降水量250～450mm。在研究调查的基础上选择塔拉滩有代表性和典型性的高寒草原、人工草地和农田［10］为试验样地，样地基本概况（表1）。

1.2 土壤样品采集与处理

采集青海省共和县塔拉滩具有典型性、代表性的高寒草甸、人工草地和农田，主要有封育芨芨草草原、过牧芨芨草草原、取土坑、农田、和人工草地5种土地利用方式。每种利用方式按土壤浓度0～10、10～20、20～40、40～60和60～80cm用土钻进行全剖面土壤样品采集，每种利用方式草地重复6次，土壤样品带回实验室，风干后过1mm和0.25mm筛备用。

表1 不同利用方式草地概况Table 1 Basic information of the experimental grassland under different grassland using models

1.3 测定方法

重铬酸钾容量法测定土壤有机质；全氮半微量凯氏法测定土壤全氮；硫酸－高氯酸消煮钼锑抗比色法测定土壤全磷［11］。

有机质、全氮和全磷含量数据用Excel 2003进行整理统计，用SPSS11.0统计软件进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同利用方式草地土壤有机碳含量

土壤有机碳是草地土壤质量的重要指标，与土壤物理、化学和生物性质密不可分。

研究区域内土壤的有机碳含量普遍偏低，大部分在5g/kg以下（表2）。0～10cm和10～20cm土层，土壤有机碳含量顺序均表现为封育芨芨草草原＞退化过牧芨芨草草原＞取土坑＞农田＞人工草地，说明退化和开垦均导致表层土壤有机碳含量的下降，相同土层中，农田和人工草地（退耕地）的有机碳含量差异不显著（P＞0.05）。

在0～20cm土层，封育芨芨草草原的有机碳含量高于退化过牧芨芨草草原，而在20～80cm的各土层，封育芨芨草草原的有机碳含量均明显低于退化过牧芨芨草草原，因为封育增加了表层土壤的有机碳含量，退化过牧芨芨草草原0～10cm土层的有机碳含量明显低于封育芨芨草草原，而在10～80cm的土壤剖面中随土壤深度的增加有机碳含量相差不大，芨芨草草原封育地则呈现出明显的下降趋势，也说明退化导致表层土壤有机碳明显损失，下层土壤有机碳沿土壤剖面有均匀分布的趋势。在20cm以下土层，取土坑有机碳含量在5种利用格局中最低，原因取为土过程带走了上层土壤，目前的土层可能相当于原来更深的土层，人为恢复很难影响到或者暂时还未影响到这一层次。20～80cm的土壤剖面中人工草地土壤的有机碳含量高于农田土壤。

表2 不同利用方式草地土壤有机碳含量Table 2 Soil organic carbon content of different grassland using models g/kg

不同利用方式随土壤深度的增加有机碳含量均呈下降趋势，封育芨芨草草原和取土坑2种利用格局的各土层之间差异显著，农田和人工草地每个土层的有机碳含量差异不大，尤其是0～10cm和10～20cm土层。说明退化和开垦导致土壤有机碳沿土壤剖面的变异消失。

2.2 不同利用方式草地土壤全氮含量

氮素是植物生长发育所需的大量营养元素之一，是土壤养分的最重要指标，也是包括草原生态系统在内的各种生态系统生长力高低的主要限制因子。

研究区域土壤的全氮含量较低，除农田和人工草地，大部分都低于0.05%。0～40cm的3个土层，均表现出农田的全氮含量最高，人工草地次之，是由于人为因素如施肥、翻压枯草等因素所致，取土坑（现人为恢复）的全氮含量最低；同时，0～40cm的土层封育芨芨草草原的土壤全氮含量高于退化过牧芨芨草草原，在40～80cm土层中却低于退化过牧芨芨草草原，这说明封育使土壤上层的全氮含量增加，而退化导致氮向下层转移，既退化使氮素进行了重新分布；0～10cm和10～20cm土层，农田和人工草地的全氮含量基本相同，而40～60cm和60～80cm土层，人工草地的全氮含量却显著高于农田土壤中，这与有机碳的结果基本一致（表3）。

表3 草地不同利用方式土壤全氮含量Table 3 Soil total nitrogen content of different grassland using models%

随土壤深度的增加，封育芨芨草草原的全氮含量呈现逐渐降低趋势，并且0～10cm和10～20cm土层的含氮量相同；退化过牧芨芨草草原的全氮含量在40cm土层以下有升高的趋势；取土坑的全氮含量随土壤剖面加深的变异较小。农田和人工草地的土壤全氮含量随土层加深而降低，但降低的幅度比较小，在60～80cm的土壤全氮含量分别为0.032%和0.050%，相对较高，是由于人工耕作等对土壤的干扰而使氮素沿土壤剖面的变异减小。

2.3 不同利用方式草地土壤全磷含量

土壤中的磷素大部分是以迟效性状态存在，因此，土壤全磷含量并不能作为土壤磷素供应的指标，全磷含量高时并不意味着磷素供应充足，而全磷含量低于某一水平时，却可能意味着磷素供应不足。

研究区域土壤的全磷含量普遍较高。0～40cm的3个土层，均表现出农田和人工草地的全磷含量最高，是由于人为因素如施肥、翻压枯草等因素所致，取土坑（现人为恢复）的全磷含量最低，这与全氮的情况基本一致；同时，0～40cm的土层封育芨芨草草原的土壤全磷含量高于退化过牧芨芨草草原，而在40～80cm的土层中却低于退化过牧芨芨草草原，这说明封育引起了土壤上层的全磷含量增加，而退化导致磷向下层转移，也就是使磷素进行了重新分布；在0～10cm和10～20cm土层，农田和人工草地的全磷含量基本相同，而40～60cm和60～80cm土层，人工草地的全磷含量却显著高于农田土壤中，这与有机碳、全氮的结果基本一致。

表4 不同利用方式草地土壤全磷含量Table 4 Soil total phosphorus content of different grassland using models%

随土壤深度的增加，封育芨芨草草原的全磷含量呈现逐渐降低趋势，退化过牧芨芨草草原的全磷含量在40cm土层以下有升高的趋势；取土坑的全磷含量很低，且随土壤剖面深度的变异很小，从0～10cm的0.23%变化到60～80cm的0.16%。农田和人工草地的土壤全氮含量随土层加深而降低，但0～10cm和10～20cm土层差异不显著，是由于人工施肥及翻耕而使磷素沿土壤剖面的变异减小。5种利用方式均表现出40～60cm和60～80cm土层的全磷含量差异不显著，说明在该研究区域全磷含量在40cm深以下变异基本消失。

3 讨论和结论

草地不同利用方式的土壤有机碳、全氮和全磷变化趋势不一致，0～10cm和10～20cm土层，土壤有机碳、全氮、全磷含量顺序均表现为封育芨芨草草原＞退化过牧芨芨草草原＞取土坑＞农田＝人工草地，而且在0～40cm的3个土层中，均表现出农田和人工草地的全氮、全磷含量最高，由于施肥、翻压枯草等人为因素的影响，人工草地和农田利用方式增加了土壤全氮、全磷的含量。颜淑云等［12］的研究也表明人工修复草地的无机氮及铵态氮含量较高，赵云等［13］的研究也表明随着退化程度的加剧土壤的有机碳、全氮和全磷含量不断下降。退化草地、人工草地、农田利用方式均显著降低了土壤表层有机碳含量，这与已有的研究结果一致［14－18］，本研究中发现开垦对下层土壤有机碳的影响不大。人工草地、农田普遍使土壤有机碳、全氮和全磷在土壤剖面的变异消失或者减小，尤其是0～10cm和10～20cm土层。

在土壤剖面上半部分，农田和人工草地的有机碳、全氮和全磷含量基本相同，这与已有的研究结果基本一致［19－21］。而40～60cm和60～80cm土层，人工草地的碳氮磷含量却显著高于农田，表明人工草地对于土壤的长期培肥效果优于农田。

草地不同利用方式随土壤剖面深度的增加土壤碳氮磷含量均呈现下降趋势，封育芨芨草草原和取土坑各土层之间差异显著，农田和人工草地每个土层的有机碳含量差异不大，尤其是表层和亚表层，表明开垦导致土壤碳氮磷沿土壤剖面的变异减小，甚至有均匀分布的趋势。退化也表现出相似的情况，但退化过牧芨芨草草原土壤的碳氮磷在40～60cm土层以下有升高的趋势，表明退化导致碳氮磷向下层转移，也就是退化使碳氮磷进行了重新分布。

研究区域取土坑利用方式的碳氮磷含量在整个剖面层次都表现出最低，这是因为取土的过程带走了原来的表层土壤，目前的土层可能相当于原来更深的土层，人为恢复的效果还不明显，尤其是土壤的氮素含量很低，人工种草时应加强氮素的供应以及整个土壤的培肥。

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