高山退化草地不同恢复措施对土壤理化性质的影响

王 平，孙 涛

（1.黑龙江省水土保持科学研究所，哈尔滨150000，2.中国科学院 东北地理与农业生态研究所，哈尔滨150081）

祁连山地处青藏、蒙新、黄土三大高原交汇地带，是我国西部重要的畜牧业生产基地和水源涵养源。近些年来，受气候变化和长期超载过牧等人类活动的共同影响，祁连山草地生态系统结构和功能严重受损，导致草地退化加剧、生物多样性萎缩、毒杂草滋生蔓延和草地生产力显著降低等严重生态环境问题［1－3］。

为了恢复改良退化草地、抑制毒杂草危害蔓延，普遍采用禁牧封育、建植人工草地和毒杂草防治等措施对受损生态系统进行恢复［4－5］。土壤是生态系统中诸多生态过程（如营养物质循环、水分平衡和凋落物分解等）的载体，其结构和养分状况是度量退化生态系统生态功能恢复与维持的关键指标之一［6］。土壤是草地生态系统重要的组分之一，土壤的发育和肥力状况对植被及家畜的生长发育产生重要的影响。因此，在草地生态系统中对土壤特征进行判别显得尤为重要。当前有关退化草地恢复的研究大多侧重于植被群落恢复过程以及抗牧性等方面［7－9］，针对该区退化草地恢复对土壤理化特性系统调查研究较少。本研究通过比较退化草地不同修复措施对土壤理化性质的变影响规律，揭示植被退化和恢复过程中土壤肥力的演化机理，评价不同退化草地恢复模式的效应和功能，可为我国类似区域退化草地植被恢复与重建提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区域位于甘肃省肃南县境内，地处祁连山东段北坡（38°02′N，101°34′E）。平均海拔2 870m，年平均气温0～3℃，最热和最冷月气温分别为12月，15℃和11月，－13℃，年降水量350mm左右，蒸发量1 500～1 800mm。有关该地区的地理、植被、气候概况已经有专文报道［10］，本文不再赘述。

1.2 样品采集与处理

在研究点选择具有典型代表性的重度退化草地（HD）为对照样地，封育2年草地（EN）、禁牧草地（GP）和杂草防除草地（WC）为退化草地恢复样地，对照和各处理样地均为3个重复。各调查样地基本情况概况如表1所示。2010年8月中旬，在每个样地，按对角线随机布点，随机收集10个土核（直径3.5 cm）每个土核分为0—10，10—20，20—30cm个层次分别取土样，混合均匀，带回室内，样品经风干后移出粉碎，挑去砾石和根系后，分别过20目、80目和100目筛，密封贮放、备测。

1.3 测定方法

土壤容重、土壤持水量和孔隙度等物理性质采用环刀法取样测定。经过预处理后的土壤样品分别进行pH值（酸度计法）、全磷（钼锑抗比色法）、速效磷（碳酸氢钠法）、全氮和速效氮（凯氏定氮法和康维皿法）、有机质含量（重铬酸钾硫酸溶液氧化法）、全钾用氢氧化钠熔融—火焰光度计法、速效钾（火焰光度法）的测定［11］。

1.4 数据分析

所有试验数据用Excel 2007进行整理统计，用SPSS 18.0数据分析软件进行统计分析，对不同处理间土壤理化特性进行单因素方差分析和LSD法显著性检验。

2 结果与分析

2.1 退化草地恢复措施对土壤物理特性影响

退化草地不同恢复措施对土壤物理性状的影响明显不同（表2）。3种退化草地恢复样地同层土壤容重显著低于对照重度退化草地（P＜0.05），不同退化草地恢复措施之间没有显著差异。相比对照重度退化草地，围栏和杂草防除能明显增加土壤的毛管持水量和总孔隙度（P＜0.05），但禁牧样地10—30cm土壤深度总孔隙度和重度退化草地没有明显不同（P＞0.05）。不同处理间土壤最大含水量表现为：杂草防除＞围栏＞禁牧和重度退化草地，且之间差异达到显著水平（P＜0.05）。

土壤容重反映了土壤的松紧程度和对地表水流的蓄积能力，土壤水分和通透性不仅是影响土壤肥力的物性状，也是土壤肥力的重要促动因素，他们直接影响着草地植被的生长发育进程。结果表明退化草地恢复对土壤容重和产生较大影响，这与退化草地恢复改变草地植物群落组成、结构以及草地利用强度等有密切关系。禁牧和封育能显著提高草地植物的高度、盖度和地上地下生物量，增草地植被群落中优良牧草比重，减少杂类草种类［12］。草地生物量的增加不仅增加草地掉落物数量，而且地下植物根系在生长更新之机，可改善土壤通透性、增加水分含量。其次，禁牧和封育让减轻了家畜践踏，进而使得土壤疏松，有利于空气扩散，土壤微生物活力增加［13］。毒杂草防治对物理性状的改善，主要可能由毒杂草灭除后，其地上地下生物量腐烂分解，不仅给其他优良牧草提供了有利的生长条件，而且腐烂根系扩大了土壤孔隙，增加了积蓄拦截雨水能力。

2.2 退化草地恢复措施对土壤化学特性影响

退化草地不同恢复重建措施对土壤化学特性的影响见（表3）。各处理间不同深度土壤化学特性呈现不同变化趋势。土壤有机质、全氮、全磷、全钾、有效氮、有效磷和有效钾土壤随土层加深而变减小，且上层土壤最大，底层最小；但土壤pH值则表现为相反的趋势，0—10cm土壤pH值最小，20—30cm最高。退化草地不同恢复措施间土壤化学特性有显著差异。禁牧和围栏样地土壤有机质、全氮、全磷、有效氮和有效钾含量显著高于重度退化草地（P＜0.05）。杂草防除样地0—30cm土壤有机质、有效氮和有效磷含量显著高于对照（P＜0.05），但土壤全磷和对照之间没有显著差异。不同退化草地恢复措施间，同一深度土壤化学特性差异不大，10—30cm杂草防除样地土壤全氮和全磷显著低于其他两种恢复措施样地（P＜0.05），10—20cm土层禁牧样地有效钾明显高于围栏和杂草防除样地（P＜0.05）。

表3 不同退化草地及其恢复措施对土壤化学特性的影响

退化草地恢复措施对土壤养分与物理特性是相一致的，良好的养分循环及累积只有以良好的土壤物理性能为基础和载体。在退化草地生态系统植被恢复过程中，由于不同草地植被恢复改良措施下表层土壤中有机质和有效养分累积方式和机理不同，产生的结果也不同［14］。禁牧和围栏措施认为降低或完全排除了家畜啃食和践踏，使得草地生态系统在自身弹性下得以恢复，草地群落组成结构改变，物种多样性和优良牧草量增加，土壤酶活性增加，提高养分含量［15－16］。类似的研究结果在其他生态系统也有报道，孙宗玖等在对新疆蒿类荒漠草地的研究表明，封育后0—10cm土层土壤有机质、全氮、全磷、全钾及速效氮、磷、钾含量显著高于放牧地草地（P＜0.01）［17］。之所以本研究围栏样地土壤养分呈现较大空间变异（0—30cm），这与本研究区域降雨量远远高于荒漠草地，而土壤水分对养分的输移以及空间分布有重要影响有关。至于杂草防除样地，土壤养分的提高主要与毒杂草经人工放出后，其地上地下生物量分解腐烂释放的养分回归到土壤有密切的关系［18］。

3 结论

（1）禁牧、封育和杂草防除是高山重度退化草地恢复重建的有效措施，对土壤物理和化学特性有显著改善作用。3种恢复措施均能改善土壤松紧程度、增加土壤对地表水流的蓄积能力及其通气性能。3种退化草地恢复措施对土壤化学特性的影响因恢复措施不同而有所差异。禁牧和围栏措施能提高土壤有机质、全氮、全磷、有效氮和有效钾含量；而杂草防除措施能增加土壤有机质、有效氮和有效磷含量，但对土壤全磷含量没有显著影响。

（2）在高山重度退化草地恢复重建中，因依据退化草地成因、植被群落和利用类型等特性，采取因地制宜的恢复措施。对过度放牧、牧草缺乏休养生息草地、可采取禁牧和封育措施；而对杂草退化草地，可进行毒杂草防除。不管哪种措施，只要措施得当，均能改善土壤物理化学性状。

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