西藏安多草地退化对植物生物量和土壤养分的影响

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)

西藏安多草地退化对植物生物量和土壤养分的影响

李亚娟1，曹广民2，龙瑞军3

(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)

以西藏安多县原生小嵩草(Kobresiapygmaea)草甸草原与退化小嵩草草甸草原2种类型草地为研究对象，对其草地的地上和地下生物量、土壤的有机碳、全氮、全磷、有效氮和有效磷含量进行研究，了解退化对草地植物生物量和基本养分含量的影响。结果表明，退化小嵩草草甸草原的地上、地下以及总生物量均显著下降，地上0～10、10～20 cm土层生物量和总生物量分别相当于小嵩草草甸草的80.9%、22.1%，15.8%和20.0%；2种类型草地土壤的全量和有效碳氮磷含量均较低，退化对土壤全量和有效养分的影响并不一致，退化导致0～10和10～20 cm土层的有机碳、全氮和全磷含量均显著升高，而导致0～10和10～20 cm土层的有效氮和有效磷含量均显著降低，2种类型草地随着土层的加深，土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮和有效磷含量没有明显差异。

小嵩草草甸草原；退化草地；生物量；土壤全量养分；土壤有效养分

天然草地作为西藏最为丰富的自然资源之一，是人类的宝贵财富，也是当地畜牧业赖以生存和发展的基础[1]。安多县地处西藏北部，唐古拉山脉南北两侧，是西藏的北大门，安多草原是藏北4大草原之一，草原面积占藏北草原的1/2[2]。然而，在自然和人为因素的双重影响下，藏北地区草地退化严重，草地生产力明显下降，已成为社会、经济、生态可持续发展的巨大障碍[3,4]。安多地区由于自然条件极为严酷、生态系统极其脆弱，土壤成土时间短、土层薄，草地植被一旦遭到破坏，很难恢复[5,6]。

土壤碳氮磷元素是植物赖以生长的最重要养分元素，同时有机碳还是形成土壤结构的重要因素，直接影响土壤肥力、持水能力和土壤抗侵蚀能力等，是土壤特性的重要指标之一，其变化状况可以指示土壤退化与否[7]。有研究表明，植被退化是青藏高原高寒草甸土壤退化的直接原因，而土壤退化也必然引起植被退化，二者互为因果[8]。目前，对退化后土壤营养元素含量的变化规律的研究结果并不一致，有些研究结果认为退化后土壤的全量碳氮磷和有效碳氮磷含量均下降[9,10]，而有些研究结果表明退化后有效养分的含量会升高[11,12]，而且在海拔4 700 m的安多县进行草地植被恢复的研究较少。因此，通过对安多县天然草地和退化草地生物量以及土壤基本养分的研究，明确当地草地退化对草地植物生长和土壤全量及有效营养元素的影响，以期为当地草地退化的防治和土地利用策略提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

以西藏安多县典型的小嵩草草甸草原和退化小嵩草草甸草原2种类型草地为研究对象，采样地位于西藏安多县扎仁乡南2 km，属高原亚寒带半湿润季风气候，空气稀薄，昼夜温差大，四季不分明，多风雪天气，无绝对无霜期。年日照时数为2 847 h，年降水量为435 mm。土壤类型为高山草原土，质地为砂壤质。

1.2 样品采集与处理

以安多县原生草地和退化草地为研究对象，选择3个典型样地，每个样地选取3个采样点，样点均分布于滩地上，坡度<5°，50 cm×50 cm样方进行地上生物量测定，根土法进行样品采集并进行地下生物量的测定。用直径为6 cm 的土钻分别对0～10，10～20和20～40 cm深度的土壤取样(退化草地20～40 cm由于土壤极少而石砾太多无法取样)，分层分别装袋，用孔径2 mm 土壤筛分出根系和土壤，根系用流水冲洗干净后沥干水分，称重，土壤样品风干，过1 mm和0.25 mm筛备用，各取样点基本状况见表1。

表1 西藏安多县原生草地和退化草地样地基本状况Table1 Basic information of the different grassland types in Anduo county,Tibet

1.3 测定指标与方法

土壤有机碳含量采用重铬酸钾容量法测定；土壤全氮含量采用半微量凯氏法测定；土壤全磷含量采用硫酸-高氯酸消煮法测定；有效氮用碱解扩散吸收法；土壤有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定[13,14]。

试验数据均采用Excel 2003计算，采用SPSS 17.0进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 草地退化对植物生物量的影响

生物量不仅能够反映生态系统在特定时段内积累有机物质的能力，而且是描述生态系统特征的重要参数[15]。退化导致小嵩草草甸草原的地上、地下以及总生物量均显著下降，尤其是地下生物量，0～10、10～20 cm土层生物量均急剧下降。退化小嵩草草甸草原的地上0～10、10～20 cm土层生物量和总生物量分别相当于小嵩草草甸草原的80.9%、22.1%、15.8%和20.0%，说明退化对地下生物量的影响比地上生物量大。小嵩草草甸草原的地下生物量较大，0～10和10～20 cm土层生物量分别为1 378.6和830.1 g/m2，而退化草原则分别为104.2和131.2 g/m2(表2)。

2.2 草地退化对土壤有机碳、全氮和全磷的影响

土壤中全量营养元素的含量反应了土壤的基础肥力状况。可以看出，研究区域土壤的有机碳、全氮和全磷含量均处于极低的水平(表3)。退化后0～10 cm表层土壤的有机碳、全氮和全磷含量均显著升高(P<0.05)；10～20 cm土层的有机碳也明显升高，全氮和全磷含量也有升高的趋势，但差异不显著(P>0.05)。0～10和10～20 cm土层，退化小嵩草草甸草原的有机碳含量分别高出小嵩草草甸草原的44.35%和66.67%；全氮分别高出104.5%和19.0%；全磷分别高出31.6%和17.1%。

表2 不同类型草地的植物生物量Table2 Biomass of different grassland types g/m2

注：表中数据为平均值±标准差；小写字母不同者表示不同草地类型之间差异显著(P<0.05)，下同

表3 不同草地类型土壤有机碳、全氮和全磷含量Table3 Soil organic carbon,soil total N and soil total P content of different grassland types g/kg

注：表中不同大写字母表示相同草地类型不同土层之间差异显著(P<0.05),下同

随着土层的加深，除了退化小嵩草草甸草原的全氮含量以外，土壤有机碳、全氮和全磷含量没有明显差异，这与研究区域土壤为砂质土，并且土层较薄有关。退化小嵩草草甸草原10～20 cm土层的全氮仅为0～10 cm土层的55.6%。

2.3 草地退化对土壤有效氮和有效磷的影响

土壤有效养分指土壤中可供植物直接吸收利用的无机离子态养分和少量小分子有机态养分。可以看出，2种草地土壤的有效氮和有效磷含量均处于较低的水平，有效氮低于30 mg/kg，有效磷含量低于5.5 mg/kg，土壤有效氮磷不足以支撑植物的生长(表4)。在0～10与10～20 cm土层，原生小嵩草草甸草原的有效氮均高于退化小嵩草草甸草原，分别高出47.0%和54.6%；原生小嵩草草甸草原的有效磷含量也高于退化小嵩草草甸草原，但差异不显著(P>0.05)。由此可见，退化对有效养分含量的影响与全量养分并不一致，退化后土壤的全量养分增加，而有效养分降低。

随着土层的加深，小嵩草草甸草原和退化小嵩草草甸草原土壤有效氮和有效磷含量也无明显变化。

表4 不同草地类型土壤有效氮和有效磷含量Table4 Soil available N and P content of different grassland types mg/kg

3 讨论与结论

研究结果表明，退化导致小嵩草草甸草原的地上、地下以及总生物量均显著下降，这与已有的研究结果一致[16,17]。也发现退化对地下生物量的影响大于地上生物量，有关研究结果不一致，有报道称地下生物量随放牧强度的增加而呈增加趋势[18]，也有报道随着退化程度的加重，草地地下生物量急剧降低[19]。

退化小嵩草草甸草原土壤有机碳、全氮、全磷含量在0～10和10～20 cm均高于原生小嵩草草甸草原，这与范燕敏[19]的研究结果一致，也有研究结果与此相反[9,20,21]，张建平等[22]在那曲地区的研究结果也表明退化草甸草原的全氮、全磷含量均低于未退化草甸草原。退化后全量养分高于未退化草地是因为植物生长极少，枯枝落叶已不是土壤有机质的主要来源，由于植物根系变浅，土壤有机质向土壤浅层聚集，植物的根系及其分泌物成为土壤有机质的主要来源；此外，退化草地地表遍布动物粪便，大量的动物粪便成为了土壤有机质的主要来源之一。研究中退化导致土壤有效氮与有效磷含量明显降低，但有研究结果表明退化后土壤的有效养分会明显升高[23]，也有报道表明退化后土壤的有效养分与退化程度有关，轻度退化时表现出降低的趋势，重度退化时表现出升高的趋势。因此，退化对草地土壤全量及有效养分含量的影响比较复杂，这与研究区域、退化程度以及植被种类等因素均有一定的关系。本研究区域草地土壤碳氮磷含量均较低，退化草地恢复过程中应考虑速效养分尤其是速效氮肥的投入。

试验表明退化对土壤全量养分和有效养分影响的不一致性可能是因为退化草地由于草的枯萎，根的腐烂以及动物的粪便等，这些有机物质会增加全量养分的含量，而有效养分主要为无机离子态，所以，有机物质对有效养分含量没有贡献，而退化后由于土壤裸露、淋溶加剧导致无机离子态养分含量明显降低。此外，研究中营养元素在土壤剖面中基本没有变异，可能与该地区土体较薄、砂质质地有关。

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Effect of grassland degradation on the plant biomass and soil nutrients in Anduo County,Tibetan

LI Ya-juan1,CAO Guang-min2,LONG Rui-jun3

(1.CollegeofPataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity;KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem,MinistryofEducation;Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou，GansuProvince730070,China;2.NorthwestPlateauInstitutionofBiology,ChineseAcademyofSciences,Xining,QinhaiProvince810008,China;3.CollegeofPastoralAgricultureScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou，GansuProvince730020,China)

Two types grassland,Kobresiapygmaeameadow steppe and degradedKobresiapygmaeameadow steppe were selected to study the effect of alpine meadow degradation on biomass and soil nutrients,and the above ground biomass,root biomass and soil organic carbon，total N,total P,available N and available P were determined.The results showed that the above ground,root and total biomass all decreased significantly,and the above ground biomass,0～10 cm,10～20 cm and total biomass of the degraded grassland were 80.9%，22.1%，15.8% and 20.0% of theKobresiapygmaeameadow steppe respectively.The total and available nutrients of the two grassland types were all at a lower level.The effects of degradation on soil total nutrients and available nutrients were not consistent.Soil organic carbon,total N and total P in 0～10 cm and 10～20 cm soil depth both increased significantly,but the available N and available P in 0～10 cm and 10～20 cm soil depth both decreased significantly after degradation.In addition to total N in the degraded grassland,there were no significant difference in soil organic carbon,total N,total P,available N and available P of different soil depth both the two grassland types,

Kobresiapygmaeameadow steppe;degraded meadow;biomass;soil total nutrients;soil available nutrients

2015-04-12；

2015-05-22

国家自然科学基金项目(30970520)资助

李亚娟(1981-)，女，甘肃庆阳人，讲师，博士，主要从事草地土壤学方面的研究。 E-mail：liyj@gsau.edu.cn

S 812

A

1009-5500(2015)04-0032-05