割草与放牧对大针茅草原土壤养分状况的影响

阿 荣，秦 洁，王君芳，巴达拉呼，李治国，王 静，韩国栋*

(1.内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古 呼和浩特 010019；2.内蒙古和信园蒙草抗旱绿化股份有限公司，内蒙古 呼和浩特 010030；3.鄂温克自治旗草原工作站，内蒙古 鄂温克旗 021100)



割草与放牧对大针茅草原土壤养分状况的影响

阿 荣1，秦 洁1，王君芳2，巴达拉呼3，李治国1，王 静1，韩国栋1*

(1.内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古 呼和浩特 010019；2.内蒙古和信园蒙草抗旱绿化股份有限公司，内蒙古 呼和浩特 010030；3.鄂温克自治旗草原工作站，内蒙古 鄂温克旗 021100)

试验于2014年7月末至8月初，基于土壤样线调查法，研究割草与放牧利用对大针茅+羊草(Stipagrandis+Leymuschinensis)草地土壤养分状况的影响，测定的指标有土壤全碳、全氮、速效氮、磷、钾含量与pH值等，目的是比较草地不同利用方式对土壤养分状况的影响，为草地合理利用提供参考资料。结果表明:在0-5cm土层里割草场的有机质含量显著高于放牧场(P<0.05)；土壤全氮和全碳在0-30cm各土层中含量在两种利用方式草地中无明显的差距，而有效氮在0-5cm土层，放牧场的含量显著高于割草场(P<0.05)，高出10.27mg/kg；在0-5cm与5-10cm土层中，放牧场的速效钾含量显著高于割草场(P<0.05)，但有效磷含量在两种利用方式下无显著性差异(P>0.05)。在20-30cm土层中的pH值，放牧场的显著高于割草场的pH值(P<0.05)。

割草场；放牧场；土壤全效养分；土壤速效养分

在生态系统中，土壤是物质和能量交换的枢纽，在同一气候条件下土壤影响着植被的变化。一些研究认为草地土壤很少受到刈割利用方式的影响〔1〕。草地在刈割条件下土壤分解者的活性并没有出现明显的变化，同样，植物生长的土壤养分供给也并没有受到明显的变化。总而言之，随着草地退化过程的加重，土壤生境以及土壤的性状会逐渐趋于恶化，同时土壤肥力也会受到阻碍〔2〕，最终导致土壤和植被两种系统耦合关系的丧失，甚至向系统相悖的方向发展〔3〕。

在大多数水分吸收、营养物质循环、凋落物分解等生态过程中土壤不仅是载体者也是参与者，土壤的养分含量对于植物体的生长发育有着重要的作用，它能直接影响植物的生理活性和植物群落的组成，并最终决定了生态系统功能、结构以及生态系统的生产力水平。土壤质量是目前国内外土壤学、生态学、农学以及环境科学界研究的一个前沿领域〔4，5〕。总的来说，土壤抗退化的能力是保持草地恢复和生产稳定的重要因素。本研究通过对割草场和放牧场的不同深度土壤中有机质、氮、磷、钾、以及有机质等指标测定，探讨不同利用方式是否会影响土壤，并且探索哪种性状最为敏感。因此，草地的合理利用以及研究放牧、刈割对草地的作用机制对草原的可持续发展有重大意义，同时科学的放牧管理模式仍然需要我们做长期大量的研究。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

实验地位于内蒙古呼伦贝尔市鄂温克自治旗锡尼河西苏木巴彦胡硕嘎查，地处北纬49°15′37″，东经121°09′25″，地势平缓，土壤为淡黑钙土为主。属于温带半干旱大陆性季风气候，年均温-5～-2℃，年较差41～47℃，日较差13～16℃。年平均降水量为350～380mm，日照时数达2890h以上，大风日数为21～25d。研究区域以糙隐子草+羊草(Cleistogenessquarrosa+Leymuschinensis)草原为主，属于大针茅+羊草(Stipagrandis+Leymuschinensis)草原的退化草原。主要植物种有糙隐子草(Cleistogenessquarrosa)、羊草、苔草(Carexpediformis)、麻花头(Serratulacentauroides)、星毛萎陵菜(Potentillaacaulis)、羽茅(Achnatherumsibiricum)等。

1.2 样地设置

选取当地16年内没有改变利用方式的割草场和放牧场各三个重复样地。放牧场的家畜以呼伦贝尔短尾羊和牛为主，每年的4月中旬-11月中旬连续放牧。割草场在每年的8月中旬，也就是牧草达到最高产草量时开始刈割。割草场与放牧场群落地上现存量、高度、盖度、密度情况请见表1。

表1割草场与放牧场群落地上现存量、高度、盖度、密度表

1.3 土壤养分测定

土壤采样与植被采样同步进行的(2014年7月末至8月初)，在剪取样方内植物地上生物量后，用直径为2.5cm土钻在1×1m的样方内进行的。土壤沿着样线，50m做一个分层取样，分别为0～5cm、5～10cm、10～20cm、20～30cm。每条样线共取了12个样点，将所取的土壤以3个样点为一份，进行分层混合装进塑封袋里，这样每一条样线上，每一层土壤一共有4个重复。风干后的土用0.5mm的筛子过筛，一般用2mm的筛子，但由于本试验的土壤有大量的细根，再加上土壤很细腻，所以用0.5mm的筛子来代替。磨完后的土用了0.15mm的筛子过筛，以便测有机质与全氮。土壤养分测定方法请见表2〔6〕。

表2 土壤养分测定方法

1.4 指标计算与数据分析

用Excel2007进行数据处理和制表，SAS9.0进行单因素方差分析(ANOVA)和t检验(TTEST)。

2 结果与分析

2.1 不同利用方式对土壤有机质的影响

由图1所示，0-30cm各层有机质含量以割草利用的样地较高，但平均值与放牧利用草地之间无显著性差异。在纵向上，割草场与放牧场的土壤有机质含量随着土层的加深而逐渐减少：割草场土壤有机质含量从37.52g/kg减少到20.32g/kg；放牧场土壤有机质含量从30.80g/kg减少到17.14g/kg。0-5cm土层割草地的有机质含量显著高于放牧地(P<0.05)，比放牧地土壤有机质含量高出21.82%。

图1 割草与放牧利用下土壤有机质变化

2.2 不同利用方式对土壤氮的影响

研究结果表明(图2)，0-30cm土层中土壤全氮含量在两种利用方式草地中无明显的差距，两种值几乎重叠在了一起(图a)。随着土层深度的加深，土壤中全氮含量逐渐下降。有效氮在0-5cm土层放牧地的有效氮含量显著高于割草地的有效氮含量(P<0.05)，高出10.27mg/kg(图b)。但5cm以下的土层中，虽然土壤有效氮在放牧场的高于割草场，但没有达到显著差异。

图2 割草与放牧利用下土壤全氮(图a)与有效氮(图b)变化

2.3 不同利用方式对土壤速效磷与速效钾的影响

从图3研究结果表明，0-30cm各土层中放牧场的有效磷含量始终高于割草场的有效磷含量，但无显著性差异(图a)。随土壤深度变化放牧场速效钾含量从275.8mg/kg降到了88.6mg/kg，割草场速效钾含量从208.0mg/kg降到了69.4mg/kg(图b)。从30cm以下，两种利用草地的速效钾含量仍然有继续下降的趋势。在0-5cm与5-10cm土层中，放牧场的速效钾含量均显著高于割草场(P<0.05)，约高出65mg/kg左右。而从10cm以下的土层中的速效钾含量在草地两种利用方式下均无显著性差异(P>0.05)。

图3 割草与放牧利用下土壤有效磷(图a)和速效钾(图b)的变化

2.4 不同利用方式对土壤pH的影响

从研究结果看出(图4)，0-5cm和5-10cm土层中，土壤pH在两种利用方式下没有明显差异，两种pH值几乎重叠在一起。从10cm以下放牧场的土壤pH值迅速增长，到20-30cm土层时，放牧场的pH值显著高于割草场的土壤pH值(P<0.05)。

图4 割草与放牧利用下土壤pH值变化

3 讨论

3.1 不同利用方式对土壤有机质的影响

土壤有机质主要由土壤中的氮和碳的有机化合物组成，其中包括几分钟内可分解的多糖或单糖，也有几百到几千年可存在的腐殖质类。在评价草地地上植被情况与土壤养分含量分析时，土壤有机质是必不可少的指标之一〔7〕。在本实验中，割草场的土壤有机质在0-5cm土层中的含量显著高于放牧场的有机质含量(P<0.05)，在5-10cm之间迅速下降后，从10cm后的又保持高于放牧场有机质含量，但无显著性差异。土壤有机质的含量主要取决于动植物残体和植物根系分泌物，不同的植物种、植物年龄和器官均可影响土壤有机质含量〔8〕。从试验期间的植被特征值数据可知，割草场的植被群落地上现存量显著高于放牧场的地上现存量(P<0.05)。并且打草场每年人为的干扰一次，之后植物可以继续生长一段时间。而在放牧场中放牧期从植物返青到11月中旬，所以割草后的植物地上残留物比放牧场相对较多。这也可能是割草场表层土壤有机质含量明显高于放牧场有机质含量的主要原因。李香真等人对不同放牧强度下的羊草小禾草草原进行研究发现，土壤有机质和植物地下生物量呈正相关〔9〕。本研究对割草场与放牧场群落地上现存量、高度、盖度、密度情况调查发现，除了群落密度以外割草场群落地上现存量、高度、盖度等群落特征均高于放牧场，而且主要以大针茅、羊草、麻花头、羽毛等多年生草本植物为主。多年生草本植物的根系密集而庞大，根部分泌物、根毛的脱落以及死亡均有助于增加土壤有机质的含量。所以割草场的土壤有机质在0-30cm各层土壤中的含量均高于放牧场的土壤有机质含量。

3.2 不同利用方式对土壤pH与速效养分状况的影响

土壤中的全效养分含量只能表示土壤的储存量，而土壤中的速效养分才能直接被植物所吸收利用，全效养分的矿化作用(有效化程度)决定着土壤中的速效养分含量。从本试验的研究结果得知，各土层中土壤中的有效氮、有效磷和速效钾的总体趋势是，放牧场的含量始终高于割草场。在纵向上，不管割草场还是放牧场，土壤三种速效养分均随着土壤深度的加深而降低。其中有效氮含量在表层土壤中，放牧地的显著高于割草地；速效钾含量在0-10cm土层中，放牧场同样显著高于割草场。这与柳剑丽、乌仁苏都等人的研究结果一致〔6,10〕，植物的补偿性生长以及轻度的放牧干扰有助于增加土壤中有效氮与速效钾的含量。在轻度放牧干扰下，根系分泌物的增加、植物超补偿生长等会影响土壤微生物的活性，进一步促进全校养分的矿化作用。除此之外，放牧场从4月初至11月中旬一直有牛羊活动的干扰，所以牲畜排泄可能也是引起土壤表层部位的有效氮和速效钾含量提高的原因之一。

土壤阳离子的交换、土壤肥力都会受土壤pH值的影响，在进行土壤类型划分时pH值也起着重要的作用。土壤酸碱度会影响土壤中的能量与物质循环，包括营养元素的转化和释放、微生物的活动和有机质的分解等。在本研究中，表层土壤中(1-10cm)的pH值在两种利用方式之间无差异，在20-30cm土层里放牧场的pH值显著高于割草场(P<0.05)。割草场的pH值没有随土壤的深度有显著变化；而放牧场的pH值变化为7.03至7.62。从土壤pH等级划分标准表可看出(表3)，割草场土壤属于中性土壤，而放牧场土壤随着土层深度的加深，有变成微碱化性土壤的趋势。草地在放牧利用方式下，植被群落盖度减少，裸露面积的增加所导致的土壤蒸发量的增大，会引起盐基离子向下移动，增加了土壤碱化速度。

表3 土壤pH等级划分标准

4 结论

通过对割草场与放牧场的土壤养分特性进行研究后得出以下结论：

①土壤有机质变化：0-30cm各层有机质含量为割草场的高于放牧场。在0-5cm土层，割草场的有机质含量显著高于放牧场(P<0.05)，比放牧场土壤有机质含量高出21.82%。在纵向上，割草场与放牧场的土壤有机质含量随着土层的加深而逐渐减少。

②土壤氮：0-30cm土层中土壤全氮含量在两种利用方式草地中无明显的差距；放牧场有效氮在各土层中的含量均高于割草场，在0-5cm土层放牧地的有效氮含量显著高于割草地的有效氮含量(P<0.05)，高出10.27mg/kg。全氮与有效氮随着土层深度的加深而含量逐渐下降。

③速效钾：在0-5cm与5-10cm土层中，放牧场的速效钾含量显著高于割草场的速效钾含量(P<0.05)，大约高出65mg/kg左右。其他土层里，虽然放牧场的速效钾含量大于割草场，但无差异显著性。

④有效磷：0-30cm各土层中放牧场的有效磷含量始终高于割草场的有效磷含量，但无显著性差异(P>0.05)。

⑤土壤pH值：0-10cm土层中，土壤pH在两种利用方式下没有明显差异，到20-30cm土层时放牧场的pH值显著高于割草场的土壤pH值(P<0.05)。

〔1〕Katja Ilmarinen, Juha Mikola. Soil feedback does not explain mowing effects on vegetation structure in a semi-natural grassland 〔J〕.Acta Oecological,2009,35:838-848.

〔2〕李绍良,陈有君,关世英.土壤退化与草地退化关系的研究〔J〕.干旱区资源与环境,2002,16(1):92-9544.

〔3〕侯扶江,南志标,肖金玉.重牧退化草地的植被、土壤及其耦合特征〔J〕.应用生态学报,2002,13(8):915-922.

〔4〕刘文杰,苏永中,杨荣,等.黑河中游临泽绿洲农田土壤有机质时空变化特征〔J〕.干旱区地理,2010,33(2):170-176.

〔5〕闫玉春,唐海萍,辛晓平,等.围封对草地的影响研究进展〔J〕.生态学报,2011,29(9):5039-5046.

〔6〕柳剑丽.刈割与放牧对锡林郭勒典型草原植被和土壤影响的研究〔D〕.中国农业科学院,2013.

〔7〕Kononova MM. Soil organic matter, its nature, its role soil formation and in fertility. 2ndde. London:Pergamon Press, 1964,5-20.

〔8〕戴良香.冬小麦氮素营养特性及其影响因素(综述).河北农业技术师范学院学报.1997,11(4)63-70.

〔9〕李香真,陈佐忠.不同放牧率对草原植物与土壤C、N、P含量的影响〔J〕.草地学报,1998,6(2):241-243.

〔10〕乌仁苏都,克鲁伦河下游地区草场不同利用方式下土壤养分特性及植被特征对比研究〔D〕.硕士学位论文,内蒙古农业大学,2012:1-38.

The impact of mowing and grazing on soil nutrient contents inStipagrandissteppe

A Rong1,QIN Jie1, WANG Junfang2, Badalahu3,LI Zhiguo1,WANG Jing1, HAN Guodong1*

1.College of Ecology and Environmental Science, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010030;2. Inner Mongolia Hotision & Monsod Drought-Resistance Greening Co., Ltd, Hohhot 010019;3. The grassland station of Inner Mongolia Evenk Autonomous Banner, Bayantuohai 021100 )

This study is based on the soil samples gathered during a field trip that occurred in late July to early August of 2014. TheStipagrandis+Leymuschinensisplant community was selected to examine the impact of mowing and grazing on soil nutrient contents such as soil total carbon, total nitrogen, organic matter, available nitrogen, phosphorous and potassium with the line transect method in order to understand the influence of two different using ways and to get basic data on grassland use. The results showed that the soil organic matter in 0-5cm layer of soil under these two different uses were significantly different (P<0.05), whereas the soil total carbon and the total nitrogen between 0-30cm layers showed no difference (P>0.05). In the 0-5cm layer of the soil, the content of available nitrogen in grazing area was higher than that in mowing area, which was higher around 10.27 mg/kg. The available potassium in the 0-10cm soil layer was significantly different under two using ways (P<0.05). However, the available phosphorous had no difference with the two kinds of use of the grasslands. In the 20-30 cm layer of the soil, the pH in the grazing area was significantly higher than in the mowing area (P<0.05).

hay field; grazing area; soil total nutrients; soil available nutrients

2015-03-17

内蒙古自然科学基金“驼绒藜属植物抗旱性的生态生理学研究”20010905-07

武森阳(1986-),男,山西省广灵县人,硕士研究生,研究方向:牧草生理生态。

张力君 E-mail: zhanglijunyep@163.com

S812

A

2095—5952(2015)02—0034—06