贵州高海拔山区草地建植对土壤质量的影响

杨学东，李 莉，姚红艳，杨 飞，王应芬，张明均，黎 俊，刘洪来＊

（1．贵州省草地技术试验推广站，贵州 贵阳550025；2．贵州大学 动物科学学院，贵州 贵阳550025；

3．贵州省畜牧兽医学校，贵州 贵阳550025）

中国西南岩溶山区主要是指以贵州为中心的云南、四川、重庆、广西、湖北、湖南和广东等8省（市、区）的石灰岩地区，总面积约5．5×104km2，约占我国国土总面积的1／20，是我国最大的生态脆弱区之一，也是贫困人口聚集区［1－2］。自20世纪中叶起，由于人类对土地的不合理利用和本身脆弱的地质环境，导致大量水土流失、石漠化程度加深、泥石流灾害频发［3－5］，尤其近年来因全球气候变化引起的雨热异常导致岩溶山区旱涝等自然灾害屡屡发生［6－7］，使该区域人民的生存和发展受到极大限制。由于岩溶山区土层发育较浅、坡陡、降雨作用强烈，加上人地矛盾突出和长期不合理的利用，致使岩溶山区土壤极易退化。

草地建植是以适应区域生境和生态经济发展的植物材料对原有植被进行的改良或重建过程，不仅为畜牧业发展提供优质饲料，而且直接影响到土壤理化性质和土壤环境状况，导致土壤质量和许多生态过程发生变化［8－10］。合理的草地建植能改善土壤结构，有利于土壤团粒结构的形成和土壤肥力的恢复与提高，增强土壤对外界环境变化的抵抗力［10－11］。

近年来，为保护岩溶山区的生态环境并发展区域经济，国家在西南岩溶山区实施了一系列生态农牧业项目，大面积的天然草地转变为人工草地。笔者以贵州西南高海拔典型区域的天然草地和人工草地为研究对象，对比分析天然草地经过重建前后的土壤质量状况，以期为岩溶山区土地合理开发利用提供参考。

1 材料与方法

1．1 研究区概况

研究区位于贵州省兴仁县放马坪种羊场（N25．56°，E105．17°，海拔1 678m），为云贵高原向广西低山陵过渡的斜坡地带。该区域属亚热带湿润季风气候，年均温12℃，平均降雨量1 300 mm，无霜期280d，年均日照时数1 100h，主要土壤类型为黄棕壤［12］。笔者以天然灌丛草地为对照，对比分析天然草地建植为人工草地后的土壤质量情况；研究区天然草地以黑穗画眉草（Eragrostis nigra Nees ex Steud．）为优势种，伴生种有白茅（Imperata cylindrica（L．）Beauv．）、西南委陵菜（Potentilla lineata Trev．）等，8月份草层平均高度约40cm，盖度约90%；春冬季放牧水牛、黄牛和山羊，放牧强度约为每公顷1个绵羊单位；研究区人工草地在20世纪90年代初由从天然草地改建而来，主要分为2种类型，第1个类型为鸭茅草地，伴生有白三叶，盖度约95%；第2个类型为绒毛草草地，伴生有白三叶，盖度约100%；人工草地全年持续轮牧山羊，放牧强度为每公顷9．5 个绵羊单位，连续利用20 余年；自2002年起每年施尿素（含N≥46．4%）180kg／hm2、混 合 肥（N10－P2O57－K2O 8，总 养 分≥25．1%）225kg／hm2。

1．2 样品采集与分析

2011年10月，分别采集天然草地、鸭茅草地和绒毛草草地土壤样品，用土钻法分3层（0～10cm，10～30cm，30～50cm）对各草地类型的3个剖面进行土样采集，各剖面距离大于50m。用环刀法测定土壤体积质量（Bulk Density，BD）和毛管持水力［13］。土壤样品理化性状和微量元素密度分析参照文献［13－14］的方法进行。

1．3 数据处理

数据采用SPSS13．0和Excel 2007软件进行分析处理，显著性分析在p＝0．01 水平下采用LSD法检验。

2 结果与分析

2．1 草地建植对土壤物理性状的影响

从表1可知，天然草地建植为人工草地后土壤体积质量明显下降，下降幅度13．8%～50．0%，以鸭茅草地10～30cm 土层的下降幅度最显著，绒毛草草地30～50cm 土层的下降幅度最小，说明人工草地建植显著降低了土壤体积质量。鸭茅根系较深，对深层土壤改良作用明显，而绒毛草根系主要分布于中层和表层，对底层土壤体积质量影响较小。土壤毛管持水力与体积质量表现相反。

人工草地土壤pH 显著高于天然草地，变幅18．9%～41．1%；人工草地在放牧利用过程中有大量动植物掉落物进入土壤，使土壤中缓冲物质增多，从而影响土壤pH。同时，土壤pH 还受淋溶、蒸发、施肥、酸雨以及植被类型等因素影响［15－16］。

土壤盐分随水分运动而移动，主要受蒸发和植物吸收水分强度的影响；鸭茅草地因盖度相对较低，地面蒸发较大，且鸭茅根系深、生产需水量大，土壤盐分随水分的运动被带至表层和中层。

2．2 草地建植对土壤肥力的影响

土壤肥力是土壤提供植物生产的根本保障［16］。由表2可知，土壤有机质表现为0～30cm 土层，人工草地高于天然草地；30～50cm 土层，天然草地显著高于人工草地，这可能是因天然草地的原生灌丛被破坏后，大量有机质残留在土壤深层，且天然草地深层土壤通用气性差，原有机质难以分解。

表1 天然草地与人工草地的土壤物理性状、pH 及全盐含量Table 1 Soil physical properties，pH and total salt content of natural grassland and artificial pasture

表2 天然草地和人工草地的土壤肥力Table 2 Soil fertility of natural grassland and artificial grassland

表3 天然草地和人工草地的土壤有效态矿质元素密度Table 3 Soil effective mineral element density of natural grassland and artificial pasture g／m2

全氮、碱解氮和速效钾含量均表现为人工草地显著高于天然草地，天然草地建植为人工草地后因人为耕作、施肥等干预以及放牧利用使土壤理化性质有明显改善。2种人工草地因地被植物不同，生产力不同，对土壤肥力因子的需求量有所差异，在长期放牧利用过程中对土壤质量的改善程度也存在差异，如全氮、碱解氮和速效钾都表现为鸭茅草地显著高于绒毛草草地。

土壤肥力因子在剖面上的变化除天然草地土壤有机质含量随土层加深而增加外，其余各指标均表现相反，这与动物排泄物、动植物掉落物、耕作措施、施肥及淋溶等一系列外部因子和土壤内部因素变化有关。

2．3 草地建植对土壤微量元素密度的影响

土壤有效态微量元素密度在一定条件下反映单位面积某一土层深度可为植物生长供给微量养分的能力［17］。由表3看出，天然草地建植为人工草地后土壤有效态铁、铜、锌和硼密度显著下降，最小下降幅度分别为79．43%、34．69%、57．45%和40．63%；有效态锰密度则至少增高了29．17%。有效态钼密度介于2种人工草地之间，这主要与植物对钼的需求差异有关，如豆科植物对钼的需求相对较大［18］。人工草地土壤有效态铁、铜、锌、钼和硼密度均表现为绒毛草草地大于鸭茅草地；而有效态锰密度则以鸭茅草地较高，这可能因为鸭茅草地盖度低，水分蒸发使土壤较干燥，此外较高的盐分含量也有助于激发锰的活性［19］。

3 结论与讨论

土壤的形成和发育受自然和人为因素的影响，而人类活动对其生活区的土壤发育起主导性的作用［9－11］。研究发现，天然草地建植为人工草地，再经多年管理和利用后土壤物理性质、肥力因子和微量元素密度等性状有明显改变，土壤体积质量、毛管持水力、pH、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量明显得到改善；土壤有效态铁、铜、锌和硼密度均显著降低，有效态锰则显著升高。说明植被重建会提高土壤质量，人为因素在土壤演替和质量变化中起一定作用，适当的人为干扰有助于土壤良性演替［10，20－21］。

土壤质量的影响因素主要有气候、人为干扰和生物等，不同植被类型对土壤养分的需求以及为土壤输入的有机质存在差异［22］。试验区草地建植后天然草地与人工草地间土壤物理性质、肥力因子和微量元素密度等性状有明显改变；此外，2种不同植被类型的人工草地间土壤毛管持水力、全盐、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾以及微量元素密度也存在明显差异，说明在同一管理利用水平下，不同植被类型对土壤的影响程度存在差异。

在喀斯特山区，隐域性气候明显，区域范围内气候和土壤条件差异较大，草地建植会导致该地区土壤质量改善，草地建植引起的土壤质量变化应该受到重视，但在草地重建过程中建植适宜局域范围的草地类型不仅有利于土壤质量改善，更有助于该地区草地畜牧业长期可持续发展。

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