喀斯特地区不同年限桂牧1号象草草地土壤养分特征

胡培雷，曾昭霞，王克林，宋希娟，李莎莎

(1.中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室，湖南长沙 410125; 2.中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站，广西环江 547100; 3.中国科学院大学，北京 100049)

喀斯特地区不同年限桂牧1号象草草地土壤养分特征

胡培雷1，2，3，曾昭霞1，2，王克林1，2，宋希娟1，2，李莎莎1，2，3

(1.中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室，湖南长沙 410125; 2.中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站，广西环江 547100; 3.中国科学院大学，北京 100049)

人为干扰和管理措施对喀斯特地区生态恢复影响显著。本研究以典型喀斯特地区种植1年(1-y G)、5年(5-y G)和7年(7-y G)的桂牧1号杂交象草(Pennisetum purpureum cv.Guimu-1)栽培草地为研究对象，以玉米(Zea mays)种植地(CK)作为对照，分析不同建植年限下栽培草地对地上部分生物量、土壤养分含量及微生物量碳的影响。结果表明，1)建植年限对桂牧1号草地地上部分生物量影响显著(P＜0.05)，表现为7-y G＜1-y G＜5-y G。2)桂牧1号草地0－50 cm土层土壤N、P、K随建植年限呈现先下降后升高的趋势，建植5年的牧草地土壤N、P、K养分含量普遍较低;土壤有机碳含量在各土层均以建植7年草地最高，5年草地最低。土壤表层(0－10 cm)微生物生物量碳表现为1-y G＜5-y G＜7-y G，且7年草地分别比1年和5年草地增加了32.37%和19.18%。3)桂牧1号草地土壤有机碳、全氮、全磷、全钾含量及土壤表层微生物生物量碳均高于相应土层玉米地，而碱解氮、速效磷和速效钾含量则刚好相反。因此，相比玉米农耕地，桂牧1号栽培草地能有效提高喀斯特地区土壤肥力，其中，以建植7年的草地固碳效果最好，“种草养畜”是喀斯特地区生态恢复与重建的有效措施。

喀斯特地区;桂牧1号;土壤养分;土壤有机碳;土壤微生物生物量碳

桂西北喀斯特地区是我国主要生境脆弱带之一，在人为干扰下极易退化［1］。区域内地貌类型多样，以山地、丘陵、峰丛洼地为主，岩溶地貌广泛发育。由于受人类活动影响严重，大量原始林地向农业用地发展［2］。其中，农业用地以旱作耕地为主，耕作方式粗放单一，重用轻养，加上喀斯特地区独特二元水文结构的地质背景的影响，造成喀斯特地区水土流失严重，土壤退化，养分流失，荒草地广布，人地关系矛盾尖锐［3］，植被恢复和生态重建迫在眉睫。为保护和改善生态，当地政府大力推广“退耕还林还草”政策。研究表明，退化区域重建栽培草地能够有效提高土壤碳氮储量［4-5］。喀斯特地区草山草坡资源丰富，雨热同期，适合优质牧草生长。栽培草地作为一种重要的“人为干扰”模式，对土壤养分和碳储量影响显著［6］。

目前，采用“时空替代法”对非喀斯特地区不同建植年限栽培草地土壤养分的相关研究，国内外已有大量报道［4，7-10］，受研究区土壤母质及草种影响，不同区域土壤养分特性差异较大。喀斯特地区由于其独特的地质背景的影响，栽培草地建植对土壤养分的影响与其它地区势必有所差异［11-12］。当前，国内外学者对喀斯特地区栽培草地的研究主要集中在牧草引种、放牧及群落稳定性等方面［13-16］。大量学者通过在喀斯特地区进行牧草引种试验，筛选出一批适应喀斯特不同地区不同海拔的优良牧草品种［13，16］。桂牧1号杂交象草(Pennisetum purpureum cv.Guimu-1) (以下简称桂牧1号)是广西畜牧研究所采用美洲矮象草(P.purpureum cv.Mott)为父本，杂交狼尾草(P.americanum×P.purpureum)为母本杂交选育而成的多年生禾本科牧草，以其高产、免耕、抗逆性强、适应性广等特点，成为我国西南喀斯特地区栽培草地的首选草种。研究显示，氮磷等养分是喀斯特栽培草地的限制因素［12，17］，林明月等［18］研究表明，在喀斯特地区低量氮磷钾肥配施有利于桂牧1号草地土壤活性有机碳的积累，高量氮磷钾平衡配施桂牧1号草地固碳效果最佳。而刈割是桂牧1号草地最主要的利用方式，由于刈割会带走土壤养分，消耗土壤肥力，因此，随着其利用年限的推进，桂牧1号栽培草地土壤养分可能会发生变化。目前对于喀斯特地区桂牧1号栽培草地长期利用制度下土壤养分特征的研究鲜见报道。因此，本研究以古周喀斯特峰丛洼地研究区为例，在土壤母质及地形地貌等地质背景一致的样地上，选择不同建植年限下的桂牧1号栽培草地为研究对象，同时以喀斯特地区主要的农耕地玉米(Zea mays)种植地为对照，研究桂牧1号栽培草地不同建植年限下地上部分生物量、土壤养分及微生物量碳特征，以期为喀斯特地区合理利用及管理栽培草地提供理论依据。

1 研究地区与研究方法

1.1研究区概况

研究区位于广西环江毛南族自治县下南乡古周村，地理位置107°56' 48.1″－107°57' 28.5″E，24°54'42.6″－24°55'17.8″N，为典型的喀斯特峰丛洼地景观，土壤主要为碳酸盐岩发育的石灰土，土质较粘重，土被分布不均匀，基岩广泛露出，属亚热带季风气候区，多年平均气温16.5～20.5℃，平均降水量为1 389.1 mm，雨季主要集中在4－9月，10月至次年3月为旱季。研究区于20世纪80年代末开始实行“退耕还林还草”政策，目前，研究区用地类型主要为旱作农耕地、不同建植年限的栽培草地及人工经济林等。其中，旱作农耕地有较长的耕作历史，种植作物有玉米、红薯(Lpomoea batatas)、黄豆(Glycine max)等，主要分布在洼地，玉米地于每年11月底翻耕，肥料主要施用农家肥、尿素、草木灰和人粪尿等，同时还配施少量钙镁磷、氯化钾等无机化肥;栽培牧草地退耕前主要耕种玉米、红薯等，退耕后种植桂牧1号，牧草一年刈割3～4次，刈割留茬高度10 cm左右，牧草地施肥情况与玉米等农耕地相似，主要施入农家肥、尿素和磷钾等无机化肥，但一般不施用草木灰和人粪尿，每年也不进行翻耕。

1.2研究方法

1.2.1试验设计 鉴于桂西北喀斯特地区峰丛洼地分布广泛，以及当地居民对洼地利用较多，2012 年4月通过前期调查研究，在研究区土壤母质、土壤类型、坡度、坡向等立地条件一致的样地内选取耕种历史、施肥及栽培管理措施基本一致，分别建植1年、5年和7年的桂牧1号草地为试验样地，并选取当地最主要的农耕地(玉米种植地)为对照，样地基本情况如表1所示。每种土地利用类型各设置3个10 m×10 m的样方，共12个样方。

1.2.2植物取样及分析 于2012年4月、7月和10月在每个样方内分别设置3个2 m×2 m小样方，在牧草每次刈割前(刈割3次/年)，收获小样方内地上部分全部生物量，在105℃下杀青2 h，再在65℃烘干至恒重，计算干物质产量，以3次刈割所得桂牧1号地上部分干物质之和作为栽培草地年地上部分生物量，玉米地在成熟期收获，以地上部分干物质产量作为其地上部分生物量。

表1 样地基本情况Table 1 Characteristics of experimental plots

1.2.3土壤取样及分析 桂牧1号最后一次刈割后，在每个样方内按“S”型选取10个点分层取样，土层深度分别为0－10、10－20、20－30、30－40和40－50 cm，同一样方内相同土层土样混合为一个土样装入塑料袋，其中，将土壤表层0－10 cm土样分为两部分，一部分新鲜土样过2 mm筛后置于冰箱中(4℃)用于测定微生物生物量碳，其余部分土样风干后过筛，用于测定土壤养分含量。土壤养分含量参照《土壤农化分析》［19］测定:土壤全氮(Soil total nitrogen，TN)采用半微量开氏法;土壤碱解氮(Soil available nitrogen，AN)采用碱解扩散法;土壤全磷(Soil total phosphorus，TP)釆用NaOH熔融、钼锑抗比色法;土壤速效磷(Soil available phosphorus，AP)采用0.05 mol·L－1NaHCO3提取、钼锑抗显色、紫外分光光度计法;土壤全钾(Soil total potassium，TK)采用NaOH熔融、火焰光度法;土壤速效钾(Soil available potassium，AK)采用NH4OAc浸提、火焰光度法;土壤有机碳(Soil organic carbon，SOC)采用重络酸钾容量法;微生物生物量碳(Microbial biomass carbon，MBC)采用氯仿熏蒸法测量［20］。

1.3数据分析

数据以平均值±标准误差表示。用Office 2010 Excel进行数据处理、计算和制作图表，方差分析及多重比较采用SPSS 18.0进行，多重比较采用LSD法进行检验。

2 结果与分析

2.1不同建植年限下栽培草地地上部分生物量变化特征

建植年限对栽培草地地上部分生物量影响显著(P ＜0.05) (图1)。地上部分生物量表现为7-y G＜1-y G ＜CK＜5-y G。建植7年的桂牧1号草地地上部分生物量最低(17.75 t·hm－2)，显著低于玉米地和建植5年草地，但与建植1年草地差异不显著(P＞0.05)。建植5年的桂牧1号草地地上生物量最高(31.98 t·hm－2)，分别比玉米地、1年和7年草地高34.65%、63.92%、80.17%，且差异均达显著水平。

图1 不同建植年限桂牧1号草地地上部分生物量的变化Fig.1 Variations of aboveground biomass under different planting years of Guimu-1

2.2不同建植年限下栽培草地土壤N、P、K养分特征

总体上，土壤养分含量在0－50 cm的土壤剖面上随着土层深度的增加而减少(图2)。同一土层，玉米种植地土壤全氮、全磷、全钾含量均低于不同建植年限的栽培草地(图2A、2C、2E)，而土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量则刚好相反，在0－50 cm的整个土壤剖面玉米种植地都高于相应土层栽培草地(图2B、2D、2F)。这表明，在喀斯特地区种植农耕和免耕作物对土壤养分有显著影响，栽培草地有利于土壤养分的维持。玉米耕作地土壤速效养分含量高，主要是由于翻耕会加速土壤有机质等养分的释放与分解，还与玉米地每年额外施用一定数量的草木灰和人粪尿有关。

不同建植年限桂牧1号栽培草地中，土壤全氮含量在0－50 cm的土壤剖面均表现为5-y G＜1-y G＜7-y G(图2A)，即土壤全氮含量随栽培草地建植年限的增加先下降后升高;碱解氮含量以建植7年的草地最高，在0－50 cm的整个土壤剖面均高于建植1年和5年草地，建植5年草地土壤碱解氮含量在0－30 cm的土层中均高于建植1年草地，而在土层30－50 cm则刚好相反(图2B)。栽培草地土壤全磷和速效磷含量变化规律一致，在0－50 cm的整个土壤剖面总体趋势均表现为5-y G＜7-y G＜1-y G(图2C、2D)，即随草地建植年限的增加先下降后升高。栽培草地土壤全钾含量随土层深度变化均不明显，建植1年的草地土壤全钾含量在表层土壤0－10 cm低于建植5年草地，在其余土层均高于建植5年和7年草地，建植5年草地土壤全钾含量在土层10－30 cm低于建植7年草地，其余土层高于建植7年草地(图2E) ;土壤速效钾含量以建植7年草地最高，在0－50 cm的整个剖面均高于建植1年和5年草地，建植1年草地土壤速效钾含量在土层0－20 cm高于建植5年草地，在土层20－50 cm则低于建植5年草地(图2F)。总体而言，不同建植年限桂牧1号草地中，随着栽培草地建植年限的增加，土壤养分含量呈现先下降后升高的趋势，其中，建植5年的草地土壤氮、磷和钾含量在整个土壤剖面普遍要低于1年和7年草地。

土壤中氮磷钾含量在桂牧1号草地中排序为:全钾＞全氮＞全磷(图2A，2C，2E)，同时，3个建植年限草地中，与0－10 cm土层相比，40－50 cm土层中土壤全氮和全磷含量平均下降幅度分别为20.76%和30.05%，远大于全钾的下降幅度(7.15%)。

图2 不同建植年限桂牧1号草地0－50 cm土壤剖面养分变化Fig.2 Variations of soil nutrients in soil depth from 0 to 50 cm under different planting years of Guimu-1

2.3不同建植年限下栽培草地土壤碳特征

2.3.1不同建植年限下栽培草地土壤有机碳特征

土壤有机碳是影响土壤环境和质量的重要因子，有机碳的多少影响土壤结构和肥力，可直接导致农业生产力降低和环境质量的下降［21］。桂牧1号栽培草地不同建植年限及土层深度对土壤有机碳含量影响各不相同(表2)。

玉米种植地土壤有机碳含量在土层0－30 cm之间差异不显著(14.31～14.64 g·kg－1，P＞0.05)，主要是由于玉米种植地每年土壤翻耕深度在30 cm左右，使得0－30 cm土层土壤混合均匀，因而有机碳含量在翻耕层差异不大。与桂牧1号栽培草地相比，在0－50 cm的土壤剖面下，玉米地土壤有机碳含量在各土层均低于相应土层栽培草地，其中，在0－10 cm的土壤表层，玉米地土壤有机碳含量显著低于3个不同建植年限的桂牧1号草地，在10－20 cm土层，玉米地土壤有机碳含量显著低于建植1年和7年的草地，随着土层的加深，玉米地土壤有机碳含量虽均低于栽培草地，但与1年和5年草地差异不显著，但均显著低于建植7年的栽培草地。因此，相比于玉米等农耕地，桂牧1号栽培草地土壤有机碳尤其是表层土壤有机碳积聚较多，栽培草地的建植有利于喀斯特地区土壤碳固持。

表2 不同建植年限桂牧1号草地0－50 cm土壤剖面有机碳含量(g·kg－1)变化Table 2 Variations of soil organic carbon(g·kg－1) in soil layers from 0 to 50 cm under different planting years of Guimu-1

3个不同建植年限桂牧1号草地中，土壤有机碳含量在0－50 cm的土壤剖面各土层均表现为5-y G＜1-y G＜7-y G。其中，在表层土壤0－10 cm中，3种不同建植年限草地土壤有机碳含量差异均显著(P＜0.05)，在土层10－20 cm中，建植5年草地显著低于1年和7年草地，在20－30 cm土层中，1年和5年草地显著低于7年草地，在土层深度为30－40和40－50 cm中，土壤有机碳含量虽然表现为5-y G＜1-y G＜7-y G，但差异均不显著(P＞0.05)，说明桂牧1号对土壤养分的消耗与返还主要集中在土壤中上层。3个不同建植年限下的桂牧1号草地土壤有机碳含量都是在0－10 cm最高，且均随着土层加深而减少。其中，建植1年的桂牧1号草地土壤有机碳含量在土层0－10和40－50 cm差异显著，其余土层差异不显著;建植5年的草地在各土层差异均不显著;建植7年的草地土壤有机碳含量在土层0－10 cm中均显著高于其余各土层。由上可知，3个不同建植年限的桂牧1号草地中，土壤有机碳均在土壤表层积聚较多，且以建植7年的栽培草地固碳效果最好。

2.3.2不同建植年限下栽培草地土壤表层微生物生物量碳特性 土壤微生物生物量灵敏度高，可以反映土壤的微小变化，土壤微生物生物量碳作为土壤有机碳的一部分，常被作为研究土壤质量的生物学指标［18］。由于土壤有机碳主要积聚在土壤表层，相对而言微生物在土壤表层活动旺盛，因此，本研究着重于探讨土壤表层0－10 cm微生物生物量碳特性。不同建植年限下桂牧1号栽培草地土壤表层微生物生物量碳差异显著(P＜0.05) (图3)。栽培草地土壤表层微生物生物量碳(117.47～155.50 mg·kg－1)均高于玉米种植地(98.00 mg·kg－1)，但玉米地微生物生物量碳与建植1年的草地差异不显著(P＞0.05)，与建植5年和7年草地差异显著。不同年限栽培草地中，随着桂牧1号建植年限的推进，土壤表层微生物生物量碳也不断增加，建植7年的草地显著高于建植1年和5年草地，微生物生物量碳分别增加32.37%和19.18%。

图3 不同建植年限桂牧1号草地土壤表层微生物生物量碳Fig.3 Variations of soil microbial carbon in topsoil under different planting years of Guimu-1

3 讨论与结论

3.1不同建植年限下栽培草地生物量变化特征

杂交象草由于生物量大，竞争和再生能力强，广泛种植于热带和亚热带地区［22］。桂牧1号杂交象草作为多年生高大型C4禾草，由于其抗逆性强、适应性广、利用年限长，同时在其生长过程中几乎没有杂草入侵，成为喀斯特地区非常重要的退耕牧草。本研究中，桂牧1号地上部分干物质产量为17.75 ～31.98 t·hm－2，产量较高，但另一方面，桂牧1号不同生长阶段间生物量差异显著，如建植5年的桂牧1号地上部分生物量比1年和7年草地分别增加了63.92%和80.17%，这可能与桂牧1号自身生物学特性以及利用措施有关。桂牧1号结实率低，常采用无性繁殖方式，利用年限10余年，牧草种植初期至生长5年左右，施肥及刈割促进牧草“超补偿生长”，牧草产量不断增加，生长利用5年生物量达到高峰，随后由于桂牧1号自身生理功能开始下降，刈割后分蘖再生能力减弱，导致牧草产量下降，桂牧1号逐渐进入生长衰退期。目前，对桂牧1号产量的研究报道主要集中于短期内施肥及刈割试验［13，23］，后续研究应进一步追踪分析桂牧1号长期利用制度下产量、品质和光合生理特性，从而为喀斯特地区高效持久利用桂牧1号提供科学依据。

3.2不同建植年限下栽培草地土壤养分特征

栽培草地的建植对喀斯特地区土壤养分影响显著。本研究中，桂牧1号栽培草地各土层土壤全氮、全磷、全钾及有机碳含量均高于玉米种植地，土壤速效养分却均低于玉米地。这主要是由于:1)玉米地每年翻耕加剧了对土壤的扰动，加速了土壤中凋落物和有机质的分解，较之免耕，传统翻耕不利于土壤养分维持［24-25］。2)玉米地因作物每年全部收获而从土壤－植物库中单向移走大量养分。3)土壤速效养分不仅受土壤缓性养分储量和转化速率的影响，同时还受耕作、施肥等影响［26-27］，玉米地由于每年翻耕及额外多施入一定量的草木灰和人粪尿，使得其土壤碱解氮、速效磷和有效钾等速效养分含量均高于栽培草地。由此表明，相比农耕地，免耕草地更有利于喀斯特地区土壤养分固持。这与许多研究结果一致，如Wu等［4］和Wang等［28］研究表明，栽培草地能有效提高土壤养分和碳氮储量，当农耕地退耕为栽培草地时，土壤有机碳以540 kg·hm－2·a－1的速度累积［29］，相反，当草地开垦为农耕地时，由于人为翻耕和水土流失，30 cm以内土层土壤有机碳含量下降了20%左右［30］，张伟等［27］也认为，虽然喀斯特地区的耕地每年都施用一定量的农家肥和氮肥，但受传统耕作和收获方式的影响，会加速土壤侵蚀，土壤表现出一定的退化趋势。另一方面，宋同清等［31］研究表明，喀斯特峰丛洼地由于优越的温湿条件极利于生物的生长和繁衍，“生物自肥”作用非常强烈，同时加速岩石溶蚀、风化和土壤的形成和发育进程，峰丛洼地退耕还林还草模式下土壤养分含量总体较高，本研究桂牧1号草地土壤养分含量也类似。综上可知，以“种草养畜”代替传统玉米－红薯种植是桂西北喀斯特地区切实可行的农业发展模式。

本研究表明，不同建植年限栽培草地能够影响喀斯特地区土壤养分含量及土壤固碳能力。由于不同建植年限栽培草地对土壤养分的消耗与返还能力不同，因而造成土壤养分差异［32］。Wu等［4］对退化区域栽培草地的研究表明，利用3年的草地地上部分生物量最高而有机碳储量却显著低于利用6年草地，本研究结果与其类似，随着桂牧1号栽培草地种植年限的推进，土壤养分及有机碳呈现先下降后升高的趋势，生物量最高的建植5年草地土壤养分含量普遍低于建植1年和7年草地，这是因为，虽然桂牧1号草地每年都施入等量肥料，但生产力高的优质牧草在快速生长期需要从土壤库中吸收并锁住大量养分以满足自身生长需求［33］，在桂牧1号生长旺盛期(建植5年左右)，大量土壤有机碳及氮磷钾被牧草吸收利用，土壤养分消耗大，牧草归还到土壤的养分不能抵消其高效生长所需的养分，致使土壤养分含量低。随着牧草的继续生长，土壤团聚性得到进一步改善，提高了土壤贮存氮磷钾及有机碳的能力［34］，同时由于桂牧1号生长后期生物量明显下降(图1)，地上部分输出减少，对土壤养分的消耗强度降低，以及部分根系老化腐烂，加之凋落物逐年累积［9］，土壤肥力自上而下均得到恢复提升。综上，建植利用7年的桂牧1号草地土壤肥力最高，固碳能力最佳;而在桂牧1号生长高峰期，对土壤养分消耗大，可及时增施一定量的肥料，提升土壤肥力，满足牧草高速生长对养分的需求。另一方面，栽培草地中土壤全钾含量高于氮磷含量，且随着土层的加深，土壤全氮全磷下降幅度远大于全钾的下降幅度，袁道先［12］指出，氮磷等养分含量低是石漠化恢复的主要障碍，因此在实际管理中可以适当提高草地中磷肥和氮肥的施用比例。

3.3不同建植年限下栽培草地土壤微生物生物量碳特征

土壤微生物生物量碳是土壤有机碳的灵敏指示因子，作为土壤有机碳中最活跃的部分［35］，可反映土壤有效养分状况和生物活性，是评价土壤肥力的重要指标［36］，更有助于阐明土壤有机碳库在不同建植年限栽培草地中的变化。

鹿士杨等［37］对喀斯特峰丛洼地退耕还林还草模式下土壤微生物的研究发现，退耕还林还草均能显著改善喀斯特地区土壤微生物特性;邢会琴等［38］研究也表明，玉米连作会导致微生物群落结构失衡，不利于微生物生长。本研究表明，栽培草地土壤表层微生物生物量碳均高于玉米种植地，说明在喀斯特地区种植桂牧1号能增加土壤微生物活性，提高土壤活性有机碳组分，改善土壤质量。不同建植年限栽培草地中，土壤微生物生物量碳随年限的增加呈上升趋势，建植7年的草地最高，其原因可能是随着草地建植年限的推进，牧草根系分泌物及枯枝落叶等凋落物逐年累积，为土壤微生物群落提供了丰富的碳源，且土壤环境条件适宜，土壤微生物活动增强，因此微生物生物量碳逐年增加［39］。研究表明［40］，土壤微生物生物量碳与土壤养分含量密切相关，本研究中，土壤微生物生物量碳与土壤有机碳(P =0.013，R=0.692)、全氮(P=0.003，R=0.773)和全钾(P=0.025，R=0.639)均呈显著正相关，此外，微生物量碳也与速效磷含量(P=0.017，R =0.670)显著正相关。一方面，土壤微生物使土壤有机质转化为有效养分，另一方面，微生物又对无机养分起固持和保蓄作用［41］，土壤微生物与土壤保肥能力正相关，微生物量越大，土壤保肥效果越好［42］，可见，随着桂牧1号栽培草地种植年限的增加，喀斯特地区土壤质量不断得到改善。

References)

［1］张笑楠，王克林，张伟，陈洪松，何寻阳.桂西北喀斯特区域生态环境脆弱性.生态学报，2009，29(2) : 749-757.Zhang X N，Wang K L，Zhang W，Chen H S，He X Y.The quantitative assessment of eco-environment vulnerability in karst regions of Northwest Guangxi.Acta Ecologica Sinica，2009，29(2) : 749-757.(in Chinese)

［2］王克林，苏以荣，曾馥平，陈洪松，肖润林.西南喀斯特典型生态系统土壤特征与植被适应性恢复研究.农业现代化研究，2008，29(6) : 641-645.Wang K L，Su Y R，Zeng F P，Chen H S，Xiao R L.Ecological process and vegetation restoration in Karst region of southwest China.Research of Agricultural Modernization，2008，29(6) : 641-645.(in Chinese)

［3］赵中秋，后立胜，蔡运龙.西南喀斯特地区土壤退化过程与机理探讨.地学前缘，2006，13(3) : 185-189.Zhao Z Q，Hou L S，Cai Y L.The process and mechanism of soil degradation in Karst area in Southwest China.Earth Science Frontiers，2006，13(3) : 185-189.(in Chinese)

［4］Wu G L，Liu Z H，Zhang L，Hu T M，Chen J M.Effects of artificial grassland establishment on soil nutrients and carbon properties in a black-soil-type degraded grassland.Plant and Soil，2010，333(1-2) : 469-479.

［5］Piao S L，Fang J Y，Ciais P，Peylin P，Huang Y，Sitch S，Wang T.The carbon balance of terrestrial ecosystems in China.Nature，2009，458: 1009-1013.

［6］Wright A L，Hons F M，Rouquette Jr F M.Long-term management impacts on soil carbon and nitrogen dynamics of grazed bermudagrass pastures.Soil Biology and Biochemistry，2004，36(11) : 1809-1816.

［7］Tang L，Dang X H，Liu G B，Shao C K，Xue S.Response of artificial grassland carbon stock to management in mountain region of Southern Ningxia，China.Chinese Geographical Science，2014，24(4) : 436-443.

［8］徐坤，李世忠.不同种植年限苜蓿地土壤理化性状.草业科学，2015，32(11) : 1767-1773.Xu K，Li S Z.Physical and chemical properties of soil in alfalfa field for different cultivated years.Pratacultural Science，2015，32(11) : 1767-1773.(in Chinese)

［9］魏晓斌，王志锋，于洪柱，徐安凯，孙启忠.不同生长年限苜蓿对盐碱地土壤肥力的影响.草业科学，2013，30(10) : 1502-1507.Wei X B，Wang Z F，Yu H Z，Xu A K，Sun Q Z.Effects of alfalfa with different growth years on soil fertility in saline-alkali land.Pratacultural Science，2013，30(10) : 1502-1507.(in Chinese)

［10］Soussana J F，Loiseau P，Vuichard N，Ceschia E，Balesdent J，Chevallier T，Arrouays D.Carbon cycling and sequestration opportunities in temperate grasslands.Soil Use and Management，2004，20(2) : 219-230.

［11］李阳兵，谢德体，魏朝富.岩溶生态系统土壤及表生植被某些特性变异与石漠化的相关性.土壤学报，2004，41(2) : 196-202.Li Y B，Xie D T，Wei C F.Correlation between rock desertification and variations of soil and surface vegetation in Karst eco-system.Acta Pedologica Sinica，2004，41(2) : 196-202.(in Chinese)

［12］袁道先.全球岩溶生态系统对比:科学目标和执行计划.地球科学进展，2001，16(4) : 461-466.Yuan D X.World correlation of Karst ecosystem: Objectives and implementation plan.Advance in Earth Sciences，2001，16(4) : 461-466.(in Chinese)

［13］梁志霞，宋同清，曾馥平，彭晚霞，杨钙仁，谭秋锦.氮素和刈割对桂牧1号杂交象草光合作用、产量和品质的影响.生态学杂志，2013，32(8) : 2008-2014.Liang Z X，Song T Q，Zeng F P，Peng W X，Yang G R，Tan Q J.Effects of nitrogen fertilization and cutting on the photosynthesis，yield and quality of Pennisetum purpureum cv.Guimu-1.Chinese Journal of Ecology，2013，32(8) : 2008-2014.(in Chinese)

［14］李馨，熊康宁，龚进宏，陈永毕.人工草地在喀斯特石漠化治理中的作用及其研究现状.草业学报，2011，20(6) : 279-286.Li X，Xiong K L，Gong J H，Chen Y B.Advances in research on the function of artificial grassland in Karst rock desertification control.Acta Prataculturae Sinica，2011，20(6) : 279-286.(in Chinese)

［15］kornik S，Vidrih M，Kaligaric M.The effect of grazing pressure on species richness，composition and productivity in North Adriatic Karst pastures.Plant Biosystems，2010，144(2) : 355-364.

［16］唐成斌，吴佳海，蒋明凤.贵州喀斯特地区牧草引种试验评价.草业科学，2003，20(12) : 39-42.Tang C B，Wu J H，Jiang M F.Trial and assessment of herbage varieties introduced to the Karst region of Guizhou.Pratacultural Science，2003，20(12) : 39-42.(in Chinese)

［17］Davidson E A，de Carvalho C J R，Figueira A M，Ishida F Y，Ometto J P H，Nardoto G B，Sabá R T，Hayashi S N，Leal E C，Vieira I C G，Martinelli L A.Recuperation of nitrogen cycling in Amazonian forests following agricultural abandonment.Nature，2007，447: 995-998.

［18］林明月，邓少虹，苏以荣，刘坤平，李伏生.施肥对喀斯特地区植草土壤活性有机碳组分和牧草固碳的影响.植物营养与肥料学报，2012，18(5) : 1119-1126.Lin M Y，Deng S H，Su Y R，Liu K P，Li F S.Effects of fertilization on soil active organic carbon and carbon sequestration of forage in Karst region.Plant Nutrition and Fertilizer Science，2012，18(5) : 1119-1126.(in Chinese)

［19］鲍士旦.土壤农化分析.第3版.北京:中国农业出版社，2005: 1-329.Bao S D.Soil Agro-chemistrical Analysis.3rd ed.Beijing: China Agriculture Press，2005: 1-329.

［20］Vance E D，Brookes P C，Jenkinson D S.An extraction method for measuring soil microbial biomass C.Soil Biology and Biochemistry，1987，19(6) : 703-707.

［21］Abera G，Wolde-meskel E，Bakken L R.Carbon and nitrogen mineralization dynamics in different soils of the tropics amended with legume residues and contrasting soil moisture contents.Biology＆Fertility of Soils，2012，48(1) : 51-66.

［22］Zhao J，Zhang W，Wang K L，Song T Q，Du H.Responses of the soil nematode community to management of hybridnapiergrass: The trade-off between positive and negative effects.Applied Soil Ecology，2014，75: 134-144.

［23］肖润林，单武雄，方宝华，刘小飞，王久荣.喀斯特峰丛洼地桂牧一号杂交象草对不同追施氮肥水平的响应.生态学杂志，2008，27(5) : 735-739.Xiao R L，Shan W X，Fang B H，Liu X F，Wang J R.Responses of hybrid Napier grass“Guimu-1”to different top dressing rate of fertilizer N in cluster-peak depression of Karst region.Chinese Journal of Ecology，2008，27(5) : 735-739.(in Chinese)

［24］武均，蔡立群，奇鹏，张仁徒，Stephen Y，岳丹，高小龙.不同耕作措施下旱作农田土壤团聚体中有机碳和全氮分布特征.中国生态农业学报，2015，23(3) : 276-284.Wu J，Cai L Q，Qi P，Zhang R T，Stephen Y，Yue D，Gao X L.Distribution characteristics of organic carbon and total nitrogen in dry farmland soil aggregates under different tillage methods in the Loess Plateau of central Gansu Province.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2015，23(3) : 276-284.(in Chinese)

［25］姜学兵，李运生，欧阳竹，侯瑞星，李发东.免耕对土壤团聚体特征以及有机碳储量的影响.中国生态农业学报，2012，20(3) : 270-278.Jiang X B，Li Y S，Ouyang Z，Hou R X，Li F D.Effect of no-tillage on soil aggregate and organic carbon storage.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2012，20(3) : 270-278.(in Chinese)

［26］孙建，刘苗，李立军，刘景辉，张星杰.免耕与留茬对土壤微生物量C、N及酶活性的影响.生态学报，2009，29(10) : 5508-5515.Sun J，Liu M，Li L J，Liu J H，Zhang X J.Influence of non-tillage and stubble on soil microbial biomass and enzyme activities in rain-fed field of Inner Mongolia.Acta Ecologica Sinica，2009，29(10) : 5508-5515.(in Chinese)

［27］张伟，陈洪松，王克林，张继光，侯娅.种植方式和裸岩率对喀斯特洼地土壤养分空间分异特征的影响.应用生态学报，2007，18(7) : 1459-1463.Zhang W，Chen H S，Wang K L，Zhang J G，Hou Y.Effects of planting pattern and bare rock ratio on spatial distribution of soil nutrients in Karst depression area.Chinese Journal of Applied Ecology，2007，18(7) : 1459-1463.(in Chinese)

［28］Wang W Y，Wang Q J，Wang C Y，Shi H L，Wang G.The effect of land management on carbon and nitrogen status in plants and soils of alpine meadows on the Tibetan Plateau.Land Degradation＆Development，2005，16(5) : 405-415.

［29］Conant R T，Paustian K，Elliott E T.Grassland management and conversion into grassland: Effects on soil carbon.Ecological Applications，2001，11(2) : 343-355.

［30］Huang Y，Sun W J，Zhang W，Yu Y Q.Changes in soil organic carbon of terrestrial ecosystems in China: A mini-review.Science China Life Sciences，2010，53(7) : 766-775.

［31］宋同清，彭晚霞，曾馥平，王克林，刘璐，鹿士杨，杜虎.喀斯特峰丛洼地退耕还林还草的土壤生态效应.土壤学报，2011，48(6) : 1219-1226.Song T Q，Peng W X，Zeng F P，Wang K L，Liu L，Lu S Y，Du H.Soil ecological effects of converting cropland to forest and grassland in depressions between Karst hills.Acta Pedologica Sinica，2011，48(6) : 1219-1226.(in Chinese)

［32］章家恩，刘文高，陈景青，施耀才，蔡燕飞.刈割对牧草地下部根区土壤养分及土壤酶活性的影响.生态环境，2005，14 (3) : 387-391.Zhang J E，Liu W G，Chen J Q，Shi Y C，Cai Y F.Effects of different cutting intensities of Stylosanthes guianensis (Aubl.) SW.on soil nutrients and soil enzyme activities in rhizosphere.Ecology and Environment，2005，14(3) : 387-391.(in Chinese)

［33］Moretto A S，Distel R A.Competitive interactions between palatable and unpalatable grasses native to a temperate semi-arid grassland of Argentina.Plant Ecology，1997，130(2) : 155-161.

［34］闫靖华，张凤华，谭斌.不同恢复年限对土壤有机碳组分及团聚体稳定性的影响.土壤学报，2013，50(6) : 1183-1190.Yan J H，Zhang F H，Tan B.Effects of reclamation history of deserted salinized farmlands on organic carbon composition and aggregate stability of the soils.Acta Pedologica Sinica，2013，50(6) : 1183-1190.(in Chinese)

［35］Anderson T H，Domsch K H.Application of eco-physiological quotients(qCO2and qD) on microbial biomasses from soils of different cropping histories.Soil Biology and Biochemistry，1990，22(2) : 251-255.

［36］张成霞，南志标.土壤微生物生物量的研究进展.草业科学，2010，27(6) : 50-57.Zhang C X，Nan Z B.Research progress of soil microbial biomass in China.Pratacultural Science，2010，27(6) : 50-57.(in Chinese)

［37］鹿士杨，彭晚霞，宋同清，曾馥平，杜虎，王克林.喀斯特峰丛洼地不同退耕还林还草模式的土壤微生物特性.生态学报，2012，32(8) : 2390-2399.Lu S Y，Peng W X，Song T Q，Zeng F P，Du H，Wang K L.Soil microbial properties under different grain-for-green patterns in depressions between Karst hills.Acta Ecologica Sinica，2012，32(8) : 2390-2399.(in Chinese)

［38］邢会琴，肖占文，闫吉智，马建仓，孟嫣.玉米连作对土壤微生物和土壤主要养分的影响.草业科学，2011，28(10) : 1777-1780.Xing H Q，Xiao Z W，Yan J Z，Ma J C，Meng Y.Effects of continuous cropping of maize on soil microbes and main soil nutrients.Pratacultural Science，2011，28(10) : 1777-1780.(in Chinese)

［39］吴永华，钟芳.利用方式对兰州南部山区林草地土壤特性的影响.草业科学，2014，31(5) : 803-810.Wu Y H，Zhong F.Effects of utilization types on soil properties of forest-grassland in Lanzhou south region.Pratacultural Science，2014，31(5) : 803-810.(in Chinese)

［40］斯贵才，袁艳丽，王建，王光鹏，雷天柱，张更新.围封对当雄县高寒草原土壤微生物和酶活性的影响.草业科学，2015，32(1) : 1-10.Si G C，Yuan Y L，Wang J，Wang G P，Lei T Z，Zhang G X.Effects of fencing on microbial communities and soil enzyme activities in Damxung alpine grassland.Pratacultural Science，2015，32(1) : 1-10.(in Chinese)

［41］徐丽君，王波，辛晓平.紫花苜蓿人工草地土壤养分及土壤微生物特性.草地学报，2011，19(3) : 406-411.Xu L J，Wang B，Xing X P.Soil nutrient and microbial characteristics associated alfalfa cultivated grassland.Acta Agrestia Sinica，2011，19(3) : 406-411.(in Chinese)

［42］张萌萌，敖红，张景云，鞠成梅，胡举伟，李鑫，蔡敦江，孙广玉.建植年限对紫花苜蓿根际土壤微生物群落功能多样性的影响.草业科学，2014，31(5) : 787-796.Zhang M M，Ao H，Zhang J Y，Ju C M，Hu J W，Li X，Cai D J，Sun G Y.Effects of planting years on functional diversity of carbon-metabolic microbial community in rhizosphere soils of alfalfa.Pratacultural Science，2014，31(5) : 787-796.(in Chinese)

(责任编辑 王芳)

Soil nutrients properties of differently aged pastures of Pennisetum purpureum cv.Guimu-1 in the Karst region

Hu Pei-lei1，2，3，Zeng Zhao-xia1，2，Wang Ke-lin1，2，Song Xi-juan1，2，Li Sha-sha1，2，3
(1.Key Laboratory of Agro-ecological Processes in Subtropical Region，Institute of Subtropical Agriculture，Chinese Academy of Sciences，Changsha 410125，China; 2.Huanjiang Observation and Research Station for Karst Ecosystem，Chinese Academy of Science，Huanjiang 547100，China; 3.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China)

Human disturbance and management approaches contribute significantly to ecological restoration of Karst region.This study is to determine the effects of different planting years of Guimu-1 (Pennisetum purpureum cv.Guimu-1) on aboveground biomass，soil nutrients，and soil microbial biomass carbon by comparing the three pastures sites［1-year (1-y G)，5-year (5-y G) and 7-year-old (7-y G) Guimu-1 planting years］and corn field (Zea mays，CK) in the Karst region.The results of this study showed that the aboveground biomass of Guimu-1 were significantly different among planting years (P＜0.05) and was in order as 7-y G＜1-y G＜5-y G.The soil nitro-gen (N)，phosphorus (P) and potassium (K) in the soil profiles (0－50 cm) decreased firstly and then increased with the increase of the planting years，indicating that they were the lowest in the 5-y G pasture; The soil organic carbon content in each soil layer (0－50 cm) were the highest in the 7-y G pasture，and it was the lowest in the 5-y G pasture.The soil microbial biomass carbon (MBC) in top soil (0－10 cm) were in the order of 1-y G＜5-y G＜7-y G，and the MBC in 7-y G pasture increased the 32.37% and 19.18% when compared to 1-y G and 5-y G pasture，respectively.Soil organic carbon，total nitrogen，total phosphorus，total potassium at different soil depths and MBC in the top soil were higher in Guimu-1 pastures than those in the corn field with the corresponding soil layers，and soil available nitrogen，available phosphorus and available showed an opposite trend.This study implied that the Guimu-1 pasture enhanced the soil fertility significantly，and the soil carbon sequestration potential was the best in the 7-y G pasture.The implementation of planting grass for raising livestock possibly can be used as an effective restoration and rehabilitation approach in the Karst region.

Karst region; Pennisetum purpureum cv.Guimu-1; soil nutrients; soil organic carbon; soil microbial biomass carbon

Wang Ke-lin E-mail: kelin@ isa.ac.cn

S812.2

A

1001-0629(2016) 1-0001-10*

10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0275

胡培雷，曾昭霞，王克林，宋希娟，李莎莎.喀斯特地区不同年限桂牧1号象草草地土壤养分特征.草业科学，2016，33(1) : 1-10.Hu P L，Zeng Z X，Wang K L，Song X J，Li S S.Soil nutrients properties of differently aged pastures of Pennisetum purpureum cv.Guimu-1 in the Karst region.Pratacultural Science，2016，33(1) :1-10.

2015-05-13 接受日期: 2015-11-03

中国科学院科技服务网络计划(STS计划)“广西喀斯特区生态服务提升与民生改善研究示范(KFJ-EW-STS-092)”;国家自然科学基金(41471445)

胡培雷(1989-)，男，湖南祁东人，在读博士生，主要研究方向为喀斯特土壤养分循环。E-mail: hupl08@ lzu.edu.cn

王克林(1963-)，男，湖北老河口人，研究员，博导，硕士，主要研究方向为区域生态与景观生态。E-mail: kelin@ isa.ac.cn