不同土地利用方式对克氏针茅草原表层土壤有机碳的影响

程永睿+黄富权+刘璐+宋彦涛

摘要：指出了草原土壤碳作为草原生态系统中植被—土壤—大气之间碳循环的重要环节，在全球碳收支和气候变化的反馈中发挥着极其重要的作用。以内蒙古呼伦贝尔草原克鲁伦河流域克氏针茅草原中家庭牧场和公共牧场为研究对象，分析了2015年植物生长季（4～9月）表层土壤有机碳含量以及有机碳储量的动态变化。结果表明：公共牧场上有机碳含量和有机碳储量均显著高于家庭牧场；4～9月份内家庭牧场表层土壤有机碳含量呈现出“L”形变化趋势，公共牧场表现为“N”形变化趋势；土壤有机碳储量方面，家庭牧场呈现“L”形趋势，而公共牧场则呈现不规律的变化。

关键词：典型草原；有机碳；家庭牧场

中图分类号：S812

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）14-0167-03

1 引言

在全球气候变暖对人类的生存环境造成日益影响的背景下，草原土壤固碳作为草原生态系统碳库作用中的重要环节，其也发挥着不可替代的作用。因此研究草原中土壤有机碳含量以及碳储量的变化情况也就成为草原生态恢复研究中的重要内容[1]。放牧是利用草原的主要方式之一，通常体现为公共草场放牧地和家庭草场放牧。作为陆地生态系统主要类型的草地生态系统，约占陆地总面积的25%，对气候以及环境的变化非常敏感[2]。内蒙古呼伦贝尔草原克鲁伦河流域克氏针茅草原生态环境恶劣、系统脆弱、稳定性差，在人类的活动干扰下退化严重 [3]。另一方面，相关研究表明不同放牧干扰梯度对土壤有机碳的垂直分布影响不同，土壤有机碳含量总体上表现为随土层深度的增加而增加[4]。与深层土壤相比，有机碳含量在土壤表层变化更显著。因此，研究探讨了在家庭牧场和公共牧场两种放牧利用下克氏针茅草原表层土壤的有机碳含量以及有机碳储量的动态变化，为评估草地生态系统碳储量提供数据，另一方面也为合理利用草原以及增加其生态系统固碳功能提供理论依据。

2 材料和方法

2.1 实验地点

研究样地位于内蒙古呼伦贝尔市西部的克鲁伦河流域，该区域属于中温型克氏针茅典型草原区（E116°40′11.1″～117°23′09.6″，N47°55′02.6″～49°14′42.1″）。属于中温带大陆性季风干旱气候，故四季分明。夏季平均气温22 ℃左右，而冬季平均气温在-21 ℃左右。年平均日照时数约为3000 h，无霜期130 d左右；年平均降水量在220～280 mm之间。实验样地地带性土壤为栗钙土，土层主要包括腐殖质层和钙积层。

2.2 取样方法

实验设置家庭牧场和公共牧场2个样地，2015年植物生长季（4～9月）的每月中旬对2个样地进行土壤调查。每个样地每次选取3个采样点，每个采样点3次重复。土样使用环刀法，采集后使用密封袋保存带回实验室，一部分土样在105℃下烘干至质量恒定，并用万分之一天平称重，测定土壤容重。另一部分在自然状况下风干，过0.25 mm筛子，用重铬酸钾-硫酸亚铁滴定法测量土壤中有机碳含量。

2.3 数据处理

应用SPSS19.0对数据进行重复测量方差分析（a=0.05），Excel 2010进行图表绘制。

3 结果与分析

3.1 不同放牧利用下克氏针茅草原土壤有机碳含量变化

重复测量方差分析表明不同利用方式对克氏针茅草原表层土壤有机碳含量有显著影响（P<0.05），不同月份土壤有机碳含量之间也有显著差异（P<0.05）。

从图1可知，家庭牧场表面土层土壤有机碳含量的变化为9.18～14.56 g/kg，公共牧场表面土层土壤有机碳含量变化为10.82～18.37 g/kg；在家庭牧场上，4～9月份克氏针茅草原表层土壤有机碳含量先呈倒“L”字形，连续下降至8月份时达到最低，而后呈现出上升的趋势。在公共牧场上，土壤有机碳含量在4～9月份呈“N”字形变化，5月份达最高后连续下降，并在8月份降至最低，而后同家庭牧场一样呈现上升的趋势。在5月份后，公共牧场土壤有机碳含量明显高于家庭牧场。两者的土壤有机碳含量在5～9月的变化规律相似，只是在5～6月份公共牧场的土壤有机碳含量下降趋势表现得更为明显。表明在过度的放牧利用下，克氏针茅草原表层土壤有机碳的含量明显增高。

3.2 不同放牧利用下克氏针茅草原土壤有机碳储量变化

重复测量方差分析表明不同利用方式对克氏针茅草原表层土壤有机碳储量显著影响（P<0.05），但是不同月份之间碳储量差异不明显（P>0.05）。由图2看出，克氏针茅草原公共牧场表层土壤有机碳储量变化为7.15～10.81 g/m²。在5月份明显高于其他的月份，表现出先上升后下降在上升再下降再上升的趋势，其中在8月份降至最低；家庭牧场上土壤有机碳储量的变化为6.14～10.41 g/m²。4月份明显高于其他的月份，和公共牧场相似，在8月份时土壤有机碳储量为最低，呈现出连续下降后上升的趋势。公共牧场土壤有机碳储量

在5月份以后明显高于家庭牧场。其中在7～8月份时，公共牧场土壤碳储量下降更为明显。与家庭牧场样地不同的是，在4～5月份和6～7月份中，公共牧场的土壤碳储量呈现出的是上升趋势，而非家庭牧场的下降趋势。

4 讨论

放牧作为一种复杂的干扰方式，经过牲畜的采食以及践踏，间接甚至直接影响着草原生态系统，其中也起到了积极或消极的作用。通过适度的放牧会对草地生态系统产生积极的影响，但经长期的过度放牧会导致表面土层中的生物量减少，甚至导致草原系统瓦解[5]。目前，有关放牧利用方式对草地生态系统土壤中有机碳的影响的研究很多，但由于放牧利用方式、放牧年限以及草地类型不同，研究结果也都不相同[6]。本研究中，克氏针茅草原表层土壤有机碳的含量以及储量随着放牧强度的增加而呈现出增高的趋势，在公共放牧区的土壤有机碳含量明显高于家庭放牧区。这与刘楠等对锡林河流域羊草典型草原在重度放牧下的土壤有机碳含量高于中牧的研究相似[2]。随着放牧强度的增强，不同程度的增高了克氏针茅草原表层土壤的有机碳含量以及储量，表现出公共牧场>家庭牧场。由此推断：在短期的增加放牧程度下将会增加克氏针茅草原的表层土壤有机碳储量。原因在于，公共牧场与家庭牧场相比，放牧家畜数量较大，同時也导致放牧时所滞留的家畜粪便增加。另一方面，由于放牧强度的增大从而导致土壤表层的结构发生严重变化，土壤变得紧实，因此土壤有机碳的矿化作用减少，最后导致公共牧场中的有机碳含量高于家庭牧场[7]。本研究发现克氏针茅草原表层土壤的有机碳含量在公共牧场高于家庭牧场，但也有研究显示重度放牧会导致土壤有机碳含量的降低[3]。原因可能在于放牧利用对土壤的影响受多方因素的影响，另外也与外界的环境反应具有一定程度的滞后性以及缓冲性有关。

参考文献：

[1]张 雪，乌云娜，林 璐，等. 放牧梯度上草原植被-土壤系统碳截存特征[J]. 中国沙漠，2013，33（6）：1789～1795.

[2]刘 楠，张英俊.放牧对典型草原土壤有机碳及全氮的影响[J]. 草业科学，2010，27（4）：11～14.

[3]胡向敏，侯向阳，丁 勇，等. 不同放牧制度下短花针茅荒漠草原生态系统碳储量动态[J]. 中国草地学报，2014，36（4）：6～11.

[4]杨 勇，宋向阳，咏 梅，等. 不同干扰方式对内蒙古典型草原土壤有机碳和全氮的影响[J]. 生态环境学报，2015，（2）：204～210.

[5]刘朋涛，杨婷婷，姚国征，等. 不同放牧强度下荒漠草原碳密度的变化[J]. 西北农林科技大学学报（自然科学版），2014，42（7）：157～162+168.

[6]安 慧，李国旗. 放牧对荒漠草原植物生物量及土壤养分的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2013，19（3）：705～712.

[7]王雪婷，乌云娜，王 洋，等. 草原退化过程中土壤碳氮分布与群落生物量的关系[J]. 黑龙江农业科学，2014，（9）：104～110.