不同封育措施对荒漠草原土壤理化性质的影响

王 伟，蒙仲举

(内蒙古农业大学 沙漠治理学院，内蒙古 呼和浩特 010020)

1 引言

草原是生物圈重要组成部分，具有促进水分循环、固定二氧化碳、维持生物多样性等重要的生态功能，草原还为人们提供植物、动物等物质需求，对国家经济发展、社会稳定有积极的作用[1]。荒漠草原是我国北方干旱半干旱地区重要的土地资源，是典型草原避免荒漠侵蚀的生态屏障，对北方生态循环和物质转化起着至关重要的作用[2]，但是北方地区干旱少雨，加之草原不合理的放牧，造成严重的沙漠化，导致草原退化。希拉穆仁草原位于内蒙古自治区包头市达尔罕茂明安联合旗的东南部，属于典型的荒漠草原，生态环境极其脆弱，植被低矮稀少、种类贫乏、稳定性极差，常年干旱少雨、土壤结构松散、砂粒质量分数基本在50%～80%，含水率一般在3%～4%，缺乏覆盖的地表遭受强风时极易发生风蚀，导致土壤逐渐粗化，一旦退化很难恢复[3]。而且该区域又是以草原畜牧业为主体经济，长期不合理的放牧，虽然取得了经济增长，但是在不同程度上造成了草原退化。同时，随着旅游业的发展，草原旅游逐渐被开发，也对草原植被的生长和群落的稳定性产生影响，对草原持续发展产生抑制作用[4]。

为了恢复和重建退化草地，对草原实施围栏封育，可有效改善草原生态[5]。土壤作为植物生长发育所依赖的重要基质，质量状况是衡量土壤生产力的重要指标之一，研究表明，退化草地在实施围栏封育后可以改善土壤质量，促使植物种类、群落结构发生变化。张晓娜等[6]研究表明，封育措施显著降低了砂粒含量，提高了粉粒和黏粒比例和土壤含水量。王占军等[7]研究表明，封育草地土壤水分蓄积主要在40～80 cm，和放牧草地相比植被群落盖度显著提高。因此，为探明围封状态下的草原恢复机理，充分发挥其对于退化草地的修复作用，本研究以希拉穆仁荒漠草原为研究区域设置不封育、季节性封育和完全封育，对荒漠草原土壤理化性质特征进行研究，旨在探讨不同封育管理对荒漠草原土壤的影响，以期为草原生态的恢复提供理论参考。

2 材料与方法

2.1 试验地概况

试验区域位于内蒙古自治区包头市达尔罕茂明安联合旗希拉穆仁草原，属于温带大陆性季风气候，降水量281 mm，主要集中在7、8月份，春秋干旱多风、冬季寒冷干燥。年均气温3.4 ℃，无霜期约为106 d。该地土壤类型为栗钙土和棕钙土，土壤质地较差，肥力较低。

2.2 研究方法

在研究区域选择植被种类、覆盖度相近的的区域，选取不封育、季节封育和全封育的草地为研究对象，于2019年7月，各处理选择3个样品地进行标记为4 m×4 m样方，每个样方设置10个取样点，去除枯落物层，用环刀测定土壤容重，每个点用土钻取0～20 cm深土柱，取出后装入土壤袋内。土壤样品带回实验室后备用。

2.3 测定项目与方法

取回的土壤一部分用于测定土壤含水量，一部分自然风干，磨细用于土壤化学性质的分析。土壤理化性质的测定参考鲍士旦[8]，各测定指标和方法见表1。

表1 土壤理化特性测定指标及方法

2.4 数据分析

利用Excel2013和spss24.0进行数据整理和统计分析。

3 结果与分析

3.1 不同封育措施对荒漠草原土壤物理特性的影响

由表2可知，未封育、季节封育和全封育土壤砂粒逐渐减少，粉粒和粘粒逐渐增加。砂粒表现为未封育>季节封育>全封育，季节封育和全封育分别比未封育低6.15%和9.49%。粉粒表现为全封育>季节封育>未封育，全封育和季节封育显著高于未封育处理，分别高出14.52%和18.14%。粘粒表现为全封育>季节封育>未封育，全封育和季节封育显著高于未封育处理，分别高出33.72%和59.55%。封育措施能够显著降低土壤容重，表现为全封育<季节封育<未封育，处理间差异均显著，季节封育和全封育分别比未封育低9.16%和22.90%。土壤孔隙度变化趋势和容重相反，处理间差异均显著，季节封育和全封育分别比未封育高出9.15%和13.73%，全封育比季节封育高出4.19%。土壤含水量表现为季节封育>全封育>未封育，处理间差异均显著，季节封育和全封育分别比未封育高出61.15%和28.45%，季节封育比全封育高出25.80%。

表2 不同封育措施对荒漠草原土壤物理特性的影响

3.2 不同封育措施对荒漠草原土壤pH值和电导率的影响

由图1可知，草原封育显著降低土壤pH值，表现为全封育<季节封育<未封育，处理间差异均显著，季节封育和全封育土壤pH值分别比未封育低0.51%和1.77%，土壤电导率随封育程度的增加逐渐降低，表现为全封育<季节封育<未封育，和未封育相比，季节封育和全封育土壤电导率分别低9.94%和19.88%。

图1 不同封育措施对荒漠草原土壤pH和电导率的影响

3.3 不同封育措施对荒漠草原土壤养分含量的影响

土壤养分是植被正常生长的物质基础，充足的养分有利于增加草原植被覆盖率。由表3可知，封育显著影响土壤养分含量，能够提高土壤有机质及氮磷钾含量。和未封育相比，季节封育和全封育有机质含量高出23.11%和29.78%。季节封育和全封育土壤全氮比未封育高出5.71%和18.10%，季节封育和全封育差异不显著。季节封育土壤碱解氮最高，季节封育和全封育比未封育高出27.25%和13.00%，季节封育比全封育高出12.61%。全磷含量季节封育和全封育比未封育高出23.21%和37.50%，全封育比季节封育高出11.59%。速效磷含量和全磷含量变化趋势相似。土壤全钾含量季节封育和全封育比未封育高出3510%和53.82%，全封育比季节封育高出%速效钾含量和全钾含量变化趋势相似。

表3 不同封育措施对荒漠草原土壤养分含量的影响

4 讨论

封育是目前对荒漠草原植被恢复和改善土壤理化性质的重要措施，有研究表明，在荒漠草原区增加植被的覆盖率能够较少土壤裸露、降低地表风速，减少土壤颗粒收风力的侵蚀和搬运，从而保护土壤随风沙的流失，土壤发生侵蚀带走的主要是颗粒较为小的粉粒和粘粒[9]，在植被覆盖下，土壤中的细粒物质免受风力吹蚀，从而提高粉粒和粘粒的比例，土壤粘粒的增加有利于土壤团粒的形成、改善土壤性状，提高土壤孔隙度、降低容重[10]。本研究结果表明，未封育、季节封育和全封育土壤砂粒逐渐减少，粉粒和粘粒逐渐增加。砂粒表现为未封育>季节封育>全封育，粉粒和粘粒表现为全封育>季节封育>未封育。本研究结果表明，封育能够提高土壤孔隙度、降低土壤容重，一方面是由于粉粒和粘粒的增加，改善了土壤性状，另一方面是由于封育后草原不受牲畜采食践踏的影响，地表植被覆盖率大，植株根系的下扎和土壤微生物的作用，使得土壤空隙结构增强。土壤含水量是植株生长的重要影响因素，本研究表明，土壤含水量表现为季节封育>全封育>未封育，说明季节封育对提高土壤含水量具有显著效果。

土壤pH值反映土壤溶液的活性酸度，是衡量土壤酸碱度的重要强度指标，土壤电导率与土壤含盐量和水分存在密切关系。有研究表明，随放牧程度的增加，土壤pH值逐渐增加，本研究表明，封育能够降低土壤pH值和电导率，可能是受植物根系和土壤矿化离子交换、根系分泌物以及土壤微生物代谢的影响，也有可能是受到动物排泄物的影响。研究表明，草原封育可以增加草地生物量，改善地表小气候，有利于枯落物分解，使土壤养分逐渐积累[11]，王芳等[12]研究表明，围栏封育能显著提高高寒荒漠土壤中全氮、全钾、有机碳的含量，围栏封育对高寒荒漠草地的保育作用较显著。本研究表明，封育显著提高了土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷、全钾和速效钾含量，主要是由于植被覆盖度增加，土壤、植被协同配合，土壤理化性质改善，增加了土壤保水肥能力，植被枯落物充分分解，从而提高了土壤养分含量。

综合来看，封育能够增加草地粉粒和粘粒比例，降低容重、增加孔隙度和含水量，且全封育对土壤物理性质的改善优于季节封育，封育降低土壤pH值和电导率，增加土壤养分含量，综合各指标，封育能够有效提高草地土壤质量，且全封育>季节封育>未封育。对荒漠草原进行封育是恢复植被和改善土壤理化性质的重要措施。