不同强度短期放牧对高寒草甸土壤理化性质的影响

高成芬，张永辉，李智燕，罗 亮，牛建龙，赵 燕，张德罡

（1.甘肃省草原技术推广总站，兰州 730010；2.甘肃农业大学草业学院，兰州 730070）

青藏高原草地资源丰富，生态系统比较脆弱，对气候变化和人类活动反应敏感［1］。甘南碌曲是青藏高原的组成部分，是甘肃省重要的牧区之一，在畜牧业生产和生态安全屏障建设中占有重要地位。长期以来，由于气候因素、过度放牧和植食性小哺乳动物种群爆发，草地退化日益加剧，这对碌曲需要依赖草地植被而发展的畜牧业和社会经济造成了不利影响。可见，要恢复高原草地生态系统，实现草地生态系统可持续发展，需要认识放牧干扰对草地土壤的影响，确定合理的放牧强度。目前，在对甘南碌曲草地的研究中，主要集中在分析退化高寒草甸植被及土壤特性的演化规律［2］、高原鼠兔对植被特征和土壤养分的影响［3-5］，评价草地生态系统和草原生态补偿［6-10］，研究退牧还草工程、草场生态保护对畜牧业发展和牧民生活的影响［11-12］，探究天然牧草生产特性、营养成分和饲用价值［13］等方面，而利用不同强度短期放牧对草地土壤理化性质影响的研究较少。

因此，开展不同放牧强度下的牦牛放牧试验，通过测定土壤指标，探究放牧对土壤理化性质的影响，以期确定适宜甘南碌曲草地合理利用的放牧强度，做到生态保护与经济发展共同协调，推动草地资源可持续发展和利用。

1 研究方法

1.1 试验区概况

碌曲县位于青藏高原东北部，属青藏高原气候带高原湿润气候区，高寒阴湿，年均气温2.3℃，无绝对无霜期，年降水量633～782 mm，5月初牧草集中返青，9—10 月枯黄，生长期120 d 左右。研究区位于碌曲县加仓村（101°36'32''E，34°28'25''N）高寒草甸草地。

1.2 试验设计

在碌曲县加仓村选择60 hm2高寒草甸草地作为试验样地，采用随机区组试验设计，选用体重相近（300 kg，每头按5 个羊单位计算［14］）、健康无病的成年牦牛，设4个放牧强度，参照柴林荣等［15］方法设置禁牧（G0）、轻度放牧（13个羊单位/hm2，G1）、中度放牧（17.5个羊单位/hm2，G2）和重度放牧（32.5 个羊单位/hm2，G3），详见表1。小区面积5 hm2（200 m×250 m），每个处理设置3 个重复，共12 个小区。于2019 年6 月11 日开始试验，牦牛白天自由放牧，夜间赶回圈舍，10 月10日结束放牧，放牧时长为120 d。

1.3 样品收集与指标测定

于2019 年10 月中旬开始采样并测量土壤理化指标，利用五点采样法取样，对每个小区进行土壤采集，采样时用土钻取距离地面深度0～10 cm 的土样、过筛，利用四分法将土壤样品混合均匀。用50 mL 的离心管收集所采土壤样品，置于冰盒（干冰）中带回实验室风干后进行指标测定。每份混合土样风干后，一部分子样品过2 mm 筛，用于测定土壤pH值和速效成分，另一子样品过0.15 mm筛，用于测定土壤有机碳和全氮［16］。

土壤有机碳（SOC）含量测定：参考《土壤农业化学分析方法》［17］中的方法，将0.5 g风干土加入20 mL试管中，然后加入0.1 g 的硫酸银→加入5 mL 0.8 N 重铬酸钾→加入5 mL 浓硫酸。在185～190℃的石蜡油浴锅中油浴，沸腾5 min，取出待其冷却至室温，将试管中的溶液用蒸馏水洗入250 mL三角瓶中，瓶内总体积60 mL，滴加邻啡罗啉指示剂，用0.2 N 硫酸亚铁进行滴定，溶液由黄色经过绿色突变到红棕色，即为终点［18］。

土壤全氮（TN）和全磷（TP）利用浓硫酸消煮法［18］，使用流动注射分析仪分析［19］；铵态氮（- N）和硝态氮（- N）采用KCl 浸提法测定［20］；土壤速效磷（AP）在土壤样品通过NaHCO3浸提后，使用硫酸钼锑抗，采用分光光度法测定［21］；土壤速效钾（AK）采用火焰光度法测定；土壤pH 值采用电极法（土∶水=1∶5）测定［18］。

1.4 数据分析

原始数据使用Excel 2013 处理后，采用SPSS 16.0进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 放牧强度对土壤SOC含量的影响

由图1A可知，不同放牧强度对草地土壤SOC含量有显著影响（P＜0.05）。随着放牧强度的增加，草地土壤的SOC含量显著降低（P＜0.05），土壤SOC含量在G3放牧强度时最小，显著低于其他放牧强度（P＜0.05）。

图1 放牧强度对土壤有机碳、全氮、全磷和pH值的影响

2.2 不同放牧强度对土壤TN含量的影响

由图1B 可知，不同放牧强度对草地土壤TN 含量有显著影响（P＜0.05）。随着放牧强度的增加，草地土壤TN含量显著降低（P＜0.05），土壤TN含量在G3放牧强度时最小，显著低于其他放牧强度（P＜0.05）。

2.3 不同放牧强度对土壤TP含量的影响

由图1C可知，放牧强度对草地土壤TP含量有显著影响（P＜0.05）。草地土壤TP 含量随着放牧强度的增加呈先增加后降低的趋势，土壤TP含量在G1放牧强度时达到最大，显著高于G0和G3放牧强度（P＜0.05）。

2.4 不同放牧强度对土壤pH值的影响

由图1D 可知，不同放牧强度对草地土壤的pH 值有显著影响（P＜0.05）。随着放牧强度的增加，土壤的pH 值显著增加（P＜0.05）；土壤pH 值在G3 放牧强度时最高，显著高于其他放牧强度（P＜0.05）。

2.5 不同放牧强度对土壤-N含量的影响

图2 放牧强度对土壤铵态氮、硝态氮、速效磷和速效钾的影响

2.6 不同放牧强度对土壤-N含量的影响

2.7 不同放牧强度对土壤AP含量的影响

由图2C 可知，放牧强度显著影响草地土壤的AP含量（P＜0.05）。随着放牧强度的增加，土壤AP 含量先增加后降低，在G1 放牧强度下达到最大，显著高于其他放牧强度（P＜0.05）。

2.8 不同放牧强度对土壤AK含量的影响

由图2D可知，不同放牧强度显著影响草地土壤的AK含量（P＜0.05）。随着放牧强度的增加，土壤AK含量先增加后降低，在G1 放牧强度下达到最大，显著高于其他放牧强度（P＜0.05）。

3 讨论

土壤是草地碳库，是植被-土壤养分-微生物直接物质交换和能量流动的重要载体，土壤养分含量的高低，直接或间接地反映草地生产力水平以及草地的退化程度［22］。土壤SOC、TN、TP和pH 值是草地土壤健康的重要指示指标，这些理化指标的变化直接反映土壤质量变化和间接反映草地生产力的变化趋势［23-28］。放牧对SOC、TN 的影响受多种因素的影响，包括草地土壤的状况、植被的初始状况和环境气候因素，特别是土层深度、海拔高度、温度、降水量、放牧历史、放牧强度、放牧时间和动物类型［29-31］等。

3.1 放牧强度对土壤SOC、TN、TP和pH的影响

本研究结果表明，随着放牧强度的增加，草地土壤的SOC 含量显著降低，并且在重度放牧强度时达到最小值，这说明在牧草生长过程中，过度放牧会引起土壤中碳的流失，这与前人的研究结果相一致［32-33］。本研究结果表明，随着放牧强度的增加，草地土壤的TN 含量显著降低，土壤TN 含量在G3 放牧强度时达到最小值。任强等［34］研究表明，放牧强度对TN 有显著影响，轻度放牧处理下TN 显著高于中度放牧，这与本研究结果相似。值得关注的是，草地土壤理化性质演化受多个复杂的气候环境、放牧、降水等因素的影响，研究结果不尽相同。丁小慧等［35］和Liu 等［36］的研究认为，高强度放牧会降低土壤全氮含量。但也有研究表明，放牧对土壤全氮无显著影响［37-38］。本研究结果表明，土壤TP 含量随放牧强度增加而呈现先增加后降低的趋势，土壤TP 含量在G1 放牧强度时达到最大值，且显著高于其他放牧强度，这说明轻度放牧水平下，土壤TP 含量得以显著积累。李岚［39］研究发现，在典型草原，滩羊的放牧强度与土壤TP 含量呈显著负相关关系。但王向涛等［32］的研究表明，在中度放牧条件下，高寒草甸土壤TP 含量有所增加。在以往的研究中，随着放牧强度的增加，土壤pH 值也随之增加［40-42］。在本研究中，土壤pH 值随放牧强度的增加而升高，这与前人的研究结果相吻合。可能是随着放牧强度的增加，牦牛对草地土壤的践踏增加，使得土壤变得紧实，从而导致土壤水分减少，土壤pH 值升高。

3.2 放牧强度对土壤-N、-N、AP 和AK的影响

有研究表明，土壤氮的矿化和硝化作用直接控制着土壤中无机氮（铵态氮和硝态氮）的含量［43］。放牧有利于土壤的N 素循环［44-45］，能够增加高寒草地土壤的-N 含量，提高土壤氮矿化和硝化反应速率，但可能引起-N 含量下降［35，46-48］。本研究结果表明，随着放牧强度的增加，土壤-N 含量先增加后降低，在G2放牧强度下达到最大值，说明适度放牧有利于土壤铵态氮的积累，植物利于吸收的铵态氮含量增加，一定程度促进了放牧草地植物的地上生物量累积。本研究结果显示，土壤-N 含量与放牧强度呈现线性上升趋势，且在G3 放牧强度时最高，这与孙大帅［16］对青藏高原东部高寒草甸的研究结果一致。牦牛在放牧采食过程中产生的代谢物进入土壤后，改变了土壤微生物的代谢，影响了土壤硝化作用，另外，放牧可能导致草地植被根系分泌物发生变化，从而改变了土壤的-N 含量。本研究结果表明，放牧强度显著影响草地土壤的AP含量，随放牧强度的增加，土壤AP含量先增加后降低，在G1 放牧强度时达到最大值。这说明G1 放牧有利于土壤AP 的累积，对植物吸收P 有一定的促进作用，但重度放牧会造成P 的大量流失，这与前人的研究结果相一致［49-50］。本研究结果表明，随着放牧强度的增加，土壤AK 含量呈先增加后降低的单峰型变化趋势，在G1放牧强度下达到最大值，且AK含量表现出G1 ＞G0 ＞G2 ＞G3 的特征，这与前面TP 和AP的变化相似，说明在G1 放牧强度下，草地土壤的速效养分有所积累，这有利于植物更好地吸收养分，这与前人研究结果一致［51］。此外，放牧强度对土壤理化性质的影响还与季节变化有关，放牧强度在不同季节对土壤养分含量的影响有差异［52］。

4 结论

综上所述，短期放牧降低了草地土壤的SOC 和TN含量，但增加了土壤pH 值和土壤-N 含量，这说明放牧会造成草地土壤部分养分的流失，同时会增加土壤的碱性。短期放牧条件下，随着放牧强度的增加，草地土壤的TP、-N、AP 和AK 呈先增加后降低的趋势，这说明G1 放牧强度有利于土壤速效养分和TP 的积累。综合以上，本研究认为，在实际生产中，短期内采用G1放牧强度有利于草地土壤发育。