范燕敏，武紅旗，靳瑰麗，古麗拜克熱木，努爾比牙

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 新疆草地資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆 烏魯木齊 830052)

新疆天山北坡荒漠草地處于平原與山地的過(guò)渡帶，是當(dāng)?shù)刂匾拇呵锬翀?chǎng)，在新疆生態(tài)環(huán)境保護(hù)和畜牧業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。但是，由于長(zhǎng)期超載過(guò)牧，草地出現(xiàn)退化現(xiàn)象，局部地區(qū)甚至出現(xiàn)極度退化，亟待于恢復(fù)。目前常見(jiàn)的恢復(fù)手段包括圍欄封育、松土改良、補(bǔ)播、施肥等措施[1-2]。但是在干旱、半干旱區(qū)對(duì)退化草地是采用人工干預(yù)或是自然演替恢復(fù)措施存在爭(zhēng)議，主要是由干旱地區(qū)氣候、地形地貌、土質(zhì)、灌溉條件的差異造成的[3]。由于圍封禁牧可以通過(guò)自然力的作用使退化草地的植被與土壤得到恢復(fù)[4-6]，其方法比較經(jīng)濟(jì)，是常被采用的手段。許多研究表明[3，6-7]圍封禁牧可以顯著提高土壤養(yǎng)分，但是干旱、半干旱地區(qū)的平原荒漠草地由于自然條件嚴(yán)酷，地上生物量較少，圍封對(duì)其恢復(fù)效果還有待于研究。本研究以新疆昌吉市的不同退化程度荒漠草地為研究對(duì)象，對(duì)比分析圍欄內(nèi)、外土壤養(yǎng)分的變化，旨在了解和分析短期圍欄封育對(duì)荒漠退化草地的恢復(fù)效果。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況 研究區(qū)位于天山北坡中段昌吉市三工鎮(zhèn)南2 km，地理位置87.136°～87.142° E，43.868°～43.870° N，為山前傾斜洪積扇平原，海拔825～897 m，地形變化不大，年降水量較少，為180～190 mm，年均溫為6.5 ℃。土壤為灰漠土，成土母質(zhì)為黃土狀物質(zhì)。該地區(qū)是當(dāng)?shù)刂匾拇呵锬翀?chǎng)，主要優(yōu)勢(shì)植物為伊犁絹蒿(Seriphidiumtransiliense)，由于長(zhǎng)期過(guò)度放牧，草地出現(xiàn)不同程度的退化，伊犁絹蒿的優(yōu)勢(shì)地位急劇下降，一年生植物叉毛蓬(Petrosimoniasibirica)、角果藜(Ceratocarpusarenarius)、駱駝蓬(Peganumharmala)和短生類(lèi)植物腋球頂冰花(Gageabulbifera)、彎果胡盧巴(Trigonellaarcuata)的優(yōu)勢(shì)度增加，有些地區(qū)叉毛蓬、角果藜取代了伊犁絹蒿的優(yōu)勢(shì)地位，甚至地表出現(xiàn)裸露的斑塊。

2007年4月實(shí)地調(diào)查，在研究區(qū)從北向南設(shè)置3條調(diào)查路線(xiàn)，每隔一定距離用樣方法測(cè)定植物種類(lèi)、密度、蓋度、高度、生物量，以上述指標(biāo)作為劃分草地退化梯度的依據(jù)，具體劃分方法見(jiàn)文獻(xiàn)[8]，將研究區(qū)劃分為中度退化、重度退化和極度退化，并對(duì)不同退化草地進(jìn)行30 m×30 m圍欄，圍欄內(nèi)不放牧，使草地自然恢復(fù)，圍欄外自由放牧。

1.2樣品采集及分析方法 2009年4月底，在圍欄內(nèi)外，分別隨機(jī)選取9個(gè)點(diǎn)，每3個(gè)點(diǎn)混合為一個(gè)土壤樣品，采樣深度0～10、10～20 cm，測(cè)定指標(biāo)為：土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、有效磷，測(cè)定方法按常規(guī)分析方法[9]進(jìn)行。

1.3數(shù)據(jù)處理方法 采用SPSS 11.0對(duì)數(shù)據(jù)的顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

土壤養(yǎng)分的變化能夠直接地反映植物與土壤環(huán)境作用的關(guān)系，從而達(dá)到認(rèn)識(shí)草地封育恢復(fù)的效果。

2.1中度退化荒漠草地圍欄內(nèi)外土壤養(yǎng)分與差異性 草地土壤堿解氮含量圍欄外均高于圍欄內(nèi)，但差異不顯著。0～10 cm，圍欄外草地土壤有效磷含量高于圍欄內(nèi)；10～20 cm，圍欄內(nèi)土壤有效磷含量高于圍欄外，但差異不顯著。0～10 cm，圍欄外土壤速效鉀含量高于圍欄內(nèi)；10～20 cm，圍欄內(nèi)土壤速效鉀含量高于圍欄外，但差異不顯著。0～20 cm，圍欄內(nèi)草地土壤有機(jī)質(zhì)含量高于圍欄外，但未達(dá)到顯著水平(表1)。

因此，中度退化草地在圍欄后短期內(nèi)，放牧壓力的消失，改善了植物地上和地下生物量的分配，使土壤有機(jī)質(zhì)的含量有所升高。在圍欄外，游走的牲畜排泄的糞便，其中含有大量的堿解氮、速效鉀積聚在土壤表層，是圍欄外土壤堿解氮、速效鉀高于圍欄內(nèi)的主要原因，有研究[10]也證實(shí)了此觀點(diǎn)。圍欄內(nèi)10～20 cm土層，有效磷、速效鉀含量均高于圍欄外，說(shuō)明圍欄后，植物地下部分的生長(zhǎng)得到改善，進(jìn)一步改善了土壤環(huán)境，有利于磷鉀素的有效化，有效養(yǎng)分含量升高。由此分析可知，在中度退化草地圍欄后土壤速效磷、鉀、有機(jī)質(zhì)開(kāi)始得到逐步恢復(fù)。

2.2重度退化荒漠草地圍欄內(nèi)外土壤養(yǎng)分與差異性 0～10 cm，圍欄外土壤堿解氮含量顯著高于圍欄內(nèi)(P<0.05)，10～20 cm，圍欄內(nèi)土壤堿解氮含量高于圍欄外，但差異不顯著。0～20 cm，圍欄外土壤有效磷含量高于圍欄內(nèi)，但差異不顯著。0～10 cm，圍欄內(nèi)外土壤速效鉀的含量相差不大，10～20 cm圍欄內(nèi)土壤速效鉀的含量高于圍欄外，但差異不顯著。0～20 cm，圍欄外土壤有機(jī)質(zhì)含量高于圍欄內(nèi)，但差異不顯著(表1)。

重度退化草地圍封后0～10 cm土壤堿解氮、速效磷、鉀的變化與中度退化草地圍欄內(nèi)土壤變化趨勢(shì)一致，均為圍欄外高于圍欄內(nèi)。圍欄內(nèi)10～20 cm土層，堿解氮、速效鉀含量均高于圍欄外，說(shuō)明了圍欄后，植被的恢復(fù)和土壤環(huán)境的改善，提高了堿解氮、鉀含量。圍封對(duì)土壤有效磷和有機(jī)質(zhì)的影響還沒(méi)有顯現(xiàn)出來(lái)。

2.3極度退化荒漠草地圍欄內(nèi)外土壤養(yǎng)分與差異性 0～20 cm，圍欄內(nèi)土壤堿解氮含量高于圍欄外，但差異不顯著。0～20 cm，圍欄外土壤有效磷含量高于圍欄內(nèi)，但差異不顯著。0～10 cm，圍欄外土壤速效鉀的含量高于圍欄內(nèi)，10～20 cm，圍欄內(nèi)土壤速效鉀的含量高于圍欄外，但差異均不顯著。0～20 cm，圍欄內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)含量高于圍欄外，但差異不顯著(表1)。

分析可知，極度退化荒漠草地圍封后，有利于土壤堿解氮、有機(jī)質(zhì)含量的提高，但是，土壤有效磷的含量仍然沒(méi)有改善。土壤速效鉀的變化與中度、重度退化草地土壤變化一致。

2.4退化荒漠草地圍欄內(nèi)土壤養(yǎng)分的變化比較 放牧對(duì)草地土壤化學(xué)性質(zhì)有直接影響也有間接影響。放牧對(duì)草地土壤化學(xué)性質(zhì)直接影響是由于食草動(dòng)物的游走、采食、排泄將化學(xué)元素固持、轉(zhuǎn)移和空間上再分配。間接影響是改變化學(xué)元素的行為特征和循環(huán)過(guò)程，通過(guò)食草動(dòng)物的踐踏，植物殘?bào)w變碎，植物蓋度降低，土壤容重增加，其結(jié)果是提高了土壤的表面溫度，這些外部環(huán)境因素的變化有利于植物殘?bào)w的分解，加速了土壤養(yǎng)分的循環(huán)過(guò)程。

表1 退化荒漠草地圍欄內(nèi)外土壤養(yǎng)分對(duì)比

由表1分析可知，圍欄內(nèi)隨著草地退化程度的減輕，土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷含量升高，堿解氮含量降低，速效鉀含量變化不大。說(shuō)明，圍欄后植被恢復(fù)對(duì)堿解氮的需求量較大，造成土壤氮素降低；圍欄封育有助于土壤碳的積累和磷素的有效化。

圍欄內(nèi)土壤堿解氮、磷含量低于圍欄外，說(shuō)明高強(qiáng)度放牧短期內(nèi)可以加速土壤養(yǎng)分的循環(huán)效率，動(dòng)物糞便可補(bǔ)充土壤中的速效養(yǎng)分，產(chǎn)生一定的正面影響。但是圍欄外草地土壤隨著退化程度的加劇其養(yǎng)分含量降低，并且中度退化草地圍欄內(nèi)養(yǎng)分的含量已經(jīng)接近或超過(guò)極度退化草地，表明長(zhǎng)期無(wú)節(jié)制無(wú)管理的超載放牧必然造成土壤系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸出和輸入的不平衡，最終導(dǎo)致草地生態(tài)系統(tǒng)退化。同時(shí)也說(shuō)明僅靠植被的自然恢復(fù)對(duì)土壤的改善還是比較緩慢的。

3 討論

有研究[11]表明，荒漠草地禁牧有利于土壤氮素的提高。本研究中，中度、重度退化草地封育后土壤堿解氮含量下降，僅極度退化草地封育后土壤堿解氮升高。McNaughton等[12]研究認(rèn)為，在草原上停止放牧，導(dǎo)致凋落物氮固持和地上立枯生物量增加，同時(shí)使土壤微生物轉(zhuǎn)化率和凈氮礦化下降，造成封育后土壤氮素降低。中度退化草地圍欄內(nèi)外土壤堿解氮含量相差高達(dá)18.64～20.55 mg/kg，但是并未達(dá)到顯著水平，主要是由于土壤氮素空間變異性較大。劉忠寬等[13]研究認(rèn)為由于牧壓消除后，維持土壤養(yǎng)分或植被空間格局的勻質(zhì)化條件消失，造成土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性呈不同程度的增大趨勢(shì)。

王思成等[14]對(duì)半干旱黃土丘陵區(qū)不同植被恢復(fù)方式下土壤理化性質(zhì)的研究認(rèn)為，封禁自然恢復(fù)可以提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀的含量。常慶瑞等[15]在陜西乾縣的研究認(rèn)為，在黃土高原地區(qū)恢復(fù)植被能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)。閆琳等[16]對(duì)包頭市鹽漬化土壤上不同植被恢復(fù)階段土壤有機(jī)質(zhì)變化的研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨植被恢復(fù)而逐年增大。但在本研究中，圍封草地的土壤有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分并沒(méi)有顯著的提高，甚至在土壤表層其含量低于自由放牧草地，表明在干旱荒漠地區(qū)，嚴(yán)酷的自然環(huán)境，限制了植被的自然恢復(fù)速度。孫長(zhǎng)安等[7]的研究表明，植被恢復(fù)改善土壤性狀所需時(shí)間從3年至20年以上，因此，對(duì)于干旱荒漠地區(qū)退化草地采用圍封手段來(lái)恢復(fù)草地生態(tài)系統(tǒng)將是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。

生態(tài)系統(tǒng)的磷素循環(huán)是由植物對(duì)磷的需求所拉動(dòng)，由土壤有效磷的持續(xù)供應(yīng)來(lái)維持的。二者之間的銜接是通過(guò)植物與土壤之間的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，包括植物對(duì)磷的吸收、植物以各種形式將磷歸還土壤及二者之間的反饋調(diào)節(jié)[17]。世界大部分干旱地區(qū)草地嚴(yán)重缺磷，草地粗放管理，草地植物多為多年生須根植物，使得草地生態(tài)系統(tǒng)磷素研究復(fù)雜化[18]，因此，圍封對(duì)土壤有效磷的影響在以往的研究中并沒(méi)有給出相同的結(jié)論，說(shuō)明了磷素在土壤中變化的復(fù)雜性。本研究中，土壤表層磷素含量普遍是圍欄外高于圍欄內(nèi)，說(shuō)明草地嚴(yán)重退化后，土壤有效磷的恢復(fù)很難。因此，應(yīng)加強(qiáng)草地監(jiān)測(cè)，在草地退化早期采取有效措施，有利于草地生態(tài)系統(tǒng)的快速恢復(fù)。

4 結(jié)論

1)退化荒漠草地圍欄封育兩年后，中度和重度退化草地圍欄外0～10 cm土壤堿解氮、速效鉀、有效磷含量高于圍欄內(nèi)，圍欄內(nèi)10～20 cm土層，堿解氮、速效鉀含量均高于圍欄外。極度退化的荒漠草地圍封后土壤堿解氮、有機(jī)質(zhì)含量提高。說(shuō)明圍欄后，植被的恢復(fù)和土壤環(huán)境的改善，提高了養(yǎng)分含量，圍封對(duì)土壤養(yǎng)分的提高效應(yīng)開(kāi)始顯現(xiàn)。

2)土壤有效磷含量較低，圍封未使其含量提高，一方面說(shuō)明有效磷在土壤與植被之間的運(yùn)移機(jī)制需要深入研究，另一方面也說(shuō)明有效磷是草地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的限制因素。

3)當(dāng)?shù)貒?yán)酷的自然條件和草地退化程度的不同，使得短期內(nèi)圍欄封育對(duì)土壤養(yǎng)分恢復(fù)的效果除有效磷變化一致(降低)外，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀變化不一致，但差異不明顯。為此只有通過(guò)長(zhǎng)期定點(diǎn)監(jiān)測(cè)或在人為干預(yù)的條件下加速其演化過(guò)程，才能對(duì)圍欄封育的效果做出客觀的評(píng)價(jià)，為草地資源的保護(hù)與利用提供科學(xué)的技術(shù)指導(dǎo)。

[1]郭健,郎俠.西部草地生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及其功能恢復(fù)措施[J].家畜生態(tài)學(xué)報(bào),2005,26(5):1-3.

[2]李威.恢復(fù)半干旱草地退化需考慮的重要因素[J].青海草業(yè),2003,12(1):56-57.

[3]樊江文,鐘華平,陳立波,等.我國(guó)北方干旱和半干旱區(qū)草地退化的若干科學(xué)問(wèn)題[J].中國(guó)草地學(xué)報(bào),2007,29(5):95-101.

[4]王英舜,師桂花,許中旗,等.錫林郭勒放牧草地封育后植被恢復(fù)過(guò)程的研究[J].草業(yè)科學(xué),2010,27(8):10-14.

[5]李軍保,劉洪來(lái),朱進(jìn)忠,等.伊犁河谷春秋草地圍封恢復(fù)過(guò)程中種間關(guān)聯(lián)性研究[J].草業(yè)科學(xué),2009,26(6):18-24.

[6]單貴蓮,徐柱,寧發(fā),等.圍封年限對(duì)典型草原植被與土壤特征的影響[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2009,18(2):3-10.

[7]孫長(zhǎng)安,王煒煒,董磊,等.我國(guó)植被恢復(fù)對(duì)土壤性狀影響研究綜述[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2008,25(3):6-8.

[8]劉洪來(lái),朱進(jìn)忠,靳瑰麗,等.伊犁絹蒿荒漠草地退化演替序列的劃分[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,44(2):137-141.

[9]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2000.

[10]何奕忻,孫庚,羅鵬,等.牲畜糞便對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)影響的研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)雜志,2009,28(2):322-328.

[11]閆瑞瑞,衛(wèi)智軍,辛?xí)云?等.放牧制度對(duì)荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)土壤養(yǎng)分狀況的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2010,30(1):43-51.

[12]McNaughton S J,Ruess R W,Seagle S W.Large mammals and process dynamics in African ecosystems[J].BioScience,1988,38(11):794-800.

[13]劉忠寬,汪詩(shī)平,陳佐忠,等.不同放牧強(qiáng)度草原休牧后土壤養(yǎng)分和植物群落變化特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2006,26(6):2048-2056.

[14]王思成,王月玲,許浩,等.半干旱黃土丘陵區(qū)不同植被恢復(fù)方式下土壤理化特性及相關(guān)分析[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2009,18(1):295-299.

[15]常慶瑞,魏永勝,劉京.黃土高原不同樹(shù)種防止土地退化效益研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2000,18(1):108-111.

[16]閆琳,楊茂,胡春元.防污林土壤養(yǎng)分效益的初步分析——以包頭西郊全巴圖地區(qū)為例[J].內(nèi)蒙古林學(xué)院學(xué)報(bào),1998,20(4):36-41.

[17]趙瓊,曾德慧.陸地生態(tài)系統(tǒng)磷素循環(huán)及其影響因素[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2005,29(1):153-156.

[18]傅林謙.草原生態(tài)系統(tǒng)磷素循環(huán)的研究[J].植物學(xué)通報(bào)，1993,10(4):27-31.