王 興，宋乃平，，楊新國，肖緒培，楊明秀

（1.寧夏大學(xué) 西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)國家重點實驗室培育基地，寧夏 銀川750021；2.寧夏大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，寧夏 銀川750021）

自由放牧條件下荒漠草原草地土壤養(yǎng)分動態(tài)變化受到多種因素的影響：一方面在一定放牧強度范圍內(nèi)，家畜排泄物養(yǎng)分歸還作用增加，從而推動草地養(yǎng)分循環(huán)過程［1－2］；另一方面，家畜選擇性采食改變草地群落結(jié)構(gòu)，過度采食踐踏甚至引起植被和土壤退化［3－4］。受制于放牧強度和草地自身條件等因素的影響，放牧既可以改善土壤養(yǎng)分條件［5－9］，也可以使之進一步惡化［3，10－12］。因此，放牧對土壤養(yǎng)分含量的影響是一個正向和負向作用綜合驅(qū)動的復(fù)雜過程，是否存在一個最適放牧強度范圍，協(xié)調(diào)養(yǎng)分有效歸還與表土踐踏損失的關(guān)系，值得深入研究。自由放牧情況下，家畜排泄物歸還作用不可忽視［13］，由于家畜的長期選擇性活動行為，以地表排泄物量為標志，在草地內(nèi)部會形成一定的相對放牧強度的明顯空間分異。為此，我們以排泄物梯度模擬放牧強度，開展放牧對“家畜—土壤系統(tǒng)”養(yǎng)分歸還作用的影響的研究，深入認識“家畜—土壤系統(tǒng)”養(yǎng)分歸還的一般規(guī)律，為荒漠草原自由退化放牧草地的生態(tài)恢復(fù)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

1.2 樣地設(shè)置

在鹽池縣皖記溝村選取一圍欄放牧草地作為試驗樣地，草地基質(zhì)環(huán)境條件相似，均為沙質(zhì)土壤，植被類型為灌草結(jié)合，面積約52hm2。試驗地放牧?xí)r間為全年夜間18：00到次日5：00，近3a的草地載牧量大致為160～200只羊，造成地表枯落物和立枯較少。放牧羊群每天從圍欄口進入草地取食，由于夜間放牧?xí)r羊只根據(jù)氣味辨別草情，游走線路短，一旦吃飽就會返回圍欄口。因此，導(dǎo)致地表排泄糞便從圍欄口向草地中心呈自然輻射狀梯度分布。通過實地調(diào)查訪問，根據(jù)羊只采食時間及區(qū)域范圍，地表羊糞量的變化及植被特征（表1）等，沿圍欄口到草場內(nèi)部方向，按照地表羊糞量多少劃分6個羊糞量梯度：距圍欄口620.25m樣地為對照梯度（CK），羊糞量平均為1.41g／m2；梯度 T1距圍欄口392.6m，羊糞量平均為14.94g／m2；梯度T2距圍欄口233.09m，羊糞量平均為74.58g／m2；梯度T3距圍欄口75.66m，羊糞量平均為233.46g／m2；梯度T4距圍欄口29.43m，羊糞量平均為638.48g／m2；梯度T5在圍欄口附近，羊糞量平均為1 581.68g／m2。

表1 不同羊糞量梯度的植被特征

1.3 羊糞收集和土樣采取

2012年5月，分別在6個羊糞量梯度上隨機選取5個1m×1m樣方，每個樣方間隔15m，共計30個樣方。每一個樣方中人工撿拾地表羊糞，過篩清除土壤中的羊糞。用套筒長10cm，直徑9cm的土鉆鉆取0—5cm土樣，將所有羊糞和土樣裝入塑封袋，編號帶回實驗室。

1.4 樣品測定

羊糞在自然條件下風(fēng)干，稱重。土壤樣品風(fēng)干后過1mm篩，采用重鉻酸鉀法測定土壤有機碳（SOC），凱氏定氮法測定土壤全氮（STP）［14］。

1.5 數(shù)據(jù)分析與建模

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理和作圖利用Excel軟件，運用SAS 8.2進行方差分析，用于不同羊糞密度下各指標間的比較和差異顯著性檢驗（p＝0.01）。采用SPSS 17.0的Bivariate Correlation分析法對地表不同羊糞密度與土壤有機碳（SOC）及全氮（STP）的相關(guān)性進行分析，選擇最佳估測模型，同時利用Excel軟件分別對地表不同羊糞密度與土壤表層有機碳和全氮含量進行擬合，建立有機碳和全氮含量估測回歸方程。

要把凝結(jié)著中華民族傳統(tǒng)文化的文物保護好、管理好，必須堅持馬克思主義的科學(xué)觀點。 習(xí)近平表示：“保護和發(fā)展實際上并不是對立面，我們用馬克思主義科學(xué)的方法對待文化遺產(chǎn)，將保護與開發(fā)有機結(jié)合起來，實現(xiàn)文化效益與經(jīng)濟效益和社會效益的統(tǒng)一?！盵7]19 文化遺產(chǎn)保護也能夠體現(xiàn)出馬克思主義矛盾觀點和辯證否定的觀點。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同羊糞密度對表層土壤有機碳的影響

從表2可知，0—5cm土壤有機碳含量由小到大順序為T1＜CK＜T3＜T2＜T4＜T5。方差分析表明，表層0—5cm土壤有機碳含量，在不同羊糞量梯度CK，T1，T2，T3間無顯著差異（p＞0.05），但均顯著小于 T4，T5（p＜0.05）；T4，T5間差異顯著（p＜0.05）。整體上看，土壤有機碳隨地表羊糞量增加而增加，羊糞積累量在T4梯度水平上，對土壤有機碳歸還效應(yīng)顯著。T4，T5梯度土壤有機碳含量分別為4.19，6.96g／kg，分別是其他幾個梯度的2，3倍左右。從養(yǎng)分歸還過程看，在CK到T3梯度羊糞密度范圍內(nèi)，表層土壤有機碳含量相對穩(wěn)定，土壤有機碳的差異和積累效應(yīng)均不明顯，與羊糞密度的相關(guān)性也較差。也就是說，T1—T3梯度的羊糞密度對土壤有機碳的歸還很容易受其他因素干擾。這可能是由于土壤具有一定的緩沖作用，同時植被和土壤生物等因素也可能對土壤有機碳的收支平衡起到重要作用。T4梯度，土壤有機碳開始顯著增長，羊糞歸還作用對土壤有機碳積累效應(yīng)凸顯；同時放牧干擾下，草地受多種生態(tài)因子共同作用，羊糞輸入與表層土壤有機碳變化并非一個簡單的線性關(guān)系，有可能存在一種臨界變化。以羊糞量作為自變量建立模型，擬合函數(shù)自變量系數(shù)的數(shù)量級較大。因此，為了簡化模擬函數(shù)，并且不影響模擬函數(shù)的實質(zhì)意義，用羊糞量對數(shù)lnf為自變量X，土壤有機碳含量作為因變量Y，進行回歸分析，估測最優(yōu)模型為二次函數(shù)（圖1）。羊糞量對土壤有機碳含量的影響存在明顯的轉(zhuǎn)折點，有機碳含量在T4梯度顯著增加。

圖1 羊糞量對數(shù)與土壤有機碳含量關(guān)系

2.2 不同羊糞量對表層土壤全氮的影響

由表2可知，表層土壤全氮含量由小到大順序大體為CK＜T1＜ T3＜ T2＜ T4＜ T5。方差分析表明，T1，T2，T3梯度0—5cm的土壤全氮含量無顯著差異（p＞0.05），顯著高于CK（p＜0.05）。T4，T5顯著高于CK，T1，T2，T3（p＜0.05）。整體上看，表層土壤全氮含量隨地表羊糞量的增加而增加。當羊糞積累量達到T1，T4梯度時顯著提高土壤氮含量。T1梯度土壤全氮含量為0.29g／kg，相對于CK梯度提高了2倍，T4，T5梯度土壤全氮含量分別為0.43和0.64g／kg，是CK梯度的4和6倍，是T1—T3梯度的1.4和2.2倍。說明羊糞對荒漠草原土壤氮的影響程度高于土壤有機碳，T1—T5梯度土壤全氮含量變化與有機碳變化相似，說明土壤有機碳與全氮演變可能存在一定的耦合關(guān)系。與有機碳變化相類似，全氮與羊糞的對應(yīng)變化也表現(xiàn)出一種非線性趨勢，并出現(xiàn)出一種更為復(fù)雜的階梯狀躍變特征，這種特征很可能與羊只尿液的輸入有關(guān)，具體影響需要進一步實驗驗證。以羊糞量對數(shù)lnf為自變量X，土壤全氮含量作為因變量Y進行回歸分析，估測最優(yōu)模型為二次函數(shù)（圖2）。羊糞量對土壤全氮含量的影響存在明顯的轉(zhuǎn)折點，土壤全氮含量在T1，T4梯度顯著增加。

表2 不同羊糞積累量梯度土壤碳氮比

圖2 羊糞積累量對數(shù)與土壤全氮含量關(guān)系

2.3 土壤C／N

由表2可知，土壤C／N在7.0～15.1，多數(shù)分布在7.5左右，且隨著羊糞密度的增加呈先降低后升高趨勢。方差分析表明，0—5cm表層土壤C／N在CK梯度均顯著高于其他5個梯度（p＜0.05），主要由于此梯度氮素含量最低，碳氮元素相對豐度差異較大。T1，T2，T3，T4梯度間C／N差異不顯著（p＞0.05），說明地表不同的羊糞積累量對土壤C／N沒有顯著影響，這4個梯度上，植被生物量和蓋度相對較高（表1），植物需要從土壤中獲取充足的資源，從而調(diào)節(jié)了土壤碳氮的相對豐度。T5梯度土壤C／N顯著高于T1—T4梯度（p＜0.05），植被生物量和蓋度降低（表1），土壤碳氮大量盈余，很可能使得碳氮相對豐度平衡破壞。從整體上看，土壤C／N比分別在T1，T4梯度出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。

3 討論

（1）羊糞歸還對表層土壤碳氮的影響。土壤有機碳能夠衡量土壤的健康狀況，是陸地生物圈地球化學(xué)循環(huán)的主要成分之一［15］，土壤中的氮素對于草地初級生產(chǎn)力起到至關(guān)重要的作用［16］。放牧是荒漠草原區(qū)主要土地利用方式之一，家畜的采食及對營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化影響草地土壤養(yǎng)分循環(huán)［17］，其排泄物增加了草地養(yǎng)分庫，通過踐踏、風(fēng)蝕、淋溶等作用，排泄物中養(yǎng)分歸還到土壤。

已有研究表明，家畜排泄物作為一種有機肥可以直接增加土壤中的有機質(zhì)［18－20］，但是野外條件下羊糞歸還量與土壤有機碳含量間可能并非一種簡單的線性關(guān)系。從本試驗回歸分析可知，表層土壤有機碳、全氮與地表羊糞積累量的關(guān)系式分別為：

式中：Y1——土壤有機碳（g／kg）；Y2——全氮含量（g／kg）；X——地表羊糞量對數(shù)。

擬合的一元二次方程顯示，地表羊糞對土壤有機碳和全氮的歸還存在明顯的轉(zhuǎn)折點，羊糞積累量在較高水平時顯著影響表層土壤有機碳含量。同時，相對有機碳，地表羊糞量增加可以更為快速提高土壤全氮含量，這與王蓓等［7］的研究結(jié)果相似。羊糞積累量在T1梯度水平時，對土壤全氮歸還作用開始顯現(xiàn)；在T4梯度水平時，對于土壤氮素歸還作用顯著增強。這表明放牧干擾情況下，羊糞歸還作用不是簡單的增加土壤養(yǎng)分含量，而是當某種因素積累到一定程度產(chǎn)生激發(fā)效應(yīng)才使得土壤養(yǎng)分含量發(fā)生顯著的改變。本試驗中T4梯度土壤有機碳、全氮均顯著提高，一方面，主要與其距離羊圈位置較近有關(guān)，羊圈周圍羊糞大量積累，其歸還作用使得土壤養(yǎng)分在草場局部形成較大的碳氮儲存庫［21］；另一方面，家畜糞便中養(yǎng)分釋放到土壤中的最主要方式是轉(zhuǎn)化為溶解態(tài)，再經(jīng)淋溶滲漏進入土壤［22－23］。在干旱區(qū)，羊糞中養(yǎng)分充分釋放到土壤中的主要控制因素是適宜的水分含量和環(huán)境溫度［13］，研究區(qū)干旱少雨，地表羊糞量覆蓋一定程度上可以保持土壤水分含量，這很可能使得高密度羊糞覆蓋條件下，養(yǎng)分輸入量遠遠大于損失量，對土壤碳氮的歸還作用也較明顯。同時，T4梯度植被蓋度開始下降（表1），這可能使得地表溫度升高，更加有利于羊糞中養(yǎng)分的釋放。土壤中有機碳的積累與有機肥的量有密切關(guān)系［24－25］，CK—T3梯度土壤有機碳沒有顯著增加，除了可能與水分和溫度有關(guān)外，還可能是因為地表羊糞歸還對土壤中有機碳的積累效應(yīng)還未顯現(xiàn)。與有機碳不同，土壤全氮在T1梯度出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點很可能是因為家畜尿液的影響，因為氮素是家畜尿液的主要成分；同時土壤全氮與有機碳之間存在一定的耦合關(guān)系，即有機碳的輸入一定程度促使土壤氮素積累［26］。

（2）羊糞歸還與表層土壤碳氮比的關(guān)系。在羊糞的歸還作用下，土壤碳氮比呈現(xiàn)先下降后上升趨勢。并且，在C／N比變化過程中，出現(xiàn)兩個比較明顯的轉(zhuǎn)折點：T1和T4梯度。CK—T1梯度，土壤碳氮比呈下降趨勢，主要是在此梯度范圍內(nèi)，地表羊糞歸還作用對于有機碳歸還作用不顯著，但是，對于土壤全氮歸還作用顯著提高。T1—T5梯度，隨著羊糞積累量的增加，對于土壤有機碳和全氮的歸還作用均顯著增強，土壤碳氮比呈逐漸上升趨勢。相對第一轉(zhuǎn)折點，第二轉(zhuǎn)折點土壤有機碳和全氮分別提高了2.02和1.30倍。所以，土壤碳氮比的變化本質(zhì)在于碳素和氮素提高程度不同，導(dǎo)致兩種元素相對豐度發(fā)生改變。

土壤碳氮比變化往往與微生物有著密切的關(guān)系。本試驗得出土壤碳氮比在CK梯度顯著高于其他5個梯度，很可能是由于羊糞積累量大于1.41g／m2時，輸入土壤有機質(zhì)的數(shù)量發(fā)生改變，對土壤微生物特性和有機碳礦化作用產(chǎn)生顯著影響。尤其是在本研究區(qū)域，草原土壤沙化，土壤養(yǎng)分相對貧瘠，羊糞作為有機肥歸還到草原，很可能改善了微生物活性，使得土壤有機碳礦化作用加強，有機質(zhì)分解加快，土壤碳氮比下降。就T1—T5梯度分析，土壤碳氮比逐漸升高，并且在T4梯度顯著升高，這可能與土壤濕度和溫度的變化有關(guān)。也有研究發(fā)現(xiàn)，在一定的放牧強度下，隨著放牧率的增加，土壤小型動物、微生物數(shù)量總體下降，土壤有機質(zhì)分解程度降低，碳素大量積累，碳氮比升高。這說明放牧干擾能夠?qū)ν寥牢⑸锂a(chǎn)生負效應(yīng)，同時，家畜的排泄物的輸入又可以減緩這種負效應(yīng)。放牧導(dǎo)致土壤碳氮比變化除了與2種元素自身增減程度差異有關(guān)外，很可能與放牧對微生物生物學(xué)性狀的正負交互影響有關(guān)。

4 結(jié)論

放牧對家畜—土壤系統(tǒng)養(yǎng)分歸還影響具有累積效應(yīng)，主要表現(xiàn)為：當?shù)乇硌蚣S積累量在較低水平時，對土壤全氮歸還作用開始顯現(xiàn)；羊糞積累量在較高水平時，對土壤有機碳及全氮歸還作用均顯著增強。隨著地表羊糞量的增加，土壤C／N比呈現(xiàn)明顯的先降低后升高趨勢。目前研究放牧對草地土壤的影響多集于某一單因素影響機制層面，從生態(tài)系統(tǒng)角度研究草地對放牧響應(yīng)較少。因此，從長遠來看，進一步的研究需要將家畜排泄物、微生物、植被等多種因素有機結(jié)合，從更深層次闡述放牧干擾對草地影響的機制。

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