阿 榮，秦 潔，王君芳，巴達(dá)拉呼，李治國，王 靜，韓國棟*

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古和信園蒙草抗旱綠化股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010030；3.鄂溫克自治旗草原工作站，內(nèi)蒙古 鄂溫克旗 021100)

?

割草與放牧對大針茅草原土壤養(yǎng)分狀況的影響

阿 榮1，秦 潔1，王君芳2，巴達(dá)拉呼3，李治國1，王 靜1，韓國棟1*

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古和信園蒙草抗旱綠化股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010030；3.鄂溫克自治旗草原工作站，內(nèi)蒙古 鄂溫克旗 021100)

試驗(yàn)于2014年7月末至8月初，基于土壤樣線調(diào)查法，研究割草與放牧利用對大針茅+羊草(Stipagrandis+Leymuschinensis)草地土壤養(yǎng)分狀況的影響，測定的指標(biāo)有土壤全碳、全氮、速效氮、磷、鉀含量與pH值等，目的是比較草地不同利用方式對土壤養(yǎng)分狀況的影響，為草地合理利用提供參考資料。結(jié)果表明:在0-5cm土層里割草場的有機(jī)質(zhì)含量顯著高于放牧場(P<0.05)；土壤全氮和全碳在0-30cm各土層中含量在兩種利用方式草地中無明顯的差距，而有效氮在0-5cm土層，放牧場的含量顯著高于割草場(P<0.05)，高出10.27mg/kg；在0-5cm與5-10cm土層中，放牧場的速效鉀含量顯著高于割草場(P<0.05)，但有效磷含量在兩種利用方式下無顯著性差異(P>0.05)。在20-30cm土層中的pH值，放牧場的顯著高于割草場的pH值(P<0.05)。

割草場；放牧場；土壤全效養(yǎng)分；土壤速效養(yǎng)分

在生態(tài)系統(tǒng)中，土壤是物質(zhì)和能量交換的樞紐，在同一氣候條件下土壤影響著植被的變化。一些研究認(rèn)為草地土壤很少受到刈割利用方式的影響〔1〕。草地在刈割條件下土壤分解者的活性并沒有出現(xiàn)明顯的變化，同樣，植物生長的土壤養(yǎng)分供給也并沒有受到明顯的變化?？偠灾S著草地退化過程的加重，土壤生境以及土壤的性狀會逐漸趨于惡化，同時(shí)土壤肥力也會受到阻礙〔2〕，最終導(dǎo)致土壤和植被兩種系統(tǒng)耦合關(guān)系的喪失，甚至向系統(tǒng)相悖的方向發(fā)展〔3〕。

在大多數(shù)水分吸收、營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、凋落物分解等生態(tài)過程中土壤不僅是載體者也是參與者，土壤的養(yǎng)分含量對于植物體的生長發(fā)育有著重要的作用，它能直接影響植物的生理活性和植物群落的組成，并最終決定了生態(tài)系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)以及生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力水平。土壤質(zhì)量是目前國內(nèi)外土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)、農(nóng)學(xué)以及環(huán)境科學(xué)界研究的一個(gè)前沿領(lǐng)域〔4，5〕?？偟膩碚f，土壤抗退化的能力是保持草地恢復(fù)和生產(chǎn)穩(wěn)定的重要因素。本研究通過對割草場和放牧場的不同深度土壤中有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀、以及有機(jī)質(zhì)等指標(biāo)測定，探討不同利用方式是否會影響土壤，并且探索哪種性狀最為敏感。因此，草地的合理利用以及研究放牧、刈割對草地的作用機(jī)制對草原的可持續(xù)發(fā)展有重大意義，同時(shí)科學(xué)的放牧管理模式仍然需要我們做長期大量的研究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

實(shí)驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古呼倫貝爾市鄂溫克自治旗錫尼河西蘇木巴彥胡碩嘎查，地處北緯49°15′37″，東經(jīng)121°09′25″，地勢平緩，土壤為淡黑鈣土為主。屬于溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年均溫-5～-2℃，年較差41～47℃，日較差13～16℃。年平均降水量為350～380mm，日照時(shí)數(shù)達(dá)2890h以上，大風(fēng)日數(shù)為21～25d。研究區(qū)域以糙隱子草+羊草(Cleistogenessquarrosa+Leymuschinensis)草原為主，屬于大針茅+羊草(Stipagrandis+Leymuschinensis)草原的退化草原。主要植物種有糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)、羊草、苔草(Carexpediformis)、麻花頭(Serratulacentauroides)、星毛萎陵菜(Potentillaacaulis)、羽茅(Achnatherumsibiricum)等。

1.2 樣地設(shè)置

選取當(dāng)?shù)?6年內(nèi)沒有改變利用方式的割草場和放牧場各三個(gè)重復(fù)樣地。放牧場的家畜以呼倫貝爾短尾羊和牛為主，每年的4月中旬-11月中旬連續(xù)放牧。割草場在每年的8月中旬，也就是牧草達(dá)到最高產(chǎn)草量時(shí)開始刈割。割草場與放牧場群落地上現(xiàn)存量、高度、蓋度、密度情況請見表1。

表1割草場與放牧場群落地上現(xiàn)存量、高度、蓋度、密度表

1.3 土壤養(yǎng)分測定

土壤采樣與植被采樣同步進(jìn)行的(2014年7月末至8月初)，在剪取樣方內(nèi)植物地上生物量后，用直徑為2.5cm土鉆在1×1m的樣方內(nèi)進(jìn)行的。土壤沿著樣線，50m做一個(gè)分層取樣，分別為0～5cm、5～10cm、10～20cm、20～30cm。每條樣線共取了12個(gè)樣點(diǎn)，將所取的土壤以3個(gè)樣點(diǎn)為一份，進(jìn)行分層混合裝進(jìn)塑封袋里，這樣每一條樣線上，每一層土壤一共有4個(gè)重復(fù)。風(fēng)干后的土用0.5mm的篩子過篩，一般用2mm的篩子，但由于本試驗(yàn)的土壤有大量的細(xì)根，再加上土壤很細(xì)膩，所以用0.5mm的篩子來代替。磨完后的土用了0.15mm的篩子過篩，以便測有機(jī)質(zhì)與全氮。土壤養(yǎng)分測定方法請見表2〔6〕。

表2 土壤養(yǎng)分測定方法

1.4 指標(biāo)計(jì)算與數(shù)據(jù)分析

用Excel2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和制表，SAS9.0進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)和t檢驗(yàn)(TTEST)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同利用方式對土壤有機(jī)質(zhì)的影響

由圖1所示，0-30cm各層有機(jī)質(zhì)含量以割草利用的樣地較高，但平均值與放牧利用草地之間無顯著性差異。在縱向上，割草場與放牧場的土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著土層的加深而逐漸減少：割草場土壤有機(jī)質(zhì)含量從37.52g/kg減少到20.32g/kg；放牧場土壤有機(jī)質(zhì)含量從30.80g/kg減少到17.14g/kg。0-5cm土層割草地的有機(jī)質(zhì)含量顯著高于放牧地(P<0.05)，比放牧地土壤有機(jī)質(zhì)含量高出21.82%。

圖1 割草與放牧利用下土壤有機(jī)質(zhì)變化

2.2 不同利用方式對土壤氮的影響

研究結(jié)果表明(圖2)，0-30cm土層中土壤全氮含量在兩種利用方式草地中無明顯的差距，兩種值幾乎重疊在了一起(圖a)。隨著土層深度的加深，土壤中全氮含量逐漸下降。有效氮在0-5cm土層放牧地的有效氮含量顯著高于割草地的有效氮含量(P<0.05)，高出10.27mg/kg(圖b)。但5cm以下的土層中，雖然土壤有效氮在放牧場的高于割草場，但沒有達(dá)到顯著差異。

圖2 割草與放牧利用下土壤全氮(圖a)與有效氮(圖b)變化

2.3 不同利用方式對土壤速效磷與速效鉀的影響

從圖3研究結(jié)果表明，0-30cm各土層中放牧場的有效磷含量始終高于割草場的有效磷含量，但無顯著性差異(圖a)。隨土壤深度變化放牧場速效鉀含量從275.8mg/kg降到了88.6mg/kg，割草場速效鉀含量從208.0mg/kg降到了69.4mg/kg(圖b)。從30cm以下，兩種利用草地的速效鉀含量仍然有繼續(xù)下降的趨勢。在0-5cm與5-10cm土層中，放牧場的速效鉀含量均顯著高于割草場(P<0.05)，約高出65mg/kg左右。而從10cm以下的土層中的速效鉀含量在草地兩種利用方式下均無顯著性差異(P>0.05)。

圖3 割草與放牧利用下土壤有效磷(圖a)和速效鉀(圖b)的變化

2.4 不同利用方式對土壤pH的影響

從研究結(jié)果看出(圖4)，0-5cm和5-10cm土層中，土壤pH在兩種利用方式下沒有明顯差異，兩種pH值幾乎重疊在一起。從10cm以下放牧場的土壤pH值迅速增長，到20-30cm土層時(shí)，放牧場的pH值顯著高于割草場的土壤pH值(P<0.05)。

圖4 割草與放牧利用下土壤pH值變化

3 討論

3.1 不同利用方式對土壤有機(jī)質(zhì)的影響

土壤有機(jī)質(zhì)主要由土壤中的氮和碳的有機(jī)化合物組成，其中包括幾分鐘內(nèi)可分解的多糖或單糖，也有幾百到幾千年可存在的腐殖質(zhì)類。在評價(jià)草地地上植被情況與土壤養(yǎng)分含量分析時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)是必不可少的指標(biāo)之一〔7〕。在本實(shí)驗(yàn)中，割草場的土壤有機(jī)質(zhì)在0-5cm土層中的含量顯著高于放牧場的有機(jī)質(zhì)含量(P<0.05)，在5-10cm之間迅速下降后，從10cm后的又保持高于放牧場有機(jī)質(zhì)含量，但無顯著性差異。土壤有機(jī)質(zhì)的含量主要取決于動植物殘?bào)w和植物根系分泌物，不同的植物種、植物年齡和器官均可影響土壤有機(jī)質(zhì)含量〔8〕。從試驗(yàn)期間的植被特征值數(shù)據(jù)可知，割草場的植被群落地上現(xiàn)存量顯著高于放牧場的地上現(xiàn)存量(P<0.05)。并且打草場每年人為的干擾一次，之后植物可以繼續(xù)生長一段時(shí)間。而在放牧場中放牧期從植物返青到11月中旬，所以割草后的植物地上殘留物比放牧場相對較多。這也可能是割草場表層土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯高于放牧場有機(jī)質(zhì)含量的主要原因。李香真等人對不同放牧強(qiáng)度下的羊草小禾草草原進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)和植物地下生物量呈正相關(guān)〔9〕。本研究對割草場與放牧場群落地上現(xiàn)存量、高度、蓋度、密度情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，除了群落密度以外割草場群落地上現(xiàn)存量、高度、蓋度等群落特征均高于放牧場，而且主要以大針茅、羊草、麻花頭、羽毛等多年生草本植物為主。多年生草本植物的根系密集而龐大，根部分泌物、根毛的脫落以及死亡均有助于增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量。所以割草場的土壤有機(jī)質(zhì)在0-30cm各層土壤中的含量均高于放牧場的土壤有機(jī)質(zhì)含量。

3.2 不同利用方式對土壤pH與速效養(yǎng)分狀況的影響

土壤中的全效養(yǎng)分含量只能表示土壤的儲存量，而土壤中的速效養(yǎng)分才能直接被植物所吸收利用，全效養(yǎng)分的礦化作用(有效化程度)決定著土壤中的速效養(yǎng)分含量。從本試驗(yàn)的研究結(jié)果得知，各土層中土壤中的有效氮、有效磷和速效鉀的總體趨勢是，放牧場的含量始終高于割草場。在縱向上，不管割草場還是放牧場，土壤三種速效養(yǎng)分均隨著土壤深度的加深而降低。其中有效氮含量在表層土壤中，放牧地的顯著高于割草地；速效鉀含量在0-10cm土層中，放牧場同樣顯著高于割草場。這與柳劍麗、烏仁蘇都等人的研究結(jié)果一致〔6,10〕，植物的補(bǔ)償性生長以及輕度的放牧干擾有助于增加土壤中有效氮與速效鉀的含量。在輕度放牧干擾下，根系分泌物的增加、植物超補(bǔ)償生長等會影響土壤微生物的活性，進(jìn)一步促進(jìn)全校養(yǎng)分的礦化作用。除此之外，放牧場從4月初至11月中旬一直有牛羊活動的干擾，所以牲畜排泄可能也是引起土壤表層部位的有效氮和速效鉀含量提高的原因之一。

土壤陽離子的交換、土壤肥力都會受土壤pH值的影響，在進(jìn)行土壤類型劃分時(shí)pH值也起著重要的作用。土壤酸堿度會影響土壤中的能量與物質(zhì)循環(huán)，包括營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化和釋放、微生物的活動和有機(jī)質(zhì)的分解等。在本研究中，表層土壤中(1-10cm)的pH值在兩種利用方式之間無差異，在20-30cm土層里放牧場的pH值顯著高于割草場(P<0.05)。割草場的pH值沒有隨土壤的深度有顯著變化；而放牧場的pH值變化為7.03至7.62。從土壤pH等級劃分標(biāo)準(zhǔn)表可看出(表3)，割草場土壤屬于中性土壤，而放牧場土壤隨著土層深度的加深，有變成微堿化性土壤的趨勢。草地在放牧利用方式下，植被群落蓋度減少，裸露面積的增加所導(dǎo)致的土壤蒸發(fā)量的增大，會引起鹽基離子向下移動，增加了土壤堿化速度。

表3 土壤pH等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

4 結(jié)論

通過對割草場與放牧場的土壤養(yǎng)分特性進(jìn)行研究后得出以下結(jié)論：

①土壤有機(jī)質(zhì)變化：0-30cm各層有機(jī)質(zhì)含量為割草場的高于放牧場。在0-5cm土層，割草場的有機(jī)質(zhì)含量顯著高于放牧場(P<0.05)，比放牧場土壤有機(jī)質(zhì)含量高出21.82%。在縱向上，割草場與放牧場的土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著土層的加深而逐漸減少。

②土壤氮：0-30cm土層中土壤全氮含量在兩種利用方式草地中無明顯的差距；放牧場有效氮在各土層中的含量均高于割草場，在0-5cm土層放牧地的有效氮含量顯著高于割草地的有效氮含量(P<0.05)，高出10.27mg/kg。全氮與有效氮隨著土層深度的加深而含量逐漸下降。

③速效鉀：在0-5cm與5-10cm土層中，放牧場的速效鉀含量顯著高于割草場的速效鉀含量(P<0.05)，大約高出65mg/kg左右。其他土層里，雖然放牧場的速效鉀含量大于割草場，但無差異顯著性。

④有效磷：0-30cm各土層中放牧場的有效磷含量始終高于割草場的有效磷含量，但無顯著性差異(P>0.05)。

⑤土壤pH值：0-10cm土層中，土壤pH在兩種利用方式下沒有明顯差異，到20-30cm土層時(shí)放牧場的pH值顯著高于割草場的土壤pH值(P<0.05)。

〔1〕Katja Ilmarinen, Juha Mikola. Soil feedback does not explain mowing effects on vegetation structure in a semi-natural grassland 〔J〕.Acta Oecological,2009,35:838-848.

〔2〕李紹良,陳有君,關(guān)世英.土壤退化與草地退化關(guān)系的研究〔J〕.干旱區(qū)資源與環(huán)境,2002,16(1):92-9544.

〔3〕侯扶江,南志標(biāo),肖金玉.重牧退化草地的植被、土壤及其耦合特征〔J〕.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2002,13(8):915-922.

〔4〕劉文杰,蘇永中,楊榮,等.黑河中游臨澤綠洲農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)時(shí)空變化特征〔J〕.干旱區(qū)地理,2010,33(2):170-176.

〔5〕閆玉春,唐海萍,辛?xí)云?等.圍封對草地的影響研究進(jìn)展〔J〕.生態(tài)學(xué)報(bào),2011,29(9):5039-5046.

〔6〕柳劍麗.刈割與放牧對錫林郭勒典型草原植被和土壤影響的研究〔D〕.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2013.

〔7〕Kononova MM. Soil organic matter, its nature, its role soil formation and in fertility. 2ndde. London:Pergamon Press, 1964,5-20.

〔8〕戴良香.冬小麥氮素營養(yǎng)特性及其影響因素(綜述).河北農(nóng)業(yè)技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào).1997,11(4)63-70.

〔9〕李香真,陳佐忠.不同放牧率對草原植物與土壤C、N、P含量的影響〔J〕.草地學(xué)報(bào),1998,6(2):241-243.

〔10〕烏仁蘇都,克魯倫河下游地區(qū)草場不同利用方式下土壤養(yǎng)分特性及植被特征對比研究〔D〕.碩士學(xué)位論文,內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),2012:1-38.

The impact of mowing and grazing on soil nutrient contents inStipagrandissteppe

A Rong1,QIN Jie1, WANG Junfang2, Badalahu3,LI Zhiguo1,WANG Jing1, HAN Guodong1*

1.College of Ecology and Environmental Science, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010030;2. Inner Mongolia Hotision & Monsod Drought-Resistance Greening Co., Ltd, Hohhot 010019;3. The grassland station of Inner Mongolia Evenk Autonomous Banner, Bayantuohai 021100 )

This study is based on the soil samples gathered during a field trip that occurred in late July to early August of 2014. TheStipagrandis+Leymuschinensisplant community was selected to examine the impact of mowing and grazing on soil nutrient contents such as soil total carbon, total nitrogen, organic matter, available nitrogen, phosphorous and potassium with the line transect method in order to understand the influence of two different using ways and to get basic data on grassland use. The results showed that the soil organic matter in 0-5cm layer of soil under these two different uses were significantly different (P<0.05), whereas the soil total carbon and the total nitrogen between 0-30cm layers showed no difference (P>0.05). In the 0-5cm layer of the soil, the content of available nitrogen in grazing area was higher than that in mowing area, which was higher around 10.27 mg/kg. The available potassium in the 0-10cm soil layer was significantly different under two using ways (P<0.05). However, the available phosphorous had no difference with the two kinds of use of the grasslands. In the 20-30 cm layer of the soil, the pH in the grazing area was significantly higher than in the mowing area (P<0.05).

hay field; grazing area; soil total nutrients; soil available nutrients

2015-03-17

內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金“駝絨藜屬植物抗旱性的生態(tài)生理學(xué)研究”20010905-07

武森陽(1986-),男,山西省廣靈縣人,碩士研究生,研究方向:牧草生理生態(tài)。

張力君 E-mail: zhanglijunyep@163.com

S812

A

2095—5952(2015)02—0034—06