胡培雷，曾昭霞，王克林，宋希娟，李莎莎

(1.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長沙 410125; 2.中國科學(xué)院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站，廣西環(huán)江 547100; 3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

喀斯特地區(qū)不同年限桂牧1號象草草地土壤養(yǎng)分特征

胡培雷1，2，3，曾昭霞1，2，王克林1，2，宋希娟1，2，李莎莎1，2，3

(1.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長沙 410125; 2.中國科學(xué)院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站，廣西環(huán)江 547100; 3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

人為干擾和管理措施對喀斯特地區(qū)生態(tài)恢復(fù)影響顯著。本研究以典型喀斯特地區(qū)種植1年(1-y G)、5年(5-y G)和7年(7-y G)的桂牧1號雜交象草(Pennisetum purpureum cv.Guimu-1)栽培草地為研究對象，以玉米(Zea mays)種植地(CK)作為對照，分析不同建植年限下栽培草地對地上部分生物量、土壤養(yǎng)分含量及微生物量碳的影響。結(jié)果表明，1)建植年限對桂牧1號草地地上部分生物量影響顯著(P＜0.05)，表現(xiàn)為7-y G＜1-y G＜5-y G。2)桂牧1號草地0－50 cm土層土壤N、P、K隨建植年限呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢，建植5年的牧草地土壤N、P、K養(yǎng)分含量普遍較低;土壤有機(jī)碳含量在各土層均以建植7年草地最高，5年草地最低。土壤表層(0－10 cm)微生物生物量碳表現(xiàn)為1-y G＜5-y G＜7-y G，且7年草地分別比1年和5年草地增加了32.37%和19.18%。3)桂牧1號草地土壤有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀含量及土壤表層微生物生物量碳均高于相應(yīng)土層玉米地，而堿解氮、速效磷和速效鉀含量則剛好相反。因此，相比玉米農(nóng)耕地，桂牧1號栽培草地能有效提高喀斯特地區(qū)土壤肥力，其中，以建植7年的草地固碳效果最好，“種草養(yǎng)畜”是喀斯特地區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建的有效措施。

喀斯特地區(qū);桂牧1號;土壤養(yǎng)分;土壤有機(jī)碳;土壤微生物生物量碳

桂西北喀斯特地區(qū)是我國主要生境脆弱帶之一，在人為干擾下極易退化［1］。區(qū)域內(nèi)地貌類型多樣，以山地、丘陵、峰叢洼地為主，巖溶地貌廣泛發(fā)育。由于受人類活動影響嚴(yán)重，大量原始林地向農(nóng)業(yè)用地發(fā)展［2］。其中，農(nóng)業(yè)用地以旱作耕地為主，耕作方式粗放單一，重用輕養(yǎng)，加上喀斯特地區(qū)獨(dú)特二元水文結(jié)構(gòu)的地質(zhì)背景的影響，造成喀斯特地區(qū)水土流失嚴(yán)重，土壤退化，養(yǎng)分流失，荒草地廣布，人地關(guān)系矛盾尖銳［3］，植被恢復(fù)和生態(tài)重建迫在眉睫。為保護(hù)和改善生態(tài)，當(dāng)?shù)卣罅ν茝V“退耕還林還草”政策。研究表明，退化區(qū)域重建栽培草地能夠有效提高土壤碳氮儲量［4-5］?？λ固氐貐^(qū)草山草坡資源豐富，雨熱同期，適合優(yōu)質(zhì)牧草生長。栽培草地作為一種重要的“人為干擾”模式，對土壤養(yǎng)分和碳儲量影響顯著［6］。

目前，采用“時空替代法”對非喀斯特地區(qū)不同建植年限栽培草地土壤養(yǎng)分的相關(guān)研究，國內(nèi)外已有大量報道［4，7-10］，受研究區(qū)土壤母質(zhì)及草種影響，不同區(qū)域土壤養(yǎng)分特性差異較大?？λ固氐貐^(qū)由于其獨(dú)特的地質(zhì)背景的影響，栽培草地建植對土壤養(yǎng)分的影響與其它地區(qū)勢必有所差異［11-12］。當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)者對喀斯特地區(qū)栽培草地的研究主要集中在牧草引種、放牧及群落穩(wěn)定性等方面［13-16］。大量學(xué)者通過在喀斯特地區(qū)進(jìn)行牧草引種試驗(yàn)，篩選出一批適應(yīng)喀斯特不同地區(qū)不同海拔的優(yōu)良牧草品種［13，16］。桂牧1號雜交象草(Pennisetum purpureum cv.Guimu-1) (以下簡稱桂牧1號)是廣西畜牧研究所采用美洲矮象草(P.purpureum cv.Mott)為父本，雜交狼尾草(P.americanum×P.purpureum)為母本雜交選育而成的多年生禾本科牧草，以其高產(chǎn)、免耕、抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，成為我國西南喀斯特地區(qū)栽培草地的首選草種。研究顯示，氮磷等養(yǎng)分是喀斯特栽培草地的限制因素［12，17］，林明月等［18］研究表明，在喀斯特地區(qū)低量氮磷鉀肥配施有利于桂牧1號草地土壤活性有機(jī)碳的積累，高量氮磷鉀平衡配施桂牧1號草地固碳效果最佳。而刈割是桂牧1號草地最主要的利用方式，由于刈割會帶走土壤養(yǎng)分，消耗土壤肥力，因此，隨著其利用年限的推進(jìn)，桂牧1號栽培草地土壤養(yǎng)分可能會發(fā)生變化。目前對于喀斯特地區(qū)桂牧1號栽培草地長期利用制度下土壤養(yǎng)分特征的研究鮮見報道。因此，本研究以古周喀斯特峰叢洼地研究區(qū)為例，在土壤母質(zhì)及地形地貌等地質(zhì)背景一致的樣地上，選擇不同建植年限下的桂牧1號栽培草地為研究對象，同時以喀斯特地區(qū)主要的農(nóng)耕地玉米(Zea mays)種植地為對照，研究桂牧1號栽培草地不同建植年限下地上部分生物量、土壤養(yǎng)分及微生物量碳特征，以期為喀斯特地區(qū)合理利用及管理栽培草地提供理論依據(jù)。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西環(huán)江毛南族自治縣下南鄉(xiāng)古周村，地理位置107°56' 48.1″－107°57' 28.5″E，24°54'42.6″－24°55'17.8″N，為典型的喀斯特峰叢洼地景觀，土壤主要為碳酸鹽巖發(fā)育的石灰土，土質(zhì)較粘重，土被分布不均勻，基巖廣泛露出，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫16.5～20.5℃，平均降水量為1 389.1 mm，雨季主要集中在4－9月，10月至次年3月為旱季。研究區(qū)于20世紀(jì)80年代末開始實(shí)行“退耕還林還草”政策，目前，研究區(qū)用地類型主要為旱作農(nóng)耕地、不同建植年限的栽培草地及人工經(jīng)濟(jì)林等。其中，旱作農(nóng)耕地有較長的耕作歷史，種植作物有玉米、紅薯(Lpomoea batatas)、黃豆(Glycine max)等，主要分布在洼地，玉米地于每年11月底翻耕，肥料主要施用農(nóng)家肥、尿素、草木灰和人糞尿等，同時還配施少量鈣鎂磷、氯化鉀等無機(jī)化肥;栽培牧草地退耕前主要耕種玉米、紅薯等，退耕后種植桂牧1號，牧草一年刈割3～4次，刈割留茬高度10 cm左右，牧草地施肥情況與玉米等農(nóng)耕地相似，主要施入農(nóng)家肥、尿素和磷鉀等無機(jī)化肥，但一般不施用草木灰和人糞尿，每年也不進(jìn)行翻耕。

1.2研究方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì) 鑒于桂西北喀斯特地區(qū)峰叢洼地分布廣泛，以及當(dāng)?shù)鼐用駥ν莸乩幂^多，2012 年4月通過前期調(diào)查研究，在研究區(qū)土壤母質(zhì)、土壤類型、坡度、坡向等立地條件一致的樣地內(nèi)選取耕種歷史、施肥及栽培管理措施基本一致，分別建植1年、5年和7年的桂牧1號草地為試驗(yàn)樣地，并選取當(dāng)?shù)刈钪饕霓r(nóng)耕地(玉米種植地)為對照，樣地基本情況如表1所示。每種土地利用類型各設(shè)置3個10 m×10 m的樣方，共12個樣方。

1.2.2植物取樣及分析 于2012年4月、7月和10月在每個樣方內(nèi)分別設(shè)置3個2 m×2 m小樣方，在牧草每次刈割前(刈割3次/年)，收獲小樣方內(nèi)地上部分全部生物量，在105℃下殺青2 h，再在65℃烘干至恒重，計(jì)算干物質(zhì)產(chǎn)量，以3次刈割所得桂牧1號地上部分干物質(zhì)之和作為栽培草地年地上部分生物量，玉米地在成熟期收獲，以地上部分干物質(zhì)產(chǎn)量作為其地上部分生物量。

表1 樣地基本情況Table 1 Characteristics of experimental plots

1.2.3土壤取樣及分析 桂牧1號最后一次刈割后，在每個樣方內(nèi)按“S”型選取10個點(diǎn)分層取樣，土層深度分別為0－10、10－20、20－30、30－40和40－50 cm，同一樣方內(nèi)相同土層土樣混合為一個土樣裝入塑料袋，其中，將土壤表層0－10 cm土樣分為兩部分，一部分新鮮土樣過2 mm篩后置于冰箱中(4℃)用于測定微生物生物量碳，其余部分土樣風(fēng)干后過篩，用于測定土壤養(yǎng)分含量。土壤養(yǎng)分含量參照《土壤農(nóng)化分析》［19］測定:土壤全氮(Soil total nitrogen，TN)采用半微量開氏法;土壤堿解氮(Soil available nitrogen，AN)采用堿解擴(kuò)散法;土壤全磷(Soil total phosphorus，TP)釆用NaOH熔融、鉬銻抗比色法;土壤速效磷(Soil available phosphorus，AP)采用0.05 mol·L－1NaHCO3提取、鉬銻抗顯色、紫外分光光度計(jì)法;土壤全鉀(Soil total potassium，TK)采用NaOH熔融、火焰光度法;土壤速效鉀(Soil available potassium，AK)采用NH4OAc浸提、火焰光度法;土壤有機(jī)碳(Soil organic carbon，SOC)采用重絡(luò)酸鉀容量法;微生物生物量碳(Microbial biomass carbon，MBC)采用氯仿熏蒸法測量［20］。

1.3數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示。用Office 2010 Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、計(jì)算和制作圖表，方差分析及多重比較采用SPSS 18.0進(jìn)行，多重比較采用LSD法進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1不同建植年限下栽培草地地上部分生物量變化特征

建植年限對栽培草地地上部分生物量影響顯著(P ＜0.05) (圖1)。地上部分生物量表現(xiàn)為7-y G＜1-y G ＜CK＜5-y G。建植7年的桂牧1號草地地上部分生物量最低(17.75 t·hm－2)，顯著低于玉米地和建植5年草地，但與建植1年草地差異不顯著(P＞0.05)。建植5年的桂牧1號草地地上生物量最高(31.98 t·hm－2)，分別比玉米地、1年和7年草地高34.65%、63.92%、80.17%，且差異均達(dá)顯著水平。

圖1 不同建植年限桂牧1號草地地上部分生物量的變化Fig.1 Variations of aboveground biomass under different planting years of Guimu-1

2.2不同建植年限下栽培草地土壤N、P、K養(yǎng)分特征

總體上，土壤養(yǎng)分含量在0－50 cm的土壤剖面上隨著土層深度的增加而減少(圖2)。同一土層，玉米種植地土壤全氮、全磷、全鉀含量均低于不同建植年限的栽培草地(圖2A、2C、2E)，而土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量則剛好相反，在0－50 cm的整個土壤剖面玉米種植地都高于相應(yīng)土層栽培草地(圖2B、2D、2F)。這表明，在喀斯特地區(qū)種植農(nóng)耕和免耕作物對土壤養(yǎng)分有顯著影響，栽培草地有利于土壤養(yǎng)分的維持。玉米耕作地土壤速效養(yǎng)分含量高，主要是由于翻耕會加速土壤有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分的釋放與分解，還與玉米地每年額外施用一定數(shù)量的草木灰和人糞尿有關(guān)。

不同建植年限桂牧1號栽培草地中，土壤全氮含量在0－50 cm的土壤剖面均表現(xiàn)為5-y G＜1-y G＜7-y G(圖2A)，即土壤全氮含量隨栽培草地建植年限的增加先下降后升高;堿解氮含量以建植7年的草地最高，在0－50 cm的整個土壤剖面均高于建植1年和5年草地，建植5年草地土壤堿解氮含量在0－30 cm的土層中均高于建植1年草地，而在土層30－50 cm則剛好相反(圖2B)。栽培草地土壤全磷和速效磷含量變化規(guī)律一致，在0－50 cm的整個土壤剖面總體趨勢均表現(xiàn)為5-y G＜7-y G＜1-y G(圖2C、2D)，即隨草地建植年限的增加先下降后升高。栽培草地土壤全鉀含量隨土層深度變化均不明顯，建植1年的草地土壤全鉀含量在表層土壤0－10 cm低于建植5年草地，在其余土層均高于建植5年和7年草地，建植5年草地土壤全鉀含量在土層10－30 cm低于建植7年草地，其余土層高于建植7年草地(圖2E) ;土壤速效鉀含量以建植7年草地最高，在0－50 cm的整個剖面均高于建植1年和5年草地，建植1年草地土壤速效鉀含量在土層0－20 cm高于建植5年草地，在土層20－50 cm則低于建植5年草地(圖2F)?？傮w而言，不同建植年限桂牧1號草地中，隨著栽培草地建植年限的增加，土壤養(yǎng)分含量呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢，其中，建植5年的草地土壤氮、磷和鉀含量在整個土壤剖面普遍要低于1年和7年草地。

土壤中氮磷鉀含量在桂牧1號草地中排序?yàn)?全鉀＞全氮＞全磷(圖2A，2C，2E)，同時，3個建植年限草地中，與0－10 cm土層相比，40－50 cm土層中土壤全氮和全磷含量平均下降幅度分別為20.76%和30.05%，遠(yuǎn)大于全鉀的下降幅度(7.15%)。

圖2 不同建植年限桂牧1號草地0－50 cm土壤剖面養(yǎng)分變化Fig.2 Variations of soil nutrients in soil depth from 0 to 50 cm under different planting years of Guimu-1

2.3不同建植年限下栽培草地土壤碳特征

2.3.1不同建植年限下栽培草地土壤有機(jī)碳特征

土壤有機(jī)碳是影響土壤環(huán)境和質(zhì)量的重要因子，有機(jī)碳的多少影響土壤結(jié)構(gòu)和肥力，可直接導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力降低和環(huán)境質(zhì)量的下降［21］。桂牧1號栽培草地不同建植年限及土層深度對土壤有機(jī)碳含量影響各不相同(表2)。

玉米種植地土壤有機(jī)碳含量在土層0－30 cm之間差異不顯著(14.31～14.64 g·kg－1，P＞0.05)，主要是由于玉米種植地每年土壤翻耕深度在30 cm左右，使得0－30 cm土層土壤混合均勻，因而有機(jī)碳含量在翻耕層差異不大。與桂牧1號栽培草地相比，在0－50 cm的土壤剖面下，玉米地土壤有機(jī)碳含量在各土層均低于相應(yīng)土層栽培草地，其中，在0－10 cm的土壤表層，玉米地土壤有機(jī)碳含量顯著低于3個不同建植年限的桂牧1號草地，在10－20 cm土層，玉米地土壤有機(jī)碳含量顯著低于建植1年和7年的草地，隨著土層的加深，玉米地土壤有機(jī)碳含量雖均低于栽培草地，但與1年和5年草地差異不顯著，但均顯著低于建植7年的栽培草地。因此，相比于玉米等農(nóng)耕地，桂牧1號栽培草地土壤有機(jī)碳尤其是表層土壤有機(jī)碳積聚較多，栽培草地的建植有利于喀斯特地區(qū)土壤碳固持。

表2 不同建植年限桂牧1號草地0－50 cm土壤剖面有機(jī)碳含量(g·kg－1)變化Table 2 Variations of soil organic carbon(g·kg－1) in soil layers from 0 to 50 cm under different planting years of Guimu-1

3個不同建植年限桂牧1號草地中，土壤有機(jī)碳含量在0－50 cm的土壤剖面各土層均表現(xiàn)為5-y G＜1-y G＜7-y G。其中，在表層土壤0－10 cm中，3種不同建植年限草地土壤有機(jī)碳含量差異均顯著(P＜0.05)，在土層10－20 cm中，建植5年草地顯著低于1年和7年草地，在20－30 cm土層中，1年和5年草地顯著低于7年草地，在土層深度為30－40和40－50 cm中，土壤有機(jī)碳含量雖然表現(xiàn)為5-y G＜1-y G＜7-y G，但差異均不顯著(P＞0.05)，說明桂牧1號對土壤養(yǎng)分的消耗與返還主要集中在土壤中上層。3個不同建植年限下的桂牧1號草地土壤有機(jī)碳含量都是在0－10 cm最高，且均隨著土層加深而減少。其中，建植1年的桂牧1號草地土壤有機(jī)碳含量在土層0－10和40－50 cm差異顯著，其余土層差異不顯著;建植5年的草地在各土層差異均不顯著;建植7年的草地土壤有機(jī)碳含量在土層0－10 cm中均顯著高于其余各土層。由上可知，3個不同建植年限的桂牧1號草地中，土壤有機(jī)碳均在土壤表層積聚較多，且以建植7年的栽培草地固碳效果最好。

2.3.2不同建植年限下栽培草地土壤表層微生物生物量碳特性 土壤微生物生物量靈敏度高，可以反映土壤的微小變化，土壤微生物生物量碳作為土壤有機(jī)碳的一部分，常被作為研究土壤質(zhì)量的生物學(xué)指標(biāo)［18］。由于土壤有機(jī)碳主要積聚在土壤表層，相對而言微生物在土壤表層活動旺盛，因此，本研究著重于探討土壤表層0－10 cm微生物生物量碳特性。不同建植年限下桂牧1號栽培草地土壤表層微生物生物量碳差異顯著(P＜0.05) (圖3)。栽培草地土壤表層微生物生物量碳(117.47～155.50 mg·kg－1)均高于玉米種植地(98.00 mg·kg－1)，但玉米地微生物生物量碳與建植1年的草地差異不顯著(P＞0.05)，與建植5年和7年草地差異顯著。不同年限栽培草地中，隨著桂牧1號建植年限的推進(jìn)，土壤表層微生物生物量碳也不斷增加，建植7年的草地顯著高于建植1年和5年草地，微生物生物量碳分別增加32.37%和19.18%。

圖3 不同建植年限桂牧1號草地土壤表層微生物生物量碳Fig.3 Variations of soil microbial carbon in topsoil under different planting years of Guimu-1

3 討論與結(jié)論

3.1不同建植年限下栽培草地生物量變化特征

雜交象草由于生物量大，競爭和再生能力強(qiáng)，廣泛種植于熱帶和亞熱帶地區(qū)［22］。桂牧1號雜交象草作為多年生高大型C4禾草，由于其抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣、利用年限長，同時在其生長過程中幾乎沒有雜草入侵，成為喀斯特地區(qū)非常重要的退耕牧草。本研究中，桂牧1號地上部分干物質(zhì)產(chǎn)量為17.75 ～31.98 t·hm－2，產(chǎn)量較高，但另一方面，桂牧1號不同生長階段間生物量差異顯著，如建植5年的桂牧1號地上部分生物量比1年和7年草地分別增加了63.92%和80.17%，這可能與桂牧1號自身生物學(xué)特性以及利用措施有關(guān)。桂牧1號結(jié)實(shí)率低，常采用無性繁殖方式，利用年限10余年，牧草種植初期至生長5年左右，施肥及刈割促進(jìn)牧草“超補(bǔ)償生長”，牧草產(chǎn)量不斷增加，生長利用5年生物量達(dá)到高峰，隨后由于桂牧1號自身生理功能開始下降，刈割后分蘗再生能力減弱，導(dǎo)致牧草產(chǎn)量下降，桂牧1號逐漸進(jìn)入生長衰退期。目前，對桂牧1號產(chǎn)量的研究報道主要集中于短期內(nèi)施肥及刈割試驗(yàn)［13，23］，后續(xù)研究應(yīng)進(jìn)一步追蹤分析桂牧1號長期利用制度下產(chǎn)量、品質(zhì)和光合生理特性，從而為喀斯特地區(qū)高效持久利用桂牧1號提供科學(xué)依據(jù)。

3.2不同建植年限下栽培草地土壤養(yǎng)分特征

栽培草地的建植對喀斯特地區(qū)土壤養(yǎng)分影響顯著。本研究中，桂牧1號栽培草地各土層土壤全氮、全磷、全鉀及有機(jī)碳含量均高于玉米種植地，土壤速效養(yǎng)分卻均低于玉米地。這主要是由于:1)玉米地每年翻耕加劇了對土壤的擾動，加速了土壤中凋落物和有機(jī)質(zhì)的分解，較之免耕，傳統(tǒng)翻耕不利于土壤養(yǎng)分維持［24-25］。2)玉米地因作物每年全部收獲而從土壤－植物庫中單向移走大量養(yǎng)分。3)土壤速效養(yǎng)分不僅受土壤緩性養(yǎng)分儲量和轉(zhuǎn)化速率的影響，同時還受耕作、施肥等影響［26-27］，玉米地由于每年翻耕及額外多施入一定量的草木灰和人糞尿，使得其土壤堿解氮、速效磷和有效鉀等速效養(yǎng)分含量均高于栽培草地。由此表明，相比農(nóng)耕地，免耕草地更有利于喀斯特地區(qū)土壤養(yǎng)分固持。這與許多研究結(jié)果一致，如Wu等［4］和Wang等［28］研究表明，栽培草地能有效提高土壤養(yǎng)分和碳氮儲量，當(dāng)農(nóng)耕地退耕為栽培草地時，土壤有機(jī)碳以540 kg·hm－2·a－1的速度累積［29］，相反，當(dāng)草地開墾為農(nóng)耕地時，由于人為翻耕和水土流失，30 cm以內(nèi)土層土壤有機(jī)碳含量下降了20%左右［30］，張偉等［27］也認(rèn)為，雖然喀斯特地區(qū)的耕地每年都施用一定量的農(nóng)家肥和氮肥，但受傳統(tǒng)耕作和收獲方式的影響，會加速土壤侵蝕，土壤表現(xiàn)出一定的退化趨勢。另一方面，宋同清等［31］研究表明，喀斯特峰叢洼地由于優(yōu)越的溫濕條件極利于生物的生長和繁衍，“生物自肥”作用非常強(qiáng)烈，同時加速巖石溶蝕、風(fēng)化和土壤的形成和發(fā)育進(jìn)程，峰叢洼地退耕還林還草模式下土壤養(yǎng)分含量總體較高，本研究桂牧1號草地土壤養(yǎng)分含量也類似。綜上可知，以“種草養(yǎng)畜”代替?zhèn)鹘y(tǒng)玉米－紅薯種植是桂西北喀斯特地區(qū)切實(shí)可行的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式。

本研究表明，不同建植年限栽培草地能夠影響喀斯特地區(qū)土壤養(yǎng)分含量及土壤固碳能力。由于不同建植年限栽培草地對土壤養(yǎng)分的消耗與返還能力不同，因而造成土壤養(yǎng)分差異［32］。Wu等［4］對退化區(qū)域栽培草地的研究表明，利用3年的草地地上部分生物量最高而有機(jī)碳儲量卻顯著低于利用6年草地，本研究結(jié)果與其類似，隨著桂牧1號栽培草地種植年限的推進(jìn)，土壤養(yǎng)分及有機(jī)碳呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢，生物量最高的建植5年草地土壤養(yǎng)分含量普遍低于建植1年和7年草地，這是因?yàn)?，雖然桂牧1號草地每年都施入等量肥料，但生產(chǎn)力高的優(yōu)質(zhì)牧草在快速生長期需要從土壤庫中吸收并鎖住大量養(yǎng)分以滿足自身生長需求［33］，在桂牧1號生長旺盛期(建植5年左右)，大量土壤有機(jī)碳及氮磷鉀被牧草吸收利用，土壤養(yǎng)分消耗大，牧草歸還到土壤的養(yǎng)分不能抵消其高效生長所需的養(yǎng)分，致使土壤養(yǎng)分含量低。隨著牧草的繼續(xù)生長，土壤團(tuán)聚性得到進(jìn)一步改善，提高了土壤貯存氮磷鉀及有機(jī)碳的能力［34］，同時由于桂牧1號生長后期生物量明顯下降(圖1)，地上部分輸出減少，對土壤養(yǎng)分的消耗強(qiáng)度降低，以及部分根系老化腐爛，加之凋落物逐年累積［9］，土壤肥力自上而下均得到恢復(fù)提升。綜上，建植利用7年的桂牧1號草地土壤肥力最高，固碳能力最佳;而在桂牧1號生長高峰期，對土壤養(yǎng)分消耗大，可及時增施一定量的肥料，提升土壤肥力，滿足牧草高速生長對養(yǎng)分的需求。另一方面，栽培草地中土壤全鉀含量高于氮磷含量，且隨著土層的加深，土壤全氮全磷下降幅度遠(yuǎn)大于全鉀的下降幅度，袁道先［12］指出，氮磷等養(yǎng)分含量低是石漠化恢復(fù)的主要障礙，因此在實(shí)際管理中可以適當(dāng)提高草地中磷肥和氮肥的施用比例。

3.3不同建植年限下栽培草地土壤微生物生物量碳特征

土壤微生物生物量碳是土壤有機(jī)碳的靈敏指示因子，作為土壤有機(jī)碳中最活躍的部分［35］，可反映土壤有效養(yǎng)分狀況和生物活性，是評價土壤肥力的重要指標(biāo)［36］，更有助于闡明土壤有機(jī)碳庫在不同建植年限栽培草地中的變化。

鹿士楊等［37］對喀斯特峰叢洼地退耕還林還草模式下土壤微生物的研究發(fā)現(xiàn)，退耕還林還草均能顯著改善喀斯特地區(qū)土壤微生物特性;邢會琴等［38］研究也表明，玉米連作會導(dǎo)致微生物群落結(jié)構(gòu)失衡，不利于微生物生長。本研究表明，栽培草地土壤表層微生物生物量碳均高于玉米種植地，說明在喀斯特地區(qū)種植桂牧1號能增加土壤微生物活性，提高土壤活性有機(jī)碳組分，改善土壤質(zhì)量。不同建植年限栽培草地中，土壤微生物生物量碳隨年限的增加呈上升趨勢，建植7年的草地最高，其原因可能是隨著草地建植年限的推進(jìn)，牧草根系分泌物及枯枝落葉等凋落物逐年累積，為土壤微生物群落提供了豐富的碳源，且土壤環(huán)境條件適宜，土壤微生物活動增強(qiáng)，因此微生物生物量碳逐年增加［39］。研究表明［40］，土壤微生物生物量碳與土壤養(yǎng)分含量密切相關(guān)，本研究中，土壤微生物生物量碳與土壤有機(jī)碳(P =0.013，R=0.692)、全氮(P=0.003，R=0.773)和全鉀(P=0.025，R=0.639)均呈顯著正相關(guān)，此外，微生物量碳也與速效磷含量(P=0.017，R =0.670)顯著正相關(guān)。一方面，土壤微生物使土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為有效養(yǎng)分，另一方面，微生物又對無機(jī)養(yǎng)分起固持和保蓄作用［41］，土壤微生物與土壤保肥能力正相關(guān)，微生物量越大，土壤保肥效果越好［42］，可見，隨著桂牧1號栽培草地種植年限的增加，喀斯特地區(qū)土壤質(zhì)量不斷得到改善。

References)

［1］張笑楠，王克林，張偉，陳洪松，何尋陽.桂西北喀斯特區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱性.生態(tài)學(xué)報，2009，29(2) : 749-757.Zhang X N，Wang K L，Zhang W，Chen H S，He X Y.The quantitative assessment of eco-environment vulnerability in karst regions of Northwest Guangxi.Acta Ecologica Sinica，2009，29(2) : 749-757.(in Chinese)

［2］王克林，蘇以榮，曾馥平，陳洪松，肖潤林.西南喀斯特典型生態(tài)系統(tǒng)土壤特征與植被適應(yīng)性恢復(fù)研究.農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2008，29(6) : 641-645.Wang K L，Su Y R，Zeng F P，Chen H S，Xiao R L.Ecological process and vegetation restoration in Karst region of southwest China.Research of Agricultural Modernization，2008，29(6) : 641-645.(in Chinese)

［3］趙中秋，后立勝，蔡運(yùn)龍.西南喀斯特地區(qū)土壤退化過程與機(jī)理探討.地學(xué)前緣，2006，13(3) : 185-189.Zhao Z Q，Hou L S，Cai Y L.The process and mechanism of soil degradation in Karst area in Southwest China.Earth Science Frontiers，2006，13(3) : 185-189.(in Chinese)

［4］Wu G L，Liu Z H，Zhang L，Hu T M，Chen J M.Effects of artificial grassland establishment on soil nutrients and carbon properties in a black-soil-type degraded grassland.Plant and Soil，2010，333(1-2) : 469-479.

［5］Piao S L，F(xiàn)ang J Y，Ciais P，Peylin P，Huang Y，Sitch S，Wang T.The carbon balance of terrestrial ecosystems in China.Nature，2009，458: 1009-1013.

［6］Wright A L，Hons F M，Rouquette Jr F M.Long-term management impacts on soil carbon and nitrogen dynamics of grazed bermudagrass pastures.Soil Biology and Biochemistry，2004，36(11) : 1809-1816.

［7］Tang L，Dang X H，Liu G B，Shao C K，Xue S.Response of artificial grassland carbon stock to management in mountain region of Southern Ningxia，China.Chinese Geographical Science，2014，24(4) : 436-443.

［8］徐坤，李世忠.不同種植年限苜蓿地土壤理化性狀.草業(yè)科學(xué)，2015，32(11) : 1767-1773.Xu K，Li S Z.Physical and chemical properties of soil in alfalfa field for different cultivated years.Pratacultural Science，2015，32(11) : 1767-1773.(in Chinese)

［9］魏曉斌，王志鋒，于洪柱，徐安凱，孫啟忠.不同生長年限苜蓿對鹽堿地土壤肥力的影響.草業(yè)科學(xué)，2013，30(10) : 1502-1507.Wei X B，Wang Z F，Yu H Z，Xu A K，Sun Q Z.Effects of alfalfa with different growth years on soil fertility in saline-alkali land.Pratacultural Science，2013，30(10) : 1502-1507.(in Chinese)

［10］Soussana J F，Loiseau P，Vuichard N，Ceschia E，Balesdent J，Chevallier T，Arrouays D.Carbon cycling and sequestration opportunities in temperate grasslands.Soil Use and Management，2004，20(2) : 219-230.

［11］李陽兵，謝德體，魏朝富.巖溶生態(tài)系統(tǒng)土壤及表生植被某些特性變異與石漠化的相關(guān)性.土壤學(xué)報，2004，41(2) : 196-202.Li Y B，Xie D T，Wei C F.Correlation between rock desertification and variations of soil and surface vegetation in Karst eco-system.Acta Pedologica Sinica，2004，41(2) : 196-202.(in Chinese)

［12］袁道先.全球巖溶生態(tài)系統(tǒng)對比:科學(xué)目標(biāo)和執(zhí)行計(jì)劃.地球科學(xué)進(jìn)展，2001，16(4) : 461-466.Yuan D X.World correlation of Karst ecosystem: Objectives and implementation plan.Advance in Earth Sciences，2001，16(4) : 461-466.(in Chinese)

［13］梁志霞，宋同清，曾馥平，彭晚霞，楊鈣仁，譚秋錦.氮素和刈割對桂牧1號雜交象草光合作用、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響.生態(tài)學(xué)雜志，2013，32(8) : 2008-2014.Liang Z X，Song T Q，Zeng F P，Peng W X，Yang G R，Tan Q J.Effects of nitrogen fertilization and cutting on the photosynthesis，yield and quality of Pennisetum purpureum cv.Guimu-1.Chinese Journal of Ecology，2013，32(8) : 2008-2014.(in Chinese)

［14］李馨，熊康寧，龔進(jìn)宏，陳永畢.人工草地在喀斯特石漠化治理中的作用及其研究現(xiàn)狀.草業(yè)學(xué)報，2011，20(6) : 279-286.Li X，Xiong K L，Gong J H，Chen Y B.Advances in research on the function of artificial grassland in Karst rock desertification control.Acta Prataculturae Sinica，2011，20(6) : 279-286.(in Chinese)

［15］kornik S，Vidrih M，Kaligaric M.The effect of grazing pressure on species richness，composition and productivity in North Adriatic Karst pastures.Plant Biosystems，2010，144(2) : 355-364.

［16］唐成斌，吳佳海，蔣明鳳.貴州喀斯特地區(qū)牧草引種試驗(yàn)評價.草業(yè)科學(xué)，2003，20(12) : 39-42.Tang C B，Wu J H，Jiang M F.Trial and assessment of herbage varieties introduced to the Karst region of Guizhou.Pratacultural Science，2003，20(12) : 39-42.(in Chinese)

［17］Davidson E A，de Carvalho C J R，F(xiàn)igueira A M，Ishida F Y，Ometto J P H，Nardoto G B，Sabá R T，Hayashi S N，Leal E C，Vieira I C G，Martinelli L A.Recuperation of nitrogen cycling in Amazonian forests following agricultural abandonment.Nature，2007，447: 995-998.

［18］林明月，鄧少虹，蘇以榮，劉坤平，李伏生.施肥對喀斯特地區(qū)植草土壤活性有機(jī)碳組分和牧草固碳的影響.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2012，18(5) : 1119-1126.Lin M Y，Deng S H，Su Y R，Liu K P，Li F S.Effects of fertilization on soil active organic carbon and carbon sequestration of forage in Karst region.Plant Nutrition and Fertilizer Science，2012，18(5) : 1119-1126.(in Chinese)

［19］鮑士旦.土壤農(nóng)化分析.第3版.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2005: 1-329.Bao S D.Soil Agro-chemistrical Analysis.3rd ed.Beijing: China Agriculture Press，2005: 1-329.

［20］Vance E D，Brookes P C，Jenkinson D S.An extraction method for measuring soil microbial biomass C.Soil Biology and Biochemistry，1987，19(6) : 703-707.

［21］Abera G，Wolde-meskel E，Bakken L R.Carbon and nitrogen mineralization dynamics in different soils of the tropics amended with legume residues and contrasting soil moisture contents.Biology＆Fertility of Soils，2012，48(1) : 51-66.

［22］Zhao J，Zhang W，Wang K L，Song T Q，Du H.Responses of the soil nematode community to management of hybridnapiergrass: The trade-off between positive and negative effects.Applied Soil Ecology，2014，75: 134-144.

［23］肖潤林，單武雄，方寶華，劉小飛，王久榮.喀斯特峰叢洼地桂牧一號雜交象草對不同追施氮肥水平的響應(yīng).生態(tài)學(xué)雜志，2008，27(5) : 735-739.Xiao R L，Shan W X，F(xiàn)ang B H，Liu X F，Wang J R.Responses of hybrid Napier grass“Guimu-1”to different top dressing rate of fertilizer N in cluster-peak depression of Karst region.Chinese Journal of Ecology，2008，27(5) : 735-739.(in Chinese)

［24］武均，蔡立群，奇鵬，張仁徒，Stephen Y，岳丹，高小龍.不同耕作措施下旱作農(nóng)田土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳和全氮分布特征.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2015，23(3) : 276-284.Wu J，Cai L Q，Qi P，Zhang R T，Stephen Y，Yue D，Gao X L.Distribution characteristics of organic carbon and total nitrogen in dry farmland soil aggregates under different tillage methods in the Loess Plateau of central Gansu Province.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2015，23(3) : 276-284.(in Chinese)

［25］姜學(xué)兵，李運(yùn)生，歐陽竹，侯瑞星，李發(fā)東.免耕對土壤團(tuán)聚體特征以及有機(jī)碳儲量的影響.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2012，20(3) : 270-278.Jiang X B，Li Y S，Ouyang Z，Hou R X，Li F D.Effect of no-tillage on soil aggregate and organic carbon storage.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2012，20(3) : 270-278.(in Chinese)

［26］孫建，劉苗，李立軍，劉景輝，張星杰.免耕與留茬對土壤微生物量C、N及酶活性的影響.生態(tài)學(xué)報，2009，29(10) : 5508-5515.Sun J，Liu M，Li L J，Liu J H，Zhang X J.Influence of non-tillage and stubble on soil microbial biomass and enzyme activities in rain-fed field of Inner Mongolia.Acta Ecologica Sinica，2009，29(10) : 5508-5515.(in Chinese)

［27］張偉，陳洪松，王克林，張繼光，侯婭.種植方式和裸巖率對喀斯特洼地土壤養(yǎng)分空間分異特征的影響.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2007，18(7) : 1459-1463.Zhang W，Chen H S，Wang K L，Zhang J G，Hou Y.Effects of planting pattern and bare rock ratio on spatial distribution of soil nutrients in Karst depression area.Chinese Journal of Applied Ecology，2007，18(7) : 1459-1463.(in Chinese)

［28］Wang W Y，Wang Q J，Wang C Y，Shi H L，Wang G.The effect of land management on carbon and nitrogen status in plants and soils of alpine meadows on the Tibetan Plateau.Land Degradation＆Development，2005，16(5) : 405-415.

［29］Conant R T，Paustian K，Elliott E T.Grassland management and conversion into grassland: Effects on soil carbon.Ecological Applications，2001，11(2) : 343-355.

［30］Huang Y，Sun W J，Zhang W，Yu Y Q.Changes in soil organic carbon of terrestrial ecosystems in China: A mini-review.Science China Life Sciences，2010，53(7) : 766-775.

［31］宋同清，彭晚霞，曾馥平，王克林，劉璐，鹿士楊，杜虎.喀斯特峰叢洼地退耕還林還草的土壤生態(tài)效應(yīng).土壤學(xué)報，2011，48(6) : 1219-1226.Song T Q，Peng W X，Zeng F P，Wang K L，Liu L，Lu S Y，Du H.Soil ecological effects of converting cropland to forest and grassland in depressions between Karst hills.Acta Pedologica Sinica，2011，48(6) : 1219-1226.(in Chinese)

［32］章家恩，劉文高，陳景青，施耀才，蔡燕飛.刈割對牧草地下部根區(qū)土壤養(yǎng)分及土壤酶活性的影響.生態(tài)環(huán)境，2005，14 (3) : 387-391.Zhang J E，Liu W G，Chen J Q，Shi Y C，Cai Y F.Effects of different cutting intensities of Stylosanthes guianensis (Aubl.) SW.on soil nutrients and soil enzyme activities in rhizosphere.Ecology and Environment，2005，14(3) : 387-391.(in Chinese)

［33］Moretto A S，Distel R A.Competitive interactions between palatable and unpalatable grasses native to a temperate semi-arid grassland of Argentina.Plant Ecology，1997，130(2) : 155-161.

［34］閆靖華，張鳳華，譚斌.不同恢復(fù)年限對土壤有機(jī)碳組分及團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響.土壤學(xué)報，2013，50(6) : 1183-1190.Yan J H，Zhang F H，Tan B.Effects of reclamation history of deserted salinized farmlands on organic carbon composition and aggregate stability of the soils.Acta Pedologica Sinica，2013，50(6) : 1183-1190.(in Chinese)

［35］Anderson T H，Domsch K H.Application of eco-physiological quotients(qCO2and qD) on microbial biomasses from soils of different cropping histories.Soil Biology and Biochemistry，1990，22(2) : 251-255.

［36］張成霞，南志標(biāo).土壤微生物生物量的研究進(jìn)展.草業(yè)科學(xué)，2010，27(6) : 50-57.Zhang C X，Nan Z B.Research progress of soil microbial biomass in China.Pratacultural Science，2010，27(6) : 50-57.(in Chinese)

［37］鹿士楊，彭晚霞，宋同清，曾馥平，杜虎，王克林.喀斯特峰叢洼地不同退耕還林還草模式的土壤微生物特性.生態(tài)學(xué)報，2012，32(8) : 2390-2399.Lu S Y，Peng W X，Song T Q，Zeng F P，Du H，Wang K L.Soil microbial properties under different grain-for-green patterns in depressions between Karst hills.Acta Ecologica Sinica，2012，32(8) : 2390-2399.(in Chinese)

［38］邢會琴，肖占文，閆吉智，馬建倉，孟嫣.玉米連作對土壤微生物和土壤主要養(yǎng)分的影響.草業(yè)科學(xué)，2011，28(10) : 1777-1780.Xing H Q，Xiao Z W，Yan J Z，Ma J C，Meng Y.Effects of continuous cropping of maize on soil microbes and main soil nutrients.Pratacultural Science，2011，28(10) : 1777-1780.(in Chinese)

［39］吳永華，鐘芳.利用方式對蘭州南部山區(qū)林草地土壤特性的影響.草業(yè)科學(xué)，2014，31(5) : 803-810.Wu Y H，Zhong F.Effects of utilization types on soil properties of forest-grassland in Lanzhou south region.Pratacultural Science，2014，31(5) : 803-810.(in Chinese)

［40］斯貴才，袁艷麗，王建，王光鵬，雷天柱，張更新.圍封對當(dāng)雄縣高寒草原土壤微生物和酶活性的影響.草業(yè)科學(xué)，2015，32(1) : 1-10.Si G C，Yuan Y L，Wang J，Wang G P，Lei T Z，Zhang G X.Effects of fencing on microbial communities and soil enzyme activities in Damxung alpine grassland.Pratacultural Science，2015，32(1) : 1-10.(in Chinese)

［41］徐麗君，王波，辛?xí)云?紫花苜蓿人工草地土壤養(yǎng)分及土壤微生物特性.草地學(xué)報，2011，19(3) : 406-411.Xu L J，Wang B，Xing X P.Soil nutrient and microbial characteristics associated alfalfa cultivated grassland.Acta Agrestia Sinica，2011，19(3) : 406-411.(in Chinese)

［42］張萌萌，敖紅，張景云，鞠成梅，胡舉偉，李鑫，蔡敦江，孫廣玉.建植年限對紫花苜蓿根際土壤微生物群落功能多樣性的影響.草業(yè)科學(xué)，2014，31(5) : 787-796.Zhang M M，Ao H，Zhang J Y，Ju C M，Hu J W，Li X，Cai D J，Sun G Y.Effects of planting years on functional diversity of carbon-metabolic microbial community in rhizosphere soils of alfalfa.Pratacultural Science，2014，31(5) : 787-796.(in Chinese)

(責(zé)任編輯 王芳)

Soil nutrients properties of differently aged pastures of Pennisetum purpureum cv.Guimu-1 in the Karst region

Hu Pei-lei1，2，3，Zeng Zhao-xia1，2，Wang Ke-lin1，2，Song Xi-juan1，2，Li Sha-sha1，2，3
(1.Key Laboratory of Agro-ecological Processes in Subtropical Region，Institute of Subtropical Agriculture，Chinese Academy of Sciences，Changsha 410125，China; 2.Huanjiang Observation and Research Station for Karst Ecosystem，Chinese Academy of Science，Huanjiang 547100，China; 3.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China)

Human disturbance and management approaches contribute significantly to ecological restoration of Karst region.This study is to determine the effects of different planting years of Guimu-1 (Pennisetum purpureum cv.Guimu-1) on aboveground biomass，soil nutrients，and soil microbial biomass carbon by comparing the three pastures sites［1-year (1-y G)，5-year (5-y G) and 7-year-old (7-y G) Guimu-1 planting years］and corn field (Zea mays，CK) in the Karst region.The results of this study showed that the aboveground biomass of Guimu-1 were significantly different among planting years (P＜0.05) and was in order as 7-y G＜1-y G＜5-y G.The soil nitro-gen (N)，phosphorus (P) and potassium (K) in the soil profiles (0－50 cm) decreased firstly and then increased with the increase of the planting years，indicating that they were the lowest in the 5-y G pasture; The soil organic carbon content in each soil layer (0－50 cm) were the highest in the 7-y G pasture，and it was the lowest in the 5-y G pasture.The soil microbial biomass carbon (MBC) in top soil (0－10 cm) were in the order of 1-y G＜5-y G＜7-y G，and the MBC in 7-y G pasture increased the 32.37% and 19.18% when compared to 1-y G and 5-y G pasture，respectively.Soil organic carbon，total nitrogen，total phosphorus，total potassium at different soil depths and MBC in the top soil were higher in Guimu-1 pastures than those in the corn field with the corresponding soil layers，and soil available nitrogen，available phosphorus and available showed an opposite trend.This study implied that the Guimu-1 pasture enhanced the soil fertility significantly，and the soil carbon sequestration potential was the best in the 7-y G pasture.The implementation of planting grass for raising livestock possibly can be used as an effective restoration and rehabilitation approach in the Karst region.

Karst region; Pennisetum purpureum cv.Guimu-1; soil nutrients; soil organic carbon; soil microbial biomass carbon

Wang Ke-lin E-mail: kelin@ isa.ac.cn

S812.2

A

1001-0629(2016) 1-0001-10*

10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0275

胡培雷，曾昭霞，王克林，宋希娟，李莎莎.喀斯特地區(qū)不同年限桂牧1號象草草地土壤養(yǎng)分特征.草業(yè)科學(xué)，2016，33(1) : 1-10.Hu P L，Zeng Z X，Wang K L，Song X J，Li S S.Soil nutrients properties of differently aged pastures of Pennisetum purpureum cv.Guimu-1 in the Karst region.Pratacultural Science，2016，33(1) :1-10.

2015-05-13 接受日期: 2015-11-03

中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃(STS計(jì)劃)“廣西喀斯特區(qū)生態(tài)服務(wù)提升與民生改善研究示范(KFJ-EW-STS-092)”;國家自然科學(xué)基金(41471445)

胡培雷(1989-)，男，湖南祁東人，在讀博士生，主要研究方向?yàn)榭λ固赝寥鲤B(yǎng)分循環(huán)。E-mail: hupl08@ lzu.edu.cn

王克林(1963-)，男，湖北老河口人，研究員，博導(dǎo)，碩士，主要研究方向?yàn)閰^(qū)域生態(tài)與景觀生態(tài)。E-mail: kelin@ isa.ac.cn