李永進(jìn)，代微然，楊春勐，任 健，畢玉芬

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)系，云南 昆明 650201； 2.云南省草原監(jiān)督管理站，云南 昆明 650224)

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封育和添加牛糞對退化亞高山草甸土壤恢復(fù)的影響

李永進(jìn)1，2，代微然1，楊春勐1，任 健1，畢玉芬1

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)系，云南 昆明 650201； 2.云南省草原監(jiān)督管理站，云南 昆明 650224)

為了解封育和添加牛糞措施對退化草地土壤恢復(fù)的影響，本研究以滇西北部亞高山草甸為研究對象，進(jìn)行了延續(xù)4年的試驗(yàn)。結(jié)果表明，封育、添加牛糞均顯著提高了退化亞高山草甸土壤有機(jī)質(zhì)含量(P<0.05)，且封育下有機(jī)質(zhì)含量高于添加牛糞處理；二者對土壤容重、含水量均無顯著影響(P>0.05)。封育、添加牛糞對土壤氮磷鉀含量的作用有所不同，封育顯著提高了0-10 cm土層中全氮、全磷、速效鉀的含量(P<0.05)，降低了全鉀的含量(P<0.05)；牛糞處理則顯著降低了0-10 cm土壤全氮和速效磷的含量(P<0.05)，對全磷、速效鉀的含量沒有明顯影響(P>0.05)。封育和添加牛糞措施之間存在互作效應(yīng)， 共同作用時(shí)對0-10 cm的全氮、全磷、速效磷的影響最大，對0-30 cm土壤的有機(jī)質(zhì)含量則存在累積效應(yīng)。另外，全氮、全磷、全鉀、速效磷、速效鉀在土壤中的分布以0-10 cm為主，在0-30 cm土層中從上往下呈遞減趨勢。可見，封育和添加牛糞均改善了土壤的養(yǎng)分狀況，有利于退化亞高山草甸土壤的恢復(fù)。

草地退化；全氮；全磷；全鉀；有機(jī)質(zhì)

在滇西北部海拔2 800-4 500 m處廣泛分布著亞高山草甸[1]，它不僅是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，而且是當(dāng)?shù)夭刈迦嗣癜l(fā)展畜牧業(yè)的重要基礎(chǔ)[2]，在云南草地畜牧業(yè)中占據(jù)著重要地位。長期以來，當(dāng)?shù)夭刈迦嗣窳?xí)慣在每年的4-9月將牲畜驅(qū)趕到海拔3 800-4 100 m的高山牧場放牧，10月以后逐漸將牲畜趕回村寨附近的冬季牧場(海拔3 100-3 400 m)，通過輪牧模式避免草地的過度使用[3]。然而，近年來隨著社會和經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的迅速變遷，當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的半農(nóng)半牧生計(jì)方式發(fā)生了許多改變，輪牧活動減弱，越來越多的牲畜集中在村寨附近放養(yǎng)，使得附近草地嚴(yán)重退化。研究表明，草地退化會帶來一系列的問題，如土壤養(yǎng)分嚴(yán)重流失，改變了植物種內(nèi)和種間對土壤養(yǎng)分的競爭模式，從而影響植物群落物種組成及群落動態(tài)，最終導(dǎo)致草地生產(chǎn)力下降[4]。為了恢復(fù)退化草地，人們引入了封育、施肥及栽培牧草[5]等改良措施。實(shí)踐表明，封育提高了草地生物量和土壤有機(jī)質(zhì)、全氮 、全磷、速效氮等養(yǎng)分含量[6-7]。另外，氮肥、三元復(fù)合肥可以提高草地的生物量，抑制雜草的生長[8-9]，但在遼闊的草地上，實(shí)現(xiàn)大面積的施肥有一定的局限性。相反，草地上大量散落的家畜糞，尤其是牛糞卻沒有得到應(yīng)有的重視，而牛糞含有豐富的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素[10]，其中60%以上的氮、40%～80%的磷可以返還草地[11]?？梢?，利用牛糞中的養(yǎng)分恢復(fù)草地生產(chǎn)力是一個(gè)好的舉措，遺憾的是，長期以來，在滇西北地區(qū)草地上的牛糞被農(nóng)戶搜集起來施于農(nóng)作物。盡管目前國內(nèi)外就施肥、圍欄封育對草地的影響開展了一定的研究，但關(guān)于添加牛糞和圍欄封育對于亞高山草甸的影響還鮮見報(bào)道。為此，本研究以滇西北的退化亞高山草甸為研究對象，探討封育和添加牛糞對土壤恢復(fù)的影響及二者的作用特點(diǎn)，以期為退化草原的恢復(fù)和重建及藏區(qū)草地畜牧業(yè)的發(fā)展提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)域自然概況

試驗(yàn)區(qū)域位于云南省迪慶州香格里拉縣小中甸鎮(zhèn)和平村(27°20′-27°43′ N，99°36′-99°59′ E，海拔3 220 m)，年平均氣溫5.8 °C，年平均降水量879.8 mm，無霜期120 d，是半農(nóng)半牧的高寒壩區(qū)，地勢北高南低，周圍群山環(huán)繞，屬高原寒溫濕潤性氣候，草地類型為禾草-雜類草。實(shí)地調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，放牧區(qū)域的植物種類稀少，裸地可見，土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，水土流失較嚴(yán)重，固定半固定沙丘大部分被破壞，沙斑、細(xì)溝侵蝕普遍發(fā)生；畜蹄踐踏痕跡明顯，草地上的優(yōu)良牧草采食過度，狼毒(Stellerachamaejasme)、西南鳶尾(Irisbulleyana)等大量出現(xiàn)，草地處于明顯退化階段。

1.2試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)包括4個(gè)處理，即無圍欄無牛糞處理(自由放牧下?lián)熳吲＜S，CK)，無圍欄有牛糞的處理(簡稱牛糞，D)，封育但無牛糞處理(簡稱封育，F(xiàn))，封育且添加牛糞(封育+牛糞，F(xiàn)D)處理，其中無圍欄無牛糞處理作為對照，每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)重復(fù)面積為10 m×10 m。在樣地上，利用圍欄封育，封育期間家畜不能入內(nèi)，不進(jìn)行人工割草，圍欄外農(nóng)戶照常放牧。試驗(yàn)采用風(fēng)干牛糞，施用量為0.05 kg·m-2，模擬天然草地上牛糞自然散落情況，試驗(yàn)期間每年施牛糞一次。2009年春季開始進(jìn)行試驗(yàn)，2012年8月進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測定。

1.3測定方法

1.3.1樣品采集采集土樣時(shí)，在每個(gè)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)用土壤取樣器按五點(diǎn)取樣法分別在0-10、10-20、20-30 cm分層土樣，裝入密封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室將植物根系和石塊去除，其中一部分自然風(fēng)干，然后過0.25 mm篩，供營養(yǎng)成分分析，取樣時(shí)每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.3.2土壤理化性質(zhì)的測定利用環(huán)刀法測定土壤容重，烘干稱重法測定含水量，且用于測定土壤含水量的土壤是0-30 cm混合土樣。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效磷、速效鉀含量的測定方法參考鮑士旦[12]：有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測定；全氮采用半微量開式法測定；全磷采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法測定；全鉀采用NaOH熔融法-火焰光度法測定；速效磷采用0.05 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬鐵抗比色法測定；速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法測定。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用SPSS for Windows 13.0對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素和雙因素的方差分析，其中單因素分析利用S-N-K多重比較法分析各處理之間的差異，雙因素分析用于比較封育與牛糞的主效應(yīng)及二者之間的交互作用。另外，利用SigmaPlot 11.0作圖。

2　結(jié)果與分析

2.1牛糞化學(xué)成分分析

對試驗(yàn)地的牛糞進(jìn)行隨機(jī)取樣，樣品帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后測定相關(guān)養(yǎng)分，其中全氮含量為7.25 g·kg-1，全磷為0.62 g·kg-1，全鉀為0.87 g·kg-1，速效磷為2.34 mg·kg-1，速效鉀為1.19 mg·kg-1。

2.2封育、添加牛糞對土壤容重和含水量的影響

封育和添加牛糞各處理下，0-10、10-20和20-30 cm土壤的容重及0-30 cm土壤的含水量均差異不顯著(P>0.05)(圖1)，說明封育和牛糞處理對土壤容重和含水量無明顯影響。

2.3封育、添加牛糞對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.3.1土壤有機(jī)質(zhì)封育和牛糞均顯著影響了土壤有機(jī)質(zhì)含量(P<0.05)，且二者之間存在累積效應(yīng)(圖2)。封育且添加牛糞處理中土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其它處理，對照中有機(jī)質(zhì)含量最低。

圖1　封育、添加牛糞對土壤容重和含水量的影響

注：CK，無圍欄無牛糞處理；D，無圍欄有牛糞的處理；F，封育但無牛糞處理；FD，封育且添加牛糞。不同小寫字母表示同一土層不同處理樣地間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: CK, control treatment without fencing and dung addition; D, dung addition treatment without fence; F, fencing treatment without dung addition; FD, fencing & dung addition treatment. Different lower case letters indicate significant difference among different treatments within the same soil layer at 0.05 level. The same as below.

圖2　封育、添加牛糞對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

2.3.2全氮、全磷、全鉀全氮、全磷、全鉀在土壤剖面中的分布均表現(xiàn)為0-10>10-20>20-30 cm，即0-10 cm土壤中的含量最高，并隨著土壤深度的增加含量不斷減少(圖3)。封育和添加牛糞對土壤全氮、全磷、全鉀含量的影響有所不同。方差分析表明(表1)，封育對0-10 cm土層全氮、0-30 cm土層全磷、0-10和20-30 cm土層全鉀有極顯著影響(P<0.01)，封育和牛糞互作對0-10 cm土層全氮和全鉀有顯著影響(P<0.05)。封育顯著提高了0-10 cm土層全氮、全磷含量(P<0.05)，顯著降低了0-10 cm土層全鉀含量(P<0.05)；相比于對照，添加牛糞除了顯著(P<0.05)降低0-10 cm土層全氮含量、20-30 cm土層全磷含量外，對0-30 cm土層的全氮、全磷、全鉀均無顯著影響(P>0.05)；在0-10 cm土壤中，封育+牛糞處理中全氮的含量顯著高于對照(P<0.05)；在10-20和20-30 cm土壤中，由于封育和添加牛糞之間的累積作用，進(jìn)一步提高了全磷的含量。

圖3　封育、添加牛糞對0-30 cm土壤全氮、全磷、全鉀含量的影響

2.4土壤速效磷、速效鉀

從速效磷、速效鉀在0-10、10-20和20-30 cm土層中的分布來看，二者主要分布在表層(0-10 cm)土壤中(圖4)。方差分析表明(表1)，牛糞對10-30 cm速效磷有顯著影響(P<0.05)，封育對0-30 cm速效磷和速效鉀均有極顯著影響(P<0.01)，牛糞和封育互作對0-30 cm速效磷和20-30 cm速效鉀有極顯著影響(P<0.01)。

各土層中，牛糞、封育和封育+牛糞處理的速效磷含量均顯著低于對照(P<0.05)，牛糞、封育+牛糞處理下0-10 cm速效磷的含量顯著高于封育處理的(P<0.05)(圖4)。

表1　封育、牛糞對不同深度土壤全磷、全氮、全鉀、速效磷及速效鉀含量影響的雙因素分析結(jié)果

注：表中數(shù)據(jù)為P值。

Note: Data in Table 1 are P values.

圖4　封育、添加牛糞對0-30 cm土壤速效磷、速效鉀含量的影響

與不封育的草地相比，封育后土壤速效鉀的含量顯著增高(P<0.05)。與對照相比，牛糞處理對0-30 cm速效鉀的含量無顯著影響(P>0.05)。在20-30 cm土壤中，封育和牛糞之間存在明顯的互作效應(yīng)(P<0.05)。

3　討論與結(jié)論

封育和施肥是草地退化治理中常用的措施，本研究發(fā)現(xiàn)，封育和添加牛糞對退化草地土壤的恢復(fù)既有相同之處，也有不同的地方。就土壤含水量而言，前人發(fā)現(xiàn)，退化典型草原封育6 年后，表層土壤的含水量增加[13]，而本研究中土壤含水量的變化并不明顯，這可能與草地類型、當(dāng)?shù)亟邓坑嘘P(guān)。本研究所處的滇西北地區(qū)，當(dāng)?shù)啬昶骄邓繛?79.8 mm，且集中在雨季，這可能是導(dǎo)致土壤含水量變化不明顯的原因。有機(jī)質(zhì)是土壤重要的組成部分，是肥力的基礎(chǔ)。本研究中，封育與牛糞均顯著提高了有機(jī)質(zhì)的含量，這與前人的報(bào)道相一致[14-15]。據(jù)孫衛(wèi)國等[16]研究，封育后，沒有牲畜的直接踐踏，草地植物增加，使得土壤中的根系增多，直接改變了土壤的透氣透水性；凋落物進(jìn)入土壤后，又改變土壤質(zhì)地。因而，有機(jī)質(zhì)增加有利于改善土壤肥力狀況。另外，有機(jī)質(zhì)分解后會形成大量的有機(jī)酸、酚類物質(zhì)和無機(jī)酸，這些物質(zhì)能加速難溶性磷和鉀轉(zhuǎn)化為速效磷和速效鉀，從而改變速效磷、速效鉀含量[17]。本研究中，有機(jī)質(zhì)含量與0-10 cm全氮(Pearson相關(guān)系數(shù)r=0.924,P<0.001)及3個(gè)土層的全磷含量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(0-10,10-20,20-30 cm的相關(guān)系數(shù)r分別為0.907，0.921，0.720，P<0.001)，進(jìn)一步驗(yàn)證了上述結(jié)論。

封育下速效磷的含量低于自由放牧草地，分析認(rèn)為，封育下植物生長得到了恢復(fù)，加大了速效磷的吸收利用，使其含量降低，當(dāng)然這有待于通過更長時(shí)間的封育試驗(yàn)來驗(yàn)證。與封育相比，牛糞主要影響土壤鉀的含量，這與鉀容易從牛糞中淋溶出來有關(guān)。不過，牛糞樣品中全氮、全磷、全鉀、速效磷、速效鉀的含量與添加牛糞處理中土壤全氮、全磷、全鉀、速效磷、速效鉀并不完全呈線性關(guān)系，這是因?yàn)榕＜S養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化受多種因素的影響，牛糞自身的分解速度通常能夠決定土壤養(yǎng)分的作用時(shí)間。當(dāng)牛糞分解速度和破碎化緩慢時(shí)，養(yǎng)分被束縛在牛糞中，使得氮素喪失和養(yǎng)分周轉(zhuǎn)率降低，從而有利于植物對養(yǎng)分的吸收和利用[18]?；谂＜S有利于改善土壤肥力狀況，在滇西北半農(nóng)半牧區(qū)農(nóng)戶從草地上拾撿牛糞施于農(nóng)作物的習(xí)慣有必要改變，否則大量的家畜糞便被移出草地生態(tài)系統(tǒng)以后，將不利于生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量循環(huán)。當(dāng)然，牛糞滯留在草地上也有不利之處，例如牛糞沉積初期對草地植物具窒息效應(yīng)，待牛糞逐漸分解為細(xì)碎顆粒后，不利的方面才會降低[19]。在試驗(yàn)區(qū)域養(yǎng)殖的主要是黃牛及少量犏牛、牦牛，產(chǎn)生的牛糞養(yǎng)分也有所不同，牛糞對草地恢復(fù)的影響還需要進(jìn)一步研究。

總之，封育與添加牛糞措施可以通過增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量及二者的互作效應(yīng)，改善土壤中全氮、速效磷等養(yǎng)分狀況，加速退化滇西北亞高山草甸的恢復(fù)。

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(責(zé)任編輯武艷培)

Effects of fencing and cattle dung addition on soil rehabilitation of degraded sub-alpine meadow

Li Yong-jin1,2, Dai Wei-ran1, Yang Chun-meng1, Ren Jian1, Bi Yu-fen1

(1.Department of Grassland Sciences, Yunnan Agriculture University, Kuming 650201, China;2.Grassland Monitor and Management Station, Kunming 65022, China)

The degraded sub-alpine meadow in northwest Yunnan province was studied to explore the effects of fencing and cattle dung on soil rehabilitation. The four years experiment results showed that both fencing and cattle dung addition can significantly increase soil organic matter content (P<0.05) while did not affect soil bulk density and water content. Fencing and cattle dung addition had different effects on nitrogen (N), phosphorous (P) and potassium (K). Fencing significantly increased (P<0.05) total N, total P and available K contents in 0-10 cm soil but significantly reduced (P<0.05) total K content. However, cattle dung addition significantly increased (P<0.05) total N and available P contents in 0-10 cm soil while only had little effects on total P and available K contents. In addition, there was significant interaction between fencing and cattle dung, therefore, treatments with fencing and cattle dung addition significantly affected the contents of total N, total P and available P in 0-10 cm soil. Treatments with fencing and cattle dung addition had cumulative effects on the organic matter in 0-30 cm soil. On the other hand, total N, total P, total K, and available P as well as available K concentrated in 0-10 cm soil and their content decreased with the increase of the depth in 0-30 cm soil. In conclusion, both fencing and cattle dung addition improved the soil nutrient and were benefical to rehabilitation of the degraded sub-alpine meadow.

grassland degradation; total nitrogen; total phosphorus; total potassium; organic matter

Ren JianE-mail:renjian172@126.com

10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0549

2015-10-10接受日期：2016-04-01

自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31260167)；“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目子課題(2011BAD17B02)

李永進(jìn)(1985-)，女，云南麻栗坡人，碩士，主要從事牧草及草坪草種質(zhì)資源的研究。E-mail:yongjin119@126.com

任健(1971-)，男，四川彭山人，副教授，博士，主要從事草地生態(tài)學(xué)的研究。E-mail:renjian172@126.com

S812.2

A

1001-0629(2016)8-1486-06

李永進(jìn),代微然,楊春勐,任健,畢玉芬.封育和添加牛糞對退化亞高山草甸土壤恢復(fù)的影響.草業(yè)科學(xué),2016,33(8)：1486-1491.

Li Y J,Dai W R,Yang C M,Ren J,Bi Y F.Effects of fencing and cattle dung addition on soil rehabilitation of degraded sub-alpine meadow.Pratacultural Science，2016,33(8)：1486-1491.