宋希娟，王克林，劉淑娟，曾朝霞，尋 瑞?

（1.銅仁學院經濟與管理學院，貴州 銅仁 554300；2.中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所，湖南 長沙 410125）

桂西北喀斯特區(qū)人工草地生物量及土壤有機碳研究

宋希娟1,?2，王克林2，劉淑娟2，曾朝霞2，尋 瑞2

（1.銅仁學院經濟與管理學院，貴州 銅仁 554300；2.中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所，湖南 長沙 410125）

研究分析了桂西北喀斯特地區(qū)7 a生桂牧一號草地(7MC)、5 a生桂牧一號草地(5MC)、1 a生桂牧一號草地(1MC)與傳統的玉米地(YM)在生物量、土壤有機碳(SOC)、土壤微生物量碳(MBC)及土壤輕組碳(LOC)的差異，結果表明：單位面積干物質產量最高為5MC，4塊樣地年固碳量最高為YM（7.42 t/hm2）；4塊樣地間每年遷出氮素量差異不顯著，在磷素的遷出中，YM地最高11.48 kg/hm2，植物鉀素的儲量表現出7MC高于其他樣地且差異顯著；不同種植年限牧草地下生物量為5MC最高MC樣地最低，二者差異顯著；7MC樣地有機碳含量最高，另外隨著牧草種植年限增長，土壤有機碳呈現先降低后升高的趨勢，而土壤微生物量碳和輕組碳也為7MC樣地最高，牧草免耕的種植模式有益于土壤SOC，MBC，LOC的增加。

喀斯特；人工草地；土壤有機碳；廣西

喀斯特地區(qū)面臨著加劇的石漠化問題，在人類活動（施肥、土地利用變化、耕作等）和社會經濟壓力的作用下，該地區(qū)水土流失嚴重、基巖裸露加劇，生態(tài)環(huán)境嚴酷且極其脆弱[1-4]，加之長期不合理的土地利用方式及人口激增的壓力，當地人民為了滿足生活能源的需求量而亂砍濫伐，破壞植被，導致水土流失、土壤肥力下降，生態(tài)環(huán)境惡化。巖溶地區(qū)水熱資源充足，生物資源豐富，其耦合生產潛力較北方草地大的多[5-7]，重要性不容忽視，其多與大中城市毗鄰，交通便利，且山地農業(yè)生態(tài)系統分異，有利于不同農業(yè)子系統的形成，適于農業(yè)系統耦合，而耦合系統是提高農業(yè)生產水平的有效途徑。因此，任繼周等[8]提出了西南巖溶山地系統耦合生態(tài)經濟帶的對策。目前，針對中國西南喀斯特地區(qū)人工草地種植，對土壤養(yǎng)分性質以及其他生態(tài)過程的影響研究還很少。研究選取桂西北喀斯特峰叢洼地不同種植年限的人工草地，對生物量及對土壤碳特征進行研究，力求為該地區(qū)石漠化防治和生態(tài)環(huán)境的恢復與重建提供依據。

1　研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于廣西環(huán)江毛南族自治縣下南鄉(xiāng)古周村（107°56′48″～107°57′28.5″E， 24°54′42.6″～24°55′17.8″N），為典型喀斯特峰叢洼地景觀，屬亞熱帶季風氣候區(qū)，年平均氣溫16.5～20.5℃，年平均降雨量為1 389.1 mm，雨季平均持續(xù)130～140 d，主要集中在4～9月，尤以6月中旬～7月中旬為最，常出現澇災；10月～次年3月為旱季，又常受到干旱威脅。研究區(qū)海拔起伏較大，最低點海拔376 m，最高點海拔816 m。土地總面積186.7 hm2，其中耕地17.3 hm2。研究區(qū)土壤主要為碳酸鹽巖發(fā)育的石灰土，土質較粘重，土被分布極不均勻，基巖廣泛出露，特別是坡地平均裸巖率達80%以上，植被退化較為嚴重，森林覆蓋率僅為13%。研究區(qū)農業(yè)以旱作耕地為主，有較長的耕作歷史，種植作物有玉米、牧草和黃豆等，主要分布在洼地。坡腳主要為退耕地，種植木豆和板栗，木豆和板栗種植時間約為3～4 a，其中板栗尚未成林。耕地的耕作管理以農戶為基本單位，每年11月底普遍對玉米地和黃豆地進行翻耕，肥料主要施用農家肥、草木灰、人糞尿和尿素等，此外還施用少量鈣鎂磷、過磷酸鈣或氯化鉀等化肥，施用量因農戶而異。牧草地施肥情況與玉米地相似，但一般不施用草木灰和人糞尿[9]。

2　研究方法

2.1樣地的選取與樣品的采取

2012年于環(huán)江縣古周村選取3塊分別種植7、5和1 a的桂牧一號草地為實驗樣地，并以農耕地（以玉米、黃豆種植為主）為對照選取4塊樣地。各樣地基本情況如表1所示。全年進行3次刈割（2012年份較為干旱，刈割次數減少），每次刈割時在樣地內以2 m×2 m內測定地上生物量，并取部分生物量樣品帶回實驗室分析，并在每個樣地布置10 m×10 m的樣方在樣方內用土鉆“S”分層取10個點的土樣混合裝入聚乙烯塑料袋中作為1個樣品混合，每種類型做3個重復。土樣采好后，帶回實驗室自然風干，過篩，待測。牧草樣地每次刈割之后施用農家肥和化肥。

2.2樣品處理與分析

樣品中的有機碳（SOC）、土壤輕組碳（LOC）、微生物量碳（MBC）、植物氮、植物磷和植物鉀含量測定方法分別為重鉻酸鉀-外加熱法、碘化鈉浸提法、氯仿熏蒸法、半微量凱式法、硫酸雙氧水消煮-鉬銻抗比色法和硫酸雙氧水消煮-火焰光度計法。

表1　樣地基本概況

2.3數據處理與分析

本文數據采用Office2003 Excel及SPSS 13.0進行統計分析。

3　結果與討論

3.1不同種植年限桂牧一號草地生物量特征及養(yǎng)分

由表2可以看出，單位面積干物質產量YM最高，而7MC最低且與5MC和MC（P＜0.05）差異顯著，這表明桂牧一號的單位面積產量隨著種植年限的增加有減少的趨勢。植物碳儲量是指植物的固碳量，YM地的固碳能力顯著高于其他牧草樣地為每年7.42 t/hm2，差異顯著（P＜0.05）而牧草樣地中，5MC固碳能力最強為3.73 t/hm2，MC最低2.59 t/hm2，3個不同種植年限的牧草樣地間固碳量無顯著差異。

每年牧草地上生物量與玉米地上生物量均全部移出土壤—植被系統，即土壤向作物提供單向的養(yǎng)分供給，而植物對土壤沒有養(yǎng)分回饋，植物所吸收的養(yǎng)分全部被遷移出，進入動物—植物養(yǎng)分系統。由表2可以看出4塊樣地間每年遷出氮素量差異不顯著，為7MC最高127.04 kg/hm2，5MC次之112.02 kg/hm2，MC最低90.9 kg/hm2。在磷素的遷出中，YM地最高11.48 kg/hm2，與牧草樣地間差異極顯著（P＜0.01）。7MC的植物磷儲量顯著高于5MC（1.66 kg/hm2）與MC（1.51 kg/hm2）且差異顯著（P＜0.05）。植物鉀素的儲量表現出7MC高于其他樣地且差異顯著，YM地其次也呈現顯著差異，而5MC與MC之間則差異不顯著。

3.2地下生物量及養(yǎng)分庫

在地下生物量的研究中由于YM樣地作為農耕地，每年地下根系部分全部被移出土壤，作為對比研究的意義不大，因此在探討地下生物量部分不涉及YM樣地。根系不僅從土壤中吸收養(yǎng)分供給植物，同時腐爛的根系以及須根回饋于土壤，是土壤養(yǎng)分的一個重要來源。由表3可以看出不同種植年限牧草地下生物量5MC最高，MC樣地最低，二者差異顯著（P＜0.05），這說明桂牧一號牧草隨著種植年限的增加，分蘗減慢，根系的更新速度降低。不同種植年限桂牧一號草地地下生物量氮素與鉀素分布特征一致，均為5MC最高，MC最低，且各樣地間差異極顯著（P＜0.01）。

表2　不同種植年限人工草地地上生物量及植物養(yǎng)分儲量

表3　不同種植年限人工草地地下生物量及植物養(yǎng)分儲量

3.3土壤SOC、MBC及LOC

由圖1可見，玉米地的土壤有機碳含量三次刈割采樣均低于所有牧草地，7 a生牧草地的土壤有機碳含量三次刈割采樣均高于其他樣地。另外，隨著牧草種植年限的增長，土壤中的有機碳含量呈現先降低后升高的趨勢。1 a生牧草地的土壤有機碳含量隨著刈割的進行先增加后減少。

圖1　不同種植年限人工草地土壤有機碳含量

由圖2可見，土壤微生物量碳存在與土壤有機碳類似的趨勢。玉米地的土壤微生物量碳三次刈割采樣均低于所有牧草地，7 a生牧草地的土壤微生物量碳三次刈割采樣均高于其他樣地。另外，隨著牧草種植年限的增長，土壤中的土壤微生物量碳含量呈現升高的趨勢。

圖2　不同種植年限人工草地土壤微生物碳含量

由圖3可見，玉米地的土壤輕組碳三次刈割采樣均低于所有牧草地，7 a生牧草地的土壤輕組碳三次刈割采樣均高于其他樣地。隨著牧草種植年限的增長，土壤中輕組碳含量呈現逐步升高的趨勢。

圖3　不同種植年限人工草地土壤微生物碳含量

4　結論與討論

（1）牧草單位面積干物質產量最高值為5 a生牧草樣地，這說明桂牧一號牧草在生長到5～6 a時分蘗能力下降，后產量降低，這與陳金龍的研究結果一致[10]。在年固碳量上，YM樣地顯著高于其牧草樣地，這是由于YM樣地為耕作條件較為良好的農耕地，洼地地勢平坦，裸巖率低。

（2）地下根系生物量做為土壤養(yǎng)分的一個重要來源，在研究中表現出5MC最高，而MC最低，這也同樣驗證了桂牧一號牧草隨著生長年限增加，地下根系生長減緩生物量降低，這與楊雅婷的研究結果相一致[11]。

（3）7MC樣地有機碳含量最高，另外隨著牧草種植年限增長，土壤有機碳呈現先降低后升高的趨勢，而土壤微生物量碳和輕組碳也為7MC樣地最高，這說明桂牧一號作為免耕多年生牧草，它的種植有益于土壤碳養(yǎng)分的增加[12-13]。YM樣地作為農耕地，每年的翻耕，種植等耕作方式使作物根系被移出土壤，使得土壤碳的主要來源損失，導致YM地土壤碳含量較低[14-15]。

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（責任編輯：肖彥資）

Biomass?and?Soil?Organic?Carbon?of?Artificial?Grassland?in?Karst?Area?of?Northwest?Guangxi

SONG Xi-juan1,2，WANG Ke-lin2，LIU Shu-juan2，ZENG Zhao-xia2，XUN Rui2
（1.Tongren Collage, Tongren 554300, PRC; 2.Key Laboratory of Subtropical Agriculture Ecology, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, PRC）

Seven years planting-life artificial grassland (7MC), Five years planting-life artificial grassland (5MC) , one year plantinglife artificial grassland (1MC) and corn field (YM)) were selected to research their aboveground, underground biomass, soil organic carbon(SOC), microbial biomass carbon(MBC) and light organic carbon (LOC) in karst region at Northwest of Guangxi province.The results showed that the highest dry matter yield per unit area was 5MC, and the highest amount of solid carbon was YM (7.42 t/hm2) in the 4 plots; there was no significant difference in amount of emigration nitrogen from 4 plots, in amount of emigration phosphorus, the highest in YM was 11.48 kg/hm2, the reserve of potassium in plants showed 7MC higher than other samples and the difference was significant; their underground biomass 5MC was the highest and the MC was the lowest, that difference was significant; 7MC sample organic carbon content was the highest, in addition, with the increase of planting age, soil organic carbon showed the trend of decreasing first and then increasing, and the soil microbial biomass carbon and light carbon was also the highest 7MC sample, the cultivation mode of no tillage was beneficial to increasing of soil SOC, MBC and LOC.

Karst; artificial grassland; soil organic carbon; Guangxi

S812.8

A

1006-060X（2016）11-0042-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.011.013

2016-09-26

銅仁學院博士科研啟動基金項目（trxyDH1603）；西南喀斯特生態(tài)系統服務功能維持機理與調控技術研究（KZCX2-XB3-10）

宋希娟（1982-），女，甘肅蘭州市人，講師，研究方向為農業(yè)生態(tài)。

王克林