丁莉君，衛(wèi)智軍*，張 爽，劉 佳，呂世杰

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019)

內(nèi)蒙古荒漠草原是草原帶向荒漠帶過渡的植被亞帶，放牧是荒漠草原最主要的利用方式之一，但其生態(tài)脆弱的特征使得土壤和植被對放牧家畜的干擾極其敏感〔1〕。最近幾年，隨著人類對草地的劇烈干擾，物質(zhì)和能量越來越多的從草地中被帶走，而家畜的量只增不減，使得出現(xiàn)草地超載放牧的現(xiàn)象。草地荒漠化和土地沙化現(xiàn)象逐步發(fā)生，生態(tài)環(huán)境受到了嚴(yán)重的破壞。草地退化嚴(yán)重，土地表層嚴(yán)重裸露，硬度增加，出現(xiàn)沙化，質(zhì)地粗化，土壤通透性降低，植物養(yǎng)分物質(zhì)減少，草地退化的核心問題是土壤退化〔2〕。植物生長發(fā)育所需要的水分、能量、營養(yǎng)物質(zhì)大部分是土壤提供的，土壤是植被生長發(fā)育不可或缺的基質(zhì)，而植物養(yǎng)分能夠很好的反映植物的生長狀態(tài)和內(nèi)在特征。

土壤養(yǎng)分是荒漠草原土壤退化的重要指標(biāo)。劉雙圓〔3〕對不同放牧類型下土壤碳氮磷化學(xué)計量特征研究表明放牧導(dǎo)致土壤(0-10cm)有機碳和全氮含量的降低，重度放牧下養(yǎng)分資源匱乏，草地出現(xiàn)退化跡象。范春梅〔4〕等以草地和檸條(CaraganaKorshinskii)林地為研究對象，分析了在土壤表層(1～10cm)的理化性質(zhì)在不同放牧畜種和強度下的影響，結(jié)果表明土壤全磷隨著放牧強度的增加而降低。范國艷〔5〕等研究了內(nèi)蒙古貝加爾針茅草原響應(yīng)，結(jié)果顯示隨著載畜率的增加，土壤全磷含量降低。而Smoliak等〔6〕報道，重度放牧草地全磷和速效磷變化不大。董曉玉等〔7〕的放牧與圍封對植物碳氮磷貯量的研究表明，放牧降低了植物的C含量。白永飛〔8〕等以降雨梯度區(qū)的草地為研究對象，研究了放牧干擾下草地C、N、P化學(xué)計量學(xué)的變化，研究表明放牧降低了植被的C/N，增加了N含量。

本研究以短花針茅荒漠草原為對象，設(shè)置6個季節(jié)放牧調(diào)控試驗處理，研究不同放牧強度的季節(jié)調(diào)控下植物群落C、N、P、C∶N∶P和土壤養(yǎng)分的變化規(guī)律，揭示植物-土壤對放牧強度季節(jié)調(diào)控下的適應(yīng)策略；旨在通過系統(tǒng)的研究草地植被、土壤養(yǎng)分對放牧強度季節(jié)調(diào)控的響應(yīng)，為確定荒漠草原合理的放牧強度、放牧方式提供理論依據(jù)，為草原的恢復(fù)提供有效的參考。

1 試驗區(qū)概括、設(shè)計和研究方法

1.1 試驗區(qū)概括

試驗區(qū)位于錫林郭勒盟蘇尼特右旗賽朱日和鎮(zhèn)(東經(jīng)112°47′17″，北緯42°16′26″)。該試驗區(qū)地形平坦，土壤質(zhì)地為淡栗鈣土，腐殖質(zhì)層厚4～8cm;鈣積層明顯分布在10～35cm土層中。屬于溫帶大陸性氣候，年均氣溫5.5℃，年均降水量177.2mm，降雨集中在7、8月。群落植被稀疏，草層低矮，以短花針茅(Stipabreviflora)為建群種，優(yōu)勢種為無芒隱子草(Cleistogenessongorica)、銀灰旋花(Convolvulusammannii)和堿韭(Alliumpolyrhizum)。

1.2 試驗設(shè)計

放牧試驗于2010年開始，與每年的5月至10月期間各處理區(qū)進行強度不同的放牧。本試驗設(shè)有6各處理，分別是全年零放牧(CK)、春季休牧+夏季重牧+秋季適牧(SA1)、春季休牧+夏季適牧+秋季重牧(SA2)、全年重牧(SA3)、春夏季重牧+秋季適牧(SA4)和全年適牧(SA5)，每個處理重復(fù)3次，共18個放牧試驗小區(qū)(表1)，每個試驗小區(qū)面積為2.60hm2，試驗地總面積46.80hm2。零放牧、適度放牧和重度放牧分別放羊0只、5和8個羊單位，載畜率分別為0羊/(hm2·a)、0.96羊/(hm2·a)和1.54羊/(hm2·a)。

表1 試驗設(shè)計方案

1.3 試驗方法

土壤樣品取于2017年8月中下旬，分別在各處理區(qū)隨機取0～10cm、10～20cm、20～30cm和30～40cm深度的土樣。重復(fù)3次，均勻混合后編號封袋，帶回實驗室。在自然條件下風(fēng)干，去根系和石塊并對采集的土壤樣品進行養(yǎng)分分析。

群落樣品于8月采集，隨機在各處理區(qū)中選取5個1×1m樣方，齊地面刈割，帶回室內(nèi)風(fēng)干后粉碎，測定植被的全C、全N和全P。

養(yǎng)分測定指標(biāo)方法分別如下：土壤速效磷：碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗顯色-分光光度法；土壤全磷：氫氧化鈉熔融-鉬銻抗顯色-分光光度法；土壤速效鉀：醋酸銨浸提—火焰光度吸收法；土壤全鉀：氫氧化鈉熔融-火焰光度計測定。植物全碳、全氮：元素分析法；植物全磷：鉬酸銨比色法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用EXCEL軟件對2017年所有試驗數(shù)據(jù)進行初步整理，再利用The SAS System for windows 9.0軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析(Two-way ANOVA)。

2 結(jié)果分析

2.1 放牧季節(jié)調(diào)控對土壤養(yǎng)分的影響

2.1.1 放牧季節(jié)調(diào)控下土壤全磷、速效磷含量的變化

不同放牧條件不同土層全磷含量變化結(jié)果見表2。0-10cm、10-20cm、30-40cm土層的全磷含量在不同放牧處理間無明顯差異。20-30cm土層，CK處理的全磷含量最高，顯著高于SA3處理小區(qū)?？傮w來看，各土層CK、SA5的含量普遍較高。

表2 不同放牧條件下不同土層全P含量的變化

注：相同指標(biāo)同列不同字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同

不同放牧條件各土層速效磷含量變化結(jié)果分析如表3。0-10cm、10-20cm、20-30cm、30-40cm土層間速效磷含量在CK、SA4處理小區(qū)較高于其他處理，但總體各處理間無顯著差異,說明速效磷含量變化受放牧的沒有顯著影響。

表3 不同放牧條件下不同土層速效磷含量的變化

2.1.2 放牧季節(jié)調(diào)控下土壤全鉀、速效鉀含量的變化

不同放牧條件各土層全鉀含量變化結(jié)果見表4。0-10cm、10-20cm、30-40cm土層全鉀含量各處理間差異不顯著(P<0.05)。在SA3(全年重牧)處理下隨著土層深度的增加，全鉀含量在逐層降低，這可能是重牧下家畜的采食和踐踏，使含量輸出量增大，地上部分歸還量減少，引起深度土層的養(yǎng)分向上轉(zhuǎn)移。

表4 不同放牧條件不同土層全鉀含量的變化

不同放牧條件各土層速效鉀含量變化結(jié)果見表5。各土層間各放牧處理區(qū)速效鉀含量變化差異均不顯著(p<0.05),但SA1到SA5處理區(qū)的速效鉀含量總體高于CK處理區(qū)，說明放牧對速效鉀有一定的影響。0-10cm土層的速效鉀含量整體高于其他土層，隨著放牧強度的增加，呈現(xiàn)先增后減的變化。在其他土層(除0-10cm)速效鉀含量隨放牧壓力的增大而增加。

表5 不同放牧條件下不同土層速效鉀含量的變化

2.1.3 放牧季節(jié)調(diào)控下土壤有機碳含量的變化

不同放牧條件各土層有機碳含量變化結(jié)果見表6。不同土層放牧處理區(qū)的有機碳含量均高于CK處理區(qū)，各土層中SA4處理的碳含量均較其他處理高。由此說明，放牧在一定程度上對有機碳含量變化有作用。0-10cm土層有機碳含量呈現(xiàn)CK

表6 不同放牧條件下不同土層有機碳含量的變化

2.1.4 放牧季節(jié)調(diào)控下土壤全氮含量的變化

不同放牧條件下不同土層全N含量的變化見表7。除了30-40cm土層外，其他土層CK處理區(qū)的全氮含量均低于其他處理區(qū)，且SA3、SA4處理間表現(xiàn)較高，說明放牧對土壤全氮含量有一定的影響。在0-10cm土層全氮含量表現(xiàn)為CK

表7 不同放牧條件下不同土層全N含量的變化

2.2 放牧季節(jié)調(diào)控下植物群落碳氮磷的變化

SA3處理區(qū)的植物群落全氮含量高于其他處理區(qū)，與SA1、SA2、SA5處理區(qū)差異性顯著。群落全氮含量在SA2處理區(qū)表現(xiàn)最低，在SA3、SA4表現(xiàn)較高。群落全磷含量在不同處理間有顯著差異(p<0.05)，CK處理區(qū)的含量顯著高于其他處理區(qū)。而群落碳含量隨著放牧強度的增大逐漸降低，CK處理區(qū)與SA3處理區(qū)差異顯著，與其他處理區(qū)無顯著差異(p<0.05)。C/N在SA2處理區(qū)數(shù)值最高，在SA3處理區(qū)數(shù)值最低。C/P在CK處理區(qū)數(shù)值最低，均小于其他處理區(qū)，在SA5處理區(qū)數(shù)值最高。N/P在個處理區(qū)均小于14，CK處理區(qū)數(shù)值均高于其他處理區(qū)，在SA5處理區(qū)數(shù)值最低。

圖1 不同放牧條件群落C∶N∶P的變化

3 討論

3.1 放牧季節(jié)調(diào)控對土壤養(yǎng)分的影響

土壤養(yǎng)分是組成土壤肥力的重要因素之一，其中C、N和P是最重要的3種元素，在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用〔9〕。而放牧對土壤養(yǎng)分的影響過程較為復(fù)雜，與放牧強度、頻度、方式、時間以及草地本身的土壤特性等有關(guān)〔10〕，導(dǎo)致放牧對土壤養(yǎng)分含量影響的研究結(jié)果不同。一些研究顯示放牧降低速效磷的含量。因為隨著放牧壓力的增大，家畜頻繁的采食和踐踏造成磷元素營養(yǎng)的輸出的增加，而歸還量降低,導(dǎo)致了土壤磷素平衡失調(diào),因此,重度放牧的土壤速效磷含量顯著低于同土層其他處理區(qū)〔11〕。而安慧〔12〕的荒漠草原土壤性狀對放牧干擾的響應(yīng)的研究表明全磷和速效磷量呈下降趨勢隨放牧強度的增加。還有研究發(fā)現(xiàn)不同放牧強度對土壤全磷和速效磷含量的變化沒有顯著的影響〔13〕。本研究顯示全年零放牧和全年適度放牧的全磷含量較高，土層間無一致的變化規(guī)律。總體來看，放牧對全磷和速效磷的影響不大。全年零放牧的全鉀含量在10-20cm、20-30cm的土層低于其他放牧處理。在全年重牧區(qū)隨著土層深度的增加全鉀含量降低。這可能是重牧下家畜的采食和踐踏，使含量輸出量增大，地上部分歸還量減少，引起深度土層的養(yǎng)分向上轉(zhuǎn)移。隨著放牧強度的增加速效鉀含量增加。而隨著土層深度的增加，速效鉀含量呈減少的趨勢。這與牛鈺杰〔14〕的研究結(jié)果一致。春季重牧+夏季重牧+秋季適牧放牧方式下有機質(zhì)含量最高，各放牧處理區(qū)下均高于全年零放牧，表明放牧有效增加C含量。一些研究也證明了這一結(jié)果〔15-17〕。家畜數(shù)量的增多，使得地上枯落物的積累減少，家畜的踐踏造成枯落物分解，充分進入土壤中。土壤全氮含量在全年零放牧下含量最低，放牧?xí)行岣叩?，且在表層土中氮含量高于其他土層。有關(guān)研究表明隨著放牧強度增加，土壤養(yǎng)分不同程度下降〔18〕。與本研究結(jié)果不一致，家畜的增加導(dǎo)致排泄物的增加，土壤N的增加主要受家畜糞尿(N主以尿的形式排出)的影響。

3.2 放牧季節(jié)調(diào)控對群落C、N、P的影響

本研究結(jié)果顯示：全年重牧下群落N含量最高，與SA1(春季休牧+夏季重牧+秋季適牧)、SA2(春季休牧+夏季適牧+秋季重牧)和SA5(全年適牧)差異顯著?？赡苡捎诩倚蟮牟墒澈哇`踏，消除衰老部位，促進了牧草的生長，促進氮向幼嫩部位的重新分配，加速養(yǎng)分吸收，提高群落的氮含量。這與仲延凱等〔19〕對內(nèi)蒙古典型草原,割草促使草地植物氮等營養(yǎng)元素含量增加的結(jié)果類似。全年重牧下C/N比值最小。有觀點認(rèn)為放牧后N含量增加，使得殘體的C/N降低〔20,21〕，這也本試驗結(jié)果相同。全年休牧的情況下群落碳、磷含量最高，且對放牧的響應(yīng)是顯著的。群落碳含量隨著放牧強度的增加而降低，董曉玉等〔7〕的放牧與圍封對植物碳氮磷貯量的研究也得到此結(jié)果。

4 結(jié)論

4.1 放牧強度季節(jié)調(diào)控對土壤全磷、速效磷含量無顯著影響；

4.2 放牧增加了速效鉀、有機碳和全氮的含量；隨著土壤深度的增加速效鉀含量呈降低趨勢。

4.3 放牧強度季節(jié)調(diào)控對群落全磷有顯著的影響，放牧降低了群落C、P的含量；短花針茅荒漠草原植被的生長受N元素的限制。