秦麗萍，白文麗，鄭廷杰

(1.甘肅武威市草原工作站，甘肅 武威 733000；2.甘肅武威市工業(yè)發(fā)展研究中心，甘肅 武威 733000)

草地是我國面積最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，總面積近4億公頃，占全國土地總面積的40%，占全球草原面積的12.4%，居世界第一，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)中具有重要的地位和作用[1]。然而，受自然、地理、歷史和人為活動等因素的影響，草地生態(tài)環(huán)境日益惡化，植被蓋度降低，生物多樣性減少，調(diào)節(jié)水資源功能下降，易引發(fā)一系列重大生態(tài)問題，直接威脅到國家生態(tài)安全，草地資源和生態(tài)保護(hù)刻不容緩。

為了保護(hù)和修復(fù)退化草地，2004年開始，國家先后實施了一系列草原生態(tài)綜合保護(hù)建設(shè)工程項目，通過圍欄封育、天然草原補播改良等方式改善草原生態(tài)環(huán)境。其中，圍欄封育以其投資少、見效快的特點，已成為退化草地恢復(fù)的重要措施之一，并被世界各國廣泛采用[2-4]。

土壤是植物生長的基本載體，為植被生長提供各種化學(xué)元素，土壤中碳、氮、磷、鉀的分布與儲量直接影響到草原生態(tài)作用的發(fā)揮。圍欄封育通過人為降低或完全排除家畜對草地生態(tài)系統(tǒng)的擾動，使草地通過自我更新得以恢復(fù)[5]，不僅有利于草地植被的恢復(fù)[6-7]，也有利于草地土壤結(jié)構(gòu)的改善[8]和土壤養(yǎng)分含量的提高[9]。近幾年，國內(nèi)關(guān)于圍欄封育對草地土壤養(yǎng)分改良效果的研究頗多，但尚缺乏對其系統(tǒng)的歸納和深入的分析，本文綜述了近年國內(nèi)圍欄封育對土壤養(yǎng)分改良方面的研究成果，并指出今后的研究方向，以期為促進(jìn)退化草地封育效益合理性研究和指導(dǎo)草地利用提供一定的基礎(chǔ)資料和科學(xué)依據(jù)。

1 圍欄封育對土壤養(yǎng)分的影響

1.1 圍欄封育對有機碳的影響

草地土壤有機碳主要來源于植物、動物、微生物殘體和根系分泌物[10]，是全球碳循環(huán)的重要組成部分，其含量高低是土壤質(zhì)量和健康評價的重要指標(biāo)[11-12]。圍欄封育降低了人為干擾，促進(jìn)植被恢復(fù)和掉落物的積累，減少了土壤風(fēng)蝕，從而有利于土壤有機碳含量的增加[13-14]。近年來，眾多學(xué)者開展了封育后土壤有機碳含量變化的研究，但由于草地土壤質(zhì)地、氣候條件等因素的影響，封育后土壤有機碳含量的變化存在一定差異性。大部分研究表明，與未封育草地相比，封育顯著或極顯著增加了土壤有機碳含量[15-19]，樊華等[20]發(fā)現(xiàn)封育后土壤有機碳含量提高了307.94%。進(jìn)一步對不同深度有機碳含量變化的研究進(jìn)行歸納發(fā)現(xiàn)，由于封育后生物量增大，引起掉落物增加，且主要積累在表層，土壤有機碳含量最高集中在0～30 cm土層，如范燕敏等[21]發(fā)現(xiàn)0～5 cm有機碳含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于5 cm以下，李強[22]和楊合龍[23]發(fā)現(xiàn)0～10 cm有機碳含量最高，分別增加了71.5%和12.6%，于雙等[24]發(fā)現(xiàn)5～20 cm有機碳含量最高，陳智勇等[25]發(fā)現(xiàn)0～30 cm土層有機質(zhì)含量最高，何玉惠等[26]發(fā)現(xiàn)0～30 cm土層有機碳平均含量增加了2.44倍?？赡苡捎谕寥劳嘶謴?fù)演替的復(fù)雜性和本底土壤的差異性，李國旗[27]發(fā)現(xiàn)，封育后土壤表層(0～10 cm)有機碳含量有所提高，但差異不顯著，楊靜[28]也發(fā)現(xiàn)，0～5 cm土層有機碳含量無顯著變化。由于植被枯落物養(yǎng)分先在土壤表層聚集，再隨介質(zhì)向土壤下層遷移擴(kuò)散，隨著土壤深度的增加，有機碳含量大部分呈降低或不變趨勢[29-30]，如孫宗玖等[31]發(fā)現(xiàn)10～30 cm土層有機質(zhì)雖然出現(xiàn)增加的趨勢,但差異不顯著。同時，隨著封育年限的延長，不同地區(qū)、類型草地由于植被類型和氣候條件的差異，土壤有機碳含量變化也不盡相同。相關(guān)研究人員指出，封育5年后天山北坡荒漠草地土壤有機碳含量有降低趨勢[21]，封育5～8年，鹽堿草地土壤有機碳含量隨著封育時間的延長而逐漸增加，封育8年最高[22]，伊犁荒漠草地土壤有機碳含量隨著封育年限的增加總體呈現(xiàn)先降后升趨勢，在封育9年達(dá)到最高[23]，黃土高原草地封育初期土壤有機碳含量先降后升，12年最低，在20年達(dá)到最高，至封育20、30年保持相對平穩(wěn)。

1.2 圍欄封育對氮的影響

草地土壤中的N主要來源于生物固氮，少量來源于大氣沉降、土壤吸附和灌溉水等[10]。在“草一土”系統(tǒng)中，91%～97%的N保留在土壤中，只有3%～9%的N存在于植物物質(zhì)中。在草地封育過程中，研究N含量的變化對指導(dǎo)草地合理利用，保持草地N供給平衡有重要意義。土壤全N的95%來源于有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化，其含量受到有機質(zhì)在土壤中的積累與礦化的影響。與有機碳變化基本一致，大部分研究表明，封育顯著提升了草地土壤全N含量[15-16,18,22,31]，如有研究發(fā)現(xiàn)封育后土壤全N含量增加了230.86%[20]，可能由于植被類型的差異引起對N的固定和利用不同，也有研究者發(fā)現(xiàn)封育對土壤全N含量無顯著影響，甚至有所降低，如楊靜[28]發(fā)現(xiàn)土壤全N含量封育后顯著降低，整體降低8.33%～34.38，張云舒[29]和曹成有[19]發(fā)現(xiàn)封育對土壤全N含量無顯著影響?？赡芘c草原植被根系主要分布在表層有關(guān)，封育促進(jìn)了土壤表層全N含量的提高，李國旗[27]認(rèn)為封育后土壤全N含量在0～10 cm最高，王玉紅[17]認(rèn)為封育對退化草地全N的影響主要體現(xiàn)在0～40 cm土層。封育后土壤全N含量隨土層加深含量顯著下降。封育年限對全N含量的影響與有機碳含量變化基本一致。

土壤堿解氮，又稱速效氮，是反映近期土壤氮素供應(yīng)能力的重要指標(biāo)。其含量和有機質(zhì)的含量及質(zhì)量有關(guān)，有機質(zhì)含量高、熟化程度高，堿解氮含量也越高，反之亦然。大部分研究表明，草地封育顯著提升了土壤堿解氮含量[16,18]，樊華[20]發(fā)現(xiàn)封育后土壤堿解氮含量增加了153.55%，但可能由于受到土壤中本底有機碳及氮含量的影響，范燕敏[21]、曹成有[19]和李以康發(fā)現(xiàn)封育對堿解氮含量無顯著影響。與全N含量變化一致，楊合龍[23]和張云舒[29]發(fā)現(xiàn)土壤表層堿解氮含量最高，也有研究發(fā)現(xiàn)其含量在0～10 cm顯著降低，隨著土層加深呈現(xiàn)直線降低的趨勢。

1.3 圍欄封育對磷和鉀的影響

P和K是土壤肥力和牧草生產(chǎn)不可缺少的營養(yǎng)元素，在健康的系統(tǒng)中，植物和土壤共同保證系統(tǒng)內(nèi)P、K的高效利用與低流失量。土壤全P的40%～60%來源于有機質(zhì)，草地封育后掉落物增加，有機質(zhì)大量沉積，而有機質(zhì)中又含有豐富的P，進(jìn)而引起土壤全P含量的變化。土壤K主要來源于含鉀礦物質(zhì)、施肥和灌溉等，其含量受母質(zhì)中礦物組成、土壤質(zhì)地和土壤的淋溶作用等的影響較大，封育后植被生物量和土壤黏粒含量增加,土壤團(tuán)聚性改善,提高了土壤貯存K的能力,從而影響K含量。封育后土壤P和K含量的變化不一，如有研究發(fā)現(xiàn)封育后土壤全P和全K含量均顯著增加，分別提高了53.05%和84.15%[20]，但也有研究者認(rèn)為封育對土壤全P、K含量影響不大，李永進(jìn)[15]發(fā)現(xiàn)封育后全K含量顯著降低。孫宗玖[31]發(fā)現(xiàn)土壤表層(0～10 cm)全P、K含量均顯著增加，楊靜[28]發(fā)現(xiàn)封育3年全P和全K含量最高，分別增加54.55%～150%和147.62%～212.00%。

速效P和K是指土壤中較容易被植物吸收利用的養(yǎng)分，是評價土壤養(yǎng)分供應(yīng)水平的重要指標(biāo)。速效P受土壤全P含量水平的影響較大，速效K占土壤全K量的0.1%～2%，受地上植被及土壤中的水分、溫度、質(zhì)地等因素的影響。有研究發(fā)現(xiàn)封育后土壤速效P和K含量分別提高了452.2%和143.75%[20]，而宿婷婷[18]認(rèn)為封育顯著降低了土壤全K含量，范燕敏[21]發(fā)現(xiàn)封育對速效K含量無顯著影響。其含量在空間上的分布和時間上的變化也無一定規(guī)律，孫宗玖[31]發(fā)現(xiàn)0～10 cm土層速效P和K含量均顯著增加，而李國旗[27]卻發(fā)現(xiàn)封育后0～10 cm速效P顯著降低，楊合龍[23]發(fā)現(xiàn)速效P和K含量封育6年達(dá)到最高。

2 影響圍欄封育對土壤養(yǎng)分改良效果的因素

2.1 區(qū)域環(huán)境差異

草與土是兩個相互聯(lián)系的系統(tǒng),封育后草地植被特征發(fā)生改變,而不同區(qū)域草地因溫度、水分和蒸發(fā)量等的差異，影響植被生產(chǎn)能力，從而影響土壤養(yǎng)分的改良效果。曾有學(xué)者對退化嚴(yán)重的青藏高原高寒草地和埃塞俄比亞北部草地封育效果進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)封育后土壤有機碳、N含量顯著增加,但Reeder和Schuman卻發(fā)現(xiàn),封育后美國中北部半干旱草地土壤有機碳含量顯著低于放牧區(qū)。因地勢不同引起植被特征和土壤養(yǎng)分沉積的差異，也對封育效果產(chǎn)生一定影響。如王蕙發(fā)現(xiàn)，因上坡比中坡和下坡更容易受到風(fēng)蝕的侵?jǐn)_，而中坡和下坡是接受上坡風(fēng)蝕土壤沉積的主要部位，導(dǎo)致中坡和下坡土壤養(yǎng)分比上坡高，Wolde等的研究也發(fā)現(xiàn)，土壤有機質(zhì)、全N和全P均在下坡達(dá)到最大值。

2.2 草地類型及封育前退化程度

不同類型草地土壤質(zhì)地、氣候、植被條件差異性較大，恢復(fù)時的演替序列、到達(dá)某一演替階段的時間均有所不同，因而也會影響封育對土壤養(yǎng)分的改良效果。國內(nèi)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，溫性草原土壤有機碳恢復(fù)能力較強,而荒漠草原土壤彈性差,有機碳的增長速度較慢[14]，高寒草原草地封育3到5年為最佳，而荒漠草地封育7年才能達(dá)到自然恢復(fù)演替過程中的一個轉(zhuǎn)折[24]，單桂蓮發(fā)現(xiàn)14年是內(nèi)蒙古典型草原較適宜的封育年限，而黃土高原半干旱草地封育達(dá)到17年后，封育年限對土壤養(yǎng)分的影響才逐漸減弱[17]。同時，同種類型草地由于覆被類型不同，導(dǎo)致植被特征和和生物量不同，吸收和固定養(yǎng)分的能力不同，從而對土壤養(yǎng)分改良效果產(chǎn)生很大影響。李景剛發(fā)現(xiàn)大針茅草原封育后土壤的有機碳、全量養(yǎng)分和速效養(yǎng)分含量均有所增加，而羊草草原圍欄后土壤有機質(zhì)和全N含量略有所降低。此外，封育前退化程度不同,草地恢復(fù)速度也不同，進(jìn)而影響封育效益，如馬玉壽認(rèn)為輕度退化草地一般2～3年可恢復(fù)到退化前狀態(tài)，而中度退化草地需要8年時間，對于重度退化草地，要想盡快恢復(fù)植被和土壤，還需采取補播、施肥等措施。

2.3 圍欄封育年限

圍欄封育有利于草地土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分的恢復(fù),適度圍封既有利于植被的恢復(fù),又有利于土壤養(yǎng)分的改良，但過長時間的封育會導(dǎo)致植被結(jié)構(gòu)的退化，草地生產(chǎn)力的下降，進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分的改良效果。Wei和高陽指出，封育雖然可顯著提高黃土高原半干旱區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)碳密度，但過長時間封育會阻礙草地的更新和固碳潛力的發(fā)展，合理利用才能促進(jìn)草地生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展。成湘對伊犁絹蒿荒漠草地進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，封育年限過長，草地生產(chǎn)力下降，封育8年后進(jìn)行合理利用,有利于保持群落多樣性并維持較高生物量。呼格吉勒圖也表示，封育時間過長，不利于維持草地較高的生產(chǎn)力。敖伊敏等人研究證實，封育14年植被與土壤之間達(dá)到了連續(xù)循環(huán)狀態(tài)，繼續(xù)延長封育年限，各項指標(biāo)開始下降，蘇建紅也證實長時間圍封會降低土壤磷含量。

2.4 圍欄封育方式

圍欄封育可分為全封、半封和輪封，封育方式不同，退化草地植被和土壤恢復(fù)到同樣效果的封育年限也有差別。一般而言，半封和輪封恢復(fù)速度慢，封禁時間要較全封長，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，重度退化草地采用全封后，8年左右植被生產(chǎn)力可基本接近原生群落，采用季節(jié)性封育12年左右才可達(dá)到較好的恢復(fù)效果。但可能由于原生植被不同引起封育效果的差異化，祁明祥對高寒草甸類小嵩草～雜類草草地采用全封和半封兩種封育措施發(fā)現(xiàn)，半封抑制了毒雜草的生長，從經(jīng)濟(jì)角度而言，半封育優(yōu)于全封育。

3 展望

近幾年關(guān)于圍欄封育對土壤養(yǎng)分改良的研究有大量報道,但多為封育內(nèi)外兩個處理間的對比分析,而不同區(qū)域、類型、退化程度的草地封育后土壤養(yǎng)分改良效果存在較大的差異性,在研究中應(yīng)考慮多重因素的影響，加大研究深度。盡管圍欄封育對退化草地治理與恢復(fù)有重要作用，但草地封育不應(yīng)是無限期的，應(yīng)結(jié)合地上植被恢復(fù)狀況與和土壤養(yǎng)分改良效果，進(jìn)一步探明退化草原恢復(fù)效果達(dá)到平衡狀態(tài)的時間點，指導(dǎo)草地進(jìn)行適度利用，促進(jìn)草原生態(tài)系統(tǒng)良性發(fā)展。因此，考慮多重因素的影響，采取合理的恢復(fù)措施、構(gòu)建科學(xué)的封育效果評價體系、確定合理的封育效果評價指標(biāo)，明確不同地區(qū)、類型、退化程度草地的最佳封育年限并指導(dǎo)草地合理利用是今后研究的方向。