馬 禮，梁利紅, 白 潔

(首都師范大學 資源環(huán)境與旅游學院，北京 100048)

農牧交錯帶在防風固沙、涵養(yǎng)水源、防治水土流失方面具有特殊的生態(tài)地位,然而，由于長期在農牧交錯帶大面積盲目開墾草原種植農作物，使其生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞[1-4].自2000年開始，中國實施了大規(guī)模的退耕還林草、禁牧休牧、基本農田建設等生態(tài)建設工程，通過實地調查發(fā)現，林地、牧草地面積大幅增加，牧草地蓋度和高度有所提高，大風日數明顯減少，土地沙化面積減少，沙化程度減輕，生態(tài)環(huán)境的惡化得到了初步遏制.0～20 cm的淺層土壤是作物、牧草及灌木吸收土壤養(yǎng)分最重要的土壤層，亦稱耕層，研究其土壤養(yǎng)分動態(tài)變化具有重要的科學意義及應用價值.近10多年，已有多位學者研究內蒙古中部農牧交錯帶退耕還草還灌、人工種草對土壤養(yǎng)分的影響，為當地生態(tài)恢復重建提供科學參考依據[5-9].但關于內蒙古高原中部農牧交錯帶生態(tài)建設對農用地面積占比較大的主要類型農用地的土壤養(yǎng)分影響，尚缺乏多年動態(tài)變化研究.對于生態(tài)系統(tǒng)最重要基礎的土壤，檢測其養(yǎng)分動態(tài)變化，具有重要的理論意義和實踐價值[10].本文中，筆者通過研究2000年以來生態(tài)建設初(2000年)、生態(tài)建設后(2008,2013年)不同土地利用類型地塊0～20 cm淺層土壤養(yǎng)分含量動態(tài)變化情況，分析生態(tài)建設對不同土地利用類型地塊淺層土壤中有機質、全氮、速效氮、速效磷、速效鉀等養(yǎng)分的影響，進一步探討農牧交錯帶土地利用變化對土壤養(yǎng)分含量的影響，為當地合理利用土地資源提供科學參考依據.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域自然概況

研究區(qū)域為內蒙古自治區(qū)烏蘭察布市化德縣，位于內蒙古高原東南緣，毗鄰內蒙古商都縣、鑲黃旗、正鑲白旗和河北省康?？h，地處半干旱典型草原栗鈣土地帶，為典型的農牧交錯區(qū)域.該縣位于41 °37 ′～42 °17 ′N，113 °32 ′～114 °48 ′ E(見圖1)，總面積2 568 km2，平均海拔高度1 500 m左右.該區(qū)域氣候具有熱量不足、干旱少雨、無霜期短、多風沙等特點，屬于中溫帶半干旱大陸性季風氣候.近30 a年均≥10 ℃積溫2 090 ℃，無霜期105 d左右；多年平均年降水量約315 mm；多年平均最大可能蒸發(fā)量為2 080 mm，是年降水量的6.7倍；年均風速4.8 m/s，年平均大風日數約30 d，多發(fā)生于冬春兩季[11].由于近百余年人口的劇增、毀草種田、濫墾濫牧及濫樵采，草原退化和土地沙化嚴重，生態(tài)環(huán)境日益惡化.21世紀以來，國家實施了大規(guī)模的生態(tài)建設工程，生態(tài)環(huán)境有了明顯改善，但尚未達到根本好轉，恢復重建難度大.

圖1 化德縣地理位置示意圖Fig.1 Geographical Location Map of Huade County

研究區(qū)域土地資源豐富，人均占有土地1.57 hm2.土地利用率高達99 %，墾殖率高達28 %，農用地面積占總土地面積的93 %.耕地土壤有機質平均含量較低，為14.3 g/kg，表明當地土地質量較差，宜農適宜性偏低，適宜耐寒耐旱牧草、灌木生長.

1.2 土壤采樣地域的選定

土壤采樣地位于化德縣東部七號鎮(zhèn)七號村，為典型的波狀高原地域，自然條件嚴酷，多年平均降雨量約300 mm，屬半干旱偏干氣候.地處伏沙帶，土壤中物理性沙粒多在70 %以上.當地農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)由農田、牧草地、林地、居民及畜群5個子系統(tǒng)組合而成，農牧業(yè)粗放經營、廣種薄收成為延續(xù)多年的旱作農業(yè)經營模式[12-13].

1.3 研究方法

在典型地段選取農田水澆地、旱灘地(旱作平坦耕地)、旱坡地(旱作坡耕地)、天然草地、檸條林地以及圍欄草地等當地主要的6種不同農業(yè)土地利用類型地塊[4].水澆地是淺層地下水較好的灘地(平地)，在耕地面積中的占比不足10 %，是重點建設的穩(wěn)產高產田，以種植馬鈴薯為主，輪作倒茬作物有青玉米、向日葵等，采用滴灌方式灌溉；旱灘地是基本農田的主體，約占耕地面積的70 %，主要輪作馬鈴薯、飼料作物青燕麥和青玉米、油料作物胡蔴和油菜；旱坡地是土地退化較輕的坡耕地，約占耕地面積的20 %，坡度約10 °左右，主要輪作耐瘠薄耐干旱作物胡蔴、油菜、馬鈴薯、莜麥；天然草地為退化程度相對較輕的牧草地；圍欄草地為退化程度相對較重的牧草地；檸條林地由土地退化較重的旱坡地退耕還灌木檸條而成.分別于2000年5月(春耕施肥后)、2008年4月底與2013年4月底(均為春耕施肥前)在上述各類地塊指定的同一位置定點淺層0～20 cm采土樣，牧草地和檸條林地由3～5個隨機分布的子樣混合均勻而成，耕地地塊取10個子樣，每個樣品1 kg.按照農業(yè)部測定土壤養(yǎng)分的技術要求，在化驗室測定有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀5種土壤養(yǎng)分含量，然后分別對不同土地利用類型地塊土壤養(yǎng)分年際變化進行動態(tài)對比分析.

土壤養(yǎng)分的測定方法：有機質采用油浴加熱重鉻酸鉀容量法；全氮采用半微量凱式瓶蒸餾法；堿解氮采用1 mol/L氫氧化鈉堿解擴散法(康衛(wèi)皿法)；速效磷采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法[4].

2 結果與分析

2.1 有機質含量年際變化對比分析

由表1可知，不同土地利用類型地塊淺層土壤有機質含量為8.33～19.77 g/kg，3個年份平均值為13.17 g/kg.不同土地利用類型地塊淺層土壤有機質含量均呈波動變化.2013年旱灘地和天然草地土壤有機質含量有顯著差異;2013年旱灘地土壤淺層有機質含量與2000,2008年相比明顯下降；2013年天然草地有機質含量與2000,2008年相比明顯上升；其他土地利用類型地塊有機質含量變化水平不顯著.

表1 不同土地利用類型地塊淺層土壤有機質含量年際變化

2000年水澆地有機質含量較高，是由于2000年5月采樣時該類地塊已施有機肥，2008,2013年采樣時均未施肥，故可用2008年與2013年數據進行對比.2013年水澆地有機質含量略高于2008年，因當地水澆地面積占比較小，為質量較高的耕地，且每隔3 a施一次足量的優(yōu)質農家肥(以羊糞為主，60 t/hm2)，因此有機質含量相對穩(wěn)定且略有增加.

旱灘地約每隔2～3 a施一次農家肥(圈肥)，每年施有機復合肥75 kg/hm2.經過10多年生態(tài)建設，土壤風蝕明顯減輕.由于連年耕作利用強度大，而有機肥投入又嚴重不足，導致土壤有機質含量呈下降態(tài)勢.

旱坡地因長期土壤風蝕而瘠薄，多種植耐瘠薄作物莜麥和油料作物，極少施農家肥，每年僅施少量有機復合肥(75 kg/hm2)，每隔2～3 a休耕壓青，此方法可以使旱坡地休養(yǎng)生息、維持土壤養(yǎng)分，故有機質含量隨休耕壓青時植被生物量多少呈波動變化.

天然草地退化程度相對較輕，植被蓋度約40 %.自2000年采取禁牧、休牧措施以來，有機質含量明顯增加.經過10多年的禁牧、休牧，牧草地蓋度、牧草高度及生物量、生物多樣性均增加，草地較多的枯枝落葉轉化為有機質，與牧草發(fā)達的根系和土壤微生物共同作用，較好地促進土壤理化性質的改善，有機質含量增加[4].牧草地質量提高，減少了土壤風蝕，有利于土壤有機質的保存.

檸條林地為沙化坡耕地退耕還灌而得，在檸條帶之間的雜類草地進行采樣.檸條帶寬3 m，帶間距2.5 m.可能是因為帶間距偏小，種植密度大，而檸條經過10多年生長已高達80 cm左右，有機質含量已不能滿足檸條生長的需要，因此有機質含量呈波動變化且有下降的趨勢，研究認為，當地檸條帶間距應以6 m為宜[12].

圍欄草地是中重度退化、沙化草地，植被蓋度約30 %，生態(tài)退化嚴重，雖經10多年圍欄封育，土壤有機質含量仍變化不大，可見土壤生態(tài)恢復需要較長時間.

綜上所述，耕地有機質含量的決定性因素是施有機肥，其次是耕地利用方式；而天然草地有機質含量提高得益于禁牧休牧、退牧還草，主要依靠自然修復.

2.2 全氮含量與堿解氮含量年際變化對比分析

全氮主要來自土壤有機質.由表2可知，不同土地利用類型地塊淺層土壤全氮含量為0.50～1.30 g/kg，3個年份平均值為0.83 g/kg.不同類型地塊全氮含量動態(tài)變化與其有機質含量動態(tài)變化大致相近.旱灘地與天然草地全氮含量組間差異顯著：自2000年以來，因旱灘地土壤有機質含量下降，使得旱灘地全氮含量呈下降態(tài)勢；因禁牧、休牧，草地土壤有機質明顯增加,致使天然草地全氮含量有所增加.土壤全氮含量在水澆地、旱坡地、檸條林地和圍欄草地組間雖存在差異，但尚未達到顯著性水平.

表2 不同土地利用類型地塊全氮、堿解氮含量年際變化Tab.2 The Interannual Variability of Shallow Soil Total Nitrogen and Available Nitrogen Among Different Land Use Types

堿解氮是速效氮，來自全氮轉化，故其含量變化趨勢與全氮近似.堿解氮含量為27.60～89.33 mg/kg，3個年份平均值為50.10 mg/kg.旱灘地、天然草地與檸條林地堿解氮含量組間差異顯著.旱灘地堿解氮含量減少原因與其全氮含量減少原因相同;天然草地堿解氮含量增加原因與其全氮含量增加原因相同;檸條林地堿解氮減少主要是由于檸條帶間距小、種植過密所致，隨著檸條的生長，堿解氮消耗過多.

2.3 速效磷與速效鉀含量年際變化對比分析

由表3可知，速效磷含量為1.96～21.93 mg/kg，不同類型地塊差距較大，水澆地、旱坡地、天然草地和圍欄草地組間差異顯著.因為水澆地施有機肥較多，且每年施磷肥，故2013年水澆地速效磷含量高于2008年.亦有研究表明，磷在土壤中以沉淀為主，磷的利用率在作物當年一般不超過20 %，因此土壤磷含量主要受施肥活動的影響[14].土壤速效磷含量與土壤有機質和有機肥施用水平呈正相關[9]，而旱灘地因連年耕作，用地強度大，且有機肥施用嚴重不足，又不施磷肥，致使其土壤速效磷含量呈減少態(tài)勢.旱坡地極少施農家肥，且不施磷肥，每年僅施有限的有機復合肥，約75 kg/hm2，每隔2～3 a休耕壓青，故其速效磷含量呈波動變化.天然草地土壤速效磷含量呈增加態(tài)勢，因其植被有所恢復而使土壤有機質明顯增加，多年生牧草能較好地提高土壤速效磷的含量[7，9].檸條林地土壤速效磷呈波動變化，因當地年降水變率大，檸條林地灌草植被狀況隨年降水量情況而呈波動變化，故檸條林地速效磷含量可能隨檸條林地植被生物量轉化為有機質以及其根系吸收土壤中磷的狀況而呈波動變化.圍欄草地經過10多年的圍欄封育，其生態(tài)有所恢復，因其土壤退化較重，故土壤速效磷含量可能隨上年牧草轉化有機質的狀況而呈波動變化.

表3 不同土地利用類型地塊速效磷、速效鉀含量年際變化Tab.3 The Interannual Variability of Shallow Soil Available Phosphorus and Available Potassium Among Different Land Use Types

速效鉀含量為53.33～335.8 3 mg/kg，不同地塊速效鉀含量差距較大，水澆地、旱坡地、天然草地組間差異顯著.2000年采樣時耕地已施有機肥，2008,2013年采樣時未施肥.水澆地每隔3 a施一次優(yōu)質農家肥(羊糞,約60 t/hm2)，且隔年種植喜鉀作物馬鈴薯，導致速效鉀含量呈波動變化；旱灘地每隔2～3 a輪作喜鉀作物馬鈴薯，施農家肥(圈肥,37.5 t/hm2)，輪作其他作物時不施農家肥，每年施有機復合肥(75 kg/hm2)，施有機肥嚴重不足，故其速效鉀含量呈減少態(tài)勢；旱坡地因每隔2～3 a休耕壓青，雜類草壓青后可能提高土壤速效鉀含量[7-9]，故其速效鉀含量呈波動有所增加；天然草地土壤速效鉀含量增加，因天然牧草地禁牧、休牧后植被恢復較好，多年生牧草可富集土壤中的速效鉀，故多年生牧草能較好地提高土壤速效鉀含量[7-9]；檸條林地和圍欄草地土壤速效鉀含量呈波動變化，可能是這2種地塊土地沙化較重，且檸條林地種植密度偏大，土壤養(yǎng)分恢復較慢.

3 結 論

研究區(qū)生態(tài)建設10多年后不同土地利用類型地塊淺層土壤養(yǎng)分的變化表明：水澆地因定期施用較多的優(yōu)質有機肥和磷肥，其有機質、全氮、速效氮含量均有小幅變化，但未達到顯著性水平，速效磷含量呈上升態(tài)勢，因隔年種植喜鉀作物馬鈴薯，速效鉀含量呈波動變化，土壤養(yǎng)分含量基本穩(wěn)定；旱灘地因施有機肥嚴重不足，且不施磷肥，又連年耕作利用強度大，其有機質、全氮、速效氮和速效磷含量呈下降態(tài)勢；旱坡地定期休耕壓青，維持土壤養(yǎng)分，其土壤養(yǎng)分含量呈波動變化；天然草地通過禁牧、休牧等措施，植被有所恢復，其有機質、全氮、速效氮、速效磷、速效鉀含量均有所增加；檸條林地、圍欄草地因土地退化較重，生態(tài)恢復緩慢，其土壤養(yǎng)分含量呈波動變化，組間差異不顯著.

4 討 論

為恢復、提高當地土壤養(yǎng)分含量，筆者提出如下建議.

1) 耕地應增施農家有機肥，配合施用復合有機肥，控制使用化肥，實施秸稈還田和測土施肥，重點發(fā)展有機旱作農業(yè)，推廣保護性耕作制度[15].水澆地應科學施肥，使土壤養(yǎng)分平衡.旱灘地是基本農田的主體，目前連年耕作，利用強度大，施用有機肥不足而消耗養(yǎng)分大，應通過增施有機肥、實行草田輪作(種植苜蓿、草木樨等優(yōu)質豆科牧草)、免耕、定期休耕等有機旱作農業(yè)措施提高土壤養(yǎng)分含量.旱坡地應進行梯田等高種植，采取草田輪作，種植綠肥壓青，有機肥與化肥結合施用，提高土壤養(yǎng)分.退化嚴重的坡耕地和大于10 °以上的坡耕地應退耕還草灌.

2) 保護好天然草地，以自然恢復為主.采取補播多年生優(yōu)良牧草等措施改良天然草原，使其逐步恢復，視恢復程度進行科學輪牧休牧，以草定畜，嚴禁超載過牧.圍欄草地應繼續(xù)采取圍封禁牧措施，防止破壞圍封設施，使其休養(yǎng)生息.通過以上生態(tài)恢復重建措施，逐步提高牧草地土壤養(yǎng)分.

3) 提高以檸條為主的灌木林地經營管理水平，適時修整.鑒于當地氣候干旱，檸條灌木種植不宜過密.根據研究可知，當地檸條帶間距以6 m為宜，防止因種植密度過大而消耗較多的水分和土壤養(yǎng)分[16].

4) 建設好農田、草場防護林體系(防護林建設見文獻[17])，防風固土，防治土壤風蝕，保護農田、草場.