冬季放牧場(chǎng)與夏季放牧場(chǎng)草地土壤理化性質(zhì)分析

李 娜 李春利 韓國(guó)棟

摘要對(duì)內(nèi)蒙古荒漠草原區(qū)短花針茅草原冬季放牧場(chǎng)與夏季放牧場(chǎng)土壤理化性質(zhì)的研究表明:在夏季放牧場(chǎng)上,隨著牧壓的增強(qiáng),土壤容重(0~5cm)和表面硬度增大,孔隙度減小;土壤含水量、全氮、全磷、速效磷和有機(jī)質(zhì)含量降低,而速效鉀含量增加;在冬季放牧場(chǎng)上,除了硬度和容重反常外,其他各項(xiàng)指標(biāo)都處于夏季放牧場(chǎng)的420m樣地和0m樣地之間。

關(guān)鍵詞牧壓;土壤理化性質(zhì);內(nèi)蒙古荒漠草原區(qū)

中圖分類(lèi)號(hào)S812.97;S151.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2009)08-0178-02

植被是干旱半干旱地區(qū)土壤的“綠色保護(hù)膜”,土壤的發(fā)生發(fā)育和肥力的提高很大程度上取決于生物因子,尤其是植被的狀況。在草原生態(tài)系統(tǒng)中,“土-草-畜”是相互聯(lián)系不可分離的矛盾統(tǒng)一體。隨著畜牧業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,牲畜頭數(shù)逐年增多,草地家畜放牧壓力逐漸加大,致使草地出現(xiàn)不同程度的退化。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)草地退化的研究多以植被的變化及其狀況為依據(jù),并作為評(píng)價(jià)草地退化的標(biāo)準(zhǔn),但缺少草地退化與土壤性質(zhì)相關(guān)關(guān)系的研究。本研究通過(guò)對(duì)家庭牧場(chǎng)冬季放牧場(chǎng)與夏季放牧場(chǎng)草地土壤理化性質(zhì)的測(cè)定,旨在了解和掌握不同季節(jié)放牧對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響,為草地退化評(píng)價(jià)提供土壤方面的數(shù)量指標(biāo)。

1試驗(yàn)區(qū)的自然條件

1.1試驗(yàn)地的自然概況

試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布盟四子王旗王府五隊(duì),地處北緯41°46′35″,東經(jīng)112°01′50″,海拔1 450m。屬于典型的大陸性氣候,春季干旱多風(fēng),夏季炎熱,≥10℃的年積溫為2 200~2500℃,年均降雨量280mm,濕潤(rùn)度0.15~0.30,降雨量主要集中在5~8月,月平均溫度最高為6~8月,無(wú)霜期175d。土壤為淡栗鈣土。

1.2試驗(yàn)草地類(lèi)型

草地類(lèi)型為短花針茅+冷蒿+無(wú)芒隱子草荒漠草原,建群種為短花針茅(Stipabreviflora Griseb.),優(yōu)勢(shì)種為冷蒿(Ar-temisia frigid Willd.)、無(wú)芒隱子草(Cleistogenes songorica Ohwi.)。主要伴生種有銀灰旋花(Convolvulus ammannii Desr.)、阿爾泰狗娃花(Hetropappus altaicus(Willd.)Novepokr.)、櫛葉蒿(Ar-temisia pectinata Pall.)、木地膚(Kochia prostrata(L.)Schrad.),草地出現(xiàn)了一定程度的退化。

2研究方法

2.1樣地的選擇

試驗(yàn)區(qū)位于居民點(diǎn)附近,為了研究短花針茅草原土壤和植被動(dòng)態(tài),對(duì)放牧場(chǎng)進(jìn)行定期觀測(cè)取樣,采取限定隨機(jī)取樣法(胡自治,1998)。放牧場(chǎng)地形開(kāi)闊平坦,通過(guò)實(shí)地調(diào)查,同時(shí)詢(xún)問(wèn)當(dāng)?shù)啬撩?確認(rèn)家畜放牧路線,選定牧壓梯度,以牧戶(hù)端為牧壓最強(qiáng)地段,向牧場(chǎng)遠(yuǎn)處牧壓逐漸減弱(楊利民等,1999;李永宏等,1993),沿家畜放牧路線由近及遠(yuǎn)設(shè)置樣地。在樣地內(nèi)隨機(jī)設(shè)置3條樣線,作為試驗(yàn)重復(fù)。每條樣線在不同的放牧壓梯度上分別設(shè)置3個(gè)圍籠,梯度是利用7月末3條樣線上植被來(lái)劃分的,即在3條樣線上間隔相等距離(20m)測(cè)量植被的密度、蓋度、重量,算出重要值。重要值=(相對(duì)密度+相對(duì)蓋度+相對(duì)重量)/3。利用SAS中的逐步聚類(lèi)分析(FASTCLUS)將樣地明顯的分為2個(gè)梯度,即0~420m為放牧較嚴(yán)重地段(稱(chēng)其為0m樣地),植被主要以短花針茅為建群種,以冷蒿為優(yōu)勢(shì)種,以阿爾泰狗娃花、櫛葉蒿、木地膚為主要伴生種。>420m為放牧較輕地段(稱(chēng)其為420m樣地),植被主要以短花針茅為建群種、無(wú)芒隱子草為優(yōu)勢(shì)種,阿氏旋花為主要伴生種。冬季放牧地(WG)位于居民點(diǎn)的南面。樣地選擇及規(guī)劃見(jiàn)圖1。

2.2測(cè)定方法

試驗(yàn)開(kāi)始后,6~9月每月在處理草地上利用土鉆取樣,在每個(gè)梯度中的每條樣線的每個(gè)籠子附近分別取樣,取樣深度為0~10cm、10~20cm、20~30cm、30~40cm,烘干法(110℃烘8h)測(cè)定土壤含水量;用環(huán)刀法(V=100cm)測(cè)定土壤表層(0~5cm)容重;用TR-III硬度計(jì)測(cè)表面硬度。

7月末8月初分別在冬季放牧場(chǎng)(WG)和夏季放牧場(chǎng)(0m樣地、420m樣地)上用土鉆按0~10cm、10~20cm 2層取樣,在冬季放牧場(chǎng)上隨機(jī)取樣,在0m樣地、420m樣地上在每條樣線每個(gè)籠子附近分別取樣,然后混合帶回試驗(yàn)室風(fēng)干后(過(guò)0.15mm篩子)用作土壤養(yǎng)分分析。

土壤全氮用凱氏定氮法;土壤全磷用NaOH熔融鉬銻抗比色法;土壤速效磷用0.5mol/L NaHCO3浸提鉬銻抗比色法;土壤速效鉀用1mol/L NH4AC浸提火焰光度法;土壤有機(jī)質(zhì)用重鎘酸鉀容量法-外加熱法。

3結(jié)果與分析

3.1不同放牧強(qiáng)度對(duì)土壤含水量的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明(表1),放牧影響草地土壤表層含水量(0~10cm)。7月和8月,土壤表層(0~10cm)的含水量,夏季放牧場(chǎng)上的420m樣地分別與0m樣地和冬季放牧場(chǎng)(WG)有顯著性差異(P<0.05),到9月,420m樣地與0m樣地?zé)o顯著性差異,而與冬季放牧場(chǎng)(WG)具有顯著性差異(P<0.05),且0~10cm含水量總的影響趨勢(shì)是420m樣地>0m樣地>WG樣地。即冬季含水量最低,一方面,因?yàn)椴莸乜莶菘梢越档屯寥浪值恼舭l(fā),但冬季放牧使放牧場(chǎng)上枯枝落葉減少,從而影響了土壤的含水量;另一方面,與土壤的質(zhì)地有關(guān),冬季放牧場(chǎng)草地土壤所含砂粒較高,所以其蓄水力較弱,水分很容易滲透。從表2可以看出,冬季放牧場(chǎng)0~20cm土層(除8月外)含水量比0~10cm土層含水量高,而且砂質(zhì)土壤中的水分易蒸發(fā),所以表層含水量較低。而夏季放牧場(chǎng)是隨著放牧強(qiáng)度的增加而降低,這是由于放牧強(qiáng)度增加,牲畜啃食與踐踏強(qiáng)度加大,表層土壤容重與硬度都相應(yīng)增大。直接影響了土壤團(tuán)聚體的形成與數(shù)量,其分散系數(shù)相應(yīng)增大,導(dǎo)致總空隙度減小,因而水分含量也相應(yīng)減少。但是在冬季放牧場(chǎng)上硬度較小,并且6~9月與420m樣地、0m樣地都具有顯著性差異(P<0.05),這可能是由于冬季牧民牲畜頭數(shù)減少及枯草植被對(duì)土壤具有緩沖作用而引起的;還可能由于冬季土壤凍結(jié),春季土壤融化復(fù)蘇,所以冬季放牧對(duì)土壤的硬度影響不大。冬季放牧場(chǎng)容重應(yīng)較小,但實(shí)際容重很大,并且6~8月與420m樣地具有顯著性差異,而與0m樣地?zé)o顯著性差異(P<0.05)。這說(shuō)明與放牧場(chǎng)土壤質(zhì)地密切相關(guān),因?yàn)槎痉拍翀?chǎng)土壤含砂量大,所以其孔隙粗大,但數(shù)目較小,總的孔隙容積較小,所以容重較大。放牧對(duì)10~20cm土層含水量的影響與0~10cm是一致的,而對(duì)20~30cm和30~40cm土壤含水量不如0~10cm、10~20cm顯著,多數(shù)情況下各處理間差異不顯著(P<0.05),但總的影響趨勢(shì)420m樣地>0m樣地>WG樣地。

3.2對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

3.2.1土壤全量養(yǎng)分的影響。土壤全量養(yǎng)分的多少是評(píng)價(jià)土壤肥力高低的主要指標(biāo)。土壤有機(jī)質(zhì)的多寡不但影響土壤的供肥性能,即土壤中全氮的95%和全磷的40%~60%來(lái)源于土壤有機(jī)質(zhì),同時(shí)也間接影響和改變土壤的物理性狀(土壤容量、結(jié)構(gòu)及孔隙度)。從表3可以看出,各處理間無(wú)顯著性差異(P<0.05),但可以看出在夏季放牧場(chǎng)上,隨著放牧強(qiáng)度的增加,0~20cm土壤有機(jī)質(zhì)明顯減少,表明牧壓強(qiáng)度增加,牲畜啃食對(duì)土壤的踐踏增加,促使植物莖上不定根分蘗增強(qiáng),土壤根跡微生物活動(dòng)亦加強(qiáng)。土壤礦化與養(yǎng)分釋放過(guò)程加劇,與之相應(yīng)的全氮含量亦明顯減少,但均未達(dá)到顯著程度(P<0.05)。表明0m樣地牧草利用強(qiáng)度大,牧草需要消耗大量的營(yíng)養(yǎng)成分。而0~20cm全磷含量在夏季放牧場(chǎng)上隨著放牧強(qiáng)度的增加而降低,10~20cm土壤全磷含量低于0-10cm土層,且WG樣地、420m樣地分別與0m樣地具有顯著性差異,而WG樣地與420m樣地?zé)o顯著性差異(P<0.05),這說(shuō)明冬季放牧對(duì)土壤全磷幾乎無(wú)影響,而在夏季,隨著放牧強(qiáng)度的增加,家畜頻繁采食使磷從系統(tǒng)中輸出增加,引起土壤中全磷的組分向速效成分的轉(zhuǎn)移量增大,通過(guò)植物吸收后轉(zhuǎn)向系統(tǒng)外輸出,從而導(dǎo)致土壤全磷和速效磷含量減少。

3.2.2對(duì)土壤速效養(yǎng)分的影響。土壤速效養(yǎng)分的變化,反映了土壤現(xiàn)實(shí)供肥能力。從表4可以看出,在夏季放牧場(chǎng)上,隨著放牧強(qiáng)度的增加,0~20cm速效磷明顯降低,并且隨著深度的增加土壤速效磷含量明顯下降,而0~10cm冬季放牧場(chǎng)(WG樣地)速效磷含量大于夏季放牧場(chǎng)2個(gè)梯度,即WG樣地>420m樣地>0m樣地,但各處理間無(wú)顯著性差異(P<0.05),這說(shuō)明無(wú)論冬季放牧還是夏季放牧對(duì)土壤速效磷的影響不大,其主要受當(dāng)?shù)氐耐寥李?lèi)型和氣侯條件影響。

土壤速效性鉀是水溶性鉀和交換性鉀的總和,其中交換性鉀占95%,水溶性鉀占極少部分。通常用1mol/L NH4AC法測(cè)定速效鉀結(jié)果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是:供鉀水平極低(K<30mg/kg)、供鉀水平中等(30~60mg/kg)、供鉀水平高(100~160mg/kg)和供鉀水平極高(K>160mg/kg)。按照上述標(biāo)準(zhǔn),夏季放牧場(chǎng)和冬季放牧場(chǎng)0~10cm土壤的供鉀能力極高(表4),草地土壤不缺鉀。冬季放牧場(chǎng)(WG樣地)0~10cm土層土壤速效鉀含量介于夏季放牧場(chǎng)中420m樣地與0m樣地之間,但與420m樣地和0m樣地都無(wú)顯著性差異,而420m樣地和0m樣地之間具有顯著性差異(P<0.05),說(shuō)明在夏季放牧場(chǎng)上隨著放牧強(qiáng)度的增加,土壤速效鉀含量升高,而10~20cm土層土壤速效鉀含量變化不如0~10cm土層顯著,含量也比0~10cm低的多,說(shuō)明不論冬季放牧還是夏季放牧對(duì)土壤表層速效鉀的影響較大。造成速效鉀含量隨放牧強(qiáng)度增加的原因是放牧家畜排泄的糞便中含有大量的鉀,高強(qiáng)度放牧地單位面積家畜頭數(shù)多,所以通過(guò)糞便排泄到草地上的鉀量也相應(yīng)較大。而冬季放牧場(chǎng)土壤速效鉀含量介于夏季放牧場(chǎng)的2個(gè)梯度之間,即0m樣地>WG樣地>420m樣地,可能有2個(gè)原因:一是冬季放牧的牲畜頭數(shù)少;二是冬季在草地上放牧?xí)r間相對(duì)較短。

4結(jié)論

(1)冬夏季放牧都影響土壤表層(0~10cm)含水量,土壤質(zhì)地對(duì)含水量的影響也很大;在夏季放牧場(chǎng)上隨著放牧強(qiáng)度的增加,土壤含水量降低。

(2)冬季放牧對(duì)草地土壤的表面硬度和土壤表層(0~5cm)容重影響較小,主要是與放牧?xí)r間及土壤質(zhì)地有關(guān);夏季放牧是隨著放牧強(qiáng)度的增加,土壤表面硬度和表層(0~5cm)容重增大。

(3)冬夏季放牧土壤全氮含量(0~20cm)和有機(jī)質(zhì)含量(0~10cm)總體變化趨勢(shì)是420m樣地>WG樣地>0m樣地,但各處理間均未達(dá)到顯著性差異(P<0.05);全磷含量(0~20cm)是冬季放牧場(chǎng)(WG樣地)和夏季放牧場(chǎng)的420m樣地均與夏季放牧場(chǎng)的0m樣地具有顯著性差異(P<0.05),且總體變化趨勢(shì)是420m樣地>WG樣地>0m樣地。

(4)冬夏季放牧土壤速效磷含量(0~20cm)都較高,且各處理間無(wú)顯著性差異(P<0.05),說(shuō)明放牧對(duì)速效磷的影響不大,主要受當(dāng)?shù)赝寥李?lèi)型和氣侯條件的影響;冬夏季放牧土壤供鉀能力極高草地土壤不缺鉀,且夏季放牧場(chǎng)隨著放牧強(qiáng)度的增加表層(0~10cm)含鉀量升高,420m樣地與0m樣地具有顯著性差異,而冬夏季放牧場(chǎng)間無(wú)顯著性差異(P<0.05)。

(5)通過(guò)冬夏季放牧對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響,冬季放牧對(duì)草地的影響要比夏季放牧中0m樣地放牧效果好,比輕度放牧差。

5參考文獻(xiàn)

[1] 楊利民,李建東,楊允菲.草地群落放牧干擾梯度B多樣性研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),1999,10(4):442-446.

[2] 胡自治.草原分類(lèi)學(xué)概論[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1997.

[3] 胡自治.草地植被特征的研究[M]//任繼周.草業(yè)科學(xué)研究法.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1998.

[4] 李永宏.內(nèi)蒙古錫林河流域羊草草原和大針茅草原在放牧影響下的分異和趨同[J].植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)報(bào),1998,12(3):189-196.

[5] 賈樹(shù)海.牧壓梯度上土壤物理性狀的變化[C]//草原生態(tài)系統(tǒng)研究(第5集).北京:科學(xué)出版社,1997:12-13.

[6] 孫儒泳,李博,諸葛陽(yáng),等.普通生態(tài)學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1993.

[7]裴浩,李云鵬,敖艷紅,等.草地枯草被與土壤含水量[J].中國(guó)草地學(xué)報(bào),1996(1):36-38,45.

[8]史瑞禾,鮑士旦,秦懷英.土壤農(nóng)化分析(第二版)[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1990.

[9]關(guān)世英,文沛欽,康師安,等.不同牧壓強(qiáng)度對(duì)草地土壤養(yǎng)分含量的影響[C]//草原生態(tài)系統(tǒng)研究(第5集).北京:科學(xué)出版社,1997:17-32.

[10] M ARTEN G C, DONKER J D. determinants of pasture value of Phalaris arundinacea L. Vs. Bromus inermis leyss Long-term stocking rate effects on soil physical properties [J]. Australia. J. of Experimental Agricul-ture,1997(37):413-419.