生境和地形對(duì)伊犁絹蒿土壤養(yǎng)分的影響

侯鈺榮,安沙舟

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院新疆草地資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆烏魯木齊 830052）

荒漠草地在一年中分春、秋兩季利用,利用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)半年之久,致使草地退化嚴(yán)重,從而促使土壤養(yǎng)分變化。從牧業(yè)生產(chǎn)看,家畜在春季牧場(chǎng)上恢復(fù)體膘和產(chǎn)羔育幼,在秋季牧場(chǎng)上貯存能量越冬并為繁衍下一代而進(jìn)行配種。因此,春秋牧場(chǎng)是連接夏場(chǎng)和冬場(chǎng)的時(shí)間和空間紐帶,是畜牧業(yè)季節(jié)間生產(chǎn)暢通的保證,所以既要維持現(xiàn)有的牧業(yè)生產(chǎn)需要,又要阻止草地退化引起的土壤退化。長(zhǎng)期以來,新疆荒漠草地不合理的放牧制度已導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)環(huán)境惡化,植被覆蓋度減小,土地裸露面積增大,草-土-畜系統(tǒng)失衡,嚴(yán)重制約著新疆畜牧業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。近年來,已有許多學(xué)者從土壤層面對(duì)我國(guó)草地的植物和土壤情況做了相關(guān)研究,但問題主要集中在放牧[1-4]、圍封[5-6]和利用方式[7-9]上,認(rèn)為土壤養(yǎng)分的變化僅與放牧有關(guān),而忽略了微環(huán)境對(duì)土壤養(yǎng)分的影響。關(guān)于環(huán)境因子對(duì)土壤養(yǎng)分影響的報(bào)道較少,僅見樟子松（Pinus sy lvestrisvar.mongolica）栽培林土壤有機(jī)碳礦化的研究[10]。因此,生境和地形等客觀環(huán)境因子對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響有待深入研究。

新疆蒿類春秋牧場(chǎng)面積303.98萬hm2,占全疆春秋牧場(chǎng)總面積的28%[11]。Liu等[12]對(duì)天山北坡不同退化階段伊犁絹蒿（Seriphidium transiliense）荒漠草地植被特征和土壤特性已有研究。本研究主要針對(duì)不同生境和不同地形條件下伊犁絹蒿土壤化學(xué)性質(zhì)的變化特征,摸清荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)土壤養(yǎng)分對(duì)生境和地形的反應(yīng),揭示生境和地形在土壤演替過程中的作用,同時(shí),為維持草-土-畜的系統(tǒng)平衡提供依據(jù),也為新疆蒿類荒漠草地的合理利用及恢復(fù)草地生態(tài)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

本研究選擇了5個(gè)具有代表性的生境,在每個(gè)生境中又依據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況選擇了不同的地形,研究其不同生境和不同地形條件下土壤化學(xué)性質(zhì)的變化。從伊犁河谷西部開始從西向東的5個(gè)伊犁絹蒿草地發(fā)育典型的縣（市）作為試驗(yàn)研究區(qū)。研究區(qū)不放牧且有圍欄保護(hù),分別為:新疆察布查爾縣（80°47′33″～ 80°50′12″E,43°30′07″～43°31′24″N,海拔 1 306 ～ 1 425 m,以下簡(jiǎn) 稱察縣）位于伊犁河谷西部,西臨哈薩克斯坦,地形有平地、山體的東南坡和西北坡,地表有零星的刺旋花（Convolvulus tragacanthoides）、西北針茅（Stipa sareptanavar.krylovii）等植物發(fā)育,植物總 蓋 度 25% ～ 30%；新 源 縣（82°32′08″～82°35′58″E,43°22′32″～ 43°23′42″ N, 海 拔1 111～1 214 m）位于伊犁河谷東部,地形有平地、山體的東坡和西坡,地表發(fā)育著短柱苔草（Carex turkestanica）、阿勒泰狗哇花（Heteropappus altaicus）、角果藜（Ceratocarpus arenarius）、旱雀麥（Bromus tectorum）、扁蓄（Polygonum aviculare）、蝎尾菊（Koelpinia linearis）、木地膚（Kochia prostrata）等植物,土壤中有礫石；沙灣縣（85°43′34″～ 85°48′34″E,44°00′51″～44°01′23″N,海拔 962 ～ 1 029 m）具體樣地在紫泥泉種羊場(chǎng)的平地、山體的東坡和西坡,地表有短柱苔草、木地膚、西北針茅、叉毛蓬（Petrosimonia sibirica）等植物生長(zhǎng),植物總蓋度為25%；烏魯木齊市（87°45′47″～87°45′48″E,43°53′25″～43°53′29″N,海拔 822～ 854 m,以下簡(jiǎn)稱烏市）地形選擇在山體的頂部,作為平地,山體的東南坡和西北坡,地表植物單一,僅有角果藜和木地膚伴生 ,植被總蓋度為 30%；奇臺(tái)縣（89°24′12″E,43°47′38″N,海拔為 1 215 m）樣地屬于典型的土質(zhì)荒漠草地,為丘陵地帶。地表有短柱苔草、羊茅（Festuca ovina）、西北針茅、阿勒泰狗哇花、叉毛蓬、木地膚等植物生長(zhǎng),植被總蓋度為45%。

2 樣品的采集與分析方法

2.1 樣品的采集采樣定在秋季,具體時(shí)間為2009年9月18日至10月8日,在現(xiàn)場(chǎng)選定好的典型樣地中記載樣地地理位置、坡向、坡位、海拔高度、地貌類型及植物種類等。在5個(gè)縣（市）內(nèi)分別選擇典型平地樣地、陽坡（東坡或東南坡）樣地和陰坡（西坡或西北坡）樣地,每個(gè)樣地分3個(gè)坡位,每個(gè)坡位上每隔20 m（取3次樣）,用內(nèi)徑4 cm 的土鉆分別按0～10、10～20、20～30 cm 土層各隨機(jī)取5鉆土樣,將同一樣地土樣混勻后裝入新的保鮮塑料袋中,帶回實(shí)驗(yàn)室備用。

2.2 分析方法土壤速效指標(biāo)測(cè)定采用常規(guī)分析方法:堿解氮采用堿解擴(kuò)散法；速效鉀采用NH4OAc浸提,火焰光度計(jì)法；有效磷采用碳酸氫鈉浸提比色法[13]；各指標(biāo)測(cè)定時(shí)均重復(fù)3次,方差分析和相關(guān)性分析均采用SPSS15.0完成。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤速效養(yǎng)分的變化土壤速效氮（堿解氮）含量反映了土壤的供氮水平,是表征土壤肥力的主要指標(biāo)之一[14]。不同生境和不同地形條件下土壤堿解氮含量表現(xiàn)出明顯的差異（表1）。土壤剖面堿解氮含量為0～10＞10～20＞20～30 cm,且都表現(xiàn)出平地＞陽坡＞陰坡。從不同生境來看,土壤0～30 cm堿解氮含量依次為新源縣＞沙灣縣＞察布查爾縣＞奇臺(tái)縣＞烏魯木齊市,說明新源縣和沙灣縣土壤堿解氮含量較高,為植物良好的生長(zhǎng)發(fā)育奠定基礎(chǔ)。

表1 不同生境和不同地形下土壤堿解氮的變化 mg/kg

由表2可知,研究區(qū)土壤中富含鉀,隨著土層的加深,土壤速效鉀含量依次減少,即0～10＞10～20＞20～30 cm；不同生境條件下,0～30 cm土層速效鉀含量依次為察縣＞奇臺(tái)縣＞新源縣＞沙灣縣＞烏市,其均值分別為628.41、536.18、534.39、505.69 和 454.56 mg/kg；不同地形條件下0～30 cm土層,除0～10 cm土層沙灣縣除西坡＞沙灣縣東坡以外,其余均為平地＞陽坡＞陰坡；其中,察縣平地0～10 cm值最大,為518.26 mg/kg,烏市西北坡20～30 cm值最小,為54.51 mg/kg。

由表3可知,研究區(qū)土壤有效磷含量在各土層中均較低。從土壤剖面來看,土壤有效磷含量隨著土層加深依次減少,即0～10＞10～20＞20～30 cm；在同一生境下,除察縣西北坡＞察縣東南坡以外,其余均為平地＞陽坡＞陰坡；從0～30 cm土層來看,有效磷含量新源縣＞奇臺(tái)縣＞察縣＞烏市＞沙灣縣,其值分別為2.27、1.60、1.43、1.24和 1.20 mg/kg。

表2 不同生境及不同地形條件下土壤速效鉀的變化 mg/kg

表3 不同生境及不同地形條件下土壤有效磷的變化 mg/kg

3.2pH值和有機(jī)質(zhì)的變化研究區(qū)屬于荒漠草地類型,地表干旱且蒸發(fā)量大,0～30 cm pH值在7.14～8.21,土壤基本偏堿性（表4）。在0～10 cm、10～20 cm、20～ 30 cm 土層,均以新源縣平地的pH值最小,而烏市平地的pH值最大,且二者之間存在極顯著差異（P＜0.01）,這與新源縣降雨量大和地表蒸發(fā)量小有很大關(guān)系。地形對(duì)土壤 pH 值影響程度不同,但均表現(xiàn)出0～10 cm＜10～20 cm＜20～30 cm,即隨著土層的加深,pH值依次升高。不同生境和不同地形方差分析都表明,各土層間的差異性不同,以10～20 cm土層差異性最小,10～20 cm是伊犁絹蒿根系最集中的土層,說明伊犁絹蒿根系有調(diào)節(jié)土壤pH值的功能。

表4 不同生境及不同地形條件下土壤pH值的變化

有表 5可知,從不同生境來看,在 0～10 cm土層中,察縣平地的有機(jī)質(zhì)含量最高,達(dá)40.98 g/kg,最低的為奇臺(tái)縣,僅有18.15 g/kg,而烏市西北坡的土壤有機(jī)質(zhì)為29.90 g/kg,也相對(duì)較低；在10～20 cm土層中,新源縣土壤含有機(jī)質(zhì)最高,為33.98 g/kg,而烏市西北坡土壤有機(jī)質(zhì)最低,僅為11.71 g/kg,奇臺(tái)縣丘陵帶為12.44 g/kg,僅次于烏市西北坡；在20～30 cm土層中,察縣平地土壤有機(jī)質(zhì)含量最高,達(dá)27.15 g/kg,烏市西北坡土壤有機(jī)質(zhì)含量最低,僅為7.49 g/kg,奇臺(tái)縣丘陵帶（10.13 g/kg）略高；說明這5個(gè)地區(qū)內(nèi)烏市西北坡和奇臺(tái)縣丘陵地帶的有機(jī)質(zhì)含量較少。土壤有機(jī)質(zhì)含量受地形影響較大,表現(xiàn)為為平地＞陽坡＞陰坡,可能與地表的熱量積累有關(guān),一般地表接受光照的機(jī)率和時(shí)間來說,平地、陽坡、陰坡是依次減少的,可以用王紅等[10]的研究結(jié)論“土壤有機(jī)碳礦化隨著溫度的升高呈指數(shù)增加”來解釋,說明土壤有機(jī)質(zhì)含量與溫度呈正相關(guān)性。

4 討論與結(jié)論

不同生態(tài)系統(tǒng)的土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量反映了該生態(tài)系統(tǒng)截留碳的能力,在不同的生態(tài)環(huán)境條件下控制土壤有機(jī)碳循環(huán)的因素不同,導(dǎo)致土壤中的有機(jī)碳具有較高的空間變異性。土壤有機(jī)質(zhì)的輸入量在很大程度上取決于氣候條件、土壤水分狀態(tài)、養(yǎng)分的有效性、植被生長(zhǎng)等因素,而有機(jī)物質(zhì)的分解速率則受制于有機(jī)物的化學(xué)組成、土壤水熱狀況以及物理化學(xué)特性等因素[15-16]。土壤化學(xué)性質(zhì)是常用于表征土壤生產(chǎn)力和品質(zhì)的指標(biāo)[17]。有研究報(bào)道,地形因素會(huì)影響土壤的理化性質(zhì)。本研究中土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀和有效磷在不同生境中均以平地＞陽坡＞陰坡＞丘陵為主,與Mcintosh等[18]在新西蘭南島綿羊放牧（116只/hm2）14年,陽坡土壤中的 Ca、K、Mg等可交換陽離子增加,而陰坡沒有相似的結(jié)論。地形對(duì)pH值的影響沒有一定的規(guī)律,新源縣、察布查爾縣、沙灣縣、烏魯木齊市的土壤pH值依次表現(xiàn)出東坡＞西坡＞平地,東南坡＞平地＞西北坡,西坡＞東坡＞平地,平地＞西坡＞東坡,而它們都比丘陵地帶的pH值?。ǔ秊豸斈君R市平地）,可以看出,接受陽光充分的地形比陽光照射強(qiáng)度小或照射時(shí)間短的地形pH值大；但這一點(diǎn)目前還沒有相關(guān)研究報(bào)道,其理論的真實(shí)性還有待于進(jìn)一步確定。土壤總鹽基本呈陰坡＞陽坡＞平地,其規(guī)律性較強(qiáng),但恰好與有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀和有效磷規(guī)律相反。這更加可以說明,土壤總鹽與其他養(yǎng)分間相關(guān)性不明顯,而有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀和有效磷之間關(guān)系緊密。因此,土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量與氣候、植被、地形等環(huán)境變量密切相關(guān)[19],與本研究得出土壤有機(jī)質(zhì)含量受地形因素影響較大的結(jié)論相似。

表5 在不同生境及不同地形條件下土壤有機(jī)質(zhì)的變化 g/kg

通過以上分析與討論,可以初步得出以下結(jié)論:新疆天山北坡伊犁絹蒿荒漠草地土壤化學(xué)性質(zhì)在不同生境和不同地形條件下差異性明顯,土壤化學(xué)性質(zhì)受生境或地形的影響,其中,對(duì)土壤速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)具有相對(duì)一致的影響。

[1]楊紅善,那·巴特爾,周學(xué)輝,等.不同放牧強(qiáng)度對(duì)肅北高寒草原土壤肥力的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2009,23（1）:150-153.

[2]裴海昆.不同放牧強(qiáng)度對(duì)土壤養(yǎng)分及質(zhì)地的影響[J].青海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2004,22（4）:29-31.

[3]戎郁萍,韓建國(guó),王培,等.放牧強(qiáng)度對(duì)草地土壤理化性質(zhì)的影響[J].中國(guó)草地,2001,23（4）:41-46.

[4]張成霞,南志標(biāo).放牧對(duì)草地土壤微生物影響的研究述評(píng)[J].草業(yè)科學(xué),2010,27（1）:65-70.

[5]趙勇鋼,趙世偉,華娟,等.半干旱典型草原區(qū)封育草地土壤結(jié)構(gòu)特征研究[J].草地學(xué)報(bào),2009,17（1）:106-112.

[6]范燕敏,孫宗玖,武紅旗,等.封育對(duì)山地草地植被及土壤特性的影響[J].草業(yè)科學(xué),2009,26（3）:79-82.

[7]王哲鋒,高波,李小剛,等.利用方式對(duì)干旱草原土壤碳水化合物含量及團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,41（3）:91-95.

[8]呂殿青,潘云.六道溝流域不同坡位不同土地利用方式下的土壤持水特征研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2008,24（8）:279-282.

[9]喬有明,王振群,段中華.青海湖北岸土地利用方式對(duì)土壤碳氮含量的影響[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2009,18（6）:105-112.

[10]王紅,范志平,鄧東周,等.不同環(huán)境因子對(duì)樟子松人工林土壤有機(jī)碳礦化的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志,2008,27（9）:1469-1475.

[11]許鵬.新疆草地資源及其利用[M].烏魯木齊:新疆科技衛(wèi)生出版社,1993:83-87.

[12]Liu H L,Zhu J Zh,Jin G L.Characteristic analysis ofSeriphidium transillense（Poljak.）Poljak.desert grasslands at different degraded stages in the northern Tianshan mountains[J].Acta Agrestia Sinica,2009,17（4）:419-427.

[13]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2000:46-179.

[14]王思成,王月玲,許浩,等.半干旱黃土丘陵區(qū)不同植被恢復(fù)方式下土壤理化特性及相關(guān)分析[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2009,18（1）:295-299.

[15]Post W M,Izaurralde R C,M ann L K,et al.M ontoring and verifying changes of organic carbon in soil[J].Climatic Change,2001,51:73-99.

[16]解憲麗,孫波,周慧珍,等.不同植被下中國(guó)土壤有機(jī)碳的儲(chǔ)量與影響因子[J].土壤學(xué)報(bào),2004,41（5）:687-699.

[17]王建武,馮遠(yuǎn)矯,駱世明.玉米秸稈分解對(duì)土壤酶活性和土壤肥力的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2005,16（3）:524-528.

[18]Mcintosh P D,Ogle G I,Patterson R G,et al.Changes of surface soil nutrients and sustainability of pastoralism on grazed hilly and steep land,South Island[J].New Zealand Journal of Range M anagement,1996,49:361-367.

[19]Hontoria C,Rodriguez-Murillo J C,Saa A.Relationships between soil organic carbon and site characteristics in peninsular Spain[J].Soil Science Society of America Journal,1999,63:614-621.