不同放牧制度對亞高山草甸土理化性質(zhì)的影響

武紅旗 范燕敏 孫宗玖

作者簡介： 武紅旗（1974-），男，甘肅酒泉人，學(xué)士，講師，主要從事土壤調(diào)查與制圖。E-mail:hqwu7475@126.com孫宗玖為通訊作者。

摘要： 以新疆亞高山草甸土為研究對象，研究了自由放牧和劃區(qū)輪牧對土壤理化性質(zhì)的影響。結(jié)果表明：短期改變放牧制度對草地土壤養(yǎng)分含量影響不顯著，理化性質(zhì)對其響應(yīng)程度亦有所不同。輪牧土壤堿解氮、有機質(zhì)的含量稍低于自由放牧，土壤速效鉀和有效磷的含量均高于自由放牧。不同放牧制度對草地土壤容重、孔隙度、機械組成的影響不大。

關(guān)鍵詞： 亞高山草甸土；理化性質(zhì)；自由放牧；劃區(qū)輪牧

中圖分類號： S 812文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 1009-5500(2011)04-0030-05

放牧是新疆草地利用的主要方式之一，適度放牧可對原有植物破壞，為新成員提供小生境，從而允許新的植物侵入群落，并提高植物的豐富度^[1]，增強營養(yǎng)物質(zhì)在土壤與植物之間的循環(huán)^[2]。放牧制度是草地在用于放牧?xí)r的基本利用體系，其中,規(guī)定了家畜對放牧地利用的時間和空間上的通盤安排^[3]。目前,放牧制度主要有2種，即自由放牧和劃區(qū)輪牧。相對來講，劃區(qū)輪牧是一種科學(xué)的畜牧業(yè)生產(chǎn)方式，是現(xiàn)代化生態(tài)畜牧業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。但是各國學(xué)者對放牧制度影響草地植被和牲畜的生產(chǎn)性能方面也存在著不同看法^[4-7]，這可能與各地的氣候、植被的再生性和其他草地資源條件有關(guān)。

劃區(qū)輪牧能減少羊只踐踏牧草造成的損失，提高牧草產(chǎn)量，可使牧草有休養(yǎng)生息恢復(fù)生長的機會，提高載畜量，有利于保護(hù)草地。范守民等^[8]在新源縣那拉提山地草甸進(jìn)行劃區(qū)輪牧與自由放牧對成年綿羊體重增加的試驗，結(jié)果表明輪牧區(qū)綿羊日增重顯著，高于自由放牧區(qū)，但是試驗未考慮不同放牧制度下家畜采食對土壤的影響，因此，研究放牧制度對土壤理化性質(zhì)的

影響和變化規(guī)律，以便認(rèn)識在牧壓相同的情況下，改變放牧制度對草地土壤的影響機制，對于采取合理的管理措施，保護(hù)草地資源具有重要的意義，也為天然草地的持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗設(shè)計和方法

1.1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)位于伊犁新源縣那拉提夏草地，E 83°30′～84°15′，N 43°09′～43°20′，海拔1 950 m。新源縣屬大陸性半干旱氣候區(qū)，氣候溫涼，降水多，年均降水量西部260 mm，東部880 mm。年均無霜期169 d，年日照時數(shù)2 400～2 700 h，年均氣溫2～-2 ℃。夏無酷熱，晝暖夜涼。由于有逆溫，冬季氣溫相對暖和。草地類型為禾草+雜類草，是伊犁河谷具有代表性的山地草甸草地，具有分布廣、面積大、產(chǎn)量高的特點，是夏牧場的主體草地類型。草地植被以中生植物，尤其是典型中生植物多，優(yōu)勢度大為特點。禾本科最多，優(yōu)勢種有鴨茅(Dactylis glomeralis)、無芒雀麥(Bormusin inermis)、細(xì)葉早熟禾(Poa angustifolia)、草地早熟禾(P. pratensis)、林地早熟禾(P. nemoralis)、大看麥娘(Alopecurus pratensis)、假梯牧草(Phleum phleoides)、新疆針茅(Stipa sareptana)等。其次，薔薇科、豆科、十字花科、唇形科、莎草科等植物，并有大量有毒植物存在，主要為毛茛科，最多的是白喉烏頭(Aconituml eucostomum)，展毛多根烏頭(A.karakolicum var.patentipilum)、準(zhǔn)噶爾金蓮花(Trollius dschungaricus)等。植被群落草層平均高度47 cm。

土壤類型屬亞高山草甸土土類，亞高山草甸土亞類。母質(zhì)以花崗巖風(fēng)化的坡積—殘積物為主，部分為冰水沉積物。生草過程強烈，草氈層厚度4～5 cm，部分厚達(dá)10 cm，草根密集，呈黑色，富彈性，腐殖質(zhì)層厚20～30 cm，呈暗棕色，團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)，其下土色即逐漸變淺，粗骨性越來越顯著。個別的在底土層中的巖石碎屑面上可見少量灰白色石灰斑，大多在底土層看不到碳酸鈣聚集，整個剖面呈弱酸性或弱堿性反應(yīng)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在伊犁新源縣那拉提山地草甸進(jìn)行，草地類型為禾草+雜類草，草群蓋度100%。試驗開始前，試驗區(qū)為自由放牧區(qū)，并以放牧細(xì)毛羊雜交二代為主，草地實際載畜量為13個綿羊單位/hm2。2009年5月，在該區(qū)域進(jìn)行放牧試驗小區(qū)的劃分，2009年6～9月進(jìn)行放牧制度試驗。試驗設(shè)置劃區(qū)輪牧區(qū)（RG）、自由放牧區(qū)（CG）及對照（CK）3個處理，劃區(qū)輪牧區(qū)、自由放牧區(qū)及對照區(qū)草地面積依次為2 hm2，1.33 hm2和1 hm2，載畜量設(shè)置與該區(qū)草地實際放牧載畜量基本相同，依次為12只/hm2，12只/hm2和0只/hm2，開始放牧?xí)r細(xì)毛羊雜交二代體重為44.65±6.16 kg/只，放牧期為65 d。輪牧區(qū)設(shè)4個小區(qū)，每小區(qū)放牧6 d。

1.3 研究方法及測定指標(biāo)

土壤取樣于2009年9月初進(jìn)行，在對照區(qū)、輪牧區(qū)及自由放牧區(qū)，采用蛇行取樣法，每隔15 m設(shè)置1個取樣點，按土層深度0～10，10～20和20～30 cm分層取樣，每點取3鉆（土鉆直徑20 mm），每試驗區(qū)共取30處，每10處進(jìn)行分層混合，形成混合樣，用四分法取土1 kg，剔除新鮮植物根系等雜物，帶回實驗室，室內(nèi)自然風(fēng)干，用于測定土壤理化性質(zhì)。同時在各試驗區(qū)測定土壤容重，每層3次重復(fù)。

土壤容重采用環(huán)刀法；土壤機械組成采用比重計法；為計算土壤孔隙度，用比重瓶法測定土壤密度；土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法；土壤全N用凱氏定氮法；土壤全磷采用HClO4-H2SO4消煮,鉬銻抗比色法；土壤全K采用HClO4-H2SO4消煮,火焰光度計法；土壤堿解氮采用堿解擴散法；速效P采用碳酸氫鈉浸提，鉬銻抗比色法；速效K測定采用醋酸銨-火焰光度法。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

采用EXCEL 2003和SPSS 11.5進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，分析不同樣地相同取樣層次土壤性質(zhì)差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 放牧制度對土壤速效養(yǎng)分的影響

由表1可以看出，0～30 cm土壤堿解氮在劃區(qū)輪牧、自由放牧及對照間差異不顯著，但0～10 cm土壤堿解氮與對照相比，自由放牧最高，劃區(qū)輪牧次之，說明適當(dāng)?shù)姆拍?，維持了植物群落的穩(wěn)定，有利于提高群落的生產(chǎn)力，歸還土壤中有機物質(zhì)的數(shù)量增加，引起土壤堿解氮的增加。有研究報道，放牧通過家畜在草地上排泄糞尿能夠逐漸增加土壤速效氮^[9]。但是，侯扶江等^[10]分析已有的資料后認(rèn)為一年中放牧草地只有4%～20%和1%～5%的面積分別被家畜的尿和糞覆蓋,所以排泄物對整個放牧地的影響有限；采食雖然直接作用于牧草,但時間占整個放牧期的60%～70%,牧草可以通過再生長削弱其影響。溫方等^[11]的研究表明，適宜的放牧能夠促進(jìn)牧草再生，使地上生物量維持在一定的水平；刺激根對土壤氮素的吸收，使其向地上部分轉(zhuǎn)移，而且，氮素還會在地上部分不同器官（如莖和葉）之間發(fā)生轉(zhuǎn)移。由此可以推斷，放牧草地表層土壤堿解氮的升高主要是來自于地下根系和地上部的凋落物的分解。

表1 不同放牧制度對草地土壤速效養(yǎng)分的影響

Table 1 Influence of grazing system on the soil nutrients

注：同一列內(nèi)不同字母表示差異顯著（P＜0.05），下同

戎郁萍等^[12]研究表明，土壤速效鉀含量在100～160 mg/kg，供鉀水平為高，速效鉀含量＞160 mg/kg，供鉀水平為極高。試驗區(qū)土壤的供鉀能力極高，放牧制度對表層土壤速效鉀影響不顯著，但可看出，與對照相比，放牧后表層土壤的速效鉀含量降低。在速效磷方面，不放牧處理的土壤有效磷含量高于放牧處理，放牧后，土壤有效磷含量降低(表1)。有研究表明，牧草的再生與放牧后草地的地上現(xiàn)存量密切相關(guān),通過適度放牧,牧草再生速率較大^[11],對土壤速效鉀和有效磷的吸收增大，養(yǎng)分通過植物吸收后向系統(tǒng)外輸出，造成土壤速效鉀和有效磷含量降低^[13]。與對照相比，劃區(qū)輪牧、自由放牧對0～30 cm土壤堿解氮、速效鉀和有效磷的平均含量無顯著影響。3種處理中，不放牧處理的草地土壤速效養(yǎng)分含量最高，除劃區(qū)輪牧土壤堿解氮的含量稍低于自由放牧外，土壤速效鉀和有效磷的含量均為劃區(qū)輪牧高于自由放牧。

2.2 放牧制度對土壤有機質(zhì)的影響

試驗區(qū)禾本科牧草占絕大多數(shù)，其地上凋落物和地下根系大量的死亡對土壤有機質(zhì)的貢獻(xiàn)較大，因此，土壤有機質(zhì)含量很高，平均含量在150 g/kg，通過方差分析，同一土層各處理間差異不顯著（圖1）。與對照相比，劃區(qū)輪牧后0～20 cm土壤有機質(zhì)含量降低，20～30 cm土壤有機質(zhì)含量稍有升高；自由放牧后土壤有機質(zhì)含量有所升高。說明放牧降低了地上生物量而增加地下生物量，使20～30 cm土壤有機質(zhì)含量高于對照。0～30 cm土壤有機質(zhì)含量自由放牧處理最高，其次，不放牧處理，劃區(qū)輪牧處理最低，說明伊犁新源縣那拉提山地草甸的放牧壓力適中，自由放牧促進(jìn)了草地生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)的良性循環(huán)。

圖1 不同處理對土壤有機質(zhì)的含量

Fig.1 Influence of treatments on the soil organic matter content

合理放牧的適當(dāng)踐踏能使枯死的植物倒伏、破碎、加速分解，同時導(dǎo)致根系向地表聚集而產(chǎn)生較多的有機質(zhì)^[14]，李香真等^[15]在內(nèi)蒙古錫林浩特的研究表明,土壤中有機C含量與對應(yīng)土層的根量成顯著正相關(guān),說明根系生物量是形成土壤有機C的重要來源，借鑒此理論可解釋自由放牧草地土壤有機質(zhì)含量高于不放牧處理的原因。

試驗中劃區(qū)輪牧表層土壤疏松（表3），利于土壤通氣和水分的運輸，好氣性微生物活動旺盛，有機質(zhì)分解速率加大，造成有機質(zhì)含量降低。

2.3 放牧制度對土壤全量養(yǎng)分的影響

全量養(yǎng)分是速效養(yǎng)分的潛在來源。與對照相比，放牧后草地土壤全氮、全磷和全鉀含量出現(xiàn)降低趨勢（表2）。全氮含量0～20 cm土層，對照、劃區(qū)輪牧及自由放牧間差異不顯著，而20～30 cm土層，自由放牧處理的土壤全氮含量顯著高于劃區(qū)輪牧處理。自由放牧草地0～10 cm土壤全氮含量最低，說明自由放牧方式促進(jìn)了表層土壤全氮向速效氮的轉(zhuǎn)化。與對照相比（表2），自由放牧使10～20 cm土壤全鉀含量顯著降低(P＜0.05)，其他土層影響不顯著；自由放牧和劃區(qū)輪牧0～10 cm土壤全磷含量均顯著降低。10～20 cm自由放牧土壤全磷含量顯著低于對照和劃區(qū)輪牧。放牧促使牧草再生，引起土壤中全量氮、磷、鉀的各組分向速效成分的轉(zhuǎn)移量增大，通過植物吸收后轉(zhuǎn)向系統(tǒng)外輸出，從而導(dǎo)致土壤全量養(yǎng)分減少。從0～30 cm土壤全量養(yǎng)分的平均變化看，劃區(qū)輪牧草地土壤的全氮、全磷及全鉀含量略高于自由放牧，說明輪牧有利于草地土壤全量養(yǎng)分的保持。

表2 不同放牧制度對草地土壤全量養(yǎng)分的影響

Table 2 Influence of grazing system on the soil total nutrients

2.4 放牧制度對土壤容重、孔隙度的影響

土壤容重是土壤緊實度的重要指標(biāo)之一，與土壤孔隙度和滲透率密切相關(guān)，容重的大小主要受到土壤有機質(zhì)含量、土壤質(zhì)地及放牧家畜踐踏程度的影響。試驗區(qū)土壤容重介于0.70～1.01 g/cm3，孔隙度介于54%～64%，土壤很疏松，這主要是亞高山草甸土有機質(zhì)含量高，有利于形成穩(wěn)定性較強的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，可有效的抵抗牲畜的踐踏踩實，同時能協(xié)調(diào)土壤中有機質(zhì)養(yǎng)分的消耗和積累，因此，放牧對土壤容重和孔隙度影響不顯著。

綿羊自由放牧的踐踏時間要比劃區(qū)輪牧長38.9%,同樣的綿羊放牧強度,自由放牧?xí)r家畜的踐踏要重于輪牧^[10]，多數(shù)研究認(rèn)為踐踏只影響表層土壤，姚愛興等^[16]在湖南南山牧場的研究表明,放牧強度增加,導(dǎo)致土壤緊密度增加,容重上升,透氣性變差,含水量下降,并且,這種影響是隨土層深度的增加而減小的。但也有不同結(jié)論，認(rèn)為原因是表層土壤和下層土壤對踐踏的響應(yīng)機制可能不同。

表3 放牧制度對土壤容重、孔隙度的影響

Table 3 Influence of grazing system on the soil bulk density and porosity

2.5 放牧制度對土壤機械組成的影響

土壤機械組成指大小不同的礦物顆粒所占的百分含量。土壤顆粒的粗細(xì)與土壤的肥力有著極其密切的關(guān)系。不同粒徑對土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成和保水保肥的貢獻(xiàn)不同，粘粒的增加促進(jìn)了土壤的膨脹性、可塑性及離子交換等性質(zhì)。方差分析表明，放牧制度對土壤機械組成影響不顯著（表4），裴海昆^[17]的研究也認(rèn)為短期放牧對土壤機械組成影響不大。

表4 不同放牧制度草地土壤的機械組成

Table 4 Influence of grazing system on the soil mechanical composition

3 結(jié)論

（1）與對照相比，劃區(qū)輪牧、自由放牧對0～10 cm土壤的速效養(yǎng)分影響不顯著，但放牧后土壤堿解氮含量升高，速效鉀、有效磷含量降低。不放牧處理的草地土壤速效養(yǎng)分平均含量最高，除劃區(qū)輪牧土壤堿解氮的平均含量稍低于自由放牧外，土壤速效鉀和有效磷的平均含量均為劃區(qū)輪牧高于自由放牧。自由放牧土壤有機質(zhì)含量高于劃區(qū)輪牧。放牧制度對草地土壤容重、孔隙度、土壤機械組成的影響不顯著。

（2）劃區(qū)輪牧、自由放牧使草地土壤全氮、全磷與全鉀含量降低，但差異不顯著。劃區(qū)輪牧草地土壤的全氮、全磷及全鉀含量均略高于自由放牧。

（3）鄭陽等^[18]認(rèn)為放牧對土壤的影響并不只是顯現(xiàn)在放牧期間，由于土壤系統(tǒng)自身具有一定的滯后性和彈性,在放牧后很長時間內(nèi)，放牧對土壤的影響痕跡仍然會持續(xù)存在。此次研究的結(jié)論只是基于短期試驗的結(jié)果，因此，放牧制度對草地土壤的影響還有待于進(jìn)行長期試驗研究。

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Effects of different grazing systems on soil physical and chemical properties in subalpine meadow soil

WU Hong-qi,FAN Yan-min,SUN Zong-jiu

(College of Grassland and Environment Science,Xinjiang Agricultural University;Xinjiang Laboratory of Grassland Resource and Ecology,Urumqi 830052,China)

Abstract: The effects of different grazing systems,including continuous grazing and rotational grazing,on soil physical and chemical properties of subalpine meadow soil were studied in the paper,based on grazing experiments in Nalati of Xinyuan Country,Xinjiang.The results showed that there was no significant effect on the soil nutrients for the short-term change of the grazing system,but the responses of soil physicochemical properties to the grazing system were still different.Compared with the continuous grazing,the contents of organic matter and available nitrogen were lower,but the contents of available potassium and available phosphate were higher in the rotational grazing system.The effects of different grazing systems on the soil bulk density,porosity and soil mechanical composition were slight.

Key words: subalpine meadow soil；soil physical and chemical properties；continuous grazing；rotational grazing