不同利用方式對新源縣春秋草地土壤理化性質(zhì)的影響

武紅旗，范燕敏，靳瑰麗，劉 偉，阿德列提，朱 萌

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學草業(yè)與環(huán)境科學學院 新疆草地資源與生態(tài)重點實驗室，新疆 烏魯木齊830052；

草地不僅是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，而且在水土保持及生態(tài)環(huán)境建設(shè)中占據(jù)主要地位。放牧、割草是人類對草地利用的常見方式。放牧對草地土壤具有明顯的壓實作用，從而增加土壤的容重，降低土壤對水分的滲透與蓄積能力[1-2]，適度放牧可以維持植物群落的穩(wěn)定，使歸還到土壤中有機物質(zhì)的數(shù)量增加，草地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定[3]，而長期過度放牧踐踏會使草原地面裸露，土壤通透性下降，造成水土流失[4]；割草有利于土壤物理結(jié)構(gòu)的形成及水分的滲透與蓄積，割除地表植物能提高土壤氮礦化度[5]，但連年割草使草地的枯枝落葉減少，因沒有家畜糞尿歸還草地，所以易使土壤貧瘠化[1]；劃區(qū)輪牧使羊群放牧空間縮小，在采食過程中踐踏毒草，抑制了毒草的生長，有利于草原休養(yǎng)生息，保護草原生態(tài)環(huán)境[6-8]。以上是許多研究的普遍共識，但是，也有研究認為，劃區(qū)輪牧在牧草的恢復(fù)和持續(xù)性利用上比傳統(tǒng)的自由放牧制度表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，但是對羔羊的體質(zhì)量增加效果低于自由放牧[9]。常會寧和夏景新[10]對輪牧與連續(xù)放牧制度做出了評價：各種放牧制度在草地改良方面均具重要作用，但其效果在不同地區(qū)差別很大。這很可能與各地區(qū)的氣候、植被和其他草地資源條件及所采用的放牧技術(shù)方法有關(guān)。所以，適于某種草地上應(yīng)用的放牧制度很可能不適于在其他草地上應(yīng)用。過分強調(diào)輪牧優(yōu)于連續(xù)放牧或連續(xù)放牧優(yōu)于輪牧的觀點都是片面的。

伊犁新源縣擁有優(yōu)質(zhì)天然草地55.9萬hm2，位于山區(qū)的夏牧場主要實行劃區(qū)輪牧，低山帶的春秋草地有放牧和割草等利用方式。由于春秋草地利用時間長達半年，放牧壓力極大，從而成為退化最為普遍、嚴重的地段[11]。合理的利用方式可以有效地解決發(fā)展與環(huán)境的問題，達到二者兼顧。本研究以新源縣則克臺鎮(zhèn)春秋草地土壤為研究對象，對比不同利用方式對土壤理化性質(zhì)的影響，為春秋草地的受損恢復(fù)和合理利用方式的制定提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況 研究地點設(shè)在新源縣則克臺鎮(zhèn)阿西勒村春秋草地，地理位置83.023°～83.240° E，43.547°～43.566°N，平原河谷地區(qū)海拔856～907 m，干旱區(qū)海拔800 m左右。則克臺鎮(zhèn)主要受大西洋、北冰洋西來氣流的影響，年平均氣溫5.5 ℃，年降水量515.6 mm。無霜期短，農(nóng)區(qū)平均155 d左右，春季日溫差較大，秋季降溫快，冬夏冷熱懸殊，為半干旱草原氣候。研究區(qū)草地為白羊草(Bothriochloaischaemum)+雜類草草原，春季有短生、類短生植物發(fā)育，夏季旱雀麥(Bromustectorum)和節(jié)節(jié)麥(Aegilopstauschii)等一年生草本發(fā)育顯著，秋季刈割后半灌木木地膚(Kochiascoparia)長勢良好。由于放牧強度較大，加之牧民保護意識低下，缺乏科學的管護措施，該類草地普遍呈現(xiàn)退化。

阿西勒村于2007年進行了草地圍欄劃分，承包到戶，分屬67戶牧民獨立經(jīng)營。由于牧民放牧利用方式及利用強度不同，草地退化程度也存在一定的差異。通過對牧戶的調(diào)查與分析，得出牧戶對該類草地有以下4種利用方式：1)打草型：只打草，不放牧，年降水量和利用強度適宜時，夏季可打草1次；2)自由放牧型：春秋季節(jié)自由放牧；3)分段放牧型：將草地圍欄劃分為兩段，50%草地春秋季自由放牧，50%草地秋季自由放牧+夏季打草1次；4)劃區(qū)輪牧型：春秋季四區(qū)輪牧，輪牧間隔6～10 d。

1.2取樣方法及測定指標 于2009年8月底，分別選取打草型、自由放牧型、分段放牧型、劃區(qū)輪牧型4種草地利用方式的典型牧戶各2～3戶，典型牧戶春秋草地面積和家畜數(shù)量不等，放牧強度約16羊單位·hm-2，放牧家畜自然頭數(shù)羊∶?！民R為15∶2∶1左右。在每戶牧民草地中設(shè)兩條平行調(diào)查路線，在每條線上每隔一定距離挖取土壤剖面，按0～10、10～20、20～30 cm采集土樣，每塊草地取8～10個點，然后分層混合，形成混合樣，用四分法取土1 kg左右，剔除新鮮植物根系等雜物，帶回實驗室，室內(nèi)自然風干，用于測定土壤理化性質(zhì)。同時，在每塊草地測定土壤容重，每層3次重復(fù)。

樣品測定指標與方法如下：土壤機械組成采用比重計法；容重采用環(huán)刀法；比重瓶法測定比重，用于計算土壤孔隙度；有機質(zhì)采用重鉻酸鉀-濃硫酸油浴法；堿解氮采用堿解擴散吸收法；有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度計法。

1.3數(shù)據(jù)處理 用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析和顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1不同利用方式對草地土壤物理性質(zhì)的影響

2.1.1對土壤機械組成的影響 土壤的機械組成與肥力關(guān)系密切，不同粒徑對土壤團粒結(jié)構(gòu)形成和保水保肥的貢獻不同[7]。

4種利用方式下土壤質(zhì)地均為粉壤，說明利用方式并未改變土壤的質(zhì)地(表1)。自由放牧方式土壤砂粒含量最高，平均達到21.23%，而打草、分段放牧和劃區(qū)輪牧利用方式使草地有一定的植被覆蓋，減少了土壤的風蝕和水蝕，砂粒含量較低。自由放牧方式草地土壤表層砂粒、粘粒含量較高，粉粒含量最低，雖然與其他3種放牧方式相比并未達到顯著水平，但是足以說明長期放牧踐踏會使草地地表裸露，地表細土粒易損失，造成表層土壤顆粒粗化。

2.1.2土壤容重和孔度變化 土壤容重和孔度可反映土壤的緊實程度和通氣狀況。一般認為，土壤容重小于1.26 g·cm-3，土壤孔度在50%左右，土壤較疏松，有利于土壤通氣。分析可知，研究區(qū)土壤容重較小，孔度適中，因此，各種利用方式未對土壤有壓實效應(yīng)，土壤通氣狀況良好(表2)。但是通過數(shù)據(jù)對比和方差分析可知，0～10 cm土壤容重為分段放牧地>自由放牧地>打草地>劃區(qū)輪牧草地，劃區(qū)輪牧與分段放牧間差異顯著(P<0.05)。在0～30 cm土層劃區(qū)輪牧方式的土壤容重最小，孔隙度最大，而自由放牧方式與其相反。因此，劃區(qū)輪牧方式能夠保持土壤疏松，而無序的自由放牧方式破壞草地土壤物理性質(zhì)。分段放牧地土壤表層容重最高，劃區(qū)輪牧草地最低，說明研究區(qū)分段放牧對土壤的壓實作用顯著。

2.2不同利用方式對草地土壤化學性質(zhì)的影響

2.2.1土壤有機質(zhì)的變化 土壤有機質(zhì)是植物養(yǎng)分元素循環(huán)的中心，凋落物和土壤有機質(zhì)能增加土壤團聚體、團聚體的穩(wěn)定性和滲透率，減少雨滴和徑流等對土壤的影響。不同利用方式下土壤有機質(zhì)含量隨著土層深度的增加而逐漸降低。各土層有機質(zhì)含量均為劃區(qū)輪牧地>自由放牧地>分段放牧地>打草地，但差異不顯著(表3)。

2.2.2土壤速效養(yǎng)分的變化 自由放牧方式下0～10 cm土層中堿解氮含量顯著高于打草利用方式(P<0.05)，其他兩土層均為劃區(qū)輪牧方式含量最高，但差異不顯著(表3)。各利用方式土壤速效鉀含量均較高，0～10 cm土層土壤速效鉀含量為分段放牧>打草>劃區(qū)輪牧>自由放牧，10～20、20～30 cm土層速效鉀含量為劃區(qū)輪牧>分段放牧>打草>自由放牧，但差異不顯著。0～10和10～20 cm土層土壤有效磷含量為劃區(qū)輪牧>分段放牧>自由放牧>打草。在20～30 cm土層有效磷含量為劃區(qū)輪牧>自由放牧>分段放牧>打草，并且打草地土壤有效磷顯著小于其他利用方式(P<0.05)。

表1 不同利用方式對草地土壤顆粒含量的影響

表2 不同利用方式對草地土壤容重和孔度的影響

3 討論

土壤有機質(zhì)的總量取決于植物生物量的生產(chǎn)與分解的平衡狀態(tài)，以及土壤儲存有機質(zhì)的能力[12]。放牧生態(tài)系統(tǒng)存在增加土壤碳的機制[13]，放牧利用下，動物的踐踏使凋落物破碎并與土壤充分接觸，有助于凋落物的分解，也有助于碳和養(yǎng)分元素轉(zhuǎn)移到土壤中[14]，但過度放牧將導致草地碳儲量降低[15]。放牧增加土壤有機質(zhì)含量，主要是由于放牧管理技術(shù)的應(yīng)用增加了牧草的產(chǎn)量，也潛在增加了大量有機質(zhì)的積累[16]。放牧對土壤有機質(zhì)沒有影響，草原生態(tài)系統(tǒng)對放牧有相當?shù)膹椥訹17]。這些不一致的結(jié)果表明，放牧和土壤有機質(zhì)之間存在復(fù)雜的相互關(guān)系，土壤有機質(zhì)對放牧的響應(yīng)受多種因素的影響，如放牧強度、頻度、持續(xù)時間和動物類型[18]。劉楠和張英俊[19]研究放牧對土壤的影響結(jié)果表明，土壤有機碳含量大體表現(xiàn)為常年放牧地高于放牧+割草地。本研究的結(jié)果表現(xiàn)為3種放牧利用方式下土壤有機質(zhì)含量均高于打草地，其中，劃區(qū)輪牧和自由放牧草地土壤有機質(zhì)含量均高于分段放牧方式，可見分段放牧和打草使研究區(qū)草地過度利用，減少了草地植被對土壤碳庫的碳輸入，加速了碳素從土壤向大氣的釋放，而劃區(qū)輪牧是當?shù)剌^適合的草地管理方式，可以減少碳排放，增加土壤碳庫儲存。

表3 不同利用方式對草地土壤化學性質(zhì)的影響

土壤堿解氮含量的高低能較好地反映出近期內(nèi)土壤氮素供應(yīng)狀況和氮素釋放速率。放牧通過家畜在草地上的排泄糞尿能夠逐漸增加土壤速效氮且隨放牧次數(shù)的增加影響逐漸增大，強度放牧下土壤速效氮含量比不放牧或中度放牧的高[20]。本研究中自由放牧方式土壤表層速效氮含量高于分段放牧和劃區(qū)輪牧，印證了這一觀點。放牧增加土壤的速效氮，可能是由于動物的糞便增加了土壤中的氮素[21]。放牧方式下土壤堿解氮含量高于打草地，說明放牧能夠多途徑地增加土壤微生物的生產(chǎn)力、促進氮素礦化、提高氮的有效性[22]，而連年的打草利用阻礙了氮素從植物向土壤的流轉(zhuǎn)，造成土壤氮素的損失，其含量降低。

在草地生態(tài)系統(tǒng)中，由于磷循環(huán)在系統(tǒng)內(nèi)部的局限性，植物歸還土壤的磷是有效磷的重要來源[23]。土壤有效磷含量主要受土壤性質(zhì)、氣候條件等的影響，所以，放牧強度對磷含量影響不大。因此，本研究中利用方式對土壤有效磷含量影響不顯著，但3種放牧草地的土壤有效磷均高于打草地，是由于打草利用方式將植物地上部分收獲移出草地，地上部分歸還量少，導致土壤有效磷的缺乏[23-24]。

一般來說，放牧活動中牲畜所產(chǎn)生的糞便能夠直接增加土壤中營養(yǎng)元素的含量，加快生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)循環(huán)速率[25]。由以上分析可知，放牧利用草地土壤堿解氮、速效磷含量均高于打草地，充分說明家畜通過采食活動及畜體對營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化影響草地營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)，提高養(yǎng)分的有效性，打草利用方式不利于土壤養(yǎng)分的循環(huán)和累積。

4 結(jié)論

自由放牧方式下土壤砂粒含量最高、粉粒含量最低，劃區(qū)輪牧與其相反。各利用方式的土壤容重均小于1.26 g·cm-3，土壤沒有表現(xiàn)出壓實現(xiàn)象。但是，分段放牧地土壤表層容重最高，劃區(qū)輪牧草地最低。

研究區(qū)3種放牧方式可使土壤保持較高的有機質(zhì)、堿解氮和有效磷含量，割草地養(yǎng)分含量較低。在3種放牧方式中，自由放牧方式僅使土壤表層堿解氮顯著升高，其土壤速效鉀和有效磷的含量均低于分段放牧和劃區(qū)輪牧。因此，劃區(qū)輪牧和分段放牧是研究區(qū)較為科學合理的利用方式，可有效地防止土壤養(yǎng)分降低。與劃區(qū)輪牧相比，分段放牧使土壤表層砂粒含量增高，容重顯著增大，有機質(zhì)含量降低，所以，采用分段放牧時，應(yīng)適當降低利用強度以促進土壤的恢復(fù)。

[1]寧發(fā)，徐柱，單貴蓮.干擾方式對典型草原土壤理化性質(zhì)的影響[J].中國草地學報，2008，30(4)：46-50.

[2]任繼周．草業(yè)科學研究方法[M]．北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1998.

[3]王長庭，龍瑞軍，王啟蘭，等.放牧擾動下高寒草甸植物多樣性、生產(chǎn)力對土壤養(yǎng)分條件變化的響應(yīng)[J].生態(tài)學報，2008，28(9)：4144-4152.

[4]烏仁其其格，武曉東，閆瑞瑞.呼倫貝爾草甸草原羊草群落不同退化程度土壤理化指標[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2009，23(9)：123-127.

[5]劉昊，趙寧，曹喆，等.干擾對草地植被與土壤的影響之研究進展[J].中國農(nóng)學通報，2008，24(5)：8-16.

[6]賀軍，崔國盈，孫小平.伊犁夏牧場劃區(qū)輪牧試驗[J].新疆畜牧業(yè)，2005，2：62-64.

[7]范守民，余雄，安沙舟，等.那拉提山地草甸草地劃區(qū)輪牧與自由放牧效果的對比分析[J].新疆農(nóng)業(yè)科學，2006，43(3)：200-204.

[8]希日莫，冬梅，敖登花，等.劃區(qū)輪牧是一種科學的畜牧業(yè)生產(chǎn)方式[J].畜牧與飼料科學，2009，30(1)：178.

[9]毛培勝，韓亮亮，王新國，等.不同放牧制度對老芒麥人工草地和羔羊體重的影響[J].草業(yè)科學，2007，24(11)：66-69.

[10]常會寧，夏景新.草地放牧制度及評價[J].國外畜牧學——草原與牧草，1994(4)：9-15.

[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.

[12]高英志，韓興國，汪詩平.放牧對草原土壤的影響[J].生態(tài)學報，2004，24(4)：790-797.

[13]Frank A B,Tanaka D L,Hofmann L,etal.Soil carbon and nitrogen of Northern Great Plains grasslands as influenced by long-term grazing[J].Journal of Range Management,1995,48(5):470-474.

[14]Naeth M A,Bailey A W,Pluth D J,etal.Grazing impacts on litter and soil organic matter in mixed prairie and fescue grassland ecosystems of Alberta[J]. Journal of Range Management,1991,44(1):7-12.

[15]鐘華平，樊江文，于貴瑞，等.草地生態(tài)系統(tǒng)碳蓄積的研究進展[J].草業(yè)科學，2005,22(1)：4-11.

[16]Reeder J D,Schuman G E.Influence of livestock grazing on C sequestration in semi-arid mixed-grass and short-grass rangelands[J].Environmental Pollution,2002,116(3):457-463.

[17]王艷芬，陳佐忠，Tieszen L T.人類活動對錫林郭勒地區(qū)主要草原土壤有機碳分布的影響[J].植物生態(tài)學報,1998,22(6)：545-551.

[18]鄭云玲，李雪松，張瑞，等.放牧強度對草原土壤與植被的影響[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學學報，2008,29(1)：262-266.

[19]劉楠，張英俊.放牧對典型草原土壤有機碳及全氮的影響[J].草業(yè)科學，2010，27(4)：11-14.

[20]Wienhold B J，Hendrickson J R,Karn J F.美國北部大草原上放牧活動對土壤性質(zhì)的影響[J].水土保持科技情報,2001(6)：14-17.

[21]裴海昆.不同放牧強度對土壤養(yǎng)分及質(zhì)地的影響[J].青海大學學報(自然科學板),2004,22(4)：29-31.

[22]侯扶江，楊中藝.放牧對草地的作用[J].生態(tài)學報，2006，26(1)：244-264.

[23]趙瓊，曾德慧.陸地生態(tài)系統(tǒng)磷素循環(huán)及其影響因素[J].植物生態(tài)學報，2005，29(1)：153-164.

[24]鄒麗娜，周志宇，顏淑云，等.瑪曲高寒草地土壤養(yǎng)分對不同利用方式的響應(yīng)[J].中國草地學報，2009，31(6)：80-87.

[25]Jaramillo V J,Detling J K.Small-scale grazing in a semiarid north American grassland.Ⅰ.Tillering N uptake and retranslocation in simulated urine patches[J].Journal of Applied Ecology,1992,29:1-8.