不同草地利用方式對(duì)土壤有機(jī)碳、全氮和全磷的影響

李亞娟，曹廣民，龍瑞軍

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中－美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070；2.中國科學(xué)院西北高原生物研究所，青海 西寧 810008；3.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020；4.青藏高原生態(tài)系統(tǒng)管理國際中心，甘肅 蘭州 730020）

青海省共和縣位于青藏高原東北緣，青海湖南岸，是青海牧區(qū)人口最多，牲畜比重最大的縣［1］?！八毕得晒耪Z，意為平原或?yàn)┑仄皆?，是青海省海南藏族自治州共和盆地的重要組成部分，由于氣候干旱、少雨以及草地超載過牧、大量墾殖、不合理開采等使土地沙漠化進(jìn)程逐年增大，塔拉灘成為黃河上游風(fēng)沙危害最嚴(yán)重的地區(qū)之一［2－4］。塔拉灘地區(qū)在20世紀(jì)50～60年代還是當(dāng)?shù)刈詈玫牟莸兀褚呀?jīng)嚴(yán)重沙化，成為共和盆地最主要的沙源地。近年，共和縣經(jīng)過多年的努力，通過封育禁牧、退牧還草、生態(tài)移民等措施對(duì)塔拉灘進(jìn)行了生態(tài)治理，使流動(dòng)沙丘得到有效控制［5－9］。通過調(diào)查研究青海省海南州共和縣不同利用方式下有機(jī)碳、全氮和全磷的含量，揭示了不同利用方式下土壤有機(jī)碳、全氮和全磷的含量變化特征，對(duì)于揭示塔拉灘地區(qū)不同土地利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響，為當(dāng)?shù)赝恋厣郴卫?、水土流失和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

塔拉灘總面積29.55萬hm2，屬高原大陸性氣候，干旱少雨，氣候溫涼，日照充足，晝夜溫差大，年平均氣溫4.1℃，年均降水量250～450mm。在研究調(diào)查的基礎(chǔ)上選擇塔拉灘有代表性和典型性的高寒草原、人工草地和農(nóng)田［10］為試驗(yàn)樣地，樣地基本概況（表1）。

1.2 土壤樣品采集與處理

采集青海省共和縣塔拉灘具有典型性、代表性的高寒草甸、人工草地和農(nóng)田，主要有封育芨芨草草原、過牧芨芨草草原、取土坑、農(nóng)田、和人工草地5種土地利用方式。每種利用方式按土壤濃度0～10、10～20、20～40、40～60和60～80cm用土鉆進(jìn)行全剖面土壤樣品采集，每種利用方式草地重復(fù)6次，土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，風(fēng)干后過1mm和0.25mm篩備用。

表1 不同利用方式草地概況Table 1 Basic information of the experimental grassland under different grassland using models

1.3 測(cè)定方法

重鉻酸鉀容量法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)；全氮半微量凱氏法測(cè)定土壤全氮；硫酸－高氯酸消煮鉬銻抗比色法測(cè)定土壤全磷［11］。

有機(jī)質(zhì)、全氮和全磷含量數(shù)據(jù)用Excel 2003進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)，用SPSS11.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同利用方式草地土壤有機(jī)碳含量

土壤有機(jī)碳是草地土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，與土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)密不可分。

研究區(qū)域內(nèi)土壤的有機(jī)碳含量普遍偏低，大部分在5g/kg以下（表2）。0～10cm和10～20cm土層，土壤有機(jī)碳含量順序均表現(xiàn)為封育芨芨草草原＞退化過牧芨芨草草原＞取土坑＞農(nóng)田＞人工草地，說明退化和開墾均導(dǎo)致表層土壤有機(jī)碳含量的下降，相同土層中，農(nóng)田和人工草地（退耕地）的有機(jī)碳含量差異不顯著（P＞0.05）。

在0～20cm土層，封育芨芨草草原的有機(jī)碳含量高于退化過牧芨芨草草原，而在20～80cm的各土層，封育芨芨草草原的有機(jī)碳含量均明顯低于退化過牧芨芨草草原，因?yàn)榉庥黾恿吮韺油寥赖挠袡C(jī)碳含量，退化過牧芨芨草草原0～10cm土層的有機(jī)碳含量明顯低于封育芨芨草草原，而在10～80cm的土壤剖面中隨土壤深度的增加有機(jī)碳含量相差不大，芨芨草草原封育地則呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，也說明退化導(dǎo)致表層土壤有機(jī)碳明顯損失，下層土壤有機(jī)碳沿土壤剖面有均勻分布的趨勢(shì)。在20cm以下土層，取土坑有機(jī)碳含量在5種利用格局中最低，原因取為土過程帶走了上層土壤，目前的土層可能相當(dāng)于原來更深的土層，人為恢復(fù)很難影響到或者暫時(shí)還未影響到這一層次。20～80cm的土壤剖面中人工草地土壤的有機(jī)碳含量高于農(nóng)田土壤。

表2 不同利用方式草地土壤有機(jī)碳含量Table 2 Soil organic carbon content of different grassland using models g/kg

不同利用方式隨土壤深度的增加有機(jī)碳含量均呈下降趨勢(shì)，封育芨芨草草原和取土坑2種利用格局的各土層之間差異顯著，農(nóng)田和人工草地每個(gè)土層的有機(jī)碳含量差異不大，尤其是0～10cm和10～20cm土層。說明退化和開墾導(dǎo)致土壤有機(jī)碳沿土壤剖面的變異消失。

2.2 不同利用方式草地土壤全氮含量

氮素是植物生長(zhǎng)發(fā)育所需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一，是土壤養(yǎng)分的最重要指標(biāo)，也是包括草原生態(tài)系統(tǒng)在內(nèi)的各種生態(tài)系統(tǒng)生長(zhǎng)力高低的主要限制因子。

研究區(qū)域土壤的全氮含量較低，除農(nóng)田和人工草地，大部分都低于0.05%。0～40cm的3個(gè)土層，均表現(xiàn)出農(nóng)田的全氮含量最高，人工草地次之，是由于人為因素如施肥、翻壓枯草等因素所致，取土坑（現(xiàn)人為恢復(fù)）的全氮含量最低；同時(shí)，0～40cm的土層封育芨芨草草原的土壤全氮含量高于退化過牧芨芨草草原，在40～80cm土層中卻低于退化過牧芨芨草草原，這說明封育使土壤上層的全氮含量增加，而退化導(dǎo)致氮向下層轉(zhuǎn)移，既退化使氮素進(jìn)行了重新分布；0～10cm和10～20cm土層，農(nóng)田和人工草地的全氮含量基本相同，而40～60cm和60～80cm土層，人工草地的全氮含量卻顯著高于農(nóng)田土壤中，這與有機(jī)碳的結(jié)果基本一致（表3）。

表3 草地不同利用方式土壤全氮含量Table 3 Soil total nitrogen content of different grassland using models%

隨土壤深度的增加，封育芨芨草草原的全氮含量呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)，并且0～10cm和10～20cm土層的含氮量相同；退化過牧芨芨草草原的全氮含量在40cm土層以下有升高的趨勢(shì)；取土坑的全氮含量隨土壤剖面加深的變異較小。農(nóng)田和人工草地的土壤全氮含量隨土層加深而降低，但降低的幅度比較小，在60～80cm的土壤全氮含量分別為0.032%和0.050%，相對(duì)較高，是由于人工耕作等對(duì)土壤的干擾而使氮素沿土壤剖面的變異減小。

2.3 不同利用方式草地土壤全磷含量

土壤中的磷素大部分是以遲效性狀態(tài)存在，因此，土壤全磷含量并不能作為土壤磷素供應(yīng)的指標(biāo)，全磷含量高時(shí)并不意味著磷素供應(yīng)充足，而全磷含量低于某一水平時(shí)，卻可能意味著磷素供應(yīng)不足。

研究區(qū)域土壤的全磷含量普遍較高。0～40cm的3個(gè)土層，均表現(xiàn)出農(nóng)田和人工草地的全磷含量最高，是由于人為因素如施肥、翻壓枯草等因素所致，取土坑（現(xiàn)人為恢復(fù)）的全磷含量最低，這與全氮的情況基本一致；同時(shí)，0～40cm的土層封育芨芨草草原的土壤全磷含量高于退化過牧芨芨草草原，而在40～80cm的土層中卻低于退化過牧芨芨草草原，這說明封育引起了土壤上層的全磷含量增加，而退化導(dǎo)致磷向下層轉(zhuǎn)移，也就是使磷素進(jìn)行了重新分布；在0～10cm和10～20cm土層，農(nóng)田和人工草地的全磷含量基本相同，而40～60cm和60～80cm土層，人工草地的全磷含量卻顯著高于農(nóng)田土壤中，這與有機(jī)碳、全氮的結(jié)果基本一致。

表4 不同利用方式草地土壤全磷含量Table 4 Soil total phosphorus content of different grassland using models%

隨土壤深度的增加，封育芨芨草草原的全磷含量呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)，退化過牧芨芨草草原的全磷含量在40cm土層以下有升高的趨勢(shì)；取土坑的全磷含量很低，且隨土壤剖面深度的變異很小，從0～10cm的0.23%變化到60～80cm的0.16%。農(nóng)田和人工草地的土壤全氮含量隨土層加深而降低，但0～10cm和10～20cm土層差異不顯著，是由于人工施肥及翻耕而使磷素沿土壤剖面的變異減小。5種利用方式均表現(xiàn)出40～60cm和60～80cm土層的全磷含量差異不顯著，說明在該研究區(qū)域全磷含量在40cm深以下變異基本消失。

3 討論和結(jié)論

草地不同利用方式的土壤有機(jī)碳、全氮和全磷變化趨勢(shì)不一致，0～10cm和10～20cm土層，土壤有機(jī)碳、全氮、全磷含量順序均表現(xiàn)為封育芨芨草草原＞退化過牧芨芨草草原＞取土坑＞農(nóng)田＝人工草地，而且在0～40cm的3個(gè)土層中，均表現(xiàn)出農(nóng)田和人工草地的全氮、全磷含量最高，由于施肥、翻壓枯草等人為因素的影響，人工草地和農(nóng)田利用方式增加了土壤全氮、全磷的含量。顏淑云等［12］的研究也表明人工修復(fù)草地的無機(jī)氮及銨態(tài)氮含量較高，趙云等［13］的研究也表明隨著退化程度的加劇土壤的有機(jī)碳、全氮和全磷含量不斷下降。退化草地、人工草地、農(nóng)田利用方式均顯著降低了土壤表層有機(jī)碳含量，這與已有的研究結(jié)果一致［14－18］，本研究中發(fā)現(xiàn)開墾對(duì)下層土壤有機(jī)碳的影響不大。人工草地、農(nóng)田普遍使土壤有機(jī)碳、全氮和全磷在土壤剖面的變異消失或者減小，尤其是0～10cm和10～20cm土層。

在土壤剖面上半部分，農(nóng)田和人工草地的有機(jī)碳、全氮和全磷含量基本相同，這與已有的研究結(jié)果基本一致［19－21］。而40～60cm和60～80cm土層，人工草地的碳氮磷含量卻顯著高于農(nóng)田，表明人工草地對(duì)于土壤的長(zhǎng)期培肥效果優(yōu)于農(nóng)田。

草地不同利用方式隨土壤剖面深度的增加土壤碳氮磷含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，封育芨芨草草原和取土坑各土層之間差異顯著，農(nóng)田和人工草地每個(gè)土層的有機(jī)碳含量差異不大，尤其是表層和亞表層，表明開墾導(dǎo)致土壤碳氮磷沿土壤剖面的變異減小，甚至有均勻分布的趨勢(shì)。退化也表現(xiàn)出相似的情況，但退化過牧芨芨草草原土壤的碳氮磷在40～60cm土層以下有升高的趨勢(shì)，表明退化導(dǎo)致碳氮磷向下層轉(zhuǎn)移，也就是退化使碳氮磷進(jìn)行了重新分布。

研究區(qū)域取土坑利用方式的碳氮磷含量在整個(gè)剖面層次都表現(xiàn)出最低，這是因?yàn)槿⊥恋倪^程帶走了原來的表層土壤，目前的土層可能相當(dāng)于原來更深的土層，人為恢復(fù)的效果還不明顯，尤其是土壤的氮素含量很低，人工種草時(shí)應(yīng)加強(qiáng)氮素的供應(yīng)以及整個(gè)土壤的培肥。

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