西藏安多草地退化對(duì)植物生物量和土壤養(yǎng)分的影響

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(guó)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)

西藏安多草地退化對(duì)植物生物量和土壤養(yǎng)分的影響

李亞娟1，曹廣民2，龍瑞軍3

(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(guó)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)

以西藏安多縣原生小嵩草(Kobresiapygmaea)草甸草原與退化小嵩草草甸草原2種類型草地為研究對(duì)象，對(duì)其草地的地上和地下生物量、土壤的有機(jī)碳、全氮、全磷、有效氮和有效磷含量進(jìn)行研究，了解退化對(duì)草地植物生物量和基本養(yǎng)分含量的影響。結(jié)果表明，退化小嵩草草甸草原的地上、地下以及總生物量均顯著下降，地上0～10、10～20 cm土層生物量和總生物量分別相當(dāng)于小嵩草草甸草的80.9%、22.1%，15.8%和20.0%；2種類型草地土壤的全量和有效碳氮磷含量均較低，退化對(duì)土壤全量和有效養(yǎng)分的影響并不一致，退化導(dǎo)致0～10和10～20 cm土層的有機(jī)碳、全氮和全磷含量均顯著升高，而導(dǎo)致0～10和10～20 cm土層的有效氮和有效磷含量均顯著降低，2種類型草地隨著土層的加深，土壤有機(jī)碳、全氮、全磷、有效氮和有效磷含量沒(méi)有明顯差異。

小嵩草草甸草原；退化草地；生物量；土壤全量養(yǎng)分；土壤有效養(yǎng)分

天然草地作為西藏最為豐富的自然資源之一，是人類的寶貴財(cái)富，也是當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)[1]。安多縣地處西藏北部，唐古拉山脈南北兩側(cè)，是西藏的北大門(mén)，安多草原是藏北4大草原之一，草原面積占藏北草原的1/2[2]。然而，在自然和人為因素的雙重影響下，藏北地區(qū)草地退化嚴(yán)重，草地生產(chǎn)力明顯下降，已成為社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的巨大障礙[3,4]。安多地區(qū)由于自然條件極為嚴(yán)酷、生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱，土壤成土?xí)r間短、土層薄，草地植被一旦遭到破壞，很難恢復(fù)[5,6]。

土壤碳氮磷元素是植物賴以生長(zhǎng)的最重要養(yǎng)分元素，同時(shí)有機(jī)碳還是形成土壤結(jié)構(gòu)的重要因素，直接影響土壤肥力、持水能力和土壤抗侵蝕能力等，是土壤特性的重要指標(biāo)之一，其變化狀況可以指示土壤退化與否[7]。有研究表明，植被退化是青藏高原高寒草甸土壤退化的直接原因，而土壤退化也必然引起植被退化，二者互為因果[8]。目前，對(duì)退化后土壤營(yíng)養(yǎng)元素含量的變化規(guī)律的研究結(jié)果并不一致，有些研究結(jié)果認(rèn)為退化后土壤的全量碳氮磷和有效碳氮磷含量均下降[9,10]，而有些研究結(jié)果表明退化后有效養(yǎng)分的含量會(huì)升高[11,12]，而且在海拔4 700 m的安多縣進(jìn)行草地植被恢復(fù)的研究較少。因此，通過(guò)對(duì)安多縣天然草地和退化草地生物量以及土壤基本養(yǎng)分的研究，明確當(dāng)?shù)夭莸赝嘶瘜?duì)草地植物生長(zhǎng)和土壤全量及有效營(yíng)養(yǎng)元素的影響，以期為當(dāng)?shù)夭莸赝嘶姆乐魏屯恋乩貌呗蕴峁┛茖W(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

以西藏安多縣典型的小嵩草草甸草原和退化小嵩草草甸草原2種類型草地為研究對(duì)象，采樣地位于西藏安多縣扎仁鄉(xiāng)南2 km，屬高原亞寒帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，空氣稀薄，晝夜溫差大，四季不分明，多風(fēng)雪天氣，無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期。年日照時(shí)數(shù)為2 847 h，年降水量為435 mm。土壤類型為高山草原土，質(zhì)地為砂壤質(zhì)。

1.2 樣品采集與處理

以安多縣原生草地和退化草地為研究對(duì)象，選擇3個(gè)典型樣地，每個(gè)樣地選取3個(gè)采樣點(diǎn)，樣點(diǎn)均分布于灘地上，坡度<5°，50 cm×50 cm樣方進(jìn)行地上生物量測(cè)定，根土法進(jìn)行樣品采集并進(jìn)行地下生物量的測(cè)定。用直徑為6 cm 的土鉆分別對(duì)0～10，10～20和20～40 cm深度的土壤取樣(退化草地20～40 cm由于土壤極少而石礫太多無(wú)法取樣)，分層分別裝袋，用孔徑2 mm 土壤篩分出根系和土壤，根系用流水沖洗干凈后瀝干水分，稱重，土壤樣品風(fēng)干，過(guò)1 mm和0.25 mm篩備用，各取樣點(diǎn)基本狀況見(jiàn)表1。

表1 西藏安多縣原生草地和退化草地樣地基本狀況Table1 Basic information of the different grassland types in Anduo county,Tibet

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

土壤有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；土壤全氮含量采用半微量凱氏法測(cè)定；土壤全磷含量采用硫酸-高氯酸消煮法測(cè)定；有效氮用堿解擴(kuò)散吸收法；土壤有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定[13,14]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Excel 2003計(jì)算，采用SPSS 17.0進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 草地退化對(duì)植物生物量的影響

生物量不僅能夠反映生態(tài)系統(tǒng)在特定時(shí)段內(nèi)積累有機(jī)物質(zhì)的能力，而且是描述生態(tài)系統(tǒng)特征的重要參數(shù)[15]。退化導(dǎo)致小嵩草草甸草原的地上、地下以及總生物量均顯著下降，尤其是地下生物量，0～10、10～20 cm土層生物量均急劇下降。退化小嵩草草甸草原的地上0～10、10～20 cm土層生物量和總生物量分別相當(dāng)于小嵩草草甸草原的80.9%、22.1%、15.8%和20.0%，說(shuō)明退化對(duì)地下生物量的影響比地上生物量大。小嵩草草甸草原的地下生物量較大，0～10和10～20 cm土層生物量分別為1 378.6和830.1 g/m2，而退化草原則分別為104.2和131.2 g/m2(表2)。

2.2 草地退化對(duì)土壤有機(jī)碳、全氮和全磷的影響

土壤中全量營(yíng)養(yǎng)元素的含量反應(yīng)了土壤的基礎(chǔ)肥力狀況?？梢钥闯?，研究區(qū)域土壤的有機(jī)碳、全氮和全磷含量均處于極低的水平(表3)。退化后0～10 cm表層土壤的有機(jī)碳、全氮和全磷含量均顯著升高(P<0.05)；10～20 cm土層的有機(jī)碳也明顯升高，全氮和全磷含量也有升高的趨勢(shì)，但差異不顯著(P>0.05)。0～10和10～20 cm土層，退化小嵩草草甸草原的有機(jī)碳含量分別高出小嵩草草甸草原的44.35%和66.67%；全氮分別高出104.5%和19.0%；全磷分別高出31.6%和17.1%。

表2 不同類型草地的植物生物量Table2 Biomass of different grassland types g/m2

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；小寫(xiě)字母不同者表示不同草地類型之間差異顯著(P<0.05)，下同

表3 不同草地類型土壤有機(jī)碳、全氮和全磷含量Table3 Soil organic carbon,soil total N and soil total P content of different grassland types g/kg

注：表中不同大寫(xiě)字母表示相同草地類型不同土層之間差異顯著(P<0.05),下同

隨著土層的加深，除了退化小嵩草草甸草原的全氮含量以外，土壤有機(jī)碳、全氮和全磷含量沒(méi)有明顯差異，這與研究區(qū)域土壤為砂質(zhì)土，并且土層較薄有關(guān)。退化小嵩草草甸草原10～20 cm土層的全氮僅為0～10 cm土層的55.6%。

2.3 草地退化對(duì)土壤有效氮和有效磷的影響

土壤有效養(yǎng)分指土壤中可供植物直接吸收利用的無(wú)機(jī)離子態(tài)養(yǎng)分和少量小分子有機(jī)態(tài)養(yǎng)分?？梢钥闯觯?種草地土壤的有效氮和有效磷含量均處于較低的水平，有效氮低于30 mg/kg，有效磷含量低于5.5 mg/kg，土壤有效氮磷不足以支撐植物的生長(zhǎng)(表4)。在0～10與10～20 cm土層，原生小嵩草草甸草原的有效氮均高于退化小嵩草草甸草原，分別高出47.0%和54.6%；原生小嵩草草甸草原的有效磷含量也高于退化小嵩草草甸草原，但差異不顯著(P>0.05)。由此可見(jiàn)，退化對(duì)有效養(yǎng)分含量的影響與全量養(yǎng)分并不一致，退化后土壤的全量養(yǎng)分增加，而有效養(yǎng)分降低。

隨著土層的加深，小嵩草草甸草原和退化小嵩草草甸草原土壤有效氮和有效磷含量也無(wú)明顯變化。

表4 不同草地類型土壤有效氮和有效磷含量Table4 Soil available N and P content of different grassland types mg/kg

3 討論與結(jié)論

研究結(jié)果表明，退化導(dǎo)致小嵩草草甸草原的地上、地下以及總生物量均顯著下降，這與已有的研究結(jié)果一致[16,17]。也發(fā)現(xiàn)退化對(duì)地下生物量的影響大于地上生物量，有關(guān)研究結(jié)果不一致，有報(bào)道稱地下生物量隨放牧強(qiáng)度的增加而呈增加趨勢(shì)[18]，也有報(bào)道隨著退化程度的加重，草地地下生物量急劇降低[19]。

退化小嵩草草甸草原土壤有機(jī)碳、全氮、全磷含量在0～10和10～20 cm均高于原生小嵩草草甸草原，這與范燕敏[19]的研究結(jié)果一致，也有研究結(jié)果與此相反[9,20,21]，張建平等[22]在那曲地區(qū)的研究結(jié)果也表明退化草甸草原的全氮、全磷含量均低于未退化草甸草原。退化后全量養(yǎng)分高于未退化草地是因?yàn)橹参锷L(zhǎng)極少，枯枝落葉已不是土壤有機(jī)質(zhì)的主要來(lái)源，由于植物根系變淺，土壤有機(jī)質(zhì)向土壤淺層聚集，植物的根系及其分泌物成為土壤有機(jī)質(zhì)的主要來(lái)源；此外，退化草地地表遍布動(dòng)物糞便，大量的動(dòng)物糞便成為了土壤有機(jī)質(zhì)的主要來(lái)源之一。研究中退化導(dǎo)致土壤有效氮與有效磷含量明顯降低，但有研究結(jié)果表明退化后土壤的有效養(yǎng)分會(huì)明顯升高[23]，也有報(bào)道表明退化后土壤的有效養(yǎng)分與退化程度有關(guān)，輕度退化時(shí)表現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，重度退化時(shí)表現(xiàn)出升高的趨勢(shì)。因此，退化對(duì)草地土壤全量及有效養(yǎng)分含量的影響比較復(fù)雜，這與研究區(qū)域、退化程度以及植被種類等因素均有一定的關(guān)系。本研究區(qū)域草地土壤碳氮磷含量均較低，退化草地恢復(fù)過(guò)程中應(yīng)考慮速效養(yǎng)分尤其是速效氮肥的投入。

試驗(yàn)表明退化對(duì)土壤全量養(yǎng)分和有效養(yǎng)分影響的不一致性可能是因?yàn)橥嘶莸赜捎诓莸目菸?，根的腐爛以及動(dòng)物的糞便等，這些有機(jī)物質(zhì)會(huì)增加全量養(yǎng)分的含量，而有效養(yǎng)分主要為無(wú)機(jī)離子態(tài)，所以，有機(jī)物質(zhì)對(duì)有效養(yǎng)分含量沒(méi)有貢獻(xiàn)，而退化后由于土壤裸露、淋溶加劇導(dǎo)致無(wú)機(jī)離子態(tài)養(yǎng)分含量明顯降低。此外，研究中營(yíng)養(yǎng)元素在土壤剖面中基本沒(méi)有變異，可能與該地區(qū)土體較薄、砂質(zhì)質(zhì)地有關(guān)。

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Effect of grassland degradation on the plant biomass and soil nutrients in Anduo County,Tibetan

LI Ya-juan1,CAO Guang-min2,LONG Rui-jun3

(1.CollegeofPataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity;KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem,MinistryofEducation;Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou，GansuProvince730070,China;2.NorthwestPlateauInstitutionofBiology,ChineseAcademyofSciences,Xining,QinhaiProvince810008,China;3.CollegeofPastoralAgricultureScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou，GansuProvince730020,China)

Two types grassland,Kobresiapygmaeameadow steppe and degradedKobresiapygmaeameadow steppe were selected to study the effect of alpine meadow degradation on biomass and soil nutrients,and the above ground biomass,root biomass and soil organic carbon，total N,total P,available N and available P were determined.The results showed that the above ground,root and total biomass all decreased significantly,and the above ground biomass,0～10 cm,10～20 cm and total biomass of the degraded grassland were 80.9%，22.1%，15.8% and 20.0% of theKobresiapygmaeameadow steppe respectively.The total and available nutrients of the two grassland types were all at a lower level.The effects of degradation on soil total nutrients and available nutrients were not consistent.Soil organic carbon,total N and total P in 0～10 cm and 10～20 cm soil depth both increased significantly,but the available N and available P in 0～10 cm and 10～20 cm soil depth both decreased significantly after degradation.In addition to total N in the degraded grassland,there were no significant difference in soil organic carbon,total N,total P,available N and available P of different soil depth both the two grassland types,

Kobresiapygmaeameadow steppe;degraded meadow;biomass;soil total nutrients;soil available nutrients

2015-04-12；

2015-05-22

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30970520)資助

李亞娟(1981-)，女，甘肅慶陽(yáng)人，講師，博士，主要從事草地土壤學(xué)方面的研究。 E-mail：liyj@gsau.edu.cn

S 812

A

1009-5500(2015)04-0032-05