貴州高海拔山區(qū)草地建植對土壤質(zhì)量的影響

楊學(xué)東，李 莉，姚紅艷，楊 飛，王應(yīng)芬，張明均，黎 俊，劉洪來＊

（1．貴州省草地技術(shù)試驗(yàn)推廣站，貴州 貴陽550025；2．貴州大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽550025；

3．貴州省畜牧獸醫(yī)學(xué)校，貴州 貴陽550025）

中國西南巖溶山區(qū)主要是指以貴州為中心的云南、四川、重慶、廣西、湖北、湖南和廣東等8?。ㄊ?、區(qū)）的石灰?guī)r地區(qū)，總面積約5．5×104km2，約占我國國土總面積的1／20，是我國最大的生態(tài)脆弱區(qū)之一，也是貧困人口聚集區(qū)［1－2］。自20世紀(jì)中葉起，由于人類對土地的不合理利用和本身脆弱的地質(zhì)環(huán)境，導(dǎo)致大量水土流失、石漠化程度加深、泥石流災(zāi)害頻發(fā)［3－5］，尤其近年來因全球氣候變化引起的雨熱異常導(dǎo)致巖溶山區(qū)旱澇等自然災(zāi)害屢屢發(fā)生［6－7］，使該區(qū)域人民的生存和發(fā)展受到極大限制。由于巖溶山區(qū)土層發(fā)育較淺、坡陡、降雨作用強(qiáng)烈，加上人地矛盾突出和長期不合理的利用，致使巖溶山區(qū)土壤極易退化。

草地建植是以適應(yīng)區(qū)域生境和生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的植物材料對原有植被進(jìn)行的改良或重建過程，不僅為畜牧業(yè)發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)飼料，而且直接影響到土壤理化性質(zhì)和土壤環(huán)境狀況，導(dǎo)致土壤質(zhì)量和許多生態(tài)過程發(fā)生變化［8－10］。合理的草地建植能改善土壤結(jié)構(gòu)，有利于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成和土壤肥力的恢復(fù)與提高，增強(qiáng)土壤對外界環(huán)境變化的抵抗力［10－11］。

近年來，為保護(hù)巖溶山區(qū)的生態(tài)環(huán)境并發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟(jì)，國家在西南巖溶山區(qū)實(shí)施了一系列生態(tài)農(nóng)牧業(yè)項(xiàng)目，大面積的天然草地轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯げ莸?。筆者以貴州西南高海拔典型區(qū)域的天然草地和人工草地為研究對象，對比分析天然草地經(jīng)過重建前后的土壤質(zhì)量狀況，以期為巖溶山區(qū)土地合理開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1．1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省興仁縣放馬坪種羊場（N25．56°，E105．17°，海拔1 678m），為云貴高原向廣西低山陵過渡的斜坡地帶。該區(qū)域?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，年均溫12℃，平均降雨量1 300 mm，無霜期280d，年均日照時(shí)數(shù)1 100h，主要土壤類型為黃棕壤［12］。筆者以天然灌叢草地為對照，對比分析天然草地建植為人工草地后的土壤質(zhì)量情況；研究區(qū)天然草地以黑穗畫眉草（Eragrostis nigra Nees ex Steud．）為優(yōu)勢種，伴生種有白茅（Imperata cylindrica（L．）Beauv．）、西南委陵菜（Potentilla lineata Trev．）等，8月份草層平均高度約40cm，蓋度約90%；春冬季放牧水牛、黃牛和山羊，放牧強(qiáng)度約為每公頃1個(gè)綿羊單位；研究區(qū)人工草地在20世紀(jì)90年代初由從天然草地改建而來，主要分為2種類型，第1個(gè)類型為鴨茅草地，伴生有白三葉，蓋度約95%；第2個(gè)類型為絨毛草草地，伴生有白三葉，蓋度約100%；人工草地全年持續(xù)輪牧山羊，放牧強(qiáng)度為每公頃9．5 個(gè)綿羊單位，連續(xù)利用20 余年；自2002年起每年施尿素（含N≥46．4%）180kg／hm2、混 合 肥（N10－P2O57－K2O 8，總 養(yǎng) 分≥25．1%）225kg／hm2。

1．2 樣品采集與分析

2011年10月，分別采集天然草地、鴨茅草地和絨毛草草地土壤樣品，用土鉆法分3層（0～10cm，10～30cm，30～50cm）對各草地類型的3個(gè)剖面進(jìn)行土樣采集，各剖面距離大于50m。用環(huán)刀法測定土壤體積質(zhì)量（Bulk Density，BD）和毛管持水力［13］。土壤樣品理化性狀和微量元素密度分析參照文獻(xiàn)［13－14］的方法進(jìn)行。

1．3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS13．0和Excel 2007軟件進(jìn)行分析處理，顯著性分析在p＝0．01 水平下采用LSD法檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2．1 草地建植對土壤物理性狀的影響

從表1可知，天然草地建植為人工草地后土壤體積質(zhì)量明顯下降，下降幅度13．8%～50．0%，以鴨茅草地10～30cm 土層的下降幅度最顯著，絨毛草草地30～50cm 土層的下降幅度最小，說明人工草地建植顯著降低了土壤體積質(zhì)量。鴨茅根系較深，對深層土壤改良作用明顯，而絨毛草根系主要分布于中層和表層，對底層土壤體積質(zhì)量影響較小。土壤毛管持水力與體積質(zhì)量表現(xiàn)相反。

人工草地土壤pH 顯著高于天然草地，變幅18．9%～41．1%；人工草地在放牧利用過程中有大量動(dòng)植物掉落物進(jìn)入土壤，使土壤中緩沖物質(zhì)增多，從而影響土壤pH。同時(shí)，土壤pH 還受淋溶、蒸發(fā)、施肥、酸雨以及植被類型等因素影響［15－16］。

土壤鹽分隨水分運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)，主要受蒸發(fā)和植物吸收水分強(qiáng)度的影響；鴨茅草地因蓋度相對較低，地面蒸發(fā)較大，且鴨茅根系深、生產(chǎn)需水量大，土壤鹽分隨水分的運(yùn)動(dòng)被帶至表層和中層。

2．2 草地建植對土壤肥力的影響

土壤肥力是土壤提供植物生產(chǎn)的根本保障［16］。由表2可知，土壤有機(jī)質(zhì)表現(xiàn)為0～30cm 土層，人工草地高于天然草地；30～50cm 土層，天然草地顯著高于人工草地，這可能是因天然草地的原生灌叢被破壞后，大量有機(jī)質(zhì)殘留在土壤深層，且天然草地深層土壤通用氣性差，原有機(jī)質(zhì)難以分解。

表1 天然草地與人工草地的土壤物理性狀、pH 及全鹽含量Table 1 Soil physical properties，pH and total salt content of natural grassland and artificial pasture

表2 天然草地和人工草地的土壤肥力Table 2 Soil fertility of natural grassland and artificial grassland

表3 天然草地和人工草地的土壤有效態(tài)礦質(zhì)元素密度Table 3 Soil effective mineral element density of natural grassland and artificial pasture g／m2

全氮、堿解氮和速效鉀含量均表現(xiàn)為人工草地顯著高于天然草地，天然草地建植為人工草地后因人為耕作、施肥等干預(yù)以及放牧利用使土壤理化性質(zhì)有明顯改善。2種人工草地因地被植物不同，生產(chǎn)力不同，對土壤肥力因子的需求量有所差異，在長期放牧利用過程中對土壤質(zhì)量的改善程度也存在差異，如全氮、堿解氮和速效鉀都表現(xiàn)為鴨茅草地顯著高于絨毛草草地。

土壤肥力因子在剖面上的變化除天然草地土壤有機(jī)質(zhì)含量隨土層加深而增加外，其余各指標(biāo)均表現(xiàn)相反，這與動(dòng)物排泄物、動(dòng)植物掉落物、耕作措施、施肥及淋溶等一系列外部因子和土壤內(nèi)部因素變化有關(guān)。

2．3 草地建植對土壤微量元素密度的影響

土壤有效態(tài)微量元素密度在一定條件下反映單位面積某一土層深度可為植物生長供給微量養(yǎng)分的能力［17］。由表3看出，天然草地建植為人工草地后土壤有效態(tài)鐵、銅、鋅和硼密度顯著下降，最小下降幅度分別為79．43%、34．69%、57．45%和40．63%；有效態(tài)錳密度則至少增高了29．17%。有效態(tài)鉬密度介于2種人工草地之間，這主要與植物對鉬的需求差異有關(guān)，如豆科植物對鉬的需求相對較大［18］。人工草地土壤有效態(tài)鐵、銅、鋅、鉬和硼密度均表現(xiàn)為絨毛草草地大于鴨茅草地；而有效態(tài)錳密度則以鴨茅草地較高，這可能因?yàn)轼喢┎莸厣w度低，水分蒸發(fā)使土壤較干燥，此外較高的鹽分含量也有助于激發(fā)錳的活性［19］。

3 結(jié)論與討論

土壤的形成和發(fā)育受自然和人為因素的影響，而人類活動(dòng)對其生活區(qū)的土壤發(fā)育起主導(dǎo)性的作用［9－11］。研究發(fā)現(xiàn)，天然草地建植為人工草地，再經(jīng)多年管理和利用后土壤物理性質(zhì)、肥力因子和微量元素密度等性狀有明顯改變，土壤體積質(zhì)量、毛管持水力、pH、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀含量明顯得到改善；土壤有效態(tài)鐵、銅、鋅和硼密度均顯著降低，有效態(tài)錳則顯著升高。說明植被重建會(huì)提高土壤質(zhì)量，人為因素在土壤演替和質(zhì)量變化中起一定作用，適當(dāng)?shù)娜藶楦蓴_有助于土壤良性演替［10，20－21］。

土壤質(zhì)量的影響因素主要有氣候、人為干擾和生物等，不同植被類型對土壤養(yǎng)分的需求以及為土壤輸入的有機(jī)質(zhì)存在差異［22］。試驗(yàn)區(qū)草地建植后天然草地與人工草地間土壤物理性質(zhì)、肥力因子和微量元素密度等性狀有明顯改變；此外，2種不同植被類型的人工草地間土壤毛管持水力、全鹽、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀以及微量元素密度也存在明顯差異，說明在同一管理利用水平下，不同植被類型對土壤的影響程度存在差異。

在喀斯特山區(qū)，隱域性氣候明顯，區(qū)域范圍內(nèi)氣候和土壤條件差異較大，草地建植會(huì)導(dǎo)致該地區(qū)土壤質(zhì)量改善，草地建植引起的土壤質(zhì)量變化應(yīng)該受到重視，但在草地重建過程中建植適宜局域范圍的草地類型不僅有利于土壤質(zhì)量改善，更有助于該地區(qū)草地畜牧業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展。

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