放牧強(qiáng)度對(duì)高寒嵩草草甸土壤養(yǎng)分特性的影響

林　麗，張德罡，曹廣民，歐陽經(jīng)政，柯　潯，劉淑麗，張法偉，李以康，郭小偉

1 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，蘭州　730070 2 中國科學(xué)院西北高原生物研究所，西寧　810008

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放牧強(qiáng)度對(duì)高寒嵩草草甸土壤養(yǎng)分特性的影響

林麗1,2，張德罡1,*，曹廣民2，歐陽經(jīng)政2，柯潯2，劉淑麗2，張法偉2，李以康2，郭小偉2

1 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，蘭州730070 2 中國科學(xué)院西北高原生物研究所，西寧810008

植物-土壤系統(tǒng)是草地生態(tài)和生產(chǎn)服務(wù)價(jià)值實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，放牧是草地植物群落演替的重要因素。植物、土壤亞系統(tǒng)對(duì)放牧的敏感性是評(píng)價(jià)草地穩(wěn)定性和提高草地恢復(fù)力的重要依據(jù)。以不同放牧強(qiáng)度下的高寒嵩草(Kobresia)草甸為研究對(duì)象，探討土壤養(yǎng)分特征對(duì)放牧強(qiáng)度的響應(yīng)及作用位點(diǎn)，結(jié)果表明：改變放牧強(qiáng)度可以明顯改變植物群落數(shù)量特征，但沒有明顯改變土壤層次分類特征，說明土壤養(yǎng)分特征對(duì)一定范圍內(nèi)放牧強(qiáng)度具有自我穩(wěn)定維持功能；但放牧干擾強(qiáng)度不同時(shí)，土壤剖面過渡層養(yǎng)分含量存在差異，說明長期放牧強(qiáng)度的差異會(huì)對(duì)土壤剖面養(yǎng)分性質(zhì)產(chǎn)生影響，且這種影響起源于土壤剖面過渡層。在放牧高寒嵩草草甸植物-土壤系統(tǒng)中土壤剖面養(yǎng)分特征較植物群落數(shù)量特征更穩(wěn)定；土壤剖面過渡層養(yǎng)分特征是土壤亞系統(tǒng)中對(duì)放牧的敏感因素；而放牧引起土壤剖面養(yǎng)分特征的改變主要表現(xiàn)在各過渡層上，并構(gòu)成土壤發(fā)生層遷移的風(fēng)險(xiǎn)，因此推測(cè)，更為持久和更高強(qiáng)度的放牧干擾將最終改變土壤剖面特征及養(yǎng)分性質(zhì)。

退化草地生態(tài)系統(tǒng)；超載放牧；土壤養(yǎng)分；土壤發(fā)生層

高寒嵩草草甸是青藏高原放牧生態(tài)系統(tǒng)的主體，具有生產(chǎn)、生活、生態(tài)的三生服務(wù)功能。放牧是高寒嵩草草甸上進(jìn)行最持久，影響最深遠(yuǎn)的人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)之一，過度放牧可以造成產(chǎn)草量大幅度降低[1]，土壤物理結(jié)構(gòu)遭受破壞[2]，土壤化學(xué)養(yǎng)分失衡[3-4]，甚至草地生態(tài)系統(tǒng)崩潰[5]。高寒嵩草草地退化已經(jīng)成為威脅當(dāng)?shù)丶爸苓叺貐^(qū)生態(tài)安全、限制區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸因素。

放牧草地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)服務(wù)能力評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)是畜產(chǎn)品生產(chǎn)以及如何維持畜產(chǎn)品可持續(xù)生產(chǎn)。而畜產(chǎn)品生產(chǎn)的基礎(chǔ)是植物-土壤系統(tǒng)，放牧可以改變植物群落物質(zhì)能量分配模式[6-10]、土壤養(yǎng)分平衡和轉(zhuǎn)化特征[11]。但植物群落數(shù)量和土壤養(yǎng)分特征對(duì)放牧反應(yīng)的敏感性頗受爭(zhēng)議。有些研究認(rèn)為過度放牧在改變草地植物群落物種組成的同時(shí)，改變了土壤養(yǎng)分特征[12-13]，如甘南嵩草放牧草地與禁牧草地相比，前者顯著的降低了土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、全磷和速效磷的含量[14]；但有些研究認(rèn)為，放牧對(duì)土壤養(yǎng)分的影響具有不確定性，因?yàn)椴墒场③`踏、糞尿回歸[15-16]對(duì)土壤養(yǎng)分的提高有可能具有正反饋效應(yīng)[17-19]，且一定強(qiáng)度的放牧可以增加凋落物質(zhì)量，增加土壤微生物的數(shù)量和活性,從而增加養(yǎng)分的循環(huán)速率[20-21]。植物-土壤系統(tǒng)對(duì)放牧強(qiáng)度的反饋效應(yīng)在一定程度上可以維持植物群落的相對(duì)穩(wěn)定[12]。

草地放牧演替過程植物群落同土壤養(yǎng)分的變化順序一直是生態(tài)擾動(dòng)學(xué)理論研究的熱點(diǎn)。本研究以青藏高原東北部典型高寒嵩草(Kobresiaspp.)草甸不同放牧干擾強(qiáng)度下的植被演替系列為研究對(duì)象，通過分析其土壤剖面分層和土壤性質(zhì)特征，探討植物群落數(shù)量特征同土壤性質(zhì)特征的協(xié)同演化關(guān)系，以期為深入剖析草地穩(wěn)定性維持機(jī)制提供實(shí)證和理論依據(jù)[22]。

1　研究方法

1.1樣地的選擇

研究區(qū)域設(shè)置于青海省海北藏族自治州門源縣皇城鄉(xiāng)，中國科學(xué)院海北高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)定位站輔助觀測(cè)場(chǎng)，地處祁連山北支冷龍嶺東段南麓的大通河谷山間灘地，屬典型的高原大陸性氣候，年均氣溫-1. 7℃，最冷月(1月)平均氣溫為-14. 8℃，最熱月(7月)平均溫度為9. 8℃，絕對(duì)最低氣溫可降至-37℃。年降水量618 mm，主要集中于5—9月，占年降水量的80%左右。植物生長季，雨熱同期。

在該區(qū)域選擇具有相同氣候條件和立地條件的4戶冬春牧場(chǎng)，分別標(biāo)記為A、B、C和D。1995年前，植物生長盛期草場(chǎng)以禾草和矮嵩草(Kobresiahumilis)為優(yōu)勢(shì)種，整個(gè)草場(chǎng)植被分布較為均一。1995年后該草場(chǎng)分給4個(gè)牧戶分別經(jīng)營，由于各牧戶經(jīng)營策略不同，導(dǎo)致載畜量、畜群組成、放牧?xí)r間發(fā)生分異(表1)，經(jīng)過近20年的累計(jì)效應(yīng)，使得各圍欄內(nèi)草場(chǎng)地表特征、植物群落組成結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯分異，進(jìn)而形成了一個(gè)天然的放牧梯度。樣地概況見表1。

表1　樣地概況

1.2采樣方法

采樣時(shí)間為2013年9月初，土壤樣品采集利用土鉆法(Φ=6 cm)，每5鉆合為1個(gè)重復(fù)，每樣地6個(gè)重復(fù)，風(fēng)干，去根系，分別過0.25mm和2mm土壤篩備用。

土壤養(yǎng)分特征測(cè)定指標(biāo)及方法：全碳(元素分析儀Perkin Elmer 2400II)、全氮(元素分析儀Perkin Elmer 2400II)、全磷(酸溶-鉬銻抗比色法)、全鉀(酸溶-火焰光度法)、硝態(tài)氮(氯化鉀浸提-酚二磺酸比色法)、氨態(tài)氮(氯化鉀浸提-靛芬蘭比色法)、速效磷(碳酸氫鈉浸提-分光光度法)、速效鉀(醋酸銨浸提-火焰光度法)、pH(水土比2.5∶1)，無機(jī)碳(土壤碳酸鹽測(cè)定儀Eijkelkamp Calcimeter)，有機(jī)質(zhì)[有機(jī)質(zhì)含量=(全碳含量-無機(jī)碳含量)×1.724][23]。

1.3數(shù)據(jù)分析處理

(1)載畜量調(diào)查通過調(diào)查牲畜數(shù)量、載畜時(shí)間和土地面積獲得。

(2)植物群落演替過程土壤養(yǎng)分差異分析采用spss11.5對(duì)4個(gè)樣地相同土壤層次11種土壤理化性質(zhì)分別進(jìn)行單因素方差分析，顯著性系數(shù)為0.05。

(3)同一植物群落土壤剖面分類以11種土壤理化性質(zhì)含量為屬性，分別對(duì)4個(gè)樣地土壤分布層進(jìn)行歐式聚類，分析該區(qū)土壤層次的歸屬關(guān)系。

2　結(jié)果與分析

2.1土壤剖面分層特征

圖1　研究區(qū)域土壤養(yǎng)分垂直分層特征聚類分析Fig.1　Soil profiles features classification in experiment area　0—5代表0—5cm土層，5—10代表5—10cm土層，10—15代表10—15cm土層，15—20代表15—20cm土層，20—30代表20—30cm土層，30—40代表30—40cm土層；A、B、C和D依次代表A、B、C和D樣地

以11種土壤養(yǎng)分性質(zhì)為因子對(duì)A、B、C和D各樣地0—5cm、5—10cm、10—15cm、15—20cm、20—30cm和30—40cm土層進(jìn)行聚類，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)域土層主要分為4類，分別為0—5cm、5—10cm、10—20cm和20—40cm。其中4樣地0—5cm土層歸為一類，從歐式距離看，各樣地之間土壤性質(zhì)有出現(xiàn)分異的趨勢(shì)；5—10cm土層A和B樣地歐式距離較為接近，而C和D樣地歐式距離較為接近，但總體上各樣地5—10cm土層可以歸為一類；10—15cm和15—20cm兩層土壤各自成一類，但兩者之間的歐式距離均衡，可以歸為一大類。20—30cm和30—40cm兩層次土壤歐式距離差異較小，且互有包含，如C樣地20—30cm和A、B、C和D樣地30—40cm土壤可歸為一大類(圖1)。

以11種土壤養(yǎng)分性質(zhì)為因子對(duì)A樣地土壤剖面層次進(jìn)行聚類，可將其剖面劃分成4層，即0—5cm、5—15cm、15—30cm、30—40cm，通過剖面特征調(diào)查發(fā)現(xiàn)它們分別隸屬于草氈表層、淋溶層、淋溶層和淀積層的過渡層、淀積層和母質(zhì)層(圖2)。

以11種土壤理化性質(zhì)為因子對(duì)B樣地土壤剖面層次進(jìn)行聚類，發(fā)現(xiàn)可將其垂直剖面劃分成5層，即0—5cm、5—10cm、10—20cm、20—30cm、30—40cm，通過剖面特征調(diào)查，它們分別隸屬于土壤發(fā)生層的草氈表層、淋溶層、淀積層、淀積層與母質(zhì)層的過渡層以及母質(zhì)層(圖3)。

圖2　A樣地土壤垂直剖面分層特征Fig.2　Soil profiles features in plot A

圖3　B類型樣地土壤垂直剖面分層特征Fig.3　Soil profiles features in plot B

以11種土壤理化性質(zhì)對(duì)C樣地土壤剖面層次進(jìn)行聚類，發(fā)現(xiàn)可將其垂直剖面劃分成4層，即0—5cm、5—10cm、10—20cm、20—40cm，通過剖面特征調(diào)查，它們分別隸屬于土壤發(fā)生層的草氈表層、淋溶層、淀積層和母質(zhì)層(圖4)。

以11種土壤理化性質(zhì)對(duì)D樣地土壤剖面層次進(jìn)行聚類，發(fā)現(xiàn)可將其垂直剖面劃分成4層，0—5cm、5—10cm、10—30cm和30—40cm，通過剖面特征調(diào)查，它們分別隸屬于草氈表層、淋溶層、淀積層、母質(zhì)層(圖5)。

2.2放牧強(qiáng)度對(duì)土壤全量養(yǎng)分的影響

放牧強(qiáng)度對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的影響主要表現(xiàn)在表層和母質(zhì)層。隨放牧強(qiáng)度增大，0—5cm土壤有機(jī)質(zhì)含量B樣地顯著高于D樣地(P<0.05)，土壤全氮含量A和B樣地顯著高于D樣地(P<0.05)；5—30cm土壤有機(jī)質(zhì)和全氮各層次含量在不同樣地之間差異不顯著(P<0.05)，但30—40cm土壤有機(jī)質(zhì)含量D樣地顯著低于A、B和C樣地(P<0.05)。

圖4　C類型樣地土壤垂直剖面分層特征Fig.4　Soil profiles features in plot C

圖5　D類型樣地土壤垂直剖面分層特征Fig.5　Soil profiles features in plot D

放牧強(qiáng)度對(duì)土壤全磷、全鉀、無機(jī)碳含量的影響主要表現(xiàn)在土壤過渡層。即隨放牧強(qiáng)度增大，10—15cm土層中土壤全磷含量A和B樣地顯著高于C和D樣地(P<0.05)；5—10cm土層土壤全鉀含量B樣地顯著低于A、C和D樣地(P<0.05)；而不同放牧強(qiáng)度下，相同土壤發(fā)生層全磷和全鉀含量差異不顯著(P>0.05)。15—20cm土層土壤無機(jī)碳C樣地顯著低于D樣地(P<0.05)，余者在不同放牧強(qiáng)度下均差異不顯著(P>0.05)。

放牧強(qiáng)度對(duì)土壤各層次pH值含量影響不明顯。A、B、C和D4樣地0—30cm各土層pH值在不同放牧強(qiáng)度下無明顯差異(P>0.05)；30—40cm土層土壤pH在A、B、D樣地?zé)o顯著差異(P>0.05)，但略高于C樣地(P<0.05)(圖6)。

圖6　不同放牧強(qiáng)度土壤全量養(yǎng)分含量及pH值分層特征Fig.6　The nutrient content and pH value in different soil layers and different grazing intensity采用的統(tǒng)計(jì)方法為單因素方差分析，顯著性系數(shù)為0.05

2.3放牧強(qiáng)度對(duì)土壤緩效養(yǎng)分的影響

圖7　不同放牧強(qiáng)度土壤緩效鉀含量分層特征　Fig.7　Soil slowly released potassium content in different soil layers and grazing intensity

放牧強(qiáng)度對(duì)土壤緩效鉀含量的影響主要表現(xiàn)在過渡層，即隨放牧強(qiáng)度增大，15—20cm土層中B樣地緩效鉀顯著高于A樣地(P<0.05)，A、C、D樣地差異不顯著(P>0.05)；20—30cm土層中B樣地緩效鉀顯著高于C樣地(P<0.05)，A、C、D樣地差異不顯著(P>0.05)(圖7)。

2.4放牧強(qiáng)度對(duì)土壤速效養(yǎng)分的影響

放牧強(qiáng)度對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的影響高于全量及緩效養(yǎng)分。從剖面垂直特征看，速效養(yǎng)分總體表現(xiàn)為自表層向下逐漸降低。

放牧強(qiáng)度對(duì)土壤速效鉀含量的影響主要表現(xiàn)在0—20cm土層，即A樣地0—20cm各層次土壤速效鉀含量均顯著高于B、C、D樣地(P<0.05)，20—30cm土層A和C樣地高于B和D樣地(P<0.05)，30—40cm土層A、B、C和D類型樣地間差異不顯著(P>0.05)。

放牧強(qiáng)度對(duì)土壤速效磷含量的影響主要表現(xiàn)在0—30cm土層，即0—10cm土層各層速效磷含量A和B樣地顯著高于C和D樣地(P<0.05)；10—15cm土壤速效磷含量A樣地顯著低于C和D樣地(P<0.05)，B、C和D樣地差異不顯著(P>0.05)；15—20cm土壤速效磷含量B樣地顯著低于C和D樣地(P<0.05)，但同A樣地差異不顯著(P>0.05)，A樣地同B、C和D樣地差異不顯著(P>0.05)；20—30cm土壤速效磷含量A和B樣地同C和D樣地之間差異顯著(P<0.05)，而A和B樣地以及C和D樣地差異不顯著(P>0.05)；30—40cmA、B、C和D土壤速效磷含量差異不顯著(P>0.05)。

放牧強(qiáng)度對(duì)土壤硝態(tài)氮和氨態(tài)氮的含量的影響主要表現(xiàn)在非表層和母質(zhì)層的各土層中。即隨放牧強(qiáng)度增加0—5cm和30—40cm土壤硝態(tài)氮和氨態(tài)氮含量無顯著差異(P>0.05)，5—10cm土壤氨態(tài)氮差異不顯著(P>0.05)，土壤硝態(tài)氮含量A、D樣地高于B、C樣地(P<0.05)；10—15cm氨態(tài)氮含量A樣地顯著高于B、C和D樣地(P<0.05)，硝態(tài)氮含量A和D樣地顯著高于B和C樣地，15—20cm土壤氨態(tài)氮含量從高到低依次為A>C和D>B，且各組之間差異顯著(P<0.05)，硝態(tài)氮含量B樣地最低，顯著低于A和C樣地(P<0.05)，同D樣地差異不顯著(P>0.05)；20—30cm土壤氨態(tài)氮含量C樣地顯著高于A、B和D樣地，硝態(tài)氮含量從大到小依次為A>C>B和D樣地；30—40cm土壤硝態(tài)氮和氨態(tài)氮含量在各樣地之間差異不顯著(圖8)。

圖8　不同放牧強(qiáng)度土壤硝態(tài)氮、氨態(tài)氮、速效磷和速效鉀分層特征Fig.8　Soil ammonium nitrogen, soil nitrate, soil available phosphorus and soil available potassium content different soil layers and different grazing intensity采用的統(tǒng)計(jì)方法為單因素方差分析，顯著性系數(shù)為0.05

3　討論

3.1放牧干擾對(duì)植物群落數(shù)量特征的影響

植物群落數(shù)量特征同放牧強(qiáng)度改變具有協(xié)同性，植物對(duì)放牧干擾應(yīng)對(duì)策略的分異改變了植物群落的生活型，進(jìn)而影響了草地斑塊的分布格局。草地生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)集動(dòng)物-微生物-植物-土壤-環(huán)境-人類管理于一體的多界面自然-社會(huì)復(fù)合體，生態(tài)環(huán)境的脆弱性是其退化的自然內(nèi)營力，人為干擾和不合理利用是草地退化的加速器[23-24]。青藏高原高寒嵩草甸牧場(chǎng)植物群落特征發(fā)生分異的主要驅(qū)動(dòng)力是超載放牧，其演替的主流方向是退化[3]。高寒草甸在抵御超載放牧等外界干擾的過程中形成了一套獨(dú)特、有效的穩(wěn)定性維持機(jī)制[25]。具體表現(xiàn)：放牧強(qiáng)度導(dǎo)致植物群落的組成結(jié)構(gòu)發(fā)生分異，研究區(qū)域1995年以前未建設(shè)圍欄，草地的放牧模式統(tǒng)一，草場(chǎng)平坦，植物群落物種分布均勻；1995年后，由于分配給不同的牧戶，使得其對(duì)草場(chǎng)的經(jīng)營策略(家畜種類、放牧?xí)r間、載畜量)發(fā)生分歧，形成了天然的放牧梯度。在不同的放牧強(qiáng)度下，植物群落數(shù)量特征發(fā)生了明顯改變，且隨放牧強(qiáng)度加大，草地可食性牧草優(yōu)勢(shì)種逐漸由禾草、矮嵩草(K.humilis)共優(yōu)種草甸轉(zhuǎn)化為矮嵩草(K.humilis)單優(yōu)種草甸，最終轉(zhuǎn)變?yōu)樾♂圆?K.pygmaea)單優(yōu)種草甸。此外，放牧強(qiáng)度加大導(dǎo)致高寒嵩草草甸植物群落生活型改變，根莖密叢型植物比例增多，根冠比增高，其結(jié)果使草氈表層加厚，植物群落斑塊破碎化加劇，地表裂縫增多，加速了草地的空間異質(zhì)性、增加了草地退化的風(fēng)險(xiǎn)性[26]。

3.2放牧干擾對(duì)土壤性質(zhì)特征的影響

土壤氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)含量及pH值等土壤養(yǎng)分特性是評(píng)價(jià)土壤系統(tǒng)質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)草地生態(tài)系統(tǒng)能否可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。該區(qū)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)土壤類型為高山草甸土，依據(jù)土壤養(yǎng)分特征對(duì)研究區(qū)域土壤層次進(jìn)行歸類發(fā)現(xiàn)，該區(qū)放牧草場(chǎng)土壤層次分為4類，分別為0—5cm，5—10cm，10—20cm，20—40cm。但土壤養(yǎng)分在不同放牧強(qiáng)度下的分類特征略有差別。0—5cm土層為草氈表層的主要分布層，其根系飽和度高[27]，土壤養(yǎng)分特征較為一致。但受到放牧干擾強(qiáng)度不同的影響，其草氈表層厚度不同，草氈表層加厚和土壤緊實(shí)度增加容易降低降雨的入滲能力，而春秋季晝?nèi)谝箖龅慕惶孀饔?，將草氈表層在脆弱處撕裂，形成不同寬度、深度的裂縫，當(dāng)降雨灌入裂縫時(shí)，草氈表層下方土壤因水分豐富而變得疏松，最終導(dǎo)致草氈表層同土體剝離[26]，這是導(dǎo)致5—10cm土壤養(yǎng)分在不同放牧強(qiáng)度下發(fā)生分異的原因之一。10—15cm、15—20cm和20—30cm土層是連接根系主要分布區(qū)(0—10cm)同母質(zhì)層(30cm以下)的過渡區(qū)域。受到土壤中草氈表層厚度不同的影響，其土壤養(yǎng)分特征有隨退化程度加深而下移的趨勢(shì)，但同一層次土壤養(yǎng)分總體特征在不同樣地間的差異較小，且該差異不影響土壤養(yǎng)分層次分類。其原因是研究區(qū)域草地80%—90%土壤根系分布在0—20cm土層內(nèi)，20—30cm及30cm以下土層根系較少或無[3]，該類土層基本接近或保持土壤母質(zhì)特性，即根系少、土壤微生物量低、土壤pH值高，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、速效磷含量低等，其養(yǎng)分含量特征不容易因放牧強(qiáng)度的變化而變化，說明放牧強(qiáng)度的改變對(duì)土壤過渡層養(yǎng)分含量的改變同根系分布狀況具有一定的關(guān)聯(lián)性，土壤根系通過根系分泌物、根際微生物以及根系對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改變等作用直接或間接的影響土壤性質(zhì)特征[28]，但這種作用十分緩慢，且受到放牧強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和頻度的強(qiáng)烈影響，最終導(dǎo)致土壤養(yǎng)分特征對(duì)放牧強(qiáng)度的敏感性弱于植物系統(tǒng)。雖然放牧強(qiáng)度改變無法在一定時(shí)間范圍內(nèi)改變土壤養(yǎng)分層次的歸屬性，但可以改變土壤過渡層養(yǎng)分特征，并有可能對(duì)整個(gè)土壤剖面養(yǎng)分特征產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。因此土壤是退化草地生態(tài)系統(tǒng)中較為穩(wěn)定的因素，其變化過程始于過渡層，但一旦土壤養(yǎng)分性質(zhì)發(fā)生明顯的惡化，土壤系統(tǒng)也將成為草地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的瓶頸因素。

4　結(jié)論

放牧強(qiáng)度不同的退化高寒嵩草草甸，土壤養(yǎng)分特征變化較植物群落特征滯后，放牧強(qiáng)度不容改變高寒草甸土壤發(fā)生層養(yǎng)分特征，但可以改變土壤過渡層養(yǎng)分含量和特征，進(jìn)而對(duì)土壤剖面養(yǎng)分的再分配產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。過度放牧引起的高寒嵩草草甸的退化，土壤因素較為穩(wěn)定，但該穩(wěn)定性一旦被破壞，亦將成為草地恢復(fù)過程的瓶頸因素。

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Responses of soil nutrient traits to grazing intensities in alpineKobresiameadows

LIN Li1,2, ZHANG Degang1,*, CAO Guangmin2, OUYANG Jingzheng2, KE Xun2, LIU Shuli2, ZHANG Fawei2, LI Yikang2, GUO Xiaowei2

1PrataculturalCollegeofGansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China2NorthwestInstituteofPlateauBiology,ChineseAcademyofSciences,Xining810008,China

Soil-Plant system is the base of eco-economic production in grassland system. Livestock grazing is the most important disturbance factor in plant community succession in Qinghai -Tibet plateau. Soil traits will become considerable indices when the plant community characteristics are different by livestock grazing. There are some relationships between soil and plant community traits, in vegetation cover, vegetation diversity, soil development, soil erosion, soil degradation, and geomorphological and hydrological behaviour of alpine meadow system. The health of plant-soil system is the focus issue in natural eco-system, and plant and soil properties can reflect the healthy of the ecosystem. So in the alpine meadow system which factor is more sensitive in grazing disturbing, soil nutrient characters or plant community characters. In our studies, we first investigated 4 plots in Haibei states, Qinghai province, China, which had the same geographical unit and climatic region but in different livestock grazing intensities. We inquired details information about stocking rates, grazing time and livestock species in these plots. In the same time, soil samples were collected to the laboratory to analyze characters of soil nutrient contents (containing organism, total nitrogen, total phosphorous, total potassium, slowly release potassium, ammonium nitrogen, nitrate nitrogen, available phosphorous, available potassium, pH value, and inorganic carbon). The results showed that: the soil parent materials were in the same style in different livestock grazing intensities, it illustrated that those plots had the same pedogenic basis. The discrimination of plant community characters were come from environmental disturbing intensities, like livestock grazing. Plant community characters were differences, but soil layers′ nutrient characters were consistent in the same soil layer under the different grazing intensities. In soil system, characters of soil profile transition layers were more sensitive to grazing disturbing, for example 5—10cm was a transition layer of mattic epipedon and leached layer, mattic epipedon would grow thickly when the livestock grazing intensity increasing to a certain extent, as a result, the plant community succession changed the root distribution length and density, and affected nutrient under the mattic epipedon soil layer (the leached soil layer), so 5—10cm had some transition characters between mattic epipedon and leached soil layer, it became the soil profile transition layers, those layers would more sensitive on livestock grazing intensities. It was inconformity between plant community characteristics and soil nutrient traits under different livestock pressure. Soil nutrient system were more stable than plant community system in different livestock intensities, meanwhile the different livestock intensities would not change soil profile nutrient classification, but it would more or less change the soil nutrients content in soil transition layer, and roots distributed condition could effect the soil nutrients by soil rhizosphere microbe, root exudates and so on. So in the soil-plant system, soil sub-system was more steady than plant community sub-system. In soil sub-system, soil transition layers were more sensitive than soil profile characters in livestock intensities. So plant community characters and the soil transition layers may become the discrimination index in livestock intensities in alpine meadows.

degradation of grassland ecological system; overgrazing; soil nutrient; soil profile

青海省2013基本科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013-N- 540)；國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(31500368)；國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(31270576)；國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(210203006)；國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家基金(CAR35)

2015- 01- 09; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 11- 16

Corresponding author.E-mail: zhangdg@gsau.edu.cn

10.5846/stxb201501090073

林麗，張德罡，曹廣民，歐陽經(jīng)政，柯潯，劉淑麗，張法偉，李以康，郭小偉.放牧強(qiáng)度對(duì)高寒嵩草草甸土壤養(yǎng)分特性的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(15):4664- 4671.

Lin L, Zhang D G, Cao G M, Ouyang J Z, Ke X Liu S L, Zhang F W, Li Y K, Guo X W.Responses of soil nutrient traits to grazing intensities in alpineKobresiameadows.Acta Ecologica Sinica,2016,36(15):4664- 4671.