圍封年限對荒漠草原土壤有機碳、全氮、全磷與微生物量碳、氮等的影響?yīng)?/h1>

2017-10-27 14:46:45韓叢叢楊陽劉秉儒

江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)訂閱 2017年16期 收藏

關(guān)鍵詞：全磷有機碳微生物

韓叢叢　楊陽　劉秉儒

摘要：以寧夏境內(nèi)荒漠草原為研究對象，通過對比分析未圍封與圍封5、8、12、15年樣地土壤有機碳、全氮、全磷含量以及土壤微生物量碳、氮含量與土壤酶活性的變化過程與規(guī)律，分析荒漠草原不同圍封年限對土壤與土壤微生物的影響。結(jié)果表明，荒漠草原采取圍封措施以后，土壤的有機碳含量、全氮含量和全磷含量均高于未圍封樣地，且隨著圍封時間的變化表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律，即圍封12年時含量最高，之后含量出現(xiàn)降低的趨勢。0～10 cm和10～20 cm土層中，土壤碳氮比（C/N）與碳磷比（C/P）規(guī)律相同，均表現(xiàn)為先減小后增大。土壤氮磷比（N/P）則在各層土壤中表現(xiàn)出與土壤C/N值、C/P值相似的變化趨勢。土壤微生物量碳和微生物量氮含量均高于未圍封樣地。由結(jié)果可知，在荒漠草原采取圍封措施可以促進土壤微生物的活動，從而提高微生物量。同時，土壤微生物量C/N值隨圍封時間的延長先增大后減小。

關(guān)鍵詞：土壤；微生物；有機碳；全氮；全磷

中圖分類號： S181文獻標志碼：

文章編號：1002-1302（2017）16-0260-04

收稿日期：2016-04-07

基金項目：國家自然科學(xué)基金（編號：31660168）。

作者簡介：韓叢叢（1991—），女，山東鄒平人，碩士研究生，主要從事植被和恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究。E-mail：m18795214667@163com。

通信作者：劉秉儒，博士，副研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事植被和恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究。E-mail：bingruliu@163com。

荒漠草原是草原中的一種重要草地類型，其分布范圍十分廣泛，再加上特殊生境的影響和作用[1-2]，隨著時間的推移，逐漸形成一類具有旱生性特征的草地類型[3-4]。在自然和人為因素的影響下，該區(qū)域植被稀疏、植被組成成分簡單、生態(tài)環(huán)境脆弱，抗干擾能力有限[5]，歷來是生態(tài)學(xué)者、環(huán)境學(xué)者研究與關(guān)注的熱點。

20世紀80年代以來，隨著人口增加、經(jīng)濟驅(qū)動下放牧壓力增大，過牧和草原退化成為威脅我國荒漠草原和各類草地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與可持續(xù)利用的重大問題，封育禁牧作為重要的生態(tài)恢復(fù)措施，所帶來的生態(tài)效應(yīng)已逐漸成為恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究的焦點。在其積極的影響下，草地遭受外界的干擾逐漸減少，植被特征得到改善，土壤中的各種元素成分逐漸積累，草地朝向有利的方面發(fā)展。正是由于避免了人類和動物的影響，圍欄封育對系統(tǒng)的恢復(fù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，因此圍封是個不斷恢復(fù)與改善的過程[7-11]，呈現(xiàn)出持久性、有效性等特點。相關(guān)報道中指出，采取圍封手段可通過影響土壤容重、含水量、土壤中的各種養(yǎng)分[12-14]以及植物生產(chǎn)力[15-16]緩解草原退化壓力。本研究通過對比分析荒漠草原未圍封與圍封5、8、12、15年樣地土壤有機碳、全氮、全磷含量以及土壤微生物量碳（C）、氮（N）含量與土壤酶活性的變化過程與規(guī)律，分析荒漠草原不同圍封年限對土壤與土壤微生物的影響。

1材料與方法

11研究區(qū)概況

研究區(qū)選在寧夏回族自治區(qū)東部的鹽池縣（地理坐標為106°30′～107°41′E、37°04′～38°10′N）。全縣總面積為 7 130 km2，呈現(xiàn)出黃土高原—鄂爾多斯臺地的過渡性。由于本身的過渡性導(dǎo)致鹽池縣生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)出一定的脆弱性，該[HJ14mm]地地形地貌呈現(xiàn)出一定的復(fù)雜性。由于本身地理位置的特殊性，導(dǎo)致鹽池縣呈現(xiàn)出大陸性的氣候特征，具有以下特點：干旱、降水不足、光照時間長、蒸發(fā)強、多風(fēng)、沙塵活動較多；年平均降水250～350 mm，春季降水相對不多，在東南向西北方向上呈遞減趨勢；全年盛行西風(fēng)和西北風(fēng)，春季較為頻繁，因此，大風(fēng)盛行導(dǎo)致氣候具有干燥性，促進了荒漠化的進程；年均氣溫84 ℃，晝夜溫差大。此外，鹽池縣的土壤類型多樣，其中，[HJ]黑壚土與風(fēng)沙土所占比例較大。鹽池縣種質(zhì)資源豐富，包括禾本科、豆科、菊科等不同科植物，荒漠草原區(qū)常見植物有短花針茅（Stipa breviflora）、苦豆子（Sophora alopecuroidesdes）、豬毛蒿（Artemisia scoparia）等。

12取樣方法

本試驗于2014年8月底至9月初，在寧夏回族自治區(qū)鹽池縣選取未圍封與圍封5、8、12、15年荒漠草原草地類型作為本試驗研究樣地。在各樣地內(nèi)按“S”形選取5個樣點，分別采集不同土層（0～10、10～20、20～30 cm）的土壤裝入自封袋，一部分用于土壤有機碳、全氮（TN）、全磷（TP）含量的測定，另一部分用于土壤微生物量碳、氮含量的測定；同時用環(huán)刀采集各層土樣裝入鋁盒內(nèi)以測定土壤容重。

13測定方法

土壤有機碳含量采用的是重鉻酸鉀容量法（外加熱法）[17]；土壤全氮含量采用的是凱氏定氮法[17]，使用的儀器為半自動凱氏定氮儀；土壤全磷含量采用的是鉬銻抗比色法[17]；測定土壤微生物量碳、氮含量的方法有多種，以三氯甲烷熏蒸浸提法[18]最常見。

14數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel和DPS進行數(shù)據(jù)處理，繪圖用Excel完成。

2結(jié)果與分析

21圍封年限對土壤有機碳、全氮和全磷等的影響

211不同圍封年限土壤有機碳的含量

不同圍封年限的土壤有機碳含量隨土層增加而增加，且隨圍封年限增加呈先升后降的趨勢，圍封12年時測定值最高（圖1）。0～10、20～30 cm 土層，圍封5年的有機碳含量無顯著變化；0～10、10～20、20～30 cm土層，圍封草地土壤有機碳含量均高于未圍封草地，其中圍封12、15年的有機碳含量顯著高于未圍封樣地。在0～10 cm土層中，圍封5、8、12、15年的有機碳含量分別較未圍封草地提高了124%、601%、3958%、2942%；在10～20 cm土層中，圍封5、8、12、15年的有機碳含量分別較未圍封草地提高了2383%、2609%、3178%、1439%；在20～30 cm土層中，圍封5、8、12、15年的有機碳含量分別較未圍封草地提高了855%、3064%、13484%、2831%。

從試驗結(jié)果中可知，荒漠草原圍封后，土壤有機碳含量均高于未圍封草地。這是由于在放牧過程中，家畜的啃食與踩踏使植物初級生產(chǎn)固定的碳積累量降低，導(dǎo)致有機碳輸入土壤的能力下降，從而進一步影響有機碳的含量，而圍封在一定程度上避免了家畜活動，碳源不斷積累。因此，圍封草地土壤有機碳含量與未圍封草地產(chǎn)生差異。

212不同圍封年限土壤全氮的含量

土壤全氮含量呈現(xiàn)同有機碳含量相似的趨勢，即隨土層的增加而增加，且隨圍封年限的增加先升高后降低（圖2）。0～10、10～20 cm土層，圍封5年的全氮含量顯著高于未圍封樣地，0～10 cm土層，土壤全氮含量大小順序為圍封12年>8年>15年>5年>0年；10～20 cm土層，圍封12年的土壤全氮含量顯著高于未圍封與圍封5、8、12、15年樣地，土壤全氮含量大小順序為圍封12年>8年>5年>15年>0年；20～30 cm土層，圍封8、12、15年樣地的全氮含量明顯提高，該層土壤全氮含量大小順序為圍封12年>15年>8年>5年>0年。

荒漠草原采取圍封措施后，植被高度、蓋度、生物量等特征增大，植被的恢復(fù)在提高植物固氮能力的同時，對土壤的補償作用也隨之增強，這就使得土壤中全氮含量增加。

213圍封年限土壤全磷的含量

同樣，圍封能提高土壤中全磷的含量。0～10、10～20 cm土層，圍封8、12、15年土壤全磷含量均明顯高于未圍封樣地，且全磷含量順序為圍封12年>8年>15年>5年>0年，圍封12、8、15、5年樣地分別較未圍封樣地提高 25555%、22222%、13333%、2222%和23333%、7500%、4167%、2500%；20～30 cm土層，圍封5、8、12、15年的土壤磷含量均與未圍封樣地差異顯著，全磷含量順序為圍封12年>8年>5年>15年>0年，與對照樣地相比，圍封12、8、5、15年樣地分別提高17778%、6667%、6111%、4444%（圖3）。

[FK（W10][TPHCC3tif][FK）]

214圍封年限對土壤生態(tài)化學(xué)計量比的影響

在不同土層中，土壤碳氮比（C/N）隨圍封年限的延長呈現(xiàn)不同的變化（表1）。在0～10、10～20 cm土層中，未圍封樣地土壤C/N值均高于圍封5、8、12、15年的測定值，同時，隨圍封時間的增加C/N值呈先減小后增大趨勢，圍封8、12年之間無顯著性差異。20～30 cm土層，則表現(xiàn)出相反的變化。

在不同土層中，不同圍封年限樣地的碳磷比（C/P）表現(xiàn)出與C/N值相同的規(guī)律，即在0～10、10～20 cm土層，土壤C/P值隨圍封時間的延長呈先減小后增大的趨勢，其中，0～10 cm 土層的C/P值最大值出現(xiàn)在未圍封樣地，為4464，最小值出現(xiàn)在圍封8年樣地，為1582，未圍封、圍封5、8、12、15年間差異不顯著；10～20 cm土層，C/P值在圍封5年時最高，為4387，在圍封12年時最低，為1643，未圍封與圍封8、12年的測定值差異顯著（P<005）；20～30 cm 土層，C/P值在未圍封時最高，為3607，在圍封5年時最低，為2353。

在0～10、10～20、20～30 cm土層，各樣地氮磷比（N/P）總體上隨圍封時間的延長呈先減小后增大的趨勢。其中 10～20 cm土層，各樣地間無顯著差異。

注：同一土層深度、同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同圍封年限樣地差異顯著（P<005），下表同。

22圍封年限對土壤微生物量碳、氮的影響

土壤微生物在生態(tài)過程中意義重大，具有不可替代的作用，它本身就是一個養(yǎng)分庫，含有一定量的碳、氮。土壤微生物量是土壤有機質(zhì)的活性成分。土壤微生物生物量在土壤有機質(zhì)中十分活躍，對植物養(yǎng)分和土壤酶活性具有一定的影響。

221圍封年限對土壤微生物量碳的影響

不同圍封年限對土壤微生物量碳有明顯影響（圖4），在0～10 cm土層中，圍封5、8、12、15年的土壤微生物量碳含量均顯著高于未圍封樣地，分別增加了3875%、5064%、5695%、1717%；10～20 cm土層，土壤微生物量碳含量大小順序為圍封12年>8年>5年>15年>0年，圍封樣地分別較未圍封樣地提高了5383%、10464%、12475%、3863%；10～20 cm土層和 20～30 cm土層中，圍封5、15年及8、12年之間無顯著差異。20～30 cm 土層，圍封5、8、12、15年的微生物量碳含量分別比對照高645%、7834%、9799、4495%。

222圍封年限對土壤微生物量氮的影響

在0～10 cm土層中，圍封12、15年的土壤微生物量氮含量顯著高于未圍封樣地（圖5）（P<005），含量大小順序為圍封12年>15年>8年>5年>0年，分別較未圍封樣地提高了80%、32%、17%、1%；10～20 cm 土層，圍封8、12年的土壤微生物量氮含量明顯增加，含量大小順序為圍封12年>8年>15年>5年>0年，各圍封樣地分別較未圍封樣地提高了55%、50%、2%、1%；20～30 cm土層，圍封12年的微生物量氮含量顯著高于未圍封樣地，未圍封與圍封5、8、15年之間則無顯著差異，含量大小順序為圍封12年>15年>8年>5年>0年，各圍封樣地微生物量氮含量分別較未圍封樣地提高了58%、28%、19%、17%。通過對不同圍封年限土壤微生物量氮含量在不同土層間的比較得知，圍封5年時，0～10、10～20、20～30 cm土層的土壤微生物量氮含量無顯著變化；圍封8、15年時，20～30 cm土層的微生物量氮含量無顯著變化；圍封12年時，各土層的土壤微生物量氮含量顯著增加，測定值最高，與未圍封的測定值差異顯著（P<005）。通過分析表明，土壤微生物量碳、氮含量具有明顯的“表聚性”，即0～10 cm土層含量高于10～20、20～30 cm土層。

223圍封年限對土壤微生物量C/N值的影響

0～10、10～20、20～30 cm土層，土壤微生物量C/N值大致隨圍封年限的增加呈先增大后減小趨勢（表2）。在0～10 cm土層，未圍封與圍封5、8、12、15年的測定值差異顯著（P<005），而圍封5、8年，12、15年間無顯著差異；10～20 cm土層，圍封5、8、12、15年間差異不顯著；20～30 cm土層，未圍封與圍封8年的測定值差異顯著（P<005），與圍封5、12、15年的測定值無顯著差異。

3討論與結(jié)論

通過分析可知，不同圍封年限對土壤中的碳、氮、磷含量具有明顯的影響。土壤中的有機碳、全氮和全磷含量均隨著圍封年限的增加表現(xiàn)出先升高后降低的規(guī)律，該結(jié)果同黃蓉

等研究[19]具有一致性。原因可能為圍封措施使植被特征得到改善，高度、蓋度等均在有利的條件下逐漸增加，但長時間的圍封將由于土壤表面過多枯落物的存在進一步對植物的再生、土壤養(yǎng)分的分解、循環(huán)產(chǎn)生影響[20]。而在0～10、10～20、20～30 cm 土層中，隨著土層深度增加，有機碳、全氮和全磷含量呈增加趨勢。目前，關(guān)于這方面的原因需要進一步研究。

在不同的土層中，不同圍封年限樣地中的土壤C/N、C/P 和N/P值具有相似的變化規(guī)律。在0～10、10～20 cm 土層中，未圍封樣地土壤C/N值均高于圍封5、8、12、15年樣地。這可能是由于家畜向土壤中排出排泄物，增加了土壤中的氮素含量，從而使未圍封樣地C/N值較圍封樣地中的C/N值高。此外，C/N值在0～10、10～20 cm 土層中隨圍封時間的增加呈先減小后增大趨勢，而在20～30 cm土層，則呈現(xiàn)不同的變化趨勢。土壤C/P值同 C/N 值呈現(xiàn)出相似的規(guī)律，即在0～10、10～20 cm土層，土壤C/P值隨圍封時間的延長呈先減小后增大的趨勢。而N/P值在0～10、10～20、20～30 cm土層中總體上隨圍封時間的延長呈先減小后增大的趨勢。

土壤微生物量碳、氮含量隨圍封時間的延長呈先增加后減小趨勢。各層土壤中，表現(xiàn)為圍封樣地微生物量氮含量高于未圍封樣地?？傮w看來，土壤微生物量碳、氮含量多集中在0～10土層，具有明顯的“表聚性”。本研究與張?zhí)N薇等研究結(jié)果[21]一致。土壤微生物量碳和微生物量氮之所以在表層含量較高可能是因為植物根系大多集中于土壤表層，旺盛的根系活動促進植物根系向土壤中分泌的物質(zhì)增多，良好的條件進一步促進微生物的生長，從而導(dǎo)致土壤微生物量在土壤表層較高。

在未圍封及圍封5、8、12、15年的樣地中，0～10、10～20、20～30 cm土層的土壤微生物量C/N值大致表現(xiàn)為隨著圍封年限的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的變化規(guī)律。

總體看來，寧夏荒漠草原實施圍欄封育以后，植被得到一定的恢復(fù)，土壤的理化性質(zhì)得以改善。但圍封時間并非越長越好，若超過某一年限，植被和土壤將會受到抑制，這就需要明確合理的圍封年限。

參考文獻：

劉華，蔣齊，王占軍，等 不同封育年限寧夏荒漠草原土壤種子庫研究[J] 水土保持研究，2011，18（5）：96-98，103

焦樹英，韓國棟，李永強，等 不同載畜率對荒漠草原群落結(jié)構(gòu)和功能群生產(chǎn)力的影響[J] 西北植物學(xué)報，2006，26（3）：564-571

[3]馬文文，姚拓，靳鵬，等 荒漠草原2種植物群落土壤微生物及土壤酶特征[J] 中國沙漠，2014，34（1）：176-183

[4]賽勝寶 內(nèi)蒙古北部荒漠草原帶的嚴重荒漠化及其治理[J] 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2001，15（4）：34-39

[5]黃菊瑩，賴榮生，余海龍，等 N添加對寧夏荒漠草原植物和土壤C ∶N ∶P生態(tài)化學(xué)計量特征的影響[J] 生態(tài)學(xué)雜志，2013，32（11）：2850-2856

[6]韓興國，李凌浩 內(nèi)蒙古草地生態(tài)系統(tǒng)維持機理[M] 北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2012

[7]Middleton N J，Thomas D G World atlas of desertification edition[M] 2nd ed London：Edward Amold，1998：5-12

[8]楊曉暉，張克斌，侯瑞萍 封育措施對半干旱草場植被群落特征及地上生物量的影響[J] 生態(tài)環(huán)境，2005，14（5）：730-734

[9]Chen Z Z Degradation and enclosure transfer of grassland ecosystem in Inner Mongolia[Z]//Steppe in the past-A series speech in Inner Mongolia Tourism Cultural Festival，2003

[10]左萬慶，王玉輝，王風(fēng)玉，等 圍欄封育措施對退化羊草草原植物群落特征影響研究[J] 草業(yè)學(xué)報，2009，18（3）：12-19

[11]Meissner R A，F(xiàn)acelli J M Effects of sheep exclusion on the soil seed bank and annual vegetation in chenopods shrublands of South Australia[J] Journal of Arid Environments，1999，42（2）：117-128

[12]張晶晶，許冬梅 寧夏荒漠草原不同封育年限優(yōu)勢種群的生態(tài)位特征[J] 草地學(xué)報，2013，21（1）：73-78

[13]文海燕，趙哈林，傅華 開墾和封育年限對退化沙質(zhì)草地土壤性狀的影響[J] 草業(yè)學(xué)報，2005，14（1）：31-37

[14]楊新國，宋乃平，李學(xué)斌，等 短期圍欄封育對荒漠草原沙化灰鈣土有機碳組分及物理穩(wěn)定性的影響[J] 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2012，23（12）：3325-3330

[15]趙志紅 半干旱黃土區(qū)集雨措施和養(yǎng)分添加對苜蓿草地和封育植被生產(chǎn)力及土壤生態(tài)化學(xué)計量特征的影響[D] 蘭州：蘭州大學(xué)，2010

[16]王明玖，李青豐，青秀玲 貝加爾針茅草原圍欄封育和自由放牧條件下植物結(jié)實數(shù)量的研究[J] 中國草地，2001，23（6）：21-26

[17]鮑士旦 土壤農(nóng)化分析[M] 北京：農(nóng)業(yè)出版社，1999

[18]姚槐應(yīng)，黃昌勇 土壤微生物生態(tài)學(xué)及其實驗技術(shù)[M] 北京：科學(xué)出版社，2006

[19]黃蓉，王輝，王蕙，等 圍封年限對沙質(zhì)草地土壤理化性質(zhì)的影響[J] 水土保持學(xué)報，2014，28（1）：183-188，197

[20]黃昌勇 土壤學(xué)[M] 3版北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2011

[21]張?zhí)N薇，韓建國，韓永偉，等 不同放牧強度下人工草地土壤微生物量碳、氮的含量[J] 草地學(xué)報，2003，11（4）：342-345

猜你喜歡

全磷有機碳微生物

鄱陽湖典型塹秋湖土壤養(yǎng)分特征

環(huán)境與發(fā)展(2020年9期)2020-10-23 09:09:24

長期定位施肥對山東潮土有效磷及磷庫演變規(guī)律的影響

山東農(nóng)業(yè)科學(xué)(2017年12期)2018-01-09 12:42:54

西藏主要農(nóng)區(qū)土壤養(yǎng)分變化分析

農(nóng)業(yè)與技術(shù)(2017年12期)2017-07-11 10:20:49

土壤有機碳含量測定方法評述及最新研究進展

江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)(2017年5期)2017-04-15 18:14:28

生草栽培技術(shù)對果園土壤團聚體及其有機碳分布的分析

南方農(nóng)業(yè)·下旬(2016年8期)2017-02-23 19:36:26

生物瀝浸污泥深度脫水處理技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

中小企業(yè)管理與科技·下旬刊(2016年11期)2016-11-18 08:19:35

淺談微生物對污水的生物處理

中國科技博覽(2016年19期)2016-10-19 11:47:05

三峽庫區(qū)消落帶紫色土顆粒分形的空間分異特征

江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)(2016年6期)2016-07-25 00:11:34

紅樹林微生物來源生物堿的開發(fā)利用

科技視界(2016年9期)2016-04-26 12:23:48

微生物對垃圾滲濾液中胡敏酸降解和形成的影響

科技視界(2016年7期)2016-04-01 09:39:11

江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)2017年16期

江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)的其它文章

橡膠草3—羥基—3—甲基戊二酰輔酶A基因表達的初步分析

農(nóng)機社會化服務(wù)農(nóng)戶接受意愿及其影響因素

玉米臨時收儲改革的可能選項與影響分析

新型農(nóng)村合作醫(yī)療制度對農(nóng)戶土地流轉(zhuǎn)行為的影響

非關(guān)稅壁壘與我國農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革

江蘇草莓生產(chǎn)現(xiàn)狀與消費需求調(diào)查分析及其發(fā)展建議