不同封育措施對(duì)荒漠草原土壤理化性質(zhì)的影響

王 偉，蒙仲舉

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 沙漠治理學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

1 引言

草原是生物圈重要組成部分，具有促進(jìn)水分循環(huán)、固定二氧化碳、維持生物多樣性等重要的生態(tài)功能，草原還為人們提供植物、動(dòng)物等物質(zhì)需求，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定有積極的作用[1]?；哪菰俏覈?guó)北方干旱半干旱地區(qū)重要的土地資源，是典型草原避免荒漠侵蝕的生態(tài)屏障，對(duì)北方生態(tài)循環(huán)和物質(zhì)轉(zhuǎn)化起著至關(guān)重要的作用[2]，但是北方地區(qū)干旱少雨，加之草原不合理的放牧，造成嚴(yán)重的沙漠化，導(dǎo)致草原退化。希拉穆仁草原位于內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗的東南部，屬于典型的荒漠草原，生態(tài)環(huán)境極其脆弱，植被低矮稀少、種類(lèi)貧乏、穩(wěn)定性極差，常年干旱少雨、土壤結(jié)構(gòu)松散、砂粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本在50%～80%，含水率一般在3%～4%，缺乏覆蓋的地表遭受強(qiáng)風(fēng)時(shí)極易發(fā)生風(fēng)蝕，導(dǎo)致土壤逐漸粗化，一旦退化很難恢復(fù)[3]。而且該區(qū)域又是以草原畜牧業(yè)為主體經(jīng)濟(jì)，長(zhǎng)期不合理的放牧，雖然取得了經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，但是在不同程度上造成了草原退化。同時(shí)，隨著旅游業(yè)的發(fā)展，草原旅游逐漸被開(kāi)發(fā)，也對(duì)草原植被的生長(zhǎng)和群落的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，對(duì)草原持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生抑制作用[4]。

為了恢復(fù)和重建退化草地，對(duì)草原實(shí)施圍欄封育，可有效改善草原生態(tài)[5]。土壤作為植物生長(zhǎng)發(fā)育所依賴的重要基質(zhì)，質(zhì)量狀況是衡量土壤生產(chǎn)力的重要指標(biāo)之一，研究表明，退化草地在實(shí)施圍欄封育后可以改善土壤質(zhì)量，促使植物種類(lèi)、群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。張曉娜等[6]研究表明，封育措施顯著降低了砂粒含量，提高了粉粒和黏粒比例和土壤含水量。王占軍等[7]研究表明，封育草地土壤水分蓄積主要在40～80 cm，和放牧草地相比植被群落蓋度顯著提高。因此，為探明圍封狀態(tài)下的草原恢復(fù)機(jī)理，充分發(fā)揮其對(duì)于退化草地的修復(fù)作用，本研究以希拉穆仁荒漠草原為研究區(qū)域設(shè)置不封育、季節(jié)性封育和完全封育，對(duì)荒漠草原土壤理化性質(zhì)特征進(jìn)行研究，旨在探討不同封育管理對(duì)荒漠草原土壤的影響，以期為草原生態(tài)的恢復(fù)提供理論參考。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)區(qū)域位于內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗希拉穆仁草原，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，降水量281 mm，主要集中在7、8月份，春秋干旱多風(fēng)、冬季寒冷干燥。年均氣溫3.4 ℃，無(wú)霜期約為106 d。該地土壤類(lèi)型為栗鈣土和棕鈣土，土壤質(zhì)地較差，肥力較低。

2.2 研究方法

在研究區(qū)域選擇植被種類(lèi)、覆蓋度相近的的區(qū)域，選取不封育、季節(jié)封育和全封育的草地為研究對(duì)象，于2019年7月，各處理選擇3個(gè)樣品地進(jìn)行標(biāo)記為4 m×4 m樣方，每個(gè)樣方設(shè)置10個(gè)取樣點(diǎn)，去除枯落物層，用環(huán)刀測(cè)定土壤容重，每個(gè)點(diǎn)用土鉆取0～20 cm深土柱，取出后裝入土壤袋內(nèi)。土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后備用。

2.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

取回的土壤一部分用于測(cè)定土壤含水量，一部分自然風(fēng)干，磨細(xì)用于土壤化學(xué)性質(zhì)的分析。土壤理化性質(zhì)的測(cè)定參考鮑士旦[8]，各測(cè)定指標(biāo)和方法見(jiàn)表1。

表1 土壤理化特性測(cè)定指標(biāo)及方法

2.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel2013和spss24.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同封育措施對(duì)荒漠草原土壤物理特性的影響

由表2可知，未封育、季節(jié)封育和全封育土壤砂粒逐漸減少，粉粒和粘粒逐漸增加。砂粒表現(xiàn)為未封育>季節(jié)封育>全封育，季節(jié)封育和全封育分別比未封育低6.15%和9.49%。粉粒表現(xiàn)為全封育>季節(jié)封育>未封育，全封育和季節(jié)封育顯著高于未封育處理，分別高出14.52%和18.14%。粘粒表現(xiàn)為全封育>季節(jié)封育>未封育，全封育和季節(jié)封育顯著高于未封育處理，分別高出33.72%和59.55%。封育措施能夠顯著降低土壤容重，表現(xiàn)為全封育<季節(jié)封育<未封育，處理間差異均顯著，季節(jié)封育和全封育分別比未封育低9.16%和22.90%。土壤孔隙度變化趨勢(shì)和容重相反，處理間差異均顯著，季節(jié)封育和全封育分別比未封育高出9.15%和13.73%，全封育比季節(jié)封育高出4.19%。土壤含水量表現(xiàn)為季節(jié)封育>全封育>未封育，處理間差異均顯著，季節(jié)封育和全封育分別比未封育高出61.15%和28.45%，季節(jié)封育比全封育高出25.80%。

表2 不同封育措施對(duì)荒漠草原土壤物理特性的影響

3.2 不同封育措施對(duì)荒漠草原土壤pH值和電導(dǎo)率的影響

由圖1可知，草原封育顯著降低土壤pH值，表現(xiàn)為全封育<季節(jié)封育<未封育，處理間差異均顯著，季節(jié)封育和全封育土壤pH值分別比未封育低0.51%和1.77%，土壤電導(dǎo)率隨封育程度的增加逐漸降低，表現(xiàn)為全封育<季節(jié)封育<未封育，和未封育相比，季節(jié)封育和全封育土壤電導(dǎo)率分別低9.94%和19.88%。

圖1 不同封育措施對(duì)荒漠草原土壤pH和電導(dǎo)率的影響

3.3 不同封育措施對(duì)荒漠草原土壤養(yǎng)分含量的影響

土壤養(yǎng)分是植被正常生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，充足的養(yǎng)分有利于增加草原植被覆蓋率。由表3可知，封育顯著影響土壤養(yǎng)分含量，能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)及氮磷鉀含量。和未封育相比，季節(jié)封育和全封育有機(jī)質(zhì)含量高出23.11%和29.78%。季節(jié)封育和全封育土壤全氮比未封育高出5.71%和18.10%，季節(jié)封育和全封育差異不顯著。季節(jié)封育土壤堿解氮最高，季節(jié)封育和全封育比未封育高出27.25%和13.00%，季節(jié)封育比全封育高出12.61%。全磷含量季節(jié)封育和全封育比未封育高出23.21%和37.50%，全封育比季節(jié)封育高出11.59%。速效磷含量和全磷含量變化趨勢(shì)相似。土壤全鉀含量季節(jié)封育和全封育比未封育高出3510%和53.82%，全封育比季節(jié)封育高出%速效鉀含量和全鉀含量變化趨勢(shì)相似。

表3 不同封育措施對(duì)荒漠草原土壤養(yǎng)分含量的影響

4 討論

封育是目前對(duì)荒漠草原植被恢復(fù)和改善土壤理化性質(zhì)的重要措施，有研究表明，在荒漠草原區(qū)增加植被的覆蓋率能夠較少土壤裸露、降低地表風(fēng)速，減少土壤顆粒收風(fēng)力的侵蝕和搬運(yùn)，從而保護(hù)土壤隨風(fēng)沙的流失，土壤發(fā)生侵蝕帶走的主要是顆粒較為小的粉粒和粘粒[9]，在植被覆蓋下，土壤中的細(xì)粒物質(zhì)免受風(fēng)力吹蝕，從而提高粉粒和粘粒的比例，土壤粘粒的增加有利于土壤團(tuán)粒的形成、改善土壤性狀，提高土壤孔隙度、降低容重[10]。本研究結(jié)果表明，未封育、季節(jié)封育和全封育土壤砂粒逐漸減少，粉粒和粘粒逐漸增加。砂粒表現(xiàn)為未封育>季節(jié)封育>全封育，粉粒和粘粒表現(xiàn)為全封育>季節(jié)封育>未封育。本研究結(jié)果表明，封育能夠提高土壤孔隙度、降低土壤容重，一方面是由于粉粒和粘粒的增加，改善了土壤性狀，另一方面是由于封育后草原不受牲畜采食踐踏的影響，地表植被覆蓋率大，植株根系的下扎和土壤微生物的作用，使得土壤空隙結(jié)構(gòu)增強(qiáng)。土壤含水量是植株生長(zhǎng)的重要影響因素，本研究表明，土壤含水量表現(xiàn)為季節(jié)封育>全封育>未封育，說(shuō)明季節(jié)封育對(duì)提高土壤含水量具有顯著效果。

土壤pH值反映土壤溶液的活性酸度，是衡量土壤酸堿度的重要強(qiáng)度指標(biāo)，土壤電導(dǎo)率與土壤含鹽量和水分存在密切關(guān)系。有研究表明，隨放牧程度的增加，土壤pH值逐漸增加，本研究表明，封育能夠降低土壤pH值和電導(dǎo)率，可能是受植物根系和土壤礦化離子交換、根系分泌物以及土壤微生物代謝的影響，也有可能是受到動(dòng)物排泄物的影響。研究表明，草原封育可以增加草地生物量，改善地表小氣候，有利于枯落物分解，使土壤養(yǎng)分逐漸積累[11]，王芳等[12]研究表明，圍欄封育能顯著提高高寒荒漠土壤中全氮、全鉀、有機(jī)碳的含量，圍欄封育對(duì)高寒荒漠草地的保育作用較顯著。本研究表明，封育顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀和速效鉀含量，主要是由于植被覆蓋度增加，土壤、植被協(xié)同配合，土壤理化性質(zhì)改善，增加了土壤保水肥能力，植被枯落物充分分解，從而提高了土壤養(yǎng)分含量。

綜合來(lái)看，封育能夠增加草地粉粒和粘粒比例，降低容重、增加孔隙度和含水量，且全封育對(duì)土壤物理性質(zhì)的改善優(yōu)于季節(jié)封育，封育降低土壤pH值和電導(dǎo)率，增加土壤養(yǎng)分含量，綜合各指標(biāo)，封育能夠有效提高草地土壤質(zhì)量，且全封育>季節(jié)封育>未封育。對(duì)荒漠草原進(jìn)行封育是恢復(fù)植被和改善土壤理化性質(zhì)的重要措施。