高原鼠兔擾動(dòng)作用下高寒沙化草地土壤特性變化特征

曾 鸝，趙燕蘭，彭云煦，楊 晨，柏 松

(西南民族大學(xué)化學(xué)與環(huán)境保護(hù)工程學(xué)院，四川 成都 610041)

高寒草地沙化問(wèn)題是青藏高原地區(qū)主要的生態(tài)退化問(wèn)題，高原鼠兔對(duì)草地的挖掘破壞作用是引起青藏高原地區(qū)高寒草地沙化的主要原因之一。尤其近年來(lái)，地處青藏高原東緣的若爾蓋高原在高原鼠兔挖掘擾動(dòng)作用的影響下，草地土壤沙化程度日趨嚴(yán)重。高原鼠兔(Ochotona curzoniae)是青藏高原地區(qū)的一種特殊物種，也是高原及其毗鄰地區(qū)主要的草原害鼠之一，主要通過(guò)采食和挖掘活動(dòng)破壞草地〔1〕。

高原鼠兔挖掘活動(dòng)對(duì)高寒草地土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響至今尚不明確。研究表明，高原鼠兔通過(guò)挖掘洞穴活動(dòng)使地表形成大量鼠丘，改變草地微地形結(jié)構(gòu)和土原有形態(tài)，并對(duì)草地土壤養(yǎng)分含量，元素循環(huán)產(chǎn)生不利影響〔2〕。然而也有研究發(fā)現(xiàn)，高原鼠兔挖掘活動(dòng)可以幫助翻新土壤，加快土壤的物質(zhì)循環(huán)，在增加土壤通透性的同時(shí)，提高土壤水分涵養(yǎng)能力，減輕土壤侵蝕,加快物質(zhì)循環(huán)速率〔2-3〕。還有研究指出，在高寒草甸地區(qū)，高原鼠兔將土壤推至地面數(shù)月后，形成新的營(yíng)養(yǎng)成分高于周圍環(huán)境的土丘斑塊。因?yàn)橥浦恋乇淼耐寥溃资苋展庹丈?，表面溫度升高；土壤疏松透氣性良好，使微生物活性增?qiáng)，促進(jìn)了土壤的礦化作用〔4〕。因此，高原鼠兔活動(dòng)可增加高寒草甸土壤表層有機(jī)質(zhì)含量和濕度，進(jìn)而改善土壤質(zhì)量，促進(jìn)草地土壤生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)。

由此可見(jiàn)，關(guān)于高原鼠兔挖掘活動(dòng)對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響，研究結(jié)果尚不統(tǒng)一。為此，本研究將從對(duì)比研究的角度出發(fā)，以若爾蓋高寒沙化草地為研究對(duì)象，在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，研究沙化草地鼠洞周邊土壤侵蝕程度變化對(duì)土壤特性的影響，為深入認(rèn)識(shí)高原鼠兔對(duì)草地土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響提供科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于地處青藏高原東緣的若爾蓋高寒沙化草地，地理位置102°15′E～103°48′E，32°20′N～34°08′N，海拔3240m，氣候特征為高原寒帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，具有冬長(zhǎng)無(wú)夏和干雨季分明的特點(diǎn)，年均溫1℃，年均降雨量為700mm左右。研究區(qū)土壤母質(zhì)主要為河流沖擊物和湖泊沖積物，土層較厚。由于該地區(qū)土壤發(fā)育母質(zhì)多為細(xì)砂沉積物，因而沙源較豐富，土壤質(zhì)地多為砂質(zhì)壤土或壤質(zhì)沙土，這為該地區(qū)土壤趨于沙化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)〔5〕。研究區(qū)土壤類型為山地草原土，主要植被類型為沼澤植被和草甸植被〔6〕。

1.2 采樣方法

于2016年7月在若爾蓋高寒沙化草地隨機(jī)選取7塊遭受高原鼠兔挖掘破壞的樣地，每塊樣地30m×30m。各樣地的確定方法是，按照鼠洞口外堆土的高度和侵蝕深度作為土壤侵蝕程度的梯度〔7〕。共分7個(gè)侵蝕變化梯度進(jìn)行采樣，分別為：H1(土堆高度0～5cm)、H2(土堆高度5～10cm)、H3(土堆高度>10cm)、H4(侵蝕深度0～5cm)、H5(侵蝕深度5～10cm)、H6(侵蝕深度10～15cm)、H7(侵蝕深度>15cm)。各樣地中在每個(gè)侵蝕梯度下選3個(gè)采樣點(diǎn)，共采集21個(gè)土樣。帶回實(shí)驗(yàn)室研磨過(guò)2mm篩，供土壤特性指標(biāo)分析測(cè)試。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

土壤pH按水土比2.5∶1制成懸浮液，用pH計(jì)測(cè)定；土壤有機(jī)碳測(cè)定采用重鉻酸鉀-硫酸氧化外加熱法；土壤速效氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法(康惠法)測(cè)定；土壤全P測(cè)定采用酸溶-鉬銻抗比色法〔8〕。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 15.0軟件處理，通過(guò)t檢驗(yàn)法對(duì)各退化進(jìn)行差異性檢驗(yàn)。同時(shí)，運(yùn)用單因素方差分析檢驗(yàn)不同侵蝕程度下土壤特性的差異，圖形繪制采用GraphPad軟件。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤pH值變化特征

由圖1可見(jiàn)，研究區(qū)土壤總體呈中性，土壤pH在6.48～7.08之間，平均值為6.72。當(dāng)鼠洞洞口土堆高度變化時(shí)，H1，H2，H3,H4，H5，H6的土壤pH值變化差異不顯著，而H7的土壤pH值顯著高于H1～H6，說(shuō)明當(dāng)洞口土壤侵蝕深度>15cm時(shí)，土壤pH有所升高。該結(jié)果表明，高寒草地在高原鼠兔挖掘活動(dòng)后，洞口土堆高度變化對(duì)土壤的酸堿性影響不大，而當(dāng)土壤侵蝕強(qiáng)度達(dá)到一定程度后會(huì)引起土壤pH值下降。

圖1 沙化草地土壤pH值變化

圖2 沙化草地土壤有機(jī)碳含量變化

2.2 土壤有機(jī)碳變化特征

根據(jù)圖2可知，高原鼠兔擾動(dòng)作用下高寒草地土壤有機(jī)碳含量并不高，平均值為4.18%。沙化草地鼠洞口土堆高度不同條件下，土壤有機(jī)碳含量變化無(wú)明顯差異。在三種不同土堆高度下，土壤有機(jī)碳含量達(dá)4.52%以上。鼠洞土壤侵蝕深度為0～10cm時(shí)，土壤有機(jī)碳含量仍達(dá)4.11%以上。而當(dāng)土壤侵蝕深度>10cm時(shí)，土壤有機(jī)碳含量顯著下降，侵蝕深度達(dá)10～15cm時(shí)，有機(jī)碳含量下降至3.38%。當(dāng)侵蝕深度>15cm，土壤有機(jī)碳含量?jī)H為2.34%。該結(jié)果表明，沙化草地鼠洞洞口土壤侵蝕深度的增加會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量下降。究其原因，可能是鼠兔挖掘活動(dòng)改變了洞口周邊的土壤結(jié)構(gòu)，在一定程度上增強(qiáng)了土壤的通氣性，有助于土壤有機(jī)碳的分解，進(jìn)而導(dǎo)致了土壤有機(jī)碳含量下降〔9〕。另一種可能的原因是侵蝕強(qiáng)度增加后，土壤原有的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，土壤腐殖質(zhì)團(tuán)粒會(huì)變松散，增加了土壤有機(jī)碳與外環(huán)境的接觸面，增大了有機(jī)碳分解反應(yīng)的表面積，導(dǎo)致了土壤有機(jī)碳的分解和減少〔1〕。

2.3 土壤速效氮

在三種土堆高度下，土壤速效氮含量分別為2.26，2.47和2.03g/kg，并且三土堆高度的速效氮含量差異不顯著。并且H4和H5兩種侵蝕情況下速效氮含量與H1,H2和H3之間差別也不明顯。但鼠洞土壤侵蝕深度>15cm時(shí)，土壤速效氮含量下降明顯，平均含量?jī)H為1.33%。該結(jié)果表明，土堆高度變化對(duì)土壤速效氮含量沒(méi)有明顯影響，但土壤侵蝕深度的增加會(huì)導(dǎo)致土壤速效氮含量下降。

一般說(shuō)來(lái)，土壤速效氮含量與土壤礦化作用密切相關(guān)，而土壤溫濕度又是影響氮素礦化的重要因素。在本研究中，可能是土壤高度變化所引起的土壤溫濕度變化不大，而侵蝕深度增加到一定程度后引起土壤溫濕度的較大變化，增強(qiáng)了土壤礦化作用，從而使土壤速效氮含量減少。

圖3 土壤速效氮含量變化

圖4 土壤全磷含量變化

2.4 土壤全磷含量變化

高原鼠兔挖掘活動(dòng)下的高寒草地全磷含量較低，總體在1.01～1.88g/kg之間，平均值為1.42g/kg。與土壤有機(jī)碳和速效氮的變化特征相似，沙化草地洞口土堆高度變化對(duì)土壤全磷影響不大。而侵蝕深度的變化則有一定程度影響。在各土堆高度下以及土壤侵蝕深度時(shí)<15cm，土壤全磷含量差異不顯著；當(dāng)侵蝕深度>15cm時(shí)，全磷含量降低至1.01g/kg?？赡艿脑蚴乔治g深度增加到一定程度后，土壤與外界環(huán)境接觸面增大，土壤溫濕度改變引起土壤礦化作用減弱的結(jié)果。有研究表明，鼠類造丘活動(dòng)使富含有機(jī)質(zhì)的土壤由地下轉(zhuǎn)移至地表，由于土丘表面溫度高，礦化作用加強(qiáng)，使鼠丘土壤中N、P等速效養(yǎng)分含量上升，最高可達(dá)3倍〔4〕。由此可見(jiàn)，鼠兔活動(dòng)對(duì)沙化草地土壤養(yǎng)分循環(huán)有重要影響，但其影響的確切機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。

3 研究結(jié)論

本研究表明，在遭受高原鼠兔活動(dòng)破壞的高寒沙化草地中，鼠洞洞口不同土堆高度下，土壤pH值，有機(jī)碳，速效氮和全磷含量變化沒(méi)有顯著差異，但土壤侵蝕深度對(duì)土壤特性有一定影響。當(dāng)侵蝕深度>15cm時(shí)，土壤pH值增加，土壤有機(jī)碳，速效氮和全磷含量有所下降。侵蝕深度對(duì)土壤特性的影響可能與土壤溫度的變化有關(guān)。當(dāng)土壤侵蝕深度增加后，處于深度侵蝕區(qū)域的土壤溫度相對(duì)下降，礦化作用減弱，導(dǎo)致土壤碳，氮，磷等元素含量下降?？傮w而言，高原鼠兔的擾動(dòng)使鼠洞周圍區(qū)域土壤微環(huán)境發(fā)生了改變，當(dāng)土壤微環(huán)境改變較大時(shí)，會(huì)增強(qiáng)土壤礦化作用，引起土壤中的養(yǎng)分含量減少，不利于草地土壤生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。

參考文獻(xiàn)：

〔1〕劉偉,許慶民,王溪,趙建中,周立.高原鼠兔挖掘活動(dòng)對(duì)土壤中氮素含量的影響〔J〕.獸類學(xué)報(bào),2010,30(1):35-44.

〔2〕孫飛達(dá),郭正剛,尚占環(huán),龍瑞軍.高原鼠兔洞穴密度對(duì)高寒草甸土壤理化性質(zhì)的影響〔J〕.土壤學(xué)報(bào),2010,(2):188-193.

〔3〕李娜娜,李華,雷光春,周延.高原鼠兔(Ochotona curzoniae)的生態(tài)功能〔J〕.野生動(dòng)物,2013,(4):56-60.

〔4〕周雪榮.青藏高原高寒草甸群落和土壤對(duì)高原鼠兔密度變化的響應(yīng)〔D〕.蘭州大學(xué),2010.

〔5〕蒙嘉文左林蔡應(yīng)君鄧東周鄢武先.若爾蓋縣土地沙化現(xiàn)狀分析及治理對(duì)策研究〔J〕.四川林業(yè)科技,2013,(4):46-50.

〔6〕陳杜軍.若爾蓋地區(qū)硒地球化學(xué)特征〔D〕.成都理工大學(xué),2013.

〔7〕魏興琥,李森,楊萍,陳懷順.高原鼠兔洞口區(qū)侵蝕過(guò)程高山草甸土壤的變化〔J〕.中國(guó)草地學(xué)報(bào),2006,(4):26-31.

〔8〕黃華乾,王金葉,凌大炯,段孟霄,汪聞佳.不同土地利用方式下土壤過(guò)氧化氫酶活性與土壤化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系研究——以雷州半島為例〔J〕.西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2013,(6):248-252.

〔9〕王樹(shù)起,韓曉增,喬云發(fā),王守宇,許艷麗.不同土地利用方式對(duì)三江平原濕地土壤酶分布特征及相關(guān)肥力因子的影響〔J〕.水土保持學(xué)報(bào),2007(4):152-155.