不同強(qiáng)度短期放牧對(duì)高寒草甸土壤理化性質(zhì)的影響

高成芬，張永輝，李智燕，羅 亮，牛建龍，趙 燕，張德罡

（1.甘肅省草原技術(shù)推廣總站，蘭州 730010；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，蘭州 730070）

青藏高原草地資源豐富，生態(tài)系統(tǒng)比較脆弱，對(duì)氣候變化和人類活動(dòng)反應(yīng)敏感［1］。甘南碌曲是青藏高原的組成部分，是甘肅省重要的牧區(qū)之一，在畜牧業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)安全屏障建設(shè)中占有重要地位。長(zhǎng)期以來(lái)，由于氣候因素、過度放牧和植食性小哺乳動(dòng)物種群爆發(fā)，草地退化日益加劇，這對(duì)碌曲需要依賴草地植被而發(fā)展的畜牧業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成了不利影響?？梢?，要恢復(fù)高原草地生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)草地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展，需要認(rèn)識(shí)放牧干擾對(duì)草地土壤的影響，確定合理的放牧強(qiáng)度。目前，在對(duì)甘南碌曲草地的研究中，主要集中在分析退化高寒草甸植被及土壤特性的演化規(guī)律［2］、高原鼠兔對(duì)植被特征和土壤養(yǎng)分的影響［3-5］，評(píng)價(jià)草地生態(tài)系統(tǒng)和草原生態(tài)補(bǔ)償［6-10］，研究退牧還草工程、草場(chǎng)生態(tài)保護(hù)對(duì)畜牧業(yè)發(fā)展和牧民生活的影響［11-12］，探究天然牧草生產(chǎn)特性、營(yíng)養(yǎng)成分和飼用價(jià)值［13］等方面，而利用不同強(qiáng)度短期放牧對(duì)草地土壤理化性質(zhì)影響的研究較少。

因此，開展不同放牧強(qiáng)度下的牦牛放牧試驗(yàn)，通過測(cè)定土壤指標(biāo)，探究放牧對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，以期確定適宜甘南碌曲草地合理利用的放牧強(qiáng)度，做到生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展共同協(xié)調(diào)，推動(dòng)草地資源可持續(xù)發(fā)展和利用。

1 研究方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

碌曲縣位于青藏高原東北部，屬青藏高原氣候帶高原濕潤(rùn)氣候區(qū)，高寒陰濕，年均氣溫2.3℃，無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期，年降水量633～782 mm，5月初牧草集中返青，9—10 月枯黃，生長(zhǎng)期120 d 左右。研究區(qū)位于碌曲縣加倉(cāng)村（101°36'32''E，34°28'25''N）高寒草甸草地。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在碌曲縣加倉(cāng)村選擇60 hm2高寒草甸草地作為試驗(yàn)樣地，采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選用體重相近（300 kg，每頭按5 個(gè)羊單位計(jì)算［14］）、健康無(wú)病的成年牦牛，設(shè)4個(gè)放牧強(qiáng)度，參照柴林榮等［15］方法設(shè)置禁牧（G0）、輕度放牧（13個(gè)羊單位/hm2，G1）、中度放牧（17.5個(gè)羊單位/hm2，G2）和重度放牧（32.5 個(gè)羊單位/hm2，G3），詳見表1。小區(qū)面積5 hm2（200 m×250 m），每個(gè)處理設(shè)置3 個(gè)重復(fù)，共12 個(gè)小區(qū)。于2019 年6 月11 日開始試驗(yàn)，牦牛白天自由放牧，夜間趕回圈舍，10 月10日結(jié)束放牧，放牧?xí)r長(zhǎng)為120 d。

1.3 樣品收集與指標(biāo)測(cè)定

于2019 年10 月中旬開始采樣并測(cè)量土壤理化指標(biāo)，利用五點(diǎn)采樣法取樣，對(duì)每個(gè)小區(qū)進(jìn)行土壤采集，采樣時(shí)用土鉆取距離地面深度0～10 cm 的土樣、過篩，利用四分法將土壤樣品混合均勻。用50 mL 的離心管收集所采土壤樣品，置于冰盒（干冰）中帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。每份混合土樣風(fēng)干后，一部分子樣品過2 mm 篩，用于測(cè)定土壤pH值和速效成分，另一子樣品過0.15 mm篩，用于測(cè)定土壤有機(jī)碳和全氮［16］。

土壤有機(jī)碳（SOC）含量測(cè)定：參考《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》［17］中的方法，將0.5 g風(fēng)干土加入20 mL試管中，然后加入0.1 g 的硫酸銀→加入5 mL 0.8 N 重鉻酸鉀→加入5 mL 濃硫酸。在185～190℃的石蠟油浴鍋中油浴，沸騰5 min，取出待其冷卻至室溫，將試管中的溶液用蒸餾水洗入250 mL三角瓶中，瓶?jī)?nèi)總體積60 mL，滴加鄰啡羅啉指示劑，用0.2 N 硫酸亞鐵進(jìn)行滴定，溶液由黃色經(jīng)過綠色突變到紅棕色，即為終點(diǎn)［18］。

土壤全氮（TN）和全磷（TP）利用濃硫酸消煮法［18］，使用流動(dòng)注射分析儀分析［19］；銨態(tài)氮（- N）和硝態(tài)氮（- N）采用KCl 浸提法測(cè)定［20］；土壤速效磷（AP）在土壤樣品通過NaHCO3浸提后，使用硫酸鉬銻抗，采用分光光度法測(cè)定［21］；土壤速效鉀（AK）采用火焰光度法測(cè)定；土壤pH 值采用電極法（土∶水=1∶5）測(cè)定［18］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

原始數(shù)據(jù)使用Excel 2013 處理后，采用SPSS 16.0進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 放牧強(qiáng)度對(duì)土壤SOC含量的影響

由圖1A可知，不同放牧強(qiáng)度對(duì)草地土壤SOC含量有顯著影響（P＜0.05）。隨著放牧強(qiáng)度的增加，草地土壤的SOC含量顯著降低（P＜0.05），土壤SOC含量在G3放牧強(qiáng)度時(shí)最小，顯著低于其他放牧強(qiáng)度（P＜0.05）。

圖1 放牧強(qiáng)度對(duì)土壤有機(jī)碳、全氮、全磷和pH值的影響

2.2 不同放牧強(qiáng)度對(duì)土壤TN含量的影響

由圖1B 可知，不同放牧強(qiáng)度對(duì)草地土壤TN 含量有顯著影響（P＜0.05）。隨著放牧強(qiáng)度的增加，草地土壤TN含量顯著降低（P＜0.05），土壤TN含量在G3放牧強(qiáng)度時(shí)最小，顯著低于其他放牧強(qiáng)度（P＜0.05）。

2.3 不同放牧強(qiáng)度對(duì)土壤TP含量的影響

由圖1C可知，放牧強(qiáng)度對(duì)草地土壤TP含量有顯著影響（P＜0.05）。草地土壤TP 含量隨著放牧強(qiáng)度的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，土壤TP含量在G1放牧強(qiáng)度時(shí)達(dá)到最大，顯著高于G0和G3放牧強(qiáng)度（P＜0.05）。

2.4 不同放牧強(qiáng)度對(duì)土壤pH值的影響

由圖1D 可知，不同放牧強(qiáng)度對(duì)草地土壤的pH 值有顯著影響（P＜0.05）。隨著放牧強(qiáng)度的增加，土壤的pH 值顯著增加（P＜0.05）；土壤pH 值在G3 放牧強(qiáng)度時(shí)最高，顯著高于其他放牧強(qiáng)度（P＜0.05）。

2.5 不同放牧強(qiáng)度對(duì)土壤-N含量的影響

圖2 放牧強(qiáng)度對(duì)土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效磷和速效鉀的影響

2.6 不同放牧強(qiáng)度對(duì)土壤-N含量的影響

2.7 不同放牧強(qiáng)度對(duì)土壤AP含量的影響

由圖2C 可知，放牧強(qiáng)度顯著影響草地土壤的AP含量（P＜0.05）。隨著放牧強(qiáng)度的增加，土壤AP 含量先增加后降低，在G1 放牧強(qiáng)度下達(dá)到最大，顯著高于其他放牧強(qiáng)度（P＜0.05）。

2.8 不同放牧強(qiáng)度對(duì)土壤AK含量的影響

由圖2D可知，不同放牧強(qiáng)度顯著影響草地土壤的AK含量（P＜0.05）。隨著放牧強(qiáng)度的增加，土壤AK含量先增加后降低，在G1 放牧強(qiáng)度下達(dá)到最大，顯著高于其他放牧強(qiáng)度（P＜0.05）。

3 討論

土壤是草地碳庫(kù)，是植被-土壤養(yǎng)分-微生物直接物質(zhì)交換和能量流動(dòng)的重要載體，土壤養(yǎng)分含量的高低，直接或間接地反映草地生產(chǎn)力水平以及草地的退化程度［22］。土壤SOC、TN、TP和pH 值是草地土壤健康的重要指示指標(biāo)，這些理化指標(biāo)的變化直接反映土壤質(zhì)量變化和間接反映草地生產(chǎn)力的變化趨勢(shì)［23-28］。放牧對(duì)SOC、TN 的影響受多種因素的影響，包括草地土壤的狀況、植被的初始狀況和環(huán)境氣候因素，特別是土層深度、海拔高度、溫度、降水量、放牧歷史、放牧強(qiáng)度、放牧?xí)r間和動(dòng)物類型［29-31］等。

3.1 放牧強(qiáng)度對(duì)土壤SOC、TN、TP和pH的影響

本研究結(jié)果表明，隨著放牧強(qiáng)度的增加，草地土壤的SOC 含量顯著降低，并且在重度放牧強(qiáng)度時(shí)達(dá)到最小值，這說明在牧草生長(zhǎng)過程中，過度放牧?xí)鹜寥乐刑嫉牧魇?，這與前人的研究結(jié)果相一致［32-33］。本研究結(jié)果表明，隨著放牧強(qiáng)度的增加，草地土壤的TN 含量顯著降低，土壤TN 含量在G3 放牧強(qiáng)度時(shí)達(dá)到最小值。任強(qiáng)等［34］研究表明，放牧強(qiáng)度對(duì)TN 有顯著影響，輕度放牧處理下TN 顯著高于中度放牧，這與本研究結(jié)果相似。值得關(guān)注的是，草地土壤理化性質(zhì)演化受多個(gè)復(fù)雜的氣候環(huán)境、放牧、降水等因素的影響，研究結(jié)果不盡相同。丁小慧等［35］和Liu 等［36］的研究認(rèn)為，高強(qiáng)度放牧?xí)档屯寥廊俊５灿醒芯勘砻?，放牧?duì)土壤全氮無(wú)顯著影響［37-38］。本研究結(jié)果表明，土壤TP 含量隨放牧強(qiáng)度增加而呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，土壤TP 含量在G1 放牧強(qiáng)度時(shí)達(dá)到最大值，且顯著高于其他放牧強(qiáng)度，這說明輕度放牧水平下，土壤TP 含量得以顯著積累。李嵐［39］研究發(fā)現(xiàn)，在典型草原，灘羊的放牧強(qiáng)度與土壤TP 含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。但王向濤等［32］的研究表明，在中度放牧條件下，高寒草甸土壤TP 含量有所增加。在以往的研究中，隨著放牧強(qiáng)度的增加，土壤pH 值也隨之增加［40-42］。在本研究中，土壤pH 值隨放牧強(qiáng)度的增加而升高，這與前人的研究結(jié)果相吻合?？赡苁请S著放牧強(qiáng)度的增加，牦牛對(duì)草地土壤的踐踏增加，使得土壤變得緊實(shí)，從而導(dǎo)致土壤水分減少，土壤pH 值升高。

3.2 放牧強(qiáng)度對(duì)土壤-N、-N、AP 和AK的影響

有研究表明，土壤氮的礦化和硝化作用直接控制著土壤中無(wú)機(jī)氮（銨態(tài)氮和硝態(tài)氮）的含量［43］。放牧有利于土壤的N 素循環(huán)［44-45］，能夠增加高寒草地土壤的-N 含量，提高土壤氮礦化和硝化反應(yīng)速率，但可能引起-N 含量下降［35，46-48］。本研究結(jié)果表明，隨著放牧強(qiáng)度的增加，土壤-N 含量先增加后降低，在G2放牧強(qiáng)度下達(dá)到最大值，說明適度放牧有利于土壤銨態(tài)氮的積累，植物利于吸收的銨態(tài)氮含量增加，一定程度促進(jìn)了放牧草地植物的地上生物量累積。本研究結(jié)果顯示，土壤-N 含量與放牧強(qiáng)度呈現(xiàn)線性上升趨勢(shì)，且在G3 放牧強(qiáng)度時(shí)最高，這與孫大帥［16］對(duì)青藏高原東部高寒草甸的研究結(jié)果一致。牦牛在放牧采食過程中產(chǎn)生的代謝物進(jìn)入土壤后，改變了土壤微生物的代謝，影響了土壤硝化作用，另外，放牧可能導(dǎo)致草地植被根系分泌物發(fā)生變化，從而改變了土壤的-N 含量。本研究結(jié)果表明，放牧強(qiáng)度顯著影響草地土壤的AP含量，隨放牧強(qiáng)度的增加，土壤AP含量先增加后降低，在G1 放牧強(qiáng)度時(shí)達(dá)到最大值。這說明G1 放牧有利于土壤AP 的累積，對(duì)植物吸收P 有一定的促進(jìn)作用，但重度放牧?xí)斐蒔 的大量流失，這與前人的研究結(jié)果相一致［49-50］。本研究結(jié)果表明，隨著放牧強(qiáng)度的增加，土壤AK 含量呈先增加后降低的單峰型變化趨勢(shì)，在G1放牧強(qiáng)度下達(dá)到最大值，且AK含量表現(xiàn)出G1 ＞G0 ＞G2 ＞G3 的特征，這與前面TP 和AP的變化相似，說明在G1 放牧強(qiáng)度下，草地土壤的速效養(yǎng)分有所積累，這有利于植物更好地吸收養(yǎng)分，這與前人研究結(jié)果一致［51］。此外，放牧強(qiáng)度對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響還與季節(jié)變化有關(guān)，放牧強(qiáng)度在不同季節(jié)對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響有差異［52］。

4 結(jié)論

綜上所述，短期放牧降低了草地土壤的SOC 和TN含量，但增加了土壤pH 值和土壤-N 含量，這說明放牧?xí)斐刹莸赝寥啦糠逐B(yǎng)分的流失，同時(shí)會(huì)增加土壤的堿性。短期放牧條件下，隨著放牧強(qiáng)度的增加，草地土壤的TP、-N、AP 和AK 呈先增加后降低的趨勢(shì)，這說明G1 放牧強(qiáng)度有利于土壤速效養(yǎng)分和TP 的積累。綜合以上，本研究認(rèn)為，在實(shí)際生產(chǎn)中，短期內(nèi)采用G1放牧強(qiáng)度有利于草地土壤發(fā)育。