人为干扰对典型草原生态系统土壤养分状况的影响①

人为干扰对典型草原生态系统土壤养分状况的影响①内容摘要：

第 20 卷第 5 期 2006 年 10 月 水土保持学报 Jou rnal of So il and W ater Con servation V o l. 20 N o. 5 O ct. , 2006 　 人为干扰对典型草原生态系统土壤养分状况的影响 ① 许中旗1 , 闵庆文2 , 王英舜3 , 李文华2 , 许　晴1 ( 1. 河北农业大学, 保定 071000; 2. 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京 100101; 3. 内蒙古锡林郭勒盟畜牧气象研究所, 锡林浩特市 026000) 摘要: 从土壤 N , P, K 及土壤有机质等方面研究了人为干扰 ( 包括放牧、开垦和禁牧) 对典型草原生态系统土壤养 分含量的影响。研究结果表明: 开垦和放牧会导致土壤, 主要是表层土壤养分含量的下降, 而开垦对土壤养分的影 响更为明显; 禁牧会提高土壤各种养分的含量, 而且随着禁牧时间的增加, 土壤养分含量有逐渐增加的趋势。对深 层土壤养分含量没有明显影响。 同时, 草原生态系统土壤全氮、速效氮及有机质含量与土层深度呈明显的负直线 相关关系; 速效 K、速效 P 含量则与土壤深度的关系符合二次幂函数关系; 全磷含量随深度的增加有逐渐升高的 趋势; 土壤全钾含量随土壤深度的增加呈微弱的降低趋势, 但变化不明显。本研究表明, 禁牧可以提高典型草原土 壤养分元素的含量, 有利于遏制草原土壤的退化。 关键词: 人为干扰; 　典型草原; 　土壤养分; 　开垦; 　禁牧 中图分类号: Q 142. 3; X 171. 1　　　文献标识码: A 　　　文章编号: 100922242 ( 2006) 0520038205 Im pact of Human D isturbances on So il Nutr ien t Con ten ts of Typ ica l Gra sslands 1 2 3 2 1 XU Zhong 2qi , M IN Q ing 2w en , W AN G Y ing 2shun , L IW en 2hua , XU Q ing ( 1. A g ricu ltu re university of H ebei, B aod ing 071000; 2. Institu te of g eog rap h ical sciences and natu ral resou rces researches, CA S , B eij ing 100101; 3. L ivestock m eteorolog ical station of X iling uolem eng , X ilinhaote 026000 ) Abstract: T he im pact of hum an d istu rbances includ ing grazing, cu ltivation and an ti2grazing ( from 1987, 1997, 2003 respectively ) on nu trien ts con ten ts (N , P, K and o rgan ic m atter) in typ ical grassland so il w as stud ied in the paper. T he resu lt show ed that cu ltivation and grazing can lead to a decrease in nu trien t con ten ts of so il, especially top so il, and cu ltivation affects it m o re sign ifican tly than grazing; B anned 2grazing can increase nu trien ts con ten ts of so il, w h ich increase w ith banned 2grazing period. A t the sam e tim e, there ex ist sign ifican t m inu slinear depen 2 dency relation sh ip betw een the to tal N , availab le N , o rgan ic m atter and so il dep th; there ex ist second pow er func2 tion relation betw een availab le P, availab le K and so il dep th. T he to tal P con ten ts increases w ith the so il dep th, and the to tal K decreases w ith it, bu t the dependency relation s w ere no t sign ifican t. It is concluded that an ti2graz2 ing can increase the nu trien t con ten ts in grassland so il and restrain the degradation of grassland so il. Key words: hum an d istu rbance; 　 typ ical grassland s; 　 so il nu trien ts; 　cu ltivation; 　an ti2grazing 近年来, 由于人类活动的加剧, 如超载过牧、毁草开荒、滥采药材等, 使得草原生态系统的退化现象非常严 重 , 草地生态系统发生退化的一个明显特征之一是草原土壤肥力的下降[ 2 ]。土壤肥力的下降直接导致草原植 被的退化, 而植被的退化则会导致风蚀的加剧, 从而使土壤的肥力状况进一步下降 [ 3 ]。 土壤肥力状况的变化在 很大程度上表现为土壤养分含量的变化, 如氮、磷、钾及土壤有机质的变化。 在土壤母质一致的情况下, 土壤养 分含量的变化主要取决于生物因素的变化[ 4 ]。 人为干扰对草原生态系统的植被状况有明显影响[ 5 ] , 因此, 它对 [1] 草原土壤的肥力状况可能也会产生明显的影响[ 2 ] [ 6～ 8 ]。 但是, 到目前为止, 有关人为干扰对草原土壤养分关系 的研究还比较少见[ 6, 8 ]。 研究人类活动对草原土壤养分状况的影响, 了解在不同干扰条件下草原土壤的演变规 律, 对于合理利用我国的草地资源及遏制草原生态系统的退化具有非常重要的意义。中国的草地资源以温带草 原为主, 而典型草原又是温带草原的主体 [ 9 ]。本研究以锡林郭勒盟的典型草原为研究对象, 研究了开垦、放牧和 禁牧 3 种人为干扰条件下典型草原土壤养分状况的变化规律。 1　试验地概况和研究方法 111　试验地概况 本研究的试验地位于内蒙古锡林郭勒盟畜牧气象站的试验牧场内, 该牧场位于我国典型草原分布区的中 ① 收稿日期: 2006205220 基金项目: 国家自然科学基金重点项目 (30230090) ; 内蒙古气象局科学技术研究项目 (200502) 作者简介: 许中旗, 男, 生于 1971 年, 博士, 副教授。 主要研究方向为生态系统服务功能。 第5期 许中旗等: 人为干扰对典型草原生态系统土壤养分状况的影响 39 心——锡林浩特市以东 23 km 处, 北纬 116° 19′ 50″ , 东经 43° 07′ 58″ , 海拔 1 030 m 。该区的气候类型为温带半干 旱大陆性气候, 春季风大少雨, 蒸发旺盛, 日照充沛; 夏季温暖, 雨热同季; 秋季短促, 气温骤降; 冬季寒冷而漫 长。年均气温- 011℃, 7 月平均气温 1813℃, 1 月平均气温- 2210 ℃, 全年≥10℃积温为 1 750℃, 全年日照时 数 2 600 h , 无霜期 90～ 110 d , 年降水 290 mm 左右。土壤主要为典型栗钙土。该牧场主要植物种类有: 克氏 针 茅 (S tip a k ry lov ii) 、 羊 草 (L eym us ch inensis) 、 糙 隐 子 草 (C leistog enes squanosa ) 、 知 母 (A nem arrhena asp hod eloid es B unge) 、矮葱 (A llium an isop od ium R egel) 、野韭 (A llium ram osum L 1) 等。 该牧场在 1987 年以前为打草场, 从 1987 年改为放牧场, 牧场面积为 12 km 2。该牧场夏季存栏数为 1 200 只, 冬季为 800 只, 每年的 6～ 12 月为自由放养, 12～ 6 月实行圈养。该牧场自 1987 年开始进行围封禁牧试验, 牧场内现有分别于 1987 年、1997 年、2003 年设立的围封样地, 围封样地外草场为自由放牧草场。 农田样地位于锡林郭勒盟畜牧气象站的观测场内 ( 锡林浩特市东南郊) 。 这里原来是普通草场, 20 世纪 80 年代畜牧气象站用作气象观测场。80 年代后期, 观测场的一部分开垦为农田。种植作物主要为玉米, 每年一季, 5 月份播种, 8 月份收割, 主要收获秸秆用作青贮饲料。 112　研究方法 于 2003 年 4, 5, 6, 7, 8, 9 月分别于不同禁牧样地 ( 1987 年、1997 年和 2003 年) 、自由放牧样地和农田样地 内采用机械布点的方法用土钻分层 ( 0～ 10 cm , 10～ 20 cm , 20～ 30 cm , 30～ 40 cm , 40～ 50 cm ) 进行取样, 然后 测定土壤基本理化性状。 土壤有机质、植物有机碳: 重铬酸钾法; 土壤全氮、植物氮: 开氏法; 土壤速效氮: 蒸馏 法; 土壤全磷、全钾: FH - HNO 3 - HCLO 4 消解, ICP 测定; 土壤速效磷、钾: (N H 4 ) 2CO 3 提取, ICP 测定。 2　结果与分析 211　土壤全氮和速效氮含量的比较 从表 1 可以看出, 表层 0～ 10 cm , 10～ 20 cm 和 20～ 30 cm 三层土壤全氮和速效氮含量由大到小的排列顺 序都为 1987 年禁牧> 1997 年禁牧> 2003 年禁牧> 自由放牧> 农田。 这表明典型草原的开垦导致了土壤全氮 和速效氮含量的降低, 不同草原浅层土壤的全氮含量都为农田土壤的 2 倍以上。禁牧使土壤氮素含量有增加的 趋势, 而且随禁牧时间的增加, 土壤