不同利用方式對(duì)新源縣春秋草地土壤理化性質(zhì)的影響

武紅旗，范燕敏，靳瑰麗，劉 偉，阿德列提，朱 萌

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 新疆草地資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊830052；

草地不僅是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，而且在水土保持及生態(tài)環(huán)境建設(shè)中占據(jù)主要地位。放牧、割草是人類對(duì)草地利用的常見(jiàn)方式。放牧對(duì)草地土壤具有明顯的壓實(shí)作用，從而增加土壤的容重，降低土壤對(duì)水分的滲透與蓄積能力[1-2]，適度放牧可以維持植物群落的穩(wěn)定，使歸還到土壤中有機(jī)物質(zhì)的數(shù)量增加，草地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定[3]，而長(zhǎng)期過(guò)度放牧踐踏會(huì)使草原地面裸露，土壤通透性下降，造成水土流失[4]；割草有利于土壤物理結(jié)構(gòu)的形成及水分的滲透與蓄積，割除地表植物能提高土壤氮礦化度[5]，但連年割草使草地的枯枝落葉減少，因沒(méi)有家畜糞尿歸還草地，所以易使土壤貧瘠化[1]；劃區(qū)輪牧使羊群放牧空間縮小，在采食過(guò)程中踐踏毒草，抑制了毒草的生長(zhǎng)，有利于草原休養(yǎng)生息，保護(hù)草原生態(tài)環(huán)境[6-8]。以上是許多研究的普遍共識(shí)，但是，也有研究認(rèn)為，劃區(qū)輪牧在牧草的恢復(fù)和持續(xù)性利用上比傳統(tǒng)的自由放牧制度表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，但是對(duì)羔羊的體質(zhì)量增加效果低于自由放牧[9]。常會(huì)寧和夏景新[10]對(duì)輪牧與連續(xù)放牧制度做出了評(píng)價(jià)：各種放牧制度在草地改良方面均具重要作用，但其效果在不同地區(qū)差別很大。這很可能與各地區(qū)的氣候、植被和其他草地資源條件及所采用的放牧技術(shù)方法有關(guān)。所以，適于某種草地上應(yīng)用的放牧制度很可能不適于在其他草地上應(yīng)用。過(guò)分強(qiáng)調(diào)輪牧優(yōu)于連續(xù)放牧或連續(xù)放牧優(yōu)于輪牧的觀點(diǎn)都是片面的。

伊犁新源縣擁有優(yōu)質(zhì)天然草地55.9萬(wàn)hm2，位于山區(qū)的夏牧場(chǎng)主要實(shí)行劃區(qū)輪牧，低山帶的春秋草地有放牧和割草等利用方式。由于春秋草地利用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)半年，放牧壓力極大，從而成為退化最為普遍、嚴(yán)重的地段[11]。合理的利用方式可以有效地解決發(fā)展與環(huán)境的問(wèn)題，達(dá)到二者兼顧。本研究以新源縣則克臺(tái)鎮(zhèn)春秋草地土壤為研究對(duì)象，對(duì)比不同利用方式對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，為春秋草地的受損恢復(fù)和合理利用方式的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況 研究地點(diǎn)設(shè)在新源縣則克臺(tái)鎮(zhèn)阿西勒村春秋草地，地理位置83.023°～83.240° E，43.547°～43.566°N，平原河谷地區(qū)海拔856～907 m，干旱區(qū)海拔800 m左右。則克臺(tái)鎮(zhèn)主要受大西洋、北冰洋西來(lái)氣流的影響，年平均氣溫5.5 ℃，年降水量515.6 mm。無(wú)霜期短，農(nóng)區(qū)平均155 d左右，春季日溫差較大，秋季降溫快，冬夏冷熱懸殊，為半干旱草原氣候。研究區(qū)草地為白羊草(Bothriochloaischaemum)+雜類草草原，春季有短生、類短生植物發(fā)育，夏季旱雀麥(Bromustectorum)和節(jié)節(jié)麥(Aegilopstauschii)等一年生草本發(fā)育顯著，秋季刈割后半灌木木地膚(Kochiascoparia)長(zhǎng)勢(shì)良好。由于放牧強(qiáng)度較大，加之牧民保護(hù)意識(shí)低下，缺乏科學(xué)的管護(hù)措施，該類草地普遍呈現(xiàn)退化。

阿西勒村于2007年進(jìn)行了草地圍欄劃分，承包到戶，分屬67戶牧民獨(dú)立經(jīng)營(yíng)。由于牧民放牧利用方式及利用強(qiáng)度不同，草地退化程度也存在一定的差異。通過(guò)對(duì)牧戶的調(diào)查與分析，得出牧戶對(duì)該類草地有以下4種利用方式：1)打草型：只打草，不放牧，年降水量和利用強(qiáng)度適宜時(shí)，夏季可打草1次；2)自由放牧型：春秋季節(jié)自由放牧；3)分段放牧型：將草地圍欄劃分為兩段，50%草地春秋季自由放牧，50%草地秋季自由放牧+夏季打草1次；4)劃區(qū)輪牧型：春秋季四區(qū)輪牧，輪牧間隔6～10 d。

1.2取樣方法及測(cè)定指標(biāo) 于2009年8月底，分別選取打草型、自由放牧型、分段放牧型、劃區(qū)輪牧型4種草地利用方式的典型牧戶各2～3戶，典型牧戶春秋草地面積和家畜數(shù)量不等，放牧強(qiáng)度約16羊單位·hm-2，放牧家畜自然頭數(shù)羊∶牛∶馬為15∶2∶1左右。在每戶牧民草地中設(shè)兩條平行調(diào)查路線，在每條線上每隔一定距離挖取土壤剖面，按0～10、10～20、20～30 cm采集土樣，每塊草地取8～10個(gè)點(diǎn)，然后分層混合，形成混合樣，用四分法取土1 kg左右，剔除新鮮植物根系等雜物，帶回實(shí)驗(yàn)室，室內(nèi)自然風(fēng)干，用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)。同時(shí)，在每塊草地測(cè)定土壤容重，每層3次重復(fù)。

樣品測(cè)定指標(biāo)與方法如下：土壤機(jī)械組成采用比重計(jì)法；容重采用環(huán)刀法；比重瓶法測(cè)定比重，用于計(jì)算土壤孔隙度；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-濃硫酸油浴法；堿解氮采用堿解擴(kuò)散吸收法；有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度計(jì)法。

1.3數(shù)據(jù)處理 用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1不同利用方式對(duì)草地土壤物理性質(zhì)的影響

2.1.1對(duì)土壤機(jī)械組成的影響 土壤的機(jī)械組成與肥力關(guān)系密切，不同粒徑對(duì)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成和保水保肥的貢獻(xiàn)不同[7]。

4種利用方式下土壤質(zhì)地均為粉壤，說(shuō)明利用方式并未改變土壤的質(zhì)地(表1)。自由放牧方式土壤砂粒含量最高，平均達(dá)到21.23%，而打草、分段放牧和劃區(qū)輪牧利用方式使草地有一定的植被覆蓋，減少了土壤的風(fēng)蝕和水蝕，砂粒含量較低。自由放牧方式草地土壤表層砂粒、粘粒含量較高，粉粒含量最低，雖然與其他3種放牧方式相比并未達(dá)到顯著水平，但是足以說(shuō)明長(zhǎng)期放牧踐踏會(huì)使草地地表裸露，地表細(xì)土粒易損失，造成表層土壤顆粒粗化。

2.1.2土壤容重和孔度變化 土壤容重和孔度可反映土壤的緊實(shí)程度和通氣狀況。一般認(rèn)為，土壤容重小于1.26 g·cm-3，土壤孔度在50%左右，土壤較疏松，有利于土壤通氣。分析可知，研究區(qū)土壤容重較小，孔度適中，因此，各種利用方式未對(duì)土壤有壓實(shí)效應(yīng)，土壤通氣狀況良好(表2)。但是通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比和方差分析可知，0～10 cm土壤容重為分段放牧地>自由放牧地>打草地>劃區(qū)輪牧草地，劃區(qū)輪牧與分段放牧間差異顯著(P<0.05)。在0～30 cm土層劃區(qū)輪牧方式的土壤容重最小，孔隙度最大，而自由放牧方式與其相反。因此，劃區(qū)輪牧方式能夠保持土壤疏松，而無(wú)序的自由放牧方式破壞草地土壤物理性質(zhì)。分段放牧地土壤表層容重最高，劃區(qū)輪牧草地最低，說(shuō)明研究區(qū)分段放牧對(duì)土壤的壓實(shí)作用顯著。

2.2不同利用方式對(duì)草地土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.2.1土壤有機(jī)質(zhì)的變化 土壤有機(jī)質(zhì)是植物養(yǎng)分元素循環(huán)的中心，凋落物和土壤有機(jī)質(zhì)能增加土壤團(tuán)聚體、團(tuán)聚體的穩(wěn)定性和滲透率，減少雨滴和徑流等對(duì)土壤的影響。不同利用方式下土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著土層深度的增加而逐漸降低。各土層有機(jī)質(zhì)含量均為劃區(qū)輪牧地>自由放牧地>分段放牧地>打草地，但差異不顯著(表3)。

2.2.2土壤速效養(yǎng)分的變化 自由放牧方式下0～10 cm土層中堿解氮含量顯著高于打草利用方式(P<0.05)，其他兩土層均為劃區(qū)輪牧方式含量最高，但差異不顯著(表3)。各利用方式土壤速效鉀含量均較高，0～10 cm土層土壤速效鉀含量為分段放牧>打草>劃區(qū)輪牧>自由放牧，10～20、20～30 cm土層速效鉀含量為劃區(qū)輪牧>分段放牧>打草>自由放牧，但差異不顯著。0～10和10～20 cm土層土壤有效磷含量為劃區(qū)輪牧>分段放牧>自由放牧>打草。在20～30 cm土層有效磷含量為劃區(qū)輪牧>自由放牧>分段放牧>打草，并且打草地土壤有效磷顯著小于其他利用方式(P<0.05)。

表1 不同利用方式對(duì)草地土壤顆粒含量的影響

表2 不同利用方式對(duì)草地土壤容重和孔度的影響

3 討論

土壤有機(jī)質(zhì)的總量取決于植物生物量的生產(chǎn)與分解的平衡狀態(tài)，以及土壤儲(chǔ)存有機(jī)質(zhì)的能力[12]。放牧生態(tài)系統(tǒng)存在增加土壤碳的機(jī)制[13]，放牧利用下，動(dòng)物的踐踏使凋落物破碎并與土壤充分接觸，有助于凋落物的分解，也有助于碳和養(yǎng)分元素轉(zhuǎn)移到土壤中[14]，但過(guò)度放牧將導(dǎo)致草地碳儲(chǔ)量降低[15]。放牧增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，主要是由于放牧管理技術(shù)的應(yīng)用增加了牧草的產(chǎn)量，也潛在增加了大量有機(jī)質(zhì)的積累[16]。放牧對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)沒(méi)有影響，草原生態(tài)系統(tǒng)對(duì)放牧有相當(dāng)?shù)膹椥訹17]。這些不一致的結(jié)果表明，放牧和土壤有機(jī)質(zhì)之間存在復(fù)雜的相互關(guān)系，土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)放牧的響應(yīng)受多種因素的影響，如放牧強(qiáng)度、頻度、持續(xù)時(shí)間和動(dòng)物類型[18]。劉楠和張英俊[19]研究放牧對(duì)土壤的影響結(jié)果表明，土壤有機(jī)碳含量大體表現(xiàn)為常年放牧地高于放牧+割草地。本研究的結(jié)果表現(xiàn)為3種放牧利用方式下土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于打草地，其中，劃區(qū)輪牧和自由放牧草地土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于分段放牧方式，可見(jiàn)分段放牧和打草使研究區(qū)草地過(guò)度利用，減少了草地植被對(duì)土壤碳庫(kù)的碳輸入，加速了碳素從土壤向大氣的釋放，而劃區(qū)輪牧是當(dāng)?shù)剌^適合的草地管理方式，可以減少碳排放，增加土壤碳庫(kù)儲(chǔ)存。

表3 不同利用方式對(duì)草地土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

土壤堿解氮含量的高低能較好地反映出近期內(nèi)土壤氮素供應(yīng)狀況和氮素釋放速率。放牧通過(guò)家畜在草地上的排泄糞尿能夠逐漸增加土壤速效氮且隨放牧次數(shù)的增加影響逐漸增大，強(qiáng)度放牧下土壤速效氮含量比不放牧或中度放牧的高[20]。本研究中自由放牧方式土壤表層速效氮含量高于分段放牧和劃區(qū)輪牧，印證了這一觀點(diǎn)。放牧增加土壤的速效氮，可能是由于動(dòng)物的糞便增加了土壤中的氮素[21]。放牧方式下土壤堿解氮含量高于打草地，說(shuō)明放牧能夠多途徑地增加土壤微生物的生產(chǎn)力、促進(jìn)氮素礦化、提高氮的有效性[22]，而連年的打草利用阻礙了氮素從植物向土壤的流轉(zhuǎn)，造成土壤氮素的損失，其含量降低。

在草地生態(tài)系統(tǒng)中，由于磷循環(huán)在系統(tǒng)內(nèi)部的局限性，植物歸還土壤的磷是有效磷的重要來(lái)源[23]。土壤有效磷含量主要受土壤性質(zhì)、氣候條件等的影響，所以，放牧強(qiáng)度對(duì)磷含量影響不大。因此，本研究中利用方式對(duì)土壤有效磷含量影響不顯著，但3種放牧草地的土壤有效磷均高于打草地，是由于打草利用方式將植物地上部分收獲移出草地，地上部分歸還量少，導(dǎo)致土壤有效磷的缺乏[23-24]。

一般來(lái)說(shuō)，放牧活動(dòng)中牲畜所產(chǎn)生的糞便能夠直接增加土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的含量，加快生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)循環(huán)速率[25]。由以上分析可知，放牧利用草地土壤堿解氮、速效磷含量均高于打草地，充分說(shuō)明家畜通過(guò)采食活動(dòng)及畜體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化影響草地營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)，提高養(yǎng)分的有效性，打草利用方式不利于土壤養(yǎng)分的循環(huán)和累積。

4 結(jié)論

自由放牧方式下土壤砂粒含量最高、粉粒含量最低，劃區(qū)輪牧與其相反。各利用方式的土壤容重均小于1.26 g·cm-3，土壤沒(méi)有表現(xiàn)出壓實(shí)現(xiàn)象。但是，分段放牧地土壤表層容重最高，劃區(qū)輪牧草地最低。

研究區(qū)3種放牧方式可使土壤保持較高的有機(jī)質(zhì)、堿解氮和有效磷含量，割草地養(yǎng)分含量較低。在3種放牧方式中，自由放牧方式僅使土壤表層堿解氮顯著升高，其土壤速效鉀和有效磷的含量均低于分段放牧和劃區(qū)輪牧。因此，劃區(qū)輪牧和分段放牧是研究區(qū)較為科學(xué)合理的利用方式，可有效地防止土壤養(yǎng)分降低。與劃區(qū)輪牧相比，分段放牧使土壤表層砂粒含量增高，容重顯著增大，有機(jī)質(zhì)含量降低，所以，采用分段放牧?xí)r，應(yīng)適當(dāng)降低利用強(qiáng)度以促進(jìn)土壤的恢復(fù)。

[1]寧發(fā)，徐柱，單貴蓮.干擾方式對(duì)典型草原土壤理化性質(zhì)的影響[J].中國(guó)草地學(xué)報(bào)，2008，30(4)：46-50.

[2]任繼周．草業(yè)科學(xué)研究方法[M]．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1998.

[3]王長(zhǎng)庭，龍瑞軍，王啟蘭，等.放牧擾動(dòng)下高寒草甸植物多樣性、生產(chǎn)力對(duì)土壤養(yǎng)分條件變化的響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28(9)：4144-4152.

[4]烏仁其其格，武曉東，閆瑞瑞.呼倫貝爾草甸草原羊草群落不同退化程度土壤理化指標(biāo)[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2009，23(9)：123-127.

[5]劉昊，趙寧，曹喆，等.干擾對(duì)草地植被與土壤的影響之研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2008，24(5)：8-16.

[6]賀軍，崔國(guó)盈，孫小平.伊犁夏牧場(chǎng)劃區(qū)輪牧試驗(yàn)[J].新疆畜牧業(yè)，2005，2：62-64.

[7]范守民，余雄，安沙舟，等.那拉提山地草甸草地劃區(qū)輪牧與自由放牧效果的對(duì)比分析[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，43(3)：200-204.

[8]希日莫，冬梅，敖登花，等.劃區(qū)輪牧是一種科學(xué)的畜牧業(yè)生產(chǎn)方式[J].畜牧與飼料科學(xué)，2009，30(1)：178.

[9]毛培勝，韓亮亮，王新國(guó)，等.不同放牧制度對(duì)老芒麥人工草地和羔羊體重的影響[J].草業(yè)科學(xué)，2007，24(11)：66-69.

[10]常會(huì)寧，夏景新.草地放牧制度及評(píng)價(jià)[J].國(guó)外畜牧學(xué)——草原與牧草，1994(4)：9-15.

[11]許鵬.新疆草地資源及其利用[M].烏魯木齊：新疆科技衛(wèi)生出版社，1993.

[12]高英志，韓興國(guó)，汪詩(shī)平.放牧對(duì)草原土壤的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，24(4)：790-797.

[13]Frank A B,Tanaka D L,Hofmann L,etal.Soil carbon and nitrogen of Northern Great Plains grasslands as influenced by long-term grazing[J].Journal of Range Management,1995,48(5):470-474.

[14]Naeth M A,Bailey A W,Pluth D J,etal.Grazing impacts on litter and soil organic matter in mixed prairie and fescue grassland ecosystems of Alberta[J]. Journal of Range Management,1991,44(1):7-12.

[15]鐘華平，樊江文，于貴瑞，等.草地生態(tài)系統(tǒng)碳蓄積的研究進(jìn)展[J].草業(yè)科學(xué)，2005,22(1)：4-11.

[16]Reeder J D,Schuman G E.Influence of livestock grazing on C sequestration in semi-arid mixed-grass and short-grass rangelands[J].Environmental Pollution,2002,116(3):457-463.

[17]王艷芬，陳佐忠，Tieszen L T.人類活動(dòng)對(duì)錫林郭勒地區(qū)主要草原土壤有機(jī)碳分布的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),1998,22(6)：545-551.

[18]鄭云玲，李雪松，張瑞，等.放牧強(qiáng)度對(duì)草原土壤與植被的影響[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,29(1)：262-266.

[19]劉楠，張英俊.放牧對(duì)典型草原土壤有機(jī)碳及全氮的影響[J].草業(yè)科學(xué)，2010，27(4)：11-14.

[20]Wienhold B J，Hendrickson J R,Karn J F.美國(guó)北部大草原上放牧活動(dòng)對(duì)土壤性質(zhì)的影響[J].水土保持科技情報(bào),2001(6)：14-17.

[21]裴海昆.不同放牧強(qiáng)度對(duì)土壤養(yǎng)分及質(zhì)地的影響[J].青海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)板),2004,22(4)：29-31.

[22]侯扶江，楊中藝.放牧對(duì)草地的作用[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，26(1)：244-264.

[23]趙瓊，曾德慧.陸地生態(tài)系統(tǒng)磷素循環(huán)及其影響因素[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，29(1)：153-164.

[24]鄒麗娜，周志宇，顏淑云，等.瑪曲高寒草地土壤養(yǎng)分對(duì)不同利用方式的響應(yīng)[J].中國(guó)草地學(xué)報(bào)，2009，31(6)：80-87.

[25]Jaramillo V J,Detling J K.Small-scale grazing in a semiarid north American grassland.Ⅰ.Tillering N uptake and retranslocation in simulated urine patches[J].Journal of Applied Ecology,1992,29:1-8.