不同草地利用方式對土壤有機碳、全氮和全磷的影響

李亞娟，曹廣民，龍瑞軍

（1.甘肅農業大學 草業學院/草業生態系統教育部重點實驗室/甘肅省草業工程實驗室/中－美草地畜牧業可持續發展研究中心，甘肅 蘭州 730070；2.中國科學院西北高原生物研究所，青海 西寧 810008；3.蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州 730020；4.青藏高原生態系統管理國際中心，甘肅 蘭州 730020）

青海省共和縣位于青藏高原東北緣，青海湖南岸，是青海牧區人口最多，牲畜比重最大的縣［1］。“塔拉”系蒙古語，意為平原或灘地平原，是青海省海南藏族自治州共和盆地的重要組成部分，由于氣候干旱、少雨以及草地超載過牧、大量墾殖、不合理開采等使土地沙漠化進程逐年增大，塔拉灘成為黃河上游風沙危害最嚴重的地區之一［2－4］。塔拉灘地區在20世紀50～60年代還是當地最好的草地，而今已經嚴重沙化，成為共和盆地最主要的沙源地。近年，共和縣經過多年的努力，通過封育禁牧、退牧還草、生態移民等措施對塔拉灘進行了生態治理，使流動沙丘得到有效控制［5－9］。通過調查研究青海省海南州共和縣不同利用方式下有機碳、全氮和全磷的含量，揭示了不同利用方式下土壤有機碳、全氮和全磷的含量變化特征，對于揭示塔拉灘地區不同土地利用方式對土壤養分含量的影響，為當地土地沙化治理、水土流失和生態環境保護提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

塔拉灘總面積29.55萬hm2，屬高原大陸性氣候，干旱少雨，氣候溫涼，日照充足，晝夜溫差大，年平均氣溫4.1℃，年均降水量250～450mm。在研究調查的基礎上選擇塔拉灘有代表性和典型性的高寒草原、人工草地和農田［10］為試驗樣地，樣地基本概況（表1）。

1.2 土壤樣品采集與處理

采集青海省共和縣塔拉灘具有典型性、代表性的高寒草甸、人工草地和農田，主要有封育芨芨草草原、過牧芨芨草草原、取土坑、農田、和人工草地5種土地利用方式。每種利用方式按土壤濃度0～10、10～20、20～40、40～60和60～80cm用土鉆進行全剖面土壤樣品采集，每種利用方式草地重復6次，土壤樣品帶回實驗室，風干后過1mm和0.25mm篩備用。

表1 不同利用方式草地概況Table 1 Basic information of the experimental grassland under different grassland using models

1.3 測定方法

重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質；全氮半微量凱氏法測定土壤全氮；硫酸－高氯酸消煮鉬銻抗比色法測定土壤全磷［11］。

有機質、全氮和全磷含量數據用Excel 2003進行整理統計，用SPSS11.0統計軟件進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同利用方式草地土壤有機碳含量

土壤有機碳是草地土壤質量的重要指標，與土壤物理、化學和生物性質密不可分。

研究區域內土壤的有機碳含量普遍偏低，大部分在5g/kg以下（表2）。0～10cm和10～20cm土層，土壤有機碳含量順序均表現為封育芨芨草草原＞退化過牧芨芨草草原＞取土坑＞農田＞人工草地，說明退化和開墾均導致表層土壤有機碳含量的下降，相同土層中，農田和人工草地（退耕地）的有機碳含量差異不顯著（P＞0.05）。

在0～20cm土層，封育芨芨草草原的有機碳含量高于退化過牧芨芨草草原，而在20～80cm的各土層，封育芨芨草草原的有機碳含量均明顯低于退化過牧芨芨草草原，因為封育增加了表層土壤的有機碳含量，退化過牧芨芨草草原0～10cm土層的有機碳含量明顯低于封育芨芨草草原，而在10～80cm的土壤剖面中隨土壤深度的增加有機碳含量相差不大，芨芨草草原封育地則呈現出明顯的下降趨勢，也說明退化導致表層土壤有機碳明顯損失，下層土壤有機碳沿土壤剖面有均勻分布的趨勢。在20cm以下土層，取土坑有機碳含量在5種利用格局中最低，原因取為土過程帶走了上層土壤，目前的土層可能相當于原來更深的土層，人為恢復很難影響到或者暫時還未影響到這一層次。20～80cm的土壤剖面中人工草地土壤的有機碳含量高于農田土壤。

表2 不同利用方式草地土壤有機碳含量Table 2 Soil organic carbon content of different grassland using models g/kg

不同利用方式隨土壤深度的增加有機碳含量均呈下降趨勢，封育芨芨草草原和取土坑2種利用格局的各土層之間差異顯著，農田和人工草地每個土層的有機碳含量差異不大，尤其是0～10cm和10～20cm土層。說明退化和開墾導致土壤有機碳沿土壤剖面的變異消失。

2.2 不同利用方式草地土壤全氮含量

氮素是植物生長發育所需的大量營養元素之一，是土壤養分的最重要指標，也是包括草原生態系統在內的各種生態系統生長力高低的主要限制因子。

研究區域土壤的全氮含量較低，除農田和人工草地，大部分都低于0.05%。0～40cm的3個土層，均表現出農田的全氮含量最高，人工草地次之，是由于人為因素如施肥、翻壓枯草等因素所致，取土坑（現人為恢復）的全氮含量最低；同時，0～40cm的土層封育芨芨草草原的土壤全氮含量高于退化過牧芨芨草草原，在40～80cm土層中卻低于退化過牧芨芨草草原，這說明封育使土壤上層的全氮含量增加，而退化導致氮向下層轉移，既退化使氮素進行了重新分布；0～10cm和10～20cm土層，農田和人工草地的全氮含量基本相同，而40～60cm和60～80cm土層，人工草地的全氮含量卻顯著高于農田土壤中，這與有機碳的結果基本一致（表3）。

表3 草地不同利用方式土壤全氮含量Table 3 Soil total nitrogen content of different grassland using models%

隨土壤深度的增加，封育芨芨草草原的全氮含量呈現逐漸降低趨勢，并且0～10cm和10～20cm土層的含氮量相同；退化過牧芨芨草草原的全氮含量在40cm土層以下有升高的趨勢；取土坑的全氮含量隨土壤剖面加深的變異較小。農田和人工草地的土壤全氮含量隨土層加深而降低，但降低的幅度比較小，在60～80cm的土壤全氮含量分別為0.032%和0.050%，相對較高，是由于人工耕作等對土壤的干擾而使氮素沿土壤剖面的變異減小。

2.3 不同利用方式草地土壤全磷含量

土壤中的磷素大部分是以遲效性狀態存在，因此，土壤全磷含量并不能作為土壤磷素供應的指標，全磷含量高時并不意味著磷素供應充足，而全磷含量低于某一水平時，卻可能意味著磷素供應不足。

研究區域土壤的全磷含量普遍較高。0～40cm的3個土層，均表現出農田和人工草地的全磷含量最高，是由于人為因素如施肥、翻壓枯草等因素所致，取土坑（現人為恢復）的全磷含量最低，這與全氮的情況基本一致；同時，0～40cm的土層封育芨芨草草原的土壤全磷含量高于退化過牧芨芨草草原，而在40～80cm的土層中卻低于退化過牧芨芨草草原，這說明封育引起了土壤上層的全磷含量增加，而退化導致磷向下層轉移，也就是使磷素進行了重新分布；在0～10cm和10～20cm土層，農田和人工草地的全磷含量基本相同，而40～60cm和60～80cm土層，人工草地的全磷含量卻顯著高于農田土壤中，這與有機碳、全氮的結果基本一致。

表4 不同利用方式草地土壤全磷含量Table 4 Soil total phosphorus content of different grassland using models%

隨土壤深度的增加，封育芨芨草草原的全磷含量呈現逐漸降低趨勢，退化過牧芨芨草草原的全磷含量在40cm土層以下有升高的趨勢；取土坑的全磷含量很低，且隨土壤剖面深度的變異很小，從0～10cm的0.23%變化到60～80cm的0.16%。農田和人工草地的土壤全氮含量隨土層加深而降低，但0～10cm和10～20cm土層差異不顯著，是由于人工施肥及翻耕而使磷素沿土壤剖面的變異減小。5種利用方式均表現出40～60cm和60～80cm土層的全磷含量差異不顯著，說明在該研究區域全磷含量在40cm深以下變異基本消失。

3 討論和結論

草地不同利用方式的土壤有機碳、全氮和全磷變化趨勢不一致，0～10cm和10～20cm土層，土壤有機碳、全氮、全磷含量順序均表現為封育芨芨草草原＞退化過牧芨芨草草原＞取土坑＞農田＝人工草地，而且在0～40cm的3個土層中，均表現出農田和人工草地的全氮、全磷含量最高，由于施肥、翻壓枯草等人為因素的影響，人工草地和農田利用方式增加了土壤全氮、全磷的含量。顏淑云等［12］的研究也表明人工修復草地的無機氮及銨態氮含量較高，趙云等［13］的研究也表明隨著退化程度的加劇土壤的有機碳、全氮和全磷含量不斷下降。退化草地、人工草地、農田利用方式均顯著降低了土壤表層有機碳含量，這與已有的研究結果一致［14－18］，本研究中發現開墾對下層土壤有機碳的影響不大。人工草地、農田普遍使土壤有機碳、全氮和全磷在土壤剖面的變異消失或者減小，尤其是0～10cm和10～20cm土層。

在土壤剖面上半部分，農田和人工草地的有機碳、全氮和全磷含量基本相同，這與已有的研究結果基本一致［19－21］。而40～60cm和60～80cm土層，人工草地的碳氮磷含量卻顯著高于農田，表明人工草地對于土壤的長期培肥效果優于農田。

草地不同利用方式隨土壤剖面深度的增加土壤碳氮磷含量均呈現下降趨勢，封育芨芨草草原和取土坑各土層之間差異顯著，農田和人工草地每個土層的有機碳含量差異不大，尤其是表層和亞表層，表明開墾導致土壤碳氮磷沿土壤剖面的變異減小，甚至有均勻分布的趨勢。退化也表現出相似的情況，但退化過牧芨芨草草原土壤的碳氮磷在40～60cm土層以下有升高的趨勢，表明退化導致碳氮磷向下層轉移，也就是退化使碳氮磷進行了重新分布。

研究區域取土坑利用方式的碳氮磷含量在整個剖面層次都表現出最低，這是因為取土的過程帶走了原來的表層土壤，目前的土層可能相當于原來更深的土層，人為恢復的效果還不明顯，尤其是土壤的氮素含量很低，人工種草時應加強氮素的供應以及整個土壤的培肥。

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