放牧干擾對草地土壤理化性質的影響

張亮，沈潮，鄧杰，田浩

(遼寧工程技術大學環境科學與工程學院，遼寧 阜新 123000)

放牧干擾對草地土壤理化性質的影響

張亮，沈潮，鄧杰，田浩

(遼寧工程技術大學環境科學與工程學院，遼寧 阜新 123000)

文章綜述了放牧干擾對草地土壤物理性質(土壤含水量、土壤容重)和化學性質(pH、有機質、氮磷鉀)的影響，由于草地土壤生態系統本身的復雜性和滯后性，使得許多學者在不同區域、不同放牧強度、不同放牧時間、不同牲畜類型等環境下得出的結論也大不相同。一般的規律是隨著放牧強度的增強，牲畜的踩踏強度增大，使得土壤結構破壞，土壤總空隙減少，容重降低，土壤含水量下降，且表層土壤變化較明顯。由于牲畜糞便的歸還，使得土壤的化學性質發生了復雜變化，其中在不同放牧強度下，不同土層內土壤pH、有機質、氮磷鉀均有升高、降低、無明顯變化3種趨勢，分析認為，不同放牧強度是導致上述現象的主要原因，應采取合理的放牧制度，有效抑制草原退化，從而保持草原生態系統的可持續發展。

草地；土壤；理化性質；放牧干擾

全球草地總面積約為3.42×109hm2，占陸地總表面積的40%[1]左右。我國草地資源種類繁多，分布廣泛，天然草原面積約為4億hm2，約占國土表面積的41%[2]。 草地不僅是陸地生態系統的重要屏障，也是畜牧產業的重要物質基礎。近年來，隨著人口的日益增長，畜牧業產品供不應求，使得草地出現了嚴重的過度放牧現象，導致草地生產力下降，生物多樣性減少。

目前，我國草地退化正在以每年200萬hm2的速度擴張[3]， 針對我國草原生態系統所面臨的問題，許多學者對內蒙古典型草原[4]、高寒草甸草原[5]、荒漠草原[6]、羊草草原[7]、貝加爾針茅草原[8]、沙質草地[9]等不同類型的草地進行放牧干擾試驗，根據不同程度的放牧過程，對草地土壤理化性質進行研究、分析、總結。牲畜對草地的啃食不僅影響土壤的物理性質，而且其排出的糞便到土壤中能夠使養分歸回，進而使土壤的化學成分發生改變且二者相互作用，相互影響[10]。因此，在不同的放牧強度下，研究土壤的理化性質，是深入探討草地退化過程和機制的前提，也是怎樣有效合理地解決草地放牧和管理的準則，從而進一步抑制草原退化現象，并為草原生態系統和畜牧業的可持續發展提供科學依據。

1 放牧干擾對土壤物理性質的影響

牲畜的啃食、踩踏，不僅使草地植被的蓋度和生物量下降，影響地上植被組成，同時也使得土壤的物理性質發生改變。

1.1 放牧干擾對土壤含水量的影響

土壤含水量是由大氣降水、土壤蒸發及土壤特性等決定的，是植物生長與生存的關鍵性因子。研究表明，在0～20 cm土壤層內的含水量隨放牧強度增加而下降[11,12]，史印濤等[13]認為放牧僅對0～10 cm土壤層含水量有影響；安慧等[6]對荒漠化草地的研究結果表明，在0～30 cm土壤層中，土壤含水量隨放牧強度的增大而降低，這與Zhao Y等[14]研究相似；戎郁萍[15]等對草地進行不同強度的放牧試驗發現，隨著放牧強度增加和放牧時間的延長,土壤含水量在0～10 cm土壤層內出現先升高后降低的趨勢，這與董全民等[16]對混播草種的人工草地進行牦牛放牧試驗研究一致，筆者認為這可能是由于在不同強度的放牧干擾下，土壤被牲畜踩實，通氣性減弱，降雨后水分下滲緩慢，與此同時，水分蒸發快，導致出現表層土壤水分出現先上升后下降的趨勢。也有研究表明，放牧強度和季節的不同，不同土壤層內土壤含水量亦不同[17]。

1.2 放牧干擾對土壤容重的影響

土壤容重是評價土壤緊實度和土壤結構狀況的指標，它與土壤孔隙度和滲透程度密切相關。賈樹海等[18]認為，容重可以作為草地放牧導致退化的數量指標。研究表明，放牧僅對表層0～10 cm 的土壤容重影響顯著[18]，而對10～30 cm 土層容重影響不顯著[7]且影響隨放牧強度的增強而增大，這與Maria[19]等的研究結果一致；也有研究證實隨著放牧強度的增強下層土壤容重也隨之增大[20,21]，同時也體現了土壤容重具有累積效應[22-24]。出現這種現象可能與放牧大型牲畜(如奶牛、牦牛等)有關；還有學者發現，隨著放牧強度的逐漸增加，土壤容重基本沒有顯著變化[25,26]，可能是由于短時期的放牧導致的；但Pierre等進行連續4年的放牧試驗發現，放牧對土壤容重的影響仍不顯著[27]，這可能是與山羊和綿羊混合配置比例不同有關；蔣文蘭等[28]在人工草地進行放牧干擾試驗表明，0～10 cm 土層土壤容重呈出先升后降的趨勢，且在10～20 cm 土層中容重逐漸上升，這與付華等[29]的結論相似，這可能是因為在中度放牧區牲畜對土壤的踩壓強度增大，使土壤結構破壞，從而容重加重，對于重度放牧區來說，牲畜載量過大，植被啃食程度加大，使地表大面積裸露在外，此時過量的牲畜踩踏會使土壤表層疏散，從而導致容重下降。

2 放牧干擾對土壤化學性質的影響

放牧干擾不僅只土壤物理性質有影響，同時對其化學成分的改變亦影響顯著。放牧可以改變土壤中化學元素的循環過程，影響化學元素的固持、轉移和再分配等[30]。草地植被被牲畜啃食后，使得地表裸露，容重加大，地表升溫促進土壤養分的循環，從而使土壤理化性質之間相互作用、相互影響。

2.1 放牧干擾對土壤pH的影響

由于草地類型和牲畜群結構不同導致放牧對土壤pH的影響也不同[30]。隨著放牧強度的增強，不同學者結論不同：益西措姆等[31]在西藏高寒草甸土壤研究放牧干擾后發現，在0～10 cm、10～20 cm土壤層內，土壤pH顯著減小，在20～30 cm土層內，土壤pH變化不明顯；Liebig等[32]認為放牧對土壤pH沒有影響,這與付華等[29]和Xie等[33]的研究一致；史印濤等[13]發現，pH只在土壤表層0～10 cm有影響，但是沒有規律性變化；文都日勒等[34]、王啟蘭等[35]和干友民等[36]認為土壤pH呈現升高趨勢；何貴永等[37]指出在不同季節、不同放牧形式狀況下放牧對土壤表層pH沒有顯著影響，而對深層土壤pH影響顯著，且表層pH在生長季末達到最大值，盛海彥等[38]對祁連山高寒金露梅灌叢草甸進行放牧研究發現，金露梅叢間斑塊間土壤pH變化顯著，而灌叢土壤pH變化不顯著。

2.2 放牧干擾對土壤養分的影響

土壤中的養分可促進牧草生長，養分的多與少直接影響牧草質量，通過牲畜啃食，間接地影響牲畜的奶、肉品質，與此同時，牲畜排出的糞便也會提高土壤的養分含量，使得研究土壤養分對放牧干擾的影響變得更加復雜。

2.2.1 放牧干擾土壤有機質的影響 許多學者研究表明[4,34,36,39]，土壤有機質含量隨放牧強度的增強而下降，其中表層土壤有機質含量變化較為明顯，可能原因是因為放牧干擾下土壤微生物活性低，還可能是由放牧導致植被覆蓋率降低使得歸還土壤中的枯枝落葉減少，王玉輝等[17]和李瑜琴等[40]研究指出，在40～60 cm的土層中，土壤有機質含量隨放牧強度的增加而降低得比較緩慢。有學者研究得出，放牧增加了土壤有機質含量[41,42]，原因是在放牧下，牲畜的啃食作用首先影響地上植被組成部分，植被組成的變化導致土壤有機質含量變化，且有機質含量的變化比植被變化得慢；另一方面是由于草原管理技術的添加也增加了有機質的積累。 Frank A B等[42]在北美大草原過度放牧的草地上發現，土壤有機碳相對于無牧草地無顯著變化，這與王艷芬等[43]和Wang等[44]研究相似，原因可能是物種組成的變化補償了草地放牧引起的土壤碳的損失。

2.2.2 放牧干擾對土壤速效氮和全氮的影響 對于土壤氮的研究，有學者認為，隨著放牧強度的增強，土壤速效氮含量增加[36,45]，而董全民等[46]通過2年的牦牛放牧試驗發現，夏季草場的各土層上，速效氮含量出現先升高后降低再升高的趨勢；安慧等[6]對荒漠草原放牧干擾下的研究得出，土壤全氮隨著放牧強度的增強呈現出先升高后降低的趨勢；戎郁萍等[15]研究表明，隨放牧強度增加，全氮含量增加，這與王淑強等[47]和白可喻等[48]人的研究一致，但他們認為輕度放牧使土壤全氮含量顯著下降；焦婷等[49]對溫性荒漠草原放牧研究得出，各土層土壤全氮含量隨放牧強度的增強而減少；而付華等[29]對荒漠土地放牧試驗的研究得出，放牧強度增大，對全氮的影響不顯著；孫世賢等[39]對內蒙古高原荒漠草原亞帶短花針茅草原放牧試驗中發現，放牧中的季節調控對土壤養分起到一定的作用，在0～10 cm土層中，土壤全氮含量、速效氮在各放牧處理下無顯著變化，且秋季重度放牧會使土壤全氮往土壤表層聚集。

2.2.3 放牧干擾對土壤速效磷和全磷的影響 Baurer等[50]認為表土層在速效磷含量輕度放牧情況下顯著高于重度和中度放牧地, 在20～40 cm土層內，各放牧強度之間無顯著差異；隨著放牧強度增大，土壤全磷在0～20 cm 土層內呈降低趨勢，這與董全民等[46]研究相似；戎郁萍等[15]和付華等[29]研究表明，隨著放牧強度的增加，在0～10 cm 土壤表層速效磷含量和全磷含量降低；而安慧等[6]對荒漠草原放牧干擾下的研究得出，土壤全磷和速效磷均隨著放牧強度的增強而增加；史印濤等[13]認為,隨著放牧強度的增強，在10～20 cm土層內，土壤全磷與速效磷含量變化不明顯，在20～30 cm土層內，土壤全磷含量增加，土壤速效磷變化不明顯；裴海昆[51]指出，不同放牧強度對土壤速效磷含量的影響不明顯。以上原因主要是土壤磷含量受土壤類型、氣候條件、土壤溫度的影響，在青海高寒草地普遍缺磷，所以放牧強度對土壤速效磷含量影響不大， 值得一提的是短期的放牧對土壤磷含量影響不顯著[39]。

2.2.4 放牧干擾對土壤速效鉀和全鉀的影響 史印濤等[13]等研究表明，隨著放牧強度的增強，在0～10 cm土層內，土壤全鉀減少，速效鉀增加，在10～20 cm土層內，速效鉀含量減少，全鉀含量變化不明顯，在20～30 cm土層內，土壤全磷含量減少，土壤速效磷變化不明顯；周麗艷等[8]認為，全鉀的含量在過度放牧區下降比較迅速，主要與不同放牧強度下對土壤養分的不同消耗和土壤理化性質的變化有關；薩仁高娃等[52]認為，放牧強度對土壤全鉀影響不顯著；而安慧等[6]認為，土壤全鉀含量隨著放牧強度的增加而增加，其可能原因是土壤生態系統的變化具有滯后性和一定的緩沖性，短期放牧干擾并不能對其產生明顯影響；多數學者認為[15,18]，在0～10 cm土層內，隨著放牧強度的增強土壤速效鉀含量尤其是表土速效鉀含量有所增加，主要是因為放牧家畜排泄的糞尿中含有大量的鉀，重度放牧會使單位草地面積上的牲畜數量增多，所以通過糞便排泄到草地上的鉀量也相應較大；孫世賢等[39]認為，在全年畜載量相同的情況下，季節調控可以影響鉀的有效性。

3 問題與展望

通過國內外研究現狀，放牧對土壤理化性質影響具有很多不確定性，但孫世賢等[39]研究發現，在草原生態系統中土壤內部養分之間存在顯著相關性，可能與不同區域、不同國家、不同放牧對象、不同土層深度、不同季節等有關。草原生態系統是土壤與植被以及大氣環境條件綜合作用下的產物[53]，在放牧干擾下，草地植被的變化只是一個表象狀態，因為土壤本身就是一個復雜的生態系統[54]，評價草地退化狀況要將土壤-植被有效地結合起來，此外還要對土壤中的微生物和酶活性進行檢測，以全方面地對整個系統進行研究。

有很多學者研究表明，適宜的放牧對草原的破壞較小，而且還促進草地的修復與生長，可維持草地-畜牧業的穩定發展，但是國內外沒有一個適宜放牧制度的指標，因此很難達到適宜度，從而也就沒有很好地將土壤-植被-畜牧業良好結合。在今后的研究中要抓住草地的區域性和生態性，針對不同的區域類型要全方位考慮生態系統的功能，包括經濟功能、社會功能、生態功能，并提出最適合當地的放牧制度，為草原管理提供重要的支持，與此同時，也使草原生態系統的物質循環與能量流動達到平衡狀態，這樣草原生態系統才會得到休養生息的時間和空間。

很多學者的研究集中于短期放牧干擾對草地理化性質的影響，但筆者認為這樣并不能很好地提供放牧干擾破壞草地的證據，以后的研究應盡可能從長期觀測的角度來評價放牧對草地理化性質的影響。

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Effects of Grazing Disturbance on Soil Physical and Chemical Properties in Grassland

Zhang Liang,Shen Chao, Deng Jie, Tian Hao

(College of Environmental Sciences and Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China)

The effects of grazing disturbance on soil physical properties (soil moisture content and soil bulk density) and chemical properties (pH, organic matter and NPK) were reviewed. Due to the complexity and lag of ecosystem of grassland soil, many scholars obtained quite different conclusions under different environments concerning the regions, grazing strength, the grazing time, the livestock type and so on. The general rule is that with the increase of grazing intensity, the intensity of the cattle trample increases which makes the soil structure destroyed, the total soil voids, the bulk density and the soil water content decrease, and the surface soil change more obviously. Due to the return of livestock manure, the soil chemical properties have been changed. In different soil layers with the different grazing strength, the contents of pH, organic matter, NPK have three kinds of trends, that is, rising, dropping and not obvious. These uncertain phenomena should be analyzed and summarized. The main reason of the above phenomena is the different grazing strength. The new grazing system should be taken to inhibit the grassland degradation, thereby to keep the sustainable development of grassland ecosystem.

grassland; soil; physical and chemical; grazing disturbance

1005-5215(2016)12-0001-04

2016-11-04

張亮(1990-)，男，吉林人，碩士，從事水土保持與荒漠化防治研究，Email：zhangliang_2020@126.com

S151.92;S151;93;S821.43

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.12.001