林周縣河谷天然草場土壤養分特征研究

楊爽 田發益 武俊喜

摘要：在西藏“一江兩河”中部流域的半干旱草甸草場區，以林周縣卡孜鄉河谷天然草場為研究樣點，通過實地調查采樣，結合室內分析，進行草地土壤養分狀況和土壤養分空間異質性的研究。結果表明，南坡是主要的放牧區，隨著海拔的升高，產草量先升高后降低，植被總蓋度增大，北坡產草量和植被蓋度沒有明顯變化;林周縣河谷天然草場南坡土壤呈微酸性至中性，北坡土壤呈中性至微堿性;以全國土壤養分分級方法為評價標準，林周縣河谷天然草場土壤有機質、全氮、堿解氮含量處于中等至豐富水平，全磷含量處于稍缺水平，速效磷含量處于極缺水平，速效鉀處于缺乏至稍缺水平;南北兩坡土壤酸堿度及養分條件差異較大，南坡土壤pH值顯著小于北坡，南坡土壤養分條件總體優于北坡;速效磷養分的缺乏是制約該流域高寒草地植被生產力的重要因素。結果可為林周縣天然草場的生態恢復及土地利用規劃提供依據。

關鍵詞：林周縣;天然草場;土壤養分;產草量;植被蓋度

中圖分類號： S812.2 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）13-0299-05

長期以來，西藏畜牧業處在極其落后、靠天養畜的狀態，家畜營養物質匱乏，超載過牧現象普遍。由于受長期超載過牧，鼠蟲危害、人為破壞、氣候變化等因素的影響，西藏高寒草地退化面積日益增加，畜草矛盾日益尖銳，嚴重影響了生態安全和西藏高原草地畜牧業的可持續發展[1-2]。草地是畜牧業重要的生產基地，土壤作為草地生態系統的重要組成部分，其中貯存著大量的碳、氮、磷、鉀等營養物質，土壤養分狀況直接影響草地的質量及其生產能力[3-5]。

西藏“一江兩河”（雅魯藏布江及其支流拉薩河和年楚河）流域分布著面積廣闊的天然草地，是西藏畜牧業的重要載體[6]。該流域主要草地類型為半干旱草甸草場，其特點為牧草生長期短、枯草期長、植被稀疏、覆蓋度差。本研究以具備半干旱草甸草場典型特點的林周縣河谷天然牧場——白草草原為研究對象，通過采集和分析具有代表性的典型樣地土壤樣品，探明其土壤肥力條件和養分空間分布特征，旨在為該區天然草場土壤肥力的保持、退化草地的人工恢復和合理利用草地資源提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

林周縣位于拉薩河上游澎波河流域，屬雅魯藏布江中游河谷地帶，南北狹長，跨度達180 km，兩側山脈平均海拔 5 000 m 左右，念青唐古拉山支脈——卡拉山橫貫全境，將林周縣分割為南北兩大部分。林周縣面積4 517 km2，其中草場面積2 480 km2。縣域海拔3 900～3 950 m，年均日照時數 >3 000 h，年均溫度7.5～7.6 ℃，年均降水量440 mm左右，且主要集中在6—9月[7]。試驗地位于林周縣卡孜鄉河谷天然草場，植被類型是以白草（Pennisetum centrasiaticum）為優勢種的叢生禾草，土壤類型為草原礫石土，土層較薄（厚度為 0～30 cm）。天然草地主要分布在3 900～5 000 m的海拔范圍，南坡水熱條件好于北坡，牧草生長狀況優于北坡，草地分布海拔上限遠高于北坡。

1.2 樣品的采集與處理

樣地設置：于2017年8月，在白草草原南北兩坡沿海拔選擇生長有主要可飼用建種群植被的典型地段進行樣地設置，南坡設置5個樣地，北坡設置3個樣地（表1）。土壤樣品的采集與處理：鑒于青藏高原發育較晚、地質歷史年輕[8]，土壤發育不完整、發生層不明顯，土層較薄，因此采用機械取樣法采樣。在每個樣地遵循隨機多點的原則，分層采集0～10、10～20、20 cm以下土層土壤樣品，按層組成混合土樣后帶回實驗室進行自然風干、過篩處理以供分析測定。植物樣品的采集與處理：在每個樣地隨機選取3個樣方，樣方大小為 1.0 m×1.0 m，天然可飼用牧草的地上可食用部分全部刈割，裝入信封袋帶回實驗室風干后稱質量，并對不可飼用植被進行鑒別記錄。

1.3 土壤樣品的測定指標及方法

常規方法測定土壤pH值、有機質含量、全氮含量、全磷含量、速效氮含量、有效磷含量、速效鉀含量。其中pH值采用PB-10酸度計測定，土壤有機質含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定，土壤全氮含量用半微量凱氏定氮法測定，土壤全磷含量用濃硫酸-高氯酸消煮-鉬銻抗比色分光光度法測定，堿解氮含量用堿解擴散法測定，有效磷含量用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色分光光度法測定，速效鉀含量用醋酸銨浸提-火焰光度法測定[9]。

1.4 分析方法

1.4.1 營養成分含量的分級標準 根據全國第二次土壤普查養分分級標準[10]進行分級（表2）。

1.4.2 數據分析 數據采用Excel 2007和SPSS 19.0軟件進行系統分析。

2 結果與分析

2.1 林周縣河谷天然草地蓋度及可飼用產草量調查結果

通過對林周縣河谷天然草地進行可飼用產草量、總蓋度、可飼用及不可飼用植物的實地調查分析可知， 南坡可食用牧草含量較高，是主要的放牧區，主要由草沙蠶、高山嵩草、釘柱委陵菜、纖桿蒿、小龍膽、蒿屬、苔草等、廣布野豌豆、蒲公英、毛香火絨草等組成，少量分布有高山錦雞兒等形成的灌叢;南坡海拔較低處為牛羊常采食區，隨著海拔的升高，可食用牧草干草質量呈增大趨勢，但隨著海拔的繼續升高，受溫度降低的影響，產草量也隨之下降，降至54.12 g/m2;就蓋度而言，海拔越高，總蓋度增大，但植被平均高度從低海拔處的12 cm左右縮短到高海拔處的5 cm左右。北坡放牧頻度不高，主要以高山砂生槐群落形成的灌叢為主，其間散布有少量可食用牧草，如天藍苜蓿、二裂委陵菜、纖桿蒿、矮蒿草、早熟禾等;不同樣地植被蓋度和可飼用牧草單位產草量沒有明顯變化（表3）。

2.2 林周縣河谷天然草地土壤養分含量

由表4可知，南坡土壤pH值空間分異范圍為5.92～6.53，屬微酸性至中性土壤，北坡pH值范圍為6.86～7.68，土壤呈中性至微堿性。參照全國土壤養分分級評價標準，南坡土壤有機質含量變化為25.07～76.62 g/kg，有機質含量水平主要集中在1～2級;北坡土壤有機質含量變化為17.04～32.91 g/kg，有機質含量為3～4級。南坡土壤全氮含量為 1.56～3.57 g/kg，處于稍豐至豐富水平，北坡為1.04～2.19 g/kg，處于中等至稍豐水平。南坡土壤全磷含量為 0.40～0.62 g/kg，處于中等至稍豐水平，北坡為0.50～0.83 g/kg，也處于中等至稍豐水平。南坡土壤堿解氮含量為119.15～342.99 mg/kg，處于稍豐至豐富等級，北坡為 62.02～138.28 mg/kg，處于稍缺至中等水平。南坡土壤有效磷含量為0.85～4.85 mg/kg，處于極缺至缺乏水平;北坡在0.45～3.00 mg/kg，處于極缺水平。南坡土壤速效鉀含量在36.55～124.10 mg/kg，處于缺乏至中等水平;北坡為33.30～261.05 mg/kg，由于N3號樣地靠近村莊農田，牲畜排泄物較多，同時受人為施肥活動影響較大，土壤樣品速效鉀含量測定值遠高于其他樣地的測定值，因此用N1和N2樣地速效鉀含量的測定結果來判斷北坡速效鉀含量的養分等級為處于缺乏至稍缺等級。

2.3 林周縣河谷天然草地土壤養分空間分布特征

土壤特性在不同空間位置上存在明顯差異的屬性即為土壤的異質性[11]。南坡不同土層土壤pH值變異程度相當，均在3%左右，北坡土壤pH值隨著土壤深度的增加表現出變異程度減弱的趨勢，表明南坡下層土壤pH值受環境因子的影響較北坡大。南坡的3個土層土壤養分空間變異程度表現基本一致：有效磷的最大，其次為有機質，全磷的最小，可能原因在于土壤全磷含量主要受母質中礦物成分影響，受自然環境和植被的影響不大。北坡3個土層土壤養分空間變異程度最大的是速效鉀，其次為有效磷，這與N3號樣地土壤樣品速效鉀的測定值遠高于其他樣地的測定值有關。

由表3可知，隨著土壤深度的增加，南北兩坡土壤pH值均呈現增大趨勢，但同一坡向不同土層pH值之間差異性不顯著。隨著土壤深度的增加，有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量基本呈下降趨勢。在南坡，有機質、全氮和有效磷含量在相鄰土層間無顯著性差異，相間土層間有顯著性差異，堿解氮含量在不同土層間沒有顯著性差異，速效鉀含量0～10 cm與下面2土層均有顯著性差異，10～20 cm和20 cm以下土層無顯著性差異;在北坡，堿解氮含量在相鄰土層間無顯著性差異，相間土層間有顯著性差異，其他養分含量在不同土層間均無顯著差異性。

由表3可知，就同一土層土壤養分含量均值看，南坡土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷含量高于北坡。不同坡向同一土層土壤pH值和養分含量差異顯著性分析結果表明，南坡土壤pH值顯著小于北坡，南坡土壤有機質、全氮、堿解氮含量顯著高于北坡（在0～10 cm土層，南北坡有機質和全氮含量差異不顯著，與表層土壤有機質變異程度較大有關），南北兩坡有效磷含量無顯著性差異（可能與南北兩坡有效磷空間變異程度高有關）。

綜上所述，土壤酸堿度及養分條件在白草草原南北兩坡差異較大，南坡土壤pH值顯著小于北坡，南坡土壤養分條件總體優于北坡。因此，對于該區域高寒草甸草原應考慮到南北坡土壤酸堿度及養分狀況的差異，而采取相應的管理和利用模式。

2.4 土壤養分的相關性分析

土壤性質不是獨立存在的，他們之間具有一定的相關性。土壤養分間的相關性分析結果（表5）顯示，pH值與有機質、全氮、堿解氮含量之間在0.01水平上存在極顯著負相關關系，與全磷含量之間存在極顯著正相關關系，有機質與全氮、堿解氮、速效磷含量之間存在極顯著正相關關系，上述分析表明隨著土壤有機質含量的增加，土壤酸性增強，氮素、磷素的有效性提高。

2.5 林周縣河谷天然草地產草量與不同土層速效養分的相關性分析

由表6可知，不同土層間堿解氮含量、速效鉀含量呈極顯著正相關關系，相鄰土層速效磷含量呈顯著或極顯著正相關關系，說明這些土壤的成土環境相似，成土過程相同，從而導致土壤養分在土壤剖面上遷移轉化的過程和程度相近。由表6還可以看出，產草量與0～10 cm的表層土壤堿解氮、速效磷含量呈顯著正相關關系， 并且在 10～20 cm土層和 20 cm以下土層，均表現出產草量與土壤堿解氮含量相關程度最高，與有效磷含量相關程度次之，與速效鉀含量相關程度最低。土壤分析測試結果表明，白草草場南坡土壤堿解氮含量處于稍豐至豐富等級，北坡處于稍缺至中等水平，這說明磷養分的缺乏是制約該流域高寒草地植被生產力的重要因素。

3 討論

土壤養分狀況直接影響著植物群落的生產力[4]，在水熱條件一定的情況下土壤養分條件越好，植物群落生產力越高。研究區內土壤有機質和氮素養分含量相對較高，有效磷極缺，這一研究結果與王建林等的研究結果[12]一致。分析其原因可能是該區屬于天然高寒草甸，受農業活動影響較小，高寒草甸根系發達，植物殘體歸還量大，且研究區內全年氣溫較低、抑制了有機物的分解和礦化，減少了土壤磷養分的有效性。土壤中的磷素大多數來自母質，因此土壤全磷含量相對穩定，而土壤速效磷是牧草當季利用的主要磷素。由表5可以看出，土壤速效磷與土壤全磷含量相關系數僅為0.184，但與有機質含量呈極顯著正相關關系，這說明在天然草地生態系統中土壤速效磷含量極低的情況下，土壤有機質有著至關重要的意義。

放牧過程中，動物通過采食、踐踏及排泄物的輸入直接或間接對草地生態系統產生影響[13]。放牧對天然草地土壤理化性質的影響較為復雜：隨著放牧強度增大，家畜啃食量加大，凋落物或死亡地被物分解減少，進而土壤養分含量降低;而放牧強度高的草地，家畜糞尿排泄量增加，進而增加土壤養分含量。實地調查發現，南坡S3樣地較其他樣地地勢平緩，是家畜在采食過程中理想的休息場所，踐踏強度大，可食用產草量明顯降低，S4和S5樣地由于地處高海拔位置，家畜攀爬相對困難，放牧強度明顯低于S1和S2樣地，總蓋度和可食用產草量顯著高于S1和S2樣地，表明放牧強度與草地退化關系密切。因此，適宜的載畜量是維持土壤養分平衡，遏制草地退化的必要措施。

實地調查發現，北坡坡度大于南坡，一般來講，坡度越大，土壤養分越容易流失，養分含量越低，本研究土壤養分測定結果也驗證了這一點。水熱條件的好壞直接影響地上植被生物量的多少，北坡植物物種和數量少，植被蓋度低，枯落物積累少，在天然草原這個自然植被條件下，進入土壤有機質的數量取決于植被凋落物、土壤中死亡根系等的多少。北坡生長有大量的砂生槐，南坡則無。砂生槐具有極強的抗旱、耐瘠薄特性，這也從側面反映了北坡土壤水分條件、土壤養分條件的惡劣程度。因此，造成土壤養分在南北兩坡分布上差異的主要原因是坡度、水熱條件、植被生長狀況，是土壤、植被和周圍環境共同作用的結果。

4 結論

南坡是主要的放牧區，隨著海拔的升高，產草量先升高后降低，植被總蓋度增大。北坡產草量和植被蓋度沒有明顯變化。林周縣河谷天然草場南坡土壤呈微酸性至中性，北坡土壤呈中性至微堿性。以全國土壤養分分級方法為評價標準，土壤有機質、全氮、堿解氮含量：南坡處于稍豐至豐富水平，北坡處于中等水平;南北兩坡全磷含量總體處于稍缺水平，速效磷極缺、速效鉀呈缺乏至稍缺狀態。土壤酸堿度及養分條件在白草草原南北兩坡差異較大，南坡土壤pH值顯著小于北坡，南坡土壤養分條件總體優于北坡。林周河谷天然草地產草量與不同土層速效養分的相關性分析結果表明，速效磷養分的缺乏是制約該流域高寒草地植被生產力的重要因素。

參考文獻：

[1]宋仁德，長谷川信美，李國梅，等. 天然草地放牧牦牛采食行為及食性選擇的研究[J]. 家畜生態學報，2008，29（5）：31-35.

[2]董全民，趙新全，馬玉壽，等. 牦牛放牧率和放牧季節對小嵩草高寒草甸土壤養分的影響[J]. 生態學雜志，2005，24（7）：729-735.

[3]黃昌勇. 土壤學[M]. 北京：中國農業出版社，2000：3-9.

[4]王長庭，龍瑞軍，王啟基，等. 高寒草甸不同海拔梯度土壤有機質氮磷的分布和生產力變化及其與環境因子的關系[J]. 草業學報，2005，14（4）：15-20.

[5]王 欽，賈篤敬. 高寒草甸土壤水和營養對草地生產的影響[J]. 中國草地，1990（3）：6-13.

[6]西藏自治區統計局. 2016西藏統計年鑒[M]. 北京：中國統計出版社，2016.

[7]馬紅梅，拉 窮. 拉薩河谷天然草地空間異質性研究——以林周縣白草草原為例[J]. 西藏大學學報（自然科學版），2017，129（1）：7-16.

[8]中國科學院青藏高原綜合科學考察隊. 青藏高原隆起的時代，幅度和形式問題[M]. 北京：科學出版社，1981：84-88.

[9]鮑士旦. 土壤農化分析[M]. 3版.北京：中國農業出版社，2000.

[10]毛知耘. 肥料學[M]. 北京：中國農業出版社，1997：86-183.

[11]沈思淵. 土壤空間變異研究中地統計學的應用及其展望[J]. 土壤學進展，1989，17（3）：11-24，35.

[12]王建林，鐘志明，王忠紅，等. 青藏高原高寒草原生態系統土壤碳氮比的分布特征[J]. 生態學報，2014（22）：6678-6691.

[13]王偉強，汪傳建，余曉平，等. 基于WebGIS與北斗/GPS的放牧監測系統[J]. 江蘇農業科學，2017，45（7）：202-206.