短期休牧對克氏針茅草原土壤蔗糖酶活性土壤有機質及pH的影響

烏日查呼 張衛青 張旭冉

摘 要：以阿巴嘎旗北部牧戶常年放牧和隔年休牧的冬季草場為研究區，通過分析短期休牧對克氏針茅草原土壤蔗糖酶活性及有機質等土壤因子的影響，探索草場資源合理利用方法，為牧業地區的生態環境及社會經濟的協調持續發展提供理論依據。結果表明：短期休牧冬季草場土壤蔗糖酶活性顯著低于常用冬季草場，土壤有機質含量則略高于常用冬季草場，但差異不顯著;土壤pH在2個草場中無顯著差異。隨土層深度的增加，2個草場土壤蔗糖酶活性無顯著變化，有機質含量顯著降低，pH值顯著增加。相關性分析表明，土壤蔗糖酶活性與土壤有機質呈顯著正相關，與pH呈顯著負相關。

關鍵詞：短期休牧;克氏針茅草原;土壤蔗糖酶活性;土壤有機質;土壤pH

中圖分類號：S-3 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200530001

克氏針茅草原是我國第4大針茅草原之一，其在生態環境建設、社會經濟發展等方面有著不可忽略的重要作用，是我國北方的生態屏障[1]。但自20世紀末，實施草畜雙向承包制度以后牧民無法進行游牧，在固定面積草場中持續放牧導致現有牲畜活動頻度和草場利用強度加大，使草場不同程度退化，甚至進入整體退化趨勢[2-5]。草原休牧、禁牧是針對牧區生態環境惡化而采取的放緩局部放牧壓力的重要措施。根據前人研究[6]，該措施成本投入低，見效快，生態安全保障性強，不僅能夠有效地減緩草畜矛盾，更能改善植物生存環境，讓草地能夠更好地為畜牧業服務，發揮其應有的功能[7-11]。但放牧作為牧民主要的生產方式及收入來源，大范圍內長期進行休牧及禁牧政策均不現實，因此本文通過對比研究短期休牧及放牧草場土壤蔗糖酶活性、土壤有機質及pH等土壤因子，探索草場資源合理利用方法，為牧業地區的生態環境及社會經濟的協調持續發展提供理論依據和科學參考。

1 材料與方法

1.1 研究區域自然概況

研究區位于內蒙古錫林郭勒盟阿巴嘎旗北部（N44°35′～44°57′，E113°55′～114°15′），地處錫林郭勒波狀高平原中北部，地形以低山高平原崗洼地為主，地勢較平坦，海拔1241～1483m。氣候屬溫帶大陸性氣候，年平均溫度0.5℃，最大溫差超過50℃;年平均降水量220～230mm，降水集中在5—8月。土壤以淡栗鈣土為主，兼有栗鈣土、棕栗鈣土等。該區域3000a來一直是游牧放牧，在1996年開始實施草畜雙承包制度后，草原分割為以牧戶為單位的小草場，克氏針茅（Stipa krylovii）和羊草（Leymus chinensis）為建群種的草原群落類型。

1.2 試驗設計與樣品采集

于2018年8月，在阿巴嘎旗典型草原進行野外考查和入戶調查的基礎上，在一家定居牧戶隔年冬季草場（休牧1a）和常用冬季草場中，從定居點為中心向外設置樣帶，并在樣帶上每隔200～400m設置1個樣點，共設3個樣點，用GPS進行精確定位并記錄植被、土壤情況。挖掘長×寬×深為40cm×20cm×30cm的土壤剖面，鏟去表面草皮，自地表向下采集0～10cm，10～20cm，20～30cm土層深度的樣品，將同一土層的土壤樣品混均，分2袋裝回實驗室，1袋于4℃保存，用于土壤酶活性實驗;另1袋則風干后過篩用于土壤有機質及pH實驗，樣品供采集36個。

1.3 樣品分析方法

土壤蔗糖酶活性的測定參考了前人的研究[12，13]，采用了DNS比色法，蔗糖酶試劑盒（編號：G0302F）購自蘇州格蕾絲生物科技有限公司（中國蘇州）。此外，土壤有機質測定采用重鉻酸鉀氧化法[14]，pH值采用酸度計測定[14]測定。

1.4 數據分析

試驗數據用Excel 2010軟件進行整理及計算，并利用SPSS 19.0軟件對土壤指標進行單因素方差分析，對草場利用方式和土壤深度及其交互作用進行2因素方差分析，用LSD進行多重比較。相關性分析采用Pearsons相關分析方法。

2 結果與討論

2.1 草場利用方式和土壤深度對土壤因子影響的3因素分析 ?由表1可以看出，草場利用方式對土壤蔗糖酶活性和有機質有顯著影響，對土壤pH則無影響，且對蔗糖酶活性的影響（44.146）>土壤有機質的影響（6.169），可能表明土壤酶活性對環境變化的響應更為顯著，更為敏感。此外還可知，土壤pH主要受土層深度的影響，而3個土壤因子均不受草地利用方式和土層深度交互作用的影響。

2.2 2個草場的土壤因子變化分析

2.2.1 土壤蔗糖酶活性

對2個草場的土壤因子分析發現，常用冬季草場3個土層蔗糖酶活性（圖1）均顯著高于短期休牧草場，表明放牧有利于土壤蔗糖酶的活性增加，這可能是由于2個草場牲畜的糞便量不同，對微生物的刺激產生差異所致。根據何奕忻、Williams[15，16]的研究，牲畜糞便對土壤微生物的貢獻主要受糞便與土壤的混合程度、糞便的分解速率影響，雖有滯后性，但在長期尺度上對土壤微生物影響顯著，表明牲畜的糞便對土壤也有著不可忽視的作用。羅冬[17]等人以荒漠草原為研究區，分析了圍封和放牧2種處理草場土壤蔗糖酶活性的變化，也得出了相似的結論。隨土層深度的增加，隔年冬季及常用冬季草場均無顯著變化。

2.2.2 土壤有機質

土壤有機質主要來源于地面植被殘體和根系[18]，此外土壤微生物、動物對其含量也有一定的貢獻。楊合龍等[19]在伊犁絹蒿荒漠草地進行土壤養分變化研究發現，土壤有機質隨封育年限的增加呈先降低后增加的趨勢;程杰等[20]以云霧山為研究區分析封育23a的天然草地土壤養分變化得知，封育可以顯著提高土壤有機質。本研究中（圖1），短期休牧冬季草場土壤有機質含量略高于常用冬季草場，但差異不顯著（P>0.05）。這可能是因為有機質本身變化比較緩慢，難以及時反映土壤受干擾時的各種動態，加之休牧年限僅1a，未能體現預期效果。土壤層垂直方向上，隨土層的加深2個草場均表現出了顯著降低的趨勢（P<0.05），這可能是典型草原植物根系主要集中于表層[21]，有機質來源多導致。

2.2.3 土壤pH

土壤pH作為土壤性質一個很重要的指標，不僅對土壤養分的利用及其有效性產生一定影響[22]，還影響土壤微生物，從而限制土壤中生化反應的速度[23，24]，對土壤質量產生間接的影響。本研究中（圖1），2個草場土壤pH無顯著差異，表明短期的休牧并不能改善草原土壤酸堿度。在土壤層垂直方向上，2個草場中均隨土層深度的增加而增加，這與多數人的研究結果一致[25]。

由上述分析可知，在放牧草場進行短期休牧情況下，只有土壤蔗糖酶活性發生了顯著變化，而土壤有機質和pH等土壤化學性質均無顯著差異，這一點說明土壤酶活性對土壤變化及外界影響更為敏感，而土壤有機質和pH等可能存在滯后特征，無法及時反應土壤質量變化，因此在土地利用方式的短期變化研究中應多采用土壤微生物指標。從本研究結果來看，休牧1a的隔年冬季草場對土壤環境的改善作用不大，未能顯著改變土壤有機質等養分，反而降低了土壤蔗糖酶活性，但這一結果后續還需進行更多土壤微生物方面的研究來驗證。

2.3 不同土壤因子間關系

相關性分析表明（表2），土壤蔗糖酶和土壤有機質呈顯著的正相關關系，與土壤pH呈顯著負相關，表明土壤蔗糖酶活性與有機質相互促進，協同變化，而土壤pH主要起抑制土壤蔗糖酶酶活性的作用。

3 結論

2個草場土壤因子特征略有差異，具體表現為土壤蔗糖酶活性在常用冬季草場中顯著高于短期休牧冬季草場，土壤有機質則在短期休牧草場中略高于常用冬季草場，但差異不顯著，pH值在2個草場中無顯著差異。

在土壤層垂直方向上，2個草場土壤蔗糖酶活性均無顯著差異，土壤有機質含量隨土層深度的加深而顯著降低，pH則顯著增加。

土壤蔗糖酶活性與有機質呈顯著正相關，表明相互促進，協同發展。而與pH呈顯著負相關，表明相互抑制。

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（責任編輯 周康）