不同封育措施對荒漠草原土壤理化性質的影響

王 偉，蒙仲舉

(內蒙古農業大學 沙漠治理學院，內蒙古 呼和浩特 010020)

1 引言

草原是生物圈重要組成部分，具有促進水分循環、固定二氧化碳、維持生物多樣性等重要的生態功能，草原還為人們提供植物、動物等物質需求，對國家經濟發展、社會穩定有積極的作用[1]。荒漠草原是我國北方干旱半干旱地區重要的土地資源，是典型草原避免荒漠侵蝕的生態屏障，對北方生態循環和物質轉化起著至關重要的作用[2]，但是北方地區干旱少雨，加之草原不合理的放牧，造成嚴重的沙漠化，導致草原退化。希拉穆仁草原位于內蒙古自治區包頭市達爾罕茂明安聯合旗的東南部，屬于典型的荒漠草原，生態環境極其脆弱，植被低矮稀少、種類貧乏、穩定性極差，常年干旱少雨、土壤結構松散、砂粒質量分數基本在50%～80%，含水率一般在3%～4%，缺乏覆蓋的地表遭受強風時極易發生風蝕，導致土壤逐漸粗化，一旦退化很難恢復[3]。而且該區域又是以草原畜牧業為主體經濟，長期不合理的放牧，雖然取得了經濟增長，但是在不同程度上造成了草原退化。同時，隨著旅游業的發展，草原旅游逐漸被開發，也對草原植被的生長和群落的穩定性產生影響，對草原持續發展產生抑制作用[4]。

為了恢復和重建退化草地，對草原實施圍欄封育，可有效改善草原生態[5]。土壤作為植物生長發育所依賴的重要基質，質量狀況是衡量土壤生產力的重要指標之一，研究表明，退化草地在實施圍欄封育后可以改善土壤質量，促使植物種類、群落結構發生變化。張曉娜等[6]研究表明，封育措施顯著降低了砂粒含量，提高了粉粒和黏粒比例和土壤含水量。王占軍等[7]研究表明，封育草地土壤水分蓄積主要在40～80 cm，和放牧草地相比植被群落蓋度顯著提高。因此，為探明圍封狀態下的草原恢復機理，充分發揮其對于退化草地的修復作用，本研究以希拉穆仁荒漠草原為研究區域設置不封育、季節性封育和完全封育，對荒漠草原土壤理化性質特征進行研究，旨在探討不同封育管理對荒漠草原土壤的影響，以期為草原生態的恢復提供理論參考。

2 材料與方法

2.1 試驗地概況

試驗區域位于內蒙古自治區包頭市達爾罕茂明安聯合旗希拉穆仁草原，屬于溫帶大陸性季風氣候，降水量281 mm，主要集中在7、8月份，春秋干旱多風、冬季寒冷干燥。年均氣溫3.4 ℃，無霜期約為106 d。該地土壤類型為栗鈣土和棕鈣土，土壤質地較差，肥力較低。

2.2 研究方法

在研究區域選擇植被種類、覆蓋度相近的的區域，選取不封育、季節封育和全封育的草地為研究對象，于2019年7月，各處理選擇3個樣品地進行標記為4 m×4 m樣方，每個樣方設置10個取樣點，去除枯落物層，用環刀測定土壤容重，每個點用土鉆取0～20 cm深土柱，取出后裝入土壤袋內。土壤樣品帶回實驗室后備用。

2.3 測定項目與方法

取回的土壤一部分用于測定土壤含水量，一部分自然風干，磨細用于土壤化學性質的分析。土壤理化性質的測定參考鮑士旦[8]，各測定指標和方法見表1。

表1 土壤理化特性測定指標及方法

2.4 數據分析

利用Excel2013和spss24.0進行數據整理和統計分析。

3 結果與分析

3.1 不同封育措施對荒漠草原土壤物理特性的影響

由表2可知，未封育、季節封育和全封育土壤砂粒逐漸減少，粉粒和粘粒逐漸增加。砂粒表現為未封育>季節封育>全封育，季節封育和全封育分別比未封育低6.15%和9.49%。粉粒表現為全封育>季節封育>未封育，全封育和季節封育顯著高于未封育處理，分別高出14.52%和18.14%。粘粒表現為全封育>季節封育>未封育，全封育和季節封育顯著高于未封育處理，分別高出33.72%和59.55%。封育措施能夠顯著降低土壤容重，表現為全封育<季節封育<未封育，處理間差異均顯著，季節封育和全封育分別比未封育低9.16%和22.90%。土壤孔隙度變化趨勢和容重相反，處理間差異均顯著，季節封育和全封育分別比未封育高出9.15%和13.73%，全封育比季節封育高出4.19%。土壤含水量表現為季節封育>全封育>未封育，處理間差異均顯著，季節封育和全封育分別比未封育高出61.15%和28.45%，季節封育比全封育高出25.80%。

表2 不同封育措施對荒漠草原土壤物理特性的影響

3.2 不同封育措施對荒漠草原土壤pH值和電導率的影響

由圖1可知，草原封育顯著降低土壤pH值，表現為全封育<季節封育<未封育，處理間差異均顯著，季節封育和全封育土壤pH值分別比未封育低0.51%和1.77%，土壤電導率隨封育程度的增加逐漸降低，表現為全封育<季節封育<未封育，和未封育相比，季節封育和全封育土壤電導率分別低9.94%和19.88%。

圖1 不同封育措施對荒漠草原土壤pH和電導率的影響

3.3 不同封育措施對荒漠草原土壤養分含量的影響

土壤養分是植被正常生長的物質基礎，充足的養分有利于增加草原植被覆蓋率。由表3可知，封育顯著影響土壤養分含量，能夠提高土壤有機質及氮磷鉀含量。和未封育相比，季節封育和全封育有機質含量高出23.11%和29.78%。季節封育和全封育土壤全氮比未封育高出5.71%和18.10%，季節封育和全封育差異不顯著。季節封育土壤堿解氮最高，季節封育和全封育比未封育高出27.25%和13.00%，季節封育比全封育高出12.61%。全磷含量季節封育和全封育比未封育高出23.21%和37.50%，全封育比季節封育高出11.59%。速效磷含量和全磷含量變化趨勢相似。土壤全鉀含量季節封育和全封育比未封育高出3510%和53.82%，全封育比季節封育高出%速效鉀含量和全鉀含量變化趨勢相似。

表3 不同封育措施對荒漠草原土壤養分含量的影響

4 討論

封育是目前對荒漠草原植被恢復和改善土壤理化性質的重要措施，有研究表明，在荒漠草原區增加植被的覆蓋率能夠較少土壤裸露、降低地表風速，減少土壤顆粒收風力的侵蝕和搬運，從而保護土壤隨風沙的流失，土壤發生侵蝕帶走的主要是顆粒較為小的粉粒和粘粒[9]，在植被覆蓋下，土壤中的細粒物質免受風力吹蝕，從而提高粉粒和粘粒的比例，土壤粘粒的增加有利于土壤團粒的形成、改善土壤性狀，提高土壤孔隙度、降低容重[10]。本研究結果表明，未封育、季節封育和全封育土壤砂粒逐漸減少，粉粒和粘粒逐漸增加。砂粒表現為未封育>季節封育>全封育，粉粒和粘粒表現為全封育>季節封育>未封育。本研究結果表明，封育能夠提高土壤孔隙度、降低土壤容重，一方面是由于粉粒和粘粒的增加，改善了土壤性狀，另一方面是由于封育后草原不受牲畜采食踐踏的影響，地表植被覆蓋率大，植株根系的下扎和土壤微生物的作用，使得土壤空隙結構增強。土壤含水量是植株生長的重要影響因素，本研究表明，土壤含水量表現為季節封育>全封育>未封育，說明季節封育對提高土壤含水量具有顯著效果。

土壤pH值反映土壤溶液的活性酸度，是衡量土壤酸堿度的重要強度指標，土壤電導率與土壤含鹽量和水分存在密切關系。有研究表明，隨放牧程度的增加，土壤pH值逐漸增加，本研究表明，封育能夠降低土壤pH值和電導率，可能是受植物根系和土壤礦化離子交換、根系分泌物以及土壤微生物代謝的影響，也有可能是受到動物排泄物的影響。研究表明，草原封育可以增加草地生物量，改善地表小氣候，有利于枯落物分解，使土壤養分逐漸積累[11]，王芳等[12]研究表明，圍欄封育能顯著提高高寒荒漠土壤中全氮、全鉀、有機碳的含量，圍欄封育對高寒荒漠草地的保育作用較顯著。本研究表明，封育顯著提高了土壤有機質、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀和速效鉀含量，主要是由于植被覆蓋度增加，土壤、植被協同配合，土壤理化性質改善，增加了土壤保水肥能力，植被枯落物充分分解，從而提高了土壤養分含量。

綜合來看，封育能夠增加草地粉粒和粘粒比例，降低容重、增加孔隙度和含水量，且全封育對土壤物理性質的改善優于季節封育，封育降低土壤pH值和電導率，增加土壤養分含量，綜合各指標，封育能夠有效提高草地土壤質量，且全封育>季節封育>未封育。對荒漠草原進行封育是恢復植被和改善土壤理化性質的重要措施。