不同利用方式天然草原土壤肥力研究

秦麗萍 羅天旭 馮兆林 白文麗

摘要 ［目的］探明不同利用方式對天然草原土壤肥力的影響。［方法］以不同類型天然草原為研究對象，分析禁牧、冷季放牧和常年放牧天然草原土壤中有機質、銨態氮、速效磷和速效鉀含量的變化。［結果］以長期禁牧為對照，放牧利用增加了高寒草甸和溫性草原土壤有機質、速效鉀含量，但顯著降低了土壤銨態氮含量（P＜0.05），冷季放牧對溫性荒漠草原土壤有機質和速效鉀含量無顯著影響（P>0.05），常年放牧高寒草甸速效磷含量顯著高于禁牧（P＜0.05），但常年放牧顯著降低了溫性草原0～20 cm土層速效磷含量（P＜0.05）。［結論］放牧利用有利于高寒草甸和溫性草原土壤有機質和速效鉀含量的增加，但溫性荒漠草原其含量受影響不大，禁牧能顯著提升高寒草甸、溫性草原和溫性荒漠草原銨態氮含量（P＜0.05）。

關鍵詞 天然草原；土壤肥力；利用方式

中圖分類號 S812.2? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2023）10-0046-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.10.011

Abstract ［Objective］To explore the effects of different utilization modes on soil fertility of natural grassland.［Method］The changes of soil organic matter，ammonium nitrogen，available phosphorus and available potassium in different types of natural grassland were analyzed by grazing prohibition，cold season grazing and perennial grazing.［Result］Compared with grazing prohibition，grazing utilization increased the contents of soil organic matter and available potassium in alpine meadow and temperate steppe，but significantly decreased the content of soil ammonium nitrogen （P<0.05）.Cold season grazing had no significant effect on the contents of soil organic matter and available potassium in temperate desert steppe （P>0.05）.The content of available phosphorus in alpine meadows of perennial grazing was significantly higher than that of grazing prohibition （P<0.05），but perennial grazing significantly reduced the content of available phosphorus in the 0-20 cm soil layer of temperate grasslands （P<0.05）.［Conclusion］Grazing is beneficial to the increase of soil organic matter and available potassium contents in alpine meadow and temperate steppe，but the content of soil organic matter and available potassium contents in temperate desert steppe are not affected，and grazing prohibition can significantly increase the content of ammonium nitrogen in alpine meadow，temperate steppe and temperate desert steppe（P＜0.05）.

Key words Natural grassland;Soil fertility;Utilization mode

草原是我國面積最大的陸地生態系統，在國民經濟發展和生態環境保護中具有重要的地位和作用。武威市位于河西走廊東端，天然草原總面積173.19萬hm2，占土地總面積的52.17%，是面積最大的土地類型。由于草原大部分處干旱、半干旱地區，氣候干旱、風大沙多、植被稀疏，草地生態系統具有易破壞難恢復的特點，加之全球變暖、人們片面追求草地的畜牧生產和經濟效益等，草地退化、沙化嚴重，水土流失、水涵養功能衰減，土壤養分的固定和利用效果不佳等問題日益呈現。為了保護和修復退化草原，武威市開始探索實施禁牧、季節性放牧等保護利用措施。其中，禁牧是指通過圍欄封育長期禁止放牧利用的草原保護措施；季節性放牧是按季節劃分放牧草地，隨著季節的更替輪流放牧；冷季放牧是在冬春季氣溫較低時進行適度放牧，而在牧草生長季進行休牧的一種草地利用方式；常年放牧則是不進行任何放牧干預，任意放牧的一種草原利用方式。

不同利用方式會引起草地生態系統動植物及微生物組分、土壤結構的改變和養分的失衡。近些年，針對不同利用方式天然草原土壤肥力的變化，大量學者開展了研究，但由于草地生態系統對外界干擾的滯后性、地區間氣候環境的差異等，土壤養分在不同草地生態系統的轉化具有復雜性，放牧對土壤養分含量影響的研究結果不盡相同。例如，曾有學者對退化嚴重的青藏高原高寒草地和埃塞俄比亞北部草地封育效果進行研究，發現封育后土壤有機碳、氮含量顯著增加［1］，但Reeder等［2］研究發現封育后美國中北部半干旱草地土壤有機碳含量顯著低于放牧區，也有專家指出過長時間禁牧會阻礙草地的更新和固碳潛力的發展［3］。截至目前，已有專家開展了武威市退化草地不同恢復模式植被特征變化的相關研究，但對地下土壤肥力等的研究鮮見報道，基于此，該試驗通過對不同利用方式天然草原土壤肥力變化進行研究，比較不同利用方式對天然草原土壤肥力的影響，以期為天然草原合理利用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區概況 該試驗盡量選取植被類型差異較小、海拔差異不大、土壤類型一致的同種類型草原，禁牧處理天然草原禁牧時間均在10年以上，具體試驗地分布情況如表1所示。

1.2 土壤樣品的采集

7—8月，在地勢平坦、植被長勢較好的不同處理天然草原上，隨機選取3個樣點，每個樣點用土鉆分別取0～20和20～40 cm土層，密封帶回實驗室，去除植物根系和石塊，風干后過篩供土壤理化特性測定。

1.3 土壤理化特性的測定方法

土壤有機質、銨態氮、速效磷和速效鉀含量分別采用重鉻酸鉀加熱法、靛酚藍比色法、碳酸氫鈉浸提比色法和醋酸銨浸提法進行測定［4］。

1.4 數據處理 利用Excel 2020進行基礎數據的統計和處理，用SPSS 24.0對數據進行單因子方差（oneway anova）分析、Duncan多重比較和成對樣本T檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同利用方式土壤有機質含量變化

從表2可以看出，不同類型天然草原土壤有機質含量變化不盡一致。對高寒草甸而言，常年放牧土壤有機質含量最高，顯著高于禁牧和冷季放牧（P＜0.05），禁牧有機質含量最低；在20～40 cm土層，禁牧和冷季放牧有機質含量差異不顯著（P>0.05），冷季放牧0～20 cm土層有機質含量顯著高于20～40 cm（P＜0.05）。對溫性草原而言，冷季放牧和常年放牧（除0～20 cm）有機質含量顯著高于禁牧（P＜0.05）；禁牧0～20 cm土層有機質含量顯著高于20～40 cm（P＜0.05），其他利用方式不同土層之間差異不顯著。溫性荒漠草原土壤有機質含量較低，不同利用方式和土層之間差異均不顯著（P>0.05）。

2.2 不同利用方式土壤銨態氮含量變化

從表3可以看出，3種類型天然草原整體呈現出禁牧處理土壤銨態氮含量顯著高于放牧利用（P＜0.05），高寒草甸和溫性草原冷季放牧和常年放牧之間土壤銨態氮含量差異不顯著（P>0.05）。禁牧高寒草甸土壤銨態氮含量是放牧利用的10倍以上，但是土層之間差異不顯著（P>0.05）。放牧利用溫性草原0～20 cm土層銨態氮含量約是20～40 cm的5倍，溫性草原0～20 cm土層銨態氮含量顯著高于20～40 cm（P＜0.05）。禁牧和冷季放牧溫性荒漠草原0～20 cm土層銨態氮含量顯著高于20～40 cm（P＜0.05）。

2.3 不同利用方式土壤速效磷含量變化

從表4可以看出，不同利用方式天然草原土壤速效磷含量變化較為復雜。對高寒草甸而言，禁牧處理土壤速效磷含量顯著低于放牧利用（P＜0.05），在0～20 cm土層，冷季放牧和常年放牧之間差異不顯著（P>0.05），但在20～40 cm土層，冷季放牧土壤速效磷含量最高，顯著高于常年放牧和禁牧（P＜0.05）。對溫性草原而言，不同土層土壤速效磷含量變化不一致，在0～20 cm土層，禁牧處理土壤速效磷含量顯著高于放牧利用（P＜0.05）；在20～40 cm土層，放牧利用土壤速效磷顯著含量高于禁牧（P＜0.05），且放牧利用土層之間差異顯著（P<0.05）。對溫性荒漠草原而言，在0～20 cm土層，禁牧和冷季放牧土壤速效磷含量無顯著差異（P>0.05）;在20～40 cm土層，冷季放牧土壤速效磷含量顯著高于禁牧處理（P＜0.05），且顯著高于0～20 cm土層（P＜0.05）。

2.4 不同利用方式土壤速效鉀含量變化

從表5可以看出，利用方式對高寒草甸、溫性草原和溫性荒漠草原土壤速效鉀含量有影響，高寒草甸和溫性草原呈現出基本一致的變化趨勢，即常年放牧天然草原土壤速效鉀含量顯著高于禁牧（P＜0.05），但高寒草甸冷季放牧和禁牧之間差異不顯著（P>0.05），而溫性草原冷季放牧和常年放牧之間差異不顯著（P>0.05）。高寒草甸和溫性草原0～20 cm土層土壤速效鉀含量均顯著高于20～40 cm（P＜0.05）。禁牧和冷季放牧溫性荒漠草原土壤速效鉀含量差異不顯著（P>0.05），且土層之間差異也不顯著（P>0.05）。

3 討論

3.1 土壤有機質

土壤有機質是陸地生物圈的主要成分之一，是指示土壤健康的關鍵指標。在草地生態系統中，土壤有機質的動態轉化過程十分復雜，受溫度、降水、植被、土壤和管理措施等因素的影響。根據已有文獻的報道，不同利用方式天然草原土壤有機質含量變化不一。如孫宗玖等［5］研究發現土壤有機質與放牧強度間無顯著相關性，但魏伯平等［6］研究發現溫性荒漠草原輕牧區土壤有機質含量極顯著高于其他放牧區，Hiernaux等［7］研究發現在生態環境相對脆弱的半干旱和干旱地區放牧后土壤有機質含量降低。與Reeder等［2］的研究結果一致，該研究發現，與禁牧比較，放牧利用提高了高寒草甸和溫性草原土壤有機質含量，這可能因為放牧使植物的組成發生變化，降低了牧草產量，但植物根冠比率較大，因而增加了碳向地下的分配量，且家畜的踐踏使凋落物破碎并與土壤充分接觸［8］，此外，放牧使凋落物積累量減少，有助于凋落物的分解，也引起了碳向土壤的轉移［9］。與禁牧相比，冷季放牧對溫性荒漠草原土壤有機質含量無顯著影響，可能因為溫性荒漠草原本身植被較為稀疏，植物種類較少，冷季放牧并未造成植物種類的減少和地下根系的分布變化，從而并未對地下土壤有機質造成影響，這與李潤富等［10］研究發現封育對土壤全碳含量無顯著影響一致。

3.2 土壤銨態氮

天然草原土壤中可利用氮主要由全氮、銨態氮和硝態氮３部分組成，主要與土壤的礦化、植物的吸收量、家畜的排泄量有關。有學者對青藏高原草甸植被系統研究發現，在植物生長期間放牧可以提高土壤銨態氮含量［11］。Berg等［12］和Menezes等［13］認為放牧對土壤氮含量沒有顯著影響，長期適度放牧有利于提高氮的循環速率及可利用率。該研究發現，放牧利用降低了高寒草甸、溫性草原和溫性荒漠草原土壤銨態氮含量，可能因為隨著放牧強度的增加，家畜對牧草采食量增加，植物在不斷地進行補償性生長時加大了對氮的需求，從而使得土壤銨態氮含量降低，這與蘇振聲等［14］對西藏高寒草甸研究發現加大放牧強度顯著降低了土壤速效氮含量一致。可能與不同土層植被根系分布引起微生物的礦化作用不同有關，溫性草原和溫性荒漠草原土壤0～20 cm土層土壤銨態氮含量顯著高于20～40 cm。

3.3 土壤速效磷

土壤速效磷的變化反映土壤的實際供肥能力，其含量受到土壤類型、氣候、管理水平、利用程度等影響［15］。前人研究發現，放牧40年的重度放牧草地全磷降低，而速效磷含量卻增加［16］，該研究也發現，與禁牧相比，放牧利用顯著增加了高寒草甸土壤速效磷含量，這可能因為放牧利用促進家畜糞便的歸還及地表凋落物的分解，有利于土壤速效磷的增加。放牧溫性草原和溫性荒漠草原，由于家畜反復采食刺激了牧草再生，導致深層土壤全磷向速效磷轉移增加，20～40 cm土層土壤速效磷含量顯著增加，趙吉等［17］研究也發現適度放牧會引起深層土壤速效磷含量的增加。

3.4 土壤速效鉀

速效鉀是土壤中易被作物吸收利用的鉀素，一般指水溶性鉀和交換性鉀，其含量高低是表征土壤鉀素供應狀況的重要指標之一［18］，占全鉀含量的0.1%～2.0%，受地上植被及土壤中的水分、溫度、質地等因素的影響。樊華等［19］研究發現封育后土壤速效鉀含量提高了143.75%，該研究發現，與有機質含量變化基本一致，常年放牧高寒草甸和溫性草原土壤速效鉀含量顯著高于禁牧，這可能因為有機質對交換態鉀有重要的固持能力，有機質含量的增加引起速效鉀含量的變化。可能因為家畜排泄物中含有大量鉀和受到土壤淋溶作用的影響，溫性草原與高寒草甸0～20 cm土層土壤速效鉀含量顯著高于20～40 cm，這與蘇洪燁等［20］研究發現速效養分含量在0～10 cm土層含量最高相一致。

4 結論

不同類型天然草原禁牧、冷季放牧和常年放牧土壤中有機質、銨態氮、速效磷和速效鉀含量變化不一致。整體而言，有機質和速效鉀含量變化基本一致，溫性草原和高寒草甸有機質和速效鉀含量隨利用程度加大而增加，溫性荒漠草原土壤有機質和速效鉀含量基本不受放牧利用的影響，高寒草甸、溫性草原和溫性荒漠草原銨態氮含量禁牧高于放牧利用，速效磷含量在不同類型天然草原變化較為復雜。綜合分析，放牧利用有利于高寒草甸和溫性草原土壤有機質和速效鉀含量的增加，禁牧能顯著提升高寒草甸、溫性草原和溫性荒漠草原土壤銨態氮含量，放牧利用有利于高寒草甸0～20 cm土層和溫性草原、溫性荒漠草原20～40 cm土層土壤速效磷含量的增加。

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