冬季放牧场与夏季放牧场草地土壤理化性质分析

李 娜 李春利 韩国栋

摘要对内蒙古荒漠草原区短花针茅草原冬季放牧场与夏季放牧场土壤理化性质的研究表明:在夏季放牧场上,随着牧压的增强,土壤容重(0~5cm)和表面硬度增大,孔隙度减小;土壤含水量、全氮、全磷、速效磷和有机质含量降低,而速效钾含量增加;在冬季放牧场上,除了硬度和容重反常外,其他各项指标都处于夏季放牧场的420m样地和0m样地之间。

关键词牧压;土壤理化性质;内蒙古荒漠草原区

中图分类号S812.97;S151.9文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)08-0178-02

植被是干旱半干旱地区土壤的“绿色保护膜”,土壤的发生发育和肥力的提高很大程度上取决于生物因子,尤其是植被的状况。在草原生态系统中,“土-草-畜”是相互联系不可分离的矛盾统一体。随着畜牧业生产的发展,牲畜头数逐年增多,草地家畜放牧压力逐渐加大,致使草地出现不同程度的退化。国内外学者对草地退化的研究多以植被的变化及其状况为依据,并作为评价草地退化的标准,但缺少草地退化与土壤性质相关关系的研究。本研究通过对家庭牧场冬季放牧场与夏季放牧场草地土壤理化性质的测定,旨在了解和掌握不同季节放牧对土壤理化性质的影响,为草地退化评价提供土壤方面的数量指标。

1试验区的自然条件

1.1试验地的自然概况

试验地位于内蒙古自治区乌兰察布盟四子王旗王府五队,地处北纬41°46′35″,东经112°01′50″,海拔1 450m。属于典型的大陆性气候,春季干旱多风,夏季炎热,≥10℃的年积温为2 200~2500℃,年均降雨量280mm,湿润度0.15~0.30,降雨量主要集中在5~8月,月平均温度最高为6~8月,无霜期175d。土壤为淡栗钙土。

1.2试验草地类型

草地类型为短花针茅+冷蒿+无芒隐子草荒漠草原,建群种为短花针茅(Stipabreviflora Griseb.),优势种为冷蒿(Ar-temisia frigid Willd.)、无芒隐子草(Cleistogenes songorica Ohwi.)。主要伴生种有银灰旋花(Convolvulus ammannii Desr.)、阿尔泰狗娃花(Hetropappus altaicus(Willd.)Novepokr.)、栉叶蒿(Ar-temisia pectinata Pall.)、木地肤(Kochia prostrata(L.)Schrad.),草地出现了一定程度的退化。

2研究方法

2.1样地的选择

试验区位于居民点附近,为了研究短花针茅草原土壤和植被动态,对放牧场进行定期观测取样,采取限定随机取样法(胡自治,1998)。放牧场地形开阔平坦,通过实地调查,同时询问当地牧民,确认家畜放牧路线,选定牧压梯度,以牧户端为牧压最强地段,向牧场远处牧压逐渐减弱(杨利民等,1999;李永宏等,1993),沿家畜放牧路线由近及远设置样地。在样地内随机设置3条样线,作为试验重复。每条样线在不同的放牧压梯度上分别设置3个围笼,梯度是利用7月末3条样线上植被来划分的,即在3条样线上间隔相等距离(20m)测量植被的密度、盖度、重量,算出重要值。重要值=(相对密度+相对盖度+相对重量)/3。利用SAS中的逐步聚类分析(FASTCLUS)将样地明显的分为2个梯度,即0~420m为放牧较严重地段(称其为0m样地),植被主要以短花针茅为建群种,以冷蒿为优势种,以阿尔泰狗娃花、栉叶蒿、木地肤为主要伴生种。>420m为放牧较轻地段(称其为420m样地),植被主要以短花针茅为建群种、无芒隐子草为优势种,阿氏旋花为主要伴生种。冬季放牧地(WG)位于居民点的南面。样地选择及规划见图1。

2.2测定方法

试验开始后,6~9月每月在处理草地上利用土钻取样,在每个梯度中的每条样线的每个笼子附近分别取样,取样深度为0~10cm、10~20cm、20~30cm、30~40cm,烘干法(110℃烘8h)测定土壤含水量;用环刀法(V=100cm)测定土壤表层(0~5cm)容重;用TR-III硬度计测表面硬度。

7月末8月初分别在冬季放牧场(WG)和夏季放牧场(0m样地、420m样地)上用土钻按0~10cm、10~20cm 2层取样,在冬季放牧场上随机取样,在0m样地、420m样地上在每条样线每个笼子附近分别取样,然后混合带回试验室风干后(过0.15mm筛子)用作土壤养分分析。

土壤全氮用凯氏定氮法;土壤全磷用NaOH熔融钼锑抗比色法;土壤速效磷用0.5mol/L NaHCO3浸提钼锑抗比色法;土壤速效钾用1mol/L NH4AC浸提火焰光度法;土壤有机质用重镉酸钾容量法-外加热法。

3结果与分析

3.1不同放牧强度对土壤含水量的影响

试验结果表明(表1),放牧影响草地土壤表层含水量(0~10cm)。7月和8月,土壤表层(0~10cm)的含水量,夏季放牧场上的420m样地分别与0m样地和冬季放牧场(WG)有显著性差异(P<0.05),到9月,420m样地与0m样地无显著性差异,而与冬季放牧场(WG)具有显著性差异(P<0.05),且0~10cm含水量总的影响趋势是420m样地>0m样地>WG样地。即冬季含水量最低,一方面,因为草地枯草可以降低土壤水分的蒸发,但冬季放牧使放牧场上枯枝落叶减少,从而影响了土壤的含水量;另一方面,与土壤的质地有关,冬季放牧场草地土壤所含砂粒较高,所以其蓄水力较弱,水分很容易渗透。从表2可以看出,冬季放牧场0~20cm土层(除8月外)含水量比0~10cm土层含水量高,而且砂质土壤中的水分易蒸发,所以表层含水量较低。而夏季放牧场是随着放牧强度的增加而降低,这是由于放牧强度增加,牲畜啃食与践踏强度加大,表层土壤容重与硬度都相应增大。直接影响了土壤团聚体的形成与数量,其分散系数相应增大,导致总空隙度减小,因而水分含量也相应减少。但是在冬季放牧场上硬度较小,并且6~9月与420m样地、0m样地都具有显著性差异(P<0.05),这可能是由于冬季牧民牲畜头数减少及枯草植被对土壤具有缓冲作用而引起的;还可能由于冬季土壤冻结,春季土壤融化复苏,所以冬季放牧对土壤的硬度影响不大。冬季放牧场容重应较小,但实际容重很大,并且6~8月与420m样地具有显著性差异,而与0m样地无显著性差异(P<0.05)。这说明与放牧场土壤质地密切相关,因为冬季放牧场土壤含砂量大,所以其孔隙粗大,但数目较小,总的孔隙容积较小,所以容重较大。放牧对10~20cm土层含水量的影响与0~10cm是一致的,而对20~30cm和30~40cm土壤含水量不如0~10cm、10~20cm显著,多数情况下各处理间差异不显著(P<0.05),但总的影响趋势420m样地>0m样地>WG样地。

3.2对土壤养分的影响

3.2.1土壤全量养分的影响。土壤全量养分的多少是评价土壤肥力高低的主要指标。土壤有机质的多寡不但影响土壤的供肥性能,即土壤中全氮的95%和全磷的40%~60%来源于土壤有机质,同时也间接影响和改变土壤的物理性状(土壤容量、结构及孔隙度)。从表3可以看出,各处理间无显著性差异(P<0.05),但可以看出在夏季放牧场上,随着放牧强度的增加,0~20cm土壤有机质明显减少,表明牧压强度增加,牲畜啃食对土壤的践踏增加,促使植物茎上不定根分蘖增强,土壤根迹微生物活动亦加强。土壤矿化与养分释放过程加剧,与之相应的全氮含量亦明显减少,但均未达到显著程度(P<0.05)。表明0m样地牧草利用强度大,牧草需要消耗大量的营养成分。而0~20cm全磷含量在夏季放牧场上随着放牧强度的增加而降低,10~20cm土壤全磷含量低于0-10cm土层,且WG样地、420m样地分别与0m样地具有显著性差异,而WG样地与420m样地无显著性差异(P<0.05),这说明冬季放牧对土壤全磷几乎无影响,而在夏季,随着放牧强度的增加,家畜频繁采食使磷从系统中输出增加,引起土壤中全磷的组分向速效成分的转移量增大,通过植物吸收后转向系统外输出,从而导致土壤全磷和速效磷含量减少。

3.2.2对土壤速效养分的影响。土壤速效养分的变化,反映了土壤现实供肥能力。从表4可以看出,在夏季放牧场上,随着放牧强度的增加,0~20cm速效磷明显降低,并且随着深度的增加土壤速效磷含量明显下降,而0~10cm冬季放牧场(WG样地)速效磷含量大于夏季放牧场2个梯度,即WG样地>420m样地>0m样地,但各处理间无显著性差异(P<0.05),这说明无论冬季放牧还是夏季放牧对土壤速效磷的影响不大,其主要受当地的土壤类型和气侯条件影响。

土壤速效性钾是水溶性钾和交换性钾的总和,其中交换性钾占95%,水溶性钾占极少部分。通常用1mol/L NH4AC法测定速效钾结果的评价标准是:供钾水平极低(K<30mg/kg)、供钾水平中等(30~60mg/kg)、供钾水平高(100~160mg/kg)和供钾水平极高(K>160mg/kg)。按照上述标准,夏季放牧场和冬季放牧场0~10cm土壤的供钾能力极高(表4),草地土壤不缺钾。冬季放牧场(WG样地)0~10cm土层土壤速效钾含量介于夏季放牧场中420m样地与0m样地之间,但与420m样地和0m样地都无显著性差异,而420m样地和0m样地之间具有显著性差异(P<0.05),说明在夏季放牧场上随着放牧强度的增加,土壤速效钾含量升高,而10~20cm土层土壤速效钾含量变化不如0~10cm土层显著,含量也比0~10cm低的多,说明不论冬季放牧还是夏季放牧对土壤表层速效钾的影响较大。造成速效钾含量随放牧强度增加的原因是放牧家畜排泄的粪便中含有大量的钾,高强度放牧地单位面积家畜头数多,所以通过粪便排泄到草地上的钾量也相应较大。而冬季放牧场土壤速效钾含量介于夏季放牧场的2个梯度之间,即0m样地>WG样地>420m样地,可能有2个原因:一是冬季放牧的牲畜头数少;二是冬季在草地上放牧时间相对较短。

4结论

(1)冬夏季放牧都影响土壤表层(0~10cm)含水量,土壤质地对含水量的影响也很大;在夏季放牧场上随着放牧强度的增加,土壤含水量降低。

(2)冬季放牧对草地土壤的表面硬度和土壤表层(0~5cm)容重影响较小,主要是与放牧时间及土壤质地有关;夏季放牧是随着放牧强度的增加,土壤表面硬度和表层(0~5cm)容重增大。

(3)冬夏季放牧土壤全氮含量(0~20cm)和有机质含量(0~10cm)总体变化趋势是420m样地>WG样地>0m样地,但各处理间均未达到显著性差异(P<0.05);全磷含量(0~20cm)是冬季放牧场(WG样地)和夏季放牧场的420m样地均与夏季放牧场的0m样地具有显著性差异(P<0.05),且总体变化趋势是420m样地>WG样地>0m样地。

(4)冬夏季放牧土壤速效磷含量(0~20cm)都较高,且各处理间无显著性差异(P<0.05),说明放牧对速效磷的影响不大,主要受当地土壤类型和气侯条件的影响;冬夏季放牧土壤供钾能力极高草地土壤不缺钾,且夏季放牧场随着放牧强度的增加表层(0~10cm)含钾量升高,420m样地与0m样地具有显著性差异,而冬夏季放牧场间无显著性差异(P<0.05)。

(5)通过冬夏季放牧对土壤理化性质的影响,冬季放牧对草地的影响要比夏季放牧中0m样地放牧效果好,比轻度放牧差。

5参考文献

[1] 杨利民,李建东,杨允菲.草地群落放牧干扰梯度B多样性研究[J].应用生态学报,1999,10(4):442-446.

[2] 胡自治.草原分类学概论[M].北京:中国农业出版社,1997.

[3] 胡自治.草地植被特征的研究[M]//任继周.草业科学研究法.北京:中国农业出版社,1998.

[4] 李永宏.内蒙古锡林河流域羊草草原和大针茅草原在放牧影响下的分异和趋同[J].植物生态学与地植物学报,1998,12(3):189-196.

[5] 贾树海.牧压梯度上土壤物理性状的变化[C]//草原生态系统研究(第5集).北京:科学出版社,1997:12-13.

[6] 孙儒泳,李博,诸葛阳,等.普通生态学[M].北京:高等教育出版社,1993.

[7]裴浩,李云鹏,敖艳红,等.草地枯草被与土壤含水量[J].中国草地学报,1996(1):36-38,45.

[8]史瑞禾,鲍士旦,秦怀英.土壤农化分析(第二版)[M].北京:农业出版社,1990.

[9]关世英,文沛钦,康师安,等.不同牧压强度对草地土壤养分含量的影响[C]//草原生态系统研究(第5集).北京:科学出版社,1997:17-32.

[10] M ARTEN G C, DONKER J D. determinants of pasture value of Phalaris arundinacea L. Vs. Bromus inermis leyss Long-term stocking rate effects on soil physical properties [J]. Australia. J. of Experimental Agricul-ture,1997(37):413-419.