封育对荒漠退化草地土壤主要养分的影响初探

范燕敏，武红旗，靳瑰丽，古丽拜克热木，努尔比牙

(新疆农业大学草业与环境科学学院 新疆草地资源与生态重点实验室,新疆 乌鲁木齐 830052)

新疆天山北坡荒漠草地处于平原与山地的过渡带，是当地重要的春秋牧场，在新疆生态环境保护和畜牧业生产中发挥着重要的作用。但是，由于长期超载过牧，草地出现退化现象，局部地区甚至出现极度退化，亟待于恢复。目前常见的恢复手段包括围栏封育、松土改良、补播、施肥等措施[1-2]。但是在干旱、半干旱区对退化草地是采用人工干预或是自然演替恢复措施存在争议，主要是由干旱地区气候、地形地貌、土质、灌溉条件的差异造成的[3]。由于围封禁牧可以通过自然力的作用使退化草地的植被与土壤得到恢复[4-6]，其方法比较经济，是常被采用的手段。许多研究表明[3，6-7]围封禁牧可以显著提高土壤养分，但是干旱、半干旱地区的平原荒漠草地由于自然条件严酷，地上生物量较少，围封对其恢复效果还有待于研究。本研究以新疆昌吉市的不同退化程度荒漠草地为研究对象，对比分析围栏内、外土壤养分的变化，旨在了解和分析短期围栏封育对荒漠退化草地的恢复效果。

1 材料与方法

1.1研究区概况 研究区位于天山北坡中段昌吉市三工镇南2 km，地理位置87.136°～87.142° E，43.868°～43.870° N，为山前倾斜洪积扇平原，海拔825～897 m，地形变化不大，年降水量较少，为180～190 mm，年均温为6.5 ℃。土壤为灰漠土，成土母质为黄土状物质。该地区是当地重要的春秋牧场，主要优势植物为伊犁绢蒿(Seriphidiumtransiliense)，由于长期过度放牧，草地出现不同程度的退化，伊犁绢蒿的优势地位急剧下降，一年生植物叉毛蓬(Petrosimoniasibirica)、角果藜(Ceratocarpusarenarius)、骆驼蓬(Peganumharmala)和短生类植物腋球顶冰花(Gageabulbifera)、弯果胡卢巴(Trigonellaarcuata)的优势度增加，有些地区叉毛蓬、角果藜取代了伊犁绢蒿的优势地位，甚至地表出现裸露的斑块。

2007年4月实地调查，在研究区从北向南设置3条调查路线，每隔一定距离用样方法测定植物种类、密度、盖度、高度、生物量，以上述指标作为划分草地退化梯度的依据，具体划分方法见文献[8]，将研究区划分为中度退化、重度退化和极度退化，并对不同退化草地进行30 m×30 m围栏，围栏内不放牧，使草地自然恢复，围栏外自由放牧。

1.2样品采集及分析方法 2009年4月底，在围栏内外，分别随机选取9个点，每3个点混合为一个土壤样品，采样深度0～10、10～20 cm，测定指标为：土壤有机质、碱解氮、速效钾、有效磷，测定方法按常规分析方法[9]进行。

1.3数据处理方法 采用SPSS 11.0对数据的显著性进行检验。

2 结果与分析

土壤养分的变化能够直接地反映植物与土壤环境作用的关系，从而达到认识草地封育恢复的效果。

2.1中度退化荒漠草地围栏内外土壤养分与差异性 草地土壤碱解氮含量围栏外均高于围栏内，但差异不显著。0～10 cm，围栏外草地土壤有效磷含量高于围栏内；10～20 cm，围栏内土壤有效磷含量高于围栏外，但差异不显著。0～10 cm，围栏外土壤速效钾含量高于围栏内；10～20 cm，围栏内土壤速效钾含量高于围栏外，但差异不显著。0～20 cm，围栏内草地土壤有机质含量高于围栏外，但未达到显著水平(表1)。

因此，中度退化草地在围栏后短期内，放牧压力的消失，改善了植物地上和地下生物量的分配，使土壤有机质的含量有所升高。在围栏外，游走的牲畜排泄的粪便，其中含有大量的碱解氮、速效钾积聚在土壤表层，是围栏外土壤碱解氮、速效钾高于围栏内的主要原因，有研究[10]也证实了此观点。围栏内10～20 cm土层，有效磷、速效钾含量均高于围栏外，说明围栏后，植物地下部分的生长得到改善，进一步改善了土壤环境，有利于磷钾素的有效化，有效养分含量升高。由此分析可知，在中度退化草地围栏后土壤速效磷、钾、有机质开始得到逐步恢复。

2.2重度退化荒漠草地围栏内外土壤养分与差异性 0～10 cm，围栏外土壤碱解氮含量显著高于围栏内(P<0.05)，10～20 cm，围栏内土壤碱解氮含量高于围栏外，但差异不显著。0～20 cm，围栏外土壤有效磷含量高于围栏内，但差异不显著。0～10 cm，围栏内外土壤速效钾的含量相差不大，10～20 cm围栏内土壤速效钾的含量高于围栏外，但差异不显著。0～20 cm，围栏外土壤有机质含量高于围栏内，但差异不显著(表1)。

重度退化草地围封后0～10 cm土壤碱解氮、速效磷、钾的变化与中度退化草地围栏内土壤变化趋势一致，均为围栏外高于围栏内。围栏内10～20 cm土层，碱解氮、速效钾含量均高于围栏外，说明了围栏后，植被的恢复和土壤环境的改善，提高了碱解氮、钾含量。围封对土壤有效磷和有机质的影响还没有显现出来。

2.3极度退化荒漠草地围栏内外土壤养分与差异性 0～20 cm，围栏内土壤碱解氮含量高于围栏外，但差异不显著。0～20 cm，围栏外土壤有效磷含量高于围栏内，但差异不显著。0～10 cm，围栏外土壤速效钾的含量高于围栏内，10～20 cm，围栏内土壤速效钾的含量高于围栏外，但差异均不显著。0～20 cm，围栏内土壤有机质含量高于围栏外，但差异不显著(表1)。

分析可知，极度退化荒漠草地围封后，有利于土壤碱解氮、有机质含量的提高，但是，土壤有效磷的含量仍然没有改善。土壤速效钾的变化与中度、重度退化草地土壤变化一致。

2.4退化荒漠草地围栏内土壤养分的变化比较 放牧对草地土壤化学性质有直接影响也有间接影响。放牧对草地土壤化学性质直接影响是由于食草动物的游走、采食、排泄将化学元素固持、转移和空间上再分配。间接影响是改变化学元素的行为特征和循环过程，通过食草动物的践踏，植物残体变碎，植物盖度降低，土壤容重增加，其结果是提高了土壤的表面温度，这些外部环境因素的变化有利于植物残体的分解，加速了土壤养分的循环过程。

表1 退化荒漠草地围栏内外土壤养分对比

由表1分析可知，围栏内随着草地退化程度的减轻，土壤有机质、有效磷含量升高，碱解氮含量降低，速效钾含量变化不大。说明，围栏后植被恢复对碱解氮的需求量较大，造成土壤氮素降低；围栏封育有助于土壤碳的积累和磷素的有效化。

围栏内土壤碱解氮、磷含量低于围栏外，说明高强度放牧短期内可以加速土壤养分的循环效率，动物粪便可补充土壤中的速效养分，产生一定的正面影响。但是围栏外草地土壤随着退化程度的加剧其养分含量降低，并且中度退化草地围栏内养分的含量已经接近或超过极度退化草地，表明长期无节制无管理的超载放牧必然造成土壤系统营养物质输出和输入的不平衡，最终导致草地生态系统退化。同时也说明仅靠植被的自然恢复对土壤的改善还是比较缓慢的。

3 讨论

有研究[11]表明，荒漠草地禁牧有利于土壤氮素的提高。本研究中，中度、重度退化草地封育后土壤碱解氮含量下降，仅极度退化草地封育后土壤碱解氮升高。McNaughton等[12]研究认为，在草原上停止放牧，导致凋落物氮固持和地上立枯生物量增加，同时使土壤微生物转化率和净氮矿化下降，造成封育后土壤氮素降低。中度退化草地围栏内外土壤碱解氮含量相差高达18.64～20.55 mg/kg，但是并未达到显著水平，主要是由于土壤氮素空间变异性较大。刘忠宽等[13]研究认为由于牧压消除后，维持土壤养分或植被空间格局的匀质化条件消失，造成土壤养分的空间异质性呈不同程度的增大趋势。

王思成等[14]对半干旱黄土丘陵区不同植被恢复方式下土壤理化性质的研究认为，封禁自然恢复可以提高土壤有机质、碱解氮和速效钾的含量。常庆瑞等[15]在陕西乾县的研究认为，在黄土高原地区恢复植被能显著提高土壤有机质。闫琳等[16]对包头市盐渍化土壤上不同植被恢复阶段土壤有机质变化的研究表明，土壤有机质含量随植被恢复而逐年增大。但在本研究中，围封草地的土壤有机质及速效养分并没有显著的提高，甚至在土壤表层其含量低于自由放牧草地，表明在干旱荒漠地区，严酷的自然环境，限制了植被的自然恢复速度。孙长安等[7]的研究表明，植被恢复改善土壤性状所需时间从3年至20年以上，因此，对于干旱荒漠地区退化草地采用围封手段来恢复草地生态系统将是一个长期的过程。

生态系统的磷素循环是由植物对磷的需求所拉动，由土壤有效磷的持续供应来维持的。二者之间的衔接是通过植物与土壤之间的相互作用来实现的，包括植物对磷的吸收、植物以各种形式将磷归还土壤及二者之间的反馈调节[17]。世界大部分干旱地区草地严重缺磷，草地粗放管理，草地植物多为多年生须根植物，使得草地生态系统磷素研究复杂化[18]，因此，围封对土壤有效磷的影响在以往的研究中并没有给出相同的结论，说明了磷素在土壤中变化的复杂性。本研究中，土壤表层磷素含量普遍是围栏外高于围栏内，说明草地严重退化后，土壤有效磷的恢复很难。因此，应加强草地监测，在草地退化早期采取有效措施，有利于草地生态系统的快速恢复。

4 结论

1)退化荒漠草地围栏封育两年后，中度和重度退化草地围栏外0～10 cm土壤碱解氮、速效钾、有效磷含量高于围栏内，围栏内10～20 cm土层，碱解氮、速效钾含量均高于围栏外。极度退化的荒漠草地围封后土壤碱解氮、有机质含量提高。说明围栏后，植被的恢复和土壤环境的改善，提高了养分含量，围封对土壤养分的提高效应开始显现。

2)土壤有效磷含量较低，围封未使其含量提高，一方面说明有效磷在土壤与植被之间的运移机制需要深入研究，另一方面也说明有效磷是草地生态系统恢复的限制因素。

3)当地严酷的自然条件和草地退化程度的不同，使得短期内围栏封育对土壤养分恢复的效果除有效磷变化一致(降低)外，有机质、碱解氮、速效钾变化不一致，但差异不明显。为此只有通过长期定点监测或在人为干预的条件下加速其演化过程，才能对围栏封育的效果做出客观的评价，为草地资源的保护与利用提供科学的技术指导。

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