桂西北喀斯特区人工草地生物量及土壤有机碳研究

宋希娟，王克林，刘淑娟，曾朝霞，寻 瑞 

（1.铜仁学院经济与管理学院，贵州 铜仁 554300；2.中国科学院亚热带农业生态研究所，湖南 长沙 410125）

桂西北喀斯特区人工草地生物量及土壤有机碳研究

宋希娟1, 2，王克林2，刘淑娟2，曾朝霞2，寻 瑞2

（1.铜仁学院经济与管理学院，贵州 铜仁 554300；2.中国科学院亚热带农业生态研究所，湖南 长沙 410125）

研究分析了桂西北喀斯特地区7 a生桂牧一号草地(7MC)、5 a生桂牧一号草地(5MC)、1 a生桂牧一号草地(1MC)与传统的玉米地(YM)在生物量、土壤有机碳(SOC)、土壤微生物量碳(MBC)及土壤轻组碳(LOC)的差异，结果表明：单位面积干物质产量最高为5MC，4块样地年固碳量最高为YM（7.42 t/hm2）；4块样地间每年迁出氮素量差异不显著，在磷素的迁出中，YM地最高11.48 kg/hm2，植物钾素的储量表现出7MC高于其他样地且差异显著；不同种植年限牧草地下生物量为5MC最高MC样地最低，二者差异显著；7MC样地有机碳含量最高，另外随着牧草种植年限增长，土壤有机碳呈现先降低后升高的趋势，而土壤微生物量碳和轻组碳也为7MC样地最高，牧草免耕的种植模式有益于土壤SOC，MBC，LOC的增加。

喀斯特；人工草地；土壤有机碳；广西

喀斯特地区面临着加剧的石漠化问题，在人类活动（施肥、土地利用变化、耕作等）和社会经济压力的作用下，该地区水土流失严重、基岩裸露加剧，生态环境严酷且极其脆弱[1-4]，加之长期不合理的土地利用方式及人口激增的压力，当地人民为了满足生活能源的需求量而乱砍滥伐，破坏植被，导致水土流失、土壤肥力下降，生态环境恶化。岩溶地区水热资源充足，生物资源丰富，其耦合生产潜力较北方草地大的多[5-7]，重要性不容忽视，其多与大中城市毗邻，交通便利，且山地农业生态系统分异，有利于不同农业子系统的形成，适于农业系统耦合，而耦合系统是提高农业生产水平的有效途径。因此，任继周等[8]提出了西南岩溶山地系统耦合生态经济带的对策。目前，针对中国西南喀斯特地区人工草地种植，对土壤养分性质以及其他生态过程的影响研究还很少。研究选取桂西北喀斯特峰丛洼地不同种植年限的人工草地，对生物量及对土壤碳特征进行研究，力求为该地区石漠化防治和生态环境的恢复与重建提供依据。

1　研究区域概况

研究区位于广西环江毛南族自治县下南乡古周村（107°56′48″～107°57′28.5″E， 24°54′42.6″～24°55′17.8″N），为典型喀斯特峰丛洼地景观，属亚热带季风气候区，年平均气温16.5～20.5℃，年平均降雨量为1 389.1 mm，雨季平均持续130～140 d，主要集中在4～9月，尤以6月中旬～7月中旬为最，常出现涝灾；10月～次年3月为旱季，又常受到干旱威胁。研究区海拔起伏较大，最低点海拔376 m，最高点海拔816 m。土地总面积186.7 hm2，其中耕地17.3 hm2。研究区土壤主要为碳酸盐岩发育的石灰土，土质较粘重，土被分布极不均匀，基岩广泛出露，特别是坡地平均裸岩率达80%以上，植被退化较为严重，森林覆盖率仅为13%。研究区农业以旱作耕地为主，有较长的耕作历史，种植作物有玉米、牧草和黄豆等，主要分布在洼地。坡脚主要为退耕地，种植木豆和板栗，木豆和板栗种植时间约为3～4 a，其中板栗尚未成林。耕地的耕作管理以农户为基本单位，每年11月底普遍对玉米地和黄豆地进行翻耕，肥料主要施用农家肥、草木灰、人粪尿和尿素等，此外还施用少量钙镁磷、过磷酸钙或氯化钾等化肥，施用量因农户而异。牧草地施肥情况与玉米地相似，但一般不施用草木灰和人粪尿[9]。

2　研究方法

2.1样地的选取与样品的采取

2012年于环江县古周村选取3块分别种植7、5和1 a的桂牧一号草地为实验样地，并以农耕地（以玉米、黄豆种植为主）为对照选取4块样地。各样地基本情况如表1所示。全年进行3次刈割（2012年份较为干旱，刈割次数减少），每次刈割时在样地内以2 m×2 m内测定地上生物量，并取部分生物量样品带回实验室分析，并在每个样地布置10 m×10 m的样方在样方内用土钻“S”分层取10个点的土样混合装入聚乙烯塑料袋中作为1个样品混合，每种类型做3个重复。土样采好后，带回实验室自然风干，过筛，待测。牧草样地每次刈割之后施用农家肥和化肥。

2.2样品处理与分析

样品中的有机碳（SOC）、土壤轻组碳（LOC）、微生物量碳（MBC）、植物氮、植物磷和植物钾含量测定方法分别为重铬酸钾-外加热法、碘化钠浸提法、氯仿熏蒸法、半微量凯式法、硫酸双氧水消煮-钼锑抗比色法和硫酸双氧水消煮-火焰光度计法。

表1　样地基本概况

2.3数据处理与分析

本文数据采用Office2003 Excel及SPSS 13.0进行统计分析。

3　结果与讨论

3.1不同种植年限桂牧一号草地生物量特征及养分

由表2可以看出，单位面积干物质产量YM最高，而7MC最低且与5MC和MC（P＜0.05）差异显著，这表明桂牧一号的单位面积产量随着种植年限的增加有减少的趋势。植物碳储量是指植物的固碳量，YM地的固碳能力显著高于其他牧草样地为每年7.42 t/hm2，差异显著（P＜0.05）而牧草样地中，5MC固碳能力最强为3.73 t/hm2，MC最低2.59 t/hm2，3个不同种植年限的牧草样地间固碳量无显著差异。

每年牧草地上生物量与玉米地上生物量均全部移出土壤—植被系统，即土壤向作物提供单向的养分供给，而植物对土壤没有养分回馈，植物所吸收的养分全部被迁移出，进入动物—植物养分系统。由表2可以看出4块样地间每年迁出氮素量差异不显著，为7MC最高127.04 kg/hm2，5MC次之112.02 kg/hm2，MC最低90.9 kg/hm2。在磷素的迁出中，YM地最高11.48 kg/hm2，与牧草样地间差异极显著（P＜0.01）。7MC的植物磷储量显著高于5MC（1.66 kg/hm2）与MC（1.51 kg/hm2）且差异显著（P＜0.05）。植物钾素的储量表现出7MC高于其他样地且差异显著，YM地其次也呈现显著差异，而5MC与MC之间则差异不显著。

3.2地下生物量及养分库

在地下生物量的研究中由于YM样地作为农耕地，每年地下根系部分全部被移出土壤，作为对比研究的意义不大，因此在探讨地下生物量部分不涉及YM样地。根系不仅从土壤中吸收养分供给植物，同时腐烂的根系以及须根回馈于土壤，是土壤养分的一个重要来源。由表3可以看出不同种植年限牧草地下生物量5MC最高，MC样地最低，二者差异显著（P＜0.05），这说明桂牧一号牧草随着种植年限的增加，分蘖减慢，根系的更新速度降低。不同种植年限桂牧一号草地地下生物量氮素与钾素分布特征一致，均为5MC最高，MC最低，且各样地间差异极显著（P＜0.01）。

表2　不同种植年限人工草地地上生物量及植物养分储量

表3　不同种植年限人工草地地下生物量及植物养分储量

3.3土壤SOC、MBC及LOC

由图1可见，玉米地的土壤有机碳含量三次刈割采样均低于所有牧草地，7 a生牧草地的土壤有机碳含量三次刈割采样均高于其他样地。另外，随着牧草种植年限的增长，土壤中的有机碳含量呈现先降低后升高的趋势。1 a生牧草地的土壤有机碳含量随着刈割的进行先增加后减少。

图1　不同种植年限人工草地土壤有机碳含量

由图2可见，土壤微生物量碳存在与土壤有机碳类似的趋势。玉米地的土壤微生物量碳三次刈割采样均低于所有牧草地，7 a生牧草地的土壤微生物量碳三次刈割采样均高于其他样地。另外，随着牧草种植年限的增长，土壤中的土壤微生物量碳含量呈现升高的趋势。

图2　不同种植年限人工草地土壤微生物碳含量

由图3可见，玉米地的土壤轻组碳三次刈割采样均低于所有牧草地，7 a生牧草地的土壤轻组碳三次刈割采样均高于其他样地。随着牧草种植年限的增长，土壤中轻组碳含量呈现逐步升高的趋势。

图3　不同种植年限人工草地土壤微生物碳含量

4　结论与讨论

（1）牧草单位面积干物质产量最高值为5 a生牧草样地，这说明桂牧一号牧草在生长到5～6 a时分蘖能力下降，后产量降低，这与陈金龙的研究结果一致[10]。在年固碳量上，YM样地显著高于其牧草样地，这是由于YM样地为耕作条件较为良好的农耕地，洼地地势平坦，裸岩率低。

（2）地下根系生物量做为土壤养分的一个重要来源，在研究中表现出5MC最高，而MC最低，这也同样验证了桂牧一号牧草随着生长年限增加，地下根系生长减缓生物量降低，这与杨雅婷的研究结果相一致[11]。

（3）7MC样地有机碳含量最高，另外随着牧草种植年限增长，土壤有机碳呈现先降低后升高的趋势，而土壤微生物量碳和轻组碳也为7MC样地最高，这说明桂牧一号作为免耕多年生牧草，它的种植有益于土壤碳养分的增加[12-13]。YM样地作为农耕地，每年的翻耕，种植等耕作方式使作物根系被移出土壤，使得土壤碳的主要来源损失，导致YM地土壤碳含量较低[14-15]。

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（责任编辑：肖彦资）

Biomass and Soil Organic Carbon of Artificial Grassland in Karst Area of Northwest Guangxi

SONG Xi-juan1,2，WANG Ke-lin2，LIU Shu-juan2，ZENG Zhao-xia2，XUN Rui2
（1.Tongren Collage, Tongren 554300, PRC; 2.Key Laboratory of Subtropical Agriculture Ecology, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, PRC）

Seven years planting-life artificial grassland (7MC), Five years planting-life artificial grassland (5MC) , one year plantinglife artificial grassland (1MC) and corn field (YM)) were selected to research their aboveground, underground biomass, soil organic carbon(SOC), microbial biomass carbon(MBC) and light organic carbon (LOC) in karst region at Northwest of Guangxi province.The results showed that the highest dry matter yield per unit area was 5MC, and the highest amount of solid carbon was YM (7.42 t/hm2) in the 4 plots; there was no significant difference in amount of emigration nitrogen from 4 plots, in amount of emigration phosphorus, the highest in YM was 11.48 kg/hm2, the reserve of potassium in plants showed 7MC higher than other samples and the difference was significant; their underground biomass 5MC was the highest and the MC was the lowest, that difference was significant; 7MC sample organic carbon content was the highest, in addition, with the increase of planting age, soil organic carbon showed the trend of decreasing first and then increasing, and the soil microbial biomass carbon and light carbon was also the highest 7MC sample, the cultivation mode of no tillage was beneficial to increasing of soil SOC, MBC and LOC.

Karst; artificial grassland; soil organic carbon; Guangxi

S812.8

A

1006-060X（2016）11-0042-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.011.013

2016-09-26

铜仁学院博士科研启动基金项目（trxyDH1603）；西南喀斯特生态系统服务功能维持机理与调控技术研究（KZCX2-XB3-10）

宋希娟（1982-），女，甘肃兰州市人，讲师，研究方向为农业生态。

王克林