放牧强度季节调控对荒漠草原土壤和植物养分的影响

丁莉君，卫智军*，张 爽，刘 佳，吕世杰

(1.内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古呼和浩特 010019；2.内蒙古农业大学理学院，内蒙古呼和浩特 010019)

内蒙古荒漠草原是草原带向荒漠带过渡的植被亚带，放牧是荒漠草原最主要的利用方式之一，但其生态脆弱的特征使得土壤和植被对放牧家畜的干扰极其敏感〔1〕。最近几年，随着人类对草地的剧烈干扰，物质和能量越来越多的从草地中被带走，而家畜的量只增不减，使得出现草地超载放牧的现象。草地荒漠化和土地沙化现象逐步发生，生态环境受到了严重的破坏。草地退化严重，土地表层严重裸露，硬度增加，出现沙化，质地粗化，土壤通透性降低，植物养分物质减少，草地退化的核心问题是土壤退化〔2〕。植物生长发育所需要的水分、能量、营养物质大部分是土壤提供的，土壤是植被生长发育不可或缺的基质，而植物养分能够很好的反映植物的生长状态和内在特征。

土壤养分是荒漠草原土壤退化的重要指标。刘双圆〔3〕对不同放牧类型下土壤碳氮磷化学计量特征研究表明放牧导致土壤(0-10cm)有机碳和全氮含量的降低，重度放牧下养分资源匮乏，草地出现退化迹象。范春梅〔4〕等以草地和柠条(CaraganaKorshinskii)林地为研究对象，分析了在土壤表层(1～10cm)的理化性质在不同放牧畜种和强度下的影响，结果表明土壤全磷随着放牧强度的增加而降低。范国艳〔5〕等研究了内蒙古贝加尔针茅草原响应，结果显示随着载畜率的增加，土壤全磷含量降低。而Smoliak等〔6〕报道，重度放牧草地全磷和速效磷变化不大。董晓玉等〔7〕的放牧与围封对植物碳氮磷贮量的研究表明，放牧降低了植物的C含量。白永飞〔8〕等以降雨梯度区的草地为研究对象，研究了放牧干扰下草地C、N、P化学计量学的变化，研究表明放牧降低了植被的C/N，增加了N含量。

本研究以短花针茅荒漠草原为对象，设置6个季节放牧调控试验处理，研究不同放牧强度的季节调控下植物群落C、N、P、C∶N∶P和土壤养分的变化规律，揭示植物-土壤对放牧强度季节调控下的适应策略；旨在通过系统的研究草地植被、土壤养分对放牧强度季节调控的响应，为确定荒漠草原合理的放牧强度、放牧方式提供理论依据，为草原的恢复提供有效的参考。

1 试验区概括、设计和研究方法

1.1 试验区概括

试验区位于锡林郭勒盟苏尼特右旗赛朱日和镇(东经112°47′17″，北纬42°16′26″)。该试验区地形平坦，土壤质地为淡栗钙土，腐殖质层厚4～8cm;钙积层明显分布在10～35cm土层中。属于温带大陆性气候，年均气温5.5℃，年均降水量177.2mm，降雨集中在7、8月。群落植被稀疏，草层低矮，以短花针茅(Stipabreviflora)为建群种，优势种为无芒隐子草(Cleistogenessongorica)、银灰旋花(Convolvulusammannii)和碱韭(Alliumpolyrhizum)。

1.2 试验设计

放牧试验于2010年开始，与每年的5月至10月期间各处理区进行强度不同的放牧。本试验设有6各处理，分别是全年零放牧(CK)、春季休牧+夏季重牧+秋季适牧(SA1)、春季休牧+夏季适牧+秋季重牧(SA2)、全年重牧(SA3)、春夏季重牧+秋季适牧(SA4)和全年适牧(SA5)，每个处理重复3次，共18个放牧试验小区(表1)，每个试验小区面积为2.60hm2，试验地总面积46.80hm2。零放牧、适度放牧和重度放牧分别放羊0只、5和8个羊单位，载畜率分别为0羊/(hm2·a)、0.96羊/(hm2·a)和1.54羊/(hm2·a)。

表1 试验设计方案

1.3 试验方法

土壤样品取于2017年8月中下旬，分别在各处理区随机取0～10cm、10～20cm、20～30cm和30～40cm深度的土样。重复3次，均匀混合后编号封袋，带回实验室。在自然条件下风干，去根系和石块并对采集的土壤样品进行养分分析。

群落样品于8月采集，随机在各处理区中选取5个1×1m样方，齐地面刈割，带回室内风干后粉碎，测定植被的全C、全N和全P。

养分测定指标方法分别如下：土壤速效磷：碳酸氢钠浸提-钼锑抗显色-分光光度法；土壤全磷：氢氧化钠熔融-钼锑抗显色-分光光度法；土壤速效钾：醋酸铵浸提—火焰光度吸收法；土壤全钾：氢氧化钠熔融-火焰光度计测定。植物全碳、全氮：元素分析法；植物全磷：钼酸铵比色法。

1.4 数据分析

利用EXCEL软件对2017年所有试验数据进行初步整理，再利用The SAS System for windows 9.0软件对数据进行单因素方差分析(Two-way ANOVA)。

2 结果分析

2.1 放牧季节调控对土壤养分的影响

2.1.1 放牧季节调控下土壤全磷、速效磷含量的变化

不同放牧条件不同土层全磷含量变化结果见表2。0-10cm、10-20cm、30-40cm土层的全磷含量在不同放牧处理间无明显差异。20-30cm土层，CK处理的全磷含量最高，显著高于SA3处理小区。总体来看，各土层CK、SA5的含量普遍较高。

表2 不同放牧条件下不同土层全P含量的变化

注：相同指标同列不同字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)，下同

不同放牧条件各土层速效磷含量变化结果分析如表3。0-10cm、10-20cm、20-30cm、30-40cm土层间速效磷含量在CK、SA4处理小区较高于其他处理，但总体各处理间无显著差异,说明速效磷含量变化受放牧的没有显著影响。

表3 不同放牧条件下不同土层速效磷含量的变化

2.1.2 放牧季节调控下土壤全钾、速效钾含量的变化

不同放牧条件各土层全钾含量变化结果见表4。0-10cm、10-20cm、30-40cm土层全钾含量各处理间差异不显著(P<0.05)。在SA3(全年重牧)处理下随着土层深度的增加，全钾含量在逐层降低，这可能是重牧下家畜的采食和践踏，使含量输出量增大，地上部分归还量减少，引起深度土层的养分向上转移。

表4 不同放牧条件不同土层全钾含量的变化

不同放牧条件各土层速效钾含量变化结果见表5。各土层间各放牧处理区速效钾含量变化差异均不显著(p<0.05),但SA1到SA5处理区的速效钾含量总体高于CK处理区，说明放牧对速效钾有一定的影响。0-10cm土层的速效钾含量整体高于其他土层，随着放牧强度的增加，呈现先增后减的变化。在其他土层(除0-10cm)速效钾含量随放牧压力的增大而增加。

表5 不同放牧条件下不同土层速效钾含量的变化

2.1.3 放牧季节调控下土壤有机碳含量的变化

不同放牧条件各土层有机碳含量变化结果见表6。不同土层放牧处理区的有机碳含量均高于CK处理区，各土层中SA4处理的碳含量均较其他处理高。由此说明，放牧在一定程度上对有机碳含量变化有作用。0-10cm土层有机碳含量呈现CK

表6 不同放牧条件下不同土层有机碳含量的变化

2.1.4 放牧季节调控下土壤全氮含量的变化

不同放牧条件下不同土层全N含量的变化见表7。除了30-40cm土层外，其他土层CK处理区的全氮含量均低于其他处理区，且SA3、SA4处理间表现较高，说明放牧对土壤全氮含量有一定的影响。在0-10cm土层全氮含量表现为CK

表7 不同放牧条件下不同土层全N含量的变化

2.2 放牧季节调控下植物群落碳氮磷的变化

SA3处理区的植物群落全氮含量高于其他处理区，与SA1、SA2、SA5处理区差异性显著。群落全氮含量在SA2处理区表现最低，在SA3、SA4表现较高。群落全磷含量在不同处理间有显著差异(p<0.05)，CK处理区的含量显著高于其他处理区。而群落碳含量随着放牧强度的增大逐渐降低，CK处理区与SA3处理区差异显著，与其他处理区无显著差异(p<0.05)。C/N在SA2处理区数值最高，在SA3处理区数值最低。C/P在CK处理区数值最低，均小于其他处理区，在SA5处理区数值最高。N/P在个处理区均小于14，CK处理区数值均高于其他处理区，在SA5处理区数值最低。

图1 不同放牧条件群落C∶N∶P的变化

3 讨论

3.1 放牧季节调控对土壤养分的影响

土壤养分是组成土壤肥力的重要因素之一，其中C、N和P是最重要的3种元素，在生态系统中发挥着重要的作用〔9〕。而放牧对土壤养分的影响过程较为复杂，与放牧强度、频度、方式、时间以及草地本身的土壤特性等有关〔10〕，导致放牧对土壤养分含量影响的研究结果不同。一些研究显示放牧降低速效磷的含量。因为随着放牧压力的增大，家畜频繁的采食和践踏造成磷元素营养的输出的增加，而归还量降低,导致了土壤磷素平衡失调,因此,重度放牧的土壤速效磷含量显著低于同土层其他处理区〔11〕。而安慧〔12〕的荒漠草原土壤性状对放牧干扰的响应的研究表明全磷和速效磷量呈下降趋势随放牧强度的增加。还有研究发现不同放牧强度对土壤全磷和速效磷含量的变化没有显著的影响〔13〕。本研究显示全年零放牧和全年适度放牧的全磷含量较高，土层间无一致的变化规律。总体来看，放牧对全磷和速效磷的影响不大。全年零放牧的全钾含量在10-20cm、20-30cm的土层低于其他放牧处理。在全年重牧区随着土层深度的增加全钾含量降低。这可能是重牧下家畜的采食和践踏，使含量输出量增大，地上部分归还量减少，引起深度土层的养分向上转移。随着放牧强度的增加速效钾含量增加。而随着土层深度的增加，速效钾含量呈减少的趋势。这与牛钰杰〔14〕的研究结果一致。春季重牧+夏季重牧+秋季适牧放牧方式下有机质含量最高，各放牧处理区下均高于全年零放牧，表明放牧有效增加C含量。一些研究也证明了这一结果〔15-17〕。家畜数量的增多，使得地上枯落物的积累减少，家畜的践踏造成枯落物分解，充分进入土壤中。土壤全氮含量在全年零放牧下含量最低，放牧会有效提高氮含量，且在表层土中氮含量高于其他土层。有关研究表明随着放牧强度增加，土壤养分不同程度下降〔18〕。与本研究结果不一致，家畜的增加导致排泄物的增加，土壤N的增加主要受家畜粪尿(N主以尿的形式排出)的影响。

3.2 放牧季节调控对群落C、N、P的影响

本研究结果显示：全年重牧下群落N含量最高，与SA1(春季休牧+夏季重牧+秋季适牧)、SA2(春季休牧+夏季适牧+秋季重牧)和SA5(全年适牧)差异显著。可能由于家畜的采食和践踏，消除衰老部位，促进了牧草的生长，促进氮向幼嫩部位的重新分配，加速养分吸收，提高群落的氮含量。这与仲延凯等〔19〕对内蒙古典型草原,割草促使草地植物氮等营养元素含量增加的结果类似。全年重牧下C/N比值最小。有观点认为放牧后N含量增加，使得残体的C/N降低〔20,21〕，这也本试验结果相同。全年休牧的情况下群落碳、磷含量最高，且对放牧的响应是显著的。群落碳含量随着放牧强度的增加而降低，董晓玉等〔7〕的放牧与围封对植物碳氮磷贮量的研究也得到此结果。

4 结论

4.1 放牧强度季节调控对土壤全磷、速效磷含量无显著影响；

4.2 放牧增加了速效钾、有机碳和全氮的含量；随着土壤深度的增加速效钾含量呈降低趋势。

4.3 放牧强度季节调控对群落全磷有显著的影响，放牧降低了群落C、P的含量；短花针茅荒漠草原植被的生长受N元素的限制。