西藏北部不同草地类型土壤碳、氮、磷的变化特征

周启龙， 多吉顿珠， 陈少锋， 益西央宗， 普布卓玛

(1.国家青稞与牦牛种质资源与遗传改良国家重点实验室， 西藏 拉萨 850000;2.西藏自治区农牧科学院 草业科学研究所， 西藏 拉萨 850000)

草原是畜牧业最廉价饲料来源，还具有防风固沙、涵养水源、防治水土流失等作用，是重要的国土资源[1]。高寒草原是西藏北部的主要植被类型，也是西藏主要放牧区，对西藏畜牧业的发展具有重要意义[2]。土壤有机碳在全球碳循环上有着重要的作用，其含量影响着草地生产力，是草地健康评价的重要指标之一[3]。土壤的氮在全球氮循环中也有着重要的作用[4]，并能够限制群落的初级和次级生产量，且氮元素在陆地生态系统生产量、结构和功能方面的调节具有关键作用[5]。磷的存在对草原生态系统的正常运行具有重要作用，大部分的草地缺磷，磷成为了植物生长的限制因素之一[6-7]，因此对西藏不同植被类型下的养分进行研究是十分必要的。目前，对西藏典型草地类型的土壤养分方面的研究很少，只有顾振宽等[8]对青藏高原东部不同草地类型土壤养分的分布规律进行了研究，而关于藏北典型草地类型的碳、氮、磷研究更少。因此，对藏北地区典型草地类型土壤养分进行研究对草地生态系统的评价和生态保护具有重要意义。本研究拟以藏北地区典型草地作为研究对象，针对不同草地类型，对土壤养分进行研究，旨在为草地生态保护和评价提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于西藏自治区当雄县羊八井镇格达乡内的雪格拉山(90°45′—91°31′E，29°31′—31°04′N)。冬季寒冷、干燥，昼夜温差大；年均温度1.3 ℃，年均降雨量4 56.8mm，年均蒸发量1 725.7 mm，年均日照时数2 880.9 h，无霜期62 d，从头年11月至翌年3月份有3个月的土地冻结期，大雪、冰雹、霜冻、干旱、大风等自然灾害频繁。属高原寒温带半干旱季风气候区，冬寒夏凉，多大风。雪格拉山海拔4 450～5 300 m，不同草地类型随海拔高度不同而变化。海拔4 450～4 500 m为高寒沼泽草甸，海拔4 500～4 650 m为山腰高寒草甸，海拔4 650～4 750 m为高寒灌丛草甸，海拔4 750～4 950 m为山脊高寒草甸。不同草地类型的基本情况见表1。

1.2 取样方法

2017年8月在雪格拉山4个草地类型分别进行采样，采样点选择标准为人为干扰少、植被均匀，并记录经纬度、海拔。每个草地类型随机设置3个样地，每个样地设置100 m×100 m的大样方，每个样方内按照S形设置小样方运用土钻进行土壤取样，每个小样方取两个点，每个点取3层，分别为0—10，10—20，20—40 cm，带回实验室。每个草地类型均重复取样10次。

1.3 样品测定方法

土壤有机碳采用重铬酸钾容量法；土壤全氮采用凯氏定氮法；土壤有效氮测定采用碱解扩散法；全磷的测定采用钼锑抗比色法；土壤速效磷用钼锑抗比色法进行测量。

1.4 数据处理

数据处理用Excel和SPSS17.0进行统计分析。

表1 西藏北部不同草地类型基本状况

2 结果与分析

2.1 不同草地类型下不同土层土壤有机碳含量的分布

如表2所示，随着草地类型和土壤深度的变化，土壤的有机碳含量有所不同。0—10 cm土层有机碳由高到低依次为高寒沼泽草甸、山脊高寒草甸、高寒灌丛草甸、山腰高寒草甸，其中高寒沼泽草甸有机碳含量最高，显著高于其他草地类型(p<0.05)，高寒灌丛草甸有机碳含量与山脊高寒草甸、山腰高寒草甸之间差异不显著(p>0.05)。10—20 cm土层有机碳含量由高到低依次为高寒沼泽草甸、山脊高寒草甸、高寒灌丛草甸、山腰高寒草甸，并且四者间差异均显著。20—40 cm土层有机碳含量由高到低依次为高寒沼泽草甸、山脊高寒草甸、高寒灌丛草甸、山腰高寒草甸，其中高寒沼泽草甸有机碳含量显著高于山脊高寒草甸、山脊高寒草甸有机碳含量显著高于高寒灌丛草甸和山腰高寒草甸，高寒灌丛草甸与山腰高寒草甸间差异不显著。

表2 不同草地类型不同土层土壤有机碳含量g/kg

注：数据为均值±标准差；大写字母表示土层间差异(p<0.05)，小写字母为不同草地类型间差异(p<0.05)。下同。

不同草地类型垂直分布方面，山脊高寒草甸和山腰高寒草甸的有机碳含量都随着土壤深度的增加而降低，且差异显著。高寒灌丛草甸有机碳含量随着土壤深度的增加而降低，但10—20 cm土层与0—10 cm土层和20—40 cm土层差异不显著，0—10 cm土层有机碳含量显著高于20—40 cm土层。高寒沼泽草甸有机碳含量最高的是10—20 cm土层，但与0—10 cm土层有机碳含量差异不显著，0—10 cm土层和10—20 cm土层都显著高于20—40 cm土层。

2.2 不同草地类型下不同土层土壤氮含量的分布

如表3所示，不同草地类型和不同土壤深度的全氮含量不同。全氮含量由高到低依次为高寒沼泽草甸、山脊高寒草甸、高寒灌丛草甸、山腰高寒草甸，高寒沼泽草甸全氮含量最高。其中，10—20 cm土层四者间全氮含量差异均显著(p<0.05)，0—10 cm与20—40 cm土层高寒沼泽草甸全氮含量显著高于山脊高寒草甸，山脊高寒草甸全氮含量显著高于高寒灌丛草甸，高寒灌丛草甸与山腰高寒草甸间全氮含量差异不显著(p>0.05)。高寒灌丛草甸和山腰高寒草甸不同土层间全氮含量差异不显著，高寒沼泽草甸不同土层间全氮含量在0—10 cm土层显著高于10—20 cm，在10—20 cm土层显著高于20—40 cm。山脊高寒草甸不同土层全氮含量在0—10 cm土层显著高于20—40 cm，在10—20 cm土层与其他二者差异不显著。

表3 不同草地类型不同土层土壤全氮含量g/kg

如表4所示，不同草地类型在0—10 cm土层有效氮含量最高为山脊高寒草甸，山脊高寒草甸有效氮显著高于山腰高寒草甸和高寒沼泽草甸(p<0.05)，高寒灌丛草甸有效氮与山腰高寒草甸、高寒沼泽草甸差异不显著(p>0.05)。不同草地类型有效氮含量在10—20 cm土层最高为高寒灌丛草甸，高寒灌丛草甸有效氮含量显著高于山腰高寒草甸显著高于、山脊高寒草甸和高寒沼泽草甸，其余三者间有效氮含量差异不显著。不同草地类型在20—40 cm土层有效氮含量最高的仍为山腰高寒草甸。山脊高寒草甸随着土层的加深有效氮含量显著降低，其他草地类型虽有降低趋势，但并不明显。

表4 不同草地类型不同土层土壤有效氮含量mg/kg

2.3 不同草地类型下不同土层土壤磷含量的分布

如表5所示，不同草地类型间全磷含量在0—10 cm土层为高寒灌丛草甸显著高于高寒沼泽草甸(p<0.05)，山脊高寒草甸与其他草地类型间差异不显著(p>0.05)，山腰高寒草甸全磷含量与其他草地类型间差异不显著。10—20 cm土层4种草地类型间差异不显著。20—40 cm土层山脊高寒草甸、高寒灌丛草甸与山腰高寒草甸间全磷含量不显著，但均显著高于高寒沼泽草甸。高寒灌丛草甸不同土层全磷含量从高到低的顺序为0—10，10—20，20—40 cm，且差异显著，其他3种草地类型不同土层间全磷含量差异均不显著。

表5 不同草地类型不同土层土壤全磷含量g/kg

如表6所示，不同草地类型在0—10 cm土层速效磷含量从高到低依次为高寒灌丛草甸、山脊高寒草甸、山腰高寒草甸、高寒沼泽草甸，高寒灌丛草甸速效磷含量显著高于高寒沼泽草甸(p<0.05)，山脊高寒草甸、山腰高寒草甸间速效磷含量差异不显著(p>0.05)，且与山脊高寒草甸和高寒沼泽草甸差异也不显著。不同草地类型速效磷含量在10—20 cm土层从高到低依次为高寒灌丛草甸、山脊高寒草甸、山腰高寒草甸、高寒沼泽草甸，高寒灌丛草甸、山脊高寒草甸、山腰高寒草甸3者间速效磷含量差异不显著，但都显著高于高寒沼泽草甸。不同草地类型在20—40 cm土层速效磷含量由高到低依次为高寒灌丛草甸、山腰高寒草甸、山脊高寒草甸、高寒沼泽草甸，高寒灌丛草甸显著高于山脊高寒草甸和高寒沼泽草甸，山腰高寒草甸显著高于高寒沼泽草甸，山腰高寒草甸速效磷含量与高寒灌丛草甸和山脊高寒草甸差异不显著，山脊高寒草甸与高寒沼泽草甸速效磷含量差异不显著。高寒灌丛草甸、山脊高寒草甸、高寒沼泽草甸不同土层间速效磷含量差异不显著，山腰高寒草甸0—10 cm土层速效磷含量显著低于10—20 cm和20—40 cm土层，10—20 cm和20—40 cm土层速效磷含量差异不显著。

表6 不同草地类型下不同土层土壤速效磷含量mg/kg

2.4 雪格拉山各养分的相关关系

雪格拉山各养分间，有机碳与全氮有极显著正相关关系，相关系数为0.968(p<0.01)，与速效氮有显著正相关关系，相关系数为0.462(p<0.05)，全氮与速效氮呈显著正相关关系(r=0.439)，全磷与速效磷呈极显著正相关关系(r=0.442)(表7)。

表7 雪格拉山各养分的相关关系

注：*表示各养分间差异显著(p<0.05)，**表示各养分间差异极显著(p<0.01)。

3 讨 论

土壤有机碳的含量由海拔和植被类型共同作用。当植物残体进入土壤后，发生分解和淋溶作用，这个过程的快慢决定了有机碳最终的含量。植被类型和海拔决定了植物残体进入土壤的总量，海拔同时改变了气候要素而决定了分解和淋溶速度[9]。本研究中有机碳含量最高的草地类型是高寒沼泽草甸，土壤有机碳的主要来源是植物残体的凋落分解[10]，高寒沼泽草甸的主要植被为藏北嵩草，经年累月，积累了大量植物残体，是有机碳的主要来源，且沼泽地内植物残体分解速度慢，最终使有机碳的含量变得很高。山脊高寒草甸、高寒灌丛草甸和山腰高寒草甸有机碳含量主要受海拔的影响，随着海拔的增加，有机碳含量在增加，主要是由于气温低引起的植物残体分解速度慢，这与smith等[11]丁咸庆等[12]的研究是一致的。除高寒沼泽草甸外有机碳含量均随着土层加深，有机碳含量降低，这是由于土壤根系主要集中于表面且凋落物先落于地面上导致的，这与许多学者的研究是一致的[13-14]。但高寒沼泽草甸10—20 cm土层有机碳含量略高于0—10 cm土层，这可能与沼泽地中根系主要集中在10—20 cm土层有关。

不同草地类型的土壤全氮含量表现不同，鲁如坤[15]认为土壤氮的积累和消耗程度取决于土壤有机碳的积累和分解，这与本研究一致，有机碳与全氮呈极显著正相关关系，与速效氮呈显著正相关关系。全氮含量主要受氮素的硝化与反硝化，矿化与固定的影响，植物残体、动物排泄物等归还土壤，又通过植物吸收、侵蚀和淋溶等方式从土壤中消失，水热条件和土壤特性最终影响着土壤氮的含量[16]。在不同土层深度上，土壤全氮含量差异表现虽不及有机碳含量变化明显，但仍有降低的趋势，说明有机碳和全氮之间存在内在影响。本研究中高寒沼泽草甸全氮含量0—10 cm土层最高，有着明显的分层效果，这说明沼泽草甸中不同深度的土壤的水分含量区别不大，氮素的含量主要受植物残体含量影响。山脊高寒草甸、山腰高寒草甸和高寒灌丛草甸的全氮含量随着土层的加深变化并不显著，这可能主要受气候因素的影响比较大。有效氮是指植物可利用的氮，王淑平等[17]认为土壤有效氮含量与土壤全氮含量呈极显著正相关，但这与本研究结果一致，雪格拉山的有效氮含量和全氮含量之间存在显著正相关关系，相关系数R=0.439*。全氮受海拔梯度影响明显，随着海拔的增加，高寒草甸的全氮含量增加。

不同草地类型全磷含量不同，整体表现为高寒灌丛草甸最高，高寒沼泽草甸最低，山脊高寒草甸高于山腰高寒草甸。家畜频繁的采食使磷从系统中的输出加强，最终导致全磷含量下降[18]。高寒沼泽草甸和山腰高寒草甸农牧民放牧频繁，这可能是全磷含量低的原因，速效磷受全磷含量影响显著，速效磷与全磷的相关系数R=0.442，为极显著正相关关系。从空间变化上看，全磷除高寒沼泽草甸外，没有显著的分层现象，速效磷在不同土层差异并不显著。

放牧强度强烈影响着高寒草甸土壤养分含量，土壤有机碳、全氮、速效氮、磷等养分都会随着放牧强度的增大而减少[19]，本研究中放牧对速效养分的影响更加明显，山脊高寒草甸表层土的速效磷和有效氮明显高于下层土，分层明显，但山腰高寒草甸表层土的速效磷和有效氮低于其在10—20 cm土层中的含量，说明放牧频繁使速效养分降低。

4 结 论

(1) 山脊高寒草甸、高寒灌丛草甸和山腰高寒草甸有机碳含量主要受海拔的影响，有机碳含量随着海拔的增加而增加，随土层加深而降低；

(2) 有机碳与全氮有极显著正相关关系，相关系数为0.968(p<0.01)，不同草地类型间全氮含量趋势与有机质趋势相同；

(3) 除高寒沼泽草甸，其他草地类型的有效氮与全氮分布规律相同，有效氮含量和全氮含量之间存在显著正相关关系，相关系数R=0.439(p<0.05)。速效磷受全磷含量影响显著，速效磷与全磷的相关系数R=0.442，为极显著正相关关系。

(4) 全磷含量受放牧影响，但放牧对速效养分的影响更加明显，山脊高寒草甸表层土的速效磷和有效氮明显高于下层土，分层明显，但山腰高寒草甸表层土的速效磷和有效氮低于其在10—20 cm土层中的含量，说明放牧频繁使速效养分降低。