短期休牧对克氏针茅草原土壤蔗糖酶活性土壤有机质及pH的影响

乌日查呼 张卫青 张旭冉

摘 要：以阿巴嘎旗北部牧户常年放牧和隔年休牧的冬季草场为研究区，通过分析短期休牧对克氏针茅草原土壤蔗糖酶活性及有机质等土壤因子的影响，探索草场资源合理利用方法，为牧业地区的生态环境及社会经济的协调持续发展提供理论依据。结果表明：短期休牧冬季草场土壤蔗糖酶活性显著低于常用冬季草场，土壤有机质含量则略高于常用冬季草场，但差异不显著;土壤pH在2个草场中无显著差异。随土层深度的增加，2个草场土壤蔗糖酶活性无显著变化，有机质含量显著降低，pH值显著增加。相关性分析表明，土壤蔗糖酶活性与土壤有机质呈显著正相关，与pH呈显著负相关。

关键词：短期休牧;克氏针茅草原;土壤蔗糖酶活性;土壤有机质;土壤pH

中图分类号：S-3       文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200530001

克氏针茅草原是我国第4大针茅草原之一，其在生态环境建设、社会经济发展等方面有着不可忽略的重要作用，是我国北方的生态屏障[1]。但自20世纪末，实施草畜双向承包制度以后牧民无法进行游牧，在固定面积草场中持续放牧导致现有牲畜活动频度和草场利用强度加大，使草场不同程度退化，甚至进入整体退化趋势[2-5]。草原休牧、禁牧是针对牧区生态环境恶化而采取的放缓局部放牧压力的重要措施。根据前人研究[6]，该措施成本投入低，见效快，生态安全保障性强，不仅能够有效地减缓草畜矛盾，更能改善植物生存环境，让草地能够更好地为畜牧业服务，发挥其应有的功能[7-11]。但放牧作为牧民主要的生产方式及收入来源，大范围内长期进行休牧及禁牧政策均不现实，因此本文通过对比研究短期休牧及放牧草场土壤蔗糖酶活性、土壤有机质及pH等土壤因子，探索草场资源合理利用方法，为牧业地区的生态环境及社会经济的协调持续发展提供理论依据和科学参考。

1 材料与方法

1.1 研究区域自然概况

研究区位于内蒙古锡林郭勒盟阿巴嘎旗北部（N44°35′～44°57′，E113°55′～114°15′），地处锡林郭勒波状高平原中北部，地形以低山高平原岗洼地为主，地势较平坦，海拔1241～1483m。气候属温带大陆性气候，年平均温度0.5℃，最大温差超过50℃;年平均降水量220～230mm，降水集中在5—8月。土壤以淡栗钙土为主，兼有栗钙土、棕栗钙土等。该区域3000a来一直是游牧放牧，在1996年开始实施草畜双承包制度后，草原分割为以牧户为单位的小草场，克氏针茅（Stipa krylovii）和羊草（Leymus chinensis）为建群种的草原群落类型。

1.2 试验设计与样品采集

于2018年8月，在阿巴嘎旗典型草原进行野外考查和入户调查的基础上，在一家定居牧户隔年冬季草场（休牧1a）和常用冬季草场中，从定居点为中心向外设置样带，并在样带上每隔200～400m设置1个样点，共设3个样点，用GPS进行精确定位并记录植被、土壤情况。挖掘长×宽×深为40cm×20cm×30cm的土壤剖面，铲去表面草皮，自地表向下采集0～10cm，10～20cm，20～30cm土层深度的样品，将同一土层的土壤样品混均，分2袋装回实验室，1袋于4℃保存，用于土壤酶活性实验;另1袋则风干后过筛用于土壤有机质及pH实验，样品供采集36个。

1.3 样品分析方法

土壤蔗糖酶活性的测定参考了前人的研究[12，13]，采用了DNS比色法，蔗糖酶试剂盒（编号：G0302F）购自苏州格蕾丝生物科技有限公司（中国苏州）。此外，土壤有机质测定采用重铬酸钾氧化法[14]，pH值采用酸度计测定[14]测定。

1.4 数据分析

试验数据用Excel 2010软件进行整理及计算，并利用SPSS 19.0软件对土壤指标进行单因素方差分析，对草场利用方式和土壤深度及其交互作用进行2因素方差分析，用LSD进行多重比较。相关性分析采用Pearsons相关分析方法。

2 结果与讨论

2.1 草场利用方式和土壤深度对土壤因子影响的3因素分析  由表1可以看出，草场利用方式对土壤蔗糖酶活性和有机质有显著影响，对土壤pH则无影响，且对蔗糖酶活性的影响（44.146）>土壤有机质的影响（6.169），可能表明土壤酶活性对环境变化的响应更为显著，更为敏感。此外还可知，土壤pH主要受土层深度的影响，而3个土壤因子均不受草地利用方式和土层深度交互作用的影响。

2.2 2个草场的土壤因子变化分析

2.2.1 土壤蔗糖酶活性

对2个草场的土壤因子分析发现，常用冬季草场3个土层蔗糖酶活性（图1）均显著高于短期休牧草场，表明放牧有利于土壤蔗糖酶的活性增加，这可能是由于2个草场牲畜的粪便量不同，对微生物的刺激产生差异所致。根据何奕忻、Williams[15，16]的研究，牲畜糞便对土壤微生物的贡献主要受粪便与土壤的混合程度、粪便的分解速率影响，虽有滞后性，但在长期尺度上对土壤微生物影响显著，表明牲畜的粪便对土壤也有着不可忽视的作用。罗冬[17]等人以荒漠草原为研究区，分析了围封和放牧2种处理草场土壤蔗糖酶活性的变化，也得出了相似的结论。随土层深度的增加，隔年冬季及常用冬季草场均无显著变化。

2.2.2 土壤有机质

土壤有机质主要来源于地面植被残体和根系[18]，此外土壤微生物、动物对其含量也有一定的贡献。杨合龙等[19]在伊犁绢蒿荒漠草地进行土壤养分变化研究发现，土壤有机质随封育年限的增加呈先降低后增加的趋势;程杰等[20]以云雾山为研究区分析封育23a的天然草地土壤养分变化得知，封育可以显著提高土壤有机质。本研究中（图1），短期休牧冬季草场土壤有机质含量略高于常用冬季草场，但差异不显著（P>0.05）。这可能是因为有机质本身变化比较缓慢，难以及时反映土壤受干扰时的各种动态，加之休牧年限仅1a，未能体现预期效果。土壤层垂直方向上，随土层的加深2个草场均表现出了显著降低的趋势（P<0.05），这可能是典型草原植物根系主要集中于表层[21]，有机质来源多导致。

2.2.3 土壤pH

土壤pH作为土壤性质一个很重要的指标，不仅对土壤养分的利用及其有效性产生一定影响[22]，还影响土壤微生物，从而限制土壤中生化反应的速度[23，24]，对土壤质量产生间接的影响。本研究中（图1），2个草场土壤pH无显著差异，表明短期的休牧并不能改善草原土壤酸碱度。在土壤层垂直方向上，2个草场中均随土层深度的增加而增加，这与多数人的研究结果一致[25]。

由上述分析可知，在放牧草场进行短期休牧情况下，只有土壤蔗糖酶活性发生了显著变化，而土壤有机质和pH等土壤化学性质均无显著差异，这一点说明土壤酶活性对土壤变化及外界影响更为敏感，而土壤有机质和pH等可能存在滞后特征，无法及时反应土壤质量变化，因此在土地利用方式的短期变化研究中应多采用土壤微生物指标。从本研究结果来看，休牧1a的隔年冬季草场对土壤环境的改善作用不大，未能显著改变土壤有机质等养分，反而降低了土壤蔗糖酶活性，但这一结果后续还需进行更多土壤微生物方面的研究来验证。

2.3 不同土壤因子间关系

相关性分析表明（表2），土壤蔗糖酶和土壤有机质呈显著的正相关关系，与土壤pH呈显著负相关，表明土壤蔗糖酶活性与有机质相互促进，协同变化，而土壤pH主要起抑制土壤蔗糖酶酶活性的作用。

3 结论

2个草场土壤因子特征略有差异，具体表现为土壤蔗糖酶活性在常用冬季草场中显著高于短期休牧冬季草场，土壤有机质则在短期休牧草场中略高于常用冬季草场，但差异不显著，pH值在2个草场中无显著差异。

在土壤层垂直方向上，2個草场土壤蔗糖酶活性均无显著差异，土壤有机质含量随土层深度的加深而显著降低，pH则显著增加。

土壤蔗糖酶活性与有机质呈显著正相关，表明相互促进，协同发展。而与pH呈显著负相关，表明相互抑制。

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（责任编辑 周康）