全 文 ：书犇犗犐：１０．１１６８６／犮狔狓犫２０１５１５４ 犺狋狋狆：／／犮狔狓犫．犾狕狌．犲犱狌．犮狀
刘晓东，尹国丽，武均，陈建纲，马隆喜，师尚礼．青藏高原东部高寒草甸草地土壤物理性状对氮元素添加的响应．草业学报，２０１５，２４（１０）：１２２１．
ＬＩＵＸｉａｏＤｏｎｇ，ＹＩＮＧｕｏＬｉ，ＷＵＪｕｎ，ＣＨＥＮＪｉａｎＧａｎｇ，ＭＡＬｏｎｇＸｉ，ＳＨＩＳｈａｎｇＬｉ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｄｄｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｏｉｌ
ｉｎａｎａｌｐｉｎｅｍｅａｄｏｗｏｎｔｈｅｅａｓｔｅｒｎＱｉｎｇｈａｉ－ＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕ．ＡｃｔａＰｒａｔａｃｕｌｔｕｒａｅＳｉｎｉｃａ，２０１５，２４（１０）：１２２１．
青藏高原东部高寒草甸草地土壤物理
性状对氮元素添加的响应
刘晓东１，２，３，尹国丽１，２，武均４，陈建纲１，２，马隆喜５，师尚礼１，２
（１．甘肃农业大学草业学院，甘肃 兰州７３００７０；２．草业生态系统教育部重点实验室，中－美草地畜牧业可持续研究中心，甘肃 兰州７３００７０；
３．甘肃省天水市畜牧技术推广站，甘肃 天水７４１０００；４．甘肃农业大学资环学院，甘肃 兰州７３００７０；５．夏河县草原站，甘肃 夏河７４７１００）
摘要：依托设置于青藏高原东部夏河县桑科草原的天然草地刈割型草场培育定位试验，探讨不同氮元素添加量对
高寒草甸草地土壤物理性状的影响。本试验共设４个处理，分别为对照（ＣＫ，０ｋｇＮ／ｈｍ２）、低氮（ＬＮ，５０ｋｇ
Ｎ／ｈｍ２）、中氮（ＭＮ，１００ｋｇＮ／ｈｍ２）、高氮（ＨＮ，１５０ｋｇＮ／ｈｍ２）。通过对高寒草甸草地土壤容重、孔隙度、紧实度、
土壤团聚体等物理性状进行测定与分析，结果表明，ＭＮ与 ＨＮ处理可显著降低０～１０ｃｍ土壤容重与土壤紧实
度、增加土壤总孔隙度、非毛管孔隙度与最大持水量。２０～３０ｃｍ土层中ＬＮ、ＭＮ、ＨＮ处理均可显著增加土壤容
重、土壤紧实度，降低土壤总孔隙度、最大持水量。对土壤团聚体的影响，与ＣＫ处理相比 ＭＮ、ＨＮ处理可显著提
高各土层≥０．２５ｍｍ机械稳定性土壤团聚体含量、提升土壤团聚体平均重量直径（ＭＷＤ）；较之ＣＫ处理，ＬＮ、ＭＮ
处理可显著提升各土层≥０．２５ｍｍ水稳性团聚体含量，同时不同氮元素添加处理均可显著提升水稳性团聚体和
ＭＷＤ，表明氮元素添加对该区土壤侵蚀性有较好的抑制作用，进而减少水土和养分的流失。对地上和地下生物量
的影响，ＭＮ、ＨＮ处理能显著提升草地地上生物量；ＭＮ处理显著增加了地下生物量、ＨＮ处理显著降低了地下生
物量；ＬＮ处理对地上与地下生物量的影响不显著。通过试验得出结论 ＭＮ处理对土壤物理性状的改善效果较好，
该处理改善了土壤容重、孔隙度及土壤紧实度，提高了土壤干筛≥０．２５ｍｍ机械稳定性团聚体与湿筛≥０．２５ｍｍ
水稳性团聚体含量及其稳定性（ＭＷＤ），增加了草地地上生物量和地下生物量。
关键词：高寒草甸；氮元素添加；土壤物理性状；土壤团聚体；土壤团聚体稳定性　　
犈犳犳犲犮狋狊狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀犪犱犱犻狋犻狅狀狅狀狋犺犲狆犺狔狊犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳狊狅犻犾犻狀犪狀犪犾狆犻狀犲犿犲犪犱狅狑狅狀
狋犺犲犲犪狊狋犲狉狀犙犻狀犵犺犪犻－犜犻犫犲狋犪狀犘犾犪狋犲犪狌
ＬＩＵＸｉａｏＤｏｎｇ１，２，３，ＹＩＮＧｕｏＬｉ１，２，ＷＵＪｕｎ４，ＣＨＥＮＪｉａｎＧａｎｇ１，２，ＭＡＬｏｎｇＸｉ５，ＳＨＩＳｈａｎｇＬｉ１，２
１．犆狅犾犾犲犵犲狅犳犌狉犪狊狊犾犪狀犱犛犮犻犲狀犮犲，犌犪狀狊狌犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犔犪狀狕犺狅狌７３００７０，犆犺犻狀犪；２．犓犲狔犈犮狅狊狔狊狋犲犿犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳狋犺犲
犕犻狀犻狊狋狉狔狅犳犈犱狌犮犪狋犻狅狀，犘狉犪狋犪犮狌犾狋狌狉犪犾犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犌犪狀狊狌犘狉狅狏犻狀犮犲，犛犻狀狅犝犛犆犲狀狋犲狉犳狅狉犌狉犪狕犻狀犵犾犪狀犱犈犮狅狊狔狊狋犲犿
犛狌狊狋犪犻狀犪犫犻犾犻狋狔，犔犪狀狕犺狅狌７３００７０，犆犺犻狀犪；３．犜犻犪狀狊犺狌犻犃狀犻犿犪犾犎狌狊犫犪狀犱狉狔犜犲犮犺狀犻狇狌犲犈狓狋犲狀狊犻狅狀犛狋犪狋犻狅狀，犜犻犪狀狊犺狌犻７４１０００，犆犺犻狀犪；４．
犆狅犾犾犲犵犲狅犳犚犲狊狅狌狉犮犲狊犪狀犱犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犛犮犻犲狀犮犲狊，犌犪狀狊狌犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犔犪狀狕犺狅狌７３００７０，犆犺犻狀犪；５．犌狉犪狊狊犾犪狀犱狊狋犪狋犻狅狀，
犡犻犪犺犲犮狅狌狀狋狔，犡犻犪犺犲７４７１００，犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａ３ｙｅａｒｓｔｕｄｙｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｆｒｏｍ２０１２ｔｏ２０１４ｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎ（Ｎ）ａｄｄｉｔｉｏｎｏｎ
ｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｏｉｌｉｎａｎａｌｐｉｎｅｍｅａｄｏｗｉｎＸｉａｈｅＣｏｕｎｔｙｏｎｔｈｅｅａｓｔｅｒｎＱｉｎｇｈａｉ－ＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕ．
第２４卷　第１０期
Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．１０
草　业　学　报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ
２０１５年１０月
Ｏｃｔ，２０１５
收稿日期：２０１５０３１８；改回日期：２０１５０４３０
基金项目：国家公益性行业（农业）科研专项《青藏高原社区畜牧业》课题２０１２０３０１０资助。
作者简介：刘晓东（１９８３），男，甘肃天水人，中级畜牧师，在读博士。Ｅｍａｉｌ：ｌｉｕｘｉａｏｄｏｎｇｃｏｍ＠１６３．ｃｏｍ
通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅｍａｉｌ：ｓｈｉｓｈｌ＠ｇｓａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
Ｔｈｅｆｏｕｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｗｅｒｅａｓｆｏｌｏｗｓ：ＣＫ（ｃｏｎｔｒｏｌ，ｎｏＮａｄｄｉｔｉｏｎ），ＬＮ（ｌｏｗＮ，５０ｋｇＮ／ｈａ），ＭＮ（ｍｅｄｉｕｍ
Ｎ，１００ｋｇＮ／ｈａ），ａｎｄＨＮ（ｈｉｇｈＮ，１５０ｋｇＮ／ｈａ）．ＥａｃｈＮａｄｄｉｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔｈａｄｔｈｒｅｅｒｅｐｌｉｃａｔｅｓｏｆ５４ｍ２（６
ｍ×９ｍ），ｗｉｔｈａ１．５ｍｉｓｏｌａｔｉｏｎｂａｎｄｂｅｔｗｅｅｎａｄｊａｃｅｎｔｐｌｏｔｓ．Ａｎａｌｙｓｅｓｏｆｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙ，ｓｏｉｌｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｓｏｉｌ
ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ，ａｎｄｓｏｉｌａｇｇｒｅｇａｔｅｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＭＮａｎｄＨＮｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｒｅｄｕｃｅｄｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｓｏｉｌｃｏｍｐａｃ
ｔｉｏｎ，ｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｏｉｌｐｏｒｏｓｉｔｙａｎｄｎｏｎｃａｐｉｌａｒｙｐｏｒｏｓｉｔｙ，ａｎｄｍａｘｉｍｉｚｅｄｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｉｎｔｈｅ０－１０ｃｍ
ｓｏｉｌｌａｙｅｒ．Ｉｎｔｈｅ２０－３０ｃｍｓｏｉｌｌａｙｅｒ，ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＣＫ，ａｌＮａｄｄｉｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｓｈｏｗｅｄｈｉｇｈｅｒｓｏｉｌｂｕｌｋ
ｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｓｏｉｌｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ，ｒｅｄｕｃｅｄｓｏｉｌｐｏｒｏｓｉｔｙ，ａｎｄｍａｘｉｍｉｚｅｄｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ．Ｉｎｔｅｒｍｓｏｆｔｈｅ
ｅｆｆｅｃｔｏｆＮａｄｄｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｏｉｌａｇｇｒｅｇａｔｅｓｉｎｔｈｅ０－３０ｃｍｓｏｉｌｌａｙｅｒ，ｔｈｅＬＮ，ＭＮ，ａｎｄＨＮｔｒｅａｔ
ｍｅｎｔｓｄｒａｍａｔｉｃａｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｈｅｍａｃｒｏａｇｇｒｅｇａｔｅｃｏｎｔｅｎｔ（≥０．２５ｍｍ）ａｎｄＭＷＤ（ｍｅａｎｗｅｉｇｈｔｄｉａｍｅｔｅｒ），
ｗｉｔｈｔｈｅＭＮｔｒｅａｔｍｅｎｔｈａｖｉｎｇｔｈｅｓｔｒｏｎｇｅｓｔｅｆｆｅｃｔ．ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＣＫ，ＬＮａｎｄＭＮｄｒａｍａｔｉｃａｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅ
ｗａｔｅｒｓｔａｂｌｅａｇｇｒｅｇａｔｅｃｏｎｔｅｎｔ．ＡｌｏｆｔｈｅＮａｄｄｉｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｐｒｏｍｏｔｅｄｓｏｉｌａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎａｎｄｉｎ
ｃｒｅａｓｅｄｔｈｅＭＷＤｏｆａｇｇｒｅｇａｔｅｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔＮａｄｄｉｔｉｏｎｃｏｕｌｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｐｒｅｖｅｎｔｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎ，
ａｎｄｈｅｎｃｅ，ｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｌｏｓｓｏｆｗａｔｅｒａｎｄｓｏｉｌｎｕｔｒｉｅｎｔｓ．ＴｈｅＭＮａｎｄＨＮｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｈｅ
ａｂｏｖｅｇｒｏｕｎｄｂｉｏｍａｓｓｉｎｔｈｅｇｒａｓｓｌａｎｄ，ｗｈｉｌｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｂｉｏｍａｓｓｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｉｎｔｈｅＭＮｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄｄｅ
ｃｒｅａｓｅｄｉｎｔｈｅＨＮｔｒｅａｔｍｅｎｔ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｉｓｓｔｕｄｙｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅＭＮｔｒｅａｔｍｅｎｔｗａｓｔｈｅｍｏｓｔｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔｉｎｔｅｒｍｓｏｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇｓｏｉｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｉｓｔｒｅａｔｍｅｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙ，ｒｅｄｕｃｅｄｓｏｉｌｐｏｒｏｓｉ
ｔｙ，ａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｏｉｌｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ，ｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆ≥０．２５ｍｍｓｏｉｌａｇｇｒｅｇａｔｅｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｄａｇｇｒｅｇａｔｅ
ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｏｔｈｔｈｅａｂｏｖｅｇｒｏｕｎｄａｎｄｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｂｉｏｍａｓｓｏｆｐｌａｎｔｓｉｎｔｈｅｇｒａｓｓｌａｎｄ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ａｌｐｉｎｅｍｅａｄｏｗ；ｎｉｔｒｏｇｅｎａｄｄｉｔｉｏｎ；ｓｏｉｌｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｓｏｉｌａｇｇｒｅｇａｔｅｓ；ｓｏｉｌａｇｇｒｅｇａｔｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ
青藏高原是全球地理系统中最为独特的单元，该区域存在极端悬殊、对比强烈的气候和植被，同时也是全球
生态圈中的生态系统脆弱区、敏感区［１２］。在过去３０年，由于草地不合理利用导致青藏高原约有３７％高寒草甸
原植被发生退化［３］。草地退化的原因十分复杂，但从生态系统学理论的观点来看，其本质上是由于草地生态系统
中能量流动和物质循环失衡所致［４］。土壤养分随着畜产品及草产品的输出被过量地带出草地，在没有得到有效
添加的情况下，草地土壤供给养分的能力逐渐下降，而此对土壤理化性质有直接、深刻的影响［５］。
土壤物理性状影响着土壤水肥气热的协调性和土壤中养分、水分的运移，决定着土壤供给植被养分的能力，
而土壤团聚体作为土壤基本结构单元，其数量、稳定性常作为土壤稳定性的重要指标［６］。土壤团聚体的数量、大
小及分布对改善土壤环境具有重要作用，尤其对土壤养分固持、孔隙度、导水率及土壤持水能力的提升发挥着重
要的作用［７］。
草地营养元素添加是维持草地生态系统养分平衡的一种重要管理措施［８１１］，氮元素添加可提高土壤中的有
效氮含量，增加植物和土壤中有机碳的积累。氮元素的输入（自然氮沉降和人为氮添加）对受到氮限制的陆地生
态系统碳与氮循环过程必然产生相应的变化［１２１４］，同时氮元素输入提高了高寒草甸生态系统氮素的可利用性，进
而对土壤以及整个生态系统的碳循环过程产生影响。然而输入到生态系统中氮的最适宜量是多少，氮元素输入
对土壤物理性状造成怎样的影响。本文通过高寒草甸草地氮元素添加试验，研究了氮元素增加对土壤物理性质
的影响，旨在揭示土壤容重、土壤孔隙度、土壤持水量、土壤团聚体含量及其稳定性对氮元素添加的响应，为高寒
草甸的维护，草地生态系统的可持续发展和适应性管理提供科学依据。
１　材料与方法
１．１　研究区自然条件及概况
甘南藏族自治州夏河县地处青藏高原东缘，海拔３０００～３８００ｍ，草地以高寒草甸为主［７］。该地区属高原大
陆性气候，寒冷阴湿，植被生长期不足６个月，年均温４．２℃，最高气温２９．９℃、最低气温－２６．７℃，年均日照时数
３１第１０期 刘晓东　等：青藏高原东部高寒草甸草地土壤物理性状对氮元素添加的响应
２２９６．１ｈ，无霜期年均５６ｄ，年均降水量４３２．５ｍｍ，降水空间及年际间分布不平衡，主要集中在５－８月，年均蒸
发量１３３３．５ｍｍ，约为降雨量的３倍。地带性土壤为高山草甸土，呈暗棕色，土壤微碱性且发育年轻，土层浅薄
３０～４０ｃｍ。
１．２　样地选择
２０１２－２０１４年于夏河县桑科草原核心地带开展试验（３５°０５．６′Ｎ，１０２°２４．１′Ｅ），样地位于海拔３１９２ｍ，草
地类型为高寒草甸，轻度退化草地（根据ＧＢ１９３７７－２００３）。样地长期为冬春牧场，夏秋季休牧，休牧时期５～１１
月。样地植被类型为禾草类＋杂草类群系，禾草类主要以垂穗披碱草（犈犾狔犿狌狊狀狌狋犪狀狊）、赖草（犔犲狔犿狌狊狊犲犮犪犾犻
狀狌狊）、草地早熟禾（犘狅犪犪狀狀狌犪）、短花针茅（犛狋犻狆犪犫狉犲狏犻犳犾狅狉犪）等为主；杂草类中以冷蒿（犃狉狋犲犿犻狊犻犪犳狉犻犵犻犱犪）、球花
蒿（犃狉狋犲犿犻狊犻犪狊犿犻狋犺犻犻）、大籽蒿（犃狉狋犲犿犻狊犻犪狊犻犲狏犲狉狊犻犪狀犪）、多裂委陵菜（犘狅狋犲狀狋犻犾犾犪犿狌犾狋犻犳犻犱犪）等为主；辅以豆科类
与毒草类，豆科类为黄花棘豆（犗狓狔狋狉狅狆犻狊）、扁蓿豆（犕犲犾犻狊狊犻狋狌狊狉狌狋犺犲狀犻犮狌狊）、斜茎黄芪（犃狊狋狉犪犵犪犾狌狊犪犱狊狌狉犵犲狀），毒
草类为钝裂银莲花（犃犼狌犵犪狅狏犪犾犻犳狅犾犻犪）、小花草玉梅（犃狀犲犿狅狀犲狉犻狏狌犾犪狉犻狊）等。
１．３　试验设计
试验设置了低氮（ＬＮ，５０ｋｇＮ／ｈｍ２）、中氮（ＭＮ，１００ｋｇＮ／ｈｍ２）、高氮（ＨＮ，１５０ｋｇＮ／ｈｍ２）３个氮元素添
加水平，氮源为尿素（Ｎ，４６％），同时将不添加氮元素设为对照处理（ＣＫ，０ｋｇＮ／ｈｍ２）。试验设３次重复，小区面
积６ｍ×９ｍ，小区间隔离带宽１．５ｍ，随机区组排列，试验期间样地被围栏围封，具体处理见表１。连续３年
（２０１２－２０１４年）在草地返青期（由于年际之间气象因素的不确定性，导致每年草地返青日期不统一，但一般草地
返青在５月中下旬）将各处理氮元素添加总量的一半在雨前均匀地撒于小区内，剩余的氮元素在７月上旬雨前全
部施入草地。
表１　处理方法描述
犜犪犫犾犲１　犇犲狊犮狉犻狆狋犻狅狀狅犳狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊犻狀狋犺犲犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋
代码Ｃｏｄｅ处理Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ 氮元素添加方法 ＭｅｔｈｏｄｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆＮａｄｄｉｔｉｏｎ
ＣＫ 对照Ｃｏｎｔｒｏｌ 不添加氮元素。ＮｏＮａｄｄｉｔｉｏｎ．
ＬＮ 低氮
ＬｏｗＮ
每年草地返青期氮元素添加２５ｋｇ／ｈｍ２，７月上旬氮元素添加２５ｋｇ／ｈｍ２，均在雨前均匀撒于小区。Ａｎｎｕａｌｇｒａｓｓｌａｎｄｒｅ
ｔｕｒｎｉｎｇｇｒｅｅｎｓｔａｇｅＮａｄｄｅｄ２５ｋｇ／ｈａ，ｉｎｅａｒｌｙＪｕｌｙＮａｄｄｅｄ２５ｋｇ／ｈａ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｂｅｆｏｒｅｔｈｅｒａｉｎｅｖｅｎｌｙｓｐｒｅａｄｉｎｔｈｅｐｌｏｔ．
ＭＮ 中氮
ＭｅｄｉｕｍＮ
每年草地返青期氮元素添加５０ｋｇ／ｈｍ２，７月上旬氮元素添加５０ｋｇ／ｈｍ２，均在雨前均匀撒于小区。Ａｎｎｕａｌｇｒａｓｓｌａｎｄｒｅ
ｔｕｒｎｉｎｇｇｒｅｅｎｓｔａｇｅＮａｄｄｅｄ５０ｋｇ／ｈａ，ｉｎｅａｒｌｙＪｕｌｙＮａｄｄｅｄ５０ｋｇ／ｈａ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｂｅｆｏｒｅｔｈｅｒａｉｎｅｖｅｎｌｙｓｐｒｅａｄｉｎｔｈｅｐｌｏｔ．
ＨＮ 高氮
ＨｉｇｈＮ
每年草地返青期氮元素添加７５ｋｇ／ｈｍ２，７月上旬氮元素添加７５ｋｇ／ｈｍ２，均在雨前均匀撒于小区。Ａｎｎｕａｌｇｒａｓｓｌａｎｄｒｅ
ｔｕｒｎｉｎｇｇｒｅｅｎｓｔａｇｅＮａｄｄｅｄ７５ｋｇ／ｈａ，ｉｎｅａｒｌｙＪｕｌｙＮａｄｄｅｄ７５ｋｇ／ｈａ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｂｅｆｏｒｅｔｈｅｒａｉｎｅｖｅｎｌｙｓｐｒｅａｄｉｎｔｈｅｐｌｏｔ．
１．４　数据采集与测定方法
１．４．１　土壤物理指标的采集与测定　　于２０１４年８月１０日在每个小区内随机选取３个点挖土壤剖面，用环刀
法在每个样地内按照土层深度０～１０ｃｍ、１０～２０ｃｍ、２０～３０ｃｍ共计３层取样，每层３次重复，所采土样带回实
验室进行土壤容重、总孔隙度和毛管孔隙度的测定［１５］；同时在每个小区随机测定１０次土壤紧实度（采用美国
ＦｉｅｌｄｓｃｏｕｔＳＣ９００数显式土壤紧实度仪，压力分辨率为３５ｋＰａ，最大量程为０～４０ｃｍ，测压为０～７０００ｋＰａ）；土
壤团聚体采用干筛法和萨维诺夫法，参考ＶａｎＢａｖｅｌ［１６］和 Ｍａｚｕｒａｋ［１７］的计算方法。
利用平均重量直径（ＭＷＤ，ｍｍ）表征团聚体稳定性［１９］。
犕犠犇＝
∑
狀
犻＝１
（珚犚犻狑犻）
∑
狀
犻＝１
狑犻
（１）
式中，犚犻是某级别团聚体平均直径（ｍｍ），狑犻是该级别团聚体干重（ｇ）。
土壤最大持水量、土壤毛管持水量和毛管持水量的计算公式为［２０］：
４１ 草　业　学　报 第２４卷
犠＝１００００×犘×犺 （２）
式中，犠 为土壤持水量（ｔ／ｈｍ２）；犘为土壤孔隙度（％）；犺为土层厚度（ｍ）。
１．４．２　地上与地下生物量采集与测定　　 于２０１４年８月１０日在每个试验小区随机设置３个０．５ｍ×０．５ｍ
样方，剪取整个地上部分生物量，在８０℃条件下烘至恒重并称量。同时在每个已经剪取生物量的样方内，用根钻
（ｄ＝８ｃｍ）随机在样方内取１０钻，每钻深度４０ｃｍ，将其带回实验室置于０１５目纱网中用水冲洗净泥沙后在６５℃
条件下烘干至恒重并称量［１８］。
１．５　数据处理
采用Ｅｘｃｅｌ２０１３进行数据预处理和图表绘制，并采用 Ｇｅｎｓｔａｔ１６ｔｈ软件进行单因素方差分析（ｏｎｅｗａｙ
ＡＮＯＶＡ）和最小显著极差法（ＬＳＲ法）进行多重比较。
２　结果与分析
２．１　土壤容重和土壤总孔隙度变化
从表２可知，由于土壤受氮元素添加的影响，土壤容量变幅为１．０３ｇ／ｍ３（ＭＮ）～１．２６ｇ／ｍ３（ＨＮ），增加了
１８．２５％；土壤总孔隙度变幅为５１．３５％（ＨＮ）～６１．０６％（ＣＫ），增加了１５．９０％；毛管孔隙度变幅为４６．６５％
（ＨＮ）～５４．３１％（ＭＮ），增加了１４．１１％；非毛管孔隙度最小为４．５８％（ＬＮ）变化到６．８８％（ＨＮ），增加了
３３．４３％。
在０～１０ｃｍ土层中，ＣＫ、ＬＮ处理土壤容重显著高于 ＭＮ、ＨＮ处理（犘＜０．０５），ＣＫ、ＬＮ处理分别比 ＭＮ、
ＨＮ处理高了２．８３％，１．８９％和３．７４％，２．８０％；土壤总孔隙度显著性与土壤容重反之，其中 ＭＮ处理土壤总孔
隙度最高为６１．０６％；土壤毛管孔隙度各处理间无显著差异；非毛管孔隙度ＣＫ、ＬＮ处理显著低于 ＭＮ、ＨＮ处
理。１０～２０ｃｍ土层中，ＨＮ处理土壤容重显著高于ＣＫ处理，ＬＮ、ＭＮ处理与ＣＫ、ＨＮ处理间土壤容重无显著
差异；在土壤总孔隙度中ＣＫ处理总孔隙度显著高于 ＨＮ处理，与ＬＮ、ＭＮ处理间无显著差异；ＣＫ处理非毛管
孔隙度显著小于氮元素添加处理。在２０～３０ｃｍ土层中，土壤容重呈现出与０～１０ｃｍ土层相反的趋势，ＭＮ、
ＨＮ处理土壤容重显著高于ＬＮ 处理，ＬＮ处理显著高于ＣＫ处理，ＬＮ、ＭＮ和 ＨＮ处理分别比ＣＫ 处理高
０．８２％，３．２０％，３．９７％；土壤总孔隙度中ＣＫ处理显著高于ＬＮ处理，ＬＮ处理显著高于 ＭＮ、ＨＮ处理；土壤毛
管孔隙度中ＣＫ处理显著高于氮元素添加处理，ＬＮ显著高于 ＭＮ、ＨＮ处理；各处理间非毛管孔隙度无显著性。
表２　不同氮元素添加量处理对土壤容重和孔隙度的影响
犜犪犫犾犲２　犜犺犲狊狅犻犾犱犲狀狊犻狋狔犪狀犱狆狅狉狅狊犻狋狔狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犾犲狏犲犾狊狀犻狋狉狅犵犲狀狊狌狆狆犾犲犿犲狀狋
土层
Ｓｏｉｌｌａｙｅｒ（ｃｍ）
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
容重
Ｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙ（ｇ／ｍ３）
总孔隙度
Ｓｏｉｌｐｏｒｏｓｉｔｙ（％）
毛管孔隙度
Ｃａｐｉｌａｒｙｐｏｒｏｓｉｔｙ（％）
非毛管孔隙度
Ｎｏｎｃａｐｉｌａｒｙｐｏｒｏｓｉｔｙ（％）
０～１０ ＣＫ １．０６±０．０１ａ ６０．１２±５．３０ｂ ５３．９９±３．７１ａ ６．１３±１．９７ｂ
ＬＮ １．０７±０．０２ａ ５９．５８±４．９６ｂ ５３．３３±２．１８ａ ６．２５±１．７９ｂ
ＭＮ １．０３±０．０１ｂ ６１．０６±５．２０ａ ５４．３１±１．２５ａ ６．７６±２．４１ａ
ＨＮ １．０４±０．０２ｂ ６０．９６±２．９９ａ ５４．０８±３．２３ａ ６．８８±２．２３ａ
１０～２０ ＣＫ １．１４±０．０１ｂ ５６．９０±５．４５ａ ５１．７７±１．０１ａ ５．１４±３．４１ｂ
ＬＮ １．１５±０．０３ａｂ ５６．６７±３．７７ａｂ ５１．０１±２．７３ａｂ ５．６６±２．０５ａ
ＭＮ １．１６±０．０１ａｂ ５６．４０±３．３５ａｂ ５０．４２±３．６５ａｂ ５．９８±２．４８ａ
ＨＮ １．１７±０．０１ａ ５５．７４±２．９０ｂ ５０．１８±１．１０ｂ ５．５６±０．７５ａ
２０～３０ ＣＫ １．２１±０．０１ｃ ５５．３７±５．０１ａ ５０．６０±３．５４ａ ４．７７±２．１０ａ
ＬＮ １．２２±０．０２ｂ ５３．８６±２．０４ｂ ４９．２８±０．６３ａ ４．５８±２．１７ａ
ＭＮ １．２５±０．０１ａ ５１．８８±２．４５ｃ ４６．９７±４．３４ａｂ ４．９１±２．６８ａ
ＨＮ １．２６±０．０１ａ ５１．３５±２．７２ｃ ４６．６５±２．５９ｂ ４．７０±１．７７ａ
　注：表中同列不同小写字母表示统计检验不同处理间犘＜０．０５水平差异显著，下同。
　Ｎｏｔｅ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｗｅｒｃａｓｅｌｅｔｔｅｒｓｓｔａｎｄｆｏｒｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｍｏｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｒｅａｔｍｅｎｔａｔ犘＜０．０５ｌｅｖｅｌ，ｔｈｅｓａｍｅｂｅｌｏｗ．
５１第１０期 刘晓东　等：青藏高原东部高寒草甸草地土壤物理性状对氮元素添加的响应
２．２　土壤持水能力的变化
表３可以看出，在土壤剖面垂直结构上最大持水量、毛管持水量和非毛管持水量均随土层深度增加而不断减
小。在不同氮元素添加处理下，土壤最大持水量中，ＭＮ处理最大，为６１０．６１ｔ／ｈｍ２、ＨＮ处理最低，为５１３．４７
ｔ／ｈｍ２；毛管持水量中 ＭＮ处理最大，为５４３．０５ｔ／ｈｍ２、ＨＮ处理最低，为４６６．４５ｔ／ｈｍ２；非毛管持水量的变化范
围在４５．８０～６８．７６ｔ／ｈｍ２ 之间。
在０～１０ｃｍ土层中，在最大持水量和非毛管吃水量中 ＭＮ、ＨＮ处理均显著高于ＬＮ、ＣＫ处理，各处理毛管
持水量间无差异性；在１０～２０ｃｍ土层中，较之ＣＫ处理，氮元素添加处理均减小了最大持水量和毛管持水量，但
非毛管持水量中反之，ＣＫ处理非毛管持水量最小；在２０～３０ｃｍ土层中，氮元素添加处理也减小了最大持水量
和毛管持水量，但各处理间非毛管持水量无显著差异。
表３　不同氮元素添加量处理对土壤持水能力的影响
犜犪犫犾犲３　犜犺犲狊狅犻犾犿狅犻狊狋狌狉犲狉犲狋犲狀狋犻狅狀狆狅狑犲狉狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犾犲狏犲犾狊狀犻狋狉狅犵犲狀狊狌狆狆犾犲犿犲狀狋
土层
Ｓｏｉｌｌａｙｅｒ（ｃｍ）
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
最大持水量
Ｍａｘｉｍｕｍｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇ
ｃａｐａｃｉｔｙ（ｔ／ｈｍ２）
毛管持水量
Ｃａｐｉｌａｒｙｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇ
ｃａｐａｃｉｔｙ（ｔ／ｈｍ２）
非毛管持水量
Ｎｏｎｃａｐｉｌａｒｙｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇ
ｃａｐａｃｉｔｙ（ｔ／ｈｍ２）
０～１０ ＣＫ ６０１．１６±１０．５１ｂ ５３９．８８±６．２４ａ ６１．２９±３．６１ｂ
ＬＮ ５９５．８１±７．５７ｂ ５３３．３２±４．９４ａ ６２．４９±２．１２ｂ
ＭＮ ６１０．６１±５．２２ａ ５４３．０５±５．４６ａ ６７．５６±１．２１ａ
ＨＮ ６０９．５５±７．１１ａ ５４０．８０±４．３１ａ ６８．７６±３．１３ａ
１０～２０ ＣＫ ５６９．０４±５．２３ａ ５１７．６６±４．４６ａ ５１．３８±０．９８ｃ
ＬＮ ５６６．７２±１１．２５ａｂ ５１０．１０±３．５１ａｂ ５６．６２±４．６５ａｂ
ＭＮ ５６４．０２±７．５２ａｂ ５０４．２０±４．８３ｂ ５９．８３±３．５４ａ
ＨＮ ５５７．４３±６．０１ｂ ５０１．８４±２．７７ｂ ５５．５８±１．０６ｂ
２０～３０ ＣＫ ５５３．７０±４．２７ａ ５０６．０３±５．９２ａ ４７．６７±３．４３ａ
ＬＮ ５３８．６０±６．３３ｂ ４９２．８０±３．８５ａ ４５．８０±５．６１ａ
ＭＮ ５１８．８４±７．３９ｃ ４６９．７１±４．７１ｂ ４９．１３±４．２１ａ
ＨＮ ５１３．４７±８．６６ｃ ４６６．４５±３．６７ｂ ４７．０２±２．５１ａ
２．３　土壤紧实度
图１　不同氮元素添加处理紧实度变化
犉犻犵．１　犞犪狉犻犪狋犻狅狀狅犳狊狅犻犾犮狅犿狆犪犮狋犻狅狀狌狀犱犲狉
犱犻犳犳犲狉犲狀狋犾犲狏犲犾狊狀犻狋狉狅犵犲狀狊狌狆狆犾犲犿犲狀狋
　
土壤紧实度又叫土壤硬度或土壤坚实度，是土壤
重要的物理性状［５］。由图１可知，土壤紧实度整体呈
现出随土层加深而紧实度增加的趋势。较之ＣＫ处
理，氮元素添加处理对土壤紧实度产生了影响，尤其明
显改变了０～２０ｃｍ 土层的紧实度。地表（０～２．５
ｃｍ）紧实度ＬＮ＞ＣＫ＞ＨＮ＞ＭＮ，变化范围在２６５．３８
～４０９．８６ｋＰａ。在２．５ｃｍ后各处理紧实度出现分化，
这种分化在２．５～２０．０ｃｍ土层内呈相反的两种趋势。
ＣＫ与ＬＮ处理表现相似，在２．５ｃｍ之后土壤紧实度
继续增加，两者均在７．５ｃｍ处出现减小的拐点，然后
在１５ｃｍ处土壤紧实度又开始增加，呈反Ｓ型，但在整
个过程中土壤紧实度ＬＮ＞ＣＫ处理。ＭＮ与 ＨＮ处
理相似，在２．５ｃｍ处两者土壤坚实度持续减小，在１０
６１ 草　业　学　报 第２４卷
ｃｍ处出现土壤紧实度增大的拐点并持续增大，整个过程中土壤紧实度 ＨＮ＜ＭＮ，０～２０ｃｍ各处理平均紧实度
排序为ＬＮ＞ＭＮ＞ＣＫ＞ＨＮ，其值分别为６５５．２１，５９３．５３，５８０．６２，５３４．１７ｋＰａ。２０～４０ｃｍ，各处理土壤紧实度
均持续增大，ＨＮ处理增加的最剧烈，各处理平均紧实度大小排序为ＨＮ＞ＭＮ＞ＬＮ＞ＣＫ，其值分别为１００５．８０，
９８１．０２，９２７．８４，８９８．２４ｋＰａ。
２．４　土壤团聚体
２．４．１　土壤团聚体数量　　土壤团聚体包括机械稳定性团聚体和水稳性团聚体。机械稳定性团聚体能够反映
土壤抗机械损伤的能力，水稳性团聚体能够反映土壤抗水蚀的能力［２１］。通常将≥０．２５ｍｍ的团聚体称为大团聚
体，大团聚体含量越高，表明土壤结构越稳定。
图２可知，在干筛法处理下，土壤中≥０．２５ｍｍ机械稳定性团聚体含量随着土层加深变化虽无明显规律，但
氮元素添加处理中≥０．２５ｍｍ机械稳定性团聚体含量均大于ＣＫ处理。在０～１０ｃｍ，各处理≥０．２５ｍｍ机械稳
定性团聚体含量的大小顺序为 ＭＮ＞ＬＮ＞ＨＮ＞ＣＫ；在１０～２０ｃｍ和２０～３０ｃｍ土层中，各处理≥０．２５ｍｍ机
械稳定性团聚体含量的大小顺序均为 ＨＮ＞ＭＮ＞ＬＮ＞ＣＫ。在湿筛法处理下，各处理土壤≥０．２５ｍｍ水稳性
团聚体含量均随土层的加深呈现减小的趋势，同时氮元素添加处理≥０．２５ｍｍ水稳性团聚体含量依然均大于
ＣＫ处理。０～１０ｃｍ土层，各处理≥０．２５ｍｍ水稳性团聚体含量的大小依次为 ＭＮ＞ＨＮ＞ＬＮ＞ＣＫ，与ＣＫ处
理相比ＬＮ、ＭＮ、ＨＮ处理中≥０．２５ｍｍ水稳性团聚体含量分别提升了８．４７％，１３．１４％，１０．４６％；１０～２０ｃｍ，
各处理≥０．２５ｍｍ水稳性团聚体含量的大小依次为 ＭＮ＞ＨＮ＞ＬＮ＞ＣＫ，与ＣＫ处理相比ＬＮ、ＭＮ、ＨＮ处理
≥０．２５ｍｍ水稳性团聚体含量分别提升了１７．０６％，２４．７３％，１９．０７％。２０～３０ｃｍ各处理≥０．２５ｍｍ水稳性团
聚体含量的大小依次为：ＬＮ＞ＭＮ＞ＨＮ＞ＣＫ，与ＣＫ处理相比ＬＮ、ＭＮ、ＨＮ处理≥０．２５ｍｍ水稳性团聚体含
量分别增加了１６．９３％，８．１６％，５．０２％。
２．４．２　土壤团聚体稳定性　　土壤团聚体稳定性平均重量直径（ＭＷＤ）是评价土壤结构的重要评价指标，平均
重量直径的增加说明土壤大团聚体（≥０．２５ｍｍ）的含量也在增加，有利于提高土壤蓄水保墒能力、增强地上植被
对营养的吸收能力［７］。
由图３可知，干筛下的 ＭＷＤ均高于湿筛，这是由于水分的浸泡致使大量非水稳性团聚体分解。在干筛下，
各处理 ＭＷＤ随土层深度变化无明显规律，但同土层各处理间存在显著性。０～１０ｃｍ土层，干筛 ＭＷＤ大小排
序ＬＮ＞ＭＮ＞ＨＮ＞ＣＫ，氮元素添加处理 ＭＷＤ与ＣＫ处理比较，分别是ＣＫ的１．２４，１．２１，１．１８倍；１０～２０ｃｍ
土层，各处理间均有显著性，其中 ＭＮ处理 ＭＷＤ最大、ＣＫ处理 ＭＷＤ最小，分别为３．３４，２．９８ｍｍ；２０～３０ｃｍ
土层，各处理 ＭＷＤ大小排序为ＬＮ＞ＭＮ＞ＨＮ＞ＣＫ，分别是ＣＫ的１．２６，１．２２，１．１７倍。在湿筛下，各处理
ＭＷＤ随土层加深逐渐减小，不同土层各处理间差异显著，氮元素添加处理 ＭＷＤ在不同土层中显著大于对照处
理（ＣＫ）。０～１０ｃｍ土层，各处理 ＭＷＤ大小排序为ＬＮ＞ＨＮ＞ＭＮ＞ＣＫ；１０～２０ｃｍ与２０～３０ｃｍ土层，各处
理 ＭＷＤ大小排序均为 ＭＮ＞＞ＨＮ＞ＬＮ＞ＣＫ。
图２　不同氮元素添加量处理的干、湿筛下≥０．２５犿犿
土壤团聚体含量
犉犻犵．２　犜犺犲犮狅狀狋犲狀狋狅犳≥０．２５犿犿狊狅犻犾犪犵犵狉犲犵犪狋犲狌狀犱犲狉
犱犻犳犳犲狉犲狀狋犾犲狏犲犾狊狀犻狋狉狅犵犲狀狊狌狆狆犾犲犿犲狀狋犫狔犱狉狔犪狀犱狑犲狋狊犻犲狏犻狀犵
图３　不同氮元素添加量下土壤团聚体平均
重量直径（犕犠犇）
犉犻犵．３　犜犺犲狊狅犻犾犪犵犵狉犲犵犪狋犲犕犠犇狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犾犲狏犲犾狊
狀犻狋狉狅犵犲狀狊狌狆狆犾犲犿犲狀狋犫狔犱狉狔犪狀犱狑犲狋狊犻犲狏犻狀犵
　不同小写字母表示统计检验不同处理间犘＜０．０５水平差异显著，下同。Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｗｅｒｃａｓｅｌｅｔｔｅｒｓｓｔａｎｄｆｏｒｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｍｏｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔａｔ犘＜０．０５ｌｅｖｅｌ，ｔｈｅｓａｍｅｂｅｌｏｗ．
７１第１０期 刘晓东　等：青藏高原东部高寒草甸草地土壤物理性状对氮元素添加的响应
２．５　地上生物量与地下生物量
图４　不同氮元素添加量处理地上及地下生物量
犉犻犵．４　犃犫狅狏犲犵狉狅狌狀犱犪狀犱狌狀犱犲狉犵狉狅狌狀犱犫犻狅犿犪狊狊
狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犾犲狏犲犾狊狀犻狋狉狅犵犲狀犪犱犱犻狋犻狅狀
　
由图４可知，草地地上生物量随着氮元素添加
量的增加而增加，ＣＫ处理最低，其地上生物量为
２３５．５９ｇ／ｍ２，ＬＮ、ＭＮ、ＨＮ处理地上生物量分别
比ＣＫ处理增加了７．８２％，３７．１５％，４７．０１％。各
处理草地地下生物量大小的排序为 ＭＮ＞ＬＮ＞
ＣＫ＞ＨＮ，ＭＮ处理地下生物量为１７６５．１２ｇ／ｍ２，
分别比 ＣＫ、ＬＮ、ＨＮ 处理高１４．００％，１１．４７％，
１８．５８％。
３　讨论
３．１　不同氮元素添加量对土壤物理性质的影响
由于高寒草甸土壤系统的复杂性、滞后性和弹
性［２２］，氮元素添加对土壤物理性质的影响不尽相同。通过连续３年试验后，各处理土壤容重均随土层的加深而
增加，土壤孔隙度则呈现出与容重相反的趋势，这与张仁陟［２３］的研究结果一致，但同层土壤各处理间土壤容重有
不同差异。草地地上植被与地下根系对氮素添加的不同反应是造成土壤容重变化的主要原因，这与朱德峰
等［２４］、黄细熹［２５］的研究结果相吻合。通过当年数据表明，０～１０ｃｍ土层中 ＭＮ和 ＨＮ处理根系重量占根系总
重的５８．２２％，６３．２９％，ＣＫ与ＬＮ处理根系重量占根系总重的４２．７７％，４６．８５％。氮元素添加使草地的地下根
系的水平与垂直分布发生变化，在 ＭＮ、ＨＮ处理下０～１０ｃｍ土层养分含量较高，植被根系的趋肥性［２６］使得该
层土壤中根系密集，良好的根部环境提高了微生物活性和数量、促进了有机质的积累，而路海东等［３３］、杨宁等［３４］
的研究也表明有机质的积累使得土壤容重减小，因此地下根系的密集程度是造成该层土壤容重变化的主要原因。
１０～２０ｃｍ土层中，ＣＫ、ＬＮ、ＭＮ、ＨＮ处理根量分别占根量总重的２８．２１％，２６．９９％，２２．３２％，２１．７９％，而土壤
容重大小排序为ＨＮ＞ＭＮ＞ＬＮ＞ＣＫ，根量的减少致使土壤容重增加，但由于根量的变幅较小，导致该层土壤容
重变幅亦小。２０～４０ｃｍ，ＣＫ、ＬＮ、ＭＮ、ＨＮ处理根系重分别占总重的２９．０２％，２６．１６％，１９．４６％，１４．９２％，
ＭＮ与 ＨＮ处理地下根量的减少致使土壤容重增加，土壤资源限制性从一定程度上调节根量的变化。相较ＣＫ
处理，由于其土壤资源的限制性导致根系的向下延伸以保证更多的营养吸收［２７］。土壤容重的变化引起总孔隙度
的改变，而且二者呈相反的趋势。
３．２　不同氮元素添加量对土壤持水能力的影响
土壤持水能力高低取决于在一定土壤厚度条件下土壤容重和孔隙的大小，土壤容重较小时土体疏松、孔隙度
大、土壤持水能力强，但土壤容重增大时土壤板结、孔隙度减小、土壤的储水空间也相应减小从而降低了土壤持水
能力，因此不同氮元素添加处理中土壤容重和孔隙度的变化直观地反映了氮元素添加对土壤持水能力强弱的影
响［２０］。在不同氮元素添加处理下 ＭＮ、ＨＮ处理显著改善了０～１０ｃｍ土层的最大持水量和非毛管持水量，但各
处理之间毛管持水量无显著差异。最大持水量受孔隙度的影响，其表现出与孔隙度一致的规律，植被根系对土壤
持水能力有明显影响。１０～３０ｃｍ土层中，由于地下生物量变化引起土壤容重改变导致土壤持水能力发生变化，
ＣＫ处理最大持水量、毛管持水量均为最大。
较之ＣＫ处理，０～１０ｃｍ和１０～２０ｃｍ土层中氮元素添加处理非毛管持水量均高于ＣＫ处理，２０～３０ｃｍ土
层中各处理间非毛管持水量无差异，说明氮素的添加一定程度上增加了非毛管孔隙度，进而增加了非毛管持水
量。
３．３　不同氮元素添加量对土壤团聚体及稳定性的影响
在氮元素添加处理下，≥０．２５ｍｍ机械稳定性团聚体与≥０．２５ｍｍ水稳性团聚体含量、干筛与湿筛 ＭＷＤ
均随土层的加深而减小，同时≥０．２５ｍｍ机械稳定性团聚体与≥０．２５ｍｍ水稳性团聚体含量及干筛、湿筛下
ＭＷＤ均高于ＣＫ处理，说明氮元素添加明显提高了≥０．２５ｍｍ机械稳定性团聚体与≥０．２５ｍｍ水稳性团聚体
８１ 草　业　学　报 第２４卷
的含量，也提升土壤团聚体的稳定性（ＭＷＤ），这与刘恩科等［２８］的研究结果一致。杨建国等［２９］的研究指出影响
≥０．２５ｍｍ团聚体的主要因素是全氮和有机质，在当年的实测数据中显示０～３０ｃｍ土层，ＣＫ处理的有机质含
量最高（４８．９０ｇ／ｋｇ），分别比ＬＮ、ＭＮ、ＨＮ处理高１．３２％，１．３９％，４．７７％，同时ＣＫ处理的全氮含量最低（３．２３
ｇ／ｋｇ），分别比ＬＮ、ＭＮ、ＨＮ处理低３．５５％，８．３４％，３．９４％。土壤中有机物质转化形成的腐殖质与土壤中物理
性粘粒结合，再同其他矿物质颗粒胶结成土壤团聚体，因此本研究中物理粘粒对土壤团聚体的形成有很大的影
响，从而可能使得氮元素含量的高低成了影响土壤机械稳定性和水稳性团聚体稳定性的主要因素。在有机质含
量相对稳定的情况下，全氮含量的影响对土壤团聚体形成的影响大于有机质［３０］。虽然氮元素的添加促进了有机
质的矿化速率，但根系微生物也促进着有机质的形成［３１］，ＬＮ处理由于氮元素添加量较少使得土壤有机质降低有
限；ＭＮ处理氮元素添加导致根的分布发生变化增加了根层的根量，同时促进了有机质的形成，但一定量的氮元
素添加依旧促进了有机质的矿化，但二者之间达到了动态的平衡；ＨＮ处理过高的氮元素添加成了有机质矿化的
加速剂，导致有机质显著下降［２７］。
土壤机械稳定性和水稳性团聚体≥０．２５ｍｍ团聚体含量的增加，提高了土壤稳定性（ＭＷＤ），但其并不随氮
元素添加量的增加而增加，说明土壤对氮元素添加量存在上限。从研究结果可以看出，ＬＮ处理由于氮元素添加
的量最小，对土壤理化性质改变有限；ＭＮ处理对土壤的机械稳定性和水稳性团聚体稳定性提升效果相对最好；
较之 ＭＮ处理，ＨＮ处理降低了土壤的机械稳定性和水稳性团聚体稳定性。总体来说，氮元素添加可提升机械
稳定性团聚体和水稳性团聚体含量及稳定性，这一现象说明适量的氮元素添加对该区土壤侵蚀性有较好的抑制
作用，进而减少土水和养分的流失。土壤团聚体的形成是一个非常复杂且受诸多因素影响的过程［３２］，因此氮素
添加对增加团聚体含量及其提升稳定性的因素还有待进一步研究。
３．４　不同氮元素添加量对地上及地下生物量的影响
氮元素添加显著提升了地上生物量，但ＬＮ处理相比 ＭＮ、ＨＮ处理提升幅度有限，说明高寒草甸地上植被
对氮元素添加的量存在一定的耐受范围，而５０ｋｇＮ／ｈｍ２ 的氮元素添加量没有达到使地上植被生物量产生质的
变化的范围，因此ＬＮ处理对地上生物量的提升相较ＣＫ处理无显著差异。不同的氮元素添加处理下，ＭＮ处理
在０～４０ｃｍ土层根量最高，其中 ＭＮ分别高于ＣＫ、ＬＮ、ＨＮ处理１４．００％，１１．４７％，１８．５８％，这更进一步的说
明了土壤养分资源分布及其限制性是调节根系分布的主要因素。
４　结论
通过连续３年对高寒草甸土壤进行不同氮元素添加量试验发现不同的氮元素添加量对高寒草甸土壤容重、
孔隙度、土壤持水能力、紧实度均有一定的影响。ＭＮ、ＨＮ处理可显著降低０～１０ｃｍ土层土壤容重与土壤紧实
度、增加土壤总孔隙度、非毛管孔隙度和最大持水量，虽然对毛管孔隙度与毛管持水量具有提升作用但不明显。
在２０～３０ｃｍ土层，较之ＣＫ处理，不同氮元素添加量均显著增加土壤容重与土壤紧实度、降低土壤总孔隙度与
最大持水量。不同的氮元素添加量均可提升０～２０ｃｍ土层非毛管孔隙度与非毛管持水量但提升幅度有限。
干筛下，较之ＣＫ处理，ＭＮ、ＨＮ处理均可显著提高各土层≥０．２５ｍｍ机械稳定性团聚体含量、提升土壤团
聚体ＭＷＤ，而低氮仅可显著增加和提升０～１０ｃｍ和２０～３０ｃｍ土层≥０．２５ｍｍ机械稳定性团聚体含量和土壤
团聚体 ＭＷＤ。湿筛下较之ＣＫ处理，ＬＮ、ＭＮ处理均可显著提升各土层≥０．２５ｍｍ水稳性团聚体含量，ＨＮ处
理仅显著提高０～１０ｃｍ和１０～２０ｃｍ土层≥０．２５ｍｍ水稳性团聚体含量，同时氮元素添加处理均可显著提升
水稳性团聚体 ＭＷＤ。
氮元素添加处理增加了草地地上生物量，较之ＣＫ处理，ＬＮ处理可提升地上生物量，但无差异，ＭＮ和 ＨＮ
处理显著增加了草地地上生物量。与ＣＫ处理相比，ＭＮ处理显著提升了地下生物量，而 ＨＮ处理显著降低了地
下生物量。
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ｐｈｙｓｉｃｃｈｅｍｉｃａｌｆａｃｔｏｒｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｓｔａｇｅｓｏｎｓｌｏｐｉｎｇｌａｎｄｗｉｔｈｐｕｒｐｌｅｓｏｉｌｓｉｎＨｅｎｇｙａｎｇ．ＥｃｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎ
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１２第１０期 刘晓东　等：青藏高原东部高寒草甸草地土壤物理性状对氮元素添加的响应